(57)【要約】  本発明は、殊に電気機械（２）用のドライバ回路（３）の端子電圧を測定するために電圧測定を較正する方法に関しており、この方法はつぎのステップを有する。すなわち、−  上記のドライバ回路（３）をスイッチオンして、第１の所定の電位が、例えば第１給電電位が端子接続部に印加されるようにし、第１電圧データを得るために第１の所定の電位を印加した状態で原動機端子における電圧（Ｕ１，Ｕ２）を測定し、ただし第１電圧データは、第１の所定の電位を印加した状態で処理回路（８）によって処理される電圧（Ｕ１＿ａｄｃ，Ｕ２＿ａｄｃ）を測定することによって得られるものであり、この電圧は、原動機端子に加わる電圧（Ｕ１，Ｕ２）をマッピングすることにより、殊に線形にマッピングすることによって得られる電圧であり、−  ドライバ回路（３）をスイッチオンして、第２の所定の電位が、例えば第２給電電位が端子接続部に加わるようにし、−  第２電圧データを得るために第２の所定の電位を印加した状態で原動機端子における電圧（Ｕ１，Ｕ２）を測定し、ただし第２電圧データは、第２の所定の電位を印加した状態で上記処理回路によって処理される電圧（Ｕ１＿ａｄｃ，Ｕ２＿ａｄｃ）を測定することによって得られるものであり、この電圧は、原動機端子に加わる電圧（Ｕ１，Ｕ２）をマッピングすることにより、殊に線形にマッピングすることによって得られるものであり、第１電圧データおよび第２電圧データによって定められる直線の傾きとして補正係数を求め、実際の端子電圧を得るために、原動機端子において処理回路（８）を介して測定した電圧にこの補正係数を適用する。
2013513119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
殊に電気機械（２）用のドライバ回路（３）の端子電圧を測定するために電圧測定を較正する方法において、
−  前記ドライバ回路（３）をスイッチオンして、第１の所定の電位が、例えば第１給電電位が端子接続部に印加されるようにし、
−  第１電圧データを得るために第１の所定の電位を印加した状態で原動機端子における電圧（Ｕ１，Ｕ２）を測定し、ただし前記第１電圧データは、第１の所定の電位を印加し、処理回路（８）によって処理される電圧（Ｕ１＿ａｄｃ，Ｕ２＿ａｄｃ）を測定することによって得られるものであり、当該電圧は、原動機端子に印加される電圧をマッピングすることにより、殊に線形にマッピングすることによって得られる電圧であり、
−  前記ドライバ回路（３）をスイッチオンして、第２の所定の電位が、例えば第２給電電位が端子接続部に印加されるようにし、
−  第２電圧データを得るために第２の所定の電位を印加した状態で原動機端子における電圧（Ｕ１，Ｕ２）を測定し、ただし前記第２電圧データは、第２の所定の電位を印加した状態で前記処理回路によって処理される電圧（Ｕ１＿ａｄｃ，Ｕ２＿ａｄｃ）を測定することによって得られるものであり、該電圧は、原動機端子に印加される電圧（Ｕ１，Ｕ２）をマッピングすることにより、殊に線形にマッピングすることによって得られるものであり、
−  前記第１電圧データおよび第２電圧データによって定められる直線の傾きとして補正係数を求め、当該補正係数を、原動機端子において前記処理回路（８）を介して測定した電圧に適用して実際の端子電圧を得る、
ことを特徴とする、電圧測定を較正する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記第１の所定の電位は、第１給電電位（ＶH）に等しく、
前記第２の所定の電位は、第２給電電位（ＶL）に等しく、
前記給電電圧（ＵDC）は、第１給電電位（ＶH）と第２給電電位（ＶL）との間の電圧差分に等しく
前記補正係数を求めるため、前記給電電圧を測定し、
前記補正係数は、給電電圧（ＵDC）と、差分との比として求められ、
ただし当該差分は、第１給電電位（ＶH）と第２給電電位（ＶL）との間の差分である、
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
さらに第１電圧データおよび第２電圧データからオフセットを求め、
ただし当該オフセットは、実際の端子電圧を得るために、原動機端子において測定した電圧に適用することができる、
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
実際の端子電圧を求める方法において、
該方法は、以下のステップ、すなわち、
−  電圧データを得るために前記原動機端子における電圧を測定するステップと、
