(57)【要約】【課題】電動機の給電のために設けられたコンバータのための簡単かつ低コストで実現可能なコンパクトかつ効果的な過電圧保護を提供する。【解決手段】少なくとも１つの電動機相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を備えた電動機（１）の給電のために設けられ、電気的な中間回路（１０）と、中間回路に並列接続されていてかつ高電位側のパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）および低電位側のパワースイッチ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）を各々有する複数のハーフブリッジ（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）と、中間に接続された相端子（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）とを有するコンバータ（８）のための過電圧保護方法を提供すべく、中間回路電圧（ＵZ）が予め与えられた最大値を上回る場合、高電位側のパワースイッチ又は低電位側のパワースイッチの導通制御によって電動機相が短絡される。更に、本発明は保護ロジック（２２）を含む電動機モジュール（３）を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電動機相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を備えた電動機（１）のための電動機モジュール（３）であって、
電気的な中間回路（１０）と、中間回路に並列接続されていて、各々高電位側のパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）および低電位側のパワースイッチ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）を有する複数のハーフブリッジ（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）と、中間に接続された相端子（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）とを有するコンバータ（８）を備え、かつ、
中間回路電圧（ＵZ）を検出し、中間回路電圧（ＵZ）が予め与えられた最大値を上回る場合に、電動機相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の短絡のために高電位側又は低電位側のパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）を導通制御するように構成されている保護ロジック（２２）を備えた電動機モジュール。
【請求項２】
中間回路電圧（ＵZ）が予め与えられた最大値を下回る場合に短絡を停止すべく保護ロジック（２２）が構成されている請求項１記載の電動機モジュール。
【請求項３】
導通制御されるパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の少なくとも１つを通して流れる短絡電流（ＩK）を検出し、短絡電流（ＩK）が予め与えられた最大値を上回る場合に割り当てられた電動機相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に関する短絡を中断すべく保護ロジック（２２）が構成されている請求項１又は２記載の電動機モジュール。
【請求項４】
導通制御されるパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の少なくとも１つの温度にとって特徴的な判定量（Ｔ）を求め、判定量（Ｔ）が予め与えられた最大値を上回る場合に割り当てられた電動機相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に関する短絡を中断すべく保護ロジック（２２）が構成されている請求項１乃至３の１つに記載の電動機モジュール。
【請求項５】
短絡の形成のために高電位側のパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）と、低電位側のパワースイッチ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）とを時間的に交互に導通制御すべく保護ロジック（２２）が構成されている請求項１乃至３の１つに記載の電動機モジュール。
【請求項６】
導通制御されるパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の少なくとも１つの温度にとって特徴的な判定量（Ｔ）を求め、判定量（Ｔ）が予め与えられた最大値を上回る場合に短絡形成のために高電位側と低電位側とのパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の間で切換を行なうべく保護ロジック（２２）が構成されている請求項５記載の電動機モジュール。
【請求項７】
導通制御されるハーフブリッジ（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）の少なくとも１つを通して流れる電流（ＩL1、ＩL2、ＩL3）の時間的経過に基づいて判定量（Ｔ）を求めるべく保護ロジック（２２）が構成されている請求項４乃至６の１つに記載の電動機モジュール。
