JP7060983B2 - Seatbelt retractor and seatbelt take-up mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、シートベルトリトラクタ及びシートベルト巻き取り機構に関する。 The present invention relates to a seatbelt retractor and a seatbelt winding mechanism.
従来、シートベルトをモータの動力によって巻き取るシートベルトリトラクタにおいて、モータに発生する逆起電力による電流をモータに還流させるため、モータの一対の給電端子を短絡する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in a seatbelt retractor that winds up a seatbelt by the power of a motor, a technique of short-circuiting a pair of power feeding terminals of the motor is known in order to return a current due to a counter electromotive force generated in the motor to the motor (for example). See Patent Document 1).
しかしながら、従来の技術では、モータの一対の給電端子を短絡するための信号を制御部から出力しなければならないため、逆起電力による電流をモータに還流させるための複雑な制御が必要となる。 However, in the conventional technique, since a signal for short-circuiting the pair of power feeding terminals of the motor must be output from the control unit, complicated control for returning the current due to the counter electromotive force to the motor is required.
そこで、本開示は、逆起電力による電流を容易にモータに還流させることが可能なシートベルトリトラクタ及びシートベルト巻き取り機構を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a seatbelt retractor and a seatbelt winding mechanism capable of easily returning a current due to a counter electromotive force to a motor.
本開示は、
シートベルトを巻き取るためのスプールと、
動力伝達機構を介して前記スプールの回転軸と連結される回転軸を有し、前記スプールを回転させるモータと、
前記モータを駆動する駆動回路と、
前記モータに並列に常時接続されており、前記スプールに加えられる外力によって前記モータが回されることで前記モータに発生する逆起電力による電流を、前記モータに還流させる少なくとも一つの整流素子とを備え、
前記電流を前記モータに還流させることで、前記シートベルトの引き出し方向に前記スプールを回転させる方向に前記モータが回転することを抑制する、シートベルトリトラクタを提供する。
This disclosure is
A spool for winding up the seat belt and
A motor having a rotating shaft connected to the rotating shaft of the spool via a power transmission mechanism and rotating the spool,
The drive circuit that drives the motor and
At least one rectifying element which is always connected in parallel to the motor and causes the current generated by the counter electromotive force generated in the motor to be returned to the motor by rotating the motor by an external force applied to the spool. Prepare ,
Provided is a seatbelt retractor that suppresses the rotation of the motor in the direction of rotating the spool in the drawing direction of the seatbelt by refluxing the current to the motor .
また、本開示は、
シートベルトを巻き取るためのスプールと、
動力伝達機構を介して前記スプールの回転軸と連結される回転軸を有し、前記スプールを回転させるモータと、
前記モータに並列に常時接続されており、前記スプールに加えられる外力によって前記モータが回されることで前記モータに発生する逆起電力による電流を、前記モータに還流させる少なくとも一つの整流素子とを備え、
前記電流を前記モータに還流させることで、前記シートベルトの引き出し方向に前記スプールを回転させる方向に前記モータが回転することを抑制する、シートベルト巻き取り機構を提供する。
In addition, this disclosure is
A spool for winding up the seat belt and
A motor having a rotating shaft connected to the rotating shaft of the spool via a power transmission mechanism and rotating the spool,
At least one rectifying element which is always connected in parallel to the motor and causes the current generated by the counter electromotive force generated in the motor to be returned to the motor by rotating the motor by an external force applied to the spool. Prepare ,
Provided is a seatbelt winding mechanism that suppresses the rotation of the motor in the direction of rotating the spool in the drawing direction of the seatbelt by refluxing the current to the motor .
本開示によれば、逆起電力による電流を容易にモータに還流させることが可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to easily return the current due to the counter electromotive force to the motor.
以下、本開示に係る実施形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described with reference to the drawings.
図1は、シートベルト装置100の一例を模式的に示す構成図である。シートベルト装置100は、自動車等の車両13に搭載されるシステムである。シートベルト装置100は、例えば、シートベルト2と、ショルダーアンカー3と、タング4と、バックル5と、シートベルトリトラクタ(以下、単に「リトラクタ」とも称する)10とを備える。リトラクタ10は、シートベルト巻き取り機構(以下、単に「巻き取り機構」とも称する)6と、制御装置1とを備える。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an example of a
シートベルト2は、車両13のシート11に座る乗員9を拘束する帯状部材の一例であり、巻き取り機構6から引き出し可能に巻き取り機構6に巻き取られる。シートベルト2の一方の端部は、巻き取り機構6に接続され、シートベルト2のもう一方の端部は、車体、プリテンショナ装置又はシート11などに固定される。シートベルトは、ウェビングとも称される。
The seat belt 2 is an example of a band-shaped member that restrains the occupant 9 sitting on the seat 11 of the
ショルダーアンカー3は、巻き取り機構6から引き出されたシートベルト2を乗員9の肩部の方へガイドするガイド部材であり、例えば、車体の床又はシート11に固定される。
The shoulder anchor 3 is a guide member that guides the seat belt 2 pulled out from the take-
タング4は、ショルダーアンカー3によりガイドされたシートベルト2にスライド可能に取り付けられる部材である。 The tongue 4 is a member that is slidably attached to the seat belt 2 guided by the shoulder anchor 3.
