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Title:
SYNCHRONOUS MOTOR WITH AN ELECTRONIC CONTROL FOR ADJUSTMENT DEVICES IN MOTOR VEHICLES AND METHOD FOR CONTROLLING THEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/033688
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a synchronous motor with an electronic control for adjustment devices to be used in motor vehicles, especially for adjustment devices with an anti-trap protection and/or an excessive force limitation. According to the invention, a sealing element (2') is interposed between the stator (1a) and the rotor (1b) which subdivides the motor into a dry space that comprises the electrical components and into a wet space. The invention further relates to a method for controlling a motor drive for adjustment devices to be used in motor vehicles by means of an electronic control, especially for controlling adjustment devices with an anti-trap protection and/or with an excess force limitation.

Inventors:
KALB ROLAND (DE)
KINNELL CRAIG (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/003864
Publication Date:
May 10, 2001
Filing Date:
November 01, 2000
Export Citation:
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Assignee:
BROSE FAHRZEUGTEILE (DE)
KALB ROLAND (DE)
KINNELL CRAIG (DE)
International Classes:
B60J1/00; B60J1/17; B60J7/057; E05F15/697; H02K5/00; H02K5/128; H02K11/33; H02K29/08; H02P27/06; E05F11/48; H02H7/08; H02H7/085; (IPC1-7): H02H7/085; E05F15/16; H02K5/128; H02P6/00
Foreign References:
DE29707440U11997-06-19
DE19707850C11998-03-12
DE4019787A11991-01-17
DE19809628A11999-09-09
DE19502306A11996-08-08
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 16, no. 138 (E - 1186) 7 April 1992 (1992-04-07)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 6, no. 155 (E - 125) 17 August 1982 (1982-08-17)
Attorney, Agent or Firm:
Baumgärtel, Gunnar (Maikowski & Ninnemann Kurfürstendamm 54 - 55 Berlin, 10707, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Synchronmotor mit einer elektronischen Steuerungseinrichtung für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen, insbesondere für Verstelleinrichtungen mit einem Einklemmschutz und/oder einer Überschußkraftbegrenzung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ständer (1a) und dem Låufer (1b) ein Dichtelement (2') angeordnet ist, welches den Motor einerseits in einen die elektrischen Komponenten ausweisenden Trockenraum und andererseits in einem Naßraum unterteilt.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor (1a, 1b) in Form eines Außen) äufermotors ausgeführt ist.
3. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor (1a, 1b) wenigstens zwei Wicklungen zur Erzeugung von zwei Polpaaren aufweist.
4. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerungseinrichtung (5) unter anderem zur Steuerung des Drehfeldes vorgesehen ist.
5. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerungseinrichtung (5) mit wenigstens einem magnetoresistiven Sensor (50), insbesondere mit einem HallElement, verbunden ist, das mit den Magneten (14) des Läufers (1b) in Wechselwirkung treten kann.
6. Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (50) den Stirnseiten der Magneten (14) des Läufers (1b) zugeordnet ist.
7. Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (50) der äußeren Umfangsfläche der Magneten des Läufers zugeordnet ist, wobei ein Gehäuse aus ferromagnetischem Material Öffnungen in dem dem Sensor gegenüberliegenden Bereich aufweist, die über den Umfang gleichmäßig verteilt sind.
8. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (1a) des Synchronmotors mit der elektronischen Steuerungseinrichtung (5) und den Steckern (5154) eine vorgefertigte und vorprüfbare Baueinheit bildet.
9. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten der Baueinheit (Ständer 1a, elektronische Steuerungseinrichtung 5, Stecker 5154) durch einen mechanischen Träger (2) miteinander in Verbindung stehen.
10. Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) Formschlußelemente aufweist, die zur Herstellung einer mechanischen Verbindung in die Zwischenräume des Ständers (1a) eingreifen.
11. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (1a) in den Träger (2) eingespritzt ist.
12. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im Luftspalt zwischen Ständer (1a) und Läufer (1b) angeordnete Bereich des Trägers (Dichtelement 2') möglichst dünnwandig, vorzugsweise als ein sich auf der Außenkontur des Läufers (1 b) abstutzender Film ausgebildet ist.
13. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da# der Träger (2) in einer Öffnung einer einen Naßraum von einem Trockenraum trennenden Wandung (6) dichtend eingesetzt ist.
14. Antriebseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (6) ein Türinnenblech oder eine mit dem Türinnenblech verbindbare Trägerplatte eines Türmoduls ist.
15. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch seine Verwendung für einen Fensterheber oder ein Schiebedach, insbesondere mit einem Einklemmschutz.
16. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche gekennzeichnet durch seine Verwendung für einen Fahrzeugsitz, insbesondere mit einem Einklemmschutz.
17. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (1b) eine vorzugsweise einstückig integrierte Getriebeverzahnung (11) aufweist, in die die Getriebeverzahnung eines Getriebeelements (3) der Antriebseinheit eingreift.
18. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da# das Getriebeelement mit wenigstens einem weiteren abtriebseitigen Getriebeelement in Wirkverbindung steht.
19. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebeelement (3) als Seiltrommel ausgebildet und mit dem Seil (300) eines Seilfensterhebers in Verbindung steht.
20. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Getriebe ohne Selbsthemmung der Läufer (1b) oder ein Getriebeelement (3) der Antriebseinheit mit einer schaltbaren Sperrvorrichtung oder Bremsvorrichtung (400) gekoppelt ist, die ein antriebseitig erzeugtes Drehmoment möglichst verlustarm überträgt, jedoch ein abtriebseitiges Drehmoment sicher sperrt.
21. Antriebseinheit nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Sperrvorrichtung ein Klemmgesperre zur Anwendung kommt, zum Beispiel ein Klemmrollenoder Klemmbackenfreilauf.
22. Antriebseinheit nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Bremsvorrichtung (400) eine Schlingfederbremse zur Anwendung kommt.
23. Antriebseinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe mit dem Läufer (1 b) des Synchronmotors eine vormontierbare Baueinheit bildet, die mit Hilfe von Justierungsmitteln bezüglich der anderen den Ständer (1a) aufweisenden Baueinheit positionierbar ist.
24. Antriebseinheit nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß als Justierungsmittel die Antriebsachse (10), sonstige Getriebeachsen (30) und/oder Verbindungsund Befestigungsstellen (22, 42) vorgesehen sind.
25. Verfahren zur Steuerung einer motorischen angetriebenen Verstelleinrichtung in Kraftfahrzeugen mittels einer elektronischen Steuerungseinrichtung, insbesondere zur Steuerung von Verstelleinrichtungen mit einem Einklemmschutz und/oder mit einer Überschußkraftbegrenzung, wobei zur Generierung der Steuerungssignale solche Meßgrößen oder Signale erfaßt und ausgewertet werden, die mit der Dynamik des Verstellsystems und bei Bedarf mit der Position des Verstellteils korreliert sind, die Versteligeschwindigkeit des Verstellteils über die Frequenz des Drehfeldes der als Synchronmotor ausgeführten motorischen Antriebseinheit auf einen konstanten Wert geregelt wird, und # das für die Verstellbewegung des Verstellteils vorgesehene Drehmoment über die Einstellung des Lastwinkels 8B in Bezug auf den Lastwinkel 8K (Kippwinkel) des Kippmoments erfolgt, wobei der Lastwinkel 8 als Phasenverschiebung zwischen dem Erregerfeld und dem Drehfeld des Synchronmotors definiert ist.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der bei variierender Belastung des Verstellsystems sich ändernde Lastwinkel 6 durch Nachregeln der Stromstärke konstant gehalten wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachregeln der effektiven Stromstärke durch Pulsweitenmodulation erfolgt.
28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachregeln der Stromstärke durch einen veränderlichen Widerstand erfolgt.
29. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da# zum Zwecke des Einklemmschutzes der Betriebspunkt des Motors auf einen solchen Lastwinkel 5B vor dem Lastwinkel 5K des Kippmoments eingestellt wird, daß der Drehmomentenzuwachs AM zwischen den Lastwinkeln 8B, 5K am Verstellteil (z. B. Fensterscheibe) maximal zum Erreichen einer vorgegebenen Überschußkraft führt.
30. Verfahren nach einem der voranstehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, da# zum Zwecke des Einklemmschutzes wie folgt vorgegangen wird : messe des aktuellen Lastwinkels sn. # Vorausberechnen des maximal zulässigen Lastwinkels #n+1 der nachfolgenden Phase, wobei der aktuelle Lastwinkel #n um einen relativen Wert (X% x 8n) oder einen absoluten Wert (Y Grad) erhöht wird. # Vergleichen von an und #n+1. * Ist die Abweichung kleiner als der auf der Basis des Erh6hungsbetrags zulässige Wert, so liegt kein Einklemmfall vor und die Antriebseinheit wird weiterbetrieben, d. h. ein Nachregeln der Stromstärke ist zulässig. * Ist die Abweichung größer als der auf der Basis des Erhöhungsbetrags zulässige Wert, so ist der weitere Betrieb der Antriebseinheit nur unter Ausschluß des Nachregelns der Stromstärke zulässig. # Wird ein zum Motorstillstand führendes Überschreiten des Kippmoments des Motors festgestellt, das bei einem Lastwinkel 8K = 180°/NWick erreicht wird, wobei Nwicp der Anzaht der Motorwicklungen entspricht, * so wird von einem Einklemmfall ausgegangen und der Motor wird abgeschaltet oder seine Drehrichtung umgekehrt oder * der Motor wird für eine bestimmte Zeit oder Anzahl von Anlaufzyklen weiterbetrieben, wobei nach jedem Überschreiten des Kippmoments der Motor gemäß einer vorgesehenen Anlaufsteuerung wieder in Betrieb gesetzt wird. # Bei Erreichen der vorbestimmten Zeit oder der Anzahl von Anlaufzyklen wird von einem Einklemmfall ausgegangen und der Motor wird abgeschaltet oder seine Drehrichtung umgekehrt. # Wird nach einem Überschreiten des Kippmoments innerhalb der vorbestimmten Zeit oder der Anzahl von Anlaufzyklen bei einem für den Lastwinkel 8n eingestellten Strom ein Lastwinkel 5,,, gemessen, * der kleiner als der auf der Basis des Erhöhungsbetrags zulässige Wert ist, so wird von einer vorrübergehenden, nicht auf einem Einklemmfall beruhenden Störung ausgegangen, so daß der Motor weiterbetrieben werden kann, bzw. * der großer als der auf der Basis des Erhöhungsbetrags zulässige Wert ist, so wird von einem Anhalten der Störung ausgegangen und nach Überschreiten der vorbestimmten Zeit der Motor wird abgeschaltet oder seine Drehrichtung umgekehrt.
31. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Anfahrens einer den Verstellweg begrenzenden Anschlagsposition wie folgt vorgegangen wird : Durchführung eines Normierungslaufs mit einem festgelegten maximalen Drehmoment und messen sowie abspeichern der Position, bei der der Motor stehen bleibt, sofem keine entsprechenden Daten im Speicher der elektronischen Steuerungseinrichtung abgelegt sind. # Betriben der Antriebseinheit beim nächsten Anfahren der Anschlagsposition ab einer festgelegten Verstellposition in der Nähe der Anschlagsposition mit einem verringerten Drehmoment und einer stark verminderten Geschwindigkeit, wobei die Regelung des Drehmoments über die Einstellung der Stromstärke erfolgt. Abschalten der Antriebseinheit * bei Erreichen der abgespeicherten Anschlagsposition oder * bei Erreichen eines vorgegebenen maximalen Drehmoments, das geringer als das maximale Drehmoment des Normierungslaufs ist, wenn die entsprechende Verstellposition einen zulässigen Abstand von der abgespeicherten Anschlagsposition nicht überschreitet, oder * bei Erreichen einer vor der abgespeicherten Anschlagsposition liegenden Verstellposition und gegebenenfalls unter Ausnutzung des Nachlaufverhaltens des Verstellsystems.
32. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Anfahrens einer den Verstellweg begrenzenden Anschlagsposition wie folgt vorgegangen wird : # Durchführung eines Normierungslaufs mit einem festgelegten maximalen Drehmoment und messen sowie abspeichern des von der Verstellposition des Verstellteils abhängigen Lastwinkels ân1 zumindest für einen direkt an die Anschlagsposition angrenzenden Bereich, um das Ma# der positionsabhängigen Schwergängigkeit zu ermitteln, messe des aktuellen positionsabhängigen Lastwinkeis 8n beim nächsten Anfahren der Anschlagsposition und abspeichem der Meßwerte, # Berechnen des maximal einzustellenden Drehmoments in Abhängigkeit vom aktuellen Lastwinkel 8n und vom Lastwinkel #n1 der vorangegangenen Verstellbewegung, # Bertriben der Antriebseinheit ab einer festgelegten Verstellposition in der Nähe der Anschlagsposition mit einem Drehmoment, das unterhalb des berechneten maximal einzustellenden Drehmoments liegt, wobei die Regelung des Drehmoments über die Einstellung der Stromstärke erfolgt.
33. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da# zum Zwecke des Anfahrens der unteren Anschlagsposition eines Fensterhebers die Drehfeldfrequenz reduziert werden.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung des reduzierten Kippmoments die Antriebseinheit abgeschaltet wird.
35. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, da# kurz vor dem Erreichen der Anschlagsposition die Antriebseinheit abgeschaltet wird.
36. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da# der Motor aus dem Stillstand durch eine Anlaufsteuerung in den Betriebszustand überführt wird, die die Summe aller trägen Massen des Verstellsystems berücksichtigt, mit dem Ziel, die Anlaufzeit zu minimieren.
37. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufsteuerung des Motor aus dem Stillstand derart erfolgt, da# in Abhängigkeit der Position des Verstellteils (z. B. Fensterscheibe, Tür, Sitz) das maximal abgebbare Drehmoment über die Einstellung des Lastwinkels auf unterschiedliche Werte begrenzt wird, mit dem Ziel, die Überschußkraft in der Anlaufphase des Motors beschränken.
38. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufsteuerung nach einem Stillstand des Motors infolge äußerer Einflüsse, z. B. infolge vertikaler Beschleunigungskräfte beim Durchfahren einer sogenannten Schlechtwegstrecke, für eine bestimmte Zeit oder für eine vorgegebene Anzahl von Startzyklen automatisch aktiviert wird.
39. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebspunkt des Motors jeder einzelnen Verstelleinrichtung bei einem Normierungslauf mittels der elektronischen Steuerungseinrichtung automatisch eingestellt wird.
40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebspunkt des Motors automatisch den veränderten Bedingungen angepaßt wird, wenn eine vorgegebene zulässige Abweichung überschritten ist.
41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, da# sich die zulässige Abweichung aus der Differenz zwischen dem kleinsten Lastwinkel amjn innerhalb des Überwachungsbereichs einer Verstellbewegung und dem Lastwinkel 8K des Kippmoments ergibt, bei der sich eine Drehmomentendifferenz AM einstellt, das am Verstellteil die maximal zulässige Verstellkraft erzeugen kann.
Description:
SYNCHRONMOTOR MIT EINER ELEKTRONISCHEN STEUERUNGSEINRICHTUNG FÜR VERSTEL- LEINRICHTUNGEN IN KRAFTFAFRZEUGEN UND DEREN STEUERUNGSVERFAHREN Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchronmotor mit einer elektronischen Steuerungseinrichtung für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen, insbesondere für Verstelleinrichtungen mit einem Einklemmschutz und/oder einer Überschußkraft- begrenzung, sowie auf ein Verfahren zur Steuerung der motorischen Antriebseinheit der Verstelleinrichtung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 25. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit kann besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem elektrisch betriebenen Fensterheber oder einem Schiebedach eingesetzt werden.