【請求項８】
導通制御されパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の少なくとも１つの測定温度を判定量（Ｔ）として考慮すべく保護ロジック（２２）が構成されている請求項４乃至６の１つに記載の電動機モジュール。
【請求項９】
中間回路（１０）から給電される電源ユニット（２０）を備えている請求項１乃至８の１つに記載の電動機モジュール。
【請求項１０】
ハーフブリッジ（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）内に配置されているパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）が、損傷なしに予想される短絡電流を受け入れ得るように設計されている請求項１乃至９の１つに記載の電動機モジュール。
【請求項１１】
保護ロジック（２２）がスイッチ信号（Ｓ）によって活性化可能および不活性化可能である請求項１乃至１０の１つに記載の電動機モジュール。
【請求項１２】
保護ロジック（２２）が、スイッチ信号（Ｓ）を予め与えられた時間間隔で確認するように構成されている請求項１１記載の電動機モジュール。
【請求項１３】
少なくとも１つの電動機相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を備えた電動機（１）のための制御装置（１）であって、
請求項１乃至１２の１つに記載の電動機モジュール（３）と、
電動機モジュール（３）から分離されていて、電動機（１）の動作量、特に電動機電流（Ｉ）又は回転数に応じて電動機モジュール（３）を制御するように構成されている調節モジュール（４）と、
を備えた制御装置。
【請求項１４】
調節モジュール（４）が、保護ロジック（２２）に、予め定められた時間間隔でスイッチ信号（Ｓ）を供給する請求項１１又は１２及び１３記載の制御装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの電動機相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を備えた電動機（１）を駆動するために設けられ、電気的な中間回路（１０）と、中間回路に並列接続されていてかつ各々高電位側のパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）および低電位側のパワースイッチ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）を有する複数のハーフブリッジ（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）と、中間に接続された相端子（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）とを備えたコンバータ（８）を保護するための方法であって、過電圧に対して、
中間回路電圧（ＵZ）が検出され、
中間回路電圧（ＵZ）が予め与えられた最大値を上回る場合に、電動機相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）が、全ての高電位側のパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）又は全ての低電位側のパワースイッチ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の導通制御によって短絡される方法。
【請求項１６】
中間回路電圧（ＵZ）が予め与えられた最大値を下回る場合に短絡が停止される請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
導通制御されるパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の少なくとも１つを通して流れる短絡電流（ＩK）が検出され、短絡電流（ＩK）が予め与えられた最大値を上回る場合に割り当てられた電動機相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に関する短絡が中断される請求項１５又は１６記載の方法。
【請求項１８】
導通制御されるパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の少なくとも１つの温度にとって特徴的な判定量（Ｔ）が求められ、判定量（Ｔ）が予め与えられた最大値を上回る場合に割り当てられた電動機相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に関する短絡が中断される請求項１５乃至１７の１つに記載の方法。
【請求項１９】
短絡の形成のために高電位側のパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）と低電位側のパワースイッチ（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）とが時間的に交互に導通制御される請求項１５乃至１７の１つに記載の方法。
【請求項２０】