バックル5は、タング4が着脱可能に係合される部材の一例であり、例えば、車体の床又はシート11に固定される。
The
リトラクタ10は、例えば、シート11の近傍の車体又はシート11自体に固定される。リトラクタ10は、シートベルト2の巻き取り又は引き出しを可能にする巻き取り機構6と、巻き取り機構6の動作を制御する制御装置1とを備える。
The
巻き取り機構6は、シートベルト2を巻き取るためのスプール8と、スプール8を回転させるモータ7と、モータ7とスプール8との間で動力を伝達する動力伝達機構17とを備える。スプール8には、シートベルト2の一端が固定される。モータ7は、スプール8を回転させる駆動力を発生する。モータ7の回転軸は、動力伝達機構17を介して、スプール8の回転軸と連結する。
The
制御装置1は、モータ7を駆動することによって、巻き取り機構6によるシートベルト2の巻き取り動作(又は、巻き取り動作と引き出し動作の両方)を制御する。制御装置1は、モータ7を駆動する駆動回路14と、駆動回路14の駆動動作を制御する制御回路15とを備える。
The control device 1 controls the winding operation (or both the winding operation and the pulling operation) of the seat belt 2 by the
駆動回路14は、制御回路15から供給される少なくとも一つの制御信号(例えば、PWM(パルス幅変調)の制御信号)に従って、モータ7を駆動する駆動電流をモータ7に流す。駆動回路14の具体例として、4つのスイッチング素子を有するHブリッジ駆動回路、ハーフブリッジ駆動回路、ハイサイドのスイッチング素子のみを有するハイサイド駆動回路、ローサイドのスイッチング素子のみを有するローサイド駆動回路などが挙げられる。駆動回路14の形態は、これらに限られず、要求される仕様に応じて、決められる。
The
制御回路15は、モータ7を駆動する駆動電流の大きさ(又は、駆動電流の大きさと向き)を制御する少なくとも一つの制御信号(例えば、PWMの制御信号)を、駆動回路14に対して出力する。制御回路15の各機能は、メモリに記憶されたプログラムに従ってCPU(Central Processing Unit)が動作することにより実現される。制御回路15の具体例として、CPUとメモリとを備えるマイクロコンピュータなどが挙げられる。
The
図2は、駆動回路14の第1の構成例を示す図である。図2に示される駆動回路14Aは、4つのスイッチング素子21,22,23,24を有し、モータ7に流す駆動電流の方向を切り替え可能なHブリッジ駆動回路である。モータ7は、第1の端子7aと第2の端子7bとの間に接続されるコイルを内蔵する。
FIG. 2 is a diagram showing a first configuration example of the
駆動回路14Aは、モータ7の第1の端子7aに接続される第1の接続点12と、モータ7の第2の端子7bに接続される第2の接続点18とを有し、モータ7に第1の接続点12及び第2の接続点18を介して駆動電流を流す。第1の接続点12は、スイッチング素子21とスイッチング素子22とが接続される中間ノードであり、第2の接続点18は、スイッチング素子23とスイッチング素子24とが接続される中間ノードである。
The
駆動回路14Aは、電源VBとグランド(GND)との間に接続されており、モータ7に対して電源VB側に接続されるハイサイドのスイッチング素子21,23と、モータ7に対してグランド側に接続されるローサイドのスイッチング素子22,24とを備える。スイッチング素子21,22,23,24は、オン/オフ動作する半導体素子であり、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の電圧制御型のトランジスタでもよいし、電流制御型のバイポーラトランジスタでもよい。図2には、スイッチング素子21,22,23,24がNチャネル型のMOSFETである形態が例示されている。
The
スイッチング素子21は、第1の端子7aに接続される第1のハイサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子21は、電源VB側に接続される電極(ドレイン又はコレクタ)と、第1の端子7aに第1の接続点12を介して接続される電極(ソース又はエミッタ)と、制御回路15に接続される電極(ゲート又はベース)とを有するハイサイドアームである。
The switching
スイッチング素子22は、第1の端子7aに接続される第1のローサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子22は、グランド側に接続される電極(ソース又はエミッタ)と、第1の端子7aに第1の接続点12を介して接続される電極(ドレイン又はコレクタ)と、制御回路15に接続される電極(ゲート又はベース)とを有するローサイドアームである。
The switching
スイッチング素子23は、第2の端子7bに接続される第2のハイサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子23は、電源VB側に接続される電極(ドレイン又はコレクタ)と、第2の端子7bに第2の接続点18を介して接続される電極(ソース又はエミッタ)と、制御回路15に接続される電極(ゲート又はベース)とを有するハイサイドアームである。
The switching
スイッチング素子24は、第2の端子7bに接続される第2のローサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子24は、グランド側に接続される電極(ソース又はエミッタ)と、第2の端子7bに第2の接続点18を介して接続される電極(ドレイン又はコレクタ)と、制御回路15に接続される電極(ゲート又はソース)とを有するローサイドアームである。
The switching
ダイオード31,32,33,34は、それぞれに対応するスイッチング素子21,22,23,24のボディダイオードでもよいし、それぞれに対応するスイッチング素子21,22,23,24に並列に追加接続された整流素子でもよい。
The
電流測定回路16は、駆動回路14Aに流れる電流を測定し、その測定結果を制御回路15に対して出力する電流測定部である。電流測定回路16は、例えば、駆動回路14Aのローサイドのスイッチング素子22,24とグランドとの間の電流経路に直列に挿入された抵抗によって、駆動回路14Aに流れる電流の電流量を測定する。
The
なお、電流測定回路16は、例えば、駆動回路14Aのハイサイドのスイッチング素子21,23と電源VBとの間の電流経路に直列に挿入された抵抗によって、駆動回路14Aに流れる電流の電流量を測定してもよい。電流測定方式は、これらに限られない。
The
制御回路15は、電流測定回路16による電流測定結果等を用いて、駆動回路14Aを構成する4つのスイッチング素子21,22,23,24を駆動する駆動制御部である。
The