Eine gattungsgemäße elektronisch gesteuerte Antriebseinheit ist aus der EP 0 482 040 B1 bekannt. Sie besteht aus einem permanenterregten Gleichstrommotor in Form eines Stabankermotors, der mit einem Getriebe und einer elektronischen Steuerungseinheit eine Baueinheit bildet. Ein zungenförmiger Fortsatz der Steuerungseinheit weist an seinem freien Ende Mittel zur elektrischen Kontaktierung des Motors sowie Hall-Sensoren auf, denen ein auf der Motorwelle angeordneter Ringmagnet zugeordnet ist. Mittels der Sensorsignale kann nicht nur die Verstellposition der Fensterscheibe, sondem auch die Versteligeschwindigkeit ermittelt werden. Im Falle eines Einklemmens eines Objekts im sich schließenden Fensterspalt kommt es zu einem erhöhten Verstellwiderstand, wodurch sich der Abstand zwischen den aufeinander folgenden Signalen vergrößert. Wird ein vorher definiertes Maß der Geschwindigkeitsänderung überschritten, so wird der Antrieb gestoppt und die Fensterscheibe reversiert.

Ein entsprechendes Einklemmschutz-Verfahren zur Steuerung eines Fensterheberantriebs wird in der DE 30 34 118 C2 beschrieben. Dabei wird während des Offnungs-und Schließvorgangs der zurückgelegte Weg elektronisch erfaßt und beim Schließvorgang wird der Öffnungsweg mit dem jeweils zurückgelegten Schließweg verglichen. Der Verstellbereich der Fensterscheibe ist in drei Bereiche unterteilt. In einem ersten Bereich zwischen völlig geöffnet und etwa halb geöffnet, bleibt der elektronische Einklemmschutz ausgeschaltet ; beim Auftreten eines Blockierzustandes wird der Motor nach Überschreitung eines vorgegebenen zeitlichen Grenzwertes abgeschaltet. In dem sich daran anschließenden zweiten Bereich, der kurz vor der Dichtung des Fensterrahmens endet, ist der Einklemmschutz aktiviert. Hier werden laufend Meßwerte ermittelt, die von der Drehzahl oder der Geschwindigkeit des Aggregats abhängig sind, und mit einem auf den Anfangsmeßwert bezogenen Grenzwert verglichen. Wird der Grenzwert überschritten, so schaltet die Steuerung den Antrieb kurzzeitig um und schaltet ihn dann ab. Bei Erreichen des Schließbereichs wird der Einklemmschutz wieder deaktiviert, da die Fensterscheibe wegen des zusätzlichen Widerstands der Dichtung sonst nicht vollständig geschlossen werden könnte.

Aufgrund der systembedingten Motorkennlinie, die bei eine Absenkung der Motordrehzahl zur Erhöhung des Drehmoments führt, kann es während eines Einklemmfalls zu einer unzulässig hohen Einklemmkraft kommen.

Da zur Einklemmerkennung ein so ausreichender Stellweg der den Ringmagneten tragenden Motorwelle notwendig ist, daß nach dem Beginn des Einklemmfalls wenigstens noch eine Signalperiode erfaßt werden kann, die mit dem Wert der vorangegangenen Signalperiode verglichen wird, muß ein Stellweg von wenigstens zwei Signalperioden garantiert werden.

Unter ungünstigen Umständen, insbesondere beim Einklemmen eines harten Objekts (z. B. eines Kopfes), ist also nicht auszuschließen, daß sogar das maximale Drehmoment erreicht wird und somit eine erhebliche Gefährdung auftreten kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit für Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen zur Verfügung zu stellen und ein Verfahren zur Steuerung der Antriebseinheit zu entwickeln, welche geeignet sind, einen einfachen und sicheren Betrieb der Verstellteile zu gewährleisten. Insbesondere soll eine sichere Einklemmschutzerkennung und Einhaltung vorgegebener Grenzwerte für die zulässige Einklemmkraft auch bei einer Geschwindigkeitsregelung zur Erzielung einer lastunabhängigen konstanten Verstellgeschwindigkeit des Verstellteils gewährleistet sein.

Darüber hinaus soll ein sicheres Anfahren von Anschlagspositionen möglich sein, ohne das Verstellsystem zusätzlich durch erhebliche Überschußkäfte zu verspannen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich der motorischen Antriebseinheit durch den Patentanspruch 1 und hinsichtlich des Steuerungsverfahrens durch den Patentanspruch 25 gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben Vorzugsvarianten der Erfindung an.

Demnach ist zwischen dem Ständer und dem Läufer der als Synchronmotor ausgeführten motorischen Antriebseinheit ein Dichtelement angeordnet, welches den Motor einerseits in einen die elektrischen und elektronischen Komponenten ausweisenden Trockenraum und andererseits in einem Naßraum unterteilt. Hierdurch werden die Voraussetzungen für den Einsatz kostengünstiger Trockenraumausführungen der elektrischen Komponenten geschaffen. Darüber hinaus stehen mit dem Einsatz eines Synchronmotors aufgrund seiner systemspezifischen Eigenschaften für die Erfüllung der speziellen Anforderungen von Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen beste Voraussetzungen zur Verfügung. Dies trifft insbesondere hinsichtlich der Erzielung einer konstanten Versteligeschwindigkeit eines Verstellteils bei sich über den Verstellweg ändernden Anforderungen an die Verstellkraft (z. B. infolge schwankender Reibungsverhältnisse) und hinsichtlich der Einhaltung vergleichsweise geringer Einklemmkräfte zu, zumal dann, wenn Fehifunktionen des Einklemmschutzes (z. B. infolge von Schwingungen oder Stößen während der Fahrt) ausgeschlossen werden sollen.

