(57)【要約】  電気モータ駆動部ＭＫ／ＭＢＬを制御するために制御ユニットＣＵが提案され、この制御ユニットはハーフブリッジ電力出力段ＨＢ１／ＨＢ２／ＨＢ３を制御するための制御モジュールＣＭ１／ＣＭ２／ＣＭ３を有する。２つの制御モジュールＣＭ１／ＣＭ２は、転流モータＭＫまたはブラシレス電気モータＭＢＬを２つのハーフブリッジ電力出力段ＨＢ１／ＨＢ２を介して選択的に駆動制御するための前もって構築されている。第３の制御モジュールＣＭ３は、第３のハーフブリッジ電力出力段ＨＢ３または２つの個別の回路素子Ｍを制御するために後から構築可能である。さらに前記の制御ユニットＣＵを備える電気モータ駆動部ＭＫ／ＭＢＬが提案される。
2008543268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つの外部ハーフブリッジ電力出力段（ＨＢ１、ＨＢ２、ＨＢ３）を制御するための電子的制御ユニット（ＣＵ）であって、該制御ユニットは前記ハーフブリッジ電力出力段（ＨＢ１、ＨＢ２、ＨＢ３）の各々に対して１つの制御モジュール（ＣＭ１、ＣＭ２、ＣＭ３）を有する形式の電子的制御ユニットにおいて、
第１の制御モジュール（ＣＭ１）と第２の制御モジュール（ＣＭ２）は、１つの電気モータ（ＭＫ／ＭＢＬ）を前記２つのハーフブリッジ電力出力段（ＨＢ１、ＨＢ２）により第１の共通の構築面（ＫＥ１）で共働して制御するために前もって構築されており、
少なくとも１つの第３の制御モジュール（ＣＭ３）は第２の構築面（ＫＥ２）で次のように構築可能であり、
すなわち、該第３の制御モジュール（ＣＭ３）の出力端が前記電気モータ（ＭＢＬ）の個々の相巻線を制御するように、または２つの単純な信号出力端または駆動出力端（ＴＭ５、ＴＭ６）として使用されるように選択的に構築可能である、ことを特徴とする制御ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の制御ユニット（ＣＵ）において、
前記第２の構築面（ＫＥ２）では付加的に前記第１の制御モジュール（ＣＭ１）と前記第２の制御モジュール（ＣＭ２）とが、転流モータ（ＭＫ）の制御のために、または３相ブラシレス転流電気モータ（ＭＢＬ）の制御のために選択的に構築可能である、ことを特徴とする制御ユニット。
【請求項３】
請求項１または２記載の制御ユニットにおいて、
外部の電圧供給部（ＰＳ）を制御するための付加的な制御モジュール（ＰＣＵ）が設けられている、ことを特徴とする制御ユニット。
【請求項４】
請求項１または２記載の制御ユニットにおいて、
少なくとも１つの別の信号出力端を備える付加的な制御モジュール（ＳＯ）が設けられている、ことを特徴とする制御ユニット。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項記載の制御ユニットにおいて、
外部の上位の計算ユニット、とりわけマイクロコントローラ（ＭＣ）と接続するためのインタフェース（ＳＰＩ）が設けられている、ことを特徴とする制御ユニット。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項記載の制御ユニットにおいて、
前記ハーフブリッジ電力出力段（ＨＢ）に対する少なくとも１つの制御モジュール（ＣＭ）は、トランジスタ制御（ＭＤ）および／または電流測定（ＣＳ）および／または過負荷識別（Ｄ）お予備／または過負荷保護（Ｐ）のための機能素子を有する、ことを特徴とする制御ユニット。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項記載の制御ユニットにおいて、
当該制御ユニットは少なくとも部分的に集積回路からなる、ことを特徴とする制御ユニット。
【請求項８】
請求項１記載の制御ユニットにおいて、
前もって構築された前記２つの制御モジュール（ＣＭ１、ＣＭ２）はアプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）として構成されており、前記構築可能な制御モジュール（ＣＭ３）はソフトウエアにより制御されるマイクロコントローラとして構成されている、ことを特徴とする制御ユニット。
【請求項９】
請求項７または８記載の制御ユニットにおいて、
当該制御ユニット（ＣＵ）のすべての制御モジュール（ＣＭ１、ＣＭ２、ＣＭ３、ＳＯ、ＰＣＵ、ＳＤＩ）は集積構成素子（ＩＣ）に統合されている、ことを特徴とする制御ユニット。
【請求項１０】
コイルと永久磁石をモータケーシング内に備える電気モータ駆動部であって、前記コイルに電圧供給するためのハーフブリッジ電力出力段の構成体と、前記ハーフブリッジ電力出力段を制御するための請求項１から９までのいずれか一項記載の電子的制御ユニットとを有し、該制御ユニットは前記モータケーシングに配置されている電気モータ駆動部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも３つの外部ハーフブリッジ電力出力段を制御するための電子的制御ユニットに関するものであり、該電子的制御ユニットは各ハーフブリッジ電力出力段に対して１つの制御モジュールを有する。
【０００２】
さらに本発明は、前記のような制御ユニットを備える電気モータ駆動部に関する。
【０００３】
