(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気励磁式電気機械（２）であって、
複数の相巻線を有する固定子巻線を備えた固定子と、
前記固定子に対して可動に配置された回転子内へ励起磁場を入力結合させることで前記固定子と前記回転子の間の空隙内に磁場が形成されるように配置された励磁巻線（３）と、
過電流の場合に自動的にトリガーされる安全装置（１１）を有する励磁回路とを含んでおり、
前記励磁回路は、前記複数の相巻線が相互接続される中性点（Ｓ）に接続されており、
前記電気機械（２）の前記複数の相巻線を流れる相電流を供給するためのドライバー回路（４）が設けられ、前記ドライバー回路（４）は制御ユニット（１０）によって駆動制御されており、
前記制御ユニット（１０）は、前記ドライバー回路（４）内の短絡エラーを検出し、かつ、該エラーの検出後に、前記ドライバー回路（４）を駆動制御するように構成されており、前記駆動制御によって、前記複数の相巻線の１つに前記ドライバー回路（４）への給電電位のうち高い方の給電電位（ＶH）が長期的に印加され、それによって前記複数の相巻線が相互接続された中性点（Ｓ）の電位が上昇し、前記励起回路を流れる電流が増加するように構成されていることを特徴とする電気機械（２）。
【請求項２】
前記安全装置（１１）はヒューズを有している、請求項１記載の電気機械（２）。
【請求項３】
前記励磁巻線、前記励磁回路及び前記安全装置（１１）は、前記電気機械（２）のハウジング上に若しくはハウジング内に配置されている、請求項１または２記載の電気機械（２）。
【請求項４】
前記安全装置（１１）は、前記励磁回路を流れる増加した電流通流のもとでトリガーされるように構成されている、請求項１記載の電気機械（２）。
【請求項５】
前記電気機械（２）は、自動車のステアリングシステムに使用するための電気励磁式電気機械（２）である、請求項１から４いずれか１項記載の電気機械（２）。
【請求項６】
請求項１から５いずれか１項記載の電気機械（２）と、
前記電気機械（２）の複数の相巻線の通電のためのドライバー回路（４）と、
前記ドライバー回路（４）を駆動制御するための制御ユニット（１０）とを含んでいることを特徴とするモーターシステム（１）。
【請求項７】
請求項６記載のモーターシステム（１）を動作させるための方法であって、
前記ドライバー回路（４）内の短絡エラーの検出後に、複数の相巻線の１つに前記ドライバー回路（４）への給電電位のうち高い方の給電電位（ＶH）を長期的に印加し、
それによって前記複数の相巻線が相互接続された中性点（Ｓ）の電位を上昇させ、かつ、励起回路を流れる電流を増加させるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記励起回路を流れる電流通流の増加のもとで前記安全装置（１１）がトリガーされる、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばハイブリッド励磁式や外部励磁式の機械のような電気励磁式の電気機械に関する。とりわけ本発明は、パワーステアリングシステムで使用し、エラー発生時に生じた制動トルクを低減するための特定の手段のための電気励磁式電気機械に関している。
【背景技術】
【０００２】
外部励磁式又はハイブリッド励磁式の電気機械は、永久磁石励磁式の機械に比べ、さらに励磁巻線のための２つの電気的接点を必要とする。励磁巻線は通常は固有の駆動制御ユニットと励磁回路を用いて駆動制御されなければならない。
【０００３】
励磁巻線は代替的に、電気機械の相巻線を駆動するドライバー回路を介して通電させることもできる。その場合には、励磁巻線が、電気機械の相巻線が相互接続されている中性点とアース電位との間に接続されている。
【０００４】
ドライバー回路が故障した場合には、電気機械が支援トルクの消失に基づきその機械的な剛性に加えて電気的な制動トルクも形成してしまうようなことが回避されなければならない。
【０００５】
エラーが発生した場合には、エラーの種類に応じて、例えば、ブレークダウンしたプルアップスイッチの場合には、操舵支援された帰宅走行支援を実現するために、あるいは代替的な相リレー及び／又はスター結線リレーを実施するために、単一スイッチを引き続き駆動制御することが必要となってくる。
【０００６】
特に励起巻線が、電気機械における中性点とアース電位との間に接続されている場合には、エラーが発生したときに高い制動トルクを形成してしまう過度な励磁が引き起こされる可能性がある。この種の電気機械を操舵システムに使用する場合には、万一のときに車両が操舵不能状態に陥る可能性があり、これは安全上のリスクとなり得る。