導通制御されるパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の少なくとも１つの温度にとって特徴的な判定量（Ｔ）が求められ、判定量（Ｔ）が予め与えられた最大値を上回る場合に短絡形成のために高電位側と低電位側とのパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の間で切換が行なわれる請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
判定量（Ｔ）が、導通制御されるハーフブリッジ（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）通して流れる電流（ＩL1、ＩL2、ＩL3）の時間的経過に基づいて求められる請求項１８乃至２０の１つに記載の方法。
【請求項２２】
判定量（Ｔ）として、導通制御されパワースイッチ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の測定温度が考慮される請求項１８乃至２０の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機、特に永久磁石励磁同期電動機のための電動機モジュールと、このような電動機モジュールを含む制御装置とに関する。更に本発明は、電動機の制御のために設けられたコンバータの過電圧保護のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば生産機械又は工作機械の駆動装置として使用される電動機には、一般に固定子側に回転磁界巻線が設けられている。電動機の回転磁界巻線は、単相又は多相、通常は３相に構成され、相応に単相又は多相の通常は略正弦波状の駆動電流を供給され、固定子と回転子の間の空隙内に回転磁界を発生し、この磁界が回転子を駆動する。回転磁界巻線の互いに結線された、通常は互いに星形に結線された相を、以下電動機相とも呼ぶ。
【０００３】
電動機相は、一般に所謂コンバータ回路（以下「コンバータ」と略称）により電子的に転流される。この種コンバータは、通常、所謂電気的な中間回路を有し、中間回路は直流電圧（以下中間回路電圧と呼ぶ）を導く。中間回路においては、電動機相毎に、各１つの割り当てられたハーフブリッジが接続されている。これとは違って、単相電動機の場合には唯一の電動機相が２つのハーフブリッジの間に接続されている。各ハーフブリッジは２つの直列接続されたパワースイッチを含み、両パワースイッチ間には割り当てられた電動機相のための相端子が配置されている。パワースイッチは一般に電子スイッチ素子、特にＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴで形成されている。以下、相端子および中間回路の電位勾配に対するパワースイッチの各々の配置を考慮して、ハーフブリッジの両パワースイッチは高電位側パワースイッチ又は低電位側パワースイッチと呼ぶ。各パワースイッチに、各々１つのフリーホイールダイオードが並列接続されており、フリーホイールダイオードは中間回路における電位勾配に対し阻止方向に向けられている。
【０００４】
電動機の制御装置は、一般にコンバータに加えて、コンバータのパワースイッチを制御するための制御ロジックを含む。電動機の制御装置は、更に一般に調節要素（閉ループ制御要素）を含み、該要素は、電動機の動作量、一般には電動機電流又は回転数の監視によって制御信号を発生する。制御信号は再び制御ロジックの入力量として導かれる。
【０００５】
モジュール構造において、コンバータは、一方で付設の制御ロジックと、他方で調節要素と、時々互いに別々のモジュールとして作られている。コンバータおよび制御ロジックを含むモジュールは、この場合に電動機モジュールと呼ばれる。
【０００６】
電動機の動作時に、回転子の回転によって固定子巻線中に誘起される電圧は、電動機の回転数に比例し、かつ回転子と固定子との間の空隙内の磁界の高さに関する尺度である磁束鎖交数に比例する。
【０００７】
従って、特に永久磁石励磁回転子の場合に与えられているようなほぼ一定の強さの磁束鎖交数においては、誘起電圧は電動機の回転数にほぼ比例する。
【０００８】
特に、高回転数用に設計されている電動機においては、誘起電圧が高い値に達することがあり、この高い値は、適切な保護措置がなければ、従来のコンバータの損傷を招いたであろう。誘起電圧が許容最大値を上回るのを防止すべく、高い回転数においては一般に電動機が所謂界磁弱め動作に移行させられる。この場合に、回転子磁界に対し反作用をする磁界成分を有する磁界を固定子が発生するように電動機相に電流が流され、その結果回転子と固定子との間の空隙内の磁界が弱められる。
【０００９】
しかし、電動機制御装置の故障時、一般に電動機の誘起電圧が弱められないままでコンバータのフリーホイールダイオードを介して中間回路に接続される。従って、コンバータが電動機の誘起電圧により損傷又は破壊されるのを防止する措置を講じねばならない。
【００１０】
