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JP2000014184A - 少なくとも一つのブランチを有するパ―マネント励起されている電動機のための制御システム - Google Patents

少なくとも一つのブランチを有するパ―マネント励起されている電動機のための制御システム

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JP2000014184A
JP2000014184A JP11131921A JP13192199A JP2000014184A JP 2000014184 A JP2000014184 A JP 2000014184A JP 11131921 A JP11131921 A JP 11131921A JP 13192199 A JP13192199 A JP 13192199A JP 2000014184 A JP2000014184 A JP 2000014184A
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JP
Japan
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motor
control system
voltage
control device
control
Prior art date
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JP11131921A
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English (en)
Inventor
Alfred Tareilus
タライルス アルフレート
Alfred Ruethlein
リュートライン アルフレート
Erich Karg
カルク エーリヒ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
Mannesmann Sachs AG
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Publication date
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Publication of JP2000014184A publication Critical patent/JP2000014184A/ja
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 永久磁石励磁型電動機の作動中に生ずる様々
な状態、特に欠陥状態で構成要素の損傷防止、又は望ま
れない結果の回避、等に適した制御システムを提供する
こと。 【解決手段】 永久磁石励磁型電動機２６は少なくとも
一つのブランチ、例えば三相端子２０，２２，２４を持
ち、夫々について、コンバータユニット等のハーフブリ
ッジ装置１４，１６，１８と、これを電動機供給電圧源
３２とつなぐ中間回路２８を持ち、夫々のハーフブリッ
ジ装置を制御するコントロール装置３４は、当制御シス
テムあるいは（及び）電動機の作動状態の検知装置４６
を持っていて、予め定められた極性のポテンシャルない
し電圧を各ハーフブリッジ装置に、予め定めた時間、付
与するもので、一つの予め定められた作動状態が検知さ
れた時に、ブランチ間に短絡を発生させる命令を指令す
るよう構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも一つの
ブランチ(Strang)を有する磁気電気的な電動機（パーマ
ネント励起されている電気モーター、permanenterregte
r Elektromotor）のための制御システムに関する。その
際、当該制御システムは、当該電動機のそれぞれのブラ
ンチについて一つのハーフブリッジ装置(Halbbrueckena
nordnung)をもっており、それぞれのハーフブリッジ装
置を電動機供給電圧源とつなぐ中間回路をもっており、
並びに、それぞれのハーフブリッジ装置の制御(Ansteue
rung)のためのコントロール装置(Ansteueranordnung)を
もっている。
【０００２】
【従来の技術】パーマネント励起されている電動機（磁
気電気的な電動機）は、例えば、ハイブリッド駆動シス
テムで内燃機関によって駆動される発電機から電気的な
エネルギーを受け取る、あるいは完全に電気により動か
される車両でいわゆるトラクションバッテリー(Traktio
nsbatterie)から電気的なエネルギーを受け取る車両駆
動原動機(Fahrzeugantriebsmotoren)として使用され
る。電動機がパーマネントに励起されている場合には、
それらの構造に基づいて、基本的に以下の問題がある。
すなわち、作動中に生じる電機子コイル（アーマチュア
コイル、Ankerwicklungen）と永久磁石との間の相対運
動に基づいて電機子コイルにおいて、ローター電圧（マ
グネットホイール電圧、リボルビングフィールド電圧、
Polradspannung）として知られている逆電圧が誘導れる
という問題である。この誘導される電圧は、回転数の増
大とともに、それが最後には電動機のための電圧源によ
って供給される供給電圧の領域にあるようになるまで上
昇する。電動機回転数の引き続いての上昇は、そのと
き、いわゆる弱め界磁（場を弱めること、Feldschwaech
ung）によってだけ獲得され得る。弱め界磁では、コイ
ルに導入される電流のブランチシフト（フェーズシフ
ト、Strangverschiebung）が発生させられる。パーマネ
ントに励起されている電動機を伴うこのような駆動シス
テムの場合に、欠陥、例えば弱め界磁を行うコントロー
ルユニット(Ansteuereinheit)の故障（供給停止）のよ
うな欠陥が生じると、このことは、重大な問題になる可
能性がある。図３において、パーマネント励起されてい
る電動機についての回転している電動機によるパッシブ
なリアフィード（Rueckspeisung）の際の制動トルクを
描写する特性曲線Ａから読みとれるように、弱め界磁の
故障（欠損）は、特に高い回転数の場合に著しい制動ト
ルクを導く。当該制動トルクは、電動機から電圧源、例
えばトラクションバッテリーへの電気的なエネルギーの
リアフィードの際に発生させられる。当該バッテリーの
内部抵抗によって引き起こされて、電圧突出（過大電
圧、Spannungsueberhoehung）に基づいて、さらに、一
般に約２００〜３００Ｖの動作電圧（使用電圧）を与え