【０００７】
ハイブリッド励磁式電気機械中に励磁巻線に加えて存在する励磁磁石に基づき、ドライバー回路内の短絡エラーの際には、電気機械内に存在する励磁磁石が誘起電圧を生成し得る。この誘起電圧は短絡したスイッチを介して自走的な電流通流を発生させ、それによって外部トルクへ反作用する電気的な制動トルクが生じてしまう。この発生エラーは、中性点における励磁巻線のタップを有するハイブリッド励磁式電気機械にとっては危険である。なぜならここでエラーが発生した場合には、中性点電圧が上昇し、最大励磁または過剰な励磁状態が引き起こされてしまうからである。
【０００８】
エラーが発生した場合に、電気機械の中性点を分離させる手段は一般に複雑である。なぜならこれには特殊なスイッチ、例えば中性点リレーなどが必要となるからである。
【０００９】
それ故本発明の課題は、エラーが発生した場合に生じ得る制動トルクを簡単な方法で減少させることのできる、電気的に励磁可能な電気機械のための安全構想を実現することである。
【００１０】
発明の開示
前記課題は、独立請求項に記載の操舵システムに使用するための電気励磁式電気機械、並びにエンジンシステムにより解決される。
【００１１】
本発明のさらなる有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、電気励磁式電気機械、とりわけ自動車のステアリングシステムに使用するための電気機械であって、この電気機械が、
複数の相巻線を有する固定子巻線を備えた固定子と、
少なくとも部分的に軟磁性材料を備え、前記固定子に対して可動に配置された回転子と、
励起磁場を前記回転子内に入力結合させることで前記固定子と前記回転子の間のエアギャップに磁場が形成されるように配置された励磁巻線と、
過電流のもとで自動的にトリガーされる安全装置を有する励磁回路とを含んでいる。
【００１３】
前述した電気機械の主要な観点は、励磁巻線が、エラー発生に起因する過電流の際に自動的にトリガーされる別個の安全装置を備えていることにある。それにより励磁回路は、エラーが発生した場合に、相巻線を介したエネルギー供給に依存することなく確実に遮断することができる。そのためエラー発生時に不所望な制動トルクが生じることはない。この理由から、そのような安全装置を備えたこの種の他励式またはハイブリッド励磁式電気機械は、エラー発生時の電気機械による制動トルクの発生が極力抑えられなければならない、ステアリングシステムや安全上のリスクへの要求が高い他の装置への使用に適している。
【００１４】
さらに前記安全装置は、ヒューズを有し得る。
有利な実施形態によれば、前記励磁巻線、前記励磁回路及び前記安全装置は、前記電気機械のハウジング上に若しくはハウジング内に配置され得る。
【００１５】
さらに、前記励磁回路は、複数の相巻線が相互接続されている中性点に接続されていてもよい。
【００１６】
さらに有利には、複数の相巻線を流れる相電流を供給するためのドライバー回路が電気機械に設けられていてもよい。このドライバー回路は制御ユニットによって駆動制御可能である。
【００１７】
前記制御ユニットは、有利には、エラーを検出し、該エラーの検出後に、前記ドライバー回路を次のように駆動制御するように構成されていてもよい。すなわち、前記複数の相巻線の１つに高い給電電位を恒久的に印加し、それによって複数の相巻線が相互接続された中性点の電位を上昇させ、励起回路を流れる電流を増加させるように駆動制御する。
【００１８】
また前記安全装置は、励磁回路を流れる増加した電流通流のもとでトリガーされるように構成されてもよい。
【００１９】
本発明の別の態様によれば、モーターシステムが提供され、このモーターシステムは、
前記の電気機械と、
前記電気機械の複数の相巻線の通電のためのドライバー回路と、
前記ドライバー回路を駆動制御するための制御ユニットとを含んでいる。
【００２０】
本発明のさらに別の態様によれば、前記モーターシステムの動作のための方法が提案され、この方法では、エラーの検出後に、複数の相巻線の１つに高い給電電位を恒久的に印加し、それによって、複数の相巻線が相互接続された中性点の電位を上昇させ、励起回路を流れる電流を増加させる。
【００２１】
特に、前記励起回路を流れる電流通流の増加のもとで、前記安全装置がトリガーされ得る。
【００２２】
以下では本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る他励式電気機械を備えたモーターシステムの概略図
【００２４】
実施例の説明
図１は、三相で構成されている電気機械２を有するモーターシステム１が示されている。この電気機械２は、３つの相巻線を有する固定子装置を備えており、前記３つの相巻線は、中性点Ｓを介して星形結線方式で相互に接続されている。
