(57)【要約】  本発明は、電力段の駆動回路用の供給ユニット、特に、電動機用の電力電子回路内の、電力段の駆動回路用の供給ユニットを動作させる方法であって、  上記電力段用の電源を生成するために、第一および第二スイッチを用いて、誘導コンバータを通る制御電流が切り替えられ、  上記第一スイッチをオフにすることによって、転流電流が、転流電流路を通って流れるようになり、  ａ）第一および第二スイッチがオンにされるステップと、  ｂ）オフ操作において上記第一スイッチがオフにされるステップと、  ｃ）上記第一転流電流路を通る転流電流が測定されるステップと、  ｄ）測定された上記第一転流電流に基づいて、上記第二スイッチの上記切り替え動作が制御されるステップとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力段（４）の駆動回路（３）用の供給ユニット（supply unit）、特に、電動機（２）用の電力電子回路（３）における電力段（４）の駆動回路（３）用の供給ユニットを動作させる方法であって、
上記電力段に対して電力を供給するために、第一および第二スイッチ（１４、１５）を用いて、誘導コンバータ(inductive converter)（１１）を通る制御電流が切り替えられ、
上記第一スイッチ（１４）をオフにすることによって、転流電流（free-wheeling current）が、転流電流路（free-wheeling current path）（１６）を通って流れるようになり、
ａ）第一および第二スイッチ（１４、１５）がオンにされるステップと、
ｂ）オフ操作において上記第一スイッチ（１４）がオフにされるステップと、
ｃ）上記第一転流電流路（１６）を通る転流電流が測定されるステップと、
ｄ）測定された上記第一転流電流に基づいて、上記第二スイッチ（１５）の上記切り替え動作が制御されるステップと、を含む方法。
【請求項２】
上記第一転流電流路（１６）に対する上記転流電流の測定により故障が検出された場合、上記第二スイッチ（１５）がオフにされることが阻止される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記第一転流電流路（１６）を通る上記転流電流の測定により故障が検出された場合、上記第一および第二スイッチ（１４、１５）が再度オンにされることが阻止される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記第一転流電流が、それぞれ規定された電流閾値未満である場合に上記故障が検出される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
上記第二スイッチ（１５）をオフにすることによって、転流電流が第二転流電流路（１７）を通って流れるようになり、
ｅ）上記第一および第二スイッチ（１４、１５）がオンにされるステップと、
ｆ）さらなるオフ操作において、上記第二スイッチ（１５）がオフにされるステップと、
ｇ）上記第二転流電流路（１７）を通る転流電流が測定されるステップと、
ｈ）上記第二転流電流路（１７）を通る、測定された上記転流電流に基づいて、上記第一スイッチ（１４）の上記切り替え動作が制御されるステップと、を更に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
上記第二転流電流路（１７）を通る上記転流電流の測定により故障が検出された場合、上記第一スイッチ（１４）がオフにされることが阻止される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記第二転流電流路（１７）を通る上記転流電流の測定により故障が検出された場合、上記第一および第二スイッチ（１４、１５）が再度オンにされることが阻止される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
上記スイッチ（１４、１５）は、第一または第二制御信号によって作動され、該第一および／または第二制御信号は、周期信号（periodic signal）を用いて生成される、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
上記第一および／または第二転流電流路（１６、１７）を通る上記転流電流の測定により故障が検出された場合、上記第一および／または第二制御信号を生成するために、上記周期信号が遮断される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
上記第二転流電流路（１７）を通る上記転流電流が、それぞれ規定された電流閾値未満である場合に上記故障が検出される、請求項６または７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
電源を有する電力段（４）の駆動回路（３）を動作させるための供給ユニット（６）、特に、電動機（２）用の電力電子回路（３）における電力源を有する電力段（４）の駆動回路（３）を動作させるための供給ユニット（６）であって、
上記電力段（４）に対して電力を供給するための誘導コンバータ（１１）と、
上記誘導コンバータ（１１）と直列に接続され、かつ、オンおよびオフにすることによって上記誘導コンバータ（１１）内に上記電力源を発生させることができる第一および第二スイッチ（１４、１５）と、