るために構成されているトラクションバッテリーの領域
における損傷という事態になる危険がある。さらに、走
行運転中におけるこのように大きな制動トルクの発生は
望まれていない。なぜならば、それによって車内に座っ
ている人を危険にさらすことが引き起こされる可能性が
あるからである。
【０００３】中間回路と電圧源がつながれていないと、
あるいは、例えば中間回路と電圧源との接続が遮断され
ていると、ローター電圧が中間回路に印加され得る。こ
のことは、電動機のためのパワーエレクトロニクス機器
にまたは中間回路にあるいは（及び）場合によっては発
電機に存在する素子、特に半導体素子の領域における損
傷に通じる。
【０００４】これらの問題を回避するために、コンバー
タ（トランスバーター、変圧整流器、Umrichter）のさ
まざまな構成要素、例えばコンデンサー及びパワー半導
体が、整流されたローター電圧もその定格電圧を越えな
いように設計された。その結果、これらの構成要素の損
傷は予想する必要がない。そのことからの結果は、駆動
システムが、自由に使える大きさ（体積）で可能なかぎ
り最大のパワーを発生させ得るように構成され得なかっ
たということである。常に、構成要素の特定のオーバー
ディメンジョンが考慮にいれられねばならなかった。中
間回路あるいはパワーエレクトロニクス機器におけるさ
まざまな部材も予想され得る最大の電圧のために設計さ
れねばならなかった。その結果これらの部材の領域にお
いてかなり高いコストが発生した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、少なくとも一つのブランチを有する磁気電気的
な電動機（パーマネントに励起されている電動機）のた
めの制御システムであって、作動中に生じる非常にさま
ざまな状態、特に欠陥状態（エラー状態）で構成要素の
損傷の防止のためにあるいは望まれていない結果の回避
のために適当な措置を講じるのに適している制御システ
ムを与えることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明により、この課題
は、少なくとも一つのブランチを有する磁気電気的な電
動機のための制御システムにして、前記電動機のそれぞ
れのブランチについてハーフブリッジ装置をもってお
り、それぞれのハーフブリッジ装置を電動機供給電圧源
につなぐ中間回路をもっており、それぞれのハーフブリ
ッジ装置の制御のためのコントロール装置であって、そ
の際当該コントロール装置を用いての制御に応じてそれ
ぞれのハーフブリッジ装置によってこのハーフブリッジ
装置に割り当てられた前記電動機のブランチに予め定め
られた極性のポテンシャルないし電圧を予め定められた
時間のあいだ与える、あるいは与え得るコントロール装
置をもっており、且つ少なくとも当該制御システムある
いは（及び）前記電動機の作動状態を認識するための作
動状態検知装置をもっている制御システムによって解決
される。
【０００７】本発明に係る制御システムでは、前記作動
状態検知装置によって当該制御システムあるいは（及
び）前記電動機において少なくとも一つの予め指定され
た作動状態の存在が検知されたときに前記電動機のそれ
ぞれのブランチで短絡を発生させるための命令を発生さ
せるように、前記コントロール装置が構成されている。
【０００８】本発明に係る制御システムは、非常にさま
ざまな作動状態を考慮に入れることができる、そしてそ
の際、電動機における短絡を目的に合致して作り出すこ
とによって潜在的な危険あるいは潜在的に望まれていな
い結果状態の発生を回避することができる。このこと
は、特に、短絡制動トルクを機械回転数に依存して示
す、図３における特性曲線Ｂをもとにして具体的に説明
され得る。とりわけ高い回転数の領域において短絡の際
に発生させられる制動トルクが無視され得るが、しかし
ながら、いかなる場合にも、明らかに、電動機が短絡さ
れていない場合に存在する制動トルクのもとにあること
がわかる。すなわち、例えば弱め界磁の自然に起こる欠
損（供給停止）が発生するならば、一方では、電動機を
適切に短絡させることによって、望まれていない制動ト
ルクの発生が明らかに制限され得る、且つ他方では、場
合によっては電動機によって中間回路に供給される電圧
が構成要素あるいは電圧源、例えばトラクションバッテ
リーの損傷を導くことが妨げられ得る。
【０００９】好ましくは、本発明に係る制御システム
は、コントロール装置のための動作電圧、好ましくは１
２Ｖの領域における動作電圧の供給のための主要な（第
一の）コントロール装置供給電圧源をもっている。
【００１０】前述された予め指定された作動状態は、例
えば、以下の欠陥、 ａ）電動機供給電圧の低下あるいは供給停止（欠損）、 ｂ）電動機ポジションセンサ(Motorstellungssensor)の
領域での欠陥、 ｃ）少なくとも一つのブランチにおいて流れる電流の検
知のための電流センサの領域での欠陥、 ｄ）短絡欠陥、特に電動機の領域での短絡欠陥、 ｅ）予め定められた限界値を越える中間回路電圧の増
大、 のうちの少なくとも一つを含む欠陥状態であってよい。
【００１１】しかしながら、ここで、特に弱め界磁領域
で電動機に適切に電流を流すことが維持され得ないこと
に通じるどんな別の欠陥も前記の予め指定された作動状
態を定める欠陥としてみなされ得ることを指摘してお
く。
【００１２】本発明に係る制御システムでは、それぞれ
のハーフブリッジ装置が、電動機の割り当てられたブラ
ンチを第一の極性のポテンシャルないし電動機供給電圧
と選択により接続するための少なくとも一つの第一のス
イッチエレメントを有し、並びに、電動機の割り当てら
れたブランチを第二の極性を備えるポテンシャルないし
電動機供給電圧と選択により接続するための少なくとも
一つの第二のスイッチエレメントを有すること、及び、
短絡を発生させるための命令が、それぞれのハーフブリ
ッジ装置の前記少なくとも一つの第一のスイッチエレメ
ントが伝導性（伝導するよう）に接続される、あるいは
（及び）それぞれのハーフブリッジ装置の前記少なくと
も一つの第二のスイッチエレメントが伝導性に接続され
ることをもたらすことが考慮にいれられ得る。
【００１３】基本的に、欠陥がハーフブリッジ装置の領
域においても発生し得るという問題がある。例えば、前
記のスイッチエレメントのうちの一つが故障があり、こ
の故障に基づいて電動機の所望の電流供給が維持されな
い可能性がある。その結果として電動機における短絡
が、故障のある且つ例えばもはや伝導しないないしはも
はや遮断しないスイッチエレメントも含むすべてのスイ
ッチエレメントが伝導性に接続されることによって引き
起こされたならば、中間回路における望まれていないロ