制御回路15は、シートベルト2をスプール8に巻き取らせるモード(巻き取りモード)では、シートベルト2の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ7が回転(正回転)するように、駆動回路14Aの各スイッチング素子を制御する。例えば、制御回路15は、モータ7を正回転させる巻き取りモードでは、スイッチング素子23を所定のデューティ比のPWM制御でオン/オフさせ、スイッチング素子21,24を常時オフさせ、スイッチング素子22を常時オンさせる。このとき、スイッチング素子23のオフ時の還流電流による発熱を抑えるため、制御回路15は、スイッチング素子23のオフ時にスイッチング素子24をオンさせてもよい。あるいは、制御回路15は、モータ7を正回転させる巻き取りモードでは、スイッチング素子22を所定のデューティ比のPWM制御でオン/オフさせ、スイッチング素子21,24を常時オフさせ、スイッチング素子23を常時オンさせてもよい。このとき、スイッチング素子22のオフ時の還流電流による発熱を抑えるため、制御回路15は、スイッチング素子22のオフ時にスイッチング素子21をオンさせてもよい。
The
各スイッチング素子がこのように制御されることにより、駆動回路14Aは、シートベルト2の巻き取り方向にスプール8を回転させる方向(正転方向)に、モータ7を回転(正回転)させることができる。モータ7の回転軸が正回転すると、その正回転の駆動力は、動力伝達機構17によって、スプール8に伝達される。これにより、スプール8は、シートベルト2を巻き取る方向に回転するので、シートベルト2はスプール8に巻き取られる。
By controlling each switching element in this way, the
一方、制御回路15は、シートベルト2をスプール8から引き出させるモード(引き出しモード)では、シートベルト2の引き出し方向に対応する逆転方向にモータ7が回転(逆回転)するように、駆動回路14Aの各スイッチング素子を制御する。例えば、制御回路15は、モータ7を逆回転させる引き出しモードでは、スイッチング素子21を所定のデューティ比のPWM制御でオン/オフさせ、スイッチング素子22,23を常時オフさせ、スイッチング素子24を常時オンさせる。このとき、スイッチング素子21のオフ時の還流電流による発熱を抑えるため、制御回路15は、スイッチング素子21のオフ時にスイッチング素子22をオンさせてもよい。あるいは、制御回路15は、モータ7を逆回転させる引き出しモードでは、スイッチング素子24を所定のデューティ比のPWM制御でオン/オフさせ、スイッチング素子22,23を常時オフさせ、スイッチング素子21を常時オンさせてもよい。このとき、スイッチング素子24のオフ時の還流電流による発熱を抑えるため、制御回路15は、スイッチング素子24のオフ時にスイッチング素子23をオンさせてもよい。
On the other hand, the
各スイッチング素子がこのように制御されることにより、駆動回路14Aは、シートベルト2の引き出し方向にスプール8を回転させる方向(逆転方向)に、モータ7を回転(逆回転)させることができる。モータ7の回転軸が逆回転すると、その逆回転の駆動力は、動力伝達機構17によって、スプール8に伝達される。これにより、スプール8は、シートベルト2を引き出す方向に回転するので、シートベルト2はスプール8から引き出される。
By controlling each switching element in this way, the
ところで、図2に示される構成では、モータ7に並列に常時接続される還流回路40が設けられている。モータ7の回転軸とスプール8の回転軸とが動力伝達機構17によって連結されている状態において、スプール8に加えられる外力によってモータ7が回されると、モータ7に逆起電力が発生する。還流回路40は、この逆起電力による電流をモータ7に還流させることで、モータ7の回転を抑制しブレーキをかけるものである。
By the way, in the configuration shown in FIG. 2, a
還流回路40がモータ7の回転を抑制することで、例えば、車両衝突時に乗員9に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。また、還流回路40がモータ7に並列に常時接続されていることにより、逆起電力による電流をモータ7に還流させるための制御が不要となるので、逆起電力による電流を容易にモータ7に還流させることが可能となる。
By suppressing the rotation of the
さらに、逆起電力による電流をモータ7に還流させるための制御が必要な構成では、電源VBが衝突等により失陥すると、当該制御を継続することが難しくなり、その結果、逆起電力による電流をモータ7に還流させることも難しくなる。これに対し、本実施形態では、逆起電力による電流をモータ7に還流させるための制御が不要である。よって、電源VBが衝突等により失陥しても、逆起電力による電流をモータ7に還流させることができ、車両衝突時に乗員9に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。
Further, in a configuration that requires control for returning the current due to the counter electromotive force to the
例えば、リトラクタ10外部の車載コンピュータは、所定値以上の減速度が車両13に加わる又は加わる可能性がある緊急時に、シートベルト2の乗員9に対する拘束力制御を開始するための指令信号を送信する。
For example, an in-vehicle computer outside the
所定値以上の減速度が車両13に加わる緊急時の具体例として、自動又は運転者のブレーキ操作で車両13を所定値以上の減速度で減速させる急ブレーキが作動する時、運転者のブレーキ操作が無くても車両13を所定値以上の減速度で自動で減速させる自動ブレーキが作動する時などが挙げられる。所定値以上の減速度が車両13に加わる可能性がある緊急時の具体例として、車両13が衝突する可能性があると判定される時などが挙げられる。
As a specific example of an emergency in which a deceleration of a predetermined value or more is applied to the
制御回路15は、タング4がバックル5に係合されシートベルト2が乗員9に装着された状態において、リトラクタ10外部の車載コンピュータからの指令信号を受信する等の条件が成立すると、シートベルト2の乗員9に対する拘束力制御を開始する。
The
制御回路15は、衝突時の衝撃に準備するため、シートベルト2の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ7が回転(正回転)するように、駆動回路14Aの各スイッチング素子を制御する。モータ7の回転軸が正回転すると、その正回転の駆動力は、動力伝達機構17によって、スプール8に伝達される。これにより、スプール8は、シートベルト2を巻き取る方向に回転するので、シートベルト2はスプール8に巻き取られる。その結果、シートベルト2による乗員9に対する拘束力は上がる。