−  前記電圧データと、請求項１から３までのいずれか１項に記載した方法にしたがって求めた補正係数とから実際の端子電圧を求めるステップとを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
殊に電気機械（２）用のドライバ回路（３）の端子電圧を測定するために電圧測定を較正する装置において、
−  制御装置（６）が含まれており、該制御装置は、
−  第１の測定に対して前記ドライバ回路（３）が駆動制御されて、第１の所定の電位が、例えば第１給電電位が端子接続部に印加され、
−  第２の測定に対して前記ドライバ回路（３）が駆動制御されて、第２の所定の電位が、例えば第１給電電位が端子接続部に印加されるように構成されており、
前記装置はさらに
−  前記電位によって前記端子接続部において求めた電圧（Ｕ１，Ｕ２）を変更して処理した端子電圧（U1＿adc，U2＿adc）を得るための処理回路（８）と、
−  測定ユニット（１１）とを有しており、
該測定ユニットは、
−  前記第１の測定の際に、第１の所定の電位を印加した状態で前記処理した端子電圧（U1＿adc，U2＿adc）を測定して第１電圧データを得るためのものであり、
−  前記第２の測定の際に、第２の所定の電位を印加した状態で前記処理した端子電圧（U1＿adc，U2＿adc）を測定して第２電圧データを得るためのものであり、
前記制御装置（６）は、補正係数が第１電圧データおよび第２電圧データによって定められる直線の傾きとして求められるように構成されており、ただし実際の端子電圧を得るため、当該補正係数を原動機端子において測定した電圧に適用可能である、
ことを特徴とする電圧測定を較正する装置。
【請求項６】
電気機械（２）、制御装置および請求項５に記載の装置を有する、
ことを特徴とする原動機システム。
【請求項７】
コンピュータプログラム製品において、
該コンピュータプログラム製品にはコンピュータプログラムが含まれており、
該コンピュータプログラムは、該コンピュータプログラムがデータ処理ユニットで実行される場合に、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法を実施する、
ことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、ドライバ回路、殊に電動機を動作させるドライバ回路における端子電圧を測定する方法および装置に関する。本発明は殊にドライバ回路における端子電圧を測定するための電圧測定を較正することに関する。
【０００２】
従来の技術
原動機システムは、殊に複数の出力段を有する電気機械を駆動制御するため、この電気機械の他に、相応するドライバ回路も有することが多い。このドライバ回路にはふつう２つまたは２つよりも多くのハーフブリッジ回路、いわゆるインバータ回路が含まれており、これらの回路は実質的に２つのパワー半導体スイッチからなる直列回路を有する。これらのパワー半導体スイッチ間には中間端子が設けられており、この中間端子は、対応する原動機端子に接続されている。パワー半導体スイッチのスイッチ状態に応じてこの中間端子は、高い方の給電電位かまたは低い方の給電電位のいずれかに接続される。
【０００３】
駆動制御すべき電動機に応じてこの電動機の動作に必要なのは、原動機端子における端子電圧を検出することである。これらはふつう、適当な処理回路（例えば分圧器またはこれに類するもの）と、電圧測定器、例えばアナログデジタル変換器とによって検出され、相応する電圧データは、上記のドライバ回路を駆動制御する制御ユニットに供給される。端子電圧の検出には所定の精度要求が適用され、これまでは、例えば高精度抵抗などの許容誤差の小さい構成部分を上記の処理回路の構成に使用することにより、この精度要求を満たして来たのである。しかしながらこのような高精度構成部分の使用にはコストがかかる。それはこれらの構成部分は、選択プロセスにおいて相応に選別を行わなければならないからである。
【０００４】
したがって本発明の課題は、原動機システムにおける端子電圧を測定する方法および装置を提供し、これによって電動機における端子電圧を正確に検出できるようにし、その際にこのような正確な検出のために高精度構成部分ないし許容誤差の小さい構成部分を上記の処理回路に設ける必要がないようにすることである。
【０００５】
発明の開示
この課題は、請求項１に記載した、電気機械に対する端子電圧の電圧測定を較正する方法により、また独立請求項に記載した装置および原動機システムによって解決される。
【０００６】
別の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