上位概念による制御ユニットは誘導性負荷を、配属されたハーフブリッジ電力出力段を介して制御するために使用される。この誘導性負荷は、例えば電気モータの個々の相コイルである。
【０００４】
自動車技術では電気モータ駆動部が、補助ユニットおよび調整機能の駆動を所要のとおりに制御または調整するためにますます使用される傾向にある。これに対する例として、電動的に駆動されるクーラーファン、ウォータポンプ、車室ファン、並びにパワーウィンドウ、サンルーフ、カブリオレトップ、シート調整器、パワーステアリング、シフト駆動部、ディファレンシャルギヤ、ブレーキユニットのための調整駆動部およびその他がある。多くの場合、複数の電気モータ駆動部を相互に整合して、または同期して駆動しなければならない。これは例えばオートマチックシフトトランスミッション（クラッチ／ギヤチェンジ）、ダブルクラッチ駆動部（クラッチ／クラッチ）または二重クーラーファンの場合などである。
【０００５】
ここではブラシを備える従来の転流モータも使用されるが、ブラシレスの電子転流式モータがますます使用されている。この駆動部の駆動を所要のとおりに制御し、調整し、保安し、場合により整合するためには、電気モータ駆動部を例えばパルス幅変調方法によりますます面倒に制御し、電力効率を最適化し、電力制御し、場合により同期化しなければならない。このことは通常、マイクロコントローラ、電圧調整部、所要の半導体出力段および所属の駆動電子回路を備える上位のインテリジェント制御部を、半導体出力段に対する制御ユニットとして必要とする。ここでマイクロコントローラ、電圧調整器、および半導体出力段は種々異なるモータ形式に変更して使用することができる。しかし駆動電子回路はそれぞれの使用事例に適合しなければならない。なぜなら転流モータはＨ−フルブリッジに接続された２つの半導体ハーフブリッジを介して駆動制御され、ブラシレスモータは３つの個々の半導体ハーフブリッジを介して駆動制御されるからである。
【０００６】
この問題の第１の解決手段はこれまで、各使用事例に対して特別に構成された駆動電子回路を２つまたは３つのハーフブリッジに対して使用することである。図１Ａと図１Ｂはこの従来技術を示す。図１Ａは、所属の駆動回路ＣＩＣ（Ａ）を備える転流モータＭＫのＨ−フルブリッジ構成体ＶＢを示す。これに対して図１Ｂは、所属の駆動回路ＣＩＣ（Ｂ）を備える３相ブラシレス転流電子モータＭＢＬを制御するための３つの半導体ハーフブリッジＨＢ１，ＨＢ２，ＨＢ３の構成体を示す。
【０００７】
この問題の別の解決手段は、それぞれ１つの半導体ハーフブリッジに対して個々に独立した駆動モジュールを使用することである。既存の解決手段は、それぞれ１つのハーフブリッジ電力出力段を所属の駆動回路ＣＩＣと共に制御構成部材ＳＢに集積している。この場合、必要に応じて所要数の制御構成部材ＳＢを組み合わせなければならない。この従来技術は、転流電気モータＭＫに対しては図２Ａに、ブラシレスモータＭＢＬに対して図２Ｂに示されている。
【０００８】
既存の解決手段の選択によっては、設計コスト、構造コスト、製造コストおよび組み立て技術的コストの上昇、並びに場合により必要スペースの上昇を甘受しなければならないが、このことは個々の解決手段のコストを上昇させる。
【０００９】
とりわけ第１の解決手段は、所要の駆動回路の生産個数が適用例ＡとＢの２つに分けられており、そのためそれぞれの駆動回路に対する生産個数が小さいという欠点を有する。このことは経済的製造に矛盾するものであり、それにより最終的にコストが上昇する。
【００１０】
第２の解決手段では、電力スイッチングユニット（ＭＯＳＦＥＴ）に対して、価格を指向した自由な選択が市場にないという欠点がある。そのため既存の節減能力を十分に発揮することができない。
【００１１】
従って本発明の基礎とする課題は、変更して使用することのできる電的子制御ユニット（ハーフブリッジ電力出力段用の制御ユニット）を提供することであり、この電子的制御ユニットは転流モータの駆動制御にも、ブラシレス転流モータの駆動制御にも同じように使用することができ、しかも既存の解決手段の欠点を回避するように構成する。このことにより最終的に設計コストと同時に、電気モータ駆動ユニットに対する全体コストが低減される。
【００１２】
前記課題は、請求項１の特徴部分に記載の電子的制御ユニット、並びに請求項１０の特徴部分に記載された電気モータ駆動部によって解決される。個別に用いることも相互に組合わせて用いることも可能な有利な実施例および改善例も独立請求項の対象である。
【００１３】
少なくとも３つの外部ハーフブリッジ電力出力段（以下簡単に、ハーフブリッジまたはハーフブリッジ回路と称する）を制御するための電子的制御ユニットは、各ハーフブリッジ電力出力段に対して１つの制御モジュールを有する。第１の制御モジュールと第２の制御モジュールは、１つの電気モータを２つのハーフブリッジ電力出力段を介して制御するために、第１の共通の配置面に共に前もって構成される。少なくとも１つの第３の制御モジュールは第２の配置面に、電気モータの個々の相を選択的に制御するために、または２つの単純な信号出力端または駆動出力端として使用するために任意に構成可能に形成されている。
【００１４】
