(57)【要約】【課題】簡単且つ低コストで実現できる自動車用フラップドライブを提供する。【解決手段】フラップを駆動する電気モータ２と、動作電圧ＶＢと、電気モータ２を駆動するエネルギー蓄積器６と、電気モータ２を起動する起動回路５と、動作電圧ＶＢの電圧を変換してエネルギー蓄積器６を充電する充電電源８と、エネルギー蓄積器６に充電された電圧を昇圧するステップアップ変換器９とを備え、動作電圧ＶＢの電圧が通常の電圧であるときに、エネルギー蓄積器６が充電電源８によって充電され、動作電圧ＶＢに電圧エラーが生じたときには、ステップアップ変換器９が、エネルギー蓄積器６の電圧を昇圧し起動回路５に供給して、電気モータ２を駆動する構成とした。【選択図】  図１
2013001393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気供給を制御するためのフラップを駆動する電気モータと、
動作電圧入力端子と、
前記電気モータを駆動するためのエネルギーを蓄積するエネルギー蓄積器と、
前記電気モータを起動するための起動回路と、
前記動作電圧入力端子に入力された電圧を変換して前記エネルギー蓄積器を充電することができる充電電源と、
前記エネルギー蓄積器に充電された電圧を昇圧するためのステップアップ変換器とを備え、
前記動作電圧入力端子に入力された電圧が通常の電圧であるときに、前記エネルギー蓄積器が前記充電電源によって充電され、
動作電圧入力端子に電圧エラーが生じたときには、前記ステップアップ変換器が、前記エネルギー蓄積器の電圧を昇圧し少なくとも前記起動回路に供給して、前記電気モータの駆動をすることができることを特徴とするモータドライブ。
【請求項２】
前記エネルギー蓄積器が少なくとも1個のコンデンサを備えていることを特徴とする、請求項1に記載のモータドライブ。
【請求項３】
請求項１に記載のモータドライブにおいて、
さらに前記エネルギー蓄積器の充電状態を監視するための充電状態監視手段を備え、
前記充電状態監視手段により充電状態が所定の状態に達したことが検出されると、前記充電電源の充電動作を停止させることを特徴とするモータドライブ。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１項に記載のモータドライブにおいて、
さらに、前記ステップアップ変換器のスイッチング動作を規定するパルス幅ジェネレータを備え、前記パルス幅ジェネレータが発生するパルス幅を制御することで、前記エネルギー蓄積器の電圧昇圧を制御することができることを特徴とするータドライブ。
【請求項５】
前記起動回路が、
前記エネルギー蓄積器の充電状態を監視するための充電状態監視手段と、
前記動作電圧入力端子に入力された電圧を監視するための動作電圧監視手段と、前記充電電源による充電動作を起動するための起動手段と、ステップアップ変換器による昇圧動作を起動するための活性化制御手段とを備えたこと
を特徴とする請求項１に記載のモータドライブ。
【請求項６】
請求項１に記載のモータドライブにおいて、
さらに、前記充電電源とステップアップ変換器とを有する電圧変換器を備えるとともに、前記動作電圧監視手段、前記充電状態監視手段、および前記電圧変換器を制御するための制御手段の何れか、またはすべてを有する蓄積器制御手段を備え、
かつ前記起動回路と前記蓄積器制御手段とが通信回線によって接続されて制御信号の伝達が交換可能であることを特徴とするモータドライブ。
【請求項７】
前記通信回線が、ＬＩＮバスであることを特徴とする請求項６に記載のモータドライブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常用機能を備えたモータドライブ、特に、エンジンルームへの空気供給量を制御するための、自動車のラジエータグリルに設けられたフラップを駆動するモータドライブであって、電気モータと、動作電圧入力端子と、エネルギー蓄積器と、起動回路とを備え、且つ、上記エネルギー蓄積器が、通常の動作状態では動作電圧から充電されて、動作電圧エラーが生じた場合、上記電気モータが、非常位置に向かって動く目的で上記エネルギー蓄積器からエネルギーの供給を受けるようになっている、モータドライブに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車用エンジンは、殆どの場合、効率が非常に高いため、部分負荷或いは少量負荷の状態では、必要冷却量は僅かである。従って、ラジエータグリルには、エンジンルームへの空気供給量を制御するフラップが配設されている。