上記第一スイッチ（１４）に対するオフ操作における転流電流を受け入れるために上記第一スイッチ（１４）に接続された第一転流電流路（１６）と、を備え、
上記制御装置が、オン操作において、上記第一および第二スイッチ（１４、１５）をオンにするように、また、オフ操作において、まず上記第一スイッチ（１４）をオフにして、上記第一転流電流路（１６）を通る転流電流を測定するように、さらに、測定された上記転流電流に基づいて上記第二スイッチ（１５）を切り替えるように設計されている、供給ユニット（６）。
【請求項１２】
第二転流電流路が、上記第二スイッチに対するオフ操作において転流電流を受け入れるために上記第二スイッチに接続され、上記制御回路が、さらなるオフ操作において、まず上記第二スイッチ（１５）をオフにして、上記第二転流電流路（１７）を通る転流電流を測定するように、さらに、測定された上記転流電流に基づいて上記第一スイッチ（１４）を切り替えるようにさらに設計されている、請求項１１に記載の供給ユニット（６）。
【請求項１３】
上記第一転流電流路が、第一電流センサー（２０）および／または第一転流ダイオード（１８）を備え、および／または、上記第二転流電流路（１７）が、第二電流センサー（２１）および／または第二転流ダイオード（１９）を備えている、請求項１２に記載の供給ユニット（６）。
【請求項１４】
上記制御装置が、第一制御回路（２２）と、第二制御回路（２３）とを備え、かつ後者とは離れ、
上記第一制御回路（２２）が、上記第一スイッチ（１４）の上記切り替えを制御し、かつ、上記第一転流電流路（１６）を通る上記電流を測定し、
上記第二制御回路（２３）が、上記第二スイッチ（１５）の上記切り替えを制御し、かつ、上記第二転流電流路（１７）を通る上記電流を測定し、
上記第一制御回路（２２）が、上記第二制御回路（２３）によって提供された第二アクティブ信号に基づいて上記第一スイッチを切り替え、
上記第二制御回路（２３）が、上記第一制御回路によって提供された第一アクティブ信号に基づいて上記第二スイッチを切り替えるように、
上記第一制御回路（２２）と上記第二制御回路（２３）とが互いに連結している、請求項１３に記載の供給ユニット（６）。
【請求項１５】
上記第一制御回路（２２）および／または上記第二制御回路（２３）が、故障の際には各第一または第二アクティブ信号を生成しない、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の供給ユニット（６）。
【請求項１６】
上記第一および第二アクティブ信号が、上記第一または第二制御回路（２２、２３）によって生成された各周期信号である、請求項１４または１５に記載の供給ユニット（６）。
【請求項１７】
上記第一および／または第二転流電流路（１６、１７）を通る上記転流電流の測定により故障が検出された場合、上記第一および第二制御回路（２２、２３）が、上記第一または第二スイッチ（１４、１５）の上記切り替えを阻止するようそれぞれ設計されている、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の供給ユニット（６）。
【請求項１８】
上記転流電流の内の少なくとも１つが、それぞれ規定された電流閾値未満である場合に上記故障が検出される、請求項１７に記載の供給ユニット（６）。
【請求項１９】
上記誘導コンバータ（１１）が変圧器を備えている、請求項１１から１８のいずれか一項に記載の供給ユニット（６）。
【請求項２０】
上記スイッチが、第一または第二制御信号によって作動され、上記制御装置が、供給されたクロック信号を用いて上記第一および／または第二制御信号を生成するように設計され、上記クロック信号は、故障が発生した場合には遮断される、即ち上記第一および第二制御信号の生成が阻害される、請求項１７または１８のいずれか一項に記載の供給ユニット（６）。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電力段の駆動回路用の供給ユニット、特に、電動機用の電力電子回路内の、電力段の駆動回路用の供給ユニットを動作させる方法に関するものである。本発明はさらに、電力段用の駆動回路内の電源用の供給ユニットに関するものである。
【０００２】
電気駆動装置(electrical driver unit)は、一般的に、電動機および電力電子回路を備えている。電力電子回路は、供給システムから固定周波数および固定電圧で電力を取り出し、その電力を変換してモーターの回転磁界を発生させる。モーターの速度およびトルクは、電力電子回路によって調整される。電力電子回路は、一般的に、サーボ増幅器、または、調整されない駆動システムにおいては、周波数コンバータを備えている。サーボ増幅器および周波数コンバータは共に、通常はインバータと称され、電力電子回路に備えられた駆動回路によって作動される。
【０００３】
電気駆動装置(electric drive unit)を使用する際、故障または事故の場合はすぐに切って安全にオフにさせる必要がある。即ちモーターは、どのような電気的作用によっても、動くことがあってはならない。
【０００４】