ーター電圧の発生が回避され得ない、あるいは完全には
回避され得ないだろう。このことを回避するために、電
動機電圧源が前もって中間回路からすでに切り離されて
いるならばすべての第一のスイッチエレメント及びすべ
ての第二のスイッチエレメントが伝導性に接続されるこ
とを前記の短絡を発生させるための命令がもたらすこと
が提案される。中間回路からのバッテリーのこの切り離
しが行われ得ないならば、すべての第一のスイッチエレ
メントかあるいはすべての第二のスイッチエレメントが
伝導性に接続される。欠陥のあるスイッチエレメントに
基づいて所望の短絡作用が発生しないと、それぞれ「補
完的な」スイッチエレメントに交代され得る。
【００１４】しかしながら、その代わりにあるいは付加
的に、中間回路に回路的にそれの第一の極性の領域と第
二の極性の領域とを選択によりつなぐスイッチ装置があ
ること、及び、前記の短絡を発生させるための命令が、
電動機電圧源がすでに中間回路から切り離されているな
らば当該スイッチ装置が伝導性に接続されることをもた
らすことも可能である。
【００１５】本発明に係るコントロール装置は、正常コ
ントロール部をもっていることが可能である。当該正常
コントロール部によって、前記の予め指定された作動状
態の存在しない場合に、それぞれのハーフブリッジ装置
が電動機の作動のために制御され得る、そして、その
際、少なくとも前記の欠陥ａ）〜ｅ）のうちの少なくと
も一つが存在する場合には当該正常コントロール部が短
絡を発生させるための命令を発生させる。この措置によ
って、構造上の経費が増大させられないで、望まれてい
ない作動状態の発生に対しての高度な保護が与えられ得
ることがもたらされる。
【００１６】前記の予め指定された作動状態は、さら
に、以下の欠陥、 ｆ）コントロール装置供給電圧の供給停止あるいは低
下、あるいは（及び） ｇ）前記の予め指定された作動状態の存在しない場合に
それぞれのハーフブリッジ装置を電動機の作動のために
制御し得る正常コントロール部の領域での供給停止（故
障）あるいは欠陥、 のうちの少なくとも一つを含む欠陥状態であってよい。
【００１７】このような欠陥にも適切に反応することが
できるように、前記コントロール装置がさらに異常コン
トロール部をもっており、当該異常コントロール部が、
少なくとも前記の欠陥ａ）からｇ）のうちの少なくとも
一つの存在する場合に前記の短絡を発生させるための命
令を発生させることが提案される。
【００１８】このような形態の場合に異常コントロール
部についての電圧供給に関して独立であるために、好ま
しくは、本発明に係る制御システムが、異常コントロー
ル部についての動作電圧を中間回路を支配する電圧から
発生させるために異常コントロール部に付設された直流
電圧／直流電圧コンバータをもっている。すなわち、正
常コントロール部のための１２Ｖ直流電圧供給の停止
（故障）も、完全な調節停止（調節欠損、Regelungsaus
fall）を導かない。もっと正確には、異常コントロール
部はその動作電圧を中間回路から取り出す。その際、中
間回路を支配する電圧がトラクションバッテリーあるい
は発電機から供給されるか、あるいは電動機によってロ
ーター電圧として発生させられるかは、注目すべきほど
のことでない。
【００１９】相応の重複をコントロール装置の他の構成
要素についても与えることができるように、本発明に係
る制御システムは、好ましくは、さらに、少なくとも前
記の主要なコントロール装置供給電圧源によって供給さ
れる動作電圧の供給停止あるいは低下の際にコントロー
ル装置供給電圧、好ましくは１２Ｖの領域におけるコン
トロール装置供給電圧を供給するために付随的な（第二
の）コントロール装置供給電圧源をもっている。
【００２０】この電圧源も、それが中間回路を支配する
電圧からコントロール装置供給電圧を発生させるために
直流電圧／直流電圧コンバータをもっているように構成
されているとよい。すなわち、コントロール装置のため
の１２Ｖ供給電圧の欠損（供給停止）の場合でも、電動
機の調節を所望のように維持するために、あるいはこれ
を場合によっては停止状態に制御するために、発電機に
よりあるいはトラクションバッテリーにより発生させら
れる中間回路における電圧か、あるいは電動機により中
間回路に発生させられる電圧が利用され得る。
【００２１】とりわけ比較的高い回転数では、このよう
な駆動システムあるいは制御システムのさまざまな構成
要素についての危険があるので、前記の予め指定された
作動状態が認識されているときで且つさらに電動機が高
い回転数の状態にあるときに前記の短絡を発生させるた
めの命令を発生させるように、コントロール装置が構成
されていることが提案される。
【００２２】図３における特性曲線Ｂから、電動機が短
絡させられている場合には、電動機の回転数の減少の際
に制動トルクの明らかな上昇が観察され得ることが読み
取れる。その際、回転数０の近くに最大がある。この制
動トルク特性曲線は、本発明の別の観点により、電動機
が停止状態にあり且つこの状態にとどまるべきときに、
車輪側からのそれの駆動を防止するために利用され得
る。それゆえに、さらに、前記の予め指定された作動状
態が電動機の低い回転数の状態であるか、あるいは電動
機の静止状態であることが提案される。すなわち、電動
機の停止状態で短絡が発生させられ、そこで電動機が制
動装置としてアクティブに利用され得る。なぜならば、
すでに回転数のほんの少しだけの上昇で極めて急勾配の
制動トルク増大が発生させられるからである。
【００２３】別の観点では、本発明は、少なくとも一つ
のブランチを有する磁気電気的な電動機のための制御シ
ステムにして、当該電動機のそれぞれのブランチについ
てハーフブリッジ装置をもっており、それぞれのハーフ
ブリッジ装置を電動機供給電圧源とつなぐ中間回路をも
っており、それぞれのハーフブリッジ装置の制御のため
のコントロール装置であって、その際当該コントロール
装置を用いての制御に応じてそれぞれのハーフブリッジ
装置を通ってこのハーフブリッジ装置に割り当てられた
電動機のブランチに予め定められた極性のポテンシャル
ないしは電圧を予め定められた時間のあいだ与える、あ
るいは与え得るコントロール装置をもっており、前記コ
ントロール装置についての動作電圧、好ましくは１２Ｖ
の領域における動作電圧の供給のための主要なコントロ
ール装置供給電圧源をもっており、少なくとも当該主要
なコントロール装置供給電圧源によって供給される動作
電圧の供給停止あるいは低下の場合に前記コントロール
装置についての動作電圧、好ましくは１２Ｖの領域にお
ける動作電圧を供給するための付随的なコントロール装
置供給電圧源、その際当該付随的なコントロール装置供
給電圧源が前記中間回路を支配する電圧からコントロー