The
その後、乗員9が衝突時の慣性により車両前方に移動すると、乗員9の車両前方への慣性力により、シートベルト2がスプール8から引き出される。シートベルト2がスプール8から引き出される方向にスプール8が回転すると、その回転力は、動力伝達機構17によって、モータ7の回転軸に伝達される。これにより、モータ7の回転軸は、逆転方向に回されるので、モータ7に逆起電力が発生する。この逆起電力の発生によって、第1の端子7aの電位が第2の端子7bの電位よりも相対的に高くなる(言い換えれば、第2の端子7bの電位が第1の端子7aの電位よりも相対的に低くなる)。
After that, when the occupant 9 moves to the front of the vehicle due to the inertia at the time of collision, the seat belt 2 is pulled out from the
図2の構成では、第1の端子7aと第2の端子7bとの間の電位差が、ダイオード42の順方向電圧とツェナーダイオード41のツェナー電圧との和を超えると、逆起電力による電流は、第1の端子7a、還流回路40、第2の端子7b、モータ7の順路で還流する。このように、還流回路40は、逆起電力による電流をモータ7に還流させることで、シートベルト2の引き出し方向にスプール8を回転させる逆転方向にモータ7が回転することを抑制することができる。その結果、車両衝突時に乗員9に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。
In the configuration of FIG. 2, when the potential difference between the
還流回路40は、ダイオード42と、ツェナーダイオード41と、抵抗素子43とが直列に接続される直列構成を有する。ダイオード42と、ツェナーダイオード41と、抵抗素子43とが、逆起電力による電流が流れる電流経路に直列に挿入されている。ダイオード42と、ツェナーダイオード41と、抵抗素子43とが直列に挿入されている位置は、互いに置換されてもよい。
The
ダイオード42は、モータ7に並列に常時接続されており、モータ7に発生する逆起電力による電流をモータ7に還流させる整流素子である。第1の端子7a側をアノードとし、第2の端子7b側をカソードとするダイオード42が、モータ7に並列に常時接続されている。この向きに接続されるダイオード42により、シートベルト2の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ7を回転させる駆動電流が還流回路40に流れることを防止することができる。
The diode 42 is a rectifying element that is always connected in parallel to the
ツェナーダイオード41も、モータ7に並列に常時接続されており、モータ7に発生する逆起電力による電流をモータ7に還流させる整流素子である。ツェナーダイオード41は、ダイオード42に直列に接続されている。第1の端子7a側をカソードとし、第2の端子7b側をアノードとするツェナーダイオード41が、モータ7に並列に常時接続されている。この向きに接続されるツェナーダイオード41により、シートベルト2の引き出し方向に対応する逆転方向にモータ7を回転させる駆動電流が還流回路40に流れることを防止することができる。ツェナーダイオード41のツェナー電圧は、電源VBとグランドとの間の電源電圧よりも大きな値に設定される。
The
抵抗素子43は、ツェナーダイオード41に直列に接続されている。抵抗素子43により、還流回路40に逆起電力により流れる還流電流が小さくなるので、モータ7の回転を抑制する力を弱めることができる。つまり、抵抗素子43の抵抗値を変えることによって、モータ7の回転を抑制する力を調整することができる。なお、抵抗素子43は、無くてもよい。
The
また、逆起電力の発生によって、第1の端子7aの電位が第2の端子7bの電位よりも相対的に低くなる(言い換えれば、第2の端子7bの電位が第1の端子7aの電位よりも相対的に高くなる)ことが想定される場合がある。この場合、ダイオード42を、第1の端子7a側をアノードとし第2の端子7b側をカソードとするツェナーダイオードに置換することが好ましい。ダイオード42をツェナーダイオードに置換した構成では、第1の端子7aの電位が第2の端子7bの電位よりも相対的に低くなる逆起電力が発生すると、その逆起電力による電流は、第2の端子7b、還流回路40、第1の端子7a、モータ7の順路で還流する。この置換したツェナーダイオードのツェナー電圧は、電源VBとグランドとの間の電源電圧よりも大きな値に設定される。このように、図2に示される駆動回路14Aにおいて、ダイオード42もツェナーダイオードに変更することによって、両方向の逆起電力の発生に対応できる点で、より好適な構成を実現できる。
Further, due to the generation of the counter electromotive force, the potential of the
図3は、駆動回路14の第2の構成例を示す図である。第1の構成例と同様の点については、その説明を省略する。図3に示される駆動回路14Bは、ハイサイドのスイッチング素子25を有し、モータ7に一方向のみの駆動電流を供給可能なハイサイド駆動回路である。駆動回路14Bは、例えば、シートベルト2の引き出し方向に対応する逆転方向にモータ7を回転させる必要がない場合に使用され、シートベルト2の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ7を回転させる駆動電流をモータ7に供給できる。
FIG. 3 is a diagram showing a second configuration example of the
駆動回路14Bは、電源VBとグランド(GND)との間に接続されており、モータ7に対して電源VB側に接続されるハイサイドのスイッチング素子25を備える。スイッチング素子25は、電源VB側に接続される電極(ドレイン又はコレクタ)と、第2の端子7bに接続される電極(ソース又はエミッタ)と、制御回路15に接続される電極(ゲート又はベース)とを有するハイサイドアームである。第1の端子7aは、グランドに接続される。ダイオード35は、スイッチング素子25のボディダイオードでもよいし、スイッチング素子25に並列に追加接続された整流素子でもよい。
The
制御回路15は、シートベルト2をスプール8に巻き取らせるモード(巻き取りモード)では、シートベルト2の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ7が回転(正回転)するように、駆動回路14Bのスイッチング素子25を制御する。例えば、制御回路15は、モータ7を正回転させる巻き取りモードでは、スイッチング素子25を所定のデューティ比のPWM制御でオン/オフさせる。
The