上記は通常、電力電子回路用の電源をオフにすることによって行う。これについては、BIA Report 5/2003 "SichereAntriebssteuerung mit Frequenzumrichtern," [Safe drive control using frequency converters], ISBN 3-88383-645-1、またはAntriebstechnik 33 (1994),No.10, "Vermeidung von unerwartetem Anlauf bei stromrichtergespeisten Antrieben" [Avoiding unexpected starting in inverter-powered drives,] Erwin Zinken, BIA St Augustinに例証されている。これによって、モーターにさらに電力が供給されることがないため、モーターが確実に停止する。しかし、再度開始するときに、電力電子回路全体を再度オンにする必要があるため、非常に時間がかかる。
【０００５】
別の選択肢としては、例えば接触器のような電気機械スイッチを用いて、電力電子回路からモーターを切り離す方法がある。しかし、急に切り替えると、電力電子回路が過電圧のために容易に損傷を受けてしまう。さらに、高電流レベルをスイッチする必要があるため、接触器に対する負荷が非常に高い。
【０００６】
回転磁界を安全にオフにさせる別の解決策としては、イグニションパルス(ignition pulse)を抑制する方法がある。イグニションパルスは、電力電子回路内で駆動回路によって生成される制御信号と同等であって、該制御信号が、電力電子回路内で電力段を作動させる。内部直流電圧が３相交流に変換されるように、電力段は、制御信号によって制御される６つの電子スイッチを備えている。イグニションパルスは、種々の方法によって抑制することができる。前述の文献BIA Report 5/2003で知られているように、供給電圧を駆動回路で遮断する方法が一般的である。故障の場合は、電圧は一般的に、継電器によって停止される。イグニションパルスの抑制によって安全に停止させること、つまり制御信号を生成しないことによって、電力電子回路の他の全ての部品が、完全な待機状態になる。従って現行における実用の範囲において、電気駆動システムを安全な状態におかれ、電力電子回路が、電気駆動システムの故障または事故を認識せずに該電気駆動システムを作動させることが可能である。駆動回路が再度オンにされたときに、実質的に遅れは生じない。
【０００７】
今日まで、駆動回路における供給電圧の切り替えは、損耗しやすい機械式継電器によって行われてきた。このような機械式スイッチング継電器では、電力電子回路を「単一故障安全性（single fault safety）」用に設計することができない。「単一故障安全性」とは、使用される安全関連の部品の内の１つに故障が起こった場合、モーターの作動が即座に停止されることを意味する。
【０００８】
従って、本発明の目的は、特に「単一故障安全性」用に設計された電動機用の電力電子回路内の電力段を動作させる方法を提供することにある。さらに本発明は、特に「単一故障安全性」用に設計されたモーターを作動させるための駆動回路用の供給ユニットを提供することを目的とする。
【０００９】
上記の目的は、請求項１に従った方法と、請求項１１に従った供給ユニットと、によって達成することができる。
【００１０】
本発明のさらに有利な改良点（refinement）については、従属クレームに明記されている。
【００１１】
本発明の第一の形態は、特に電動機用の電力電子回路中の、駆動回路用の供給ユニットを動作させる方法を提供している。上記駆動回路に対して電力を供給するために、誘導コンバータは、第一制御信号および第二制御信号に基づいて、第一および第二スイッチを用いて、制御電流を切り替える。上記第一および第二スイッチをオフにすることによって、転流電流が、第一または第二転流電流路を通って流れるようになる。上記電力段を作動させるためには、まず、上記第一および第二制御信号に基づいて上記第一および第二スイッチをオンにする。次に、例えば作動値（actuation value）に基づいて、上記第一制御信号を用いて、オフ操作において第一スイッチをオフにする。上記のオフ操作によって、上記第一転流電流路を通る転流電流の測定が促される。次に、測定された上記第一転流電流に基づいて、上記第二制御信号を用いて、上記第二スイッチが切り替えられる、またはされない。
【００１２】
本発明による方法の利点とは、供給ユニットにおいて通常モードで行う切り替え操作が、上記第一スイッチの操作を含むことにある。上記第一制御信号に基づいて電流路を実際に遮断し、正確に動作しているかどうかを確認するために、測定された転流電流を用いて上記第一スイッチが阻止される。電力の供給するためには、両方のスイッチを常時、実質的には同時にオンおよびオフにする必要があるため、上記いずれかのスイッチの切り替えを阻止することによって、電力の供給を即座に阻止することができる。
【００１３】
上記第一転流路を通る上記転流電流の測定により故障が検出された場合、別の形態に従って、上記第二スイッチがオフにされることが阻止される。上記方法によって故障が検出されたとき、上記第一スイッチのオフ操作は実際には上記スイッチをオフにしていないため、上記回路は上記誘導コンバータを介して閉じたままである。しかし、上記第二スイッチの切り替えが阻止された結果においても、さらなる切り替え操作は起こらない。これは、上記誘導コンバータによって電力を送ることができないことを意味する。