このため一般には、コンバータに加えて、所謂電圧保護モジュール（ＶＰＭ）が、電動機相間に接続された電気回路の形で設けられる。このような電圧保護モジュールとして、主として６つのダイオードとこれらのダイオードの間に接続されたサイリスタとによって構成されていて、サイリスタの制御によって電動機相が互いに短絡可能である過電圧保護モジュールが公知である（例えば特許文献１参照）。サイリスタは、電圧保護モジュールの評価回路を介して、電動機相に現われる電圧に依存して制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国実用新案登録出願公開第２９８１３０８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、電動機の給電のために設けられたコンバータのための、簡単かつ低コストで実現可能な、コンパクトかつ効果的な過電圧保護を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
電動機モジュールに関しては、この課題は請求項１の特徴により解決される。コンバータの過電圧保護の方法に関しては、この課題は請求項１５の特徴により解決される。
【００１４】
本発明によれば、上述の如きコンバータにおいて中間回路電圧が検出され、過電圧の場合、即ち中間回路電圧が予め与えられた最大値を上回る場合には、コンバータの全てのハーフブリッジの高電位側のパワースイッチ又は低電位側のパワースイッチが導通制御される。高電位側又は低電位側のパワースイッチの導通制御によりコンバータに接続されている電動機の電動機相が短絡されるので、中間回路電圧が次第に低下させられる。
【００１５】
従って、全てのハーフブリッジの高電位側又は低電位側のパワースイッチが導通制御されているコンバータの動作状態を、以下において略して「短絡」と呼ぶ。従って、このような「短絡」の場合に、電動機相は短絡されているが、中間回路は短絡されていない。従って、短絡が高電位側のパワースイッチを介して形成される場合には、それと同時に低電位側のパワースイッチが遮断制御されていて、逆に短絡が低電位側のパワースイッチを介して形成される場合には、それと同時に高電位側のパワースイッチが遮断制御される。この場合、当該パワースイッチが電気的に導通しているパワースイッチの動作状態を、「導通制御されている」と称する。対照的に、当該パワートランジスタが阻止されているパワートランジスタの動作状態を「遮断制御されている」と称する。
【００１６】
本発明は、基本的に単相電動機にも多相電動機にも使用できる。簡単化のため、以下では専ら多数の電動機相を考慮する。単独の電動機相の特殊事例はこの中に包括される。
【００１７】
本発明により、効果的な過電圧保護が、コンバータのいずれにせよ存在せざるを得ないパワースイッチの適切な制御によって得られるので、過電圧保護が少なくとも大々的に追加のハードウェア構成要素なしに成し遂げられる。これは、信号装置の簡単な低価格のコンパクトな実現を可能にする。
【００１８】
過電圧保護方法を実施すべく、特に保護ロジックが設けられる。この際、「ロジック」と称せられるのは、特に付属のハードウェア構成要素内、特にコントローラ内で実現されるソフトウェアモジュールである。しかし、保護ロジックは論理スイッチ回路によって実現されていてもよい。
【００１９】
制御ロジックは、本発明の有利な構成では、電動機モジュールに組み込まれる。これによって同時に簡単な構成で、特に高いフェールセーフ性能が得られる。
【００２０】
故障時、特に中間回路の外部電源の電圧崩壊後に、中間回路電圧が崩壊するのを防止すべく、本発明方法の有利な構成では、中間回路電圧が予め与えられた最小値を下回ると短絡が停止される。短絡停止後に中間回路が電動機の誘導電流により充電される。この方法は、特に電動機モジュールがモジュール内で又は外部の電源構成要素を介して中間回路から給電される本発明の電動機モジュールの構成にとり有利である。中間回路電圧が予め与えられた最大電圧を改めて上回った場合には、再び短絡を形成すると適切である。
【００２１】
本発明の有利な構成では、コンバータのパワースイッチが、短絡中に予想どおりに発生する短絡電流を持続的損傷なしに受け入れ得るように計画、即ち設計されている。
【００２２】
これに対する代替として、又は安全のためにこのような設計に対する追加として、本発明の有利な発展形態によれば、短絡電流が検出され、短絡電流が予め与えられた最大値を上回った場合に短絡が中断される。この場合、短絡は、短絡電流が次第に低下するまで一時的にのみ中断されることが好ましい。従って、短絡は断続的に形成される。短絡は全ての電動機相で中断されるとよい。これに対し本発明の代替的変形例では、短絡電流が電動機相毎に別々に検出され、過電流時に短絡が当該電動機相に関してのみ中断される。
【００２３】
これに対する追加又は代替として、本発明の他の有利な構成においては、短絡中に導通制御される１つ又は複数のパワースイッチの温度に関し特徴的な判定量が求められる。この方法では、判定量が予め与えられた最大値を上回った場合に短絡が中断される。判定量としては、選択的に、導通制御されるパワースイッチ自体の温度、これらの温度から導き出された平均温度又は最大温度又はこの温度と相関関係にある、特に比例する量を考慮できる。温度は、有利な方法変形例では、測定され、またモデル化され、即ち予め与えられた温度モデルに基づき、特に導通制御されるパワースイッチを通して流れる電流の時間的経過に基づいて算定される。
【００２４】
この方法変形例の場合も、短絡は、当該パワースイッチが十分に冷える迄一時的に中断されることが適切である。短絡はまたもや断続的に実行される。短絡は、代替的方法変形例では、全ての電動機相について中断されるか、又は各当該電動機相について別個に中断される。