スイッチング素子25がこのように制御されることにより、駆動回路14Bは、シートベルト2の巻き取り方向にスプール8を回転させる方向(正転方向)に、モータ7を回転(正回転)させることができる。モータ7の回転軸が正回転すると、その正回転の駆動力は、動力伝達機構17によって、スプール8に伝達される。これにより、スプール8は、シートベルト2を巻き取る方向に回転するので、シートベルト2はスプール8に巻き取られる。
By controlling the switching
図3に示される構成では、モータ7に並列に常時接続される還流回路45が設けられている。図3の構成では、逆起電力の発生によって、第1の端子7aの電位が第2の端子7bの電位よりも相対的に高くなる(言い換えれば、第2の端子7bの電位が第1の端子7aの電位よりも相対的に低くなる)。したがって、第1の端子7aと第2の端子7bとの間の電位差が、ツェナーダイオード44の順方向電圧を超えると、逆起電力による電流は、第1の端子7a、還流回路45、第2の端子7b、モータ7の順路で還流する。このように、還流回路45は、逆起電力による電流をモータ7に還流させることで、シートベルト2の引き出し方向にスプール8を回転させる逆転方向にモータ7が回転することを抑制することができる。その結果、車両衝突時に乗員9に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。
In the configuration shown in FIG. 3, a
還流回路45は、ツェナーダイオード44を有する。ツェナーダイオード44が、逆起電力による電流が流れる電流経路に直列に挿入されている。ツェナーダイオード44は、モータ7に並列に常時接続されており、モータ7に発生する逆起電力による電流をモータ7に還流させる整流素子である。第1の端子7a側をアノードとし、第2の端子7b側をカソードとするツェナーダイオード44が、モータ7に並列に常時接続されている。このような向きで接続されたツェナーダイオード44により、シートベルト2の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ7を回転させる駆動電流が還流回路45に流れることを防止することができる。
The
また、逆起電力の発生によって、第1の端子7aの電位が第2の端子7bの電位よりも相対的に低くなる(言い換えれば、第2の端子7bの電位が第1の端子7aの電位よりも相対的に高くなる)ことが想定される場合がある。この場合、第1の端子7aと第2の端子7bとの間の電位差が、ツェナーダイオード44のツェナー電圧を超えると、逆起電力による電流は、第2の端子7b、還流回路40、第1の端子7a、モータ7の順路で還流する。ツェナーダイオード44のツェナー電圧は、電源VBとグランドとの間の電源電圧よりも大きな値に設定される。したがって、図3に示される駆動回路14Bによれば、両方向の逆起電力に対応することも可能である。
Further, due to the generation of the counter electromotive force, the potential of the
図4は、駆動回路14の第3の構成例を示す図である。第1及び第2の構成例と同様の点については、その説明を省略する。図4に示される駆動回路14Cでは、モータ7に並列に常時接続される還流回路49が設けられている。還流回路49は、図3の還流回路45に対して、ツェナーダイオード47と抵抗素子48とが追加された構成を有する。
FIG. 4 is a diagram showing a third configuration example of the
ツェナーダイオード47は、モータ7に並列に常時接続されており、モータ7に発生する逆起電力による電流をモータ7に還流させる整流素子である。ツェナーダイオード47は、ダイオード46に直列に接続されている。第1の端子7a側をカソードとし、第2の端子7b側をアノードとするツェナーダイオード47が、モータ7に並列に常時接続されている。ツェナーダイオード47のツェナー電圧は、電源VBとグランドとの間の電源電圧よりも大きな値に設定される。
The
図4の構成では、第1の端子7aと第2の端子7bとの間の電位差が、ダイオード46の順方向電圧とツェナーダイオード47のツェナー電圧との和を超えると、逆起電力による電流は、第1の端子7a、還流回路40、第2の端子7b、モータ7の順路で還流する。このように、還流回路49は、逆起電力による電流をモータ7に還流させることで、シートベルト2の引き出し方向にスプール8を回転させる逆転方向にモータ7が回転することを抑制することができる。その結果、車両衝突時に乗員9に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。
In the configuration of FIG. 4, when the potential difference between the
また、図4の構成では、逆起電力の発生によって、第1の端子7aの電位が第2の端子7bの電位よりも相対的に高くなる場合、逆起電力による電流の還流時に、第1の端子7aと第2の端子7bとの間の電位差は、図3の構成に比べて高い電圧でクランプされる。したがって、還流回路の発熱を抑制でき、エネルギー吸収する期間を短縮できる。
Further, in the configuration of FIG. 4, when the potential of the
抵抗素子48は、ツェナーダイオード47に直列に接続されている。抵抗素子48により、還流回路49に逆起電力により流れる還流電流が小さくなるので、モータ7の回転を抑制する力を弱めることができる。つまり、抵抗素子48の抵抗値を変えることによって、モータ7の回転を抑制する力を調整することができる。なお、抵抗素子48は、無くてもよい。
The
また、逆起電力の発生によって、第1の端子7aの電位が第2の端子7bの電位よりも相対的に低くなる(言い換えれば、第2の端子7bの電位が第1の端子7aの電位よりも相対的に高くなる)ことが想定される場合がある。この場合、第1の端子7a側をアノードとし第2の端子7b側をカソードとするダイオード46を、第1の端子7a側をアノードとし第2の端子7b側をカソードとするツェナーダイオードに置換することが好ましい。ダイオード42をツェナーダイオードに置換した構成では、第1の端子7aの電位が第2の端子7bの電位よりも相対的に低くなる逆起電力が発生すると、その逆起電力による電流は、第2の端子7b、還流回路40、第1の端子7a、モータ7の順路で還流する。この置換したツェナーダイオードのツェナー電圧は、電源VBとグランドとの間の電源電圧よりも大きな値に設定される。このように、図4に示される駆動回路14Cにおいて、ダイオード46もツェナーダイオードに変更することによって、両方向の逆起電力の発生に対応できる点で、より好適な構成を実現できる。
Further, due to the generation of the counter electromotive force, the potential of the
図5は、シートベルト巻き取り機構の第1の構成例を示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first configuration example of the seatbelt winding mechanism.
