(57)【要約】【課題】交流モータの駆動制御部の保護を改善する。【解決手段】装置（１）は、交流モータ（２）、コントローラ（５）及び電力ドライバ（６）を備える。コントローラ（５）及び電力ドライバ（６）には、一方では動作電圧（９）によって、他方では交流モータ（２）の発電機電圧（１０）によって電気エネルギが供給される。動作電圧（９）は存在しないが、発電機電圧（１０）は存在する場合、発電機電圧（１０）が２つの限界値間に維持されるように、交流モータ（２）の磁化が制御され、それによって、一方ではコントローラ（５）及び電力ドライバ（６）の動作にとって十分なエネルギが形成され、他方では電力ドライバ（６）の許容電圧限界値が維持される。【選択図】図１
2017070203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの交流モータ（２）と、少なくとも１つの駆動制御部（１７）と、前記少なくとも１つの交流モータ（２）によって駆動される物体（４）とを備えている、装置であって、
前記少なくとも１つの交流モータ（２）は、物体（４）の運動時に、発電機モードにおいて形成された電気エネルギを熱に変換するために、可変の磁化を有している、装置において、
前記装置（１）は、少なくとも１つのコントローラ（５）を有しており、当該コントローラ（５）には、動作電圧（９）が遮断されている場合に、前記少なくとも１つの交流モータ（２）の少なくとも１つの発電機電圧（１０）から電気エネルギが供給され、
前記少なくとも１つのコントローラ（５）は、前記交流モータ（２）の前記発電機電圧（１０）が所定の２つの限界値間にあるように、前記少なくとも１つの交流モータ（２）の前記磁化を制御することを特徴とする、装置。
【請求項２】
下限値は、前記少なくとも１つの交流モータ（２）によって形成された前記発電機電圧（１０）が、前記少なくとも１つのコントローラ（５）及び前記少なくとも１つの駆動制御部（１７）の動作にとって十分であるように選択されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上限値は、前記少なくとも１つの交流モータ（２）によって形成された前記発電機電圧（１０）が、前記少なくとも１つの駆動制御部（１７）の許容電圧範囲を下回るように選択されている、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの交流モータ（２）の前記磁化は、前記限界値間で、発電機電圧（１０）の上昇と共に増大する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの交流モータ（２）の前記磁化は、前記少なくとも１つの交流モータ（２）の前記発電機電圧（１０）の連続関数である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記磁化は、前記限界値間の少なくとも部分領域において、前記発電機電圧（１０）の線形関数である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのコントローラ（５）には、動作電圧（９）及び少なくとも１つの交流モータ（２）によって電気エネルギを供給可能であり、
前記少なくとも１つのコントローラ（５）は、前記動作電圧（９）を検出するための検査手段を有している、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記検査手段は、少なくとも１つの比較器（２０）によって形成されており、当該比較器（２０）は、一方では前記動作電圧（９）と接続されており、他方では基準電圧源（２１）と接続されている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのコントローラ（５）は、少なくとも１つの閉ループ制御装置（２４）を有しており、当該閉ループ制御装置（２４）は、少なくとも１つの交流モータ（２）によって形成された前記発電機電圧（１０）を閉ループ制御する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの閉ループ制御装置（２４）は、Ｐ特性、ＰＩ特性、ＰＤ特性又はＰＩＤ特性を有している、請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの交流モータと、少なくとも１つの駆動制御部と、交流モータによって駆動される物体と、を備えている装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