【００２５】
パワースイッチの差し迫った過熱時に短絡を完全に中断する代わりに、代替的方法変形例では、短絡形成のために、高電位側のパワースイッチと低電位側のパワースイッチとの間で交互に切換が行なわれる。随意的に、この切換は予め与えられた時間間隔で行なわれる。随意的に、この時間間隔の長さは他のパラメータ、例えば短絡電流の高さに依存して変化可能である。これに対する代替として、またもや、導通制御されるパワースイッチの温度又はこれと相関関係にある判定量が求められ、温度又は判定量が予め与えられた最大値を上回った場合にのみ、従って実際にちょうど導通制御されているパワースイッチの過熱が脅威である場合にのみ、切換が行なわれる。
【００２６】
電動機モジュールの好ましい構成においては、保護ロジックが、従って保護ロジックによって実施される過電圧保護方法が、スイッチ信号によって反転できるように、活性化可能および不活性化可能である。この特性は、過電圧保護が必要でないか、又はそれどころか有害でさえある電動機の制御にも、電動機モジュールを使用することを可能にする。後者は、例えば非同期機に当てはまる。
【００２７】
この場合、制御ロジックは、予め与えられた、特に規則正しい時間間隔でスイッチ信号を確認するように構成されているとよい。電動機モジュールと付加的な調節モジュールを含む制御装置の範囲内において、このスイッチ信号が自由に使用できるように調節モジュールによって供給されるとよい。
【００２８】
制御ロジックは、スイッチ信号のその都度最後の値を記憶するように構成されているとよい。制御ロジックは、この記憶されている値に基づいて、始動時ならびにスイッチ信号の伝送失敗時に自立的に、過電圧保護方法を実行すべきか否かを決定する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は電動機モジュールおよび調節モジュールを含む付属の制御装置を備えた電動機を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２はスイッチ信号に依存した過電圧保護方法の活性化又は不活性化のために電動機モジュール内で実行可能にされている保護ロジックの第１のプログラム部分を示すフローチャートである。
【図３】図３は本来の過電圧保護方法を実行するための保護ロジックの第２のプログラム部分を示すフローチャートである。
【図４】図４は図３による表示において保護ロジックの第２のプログラム部分の代替構成を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面に基づき本発明の実施例を更に詳細に説明する。
【００３１】
互いに対応する部分、量および構成には全ての図において同じ参照符号を付している。
【００３２】
図１は生産機械又は工作機械の駆動装置として設けられた永久磁石励磁同期電動機の形での電動機１を概略的に示す。更に、図１はダイオードに駆動電流を供給するための制御装置２を示す。この場合、制御装置２は２つの分離されたモジュール、即ち電動機モジュール３と調節モジュール４を含む。
【００３３】
電動機１は、概略的に示す固定子５を含み、固定子５には回転磁界巻線６が巻装されている。回転磁界巻線６は、以下において電動機相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と呼ぶ３つの巻線相を含む。各電動機相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、それらの物理的特性に関し、インダクタンスＬL1、ＬL2、ＬL3、抵抗ＲL1、ＲL2、ＲL3および誘起電圧ＵL1、ＵL2、ＵL3によって特徴づけられている。図１では、インダクタンスＬL1、ＬL2、ＬL3、抵抗ＲL1、ＲL2、ＲL3および誘起電圧ＵL1、ＵL2、ＵL3を等価回路図の形で記入している。
【００３４】
電動機モジュール３はコンバータ８と制御ユニット９を含む。コンバータ８は高電位側１１と低電位側１２を有する電気的な中間回路１０を含み、高電位側１１と低電位側１２との間には、電動機１の動作中時中間回路電圧ＵZが印加されている。
【００３５】
中間回路１０に、各々１つの電動機相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の給電のための３つのハーフブリッジ１３ａ、１３ｂ、１３ｃが並列に接続されている。各ハーフブリッジ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは相端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃを含み、これら相端子に付属の電動機相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が接続されている。即ち、電動機相Ｌ１がハーフブリッジ１３ａの相端子１４ａに接続され、電動機相Ｌ２がハーフブリッジ１３ｂの相端子１４ｂに接続され、電動機相Ｌ３がハーフブリッジ１３ｃの相端子１４ｃに接続されている。
【００３６】