Zur Gewährleistung geeigneter Anlaufbedingungen wird ein Synchronmotor mit wenigstens zwei Wicklungen zur Erzeugung von wenigstens zwei Polpaaren des Drehfeldes eingesetzt, dessen Motordrehzahl über die Frequenz des Drehfeldes auf einen konstanten Wert regelbar ist. Das für die Verstellbewegung des Verstellteils vorgesehene Drehmoment erfolgt über die Einstellung des Lastwinkels 5, der als Phasenverschiebung zwischen dem Erregerfeld und dem Drehfeld des Motors definiert ist.

Vorzugsweise bildet der Ständer des Synchronmotors mit der elektronischen Steuerungseinrichtung und den Steckern sowie gegebenenfalls mit der Sensorik eine vorgefertigte und vorprüfbare Baueinheit. Ein mechanischer Träger besitzt Formschlußelemente, die zur Herstellung einer mechanischen Verbindung mit dem Ständer in dessen Zwischenräume eingreifen. Zum Schutz der elektrischen Teile des Ständers vor Feuchigkeit kann der Träger topfförmig ausgebildet sein, so da# der Ständer zumindest teilweise derart vom Träger umschlossen ist, daß dieser als Trennwand zwischen einem Naß-und einem Trockenraum fungieren kann. Dabei verläuft die Trennwand im Luftspalt zwischen Ständer und Läufer.

Eine weitere Möglichkeit, den Ständer mit dem Träger zu verbinden und vor Nässe zu schützen besteht darin, daß der Ständer durch Umspritzen mit einem Kunststoff am Träger befestigt wird. Sofern auch der Träger aus Kunststoff besteht, kann der Ständer in diesen eingespritzt werden. Zur Vermeidung von Leistungsverlusten ist es notwendig, den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer möglichst klein zu halten. Deshalb sollte eine möglichst dünnwandige Kapselung des Ständers vorgesehen werden.

Besonders geeignet ist die Erfindung zur Verwendung für Fensterheber oder Schiebedächer, insbesondere wenn der Karosserieraum, in dem die Antriebseinheit angeordnet ist, eine Naß-/Trockenraumtrennung aufweist. Eine Einklemmschutzerkennung kann in einfacher und besonders sicherer Weise gewährleitet werden, da hierzu keine Verstellbewegung des Verstellteils erforderlich ist. Die Analyse der lastabhängigen Phasenverschiebung zwischen dem Erregerfeld des Läufers und dem Drehfeld des Ständers garantiert zu jedem Zeitpunkt eine sicher Messung, die im Zusammenhang mit anderen Meßwerten, wie z. B. der Verstellposition, Verstellgeschwingidkeit und historischen Meßwerten, eine komplexe Bewertung ermöglichen. Sofern eine bestimmte Überschußkraft oder maximale Einklemmkraft vorgegeben sind, kann eine Überschreitung dieser Kraft sicher dadurch vermieden weden, daß der Betriebspunkt des Synchronmotors auf einen solchen Lastwinkel Sa vor dem Lastwinkel 8K des Kippmoments eingestellt wird, daß der Drehmomentenzuwachs AM zwischen den beiden Lastwinkeln 5B, 8K am Verstellteil (z. B. Fensterscheibe) maximal zum Erreichen einer vorgegebenen Überschuß-bzw. Einklemmkraft führt.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäHe Antrieb auch zum Betreiben von Sitzverstelleinrichtungen Anwendung finden kann. Diese sind ebenso wie Fensterheber mit einem Einklemmschutz ausrüstbar, um Verletzungen zu vermeiden. Da die Verstellbedingungen eines Fahrzeugsitzes nicht nur von der Betriebstemperatur, dem Alterungsgrad, der Verschmutzung u. a., sondern auch vom Gewicht des Benutzers abhängen, empfiehlt es sich, jeden Sitz vor (z. B. bei Entriegelunge des Fahrzeugschlosses) und nach seiner Belegung kurz und quasi unmerklich zuverstellen, um die aktuellen Randbedingen zu ermitteln. Daraufhin kann der Betriebspunkt entsprechend den vorgegeben Anforderungen eingestellt werden.

Eine wesentliche Anforderung an Verstelleinrichtungen in Kraftfahrzeugen besteht in einem gleichmäßigen Lauf des Antriebes, der eine Voraussetzung zur Vermeidung modulierender Geräusche ist. Zu diesem Zweck wird die Verstellgeschwindigkeit des Verstellteils über die Frequenz des Drehfeldes auf einen konstanten Wert geregelt. Das für die Verstellbewegung des Verstellteils vorgesehene Drehmoment wird über den Lastwinkels 8, der als Phasenverschiebung zwischen dem Erregerfeld und dem Drehfeld des Motors definiert ist, eingestellt. Bei variierender Belastung des Verstellsystems wird der sich ändernde Lastwinkel 8 durch Nachregeln der Stromstärke konstant gehalten. Dies kann durch Pulsweitenmodulation oder durch einen veränderlichen Widerstand erfolgt.