ここで構成とは、電気的またはプログラム技術的に合理的な、制御モジュールＣＭ相互の配線ないし結合、上位のマイクロコントローラへの接続、外部回路素子への接続、および制御ユニットの他の機能モジュールとの接続であると理解されたい。
【００１５】
固定的な前もっての構成とは、この構成が少なくとも部分的に制御モジュールの変更不能なまたは非可逆的な配線によって制御ユニットの製造プロセス中に、アプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）の形式で固定的に設定されている場合に存在する。
【００１６】
これに対して任意の構成可能性は、制御モジュールのアプリケーション専用配線が制御ユニットの製造後に初めて、適用事例に応じて場合によりユーザ自身により種々に作製できる場合に存在する。このことは例えば所定の集積機能モジュールを、いわゆるジャンパスイッチを用いて、制御ユニットの所定の端子ピンのブリッジによって、または持続的信号の印加によって簡単に行うことができる。しかしそのために、制御ユニットに集積された一度だけの、または反復可能なプログラミング論理ゲート（ＰＬＡ、プログラマバルロジックアレイ）を設けることもでき、このゲートはユーザにより任意にプログラミングすることができる。
【００１７】
本発明はまた、コイルと永久磁石をモータケーシング内に有する電気モータ駆動部に関する。この電気モータ駆動部は、コイルに電圧供給するためのハーフブリッジ電力出力段と、前に説明した電子的制御ユニットとの構成体を有する。電子的制御ユニットは、ハーフブリッジ電力出力段の制御に用いられ、この制御ユニットは駆動部のモータケーシングに配置されている。
【００１８】
本発明は次のように要約することができる：
電気モータ駆動部を制御するために制御ユニットが提案され、この制御ユニットはハーフブリッジ電力出力段を制御するための制御モジュールを有する。２つの制御モジュールは、転流モータまたはブラシレス電気モータを２つのハーフブリッジ電力出力段を介して選択的に駆動制御するための前もって構成されている。第３の制御モジュールは、第３のハーフブリッジ電力出力段または２つの個別の回路素子を制御するために後から構成可能である。さらに前記の制御ユニットを備える電気モータ駆動部が提案される。
【００１９】
本発明により、同じ構造の制御ユニットを多数の生産個数で製造することができる。これは転流モータに対する制御ユニットとブラシレスモータに対する制御ユニットの生産個数をまとめることによって可能になる。これにより製造方法および品質管理方法の合理化と自動化が可能になり、制御ユニットを小型化することができる。このことはさらに製造コスト、製造品質、および制御ユニットの頑強性に有利に作用する。
【００２０】
本発明のその他の利点ならびに構成については、以下で実施例と図面を参照しながら詳しく説明する。
図１Ａは、従来技術による転流モータを駆動制御するための、別個の駆動回路を備えるＨ−フルブリッジ回路を簡素化して示す概略図である。
図１Ｂは、従来技術による３相ブラシレス転流電気モータを駆動制御するための、別個の駆動回路を備える３つのハーフブリッジ回路からなる構成体を簡素化して示す概略図である。
図２Ａは、従来技術による転流モータを駆動制御するための、それぞれ集積駆動回路を備える２つのハーフブリッジ制御構成素子からなる構成体を簡素化して示す概略図である。
図２Ｂは、従来技術による３相ブラシレス転流電気モータを駆動制御するための、それぞれ集積駆動回路を備える３つのハーフブリッジ制御構成素子からなる構成体を簡素化して示す概略図である。
図３は、本発明の電子的制御ユニットの簡素化したブロック回路図である。
図４は、拡張された機能を有する本発明の電子的制御ユニットの別の簡素化したブロック回路図である。
図５は、転流モータを駆動制御するために構成された本発明の制御ユニットと、２つの別の信号端子とを備える回路装置を簡素化して示す概略図である。
図６は、３相ブラシレス転流電気モータを駆動制御するために構成された本発明の制御ユニットを備える回路装置を簡素化して示す概略図である。
図７は、本発明の制御ユニットと、本発明の電気モータ駆動ユニットを簡素化して示す概略図である。
【００２１】
図中、同じ機能部材および同じ項目には同じ参照符合が付してある。
【００２２】
図１Ａには転流モータを駆動制御するための従来技術によるＨ−フルブリッジ回路が概略的に示されており、この図はさらに、上位のマイクロコントローラ（図示せず）への端子に接続される信号入力端ＳＥと、信号出力端ＳＡを備える駆動回路ＣＩＣを示す。信号出力端ＳＡは、４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４のゲート端子と接続されている。４つのＦＥＴはフルブリッジ回路ＶＢに配置されている。ここでそれぞれ直列に接続されたＦＥＴ、Ｍ１／Ｍ２とＭ３／Ｍ４はブリッジ分岐路またはハーフブリッジまたはハーフブリッジ電力出力段を形成する。２つのハーフブリッジの終端点はそれぞれ接続されており、電圧供給のために一方の終端点は電流端子ＰＳ（バッテリープラス極）と、他方の終端点はアース端子ＧＮＤ（バッテリーマイナス極）と接続されている。２つのハーフブリッジ電力出力段のそれぞれのＦＥＴの接続点の間にある横分岐路には、電気モータとして転流モータＭＫが中間接続されている。これは転流モータの駆動制御の周知的形式である。ここで駆動回路（ＣＩＣ（Ａ）はこの形式の駆動制御に対して専用に設けられており、別の目的または別のモータ形式に対して使用することはできない。