各々の相端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃと中間回路１０の高電位側１１との間で、各ハーフブリッジ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、高電位側パワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、特に各々ＩＧＢＴの形のパワースイッチを含む。各パワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃには、各々１つのフリーホイールダイオード１６ａ、１６ｂ、１６ｃが並列に接続されている。電動機端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃと中間回路１０の低電位側１２との間において、各ハーフブリッジ１３ａ、１３ｂ、１３ｃの範囲内に、各々１つの低電位側パワースイッチ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが接続されている。低電位側パワースイッチ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、各々またもやＩＧＢＴの形で構成されていて、並列接続されたフリーホイールダイオード１８ａ、１８ｂ、１８ｃによる側路を有している。
【００３７】
更に、コンバータ８は、中間回路１０でハーフブリッジ１３ａ、１３ｂ、１３ｃに対し並列に接続されているコンデンサ１９を含む。コンデンサ１９は電動機１の動作中における電圧脈動補償に役立つ。
【００３８】
制御ユニット９はマイクロコントローラによって構成されているか、又は少なくとも１つのこのようなマイクロコントローラを含む。制御ユニット９はモジュール内部の電源ユニット２０を介して典型的には２４Ｖの電源電圧ＵVを供給される。この場合、電源ユニット２０自体は中間回路１０から給電されている。
【００３９】
制御ユニット９内で、制御ロジック２１と保護ロジック２２がソフトウェアモジュールの形で実現されている。制御ロジック２１により予め与えられる制御方法に従い、制御ユニット９は、回転磁界を発生する相電流を電動機相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で発生させるべく、電動機１の動作時にその都度割り当てられる制御信号Ｃの送出によりパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを導通制御又は遮断制御する。相電流ＩL1、ＩL2、ＩL3は、電流測定器２３ａ、２３ｂ、２３ｃで検出され、該相電流の測定値（簡略化のため同様にＩL1、ＩL2、ＩL3と称する）は、制御ユニット９に入力量として供給される。更に、制御ユニット９に、中間回路電圧ＵZ又はこれに比例する測定値が入力量として供給される。
【００４０】
調節モジュール４は、予め与えられた制御量に基づき電動機１の回転数および／又は出力を調節する、図示しない調節ロジックを含んでいる。制御量として、ここでは特に電動機電流が考慮される。この際、制御ユニット９は測定された相電流ＩL1、ＩL2、ＩL3に基づき電流実際値Ｉを算定し、これを調節モジュール４に入力量として供給する。調節モジュール４は、電流実際値Ｉと、記憶されている電流目標値との比較に基づき、電圧目標値ＵSを出力量として発生し、これを制御ユニット９に戻す。該電圧目標値ＵSと測定された電動機電流ＩL1、ＩL2、ＩL3に基づき制御ロジック２１が制御信号Ｃを発生する。
【００４１】
保護ロジック２２は、電動機１の動作中に中間回路電圧ＵZを監視し、過電圧時中間回路１０を介して電動機相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を短絡する。この短絡は、保護ロジックが選択的に高電位側の全てのパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ又は低電位側の全てのパワースイッチ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを導通制御することで行なわれる。図示の適用例とは違って、かかる過電圧保護が不要か、むしろ有害な電動機、例えば同期電動機に代わる非同期電動機に関しても、電動機モジュール３を使用可能とすべく、保護ロジック２２によって実行される方法が、相応のスイッチ信号Ｓの設定によって反転できるように活性可能および不活性可能である。調節モジュール４が、このスイッチ信号Ｓを制御ユニット９、従って保護ロジック２２に入力量として供給する。
【００４２】
保護ロジック２２によって実行される方法の第１の模範的な実現性を図２と図３により詳細に説明する。この構成では保護ロジック２２が２つのプログラム部分に分けられていて、これらのうち図２に示す第１のプログラム部分が、規則的な時間間隔にてスイッチ信号Ｓの値を確認する。これに対して、図３に示す第２のプログラム部分が本来の過電圧保護方法を実行する。
【００４３】
図２による第１のプログラム部分は、第１のステップ３０において、タイマ機能等により規則的な時間間隔でスタートする。次のステップでスイッチ信号Ｓが確認される。次のステップ３２で、保護ロジック２２が、スイッチ信号Ｓを誤りなく読み込むことができたか否かをチェックする。これが否（Ｎ）の場合には、プログラム進行がステップ３０に戻り、待ち時間経過後に読込過程が繰り返される。その他（Ｊ）の場合、即ち誤りのない読込過程の場合は、ステップ３３において、読み込まれたスイッチ信号Ｓの新たな値が記憶され、それに続いてすぐにプログラム進行が再びステップ３０に戻る。