ル装置供給電圧を発生させるために直流電圧／直流電圧
コンバータをもっている付随的なコントロール装置供給
電圧源をもっている制御システムに関する。
【００２４】このようなシステムでは、特にコントロー
ル装置に関して、重複の電圧供給装置が設けられてい
る。その結果、従来どおりのバッテリーによって与えら
れる供給電圧の供給停止の場合に、電動機の調節が維持
されること、すなわち電動機が損なわれずに引き続いて
作動させられ得ることが配慮され得る。前記の重複の電
圧供給装置が中間回路を支配する電圧を利用するので、
コントロール装置についての完全な電圧欠損（Spannung
sausfall）が生じる危険がない。なぜならば、中間回路
には、車両が走行している場合には、電圧が、電動機の
ための電圧源、すなわち発電機あるいはトラクションバ
ッテリー、によって発生させられるか、あるいは電動機
それ自体によって電動機のコイルに存在する誘導によっ
て発生させられるからである。
【００２５】別の観点では、本発明は、少なくとも一つ
のブランチを有する磁気電気的な電動機のための制御シ
ステムにして、前記電動機のそれぞれのブランチについ
てハーフブリッジ装置をもっており、それぞれのハーフ
ブリッジ装置を電動機供給電圧源とつなぐ中間回路をも
っており、それぞれのハーフブリッジ装置の制御のため
のコントロール装置をもっており、その際、当該コント
ロール装置を用いての制御に応じてそれぞれのハーフブ
リッジ装置を通ってこのハーフブリッジ装置に割り当て
られた電動機のブランチに予め定められた極性のポテン
シャルないし電圧が予め定められた時間のあいだ与えら
れる、あるいは与えられ得る、その際、電動機供給電圧
の低下あるいは供給停止の場合に電動機によって誘導さ
れる電圧によって与えられる弱め界磁を維持するように
当該コントロール装置が構成されている、所望の場合に
は上述の構成のうちの少なくとも一つと結びつけられる
制御システムに関する。
【００２６】本発明のこの観点では、電動機のための供
給電圧の領域における低下あるいは欠損が生じたとき
に、電磁的な誘導及びスイッチエレメントのフリーホイ
ーリングダイオードによる整流によって発生させられて
そのとき中間回路に印加される電圧が、弱め界磁を維持
するために及びそれによって上述の過電圧の発生をそこ
から生じる問題あるいは不都合とともに防止するために
ポジティブに利用されるように配慮される。
【００２７】本発明は、さらに、少なくとも一つのブラ
ンチを有する磁気電気的な電動機の制御のための方法に
関し、その際当該方法は、以下のステップ：１．前記電
動機の作動状態あるいは（及び）前記電動機のための制
御システムの作動状態の監視のステップ、２．当該作動
状態が予め指定された作動状態であるかどうかの判定の
ステップ、３．前記作動状態が予め指定された作動状態
であると判定されたときの、前記電動機のすべての接続
部の間の短絡のアクティブな発生のステップをもってい
る。
【００２８】
【発明の実施の形態】次に、本発明を有利な形態をもと
にして添付の図面に関して説明する。図１は、三相のパ
ーマネントに励起されている電動機（磁気電気的な電気
モーター）との結合における本発明に係る制御システム
の図式的な回路図を示し、図２は、図１に示された制御
システムの別の形態を示し、図３は、パーマネントに励
起されている電動機で発生させられる制動トルクの電動
機回転数への依存性を、当該電動機が短絡させられてい
る場合及びリアフィード(rueckspeisend)している場合
について示す。
【００２９】図１は、全体として符号１０を付された本
発明に係る制御システムの第一の形態を示す。制御シス
テム１０は、基本的に、以下のサブアセンブリ（構造要
素）に細分され得る：三つのハーフブリッジ(Halbbruec
ken)１４、１６、１８を有するコンバータユニット（Um
richtereinheit）１２、その際、ハーフブリッジ１４、
１６、１８のそれぞれは、電動機２６の三つのモーター
相(Motorphasen)２０、２２、２４のうちの一つに付設
されている；中間回路コンデンサ（中間回路キャパシ
タ、Zwischenkreiskondensator）３０を有する中間回路
(Zwischenkreis)２８、その際、中間回路２８は、コン
バータユニット１２を電圧源（電源）３２とつなぐ。図
示では、電圧源３２は、直流電圧を産出するトラクショ
ンバッテリー(Traktionsbatterie)、場合によってはパ
ワーエレクトロニクス機器を備えるトラクションバッテ
リーである。しかしながら、例えばハイブリッド駆動装
置では、電動機２６のための電圧源として、後続接続さ
れたパワーエレクトロニクス機器を備える、内燃機関に
よって駆動される発電機が用いられてもよいことを指摘
しておく。
【００３０】モーターコントロール装置３４は、それぞ
れの信号ラインを介してコンバータユニット１２を、す
なわち当該コンバータユニットのそれぞれのハーフブリ
ッジ１４、１６、１８を制御する。図示された形態で
は、それぞれのハーフブリッジ１４、１６、１８は、並
列に接続されたフリーホイーリングダイオード(Freilau
fdiode)を伴うＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタ、Insulated GateBipolar Transistor）から形成
された第一のスイッチエレメント３６、並びに、同様に
並列に接続されたフリーホイーリングダイオードを伴う
ＩＧＢＴによって形成されている第二のスイッチエレメ
ント３８をもっている。そのとき、電動機２６の各ブラ
ンチ(Straenge)２０、２２、２４を選択により且つ予め
定められた時間のあいだ中間回路２８の異なるポテンシ
ャルと接続するために、いくつかのハーフブリッジ１
４、１６、１８の各ＩＧＢＴがモーターコントロール装
置３４によって制御される。本発明については、コンバ
ータユニット１２の個別の構造、すなわち、各ハーフブ
リッジ１４、１６、１８の個別の構造が図１に示された
ものと同様でなければならないわけではないことを指摘
しておく。例えばサイリスタ(Thyristoren)、リレー(Re
lais)、ＭＯＳＦＥＴ等のような別のスイッチエレメン
トが利用されてもよい。重要なことは、それらが制御シ
ステム１０において発生する電圧のために設計されてい
ることである。
【００３１】さらに、制御システム１０が、中間回路２
８に印加する電圧を取り出して、これを所望の直流電
圧、例えば１２Ｖに変換する直流電圧／直流電圧コンバ
ーター(Gleichspannung/Gleichspannung-Umsetzer)４０