【００１４】
上記第一転流電流路を通る上記転流電流の測定により故障が検出された場合、さらに別の形態に従って、上記第一および第二スイッチが再度オンにされることが阻止される。この場合、故障が確認された後で、上記第二スイッチがオフにされる。このことは、第一の形態よりも優れている。連続直流が、直流によって破損する可能性がある上記誘導コンバータを通って流れることができないためである。
【００１５】
上記第一および第二制御信号に基づいてまず上記第一および第二スイッチを再度オンにし、次に、さらなるオフ操作において上記第二制御信号を用いて第二スイッチをオフにすることを、さらなる切り替え操作に含めてもよい。この結果、上記第二転流電流路を通る上記転流電流が測定される。また、上記第二転流電流路を通る、測定された上記転流電流に基づいて、上記第一制御信号を用いて、上記第一スイッチが切り替えられる。これにより、上記第二スイッチの動作が阻止される。
【００１６】
具体的には、上記２つのスイッチのいずれかを、各切り替え周期において交互に阻止し、上記スイッチが正確に動作しているか判断することができる。即ち、上記スイッチが正確にオフにされたかを判断することができる。もし上記２つのスイッチのいずれかが、それぞれの電流路を正確に遮断しない場合は、切り替え操作をその後阻止することによって、それぞれもう一方のスイッチのさらなる切り替えを阻止する。つまり、さらなる送電を停止するため、従って電源を即座に停止するために、上記誘導コンバータにおける電圧または電流の変化がさらに起こることはない。停止させる必要のある下流電動機（downstream electric motor）用の回転磁界を発生させる電力がさらに供給されないように、上記電力電子回路内の上記電力段の動作が停止される。
【００１７】
上記第二転流電流路を通る上記転流電流の測定により故障が検出されると、上記第一転流電流路を遮断するのと同様の方法で、まず上記第一および第二スイッチがオンにされるのが阻止され、および／または、上記第一スイッチがオフにされるのが阻止される。
【００１８】
周期信号を用いて上記第一および／または第二制御信号を生成してもよい。上記第一および／または上記第二転流電流路を通る上記転流電流の測定により故障が検出されると、上記第一および／または上記第二制御信号を生成するために、上記周期信号を遮断することができる。上記制御信号を生成するために必要な上記周期信号を遮断することは、上記第一および第二スイッチの切り替え操作を即座に停止する方法の１つである。
【００１９】
本発明の別の形態においては、電力段用の駆動回路用の供給ユニット、特に、電動機用の電力電子回路内の、電力段用の駆動回路用の供給ユニットが提供されている。上記駆動回路は、上記スイッチを切り替えることによって電力を供給するために、第一および第二スイッチと直列に接続された誘導コンバータを備えている。上記第一および第二スイッチは、上記第一および第二信号によってそれぞれ作動させることができる。上記第一および第二スイッチをオンおよびオフすることによって、上記誘導コンバータに電力が供給される。上記第一スイッチに対するオフ操作における転流電流を受け入れるために、上記第一スイッチは、該第一スイッチに接続された第一転流電流路を有している。上位第二スイッチに対するオフ操作における転流電流を受け入れるために、上記第二スイッチは、第二転流電流路に接続されている。上記駆動回路は、オン操作において、上記第一および第二制御信号に基づいて上記第一および第二スイッチをオンにするために、また、オフ操作において、まず上記第一スイッチをオフにして、上記第一転流電流路を通る転流電流を測定するため、さらに、測定された上記転流電流路に基づいて上記第二スイッチを切り替えるために、制御装置を備えている。
【００２０】
本発明に基づく上記供給ユニットは、誘導コンバータの供給電圧をオンまたはオフすることによって生成された電源を有する電力段用の駆動回路を動作させるために使用される。上記オンまたはオフは、基本的に同時にスイッチされる必要のある２つのスイッチを用いて行う。上記制御装置はまず、上記２つのスイッチを同時にオンにし、次に、例えば作動値（actuation value）に基づいて、上記第一スイッチを停止させる。上記第一スイッチが故障していて、上記誘導コンバータを通る電流路を遮断しない場合、これは上記第一転流電流路を通る上記転流電流の測定によって検出され、上記第二スイッチは、再度スイッチされることから阻止される。上記第一回路が正確にスイッチされたことが検出されると、上記第二スイッチも同様にオフにされる。これによって、上記第一スイッチのオフと、上記第二スイッチのオフとの間隔が可能な限り短くなるようにする。
【００２１】
上記第一転流電流路は、第一電流センサーおよび／または第一転流ダイオードを備えることができる。上記第二転流電流路は、第二電流センサーおよび／または第二転流ダイオードを備えることができる。
【００２２】