この巻き取り機構6Aは、上述の巻き取り機構6の一例であり、以下の構成要素を有する。
(1)ウェビング(図示せず)を巻き取るスプール101
(2)スプール軸として嵌合された所定の荷重で捻れるトーションバー(スプール軸)102
(3)スプール101とトーションバー102を回転自在に支持するリトラクタベース103
(4)リトラクタベース103にネジ等で一体的に固定されたインターナルギヤ(内歯歯車)104
(5)インターナルギヤ104の内歯に係合する3つのプラネタリーギヤ(遊星歯車)105(図上では1つのみ図示)
(6)プラネタリーギヤ105の回転中心軸であって、トーションバー102に一体的に嵌合装着されたキャリヤー(出力軸)106
(7)プラネタリーギヤ105と係合するサンギヤ(太陽歯車)107
(8)サンギヤ107が同一回転中心で一体的に形成された円筒状のローター108
(9)ローター108の円筒周縁部の内側面に接着剤等で貼設されていて、ブラシレスモータ7Aの主要部を構成するリング状のマグネット109
(10)マグネット109と近接してブラシレスモータ7Aの主要部を構成する複数の駆動コイル110
(11)ブラシレスモータ7Aを被覆するカバー111
(12)カバー111の外側に設けられていてトーションバー102に嵌合装着される円柱状のブッシュシャフト112
(13)ブッシュシャフト112に一端が固定され幾重にも巻かれていて、トーションバー102に駆動力を伝達するリターンスプリング113
(14)リターンスプリング113の他端が固定され、カバー111に一体的に固定されていてリターンスプリング113を被覆するスプリングカバー114
The take-up
(1)
(2) Torsion bar (spool shaft) 102 that is fitted as a spool shaft and twists with a predetermined load.
(3)
(4) Internal gear (internal gear) 104 integrally fixed to the
(5) Three planetary gears (planetary gears) 105 that engage with the internal teeth of the internal gear 104 (only one is shown in the figure).
(6) A carrier (output shaft) 106 that is a rotation center shaft of the
(7)
(8)
(9) A ring-shaped
(10) A plurality of drive coils 110 that form a main part of the
(11)
(12) A
(13) A
(14) The other end of the
ブラシレスモータ7Aは、上述のモータ7の一例であり、ローター108と、マグネット109と、駆動コイル110とを有する。遊星歯車機構17Aは、上述の動力伝達機構17の一例であり、プラネタリーギヤ105と、キャリヤー106と、サンギヤ107とを有する。以下、巻き取り機構6Aの構成につき更に詳細に説明する。
The
巻き取り機構6Aには、機械式EA(EAは、エネルギー吸収を意味し、以下この用語を統一して用いる)機構と電気式EA機構とを両用した機構を備えている。機械式EA機構は、所定のリミット荷重を超えるトルクが負荷された場合にトーションバー102の捻れ現象によってエネルギー吸収が行われる。
The take-up
一方、電気式EA機構は、ブラシレスモータ7Aによるアシスト力を与えることによって行われる。これら2つの機構を相互補完するようにして用いられる。
On the other hand, the electric EA mechanism is performed by applying an assist force by the
以下、巻き取り機構6Aの全体の動作につき説明する。
Hereinafter, the overall operation of the take-up
この巻き取り機構6Aでは、駆動回路14により駆動コイル110に駆動電流が送られると、駆動コイル110に磁場が生じてマグネット109に反発力が生じ、ブラシレスモータ7Aのローター108に回転力が発生される。このローター108の回転力により、サンギヤ107は、トーションバー102の周りを回転し、サンギヤ107に係合する3つのプラネタリーギヤ105は、回転力を与えられる。また、3つのプラネタリーギヤ105は、リトラクタベース103に固定された不動のインターナルギヤ104の内歯に係合しているため、インターナルギヤ104内を遊星のように回動する(図6,7の符号226,227を参照)。プラネタリーギヤ105の回動によって、プラネタリーギヤ105の回転軸であるキャリヤー106は、プラネタリーギヤ105の回動と共に回動し、キャリヤー106と一体のトーションバー102を回転させる。トーションバー102が回転するとスプール101も一体的に回転することになる。
In this take-up
また、トーションバー102の端部に一体的に設けられたブッシュシャフト112は、トーションバー102の回転に伴って回転し、リターンスプリング113を付勢方向又は付勢力解放方向に巻きあげる。その他の構成は、従来のリトラクタと同一なので構成の説明は省略する。
Further, the
次に、巻き取り機構6AのEA機構のみの構成および動作について説明する。トーションバー102のEA機構とモータアシスト負荷のEA機構との2つのEA機構を相互補完する方法には大きく分けて2つある。第1の方式は、ブラシレスモータ7Aによってトーションバー102の捻れ回転方向とは逆方向に、スプール101を回転させてプラスのモータアシスト負荷を与える。第2の方式は、ブラシレスモータ7Aによってトーションバー102の捻れ回転方向と同じ順方向と捻れ回転方向とは逆方向との双方にスプール101を回転させてマイナス及びプラスのモータアシスト負荷を与える。ブラシレスモータ7Aは、制御装置1によって回転制御できる。
Next, the configuration and operation of only the EA mechanism of the take-up
例えば、2.5kN(キロニュートン)のリミット荷重のトーションバー102を用いた巻き取り機構の場合、第1の方式での回転制御によって、トーションバー102の捻れ回転方向とは逆方向に、モータアシスト負荷を0から3kNまで与えたとする。これにより、トーションバー102のEA効果にモータアシスト負荷のEA効果を加えると、全体で2.5kNから5.5kNまでのEA効果が期待できる。
For example, in the case of a winding mechanism using a
一方、例えば、4kNのリミット荷重のトーションバー102を用いた巻き取り機構の場合、第2の方式での回転制御によって、トーションバー102の捻れ回転方向とは逆方向の-1.5kNから順方向の+1.5kNまでのモータアシスト負荷を与えたとする。これにより、全体で同様に2.5kNから5.5kNまでのEA効果が期待できる。この場合、巻き取り機構6Aに搭載するモータの小型化を図る場合は、第2の方式の方が出力の小さなモータが活用できるので好ましい。また、駆動コイル110周辺にホール素子を配置すれば、ローター108の回転状態をセンシングすることができる。
On the other hand, for example, in the case of a winding mechanism using a
図6は、シートベルト巻き取り機構の第2の構成例を示す分解斜視図である。図7は、図6に示される巻き取り機構6Bのギヤの係合関係を示す図である。なお、図7では、火薬式プリテンション機構については図面上省略されている。以下、図6,7を用いて巻き取り機構6Bの構成につき説明する。この巻き取り機構6Bは、上述の巻き取り機構6の一例であり、以下の構成要素を有する。
FIG. 6 is an exploded perspective view showing a second configuration example of the seatbelt winding mechanism. FIG. 7 is a diagram showing the engagement relationship of the gears of the take-up