【００２５】
前記電気機械２の（図示されていない）回転子は、軟磁性材料で形成され、オフセット配置された励磁巻線３によって、励起磁場を印加されている。この励起磁場は、実質的に同期機の回転子における永久磁石と同じ機能を有している。励磁巻線３は、通常は固定子内部に形成されており、それによって励起磁場が回転子に浸透し、そこで偏向され、それによって回転子のロータ磁極と固定子との間の空隙内に磁界が形成され、この磁界が回転子の駆動に用いられる。
【００２６】
励磁巻線３により形成された電流回路の通電のために、励磁巻線３は、図示の実施例では、固定子の複数の相巻線を相互接続している中性点Ｓと、アース電位ＧＮＤとの間に接続される。
【００２７】
前記電気機械２は、さらにドライバー回路４によって動作される。このドライバー回路４は、Ｂ６回路の形態で構成されていてもよい。このＢ６回路は、直列接続されたそれぞれ２つの半導体スイッチ６を有する３つのインバーター回路５を備えており、それらの間にはそれぞれ１つのノードが、前記電気機械２の複数の相巻線のうちの１つの端子対するタップとして設けられている。前記半導体スイッチ６は、制御ユニット１０を用いて、通常は、整流スキーマに従って切り替えられる。前記ドライバー回路４に印加される電圧は、前記インバーター回路５の各々を介して供給される。更に、中間回路コンデンサ９が設けられており、該コンデンサを介して給電電圧ＵVersが印加される。
【００２８】
前記ドライバー回路４には、高電源電位ＶHと低電源電位ＶLとの間で給電電圧ＵVersが印加される。この給電電圧ＵVersは、第１の安全装置７と、該安全装置７に直列に接続されたスイッチングリレー８とを介してドライバー回路４に接続される。第１の安全装置７は、全給電電圧ＵVersが印加された時に前記電気機械２の２つの相巻線を通って流れる最大電流が、前記安全装置をトリガーするのにはまだ十分ではないように設計される。有利には、この最大電流と所定の許容誤差に依存して、トリガー閾値が設定される。高電源電位ＶHと低電源電位ＶLとの間で短絡が発生すると、特に前記複数の相巻線を流れる電流通流の迂回により、前記複数のインバーター回路５の１つを通って短絡が発生した場合には、当該短絡パスの低い抵抗に基づいて前記第１の安全装置７がトリガーされる。
【００２９】
第２の安全装置１１は、励磁回路に設けられている。この第２の安全装置１１は、過励磁を回避するように設計されている。特にこの第２の安全装置１１は、前記給電電圧ＵVersの１／２のもとで励磁回路を流れる電流が生じるように構成されている。前記給電電圧の半分ＵVers／２は、通常動作モードにおいて当該電気機械２の中性点Ｓに印加されるものである。この第２の安全装置１１は、励磁回路内の電流強度がこの値を明らかに超えると、例えば許容範囲を１０％上回ると、直ちにトリガーされる。このトリガーにより前記励磁巻線３の非活性化が達成され、それによって何らかの制動トルクはもはや作用できなくなる。
【００３０】
励磁巻線３がハイブリッド励磁式電気機械の内部に存在するのであれば、少なくともそのことは電気機械２の回転子における永久磁石の作用に対し制動トルクを減少させることにつながる。また、中性点電圧の何らかの増加に起因して発生する過励磁（これは付加的な制動トルクにつながる可能性がある）を回避することにもつながる。
【００３１】
前記複数の相巻線と励磁巻線３は、電気機械２内に配置されるのが好ましい。この理由からも、前記第２の安全装置１１は、有利には当該電気機械２の内部に配置される。第１の安全装置７及び／又は第２の安全装置１１は、有利には、ヒューズとして構成され、特に、自動的かつ恒久的なトリガーを引き起こす、すなわち保護すべき回路の遮断を引き起こす安全装置として構成される。
【００３２】
励磁回路内に第２の安全装置１１を設けることで安全機能が実現され、この安全機能は、エラー発生時にモーターシステム１の残りの部分から完全に独立した安全な状態を実現し、当該モーターシステム１を完全に遮断させる。この励磁回路の遮断の独立性に基づき、制御電子系内部への実質的な追加措置はもはや不要となる。
【００３３】
さらに、前記制御ユニット１０により、高電源電位ＶHに接続されている半導体スイッチ６の１つの駆動制御によって、相巻線の１つを長期間ないしは恒久的に前記高電源電位ＶHに接続させ、中性点電圧を上昇させるようにしてもよい。これにより、発生したエラーを識別した場合に、ドライバー回路４の半導体スイッチ６の相応の駆動制御によって第２の安全装置１１をトリガーさせることが可能になる。
【図１】
0005843962.tif 000002