【０００３】
フラップの位置調整をする役目を担うのは、自動車の車載電源によって動作電圧が供給される電気モータである。必要冷却量が少ないときは、フラップを閉じて、エンジンルームへの空気供給を止めればよい。そうすると、空気は全面的にボンネットの上若しくは車両の下を流れるので、車両の空気抵抗は少なくなる。それによって、その車両の燃料消費量も自ずと少なくなる。従って、全体として燃料消費量を抑えるには、それらのフラップを、とりわけ閉じた状態にしておくことが有効である。
【０００４】
フラップドライブへの電圧供給が喪失したときにエンジンがオーバーヒートするのを阻止するため、非常時には、フラップを自動的に開く必要がある。そのことは、通常、バネ或いはその他の機械的な非常用解放手段によって実行される。
【０００５】
その場合、バネは、通常動作時では、フラップが閉じられるときにそのフラップドライブの電気モータによって引っ張られた状態になるよう配設されている。電気モータに動作電圧が印加されている限り、当該電気モータはバネの反力を発生させることができる。動作電圧が喪失したとき、或いは一定の値以下に下がったとき、バネ力の方が大きくなって、フラップは開かれる。
【０００６】
このことは、特に、当該車両のエンジンが停止されたときにも起こる。これは、当該車両のエンジンを停止したとき、フラップが非常用機能を介して自動的に開かれてエンジンルームが通気されることを意味する。それによってその車両のエンジンを冷やすことが可能になる。
【０００７】
当該車両のエンジンを、長期間の休止状態を経て再始動させるとき、そのエンジンが、先ずは、動作温度に達するようにすることが必要である（冷始動）。その温度に達するまでは、エンジン及び、特に、触媒は最適に作動しないので、その間は燃料消費が多くなり、それに伴って、有害物質の排出量が多くなる。
【０００８】
冷始動による負の影響を避けるため、エンジンルームを多かれ少なかれ気密密閉して、ラジエータフラップによって制御された空気供給のみを可能とするといった着想がある。その着想には、とりわけ、エンジンの停止状態での冷却がより少なく、それによって、当該エンジンを再始動したとき、より速やかに動作温度に達するといった利点がある。これは、特に、寒冷地帯では、顕著な効率の上昇をもたらす可能性がある。というのは、その場合、極端な冷始動がなくなるからである。
【０００９】
但し、その際は、ラジエータフラップは、車両エンジンを停止させたとき、従来のように非常用機能に乗じて開かれてはならない。但し、他の非常事態に於いては、その非常用解放機能は維持されなければならない。それに対して、温暖な環境又はエンドユーザーの要求によっては、ラジエータフラップを、少なくとも部分的に開くことが有効であることも考えられる。何れの場合でも、ラジエータフラップを、耐用年数、又は、例えば、周囲温度、エンジン温度又は風の強さといったパラメータに応じて調整し、場合によっては、耐用期間の中で調整し直すことも好ましいと考えられる。そのような、外部の状況に応じた非常用機能を公知の機械的解放機能に於いて実施することは技術的に大掛かりであり、コストも高い。
【００１０】
従って、その非常用解放機構をも、その電気モータによって実現することは意義深い。しかしながら、そのためには、通常の電圧供給が止まったときにフラップを定められた非常位置に動かすために、電気モータが電流供給を受けられるようにする、別個の電流供給機構が必要になる。
【００１１】