独国特許発明第１９５０９９７４号明細書（DE 195 09 974 C2）からは、冒頭で述べたような装置が公知である。この装置は、交流モータを有しており、この交流モータは駆動制御部によって、即ち動作電圧が供給されるインバータによって駆動制御される。この駆動制御部は、通常はトランジスタの形態の電子的なスイッチング素子を有しているが、このスイッチング素子は限定的な電圧耐性しか有していない。交流モータは、任意の物体を駆動させる。また交流モータは回転方向とは反対の減速回転トルクを形成することができる。従って、これはいわゆる発電機モードである。交流モータは物体を減速させ、それと同時に電気エネルギを形成する。この電気エネルギによって、相対的に高い電圧が生じる可能性があり、この高い電圧によって駆動制御部が酷使され、またアヴァランシェ降伏が生じる虞がある。これを回避するために、発電機モードにおける交流モータの磁化が増大され、これによって、磁気損失が相応に高まり、また形成された電気エネルギが熱に変換される。これによって、駆動制御部は、発電機モードにおける交流モータの過電圧から良好に保護されている。この公知の装置は、多方面において有効であることが実証されており、また本発明の出発点を成すものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許発明第１９５０９９７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、交流モータの駆動制御部の保護を改善する、冒頭で述べたような装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この課題は以下の特徴によって解決される。
【０００６】
本発明による装置は、少なくとも１つの交流モータと、少なくとも１つの駆動制御部と、少なくとも１つの交流モータによって駆動される物体と、を備えている。この駆動が直接的に行われるか、若しくは、例えば１つ又は複数の伝動装置を介して間接的に行われるかは重要ではない。更に、この物体がどのように駆動されるかも重要ではない。例えば、物体を、回転させるため、若しくは任意の曲線に沿って変位又は移動させるために駆動させることができる。しかしながら、これらの列記は包括的なものではないと解するべきである。しかしながら、物体の駆動時には、物体の運動が制動されることも考えられる。少なくとも１つの交流モータの回転トルクは、回転方向に反して減速を行うように作用するので、少なくとも１つの交流モータは、発電機モードにおいて機械的エネルギを電気エネルギに変換する。少なくとも１つの駆動制御部を、少なくとも１つの交流モータの発電機電圧の過度に高い電圧ピークから保護するために、少なくとも１つの交流モータの磁化が変更され、それによって発電機モードにおいて形成された電気エネルギが熱に変換される。これによって、少なくとも１つの交流モータは持続的な運転において、発電機モードにおける過電圧ピークから確実に保護されている。しかしながら、例えば少なくとも１つの物体が外的な状況によって動かされると、少なくとも１つの交流モータは、駆動電圧が遮断されている場合であっても、発電機モードになる可能性がある。例えば、この種の外的な状況は、装置全体が例えば搬送時又は取り付け時に加速された際に、慣性力を上回った状態であると考えられる。択一的に、少なくとも１つの物体が、旋回力、ばね力又は流体の圧力によって加速されることも考えられる。これらの列記は包括的なものではないと解するべきである。いずれの場合にも、運動する物体に基づき、少なくとも１つの交流モータに機械的エネルギが供給され、この機械的エネルギが発電機モードにおいて、少なくとも１つの交流モータによって電気エネルギに変換される。しかしながら、給電電圧が印加されていない場合には、駆動制御部は、この危険な動作状態に反応することはできない。従って、本発明によれば、装置が少なくとも１つのコントローラを有しており、このコントローラには、給電電圧が遮断されている場合に、少なくとも１つの交流モータから電気エネルギが供給される。これによって、給電電圧が印加されていない場合であっても、少なくとも１つの交流モータによって発電機モードにおいて形成された電気エネルギが、少なくとも１つのコントローラを駆動させるために利用される。しかしながら、この措置自体は、少なくとも１つの交流モータを過電圧から保護するには十分なものではないことが分かった。この際、以下の問題が生じる。つまり、少なくとも１つの物体が例えば吊り上げ式の負荷である場合、例えば非セルフロック式の伝動装置によって少なくとも１つの交流モータと連結されている負荷である場合には、この負荷が運動エネルギの供給によって少なくとも１つの交流モータを駆動させ、それに基づき、少なくとも１つのコントローラが少なくとも１つの交流モータの磁化の増大によって電圧形成を抑制し、熱エネルギを形成する。これによって、静止するまで負荷が減速された場合には、少なくとも１つのコントローラには電気エネルギが供給されなくなるので、それに基づき、コントローラは少なくとも１つの交流モータにもはや作用を及ぼすことができなくなると考えられる。