(1)リテーナ220
(2)リテーナ220に一体的に装着されたDCモータ221
(3)DCモータ221のモータ軸に一体的に設けられたモータギヤ222
(4)リテーナ220に設けられた突片に軸支されていて、モータギヤ222と係合する第1ギヤ223(詳しくは第1ギヤ223は、一体的な2段ギヤ(大ギヤ223aと小ギヤ223b)から構成され、モータギヤ222は大ギヤ223aと係合する)
(5)リテーナ220に設けられた突片に軸支されていて、第1ギヤ223(詳しくは小ギヤ223b)と係合する第2ギヤ224(詳しくは第2ギヤ224は、一体的な2段ギヤ(大ギヤ224aと小ギヤ224b)から構成され、小ギヤ223bは大ギヤ224aと係合する)
(6)第2ギヤ224(詳しくは小ギヤ224b)と係合する第3ギヤ225(詳しくは第3ギヤ225は、一体的な2段ギヤ(大ギヤ225aと小ギヤ225b)から構成され、小ギヤ224bは大ギヤ225aと係合する)
(7)第3ギヤ225(詳しくは小ギヤ225b)と係合する3つのプラネタリーギヤ226
(8)内側に形成された内歯227aに3つのプラネタリーギヤ226と係合するインターナルギヤ227
(9)インターナルギヤ227の外周面に形成された外歯227b
(10)外歯227bに嵌合してインターナルギヤ227の時計方向の回転を係止する係止片230
(11)係止片230を一端で支持するバネからなるレバー231
(12)レバー231の他端をカール状に形成したリング部材232
(13)リング部材232が巻き付く凸状の環状部材233(なお、環状部材233は第1ギヤ223と同一回転中心に一体形成されている)
(14)環状部材233の頂面の周縁部に突設されていて、リング部材232を押圧して摩擦力を与える摩擦片234
(15)3つのプラネタリーギヤ226を載置するためのキャリヤー235
(16)3つのプラネタリーギヤ226をキャリヤー235に回転自在に支持してキャリヤー235に固着する3つのピン236
(17)3つのピン236と3つのプラネタリーギヤ226との間に揺動自在に挿入される減速プレート237
(18)キャリヤー235の回転中心穴に先端部238aを貫通させて先端部238aの根元部で一体的に嵌合させ、更に先端部238aが第3ギヤ225の回転中心穴に摺動回転自在に挿入されるスプール238
(19)スプール238に一端が固定された身体を拘束するためのウェビングW(矢印AはウェビングWの引き出し方向、矢印BはウェビングWの引き込み方向)
(20)ギヤ群全体を被覆するカバー239
(21)カバー239をリテーナ220に装着する複数のネジ240
(1)
(2)
(3)
(4) A
(5) The second gear 224 (specifically, the
(6) The
(7) Three
(8)
(9)
(10)
(11) A
(12)
(13) A convex
(14)
(15)
(16) Three
(17) A
(18) The
(19) Webbing W for restraining the body whose one end is fixed to the spool 238 (arrow A is the pull-out direction of the webbing W, arrow B is the pull-in direction of the webbing W).
(20)
(21) A plurality of
DCモータ221は、上述のモータ7の一例である。遊星歯車機構17Bは、上述の動力伝達機構17の一例であり、巻き取り機構6Bの上述の構成要素(3)~(17)を有する。以下、巻き取り機構6Bの動作につき更に詳細に説明する。
The
制御装置1は、DCモータ221の回転軸を時計方向又は反時計方向に回転させるように動作制御する。図8,9は、本実施例の動作を示す図であって、図8はモータが時計方向(CW方向)に回転する場合の状態を示す図であり、図9はモータが反時計方向(CCW方向)に回転する場合の状態を示す図である。
The control device 1 controls the operation so as to rotate the rotation axis of the
この巻き取り機構6Bは、通常時(急ブレーキ時や衝突時等の緊急時以外)は、図7及び図9に示すように、係止片230は外歯227bから離間していて、インターナルギヤ227は拘束されない。よって、遊星歯車の特性上、キャリヤー235の回転力は、第3ギヤ225には伝達されなくなる。したがって、キャリヤー235に一体的に嵌合されたスプール238の回転力は、第3ギヤ225に係合するDCモータ221の回転軸には伝達されなくなる。
In the winding
次に、急ブレーキ時や衝突時等の緊急時には、ABS(アンチロックブレーキシステム)機構や衝突予知装置等の車載コンピュータから指令信号が出力される。出力される指令信号によって、プリテンション機構(火薬式プリテンション機構に先だってウェビングWを巻き上げてテンションを増加させる機構)を作動させて、DCモータ221の回転軸を図8に示すように時計方向(矢印方向)に回転させる。
Next, in the event of an emergency such as sudden braking or a collision, a command signal is output from an in-vehicle computer such as an ABS (anti-lock braking system) mechanism or a collision prediction device. The output command signal activates the pretension mechanism (a mechanism that winds up the webbing W to increase the tension prior to the explosive pretension mechanism), and the rotation axis of the
するとモータギヤ222の時計方向の回転力が第1ギヤ223に反時計方向(矢印方向)の回転力として伝達されて、係止片230がインターナルギヤ227の外歯227bに係合してインターナルギヤ227の時計方向(矢印方向)の回転を係止する。これによって、第3ギヤ225の回転力は、スプール238が一体的に嵌合されているキャリヤー235に伝達可能となる。また、第1ギヤ223の回転力は、第2ギヤ224に時計方向(矢印方向)の回転力として伝達され、第3ギヤ225に反時計方向(矢印方向)の回転力が伝達される。
Then, the clockwise rotational force of the
したがって、第3ギヤ225に反時計方向の回転は、第3ギヤ225と一体の小ギヤ225bを反時計方向に回転させ、3つのプラネタリーギヤ226のそれぞれに時計方向(矢印方向)の回転力を伝達させる。3つのプラネタリーギヤ226は、係止片230によって回転が拘束されたインターナルギヤ227の内歯227aに係合しながら小ギヤ225bの周囲を遊星のように反時計方向(矢印方向)に回動する。3つのプラネタリーギヤ226は、3つのプラネタリーギヤ226を軸支するキャリヤー235を反時計方向(矢印方向)に回転させる。よって、キャリヤー235に嵌合するスプール238は反時計方向に回転し、ウェビングWを巻き取る(矢印B方向)。したがって、DCモータ221の時計方向の回転力は、ウェビングWを巻き取る回転力として伝達される。
Therefore, the counterclockwise rotation of the
次に、衝突によって車体に衝撃力が伝わり、図示しない加速度センサーや図示しないクラッシュセンサーから衝撃検知信号が出力され、図示しない火薬式のプリテンション機構が作動しウェビングWが巻き取り機構6Bに引き込まれて乗員の初期拘束が確保される。次に、乗員の前方への慣性力によりウェビングWが引き出される(図8の矢印A)。
Next, an impact force is transmitted to the vehicle body due to a collision, an impact detection signal is output from an acceleration sensor (not shown) or a crash sensor (not shown), an explosive-type pretension mechanism (not shown) is activated, and the webbing W is drawn into the take-up