上記制御装置は、さらなるオフ操作において、測定された上記転流電流に基づいて上記第一スイッチを切り替えるために、まず上記第二スイッチをオフにして、上記第二転流電流路を通る転流電流を測定するように設計することができる。上記によって得られる効果は、まず各オン／オフ操作において、まず上記第一スイッチを、次に上記第二スイッチを交互にオフにして、上記第一および第二スイッチの動作を連続して阻止できるようにすることである。
【００２３】
別の形態に従って、上記供給ユニットは、第一制御回路と第二制御回路とを備え、かつ後者から離れている。上記第一制御回路は、上記第一スイッチの切り替えを制御し、そして上記第一転流電流路を通る上記電流を測定する。従って上記第二制御回路は、上記第二スイッチの切り替えを制御し、そして上記第二転流電流路を通る上記電流を測定する。上記第一制御回路および第二制御回路は、互いに連結している。これによって、上記第二制御回路によって提供された第二アクティブ信号に基づいて、上記第一制御回路が第一制御信号を生成し、また反対に、上記第一制御回路によって提供されたアクティブ信号に基づいて、上記第二制御回路が上記第二制御信号を生成するようにする。
【００２４】
上記によって、単一故障安全性を達成することができる。単一故障安全性は、上記スイッチのいずれか、上記転流路のいずれか、または上記制御回路のいずれかで故障が起こるとすぐに、制御信号の生成、ひいては電源の供給を阻止する。上記制御回路が、それぞれ関連するスイッチでの故障を確認するとすぐに、上記制御回路はそのスイッチの操作性を阻止する。関連するスイッチを作動させるために、それぞれもう一方の制御回路によって必要とされるアクティブ信号を生成する上記制御回路の長所によって、上記制御回路のいずれかが故障した場合でも、電力の供給が阻止される。つまり、本発明に基づく上記駆動回路は、単一故障安全性を有しているということである。これは、上記部品の内の１つが故障したときに、電力の供給が即座に阻止されるためである。
【００２５】
上記第一および第二アクティブ信号が不正確に生成されないために、これらの信号は、それぞれの制御回路からの周期信号、またはシグナル配列として供給される。これによって、故障の際に周期アクティブ信号が継続的に生成されるようにする。上記周期信号またはシグナル配列は、以下の利点を有している。それぞれの制御回路において、上記アクティブ信号が永久に続く状態をもたらすような故障が発生した場合、この状態によって、それぞれの制御信号がもう一方の制御回路において継続的に生成されるという結果はもたらされない、という点である。
【００２６】
上記誘導コンバータが変圧器の形態であることが好ましい。
【００２７】
本発明の一実施形態に従って、上記制御装置は、供給されたクロック信号を用いて、上記第一および／または上記第二制御信号を生成するように設計される。故障が起こると、上記クロック信号が遮断される。つまり、上記第一および第二制御信号の生成が阻止される。
【００２８】
本発明の好適な実施形態について、添付図を参照しながら以下にさらに詳しく説明する。
【００２９】
図１は、駆動システムを示すブロック図である。
【００３０】
図２は、本発明による駆動回路のブロック図である。
【００３１】
図３は、上記駆動回路のスイッチの作動を示す信号フローチャートである。
【００３２】
図１は、駆動システムにおける電動機の作動の様子を示すブロック図である。制御システム１は作動値を生成し、電動機２は該作動値に基づいて作動される。電動機２は、通常は、電力段４を含む電力電子回路３を用いて作動されるよう意図されている。図示されている例において、電力段４は三相交流を生成する。この目的のため、電力段４は一般的に、６つの電子スイッチ(不図示)を備えている。これらの電子スイッチは、駆動回路５からのそれぞれの切り替え信号によって作動される。電動機２は、同期または非同期モーターの形態であることが好ましく、特に、電気により作られる回転磁界を用いて動作させることができ、かつ完全に整流化された電流により作動する電動機の形態であることが好ましい。
【００３３】
電力段４は、電動機２を動作させるために必要な電流レベルにおいて回転磁界を提供するために使用される。電力段４を作動させるために使用される上記切り替え信号は、駆動回路５によって提供される。
【００３４】
実用分野の一部においては、故障が起こったとき、電動機２が制御不能のまま動作し続けることのないように、電動機２を即座に停止させる必要がある。これは、故障が確認されるとすぐに、上記それぞれの切り替え信号の生成を即座に阻止するという、電力電子回路３の駆動回路５の利点によってなされる。電動機２に対する回転磁界を発生させるためには、切り替え信号の具体的な配列が必要である。上記駆動回路がこれらの切り替え信号を停止させた場合は、回転磁界を発生させることが不可能となる。これによって電動機２が停止される。
【００３５】
駆動回路５における上記切り替え信号の生成は、特に、駆動回路５への電力の供給を阻止することによって阻止される。上記電源は、駆動回路５に接続された供給ユニット６によって提供される。
【００３６】
図２は、駆動回路５用の、本発明による供給ユニットの回路図である。電圧を供給する電源は、電力段４の電子スイッチに送信される切り替え信号を生成する駆動回路５に対して供給される。
【００３７】