しかしながら、これによって制動作用の損失が生じ、従って負荷が再び加速されるので、この場合には、少なくとも１つの物体が断続的に非常に急激に減速されて再び加速される。この断続的な減速は、著しい摩耗を生じさせる虞があるので、機械装置にとっても、少なくとも１つの交流モータにとっても追求すべきものではない。更にこの場合には、発電機モードにおいて、少なくとも１つの駆動制御部の許容電圧値を上回る電圧ピークが形成される危険が十分に存在する。この問題を解決するために、少なくとも１つのコントローラが少なくとも１つの交流モータの磁化を制御し、交流モータの発電機電圧が所定の２つの限界値間にあるようにすることが提案される。これら２つの限界値は、同一の値であっても良いので、その場合には、コントローラは共通の限界値に基づき発電機電圧を閉ループ制御する。しかしながらこれは必須ではない。従ってコントローラは、先ず少なくとも１つの交流モータの回転数を０にすることを試みるのではなく、その代わりに、回転数を所定の窓内に制限する。これによって、少なくとも１つの物体が速度０まで減速されることはなくなるが、しかしながら、装置全体は、少なくとも１つの交流モータによって形成される発電機電圧を許容値に制限する。更に、発電機電圧は下方も制限されるので、その結果、少なくとも１つのコントローラには、少なくとも１つの交流モータの磁化を制御するために、十分な時間にわたり電気エネルギが供給される。この状態は、少なくとも１つの物体が機械的なストッパに達するまで、又は、外部から供給される運動エネルギがもたらされる限り維持される。これによって、この装置は、少なくとも１つの交流モータを、動作電圧が印加されていない動作状態においても保護することができるので、その結果、少なくとも１つの交流モータの少なくとも１つの駆動制御部の保護が相応に改善されている。
【０００７】
少なくとも１つのコントローラが自身の保護機能を実施できることを保証するために、少なくとも１つの交流モータが、少なくとも１つのコントローラ及び少なくとも１つの駆動制御部を駆動させるための電気エネルギを十分に形成するように、下限値が選択されている場合には有利である。これによって、少なくとも１つのコントローラは、少なくとも１つの駆動制御部を過電圧から保護するために、自身のプログラムを実行することができる。ここで重要であることは、形成された電気エネルギが少なくとも１つの駆動制御部への給電を行うにも十分であることであり、これによって、少なくとも１つのコントローラは少なくとも１つの交流モータに能動的に作用を及ぼすこともできる。発電機電圧が下限値よりも低くなった場合には、少なくとも１つのコントローラは確かに少なくとも１つの駆動制御部をもはや利用できなくなると考えられるが、測定機能及び監視機能はしかしながら依然としてある程度の期間にわたり実現されるので、少なくとも１つの交流モータの回転数の上昇時には、従って形成された発電機電圧の上昇時には、少なくとも１つのコントローラは即座に、磁化の増大によって再び介入することができる。
【０００８】
上限値は、有利には、少なくとも１つの交流モータによって形成された発電機電圧が少なくとも１つの駆動制御部の許容電圧を下回るように選択されている。これによって、少なくとも１つの駆動制御部が確実に過電圧から保護されている。下限値と上限値との間は、少なくとも１つのコントローラによってカバーすることができる発電機電圧の許容範囲である。この許容範囲に基づき、少なくとも１つのコントローラはバング・バング制御装置として形成することができるので、その結果、極めて簡潔であるが、しかしながら高速に作用する閉ループ制御アルゴリズムが得られる。本発明による装置は、保護機能だけを有しているので、達成される閉ループ制御結果は極めて補助的な役割しか果たさない。これに対して、発電機電圧が生じている場合には、形成された発電機電圧が許容限界値を上回るよりも前に、少なくとも１つのコントローラが非常に高速に介入できることが非常に重要である。従って、この種の閉ループ制御では、精度よりも速度が優先される。しかしながら、択一的に、目標値への電圧閉ループ制御を、例えばＰ閉ループ制御装置、ＰＩ閉ループ制御装置、ＰＤ閉ループ制御装置又はＰＩＤ閉ループ制御装置として実現することもできる。
【０００９】