この際、図8に示すように、係止片230が外歯227bを係止した状態にあるので、スプール238からウェビングWが引き出される力は、DCモータ221の回転軸に反時計方向(矢印と反対方向)に回転力が伝達される。DCモータ221は、通電状態あるいは短絡状態にあれば、回転軸の回転によって逆起電力が発生し、回転を妨げるような回転抗力を生ずる。巻き取り機構6Bは、この回転抗力をロック機構やEA機構に積極的に活用しようとするものである。
At this time, as shown in FIG. 8, since the
以上、シートベルトリトラクタ及びシートベルト巻き取り機構を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。 Although the seatbelt retractor and the seatbelt winding mechanism have been described above by embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. Various modifications and improvements, such as combinations and substitutions with some or all of the other embodiments, are possible within the scope of the present invention.
1 制御装置
2 シートベルト
6 シートベルト巻き取り機構
7 モータ
8 スプール
10 シートベルトリトラクタ
14,14A,14B 駆動回路
15 制御回路
17 動力伝達機構
40,45,49 還流回路
100 シートベルト装置
1 Control device 2
Claims (10)
動力伝達機構を介して前記スプールの回転軸と連結される回転軸を有し、前記スプールを回転させるモータと、
前記モータを駆動する駆動回路と、
前記モータに並列に常時接続されており、前記スプールに加えられる外力によって前記モータが回されることで前記モータに発生する逆起電力による電流を、前記モータに還流させる少なくとも一つの整流素子とを備え、
前記電流を前記モータに還流させることで、前記シートベルトの引き出し方向に前記スプールを回転させる方向に前記モータが回転することを抑制する、シートベルトリトラクタ。 A spool for winding up the seat belt and
A motor having a rotating shaft connected to the rotating shaft of the spool via a power transmission mechanism and rotating the spool,
The drive circuit that drives the motor and
At least one rectifying element which is always connected in parallel to the motor and causes the current generated by the counter electromotive force generated in the motor to be returned to the motor by rotating the motor by an external force applied to the spool. Prepare ,
A seatbelt retractor that recirculates the current to the motor to prevent the motor from rotating in the direction of rotating the spool in the direction of pulling out the seatbelt.
前記整流素子は、前記第1の端子側をアノードとし、前記第2の端子側をカソードとするダイオードを含む、請求項1に記載のシートベルトリトラクタ。 The motor has a first terminal and a second terminal whose potential is relatively lower than that of the first terminal due to the generation of the counter electromotive force.
The seatbelt retractor according to claim 1, wherein the rectifying element includes a diode having the first terminal side as an anode and the second terminal side as a cathode.
前記整流素子は、前記第1の端子側をアノードとし、前記第2の端子側をカソードとするツェナーダイオードを含む、請求項1に記載のシートベルトリトラクタ。 The motor has a first terminal and a second terminal whose potential is relatively higher than that of the first terminal due to the generation of the counter electromotive force.
The seatbelt retractor according to claim 1, wherein the rectifying element includes a Zener diode having the first terminal side as an anode and the second terminal side as a cathode.
動力伝達機構を介して前記スプールの回転軸と連結される回転軸を有し、前記スプールを回転させるモータと、
前記モータに並列に常時接続されており、前記スプールに加えられる外力によって前記モータが回されることで前記モータに発生する逆起電力による電流を、前記モータに還流させる少なくとも一つの整流素子とを備え、
前記電流を前記モータに還流させることで、前記シートベルトの引き出し方向に前記スプールを回転させる方向に前記モータが回転することを抑制する、シートベルト巻き取り機構。 A spool for winding up the seat belt and
A motor having a rotating shaft connected to the rotating shaft of the spool via a power transmission mechanism and rotating the spool,
At least one rectifying element which is always connected in parallel to the motor and causes the current generated by the counter electromotive force generated in the motor to be returned to the motor by rotating the motor by an external force applied to the spool. Prepare ,
A seatbelt winding mechanism that suppresses the rotation of the motor in the direction of rotating the spool in the pull-out direction of the seatbelt by recirculating the current to the motor .
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