【００４４】
保護ロジック２２の図３に示す第２のプログラム部分は自立していて、第１のプログラム部分に依存しない。これによって、スイッチ信号Ｓの現在の値を読み込むことができない場合、従って、例えば調節モジュールの故障時、調節モジュールへのデータ接続故障時或いは制御装置２の始動時にも、過電圧保護が与えられていることが保証される。
【００４５】
図３のプログラム部分の第１ステップ３４で、先ず制御ユニット９に記憶されている信号Ｓの値を調べることで、過電圧保護方法が作動されるべきか否かがチェックされる。これが否（Ｎ）の場合には、ステップ３４が改めて実行される。その他（Ｊ）の場合は、保護ロジック２２が次のステップ３５において中間回路電圧ＵZの値を求める。次のステップ３６において、そのような方法で検出された中間回路電圧ＵZの値が予め与えられた最大電圧ＵZmaxを上回っているか（ＵZ＞ＵZmax）否かがチェックされる。これが否（Ｎ）なら、プログラム進行がステップ３４に戻される。その他の場合、ステップ３７において保護ロジック２２が、高電位側の全てのパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを導通制御することで、電動機相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の短絡を起こさせる。
【００４６】
短絡の結果として中間回路電圧ＵZは次第に低下する。後続のステップ３８〜４２により、短絡により中間回路電圧ＵZが崩壊せず、従って制御ユニット９の電源電圧ＵVも崩壊せず、かつ制御されたパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが過負荷にされないことが保証される。
【００４７】
このために、ステップ３８において、先ず再び中間回路電圧ＵZが検出される。更に、ステップ３８において、制御されたパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを通して流れる短絡電流ＩKの値と、制御されたパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの温度に関する判定量Ｔとが求められる。この場合には、保護ロジック２２が測定された電流ＩL1、ＩL2、ＩL3に基づいて短絡電流ＩKを決定する。特に、短絡電流ＩKとして相電流ＩL1、ＩL2、ＩL3の最大値が考慮されるのに対して、判定量Ｔは、パワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの記憶された温度モデルに基づいて、相電流ＩL1、ＩL2、ＩL3の時間的把握、特に積分によって求められる。
【００４８】
ステップ３９において、保護ロジック２２は、
ＵZ＜ＵZmax  又は  ＩK＞ＩKmax  又は  Ｔ＞Ｔmax
なる判定規則に従い、中間回路電圧ＵZ、短絡電流ＩK又は判定量Ｔが、記憶されている閾値ＵZmax、ＩKmax、Ｔmaxを下回るか否か、又は上回るか否かをチェックする。これが否（Ｎ）の場合には、ステップ３８と３９が繰り返される。
【００４９】
その他（Ｊ）の場合には、ステップ４０において、パワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの遮断制御によって短絡が停止される。
【００５０】
短絡の停止は、短絡電流ＩKが徐々に低下し、短絡のために導通制御されたパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが冷えるという作用を持つ。更に、短絡の停止は、電動機１がなおも回転するかぎり、中間回路電圧ＵZが電動機１の誘導作用の結果として再び上昇する。
【００５１】
ステップ４１において、中間回路電圧ＵZ、今やフリーホイールダイオード１６ａ、１６ｂ、１６ｃ又は１８ａ、１８ｂ、１８ｃを介して流れる短絡電流ＩKおよび判別量Ｔが改めて求められ、ステップ４２において、
ＵZ＞ＵZmax  および  ＩK＜ＩKmax  および  Ｔ＜Ｔmax
なる判定規則に従い、改めて記憶されている閾値と比較される。この判定規則が満たされない（Ｎ）かぎり、ステップ４１と４２が繰り返される。その他（Ｊ）の場合、判定量Ｔが割り当てられた閾値Ｔmaxを下回り、かつ短絡電流ＩKが割り当てられた閾値ＩKmaxを下回ると直ぐに、中間回路電圧Ｕｚが割り当てられた閾値ＵZmaxを上回る間は、ステップ３７に戻ることによって短絡が再び形成される。
【００５２】
特に、誘起電圧ＵL1、ＵL2、ＵL3が持続的に最大値ＵZmaxを上回る値に中間回路電圧ＵZを維持するのに十分であるほど、電動機１が長時間にわたり外部から回転させられる場合、ステップ３７〜４２が何度も実行される。従って、一方で中間回路電圧ＵZを持続的に最大値ＵZmax以下に抑制し、同時に短絡のために導通制御されるパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの過負荷を回避すべく、短絡は断続的に実行される。
【００５３】
図４は、図３による第２のプログラム部分の変形例を示す。これは、以下で異なる説明をしないかぎり、既述のプログラム進行に等しい。
【００５４】