少なくとも１つの交流モータによって形成された発電機電圧は、少なくとも１つの駆動制御部において消費されないので、この発電機電圧は比較的高速に上昇し、その結果、少なくとも１つのコントローラは、少なくとも１つの駆動制御部を効果的に保護するために、非常に短い時間で正確に反応しなければならない。しかしながら、これによって、この種の機械的エネルギの供給に関する詳細な解析を実施することはできなくなる。何故ならば、その種の解析は長い時間を要するからである。しかしながら他方では、正確な時点に反応することも重要である。機械的エネルギの供給が大きい場合には、少なくとも１つの交流モータの磁化を極めて強く増大させなければならず、これに対して、エネルギ供給が小さい場合には、形成された発電機電圧が早期に無くならないようにするために、磁化は小さく維持されるべきである。このために、少なくとも１つの交流モータの磁化が発電機電圧の上昇と共に増大される場合には有利である。これによって確かに、小さい力で物体が高速に動く動作ケースと、大きい力で物体が緩慢に動く動作ケースとは区別されないが、しかしながら、この措置によって、磁化は合理的な開始値にセットされるので、少なくとも１つの駆動制御部を保護するには少なくとも１つの物体の制動作用は十分であるが、しかしながら少なくとも１つの物体の速度０への急激な減速は回避される。この出発点に基づき、少なくとも１つのコントローラは閉ループ制御によって、少なくとも１つの交流モータを確実な動作へと戻し、例えばランプ状の制動作用を実現する。
【００１０】
磁化と発電機電圧との関係に関して、連続関数が有効であることが分かった。しかしながら、この関係での「連続」という語句は、連続関数へのディジタル的な近似であると解するべきである。
【００１１】
特に、磁化と発電機電圧との関係に関して、線形関数が有効であることが分かった。これによって、発電機電圧のみを例えばディジタルアナログ変換器を用いて測定するだけで良くなり、定数を乗算することによって、少なくとも１つの交流モータにおいて調整されるべき磁化が直接的に決定される。この計算は比較的高速に実施することができるので、確実な保護が得られる。
【００１２】
少なくとも１つの交流モータの通常の駆動制御が行われる正常な動作状態であるか、又は、動作電圧が存在しない発電機モードにおける緊急状態であるかを識別するために、少なくとも１つのコントローラは検査手段を有しており、この検査手段を用いることによって、動作電圧及び発電機電圧の給電電圧が求められる。少なくとも１つのコントローラのエネルギ供給は、有利には相互に分断されている２つの電圧源によって行われる。動作電圧がほぼ０であることが検査手段によって明らかになると、少なくとも１つのコントローラは、発電機電圧が存在する場合には、緊急モードに切り替わり、少なくとも１つの交流モータの駆動制御部を保護する。動作電圧が印加されると、少なくとも１つのコントローラは通常モードに切り替わり、少なくとも１つの交流モータを運転させる。少なくとも１つの交流モータを、この通常モードにおいては駆動状態で利用することができ、また、発電機モードにおいては制動状態で利用することができ、少なくとも１つの物体の減速時には、この物体を緊急モードとは異なり、機械的なストッパに依存せずに、停止状態に移行させても良い。
【００１３】
動作電圧の検査は高速に行われるべきなので、検査手段に関しては少なくとも１つの比較器が有効であることが分かった。この比較器は、一方では動作電圧と接続されており、他方では基準電圧源と接続されている。動作電圧は、有利には分圧器又は電圧保護装置を介して、例えばツェナーダイオードを介して、少なくとも１つの比較器に供給される。しかしながら、少なくとも１つのコントローラの許容電圧入力範囲に応じて、その種の装置は省略されても良い。少なくとも１つの比較器は、動作電圧と基準電圧との比較によって、通常動作のために十分な動作電圧が印加されているか否か、又は、緊急モードに切り替わる必要があるか否かを非常に短い時間で判断することができる。
【００１４】
少なくとも１つの交流モータによって形成された発電機電圧を確実に許容範囲内に維持するために、少なくとも１つのコントローラは、発電機電圧を閉ループ制御する少なくとも１つの閉ループ制御装置を有している。この閉ループ制御装置を、簡単なバング・バング制御装置として形成することができる。しかしながら択一的に、少なくとも１つの閉ループ制御装置を、例えば比例閉ループ制御装置として形成しても良い。この場合、少なくとも１つの閉ループ制御装置は、少なくとも１つの交流モータの磁化に感度良く作用することができ、それによって、少なくとも１つの交流モータによって形成された発電機電圧を所定の値に一定に維持することができる。
【００１５】