【００２３】
図１Ｂの駆動回路ＣＩＣ（Ｂ）も同様に機能する。図１Ｂには、３つの相巻線Ｌ１，Ｌ２およびＬ３を備える３相ブラシレス転流電気モータＭＢＬを駆動制御するための回路装置が示されている。この駆動回路ＣＩＣ（Ｂ）も、上位のマイクロコントローラ（図示せず）への端子に接続される信号入力端ＳＥと、信号出力端ＳＡを有し、信号出力端ＳＡは６つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｍ１１からＭ１６のゲート端子と接続されている。ＦＥＴ、Ｍ１１からＭ１６は、Ｍ１１／Ｍ１２、Ｍ１３／Ｍ１４およびＭ１５／Ｍ１６のペアで直列に、３つのハーフブリッジ電力出力段（ハーフブリッジ、ハーフブリッジ回路）ＨＢ１，ＨＢ２，ＨＢ３に統合接続されている。３つのハーフブリッジの終端点はそれぞれ接続されており、電圧供給のために一方の終端点は電流端子ＰＳ（バッテリープラス極）と、他方の終端点はアース端子ＧＮＤ（バッテリーマイナス極）と接続されている。３つのハーフブリッジ電力出力段ＨＢ１，ＨＢ２，ＨＢ３のそれぞれのＦＥＴ、Ｍ１１／Ｍ１２、Ｍ１３／Ｍ１４およびＭ１５／Ｍ１６の間の接続点には、ブラシレス転流電気モータＭＢＬのそれぞれの相巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が接続されている。これも従来技術では通常の、ブラシレス転流電気モータを駆動制御するための回路装置である。ここでも駆動回路（ＣＩＣ（Ｂ）はこの形式の駆動制御に対して専用に設けられており、別の目的または別のモータ形式に対して使用することはできない。
【００２４】
図２Ａおよび２Ｂには、転流モータＭＫ（図２Ａ）とブラシレス転流電気モータＭＢＬ（図２Ｂ）を駆動制御するための回路装置が再び示されており、これらは従来技術からすでに公知のものである。ここで両者の場合とも同じ一体的制御構成素子ＳＢが使用されているが、使用される数は異なることができる。
【００２５】
制御構成素子ＳＢは、それぞれ２つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と所属の駆動回路ＣＩＣからなる１つのハーフブリッジ構成体を１つの閉鎖された構成ユニットにまとめる。この構成ユニットは信号入力端ＳＥを介して、図２Ａおよび２Ｂには図示されていない上位のマイクロコントローラと接続されている。電圧供給のために各制御構成素子ＳＢは、ＦＥＴのそれぞれのハーフブリッジ電力出力段（ハーフブリッジ回路）の側で電流端子ＰＳ（バッテリープラス極）と、それぞれのハーフブリッジ回路の他方の終端点はアース端子ＧＮＤ（バッテリーマイナス極）と接続されている。それぞれの駆動端子ＴＡでは駆動すべき負荷が制御構成素子ＳＢに接続されている。
【００２６】
転流モータＭＫを駆動制御するために、図２Ａに示すように、２つの制御構成素子ＳＢが必要である。ここでモータＭＫの２つの給電端子はそれぞれ駆動端子ＴＡと接続されている。
【００２７】
ブラシレス転流電気モータＭＢＬを駆動制御するためには、図２Ｂに示すように３つの制御構成素子ＳＢが必要である。ここでモータＭＢＬの３つの相巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３はそれぞれ制御構成素子ＳＢの駆動端子ＴＡと接続される。
【００２８】
図３には、本発明の電子制御ユニットＣＵの構造が説明のために簡素化されたブロック回路図で示されている。このブロック回路図は、上記のような制御ユニットＣＵ、これと接続されたマイクロコントローラＭＣ、および同様に制御ユニットＣＵと接続されており、駆動制御される３つのハーフブリッジ電力出力段（ハーフブリッジ回路）ＨＢを示す。ここで各ハーフブリッジ回路は２つの（図３には図示しない）回路素子からなる。この回路素子は図１Ａと２Ｂによれば電界効果トランジスタである。しかしハーフブリッジ回路ＨＢを形成するために他の回路素子、例えばリレースイッチを使用することもできる。
【００２９】
前記のユニット間の回路技術的接続は図３には象徴的にそれぞれ二重矢印により示されている。３つのハーフブリッジ電力出力段ＨＢは電圧供給のためにそれぞれ電流端子ＰＳ（バッテリープラス極）およびアース端子ＧＮＤ（バッテリーマイナス極）と接続されている。制御ユニットＣＵとマイクロコントローラＭＣの電圧供給は図３には示されていない。
【００３０】
制御ユニットＣＵ自体は３つの制御モジュールＣＭ１，ＣＭ２，ＣＭ３を有し、これらの制御モジュールを介して制御ユニットＣＵは前記ハーフブリッジ電力出力段（ハーフブリッジ回路）のそれぞれ１つと接続されている。図示の実施例で制御モジュールＣＭ自体には、ハーフブリッジ回路を駆動制御するために種々の機能が装備されている。例えば各制御モジュールＣＭは、ハーフブリッジ駆動機能ＷＤ、診断機能Ｄ、保護機能Ｐおよび電流測定機能ＣＳを有する。駆動機能ＭＤは、個々の回路素子、例えばハーフブリッジ回路の電界効果トランジスタを駆動制御するために用いられる。
【００３１】