を有することがわかる。この直流電圧は、電圧源４８に
よって生み出される電圧に平行して（並列に）モーター
コントロール装置３４に伝えられる。それによって、モ
ーターコントロール装置３４のための重複の（予備の）
電圧供給装置があたえられている。その結果、例えば電
圧源４８の故障の際にモーターコントロール装置に必要
な動作電圧が中間回路から取り出され得る。その結果、
電動機のコントロールないし調節（フィードバックのあ
るコントロール）が維持され得る。このことは電圧源４
８に加えて電圧源３２も故障したときにもいえる。なぜ
ならば、この場合には、電動機２６において誘導された
電圧及びフリーホイーリングダイオードによる整流によ
って中間回路に電圧が発生させられ、そのとき、特に電
動機２６が弱め界磁領域（場を弱めている領域、Feldsc
hwaechebereich）において運転されるときに、電圧供給
装置の完全な故障の際にも電動機２６の調節を維持する
ことができるように、当該電圧がさらにモーターコント
ロール装置のための動作電圧に変換され得るからであ
る。
【００３２】制御システム１０の領域において、例えば
電動機２６自体の領域において、あるいは電圧源の領域
において欠陥が発生すると、しかしながら、本発明によ
り、モーターコントロール装置３４によって、スイッチ
エレメント３６のすべてかあるいはスイッチエレメント
３８のすべてかあるいはスイッチエレメント３６及び３
８のすべてが伝導性に接続されることによって短絡が発
生させられ得る。そのとき、電動機２６内で短絡が発生
している。その結果は、例えば故障の際に、電動機にお
いて発生するローター電圧(Polradspannung)が中間回路
に印加されてそこに含まれる構成要素あるいはハーフブ
リッジ１４、１６、１８の構成要素あるいは電圧源３２
が損なわれる危険が回避されるということである。現代
の磁気電気的な電動機（パーマネントに励起されている
電気モーター）では、これらのローター電圧が電圧源３
２によって供給される供給電圧を明らかに越えてある。
すなわち、電圧源３２について許容し得るこの電圧を上
まわった場合に、電気的なエネルギーのリアフィード
（戻し供給）の際に整流されたローター電圧によってこ
の電圧源３２が損傷を与えられ得るという危険がある。
対応することが、スイッチ３６ないし３８に当てはま
る。ここでも、短絡させることによって、そうでない場
合にこれらのスイッチエレメントにあらわれる電圧がこ
れらのスイッチ構成要素の損傷を導くことが回避され得
る。
【００３３】従って本発明により、中間回路２８ないし
コンバータユニット１２における望まれていない電圧上
昇が防止されることが配慮され得るので、さまざまなス
イッチエレメントあるいはサブアセンブリを、そうでな
ければ欠陥のある作動の際に予想され得る最大の電圧も
それらの損傷を導く可能性がないように構成することが
必要ない。すなわち、特に半導体素子の領域において明
らかなコスト節減を達成する可能性がある。他方では、
さまざまな構成要素、特に電動機を、それが設定された
体積（大きさ）でできるだけ大きなパワーを達成できる
ように形成することが可能である。その際、回路の側
で、最大の予想され得る、すなわち欠陥状態（故障状
態、Fehlerzustand）でも予想され得る電圧に対しての
さまざまな構成要素のそれぞれの定格電圧の過度に大き
いセーフギャップ（安全間隔、Sicherheitsabstand）が
存在することを顧慮する必要がない。
【００３４】言及された欠陥状態は、当該駆動システム
のさまざまな領域で発生し得る。そこで、例えば電動機
のローターについての状態センサ（位置センサ、Lagege
ber）が故障しており、その結果、電動機の正しい電流
供給がもはや可能でないこと、各モーターブランチ(Mot
orstraenge)２０、２２、２４に流れる電流を検知する
一つあるいは複数の電流センサが故障していること、電
動機自体において短絡欠陥(Kurzschlussfehler)がある
こと、あるいは前述のように電圧源３２によって供給さ
れる電圧の欠損（供給停止、Ausfall）あるいは低下(Ab
fall）が存在することの可能性がある。非常にさまざま
な別の欠陥も短絡のアクティブな（能動的な）発生を導
き得ることを指摘しておく。
【００３５】図１では、破線内に描かれて、別のスイッ
チエレメント４２が認識され得る。当該スイッチエレメ
ントは、ハーフブリッジユニット１２のスイッチ３６な
いし３８に並列に接続されている。このスイッチエレメ
ント４２も、例えば再びＩＧＢＴ及び直列抵抗(Reihenw
iderstand)を含んでいることが可能である。しかしなが
ら、あらゆるその他のパワースイッチエレメントを含ん
でいてもよく、ないしはこれによって形成されていても
よい。スイッチエレメント４２は、また、モーターコン
トロール装置３４の制御のもとにある。言及された短絡
は、前述の方法の代わりに、このスイッチエレメント４
２の伝導接続によっても生じさせられ得る。そのとき、
短絡は各フリーホイーリングダイオードを介して発生さ
せられている。しかしながら、短絡発生のこの方法は、
すべてのスイッチエレメント３６及び３８の同時の伝導
接続と全く同様に、電圧源３２の完全なあるいはほとん
ど完全な電圧低下あるいは供給停止が存在することが保
障されているときにだけ有利である。そうでなければ、
この方法では、同時に電圧源３２の短絡が相応の電流の
流れで発生させられる。ここで、さらに、中間回路２８
においてスイッチエレメント４２と電圧源３２との間
に、スイッチエレメント４２が伝導性に接続されるとき
に非伝導性に接続されるスイッチエレメントを設けるこ
とが可能であるだろう。その結果、短絡が図１の図示で
スイッチエレメント４２の右側にだけ、すなわち電動機
２６の領域においてだけ発生させられる。
【００３６】図２には、別の形態が示されている。当該
形態では、モーターコントロール装置３４に加えて別の
重複の（予備の）モーターコントロール装置４４が設け
られている。当該モーターコントロール装置は、それぞ
れの制御ラインを介して同様にハーフブリッジ１４、１
６、１８の各スイッチエレメント３６ないし３８、ない
し設けられている場合にはスイッチエレメント４２を制
御することができる。重複のコントロール装置４４は、
その動作電圧を、直流電圧／直流電圧コンバータ４０に
よって与えられる。当該直流電圧／直流電圧コンバータ
は、これまた同様に中間回路２８における電圧を取り出
す。それによって、この重複のコントロール装置は、電
圧源４８によって産出される供給電圧に依存しない。そ
の結果、電圧源４８の故障の場合にも当該重複のコント
ロール装置４４が作動させられ得る。