特許文献１に示される通り、家庭用技術の分野で使用されるフラップ或いはバルブのための安全用ドライブが知られている。そのドライブは、ＡＣ２３０Ｖ、ＡＣ１１０Ｖ、ＡＣ／ＤＣ２４Ｖ又はＤＣ７２Ｖに対応するものになっている。その安全用ドライブは、通常の動作状態では充電されて、エラーが発生したときに電気モータのためのエネルギーが取り出されて非常時位置が確保されるようになっている、容量型エネルギー蓄積器を備える。その容量型エネルギー蓄積器は、基本的には、小さな動作電圧で作動するので、そのエネルギー蓄積器を充電するために、高い入力電圧を下げる必要がある。逆に、エラーが発生したときは、そのエネルギー蓄積器の低い電圧を、当該電気モータの動作電圧にまで引き上げる必要がある。この点に関しては、ここでは、二つの動作モードを持つ電圧変換器によって実行される。その場合、スイッチング調整器として実行されているステップアップ調整器とステップダウン調整器との間で交換を行うことができる。しかしながら、そのために必要とされる回路は比較的大掛かりであって、それゆえ高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２００７―１３４４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の課題は、従来の技術から公知の解決策よりも簡単且つ低コストで実現できる、自動車用フラップドライブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、本発明では、請求項１に記載された特徴を持つドライブによって解決される。動作電圧が低いゆえ、エネルギー蓄積器を充電するために簡素な充電電源（例えば定電流源）を使うことが可能である。その際は、エラーが発生したときに、エネルギー蓄積器の僅かな充電電圧をより高い動作電圧に変換するためのステップアップ変換器だけが必要である。その場合、上述した充電電源は、従来の技術による、スイッチ可能なステップダウン変換器よりも遥かに簡素且つ低コストである。
【００１５】
しかしながら、そのような充電電源により、更なるエネルギーが消費される。本発明の好適な実施態様では、エネルギー蓄積器の充電状態を監視する監視機構と、当該充電電源をオン又はオフするためのスイッチとが具備され、その場合、その充電電源は、上記エネルギー蓄積器が満充電されるまでの間だけオンされるようになっている。そのエネルギー蓄積器は、通常、充電時間が非常に短いゆえ、充電時に於ける充電電源によるエネルギー損失は無視してよい。
【００１６】
上述したエネルギー蓄積器は、好適には、少なくとも１個のコンデンサ、特に、高い容量を持つコンデンサを備える。従って、より効果的には、そのコンデンサは、二重層コンデンサになっている。
【発明の効果】
【００１７】
以上述べたとおり、本発明にかかるモータドライブは、低い動作電圧で動作する簡素な充電電源によって、エネルギー蓄積器を充電することができるとともに、動作電圧にエラーが発生したときに電気モータを駆動する電圧をエネルギー蓄積器の充電電圧からより高い動作電圧に変換するためのステップアップ変換器を備えているから、電圧変換のためのステップダウン変換器をスイッチしなければならない従来の技術を用いるよりも遥かに簡素且つ低コストを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施態様におけるモータドライブの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の別な実施態様におけるモータドライブの概略構成を示す図である。
【図３】本発明の更に別の実施態様におけるモータドライブの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明によるモータドライブ1のブロック線図である。モータドライブ１は、電気モータ２を介して動作させられる、自動車のラジエータグリル（図示せず）の中の通気フラップを駆動する働きをする。そのドライブを他の用途、例えば、バルブ又は他種の調節又は調整機構を起動する目的に利用してもよいことはあえて言うまでもない。
【００２０】