第１の制御モジュールＣＭ１と第２の制御モジュールＣＭ２は、１つの共通の構築面ＫＥ１に構築される。第３の制御モジュールＣＭ３は別個に配置された第２の構築面ＫＥ２に構築される。
【００３２】
それぞれの構築面ＫＥ１／ＫＥ２は、個々の制御モジュールを構築するためのプラットフォームを組合わせで、または個別に形成する。
【００３３】
図４の簡素化されたブロック回路図は、本発明の別の電子制御ユニットＣＵの構造、これと接続されたマイクロコントローラＭＣ、並びに同様に制御ユニットＣＵと接続されていて駆動制御される３つのハーフブリッジ回路ＨＢを示す。
【００３４】
前記のユニット間の回路技術的接続は図でも象徴的にそれぞれ二重矢印により示されている。この制御ユニットＣＵ自体も３つの制御モジュールＣＭ１，ＣＭ２，ＣＭ３を有し、これらの制御モジュールを介して制御ユニットＣＵは前記ハーフブリッジ電力出力段（ハーフブリッジ回路）のそれぞれ１つと接続されている。図示の実施例でも、図３の実施例と同じように制御モジュールＣＭ自体には、ハーフブリッジ回路を駆動制御するために種々の機能が装備されている。
【００３５】
制御モジュールＣＭに加えて、制御ユニットＣＵには２つの別の機能モジュールが装備されている。第１の付加的機能モジュールは信号モジュールＳＯである。この信号モジュールＳＯは、複数の別の信号出力端および／または信号入力端の形成に用いることができる。これらの信号出力端および／または信号入力端は付加的な機能の制御、ないしは外部電気信号の受信および処理に利用することができる。
【００３６】
第２の付加的機能モジュールは供給電圧制御ユニットＰＣＵである。このモジュールは外部電圧安定化ユニットＰＳＣおよびバッテリー誤極性保護部ＲＢＰと接続されており、これら外部ユニットの機能を制御する。
【００３７】
３つのハーフブリッジ回路ＨＢは、一方ではバッテリーの誤極性に対する保護のためにそれぞれバッテリー誤極性保護部ＲＢＰを介して電流端子ＰＳ（バッテリープラス極）と、他方ではアース端子ＧＮＤ（バッテリーマイナス極）と接続されている。電圧安定化ユニットＰＳＣによって、マイクロコントローラＭＣおよび制御ユニットＣＵ自体に対する供給電圧が所定値に制御されて供給される。
【００３８】
第１の制御モジュールＣＭ１と第２の制御モジュールＣＭ２は、１つの共通の構築面ＫＥ１上にある。図４で実線で囲まれた構築面ＫＥ１はここでも、外部の２つのハーフブリッジを駆動制御するための制御モジュールＣＭ１とＣＭ２の固定的構築を象徴している。第３の制御モジュールＣＭ３は別個に配置された第２の構築面ＫＥ２上にあり、この構築面ＫＥ２は構築面ＫＥ１を包括する。構築面ＫＥ２は後からユーザによりコンフィギュレートすることができる。このことは破線の囲みにより象徴されている。この構築面ＫＥ２では、制御モジュールＣＭ３を置くことも、前もって構築された上位の制御モジュールＣＭ１とＣＭ２を制御モジュールＣＭ３と１つの制御ユニットに結合することもできる。
【００３９】
例えばここで制御モジュールＣＭ３は、図４に示すように外部の第３のハーフブリッジ回路ＨＢを制御するために、または外部の個々の電力スイッチ（図示せず）を制御するために、または簡単な電気出力信号を形成するようにコンフィギュレートすることができる。
【００４０】
図５は、本発明の制御ユニットを備える回路装置の簡素化された概略を示す。この回路装置は、転流モータＭＫを駆動制御するように構築されており、２つの付加的負荷ＬＳＴ１／ＬＳＴ２を２つの電力スイッチＭ５とＭ６により駆動制御するための２つの別の駆動出力端を有している。制御ユニットＣＵは、外部の６つのスイッチ素子Ｍ１からＭ６を制御するために３つの制御モジュールＣＭ１，ＣＭ２，ＣＭ３を有する。６つのスイッチ素子は図５では相応する回路記号を備える電界効果トランジスタとして示されている。例として制御モジュールＣＭ１には、ハーフブリッジ駆動機能を実行するための機能ユニットＭＤおよび保護機能のための機能ユニットＰおよび診断機能のための機能ユニットＤが示されている。これらの機能は、図５には示されていないが、別の制御モジュールでも使用される。
【００４１】
第１の制御モジュールＣＭ１と第２の制御モジュールＣＭ２は、２つのハーフブリッジ回路を介して電気モータを共働して駆動制御するように構築されている。第３の制御モジュールＣＭ３は２つの別の電力スイッチ素子Ｍ５とＭ６を別個に制御するように構築されている。これらの電力スイッチ素子を介して第１の負荷ＬＳＴ１ないしは第２の負荷ＬＳＴ２が駆動される。
【００４２】
さらに制御ユニットＣＵはインタフェースモジュールＳＰＩを有する。このインタフェースモジュールＳＰＩはシリアルインタフェースとして構成されており、マイクロコントローラＭＣと制御ユニットＣＵとの間のデータ通信のために設けられている。
【００４３】
チップセレクト端子ＣＨＳ、クロック発生器端子ＣＬＫおよび２つのシリアル信号端子ＳＤＡを介して制御ユニットＣＵは上位のマイクロコントローラＭＣと、シリアルインタフェースを通してデータ交換する。さらにこのインタフェースＳＰＩを介して制御モジュールを、プログラムコードのダビングによって構築することができる。
【００４４】