第１の様相では、電圧測定を較正する方法、殊に電気機械用のドライバ回路の端子電圧を測定する方法が提供される。この方法には以下のステップが含まれている。すなわち、
−  上記のドライバ回路をスイッチオンして、第１の所定の電位が、例えば第１給電電位が端子接続部に印加されるようにするステップ、
−  第１電圧データを得るために第１の所定の電位を印加した状態で原動機端子における電圧を測定するステップ、ここで第１電圧データは、第１の所定の電位を印加した状態で上記の処理回路によって処理される電圧を測定することによって得られ、この電圧は、原動機端子に加わる電圧をマッピングすることにより、殊に線形にマッピングすることによって得られ、
−  上記のドライバ回路をスイッチオンして、第２の所定の電位が、例えば第２給電電位が端子接続部に加わるようにするステップ、
−  第２電圧データを得るために第２の所定の電位を印加した状態で原動機端子における電圧を測定するステップ、ここで第２電圧データは、第２の所定の電位を印加した状態で上記の処理回路によって処理される電圧を測定することによって得られ、この電圧は、原動機端子に加わる電圧をマッピングすることにより、殊に線形にマッピングすることによって得られ、
−  第１電圧データおよび第２電圧データによって定められる直線の傾きとして補正係数を求めるステップ、ここではこの補正係数を、原動機端子において測定した電圧に適用して、実際の端子電圧を得る。
【０００８】
上記の方法のアイデアは、例えば分圧器によって形成される上記の処理電圧を較正することである。このためにまず、端子電圧を測定しようとする原動機端子に対応付けられているインバータ回路を駆動制御して、この原動機端子と第１の所定の電位とが接続されるようにする。つぎに結果として得られた端子電圧が、上記の処理回路を介して取り出され、上記の処理した端子電圧を示す第１電圧データが求められる。つぎに上記の端子電圧は、例えば処理回路のマッピングに相応して、例えば上記の分圧器の抵抗比に相応して分割される。引き続いて上記のインバータ回路を駆動制御して、上記の原動機端子と、第２の所定の電位とが接続され、相応に処理された端子電圧が上記の電圧測定によって検出される。第１電圧データおよび第２電圧データに依存して、また殊に第１の所定の電位と、第２の所定の電位との差分に依存して、測定したそれぞれの端子電圧を実際の端子電圧に換算することができる。これは、上記の測定した端子電圧を、実際の端子電圧に線形にマッピングすることによって行うことができる。このために上記の線形関係の複数の係数のうちの１つとして、伝達関数の傾きを求める。ここではこれにより、上記の測定した電圧が補正されて実際の端子電圧が得られるはずである。
【０００９】
さらに第１の所定の電位は、第１給電電位に相応し、また第２の所定の電位は、第２給電電位に相応し得る。上記の給電電圧は、第１給電電位と第２給電電位との間の電圧差分に相応し、上記の補正係数を求めるため、上記の給電電圧を測定する。上記の補正係数は、この給電電圧と差分との比として求められ、ここでこの差分は、上記の第１給電電位と第２給電電位と間の差分である。
【００１０】
別の実施形態では、第１電圧データおよび第２電圧データからオフセットを求めることできる。ここでは原動機端子において測定した電圧にこのオフセットを適用して、実際の端子電圧を得ることができる。
【００１１】
別の様相では、実際の端子電圧を求める方法が提供される。この方法には以下のステップが含まれている。すなわち、
−  電圧データを得るための原動機端子における電圧を測定するステップ、
−  上記の電圧データと、上記の較正方法にしたがって求めた補正係数とから実際の端子電圧を求めるステップが含まれているのである。
【００１２】
別の様相によれば、殊に電気機械用のドライバ回路の端子電圧を測定するため、電圧測定を較正する装置が提供される。この装置には、
−  制御装置が含まれており、この制御装置はつぎのように構成されている。
−  上記の第１の測定に対して上記のドライバ回路が駆動制御されて、第１の所定の電位が、例えば第１給電電位が端子接続部に印加されるようにする。
−  上記の第２の測定に対して上記のドライバ回路が駆動制御されて、第２の所定の電位が、例えば第２給電電位が端子接続部に印加されるようにする。
−  処理回路、殊に分圧器が含まれており、この処理回路により、上記の端子接続部における電位によって求めた電圧が変更されて、処理した端子電圧が得られる。
−  測定ユニットが含まれており、この測定ユニットにより、