【００３７】図２に示された別の構成は、とりわけ、こ
れとともにモーターコントロール装置３４自体の領域で
の欠陥も考慮に入れられることが可能であり且つ短絡の
発生を導くことが可能であることから、有利である。確
かに、この形態は回路技術上あるいはソフトウエアに関
して面倒であるが、しかしながら、安全対策の投入可能
性の拡大された範囲を与える。
【００３８】図１及び図２に示された両方の形態では、
すでに述べたように、欠陥状態、ないしは当該制御シス
テムのあるいは駆動システム全体のさまざまな作動状態
を認識して、あるいは監視して、相応の信号をモーター
コントロール装置３４に、あるいは（及び）重複のコン
トロール装置４４に供給するさまざまな装置が設けられ
ていることを指摘しておく。これらの装置は、図では一
般化して符号４６を付されており、すでに述べられたセ
ンサを含んでいてよく、あるいは例えばさらに、モータ
ーコントロール装置の出力信号を監視する、あるいはモ
ーターコントロール装置を内部で監視するセンサを含ん
でよい。さらに、前記の一つあるいは複数の装置４６に
よって、電圧源４８、３２、直流電圧／直流電圧コンバ
ータ４０、あるいはさまざまなスイッチエレメントが監
視され得る。前記の一つあるいは複数の装置４６の前記
の一つあるいは複数の出力信号に対応して、そのとき、
モーターコントロール装置３４ないしは重複のコントロ
ール装置４４において、短絡が発生させられるべきであ
るか、及びどのようにして短絡が発生させられるべきで
あるか、すなわち、例えばすべてのスイッチエレメント
３６、３８が短絡させられるべきであるか、中間回路の
異なる極性(Polaritaeten)に付設されたスイッチエレメ
ント３６あるいは３８だけが伝導するように接続される
べきであるか、あるいは、存在するかぎりにおいて、ス
イッチエレメント４２が伝導するように接続されるべき
であるかが判定され得る。
【００３９】装置４６は、さらに、中間回路２８に印加
される電圧を監視するように構成されているとよい。こ
の電圧が、例えば４００〜６００Ｖの範囲にあるとよい
予め定められた値を越えると、モーターコントロール装
置３４あるいは重複のコントロール装置４４によって、
前述のように、短絡を発生させるための命令が発生させ
られ得る。より低い第二の閾値を再び下まわると、短絡
が解消され得る。
【００４０】図３における特性曲線Ｂは、本発明に係る
制御システムでは、さらに、ローターの静止固定(Still
standfixierung)をさまざまのスイッチエレメント３６
及び（あるいは）３８ないし４２の伝導接続によっても
たらすために役立てられ得る。すなわち静止状態で例え
ばすべてのスイッチエレメント３６が伝導するように接
続され、且つそれによって短絡が電動機２６に関して発
生させられるならば、すでにローターの軽微な回転が制
動トルクの極めて大きな上昇を導く。その結果、例えば
車両の望まれていない走行（進行して離れること、Wegr
ollen）に反対行動がとられ得る。このことは、最終的
に短絡の発生を導く作動状態が欠陥状態であり得るだけ
でなく、正常の作動のあいだにたびたび且つ欠陥の存在
なしに生じる状態でもあり得ることを示す、本発明に係
るコントロール装置の別の独立の使用観点である。
【００４１】すでに述べた本発明の別の観点は、例えば
電圧源３２の故障の場合に、短絡が発生させられること
なしに中間回路におけるないしはコンバータユニットに
おける望まれていない電圧ピーク(Spannungsspitzen)の
発生を回避するために、直流電圧／直流電圧コンバータ
を用いた重複の電圧供給装置によってモーターコントロ
ール装置３４が電動機２６についての弱め界磁（場を弱
めること）を維持し得ることにある。そのとき、モータ
ーコントロール装置３４についての動作電圧が中間回路
２８から取り出される。当該動作電圧は、そこで他方ま
た電動機２６自体によって発生させられる。重複のコン
トロール装置４４が存在する場合もモーターコントロー
ル装置３４が電圧源４８の故障の場合に直流電圧／直流
電圧コンバータ４０によって供給され得ることを指摘し
ておく。その結果、図２においてモーターコントロール
装置３４が機能を果たす能力がある場合には、各スイッ
チエレメント３６、３８の制御がさらに引き続きこのモ
ーターコントロール装置３４によって行われ、重複のコ
ントロール装置４４によっては行われない。
【００４２】さらに、欠陥検知（エラー検知）がモータ
ーコントロール装置３４ないし４４自体の内部でも行わ
れ得ることを指摘しておく。すなわち、これは、例え
ば、ソフトウエアにより、自己監視のために構成されて
いるとよく、且つ、欠陥が認識されたときに短絡の発生
のための相応の制御命令を各モーターブランチにおいて
発生させ得る。さらに、本発明に係る制御システム、な
いしは、さまざまのスイッチエレメントの制御のための
措置方法が、モーター相の数に依存せずに使用され得る
ことを指摘しておく。すなわち、当該制御システムは、
図に示された三相の電動機の場合に使用され得るだけで
なく、より多いあるいはより少ないブランチを備える電
動機でも使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】三相のパーマネントに励起されている電動機と
の結合における本発明に係る制御システムの図式的な回
路図である。
【図２】図１に示された制御システムの別の形態の図で
ある。
【図３】パーマネントに励起されている電動機で発生さ
せられる制動トルクの電動機回転数への依存性を、当該
電動機が短絡させられている場合及びリアフィードして
いる場合について示す図である。
【符号の説明】
１０ 制御システム １４、１６、１８ ハーフブリッジ装置 ２０、２２、２４ ブランチ（接続部） ２６ 電動機 ２８ 中間回路（付随的なコントロール装
置供給電圧源） ３２ 電動機供給電圧源 ３４ モーターコントロール装置（正常コ
ントロール部） ３６ 第一のスイッチエレメント ３８ 第二のスイッチエレメント ４０ 直流電圧／直流電圧コンバータ（付
随的なコントロール装置供給電圧源） ４２ スイッチエレメント（スイッチ装
置） ４４ モーターコントロール装置（異常コ
ントロール部） ４６ 作動状態検知装置 ４８ 主要なコントロール装置供給電圧源 Ｕ１ 動作電圧
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年６月２９日（１９９９．６．２