図示したフラップドライブは、自動車の車載電源に接続された動作電圧入力端子３を備える。従って、動作電圧ＶＢはＤＣ６ＶとＤＣ１６Ｖの間である。動作電圧入力端子３には逆電圧保護ダイオードとしての働きをして電流が車載電源に逆流するのを阻止する保護ダイオード４が配設されている。それに代えて、ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴを用いて逆電圧保護を実現してもよい。
【００２１】
モータドライブ１は、起動回路５によって起動される電気モータ２を備える。起動回路５は、例えば、その電気モータの動作電圧を切り替えるためのマイクロコントローラと高性能スイッチを備えていてもよい。そのような起動回路５は公知であって、使用される電気モータ２に応じてそれぞれ異なった形に形成されている。従って、そのような起動回路の正確な機能については、ここでは説明しない。
【００２２】
通常の動作状態では、動作電圧入力端子３に、起動回路５及び電気モータ２が動作させる動作電圧ＶＢが印加されている。モータドライブ１の非常用機能は、電気モータ２が、動作電圧ＶＢの喪失時に予め定められた非常位置に向かって動くようになっている。そのためには、少なくとも、要求された動きを可能にする非常電流供給機構が必要になる。
【００２３】
そのために、本発明によるフラップモータドライブ１は、容量型のエネルギー蓄積器６を備える。エネルギー蓄積器６は、好適には、高容量のコンデンサ、特に、二重層コンデンサとして形成されている。それらの二重層コンデンサは、およそ２．５Ｖである、低い充電電圧で作動する。そのコンデンサは、通常の動作状態では、すなわち、動作電圧があるとき、その動作電圧によって充電される。
【００２４】
エネルギー蓄積器６の充電電圧ＶＬと動作電圧ＶＢには差があるため、エネルギー蓄積器６を動作電圧ＶＢに直結することは不可能である。そのため、モータドライブ１は、スイッチ７を介して接続できる定電流源８を備え、その定電流源８は動作電圧ＶＢから電圧の供給を受けるようになっている。
【００２５】
これで、エネルギー蓄積器６は充電電源としての定電流源８に接続され、その定電流源８から充電されることになる。更に、モータドライブ1は、エネルギー蓄積器６の充電状態を監視する充電状態監視線２０を備える。定電流源８は効率が低いため、エネルギー蓄積器６が満充電されると同時にスイッチ７を介してオフされるようになっている。
【００２６】
非常事態を認識できるよう、モータドライブ１は動作電圧ＶＢの動作電圧監視線２２を備える。動作電圧ＶＢが喪失すると同時に、或いは、最低電圧以下に落ちるや否や、それが必要な場合は、非常用プログラムが起動する。その際、電気モータ２は、定められた非常位置に向けた動きをするべく、エネルギー蓄積器６からエネルギーを供給される。しかしながら、モータドライブは、ＬＩＮバス２７を介して相応の信号を適切に受け取る場合には、非常用プログラムを実行しないようにされる（図３も参照されたい）。そのような状況は、例えば、自動車のエンジン停止によって、動作電圧ＶＢがオフされるものの、非常用プログラムが起動されてはならないような場合に起こる。そのときは、モータドライブを休止位置に持っていくことができる。動作電圧ＶＢがオフされてから長い時間が経過した後でも、その休止位置に持っていったり、その休止位置を変更したりすることができる。例えば、自動車エンジン及び／又は周囲の、温度又は温度推移を測定して、クーラーグリルのフラップ位置を相応に調整し直すことができる。
【００２７】
エネルギー蓄積器６の充電電圧ＶＬが、電気モータ２を直接駆動させるには低すぎるため、本モータドライブはステップアップ変換器９を持つ。そのステップアップ変換器９は、その僅かなエネルギー蓄積器６の充電電圧ＶＬを動作電圧ＶＢに変換する。ステップアップ変換器９は、非常用プログラムでは活性化制御線２３の制御指令によって起動される。
【００２８】
ステップアップ変換器９としては、インダクタンス１０が、一方では、エネルギー蓄積器６に接続され、他方ではスイッチ１１によってアースに対して接続され、ダイオード１８によって動作電圧ＶＢに対して接続され、且つ、スイッチ１１が変換器モジュール１２によって制御可能であり、しかも、スイッチ１１が更なるダイオード２１によってオーバーブリッジされている。