さらにマイクロコントローラＭＣと制御ユニットＣＵの間には、パルス幅信号端子ＰＷＭ、回転方向信号端子ＤＩＲおよび２つの駆動信号端子ＴＳ１とＴＳ２との電気接続がある。パルス幅信号端子ＰＷＭを介して制御ユニットＣＵはマイクロコントローラＭＣによりパルス幅変調が設定される。このパルス幅変調の設定は電気モータの出力設定である。回転方向信号端子ＤＩＲを介して制御ユニットＣＵはモータ回転方向がマイクロコントローラＭＣにより設定される。このモータ回転方向は、制御ユニットＣＵの回転方向設定部で、ハーフブリッジ電力出力段ＨＢ１／ＨＢ２のスイッチ素子Ｍ１／Ｍ２／Ｍ３／Ｍ４に対する相応の制御信号に変換される。２つの駆動信号端子ＴＳ１／ＴＳ２を介してマイクロコントローラＭＣにより、制御ユニットＣＵとスイッチ素子Ｍ５／Ｍ６を介してスイッチングされる負荷ＬＳＴ１／ＬＳＴ２のスイッチングが行われる。マイクロコントローラＭＣと制御ユニットＣＵは両者とも、電流端子ＰＳとアース端子ＧＮＤを介して供給電圧に接続されている。
【００４５】
第１および第２のスイッチ素子Ｍ１／Ｍ２、並びに第３および第４のスイッチ素子Ｍ３／Ｍ４は、それぞれ第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１ないし第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２に統合接続されている。第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１のブリッジ中点ＭＰ１は第１の電力端子を形成し、第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２のブリッジ中点ＭＰ２は第２の電力端子を形成する。これらの電力端子は転流モータＭＫに対するものである。２つのハーフブリッジ回路はそれぞれ一方の終端点を以て共にアース端子ＧＮＤに、他方の終端点を以て共に電流供給部の電流端子に接続されている。
【００４６】
第１のハーフブリッジ回路（ハーフブリッジ電力出力段）ＨＢ１のスイッチ素子Ｍ１／Ｍ２はそれぞれ前置抵抗Ｒを介して、第１の制御モジュールＣＭ１のハーフブリッジ駆動機能部ＭＤの駆動端子ＴＭ１とＴＭ２に接続されている。同じようにして第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２のスイッチ素子Ｍ３／Ｍ４は前置抵抗Ｒを介して、第２の制御モジュールＣＭ２の駆動端子ＴＭ３とＴＭ４に接続されている。さらにハーフブリッジ回路の共通の給電線路から電流端子への回路点と制御ユニットＣＵの信号入力端ＳＥ０とは電気接続されている。さらに制御ユニットＣＵとハーフブリッジＨＢ１、ＨＢ２との間の電気接続、ブリッジ中点ＭＰ１と信号入力端ＳＥ１との間の電気接続、ＭＰ２とＳＥ３との間の電気接続、ハーフブリッジ回路ＨＢ１、ＨＢ２のそれぞれのアース端子ＧＮＤと信号入力端ＳＥ２ないしＳＥ４との間の電気接続がある。このようにして制御ユニットに供給された信号はそこで診断機能Ｄ（端子ＳＥ０）と保護機能Ｐの実行のために使用され、制御モジュールＣＭ１およびＣＭ２の相応の機能ユニットＤ／Ｐに供給される。
【００４７】
制御ユニットＣＵの駆動端子ＴＭ５とＴＭ６では、電力スイッチ素子Ｍ５とＭ６が前置抵抗Ｒを介して第３の制御モジュールＣＭ３に接続されている。
【００４８】
スイッチ素子Ｍ５はいわゆるハイサイドスイッチ素子として構成されており、電流端子ＰＳとアース端子ＧＮＤの間に接続されている。ここでスイッチングすべき負荷ＬＳＴ１はアース端子とスイッチ素子との間に配置されている。信号端子ＳＥ５を介して制御モジュールＣＭ３は、負荷ＬＳＴ１とスイッチ素子Ｍ５との間の電流線路にある測定点と電気接続されている。このようにして制御ユニットＣＵに供給された信号はそこで保護機能Ｐの実行のために使用される。
【００４９】
スイッチ素子Ｍ６はいわゆるローサイドスイッチ素子として構成されており、電流端子ＰＳとアース端子ＧＮＤの間に接続されている。ここでスイッチングすべき負荷ＬＳＴ２は電流端子ＰＳとスイッチ素子Ｍ６との間に配置されている。信号端子ＳＥ６を介して制御モジュールＣＭ３は、負荷ＬＳＴ２とスイッチ素子Ｍ６との間の電流線路にある測定点と電気接続されている。このようにして制御ユニットＣＵに供給された信号はそこで同様に保護機能Ｐの実行のために使用される。
【００５０】
図６は、３相ブラシレス転流電気モータＭＢＬを駆動制御するために構築された本発明の制御ユニットを備える回路装置を簡素化して示す概略図である。制御ユニットＣＵは、外部の６つのスイッチ素子Ｍ１からＭ６を制御するために３つの制御モジュールＣＭ１，ＣＭ２，ＣＭ３を有する。６つのスイッチ素子は図６では相応する回路記号を備える電界効果トランジスタとして示されている。例として制御モジュールＣＭ１には、ハーフブリッジ駆動機能を実行するための機能ユニットＭＤおよび保護機能のための機能ユニットＰおよび診断機能のための機能ユニットＤが示されている。これらの機能は、図６には示されていないが、別の制御モジュールＣＭ２，ＣＭ３でも使用される。第１の制御モジュールＣＭ１、第２の制御モジュールＣＭ２および第３の制御モジュールＣＭ３は図示のブラシレス電気モータＭＢＬを共働して駆動制御するように構築されている。この駆動制御は３つのモータ相巻線に配属された３つのハーフブリッジ回路（ハーフブリッジ電力出力段）ＨＢ１、ＨＢ２、ＨＢ３を介して行われる。