上記切り替え信号は絶縁された直流電流であり、下流の電力段にある電子スイッチにとって適切な電圧の範囲内にある。一般的に、電界効果トランジスタのゲート入力は、上記電力段内に組み込まれている。上記切り替え信号は、基本的には、上記電力段に、スイッチのオンおよびオフ状態を送信する、パルス幅変調信号である。
【００３８】
次に上記電力段（不図示）は、上記切り替え信号に基づいて、上記電動機内で巻いているコイルをオンまたはオフにする。
【００３９】
図２に示されている供給ユニット６は、電源としての供給電圧を生成する。この供給電圧は、変圧器１１内の一次コイル１０で切り替えられた信号に基づいて、二次コイル１２で生成される。上記一次コイルを通じて電流をオンまたはオフにすることによって、二次コイル１２内で正および負の電圧が生成されるため、ここで得られる電圧信号は、整流ダイオード１３によって整流され、そして好ましくは、キャパシタ（不図示）によって平滑化される。これにより、基本的には正の電圧がドライバー回路５に加えられる。
【００４０】
一次コイル１０は、高電位（high supply voltage potential）ＶＤＤと低電位との間、高電位VDDと接地電位ＧＮＤにおいて、第一スイッチ１４および第二スイッチ１５に直列に接続されていることが好ましい。第一および／または第二スイッチ１４、１５は、好ましくは電界効果トランジスタの形態であって、それぞれが適切なゲート接続を介して制御信号によって作動される。変圧器１１を切り替えるためには、通常は同時に第一および第二スイッチ１４、１５をオンおよびオフにする。これによって、一次コイル１０における切り替え操作が、変圧器１１の二次コイル１２内でそれと対応する電圧信号を誘発するようにする。
【００４１】
特にオフ操作においては、一次コイル１０のインダクタンスは、一次コイル１０がオンの状態にあるときの電流に対して反対方向の、転流電流を生成する。この電流が、上記電界効果トランジスタ、および上記駆動回路の別の部品に対して有害な過電圧とならないように、転流電流路１６、１７に各スイッチ１４、１５が備えられている。
【００４２】
第一スイッチ１４は、高電位（high supply potential）ＶＤＤと一次コイル１０の第一接続点とを接続する回路の間に備えられている。上記第一スイッチがオフであるときの転流電流が、接地電位ＧＮＤに流れるように、一次コイル１０の上記回路は、第一転流電流路１６を介して上記接地電位に接続されている。第二スイッチ１５は、一次コイル１０のもう一方の接続点、第二接続点と接地電位ＧＮＤと、を接続する回路の間に備えられている。一次コイル１０の上記回路も同様に、第二転流電流路１７を介して高電位ＶＤＤに接続されている。
【００４３】
上記スイッチをオンにすることによって高電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤとの間でショートが起こらないように、第一転流電流路１６は第一転流ダイオード１８を備え、第二転流電流路１７は第二転流ダイオード１９を備えている。これによって、上記接地電位に対して負であり、かつ一次コイル１０の上記第一接続に加えられる電圧が、第一転流電流路１６を介して流れるようにし、また、高電位ＶＤＤより高く、かつ一次コイル１０の第一接続点に加えられる電圧が、第二転流電流路１７を介して流れるようにする。これは、各転流ダイオード１８、１９が、上記方向において導電性になるためである。
【００４４】
転流電流路１６、１７を通る各転流電流を測定するために、第一転流電流路１６は第一電流センサー２０を備え、第二転流電流路１７は第二電流センサー２１を備えている。電流センサー２０、２１は、一例としては、例えば分流器（shunt）のような測定レジスタを用いて設計することができる。あるいは、電流センサー２０、２１は、上記の各転流電流路の上記レジスタが計測レジスタによって影響を受けない磁場電流センサーを備えていてもよい。転流電流を計測するために、それと対応する上記スイッチを通る電流を計測することによって上記転流電流を検出することも可能である。
【００４５】
第一制御回路２２および第二制御回路２３は、スイッチ１４、１５に対する上記制御信号を生成するために備えられている。第一転流電流路１６の、測定された転流電流が、第一制御回路２２へ供給されるように、第一制御回路２２は、第一電流センサー２０に接続されている。第一制御回路２２は、第一スイッチ１４の第一制御接続、特に上記電界効果トランジスタの上記ゲート接続に接続されている。第二転流電流路１７の、測定された転流電流が、上記第二制御回路２２で利用できるように、第二制御回路２２は、第二電流センサー２１に接続されている。第二制御回路２３は、第二スイッチ１５の制御入力、つまり上記第二電界効果トランジスタの上記ゲート接続に接続されている。
【００４６】
アクティブ信号を第二制御回路２３へ送信するために、第一制御回路２２は、第一アクティブ信号線２４を介して第二制御回路２３に接続されている。第二制御回路２３が第二アクティブ信号を第一制御回路２２へ送信できるように、第二アクティブ信号線２５が備えられている。制御回路２２、２３は、信号線２６を介して、外部で規定された（externally prescribed）イネーブル信号を受信する。このイネーブル信号は、電動機２の作動を許可または阻止する。さらに、各制御回路２２、２３は、クロック信号ＣＬＫに対する入力を有する。上記制御回路は、このクロックに同期している。
【００４７】