Zum Zwecke des Einklemmschutzes oder zum Anfahren eines den Verstellweg begrenzenden Anschlags stehen verschiedene Verfahrensweisen zur Verfügung, von denen die wesentlichen nachfolgend kurz beschrieben werden : Steuerungsverfahren mit Einklemmschutz Zunächst wird der aktuelle Lastwinkel 6, gemessen und darauf basierend der maximal zulässige Lastwinkels An+1 der nachfolgenden Phase berechnet, wobei der aktuelle Lastwinkel 8n um einen relativen Wert (X% x an) oder einen absoluten Wert (Y Grad) erhöht wird. Nun werden die Lastwinkel An und bn+1 miteinander verglichen.

Ist die Abweichung kleiner als der auf der Basis des Erhöhungsbetrags zulässige Wert, so liegt kein Einklemmfall vor und die Antriebseinheit wird weiterbetrieben, d. h. ein Nachregeln der Stromstärke ist zulässig. Ist die Abweichung jedoch größer als der auf der Basis des Erhöhungsbetrags zulässige Wert, so ist der weitere Betrieb der Antriebseinheit nur unter Ausschluß des Nachregelns der Stromstärke zulässig.

Wird ein zum Motorstillstand führendes Überschreiten des Kippmoments des Motors festgestellt, das bei einem Lastwinkel 8K = 180°/NWick erreicht wird, wobei NWick der Anzahl der Motorwicklungen entspricht, so wird von einem Einklemmfall ausgegangen und der Motor wird abgeschaltet oder seine Drehrichtung umgekehrt oder der Motor wird für eine bestimmte Zeit oder Anzahl von Anlaufzyklen weiterbetrieben, wobei nach jedem Überschreiten des Kippmoments der Motor gemäß einer vorgesehenen Anlaufsteuerung wieder in Betrieb gesetzt wird. Bei Erreichen der vorbestimmten Zeit oder der Anzahl von Anlaufzyklen wird von einem Einklemmfall ausgegangen und der Motor wird abgeschaltet oder seine Drehrichtung umgekehrt.

Wird nach einem Überschreiten des Kippmoments innerhalb der vorbestimmten Zeit oder der Anzahl von Anlaufzyklen bei einem für den Lastwinkel °n eingestellten Strom ein Lastwinkel #n+m gemessen, der kleiner ist als der auf der Basis des Erhöhungsbetrags zulässige Wert ist, so wird von einer vorrübergehenden, nicht auf einem Einklemmfall beruhenden Störung ausgegangen, so daß der Motor weiterbetrieben werden kann, bzw. der größer als der auf der Basis des Erhöhungsbetrags zulässige Wert ist, so wird von einem Anhalten der Störung ausgegangen und nach Überschreiten der vorbestimmten Zeit der Motor wird abgeschaltet oder seine Drehrichtung umgekehrt.

Steuerungsverfahren zum Anfahren eines Anschlags (A) Zunächst sollte ein Normierungslauf mit einem festgelegten maximalen Drehmoment, das ein sicheres erreichen der Anschlagsposition garantiert. Dabei erfolgt zumindest die Messung und Abspeicherung der Position, bei der der Motor stehen bleibt. Das nächste Anfahren der Anschlagsposition erfolgt ab einer festgelegten Verstellposition in der Nähe der Anschlagsposition mit einer stark verminderten Verstellgeschwindigkeit und einem veringerten Drehmoment, wobei die Regelung des Drehmoments über die Einstellung der Stromstärke erfolgt.

Ein Abschalten der Antriebseinheit erfolgt bei Erreichen der abgespeicherten Anschlagsposition oder bei Erreichen eines vorgegebenen maximalen Drehmoments, das geringer als das maximale Drehmoment des Normierungslaufs ist, wenn die entsprechende Verstellposition einen zulässigen Abstand von der abgespeicherten Anschlagsposition nicht überschreitet, oder bei Erreichen einer vor der abgespeicherten Anschlagsposition liegenden Verstellposition und gegebenenfalls unter Ausnutzung der Nachlaufverhaltens des Verstellsystems.

(B) Eine weitere Variante geht ebenfalls von der Durchführung eines Normierungslaufs mit einem festgelegten maximalen Drehmoment und vom Messen sowie Abspeichern des von der Verstellposition des Verstellteils abhängigen Lastwinkels °n-1 zumindest für einen direkt an die Anschlagsposition angrenzenden Bereich aus, um das Maß der positionsabhängigen Schwergängigkeit zu ermitteln. Beim nächsten Anfahren der Anschlagsposition werden die aktuellen positionsabhängigen Meßwerte des Lastwinkels An erfaßt und abgespeichert. Nun erfolgt die Berechnung des maximal einzustellenden Dehmoments in Abhängigkeit vom aktuellen Lastwinkel 8n und vom Lastwinkel °n-1 der vorangegangenen Verstellbewegung. Der Betrieb der Antriebseinheit mit einem Drehmoment, das unterhalb des berechneten maximal einzustellenden Drehmoments liegt, garantiert eine das System schonenede Verfahrensweise.