【００２９】
変換器モジュール１２は、動作電圧ＶＢを監視する独自の電圧監視線２４をフィードバックとして持っている。変換器モジュール１２は、そのフィードバックにより、ステップアップ変換器９の出力電圧が正確に調整されるよう、スイッチ１１を起動する。
【００３０】
かくして、その電子式非常用機能に見られる利点は、大掛かりで、しかも摩耗にさらされるような機械的機構が必要とされない点である。さらに、指向非常位置を、周囲パラメータに依存させるようにしてもよい。そうすることで、例えば、簡単なプログラムで、温度が非常に低いときにはラジエータグリルのエアーフラップが開かないようにする一方で周囲温度が高いときにはエアーフラップが開くようにすることができる。例の中で説明したエアーフラップの用途とは別に、非常位置を様々に変化させる用途としては様々なものが考えられるが、それらは、本発明によるドライブを用いることで問題なく実現できる。
【００３１】
動作電圧監視線２２と、充電状態監視線２０と、定電流源８の起動制御線１９並びにステップアップ変換器９の活性化制御線２３の各々による各監視機能及び各制御機能は、例では、モータ制御機構５に集積されている。それは、それらの機能がそのモータ制御機構５に具備されているマイクロコントローラによって簡単に実現できるからである。上述した機能の一つ若しくは複数が、分離した形で実現されてもよいことはあえて言うまでもない。
【００３２】
モータドライブ１の別の態様を図２に示す。ここでは、動作電圧入力端子３に、更に、ＥＭＶフィルター（ＥＭＣフィルター）を成すコンデンサ１３が配設され、そのコンデンサ１３は高周波の妨害が自動車の車載電源に入り込むのを防ぐ働きをする。
【００３３】
定電流源８は、例では、バイポーラトランジスタ１４によって実現されているが、そのベースは、抵抗１５とツェナーダイオード１６から成る分圧器を介して、起動制御線１９により送られる信号によって起動される。かくして、バイポーラトランジスタ１４は起動制御線１９を介してモータ制御機構５から切り替えできるゆえ、スイッチを追加することは必要ない。但し、定電流源８の態様としては、上記以外のものも可能である。
【００３４】
本実施態様では、ステップアップ変換器９として、インダクタンス１０が、一端では、エネルギー蓄積器６に接続され、他端ではＭＯＳ−ＦＥＴスイッチ１７によってアースに対して、及びダイオード１８によって動作電圧ＶＢに対して接続されていて、且つ、ＭＯＳ−ＦＥＴスイッチ１７がパルス幅ジェネレータ２５によって制御できるようになっている。パルス幅ジェネレータ２５も、ＭＯＳ−ＦＥＴスイッチ１７の制御用変数としての電圧フィードバックのための、電圧監視線２４を持つ。
【００３５】
通常の動作状態では、エネルギー蓄積器６は、定電流源８を介して充電される。それに加えて、エネルギー蓄積器６の充電状態が充電状態監視線２０を介して監視される。エネルギー蓄積器６が満充電されるとすぐに、定電流源８が起動制御線１９を介してオフされる。エネルギー蓄積器６の充電時間は、非常に短く、例えば、僅か数秒であるため、定電流源８によって失われるエネルギーは非常に僅かである。
【００３６】
更に、通常の動作状態では、動作電圧ＶＢが監視される。そのために、モータ制御機構５は、動作電圧監視線２２を備える。動作電圧ＶＢが喪失すると、ＥＭＶコンデンサ１３が、短時間に、活性化制御線２３を介してステップアップ変換器９を起動してエネルギー蓄積器６からの電流供給を開始できるよう、モータ制御機構のために十分なエネルギーを供給する。その非常用電圧がモータ制御機構に印加されたところで、モータは、その電圧によって、定められた非常位置に動かされる。
【００３７】
後の時点で、動作電圧ＶＢが再び印加されたならば、モータ制御機構５は、通常の動作状態に於いて、改めてエネルギー蓄積器６を充電するところから動作を始める。
【００３８】