以下の文章では、第一スイッチ１４および第一転流電流路１６に対する第一制御回路２２の動作形態について説明する。また以下の文章では、上記第二スイッチ１５および第二転流電流路１７に対して基本的に同様に動作する第二制御回路２３の動作形態について説明する。
【００４８】
第一および第二制御回路２２、２３は、データライン２６を介してイネーブル値（enable value）を受信する。また、第一および第二制御回路２２、２３は、クロック周期の開始時において、第一または第二制御信号として、各ターンオン信号（turn-on signal）を生成する。この各ターンオン信号は、例えば高レベルで、第一スイッチ１４または第二スイッチ１５に、それぞれ送信される。上記各ターンオン信号は、スイッチ１４および１５をオンにする。これによって、一次コイル１０の上記第一接続点に高電位ＶＤＤが接続され、かつ、一次コイル１０の第二接続点に接地電位ＧＮＤが接続されるようになる。ターンオン周期（turned-on period）が経過すると、上記第一制御信号が切り替えられ、例えば信号のレベルが低レベルへ変化することなどによって、第一スイッチ１５がオフにされる。上記ターンオフ操作によって、変圧器１１の一次コイル１０の転流電圧（free-wheeling voltage）が生成される。この電圧は、第一転流電流路１６を介して下げられる。
【００４９】
第一転流電流路１６にある上記転流電流は、第一電流センサー２０を用いて測定され、測定された値は、第一制御装置２２で利用可能となる。後者は、測定された電流値と、著しい転流電流が流れていることが検出可能なように選出された電流閾値と、を比較する。これによって、第一スイッチ１４の切り替え動作が阻止される。これは、第一スイッチ１４が上記制御信号に基づいて阻止されなかった場合に、一次コイル１０を通る上記電流路が遮断されず、また、第一転流電流路１６を介して下げる必要のある転流電圧が上がらないためである。これは第一制御回路２２における故障として検出され、スイッチ１４をオンにするための制御信号のさらなる生成が停止される。
【００５０】
上記第一転流電流路における、上記電流閾値を超える転流電流が測定された場合は、第一制御回路２２は、第一アクティブ信号線２４にアクティブ信号を送信する。この結果、アクティブ信号が第二制御回路２３へと送信される。対応するアクティブ信号が受信されると、第二制御回路２３は、第二スイッチ１５を即座にオフにする。これにより、上記制御信号の全クロック周期を通じて、上記第一スイッチをオフにすることと、上記第二スイッチをオフにすることと、の間に生じる遅延がわずか短時間であるようにする。この時間遅延は、上記切り替え信号の生成に大幅な影響は与えない。
【００５１】
第一および第二制御回路２２、２３は、基本的に同期をとって、動作する。つまり、制御回路２２、２３の両方に、同じクロック信号ＣＬＫが提供されると有利であることを意味する。２つの制御回路２２、２３は、互いに調整し合う。これによって、クロック周期中に、上記２つの制御回路の内１つのみが、アクティブ信号を事前に受信することなく単独で各スイッチ１４、１５をオフにするための上記制御信号を生成するようにする。好ましくは、上記２つの制御回路が、上記ターンオフ信号（turn-off signal）と同期がずれて動作し、特に第一クロック周期において、上記第一制御回路が、第一スイッチを単独でターンオフするための第一制御信号を生成し、第二制御回路２３が、オフにされた第一スイッチ１４に依存して第二スイッチ１５をオフにするための上記制御信号を生成する。第二クロック周期において、次に第二制御回路２３が、上記アクティブ信号に依存せずに第二スイッチ１５をオフにするための上記制御信号を生成する。また、第一制御回路２２は、第二スイッチ１５が問題なくオフにされると、上記第二制御回路によって生成されたアクティブ信号に基づく。
【００５２】
各アクティブ信号は、各スイッチ１４、１５をオフにするための上記制御信号が生成される必要があることを、各制御回路２２、２３に示す。上記各スイッチがオフにされたことが、好ましくはアクティブ信号の適切なエッジによって示される。これは、上記各制御回路によって、上記エッジが活発に生成される必要があるためである。上記制御回路のいずれかで発生する故障が、上記切り替え信号の生成を即座に阻止することも可能である。これは、上記アクティブ信号が、正確に動作する制御信号２２、２３によってのみ生成されるためである。これにより、「単一故障安全性」を有する、本発明の供給ユニット６が供給される。つまり、使用する部品の内の１つで故障が発生した場合、電動機２を作動させるための上記回転磁界がもはや生成されないように、上記切り替え信号の生成が即座に阻止される。
【００５３】