Für verschieden Anwendungsfälle kann es aber auch ausreichend sein, da# zum Zwecke des Anfahrens einer Anschlagsposition die Drehfeldfrequenz und die elektrische Stromstärke reduziert werden. Bei Überschreitung des so reduzierten Kippmoments wird die Antriebseinheit abgeschaltet. Natürlich ist es auch möglich, die Antriebseinheit schon kurz vor dem Erreichen der Anschlagsposition abzuschalten und damit jegliche zusätzliche Systemverspannung zu vermeiden.

Da es mit der Erfindung möglich ist, sehr niedrige Einklemmkräfte sicher einzustellen, ohne daß es zur Einklemmerkennung eines Verstellwegs des Verstellteils bedarf, muß bei einem Stillstand des Motors aufgrung äußerer Einflüsse nicht aus Sicherheitsgründen das Vorliegen eines Einklemmfalls angenommen werden. Es ist also durchaus möglich und sinnvoll, den Motor unter Anwendung einer Anlaufsteuerung noch einmal oder mehrmals zu starten, um zu überprüfen, ob es sich um ein vorrübergehendes Ereignis handelt, welches zum Motorstillstand geführt hat. Hierzu sollte eine Anlaufsteuerung eingesetzt werden, die die Anlaufzeit minimiert.

Auf diesem Wege wird es möglich, ein Fehlauslösen des Einklemmschutzes, z. B. infolge vertikaler Beschleunigungskräfte beim Durchfahren einer sogenannten Schlechtwegstrecke, zu vermeiden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Betriebspunkt des Motors jeder einzelnen Verstelleinrichtung bei einem Normierungslauf mittels der elektronischen Steuerungseinrichtung in einfache Weise automatisch eingestellt werden kann. Dies geschieht immer dann, wenn eine vorgegebene zulässige Abweichung überschritten wird.

Die zulässige Abweichung kann sich insbesondere aus der Differenz zwischen dem kleinsten Lastwinkel amin innerhalb des Überwachungsbereichs einer Verstellbewegung und dem Lastwinkel 5K des Kippmoments ergeben, bei der sich eine Drehmomentendifferenz AM einstellt, das am Verstellteil die maximal zulässige Verstellkraft erzeugen kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels sowie der dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 schematische Schnittdarstellung einer Antriebseinheit mit Außenläufermotor und elektronischer Steuerungseinheit, wobei die elektrischen und elektronischen Bauteile durch die Wandung eines Trägers vom Naßraum abgetrennt sind ; Figur 2 Motorkennlinie (Drehzahl//Drehmoment) Figur 3 Motorkennlinie (Stomstärke//Drehmoment) Figur 4 Motorkennlinie (Drehmoment//Lastwinkel) Die schematische Darstellung von Figur 1 zeigt eine Antriebseinheit für einen elektrisch betriebenen Fensterheber einer Fahrzeugtür, die durch eine Wandung 6 in einen Naßraum und einen Trockenraum aufgeteilt ist. Demnach ist die aus einem Außenläufermotor 1a, 1b, einem mechanischen Getriebe 11, 25, 30, 31 und einer elektronischen Steuerungseinheit 5 bestehende Antriebseinheit mit einer Montageträger 2 ausgerüstet, der eine sich durch den Motor ziehende Naß-Trockenraum-Grenze bildet. Der Montageträger 2 besitzt einen zylindrischen Bereich 20, der von einem deckelartigen Bereich 21 abgeschlossen wird, in dessen Hohlaum der Ständer 1a des Außenläufermotors angeordnet ist. Der Ständer 1a ist fest mit dem Montageträger 2 oder einer (nicht dargestellten) Grundplatte der elektronischen Steuerungseinheit 5 verbunden. Damit wird eine direkte elektrische Kontaktierung des Ständers 1a über die Steuerungseinheit 5 möglich, die auch die Sensorik 5 und die Stecker 51 bis 54 trägt.

Des weiteren besitzt der Montageträger 2 wenigstens einen Befestigungsbereich 22 mit Justierungsmitteln, in den die Befestigungs-und Justierungsmittel 42 des naßraumseitigen Lagerdeckels 4 durch eine Öffnung in der Wandung 6 eingreifen. Im Lagerdeckel 4 sind Vormontagemittel 12 integriert, die in paßfähige Formschlußelemente des Ständers 1 b eingeclipst werden können, um so eine Vormontagegruppe zu bilden. Dabei wird gleichzeitig die zuvor montierte Seiltrommel 3 über die Verschachtelung der Ringe 33, 43 in ihrer vormontierten Position abgestützt. Die Achse 32 zentriert die Seiltrommel 3 zum einen über das Radiallager 41 im Lagerdeckel 4 und andererseits über das im Montageträger 2 integrierte Radiallager 23. Ein Axiallager 24 hält die Seiltrommel 3 in der Antriebseinheit spielfrei.

Um einen optimalen Rundlauf des Motors 1a, 1b zu gewährleisten, werden Ständer 1a und Läufer 1b über eine gemeinsame Achse 10 zueinander zentriert, ohne dafl dabei die Achse 10 die Naß-/Trockenraumtrennung des Montageträgers 2 durchbricht. Wegen der konsequenten Trennung zwischen dem Ständer 1 a und dem Läufer 1b gibt es keine zueinander bewegten Dichtungsbereiche.