−  第１の測定の際に、第１の所定の電位が印加された状態で、原動機端子において上記の処理された端子電圧が測定されて第１電圧データが得られ、
−  第２の測定の際に、第２の所定の電位が印加された状態で、原動機端子において、上記の処理された端子電圧が測定されて第２電圧データが得られる。
ここでは上記の制御装置を構成して、第１電圧データおよび第２電圧データによって定められる直線の傾きとして補正係数が求められるようにする。ここではこの補正係数により、原動機端子において測定した電圧に適用して実際の端子電圧を得ることができる。
【００１３】
別の様相によれば、電気機械、制御装置および上記の装置を有する原動機システムが提供される。
【００１４】
別の様相によれば、コンピュータプログラム製品が提供される。このコンピュータプログラム製品にはコンピュータプログラムが含まれており、このコンピュータプログラムは、このコンピュータプログラムがデータ処理ユニットにおいて実施される場合に上記の方法が実行される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】端子電圧を測定する装置を有する原動機システムの概略図である。
【図２】電動機の原動機端子における端子電圧を測定するために、電圧測定を較正する方法を説明する流れ図である。
【００１６】
以下では、添付の図面に基づき、有利な実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
実施形態の説明
図１には、電気機械としての電動機２を有する原動機システム１の概略図が示されており、この電動機は、ドライバ回路３を介して電気的に駆動制御される。この実施例においてドライバ回路３は、ハーフブリッジ回路の形態の２つのインバータ回路４を有しており、これらのインバータ回路は、２つのパワー半導体スイッチ５からなる１つずつの直列回路を有する。パワー半導体スイッチ５は、例えば、応用および出力領域に応じてパワーMOSFET，サイリスタ，IGBTまたはこれに類似するものとして実施されている。インバータ回路４は、高い方の給電電位ＶHおよび低い方の給電電位ＶLに接続されている。給電電圧ＵDCは、高い方の給電電位ＶHと、低い方の給電電位ＶLとの間の差分に等しい。
【００１８】
２つのインバータ回路４を有する図１に示した実施例において、第１のインバータ回路４には第１パワー半導体スイッチ５1および第２パワー半導体スイッチ５2が含まれており、第２のインバータ回路４には第３のパワー半導体スイッチ５3および第３のパワー半導体スイッチ５4とが含まれている。パワー半導体スイッチ５は、相応する駆動制御信号Ｔ１ないしＴ４を介し、制御ユニット６によって駆動制御されるため、これらのパワー半導体スイッチは、閉じられるか（導通接続される）かまたは開かれる（導通接続されない）。パワー半導体スイッチ５のこの駆動制御は、公知のように行われ、例えば、インバータ回路４においてパワー半導体スイッチ５が交互に閉じられて開かれるパルス幅変調によって行われる。電動機２と高い方の給電電位ＶHとを接続する第１パワー半導体スイッチ５1が、１つの駆動制御サイクルの全持続時間に対して上記のデューティ比から得られる持続時間により、電動機２に供給される電力が求められる。
【００１９】
制御装置６によってインバータ回路４を最適に駆動制御するために有効であるのは、原動機端子Ａ，Ｂにおける端子電圧Ｕ１，Ｕ２を検出して相応する電圧データを制御装置６に供給することである。端子電圧Ｕ１，Ｕ２は取り出されて、（ここでは例えば分圧器として実施されている）各処理回路８に供給される。処理回路８により、各端子電圧を線形にマッピングしたもの供給され、ここでは端子電圧Ｕ１，Ｕ２には一定の係数が適用され、またオプションではオフセットが最適に適用される。各処理回路８により、処理された端子電圧U1＿adc，U2＿adcが得られる。例えば分圧器として実施される場合、各処理回路８はこのために２つの抵抗９からなる直列回路を有し、上記の処理される端子電圧U1＿adc，U2＿adcは、これらの２つの抵抗９の間の中間点で取り出される。この分圧比は、周知のように分圧器８の抵抗９の抵抗値から得られる。処理されたこれらの端子電圧U1＿adc，U2＿adcは、制御装置６の各アナログデジタル変換器入力側に供給される。
【００２０】
制御装置６は、上記の処理される端子電圧U1＿adc，U2＿adcの電圧値を求めるため、１つまたは複数のアナログ−デジタル変換器を有する。例えば分圧器として実施される場合、分圧器８の抵抗９により、一定の補正係数が求められて各端子電圧Ｕ１，Ｕ２が処理される。この補正係数は明らかでなければならないが、分圧器８に使用される抵抗９の抵抗値に大きく依存する。