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルフレート タライルス ドイツ連邦共和国 デー・97422 シュヴ ァインフルト ヴァルター・フォン・デ ア・フォーゲルヴァイデ・シュトラーセ 86 (72)発明者 アルフレート リュートライン ドイツ連邦共和国 デー・97526 ゼンフ ェルト アム ブライテン ライン 44 (72)発明者 エーリヒ カルク ドイツ連邦共和国 デー・97799 ツァイ トロフス ラムペンヴェーク ２

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一つのブランチを有するパー
    マネント励起されている電動機のための制御システムに
    して、 前記電動機（２６）のそれぞれのブランチ（２０、２
    ２、２４）についてのハーフブリッジ装置（１４、１
    ６、１８）、 それぞれのハーフブリッジ装置（１４、１６、１８）を
    電動機供給電圧源（３２）とつなぐ中間回路（２８）、 それぞれのハーフブリッジ装置（１４、１６、１８）の
    制御のためのコントロール装置（３４；３４、４４）で
    あって、当該コントロール装置（３４；３４、４４）を
    用いての制御に応じてそれぞれのハーフブリッジ装置
    （１４、１６、１８）を通ってこのハーフブリッジ装置
    （１４、１６、１８）に対応した前記電動機（２６）の
    ブランチ（２０、２２、２４）に予め定められた極性の
    ポテンシャルないし電圧を予め定められた時間のあいだ
    与える、あるいは与え得るコントロール装置、 少なくとも当該制御システム（１０）あるいは（及び）
    前記電動機（２６）の作動状態の認識のための作動状態
    検知装置（４６）、をもっている制御システムであり、 前記作動状態検知装置（４６）によって当該制御システ
    ム（１０）あるいは（及び）前記電動機（２６）につい
    て少なくとも一つの予め定められた作動状態の存在が認
    識されたときに前記電動機のすべての接続部（２０、２
    ２、２４）の間の短絡を発生させるための命令を発生さ
    せるように前記コントロール装置（３４；３４、４４）
    が構成されている制御システム。
  2. 【請求項２】 さらに、前記コントロール装置（１０）
    についての動作電圧の供給のための、好ましくは１２Ｖ
    の領域における動作電圧の供給のための、主要なコント
    ロール装置供給電圧源（４８）をもっている、請求項１
    に記載の制御システム。
  3. 【請求項３】 前記の予め定められた作動状態が、以下
    の欠陥、 ａ）前記電動機供給電圧（３２）の低下あるいは供給停
    止、 ｂ）電動機ポジションセンサの領域における欠陥、 ｃ）少なくとも一つのブランチ（２０、２２、２４）に
    て流れる電流の検知のための電流センサの領域での欠
    陥、 ｄ）短絡欠陥、特に前記電動機（２６）の領域での短絡
    欠陥、 ｅ）予め定められた限界値を越えての中間回路電圧の増
    大、 のうちの少なくとも一つを含んでいる欠陥状態であるこ
    とを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の制御
    システム。
  4. 【請求項４】 それぞれのハーフブリッジ装置（１４、
    １６、１８）が、前記電動機（２６）の対応したブラン
    チ（２０、２２、２４）を第一の極性のポテンシャルな
    いし電動機供給電圧と選択的に接続するための少なくと
    も一つの第一のスイッチエレメント（３６）を有し、並
    びに、前記電動機（２６）の対応したブランチ（２０、
    ２２、２４）を第二の極性を備えるポテンシャルないし
    電動機供給電圧と選択的に接続するための少なくとも一
    つの第二のスイッチエレメント（３８）を有すること、
    及び、前記の短絡を発生させるための命令が以下のこ
    と、すなわちそれぞれのハーフブリッジ装置（１４、１
    ６、１８）の少なくとも一つの第一のスイッチエレメン
    ト（３６）が伝導するように接続されること、あるいは
    それぞれのハーフブリッジ装置（１４、１６、１８）の
    少なくとも一つの第二のスイッチエレメント（３８）が
    伝導するように接続されることをもたらすことを特徴と
    する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御システ
    ム。
  5. 【請求項５】 前記の短絡を発生させるための命令が、
    すべての第一の及びすべての第二のスイッチエレメント
    （３６、３８）が伝導するように接続されることをもた
    らすことを特徴とする、請求項４に記載の制御システ
    ム。
  6. 【請求項６】 回路的に前記中間回路（２８）に配置さ
    れて且つそれの前記の第一の極性の領域と前記の第二の
    極性の領域とをつなぐスイッチ装置（４２）が設けられ
    ていること、及び、前記の短絡を発生させるための命令
    が、当該スイッチ装置（４２）が伝導するように接続さ
    れることをもたらすことを特徴とする、請求項１〜５の
    いずれか一項に記載の制御システム。
  7. 【請求項７】 前記コントロール装置（３４；３４、４
    ４）が正常コントロール部（３４）をもっており、当該
    正常コントロール部によって前記の予め定められた作動
    状態の存在しない場合にそれぞれのハーフブリッジ装置
    （１４、１６、１８）が前記電動機（２６）の運転のた
    めに制御され得ること、及び、少なくとも前記欠陥ａ）
    〜ｅ）のうちの少なくとも一つが存在する場合に前記正
    常コントロール部（３４；３４、４４）が前記の短絡を
    発生させるための命令を発生させることを特徴とする、
    請求項３に記載の、あるいは請求項３に従属する場合の
    請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の制御システ
    ム。
  8. 【請求項８】 前記の予め定められた作動状態が、少な
    くとも以下の欠陥、すなわち ｆ）コントロール装置供給電圧（４８）（Ｕ１）の供給
    停止あるいは低下、あるいは（及び） ｇ）前記の予め定められた作動状態が存在しない場合に
    それぞれのハーフブリッジ装置（１４、１６、１８）を
    前記電動機（２６）の運転のために制御し得る正常コン
    トロール部（３４）の領域における供給停止あるいは欠
    陥 を含んでいる欠陥状態であることを特徴とする、請求項
    １〜７のいずれか一項に記載の制御システム。
  9. 【請求項９】 前記コントロール装置（３４、４４）
    が、さらに、異常コントロール部（４４）をもってお