【００５１】
さらに制御ユニットＣＵはこの実施例でも、インタフェースモジュールＳＰＩを有する。このインタフェースモジュールＳＰＩはシリアルインタフェースとして構成されており、マイクロコントローラＭＣと制御ユニットＣＵとの間のデータ通信のために設けられている。チップセレクト端子ＣＨＳ、クロック発生器端子ＣＬＫおよび２つのシリアル信号端子ＳＤＡを介して制御ユニットＣＵは上位のマイクロコントローラＭＣと、シリアルインタフェースを通してデータ交換する。さらにこのインタフェースＳＰＩを介して制御モジュールを、プログラムコードのダビングによって構築することができる。
【００５２】
さらにマイクロコントローラＭＣと制御ユニットＣＵの間の電気接続には、パルス幅信号端子ＰＷＭおよび回転方向信号端子ＤＩＲとの電気接続がある。制御ユニットＣＵの２つの駆動信号端子ＴＳ１とＴＳ２はここには図示されていない。パルス幅信号端子ＰＷＭを介して制御ユニットＣＵはマイクロコントローラＭＣによりパルス幅変調が設定される。このパルス幅変調の設定は電気モータの出力設定である。回転方向信号端子ＤＩＲを介して制御ユニットＣＵはモータ回転方向がマイクロコントローラＭＣにより設定される。このモータ回転方向は、制御ユニットＣＵの回転方向設定部で、ハーフブリッジ回路ＨＢ１／ＨＢ２／ＨＢ３のスイッチ素子Ｍ１／Ｍ２／Ｍ３／Ｍ４／Ｍ５／Ｍ６に対する相応の制御信号に変換される。
【００５３】
第１および第２のスイッチ素子Ｍ１１／Ｍ１２、第３および第４のスイッチ素子Ｍ１３／Ｍ１４は、並びに第５および第６のスイッチ素子Ｍ１５／Ｍ１６は、それぞれ第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１、第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２ないし第３のハーフブリッジ回路ＨＢ３に統合接続されている。第１、第２および第３のハーフブリッジ回路ＨＢ１、ＨＢ２およびＨＢ３のブリッジ中点ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３は、ブラシレス電気モータＭＢＬの３つの相巻線に対する第１，第２および第３の電力端子を形成する。
【００５４】
３つのハーフブリッジ回路ＨＢ１，ＨＢ２，ＨＢ３はそれぞれ一方の終端点を以て共にアース端子ＧＮＤと接続されており、それぞれ他方の終端点を以て共にバッテリー誤極性保護部ＲＢＰの電流端子に、さらにこれを介して電流供給部ＰＳに接続されている。バッテリー誤極性保護部は電力トランジスタの形態にある。
【００５５】
さらに図６に示された制御ユニットＣＵは供給電圧制御ユニットＰＣＵを有する。この供給電圧制御ユニットＰＣＵは駆動端子ＴＰを介して、ハーフブリッジ回路ＨＢ１，ＨＢ２，ＨＢ３の電流供給部に対するバッテリー誤極性保護部ＲＢＰと接続されている。このバッテリー誤極性保護部ＲＢＰは、ハーフブリッジ分岐路と電流端子ＰＳとの間のハーフブリッジ回路ＨＢ１，ＨＢ２，ＨＢ３の共通の電流線路に配置されている。例えば供給電圧制御ユニットＰＣＵによってバッテリーの誤極性が検出されると、駆動端子ＴＰを介して、ハーフブリッジ電力出力段ＨＢ１，ＨＢ２，ＨＢ３に対するバッテリー誤極性保護部ＲＢＰがアクティベートされる。
【００５６】
マイクロコントローラＭＣと制御ユニットＣＵの電流供給は電圧安定化ユニットＰＳＣによって、給電端子ＣＰとアース端子ＧＮＤを介して行われる。駆動端子ＰＣを介して電圧安定化ユニットＰＳＣは供給電圧制御ユニットＰＣＵと制御的に接続している。付加的にアクティベート端子ＷＡを介して制御ユニットＣＵは電流端子ＰＳと直接接続している。制御ユニットＣＵの起動時には、まず供給電圧がアクティベート端子ＷＡに印加され、供給電圧制御ユニットＰＣＵが動作し、これによって以降では電圧安定化ユニットＰＳＣにより制御された供給電圧が使用される。
【００５７】
第１のハーフブリッジ回路ＨＢ１のスイッチ素子Ｍ１／Ｍ２はそれぞれ前置抵抗Ｒを介して、第１の制御モジュールＣＭ１のハーフブリッジ駆動機能部ＭＤの駆動端子ＴＭ１とＴＭ２に接続されている。同じようにして第２のハーフブリッジ回路ＨＢ２のスイッチ素子Ｍ３／Ｍ４と、第３のハーフブリッジ回路ＨＢ３のスイッチ素子Ｍ５／Ｍ６はそれぞれ前置抵抗Ｒを介してそれぞれ、第２の制御モジュールＣＭ２の駆動端子ＴＭ３とＴＭ４、および第３の制御モジュールＣＭ３の駆動端子ＴＭ５とＴＭ６に接続されている。さらにハーフブリッジ回路の共通の給電線路から電流端子への回路点と制御ユニットＣＵの信号入力端ＳＥ０とは電気接続されている。さらに制御ユニットＣＵとハーフブリッジＨＢ１、ＨＢ２との間の電気接続、ブリッジ中点ＭＰ１と信号入力端ＳＥ１との間の電気接続、ＭＰ２とＳＥ３、ＭＰ３とＳＥ５との間の電気接続、ハーフブリッジ回路ＨＢ１、ＨＢ２およびＨＢ３のそれぞれのアース端子ＧＮＤと信号入力端ＳＥ２、ＳＥ４、ＳＥ６との間の電気接続がある。このようにして制御ユニットに供給された信号はそこで診断機能Ｄ（端子ＳＥ０）と保護機能Ｐの実行のために使用され、制御モジュールＣＭ１、ＣＭ２およびＣＭ３の相応の機能ユニットＤ／Ｐに供給される。例えば供給された信号によって電気モータＭＢＬの誤機能が診断されると、迅速な制御介入が、制御ユニットＣＵにファイルされた制御ルーチンと、スイッチ素子Ｍ１１, ..., Ｍ１６への相応の駆動値の出力によって行われる。