【００２１】
分圧器８を高精度抵抗で実施することは繁雑でありかつコストがかかるため、ここで提案されるのは、計算係数を求めることができる較正方法を実行することであり、この計算係数により、上記の処理した端子電圧U1＿adc，U2＿adcから、実際の端子電圧Ｕ１，Ｕ２を求めることができる。このために別の処理回路１０を用いて給電電圧ＵＤＣを検出する。これは、例えば別の分圧器１０を用いて行うことできるため、処理した給電電圧UDC＿adcを上記の制御装置６に印加して、この制御装置において１つまたは複数の対応するアナログデジタル変換器１１により、加わっている電圧を測定するために検出することができる。制御装置６は、上記の別の分圧器１０の分圧係数と、上記の処理した給電電圧UDC＿adcとから、ドライバ回路３に加わっている給電電圧ＵＤＣを求める。
【００２２】
図２には、原動機端子Ａ，Ｂにおける端子電圧Ｕ１，Ｕ２のうちの１つの測定するために電圧測定を較正する本発明の方法を説明する流れ図が示されている。
【００２３】
まずステップＳ１では給電電圧ＵＤＣの電圧が測定される。つぎのステップＳ２では、第１パワー半導体スイッチ５1が閉じられ（かつ第２パワー半導体スイッチ５2は開かれたままであり）、第１の原動機端子Ａに高い方の給電電圧ＶＨが印加される。制御装置６では、ステップＳ３において、結果的に得られる上記の処理した端子電圧U1＿adc（Ｕ１＝ＵＤＣ）が測定される。
【００２４】
つぎにステップＳ４において第１パワー半導体スイッチ５1を開いた状態で第２の駆動制御信号Ｔ２によって第２パワー半導体スイッチ５2を閉じて、上記の低い方の給電電位ＶLを第１の原動機端子Ａに印加する。引き続き、ステップＳ５において上記の処理した端子電圧U1＿adc（Ｕ１＝０）をこの場合に測定する。（高い方の給電電位ＶHおよび低い方の給電電位ＶLが印加される）２つの調整点がわかると直ちに、ステップＳ６においてＵ１とU1＿adcとの間の線形関係の係数（線形係数、すなわち直線の傾き：ＬＦ，オフセット：ＯＦ）が求められる。ここでは以下が成り立つ。すなわち、
【数１】
2013513119.tif 000003
である。
ただし線形係数ＬＦは、
【数２】
2013513119.tif 000004
である。
【００２５】
またオフセットＯＦは、
【数３】
2013513119.tif 000005
である。
【００２６】
ここでこの線形係数は、測定して処理した電圧と実際の端子電圧との間の伝達関数の傾きを表す補正係数に等しい。上記のオフセットは、上記の伝達関数の一定の成分に等しく、また場合によって無視することができる。これは、上記の分圧器の例示的に実施形態のように、処理回路８がオフセットを有しない場合である。
【００２７】
所定の動作条件では電流が電動機２に流れ得るため、上記の較正の際にはこのような電流考慮しなければならない。この場合に第１パワー半導体スイッチ５1がスイッチオンされた場合にＵ１＝ＵＤＣ−Ｒ51×Ｉが成り立ち、ただしＲ51は、第１パワー半導体スイッチ５1の導通抵抗である。第２パワー半導体スイッチ５2が閉じられている場合、Ｕ１−Ｒ52×Ｉが成り立ち、ただしＲ52は、第２パワー半導体スイッチ５2の導通抵抗を表す。一般的にＲ51＝Ｒ52が成り立つ。
【００２８】
第２の端子電圧Ｕ２の測定は、第１の端子電圧Ｕ１の測定と同様に相応する方法において実行される。ここでは順々にまず第３のパワー半導体スイッチ５3を閉じ、引き続いて第４のパワー半導体スイッチ５4を閉じる。
【００２９】
図１に示した実施例では、上記の較正のための電圧の測定は、制御装置６におけるアナログデジタル変換器によって実現される。択一的には上記の較正を行うため、例えば適当な電圧測定器によって上記の電圧測定を外部で行うことができ、この電圧測定から相応する補正係数を求めることができ、原動機システムの動作開始の前にこの補正係数を制御装置６に記憶する。これにより、処理回路８の構成部材（例えば抵抗９）を正確に測定することなく、相応する端子電圧Ｕ１，Ｕ２を求めるため、それぞれ測定した処理した電圧に適用しなければならない係数を直接求めることができる。
【図１】
2013513119.tif 000006
【図２】
2013513119.tif 000007
【国際調査報告】
2013513119.tif 000008
2013513119.tif 000009
2013513119.tif 000010
2013513119.tif 000011