Die in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehene Kraftübertragung erfolgt über die Ritzelverzahnungen 11, 31. Bei diesem nicht selbsthemmenden Getriebe ist es notwendig, die abtriebseitig auftretenden Drehmomente über eine Bremse 400 oder ein (nicht dargestelltes) Klemmgesperre abzustützen.

Gegenüber der Stirnseite der Permanentmagneten 14 des Läufers 1 b ist auf der elektronischen Steuerungseinrichtung 5 zur Drehzahlerfassung und Berechnung der Verstellposition ein magnetoresistiver Sensor 50 plaziert. Das Drehrichtungssignal kann dem Ansteuerungssignal entnommen werden, so daß eine eindeutige Zuordnung des Sensorsignals zu einer der beiden Drehrichtungen gewährleistet ist.

Figur 2 zeigt die Abhängigkeit der Drehzahl n eines Synchronmotors vom Drehmoment M. Demnach bleibt die über das Drehfeld eingestellte Drehzahl konstant, solange das Kippmoment nicht erreicht wird und der Motor stehen bleibt. Das Drehmoment M kann über die Stromstärke I an die am Motor anliegende Belastung angepaßt werden. Zwischen der effektiven Stromstärke leff und dem Drehmoment M des Motors besteht ein proportionaler Zusammenhang, wie Figur 3 zeigt.

In Figur 3 ist die sinusförmige Kennlinie des Synchronmotors dargestellt, wobei das Drehmoment M über dem Lastwinkel 6 aufgetragen ist. Der Arbeitsbereich des Motors erstreckt sich bis maximal s/4, was einem Lastwinkel von 90° und somit dem sogenannten Kippwinkel 8K entspricht, bei dem das Drehmoment M seinen maximalen Wert erreicht, nämlich das sogenannte Kippmoment Mk.

Um einen stabilen Lauf des Motors zu gewährleisten, wird der Betriebspunkt des Motors auf einen Lastwinkel 81 festgelegt, der einen hinreichend großen Abstand vom Lastwinkel 8K (90°) des Kippmoments Mk aufweist. Durch die Einstellung des Lastwinkels 81 wird auch der Abstand zwischen dem Drehmoment M, des Betriebspunktes und dem Kippmoment Mk festgelegt. Aus der Differenz zwischen diesen beiden Momenten M,, Mk resultiert eine am Verstellteil anliegende Kraft, die der maximalen Einklemmkraft bzw. Überschußkraft entspricht. Mit einem Synchronmotor kann also in einfacher und sicherer Weise die maximal zulässige Einklemmkraft des Verstellteils eingestellt und deren Oberschreitung sicher ausgeschlossen werden. Auch unterschiedliche Anforderungen an die Empfindlichkeit können durch die Variation des Lastwinkels erfüllt werden, zum Beispiel um ein Fehireversieren einer Fensterscheibe beim Befahren einer Schlechtwegstrecke zu vermeiden. Dazu können beispielsweise durch eine Sensorik die auf die Fahrzeugkarosserie einwirkenden Schwingungen und Stöße gemessen und bewertet werden. In Abhängigkeit der Meßergebnisse wird dann der Lastwinkel des Betriebspunktes um einem angemessenen Wert verringert.

Die Hauptvorteile der Verwendung eines Synchronmotors in Verstelleinrichtungen für Kraftfahrzeuge sind folgende : * einfache Geschwindigkeitsregelung sichere Einklemmschutzerkennung über die Auswertung des Lastwinkels, ohne die Notwendigkeit einer Verstellbewegung des Verstellteils sichere Einklemmkraft-und Überschußkraftbegrenzung durch entsprechende Einstellung einer begrenzten Winkeldifferenz zwischen Lastwinkel und Kippwinkel keine Kommutierungsgeräusche geringe elektromagnetische Störstrahlung gute Integrationsmöglichkeiten für sämtliche elektrischen und elektronischen Komponenten der Antriebseinheit # Möglichkeit einer konsequenten Naß-/Trockenraumtrennung durch den Motor hindurch, ohne daß eine Abdichtung zwischen zueinander bewegten oder drehenden Teilen notwendig ist # Antriebseinheit lä#t sich in eine die elektrischen und elektronischen Komponenten aufweisende und eine das Getriebe und den Läufer des Motors aufweisende Unterbaugruppe unterteilen Bezugszeichenliste 1 a Ständer 1 b Läufer 10 Achse 11 Ritzelverzahnung 12 Vormontageelement 13 gehäuse 14 Permanentmagnet 2 Träger, Montageträger 20 zylindrischer Bereich des Trägers 21 stirnseitiger Bereich des Trägers 22 Befestigungsbereich mit Justierungsmitteln 23 Radiallager 24 Axiallager 25 Seiltrommelgehäuse 3 Seiltrommel 30 Achse 31 Ritzelverzahnung 32 Vormontageelement 33 Ring<BR> 300 Seil 4 Lagerdeckel, Gehäuse 40 Radiallager 41 Radiallager 42 Befestigungsbereich mit Justierungsmitteln 43 Ring 400 Sperrvorrichtung, Bremsvorrichtung 5 elektronische Steuerungseinheit 50 Sensor, Hall-Element<BR> 51 Stecker 52 Stecker 53 Stecker 54 Stecker 6 Wandung # Lastwinkel I Stomstärke n Drehzahl des Motors M Drehmoment des Motors