図３は、本発明の、別の選択肢による実施態様であって、二つの別個の制御機構、すなわち、モータ制御機構５’と、蓄積器制御機構２６が具備されたものを示す。この実施態様では、モータ制御機構５’は、電気モータ２を起動する役目だけを担う。動作電圧監視線２２の監視、エネルギー蓄積器６の充電状態監視線２０の監視及び電圧変換器２８の活性化制御線２３の監視といった、その他のすべての機能は、蓄積器制御機構２６によって実行される。ブロック回路図に図示された電圧変換器２８は、例えば、図１又は２による定電流源と電圧変換器を含む。
【００３９】
このように分離されていることで得られる利点は、例えば、モータ制御機構５’が一体化された電気モータ２を利用できる点である。その場合、そのモータ制御機構５’が蓄積器制御機能２６を含むことは必要ない。
【００４０】
それにしても、モータ制御機構５’と蓄積器制御機構２６との間の通信接続は必要である。その通信接続を介して、蓄積器制御機構２６からモータ制御機構５’に、例えば、動作電圧ＶＢのエラーに関する警告が発せられて、それによって、電気モータ２を非常位置又は休止位置に持っていくことができる。図１に係る説明の中で既に述べたように、上記通信接続は、非常用プログラムが起動されなかった場合、休止位置に持っていったり、休止位置を変更したりするきっかけを引き起こすために用いることができる。
【００４１】
その通信接続は、自動車においては、既に搭載されているＬＩＮバス２７を介して実行されるようにするのが効果的である。その他の用途では、その通信接続は、直接接続又はその他のバス接続を介して実行されてもよい。その直接接続は、例えば、Ｉ／Ｏ信号或いはＰＷＭ信号のようなデジタル信号を伝達するようになっていてもよい。
【００４２】
具体的な実施態様とは無関係に、本発明に見られる更なる利点は、車載電源システムに見られる、いわゆるクランク-インパルスを補償できる点である。それらのクランク-インパルスは、車載電源システムに見られる短時間の電圧ディップであって、その場合、車載電圧はおよそ５Ｖに落ちる。そのようなクランク-インパルスは、例えば、内燃機関のスタート-ストップ機能を備える車両に於いて、エンジンを停止及び始動する際に発生し、通常、１秒より少ない時間しか続かない。
【００４３】
本発明によるモータドライブは、そのようなクランク-インパルスを自動的に補償する。それは、動作電圧ＶＢが低下すると、電気モータ２が、短時間、エネルギー蓄積器６から引き続きエネルギー供給を受けるようになっているからである。上述したクランク-インパルスは、夫々、短時間しか継続しないので、エネルギー蓄積器６に蓄積されたエネルギーは、何れにしても、そのようなクランク-インパルスをバイパスするのに十分である。
【００４４】
電気モータ２及びその電気モータに割り当てられたモータ制御機構には、電圧が持続的に供給されているため、動作パラメータ、特に、キャリブレーションデータが失われることはなく、かくして、機能性はいつでも保持される。従って、電圧ディップが発生するごとに、すなわち、内燃機関のスタート或いはストップに従って、モータドライブを再度キャリブレーションすることは必要ない。
【００４５】
なお本発明に係るモータドライブは、上述した実施形態に限定されず、その趣旨を変更することなく、適宜変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  モータドライブ
２  電気モータ
３  動作電圧入力端子
５、５’  起動回路（モータ制御機構）
６  エネルギー蓄積器
８  充電電源（定電流源）
９  ステップアップ変換器
１１  スイッチ
１２  変換器モジュール
１９  起動制御線
２０  充電状態監視手段（充電状態監視線）
２２  動作電圧監視手段（動作電圧監視線）
２３  活性化制御手段（活性化制御線、電圧変換器の制御手段）
２４  電圧監視手段（電圧監視線）
２５  パルス幅ジェネレータ
２６  蓄積器制御機構
２７  ＬＩＮバス
２８  電圧変換器
ＶＢ  動作電圧
ＶＬ  充電電圧
【図１】
2013001393.tif 000003
【図２】
2013001393.tif 000004
【図３】
2013001393.tif 000005