従って本発明の供給ユニット装置は、スイッチ１４、１５のいずれかがオフにされた場合、故障によって即座に、適切な切り替え信号がもはや生成されなくなるという形態になっている。関連する制御回路２２、２３もまた故障を伴い、そのため上記各スイッチが切り替えられても関連する故障をもはや確認することできない場合もある。このため、上記制御回路は、該制御回路に接続されたスイッチがオフにされたことが検出されたら、アクティブ信号を活発に生成しなければならない。上記信号は、故障した制御回路においては生成されない。つまり、それぞれもう一方の制御回路はターンオフ信号を生成しない。次のクロック周期についてもまた、スイッチ１４、１５のいずれかを切り替えるような制御信号は生成されない。従って、一例としては、オン状態（turned-on state）からオフ状態（turned-off state）へともはや切り替えをしない故障も含まれる、第一スイッチ１４での故障は、第二スイッチ１５もが、もはやオフにされないという結果になる。これは、第二制御装置２３によって必要とされる上記アクティブ信号が、第一制御回路２２によってもはや生成されないためである。従って、一次コイル１０を通る上記電流路が維持される。一次コイル１０においては、もはや電流の変化がないため、二次コイル１２へ送られる電力もない。つまり、電源がオフにされたことを意味する。
【００５４】
上記制御回路のいずれかによって確認され、上記制御回路が、該制御回路に接続されたスイッチをオフにするための制御信号を生成するために、正しいアクティブ信号の欠如によって他方に示されるという故障が起こってもよい。これは、あらゆる場合において、一次コイル１０を通る電流路を遮断するためである。さもなければ、非常に高い直流が一次コイル１０を通って流れて、一次コイル１０を破壊してしまう可能性があるためである。しかし上記によって、二次コイル１２に電力が少しの間のみ送られ続けるという、さらなる切り替え動作が起こるため、上記切り替え信号にさらにエッジが生成される。これにより、電動機２を作動させる回転磁場に対するオフ動作が継続的になされるようにする。しかしこれは、電動機２が適用される状況によっては、数マイクロ秒の範囲というほんの短い時間である。
【００５５】
同様に、転流ダイオード１８、１９のいずれかにおける故障を確認することができる。転流ダイオード１８、１９のいずれかが反対方向に動作し始めたら、高電位ＶＤＤと接地電位ＧＮＤとの間にショートが起こり、そして安全な状態に達する。従って上記回路は動作しない。しかし、問題のダイオードが順方向に動作し始めない場合は、この故障は、動作を阻止しないが、ショートしたトランジスタが故障した場合は安全性に関連している。各転流ダイオード１８、１９が順方向に動作し始めないという上記故障は、電流センサー２０、２１が転流電流を測定しないという結果をもたらす。つまり、上記各制御回路は、各スイッチ１４、１５がオフにされたことを検出することができないため、上記各制御回路はアクティブ信号を生成しない。従って、故障したダイオードによって、上記回路内でショートが起こって上記電動機を停止させるか、問題の制御信号の生成が阻止されるか、のいずれかの結果がもたらされる。上記のような供給ユニットの重大な利点は、特徴的な間隔（diagnostic interval）が、クロック信号ＣＬＫのわずか１周期であることである。つまり、例えば５０マイクロ秒という短い間隔で上記特徴的な間隔で、上記供給ユニットは上記結果をもたらすことができる。
【００５６】
さらに、上位制御システム（不図示）が、制御ユニット２２および２３に接続されている。上記のいずれかが正確に動作しなくなった場合、制御ユニット２２、２３が制御信号をさらに生成しないように、上記制御システムが、上記イネーブル信号を遮断する。
【００５７】
図３は、上記クロック信号、および上記第一ならびに第二制御信号の概略を示す信号図である。この図において、第一および第二制御回路２２、２３は、上記各スイッチが、上記クロック信号の立ち上がりエッジで、オンにされたことを、上記制御信号の同様の立ち上がりエッジを用いて、示す。特定の期間においては、上記２つの制御信号は高レベルにとどまる。第一制御信号ＳＴ１が、立ち上がりエッジで第一スイッチ１４をオフにすることがこの図から分かる。切り替え操作が成功し、かつ別の故障が発生しなかった場合に、適切なアクティブ信号が上記制御回路内２２で生成される。上記信号は、第二制御回路２３に送信される。第二制御回路２３は、上記第二スイッチをオフにするために、第二制御信号ＳＴ２に対して立ち下がりエッジを生成する。クロック信号ＣＬＫの次の立ち上がりエッジまで、上記制御信号は低レベルにとどまる。クロック信号ＣＬＫの次の立ち上がりエッジにくると、上記２つの制御信号ＳＴ１、ＳＴ２は高レベルに変化し、上記第二制御回路が、第二制御信号ＳＴ２の立ち下がりエッジを生成する。第二制御信号ＳＴ２の立ち下がりエッジは、第二スイッチ１５をオフにし、また、第二スイッチ１５がオフにされ、かつ別の故障が発生しなかった場合は、アクティブ信号が生成される。次に上記アクティブ信号は、第一制御信号ＳＴ１の立ち下がりエッジに従って、わずかな時間遅延で第一スイッチ１４を同様にオフにする。従って、スイッチ１４、１５の動作、または上記各転流電流路の部品の動作が交互に阻止され、また、故障が確認された場合には上記制御信号の生成が即座に停止されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】駆動システムを示すブロック図である。
【図２】本発明による駆動回路のブロック図である。
【図３】上記駆動回路のスイッチの作動を示す信号フローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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