図３による構成と異なり、図４の変形例においては、ステップ３７における短絡を常に交互に高電位側のパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを介して又は低電位側のパワースイッチ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを介して形成するように構成されている。更に、ステップ３８と４１において中間回路電圧ＵZと短絡電流ＩKだけが求められ、ステップ３９においてこれらの量のみが、
ＵZ＜ＵZmax  又は  ＩK＞ＩKmax
なる判定規則に従って、記憶されている閾値と比較される。下回る電圧（ＵZ＜ＵZmax）又は過電流（ＩK＞ＩKmax）の場合には、図３に関連して説明した方法に類似して、ステップ４０において短絡が中断される。ステップ４２により、
ＵZ＞ＵZmax  および  ＩK＜ＩKmax
なる条件が満たされている場合に短絡が再び形成される。
【００５５】
導通制御されるパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ又は１７ａ、１７ｂ、１７ｃの温度に関する判定量Ｔは、ステップ３９において行なわれる閾値比較が否（Ｎ）の結果となる場合に対してだけ求められる。この場合には、次のステップ４４において、判定量Ｔが記憶閾値Ｔmaxを上回っているか（Ｔ＞Ｔmax）否かがチェックされる。否（Ｎ）の場合にはステップ３８に戻ることで、中間回路電圧ＵZ、短絡電流ＩKおよび判定量Ｔの監視が継続される。その他の場合にはプログラム進行がステップ３７へ戻り、それによってその都度以前に遮断制御されたパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ又は１７ａ、１７ｂ、１７ｃを介して改めて短絡が形成される。
【００５６】
図４に示すプログラム変形例の特性に基づき、ステップ３７で、交互に高電位側のパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを介して、又は低電位側のパワースイッチ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを介して短絡を形成することが、パワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃおよび１７ａ、１７ｂ、１７ｃの過熱（Ｔ＞Ｔmax）の確認時に、さしたる中断なしに維持され、しかも短絡形成のために、単に高電位側のパワースイッチ１５ａ、１５ｂ、１５ｃと低電位側のパワースイッチ１７ａ、１７ｂ、１７ｃとの間で切換が行なわれるだけである。これに対し、中間回路の電圧下回り（ＵZ＜ＵZmax）の場合で、かつ過電流（ＩK＞ＩKmax）の場合には、ブリッジ半分側の切換に加えて短絡が断続的に作動させられる。
【００５７】
有利な構成では、保護ロジック２２が、危機的な動作範囲を離脱したことを認識し、この場合に正規動作に戻る。この認識は、調節モジュール４が非危機的状態の維持を証明又は追認することで、例えば、パルス解除によって行なわれる。例えば、誘起電圧ＵL1、ＵL2、ＵL3が中間回路電圧を下回るほど電動機１の回転数が低下した場合に、調節モジュール４は、保護ロジック２２が再び準備のできた状態になるまで、回転数がこの非危機的な範囲に維持されるように配慮する。
【符号の説明】
【００５８】
１  電動機、２  制御装置、３  電動機モジュール、４  調節モジュール、５  固定子、６  回転磁界巻線、７  中性点、８  コンバータ、９  制御ユニット、１０  中間回路、１１  高電位側、１２  低電位側、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  ハーフブリッジ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  相端子、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  高電位側のパワースイッチ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  高電位側のフリーホイールダイオード、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  低電位側のパワースイッチ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ  低電位側のフリーホイールダイオード、１９  コンデンサ、２０  電源ユニット、２１  制御ロジック、２２  保護ロジック、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ  電流測定器、３０−４４  ステップ、Ｃ  制御信号、ＩK  短絡電流、ＩL1、ＩL2、ＩL3  相電流、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  電動機相、ＬL1、ＬL2、ＬL3 インダクタンス、ＲL1、ＲL2、ＲL3  抵抗、Ｓ  スイッチ信号、Ｔ  判定量、ＵL1、ＵL2、ＵL3  誘起電圧、ＵS  電圧目標値、ＵV  電源電圧、ＵZ  中間回路電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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