    り、少なくとも前記欠陥ａ）〜ｇ）のうちの少なくとも
    一つが存在する場合に当該異常コントロール部が前記の
    短絡を発生させるための命令を発生させることを特徴と
    する、請求項８に記載の制御システム。
  10. 【請求項１０】 前記中間回路（２８）にて支配的な電
    圧から前記異常コントロール部（４４）についての動作
    電圧を発生させるための、前記異常コントロール部（４
    ４）に付設された直流電圧／直流電圧コンバータ（４
    ０）が設けられていることを特徴とする、請求項９に記
    載の制御システム。
  11. 【請求項１１】 少なくとも前記の主要なコントロール
    装置供給電圧源（４８）によって供給される動作電圧
    （Ｕ１）の供給停止あるいは低下の場合にコントロール
    装置供給電圧を供給するための、好ましくは１２Ｖの領
    域におけるコントロール装置供給電圧を供給するため
    の、付随的なコントロール装置供給電圧源（２８、４
    ０）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１
    ０のいずれか一項に記載の制御システム。
  12. 【請求項１２】 前記中間回路（２８）にて支配的な電
    圧から前記コントロール装置供給電圧を発生させるため
    に、前記の付随的なコントロール装置供給電圧源（２
    ８、４０）が直流電圧／直流電圧コンバータ（４０）を
    もっていることを特徴とする、請求項１１に記載の制御
    システム。
  13. 【請求項１３】 前記の予め定められた作動状態が認識
    されたときに且つさらに前記電動機（２６）が弱め界磁
    の適用によってだけ獲得され得る高い回転数の状態にあ
    るときに前記の短絡を発生させるための命令を発生させ
    るために、前記コントロール装置（３４；３４、４４）
    が構成されていることを特徴とする、請求項１〜１２の
    いずれか一項に記載の制御システム。
  14. 【請求項１４】 前記の予め定められた作動状態が前記
    電動機（２６）の小さい回転数の状態である、あるいは
    前記電動機（２６）の静止状態であることを特徴とす
    る、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の制御システ
    ム。
  15. 【請求項１５】 少なくとも一つのブランチを有するパ
    ーマネント励起されている電動機のための制御システム
    にして、 前記電動機（２６）のそれぞれのブランチ（２０、２
    ２、２４）についてのハーフブリッジ装置（１４、１
    ６、１８）、 それぞれのハーフブリッジ装置（１４、１６、１８）を
    電動機供給電圧源（３２）とつなぐ中間回路（２８）
    を、 それぞれのハーフブリッジ装置（１４、１６、１８）の
    制御のためのコントロール装置（３４；３４、４４）で
    あって、当該コントロール装置（３４；３４、４４）を
    用いての制御に応じてそれぞれのハーフブリッジ装置
    （１４、１６、１８）を通ってこのハーフブリッジ装置
    （１４、１６、１８）に対応した前記電動機（２６）の
    ブランチ（２０、２２、２４）に予め定められた極性の
    ポテンシャルないし電圧を予め定められた時間のあいだ
    与える、あるいは与え得るコントロール装置、 前記コントロール装置（３４；３４、４４）についての
    動作電圧の供給のための、好ましくは１２Ｖの領域にお
    ける動作電圧の供給のための主要なコントロール装置供
    給電圧源（４８）、 少なくとも前記の主要なコントロール装置供給電圧源
    （４８）によって供給される動作電圧の供給停止あるい
    は低下の場合に前記コントロール装置（３４；３４、４
    ４）についての動作電圧を供給するための、好ましくは
    １２Ｖの領域における動作電圧を供給するための、付随
    的なコントロール装置供給電圧源（２８、４０）をもっ
    ている制御システムであり、 前記中間回路（２８）にて支配的な電圧からのコントロ
    ール装置供給電圧の発生のために前記の付随的なコント
    ロール装置供給電圧源（２８、４０）が、直流電圧／直
    流電圧コンバータ（４０）をもっている、所望の場合に
    は上記の構成の少なくとも一つと結びつけられる制御シ
    ステム。
  16. 【請求項１６】 少なくとも一つのブランチを有するパ
    ーマネント励起されている電動機のための制御システム
    にして、 前記電動機（２６）のそれぞれのブランチ（２０、２
    ２、２４）についてのハーフブリッジ装置（１４、１
    ６、１８）、 それぞれのハーフブリッジ装置（１４、１６、１８）を
    電動機供給電圧源（３２）とつなぐ中間回路（２８）、 それぞれのハーフブリッジ装置（１４、１６、１８）の
    制御のためのコントロール装置（３４；３４、４４）で
    あって、当該コントロール装置（３４；３４、４４）を
    用いての制御に応じてそれぞれのハーフブリッジ装置
    （１４、１６、１８）を通ってこのハーフブリッジ装置
    （１４、１６、１８）に対応した前記電動機（２６）の
    ブランチ（２０、２２、２４）に予め定められた極性の
    ポテンシャルないし電圧を予め定められた時間のあいだ
    与える、あるいは与え得るコントロール装置をもってい
    る制御システムであり、 電動機供給電圧（３２）の低下あるいは供給停止の場合
    に弱め界磁を前記電動機（２６）により誘導される電圧
    によって与えられて維持するように前記コントロール装
    置（３４；３４、４４）が構成されている、所望の場合
    には上記の構成の少なくとも一つと結びつけられる制御
    システム。
  17. 【請求項１７】 少なくとも一つのブランチを有するパ
    ーマネント励起されている電動機の制御のための方法に
    して、以下のステップ、 １．前記電動機（２６）あるいは（及び）前記電動機
    （２６）のための制御システム（１０）の作動状態の監
    視のステップ、 ２．当該作動状態が予め定められた作動状態であるかど
    うかの判断のステップ、 ３．当該作動状態が予め定められた作動状態として判断
    されたときの、前記電動機（２６）のすべての接続部
    （２０、２２、２４）の間の短絡のアクティブな発生の
    ステップ をもっている方法。
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