【００５８】
図３から６では、制御ユニットは常に閉じた枠内の構成ユニットとして図示されている。これらの構成ユニットは簡単な構成では、相互に接続された構成素子が配置されている回路支持体からなる。ここで機能ユニット、例えば制御モジュールが少なくとも部分的に集積回路からなると有利である。
【００５９】
別の統合段では、２つの前もって構築された制御モジュールＣＭ１，ＣＭ２に対する構築面ＫＥ１はアプリケーション専用集積回路（ＡＳＩＣ）として、任意に構築可能な制御モジュールＣＭ３に対する構築面ＫＥ２はプログラム制御されるマイクロコントローラとして構成することができる。このことにより標準的構成素子を使用することができ、これは製造コストの低減に寄与する。
【００６０】
制御ユニットが必要なすべての回路および機能と共に１つの集積構成素子にまとめられていると、構造サイズの低減および取り付けの簡素化に有利である。これにより非常にコンパクトで頑強な制御ユニットの構造が得られ、これにより制御ユニットをモータの近傍に配置することができ、場合によっては電気モータと同じケーシングに配置することができる。
【００６１】
図７には本発明の電気モータ駆動ユニットと、本発明の制御ユニットの概略が示されている。ここでは巻回されたステータＳＴと、ロータ軸ＲＷ上に永久磁石励磁形ロータＲＴを備えるブラシレス電気モータＭＢＬが取り扱われる。これらのコンポーネントからなるモータはカップ状のモータケーシングＭＧに収容されており、モータケーシングＭＧの裏面にはケーシングカバーＧＤがある。裏面側ケーシングカバーＧＤのケーシング内側には、減衰素子ＤＥを介して導体路基板の形態の回路支持体ＬＰが固定されている。この回路支持体ＬＰは、集積回路の形態の本発明の制御ユニットＣＵと、６つの電力スイッチ素子Ｍを有する。６つの電力スイッチ素子Ｍは回路支持体上で３つのハーフブリッジ回路に統合接続され、制御ユニットＣＵと接続されている。電力供給のためと外部のマイクロコントローラと接続するための端子線路は、回路支持体ＬＰからの端子ケーブルＡＫによってモータケーシングＭＧから外に導かれている。
【００６２】
本発明は次のように要約することができる：電気モータ駆動部ＭＫ／ＭＢＬを制御するために制御ユニットＣＵが提案され、この制御ユニットはハーフブリッジ電力出力段ＨＢ１／ＨＢ２／ＨＢ３を制御するための制御モジュールＣＭ１／ＣＭ２／ＣＭ３を有する。２つの制御モジュールＣＭ１／ＣＭ２は、転流モータＭＫまたはブラシレス電気モータＭＢＬを２つのハーフブリッジ電力出力段ＨＢ１／ＨＢ２を介して選択的に駆動制御するための前もって構築されている。第３の制御モジュールＣＭ３は、第３のハーフブリッジ電力出力段ＨＢ３または２つの個別の回路素子Ｍを制御するために後から構築可能である。さらに前記の制御ユニットＣＵを備える電気モータ駆動部ＭＫ／ＭＢＬが提案される。
【００６３】
本発明により、同じ構造の制御ユニットを多数の生産個数で製造することができる。これは転流モータに対する制御ユニットとブラシレスモータに対する制御ユニットの生産個数をまとめることによって可能になる。これにより製造方法および品質管理の合理化と自動化が可能となり、このことはさらに製造コストおよび製造品質に有利に作用する。さらに本発明により非常にコンパクトで頑強な構造の制御ユニットが得られ、これを電気モータ駆動ユニットに直接配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１Ａは、従来技術による転流モータを駆動制御するための、別個の駆動回路を備えるＨ−フルブリッジ回路を簡素化して示す概略図である。図１Ｂは、従来技術による３相ブラシレス転流電気モータを駆動制御するための、別個の駆動回路を備える３つのハーフブリッジ回路からなる構成体を簡素化して示す概略図である。
【図２】図２Ａは、従来技術による転流モータを駆動制御するための、それぞれ集積駆動回路を備える２つのハーフブリッジ制御構成素子からなる構成体を簡素化して示す概略図である。図２Ｂは、従来技術による３相ブラシレス転流電気モータを駆動制御するための、それぞれ集積駆動回路を備える３つのハーフブリッジ制御構成素子からなる構成体を簡素化して示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の電子的制御ユニットの簡素化したブロック回路図である。
【図４】図４は、拡張された機能を有する本発明の電子的制御ユニットの別の簡素化したブロック回路図である。
【図５】図５は、転流モータを駆動制御するために構成された本発明の制御ユニットと、２つの別の信号端子とを備える回路装置を簡素化して示す概略図である。
【図６】図６は、３相ブラシレス転流電気モータを駆動制御するために構成された本発明の制御ユニットを備える回路装置を簡素化して示す概略図である。
【図７】図７は、本発明の制御ユニットと、本発明の電気モータ駆動ユニットを簡素化して示す概略図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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