少なくとも１つの閉ループ制御装置に関して、Ｐ特性が有利であることが分かった。このことは、閉ループ制御装置の出力信号が求められた実際値と目標値の差分に比例することを意味している。このようにして、非常に高速な閉ループ制御応答を実現することができる。この閉ループ制御特性は、基本的に、目標値への正確な閉ループ制御を実現できないという欠点を有している。むしろ、そのようにして閉ループ制御された状態では、実際値と目標値との間に、閉ループ制御装置の比例値Ｐに間接的に比例する偏差が残ったままである。更に、この比例値Ｐは任意の大きさに選択することができない。何故ならば、任意に選択した場合には、閉ループ制御装置全体が、減衰されない振動を生じさせるからである。しかしながら、前述の偏差を通常の場合、コントローラの最小動作電圧と駆動制御部の最大許容電圧との電圧差が十分に大きければ、許容することができる。択一的に、少なくとも１つの閉ループ制御装置はＰＩ特性を有することができる。このことは、少なくとも１つの閉ループ制御装置が、生じた閉ループ制御エラーにも、その時間積分にも比例して反応し、それら２つの反応が組み合わされることを意味している。比例閉ループ制御成分は、急速な閉ループ制御応答を供給し、このことは少なくとも１つの駆動制御部の保護にとって重要である。これに対して、積分成分によって、或る程度の期間にわたり、少なくとも１つの閉ループ制御装置に印加される閉ループ制御差分を０に調整することができる。別の択一形態として、ＰＤ特性又はＰＩＤ特性も考えられる。これらの特性は、閉ループ制御エラーの時間微分に比例する閉ループ制御応答が付加的に形成され、これがＰ特性又はＰＩ特性と組み合わされる点において、上述のＰ特性又はＰＩ特性とは異なっている。Ｄ特性の重要な効果は、これによって閉ループ制御の位相がシフトされ、その結果、閉ループ制御装置の変動条件が比較的高いＰ値において初めて満たされることにある。これと共に、閉ループ制御特性の付加的なＤ成分によって、Ｐ成分を高めることができ、その際に、閉ループ制御装置の減衰されない振動が形成されることはない。これは、特に閉ループ制御応答を加速させるので、その結果、閉ループ制御装置は印加される発電機電圧をより高速に所望の値にすることができる。これによって、保護が著しく改善される。
【００１６】
本発明の対象を、図面に基づき例示的に説明するが、これによって保護範囲が限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】交流モータを備えている装置の原理回路図を示す。
【図２】図１によるコントローラの詳細な回路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１には、交流モータ２を備えている装置１が示されている。交流モータ２は、伝動装置３を介して物体４を駆動させる。交流モータ２は、物体４を加速させることも制動することもできる。このために、交流モータ２はコントローラ５と接続されており、このコントローラ５は出力端Ａ1，Ａ2，Ａ3を介して、電力ドライバ６を、有利にはその内部に設けられているＭＯＳ電界効果トランジスタを制御する。この電力ドライバ６は、交流モータ２用の駆動制御部１７を形成しており、且つ、交流モータ２の図示していない励起コイルと接続されている。励起コイルはステータを形成している。この励起コイルは回転磁界を発生させ、この回転磁界内で、有利には永久磁石を備えているロータが回転する。ステータとロータとの磁気的な相互作用によって、伝動装置３へと案内されている駆動軸７に回転トルクが作用する。
【００１９】
交流モータ２の速度及び瞬時回転位置を特定できるようにするために、交流モータ２は複数のセンサ８を有している。それらのセンサ８は、単に例示的にホールセンサとして表されている。ホールセンサ８は、種々の角度位置においてロータの磁界を検出するので、このことからロータ位置及びロータの回転数を算出することができる。センサ８は、入力端Ｅ3，Ｅ4及びＥ5を介してコントローラ５と接続されている。
【００２０】
コントローラ５及び電力ドライバ６には共に、動作電圧９から電気エネルギが供給され、この電気エネルギは、定電圧と、動作に必要とされる電流と、を供給する。交流モータ２が物体４を加速させるか又は減速させる場合、コントローラ５は自身の出力端Ａ1，Ａ2及びＡ3においてパルス幅変調信号を形成し、それによって、交流モータ２のステータが相応に駆動制御される。
【００２１】
動作電圧９が遮断されている状態において、物体４が動かされることもある。例えば、物体４を平衡状態に維持することができるが、外部の操作によってその平衡状態が解消されることがある。このようにして、物体４が非セルフロック式の伝動装置３を介して交流モータ２のロータを加速させる。これによって、交流モータ２は発電機モードになり、この発電機モードにおいて、交流モータ２は、もたらされた機械的エネルギを電気エネルギに変換する。電力ドライバ６は、エネルギを交流モータ２に供給できるようにしか構成されていないので、この動作状態においては、交流モータ２によって形成されたエネルギを排出することができないという問題が生じる。これによって、交流モータ２によって形成された、中間回路電圧とも称される発電機電圧１０が急速に上昇し、その後に措置が講じられなければ、非常に高い値を取る虞がある。しかしながら、この高い電圧値によって電力ドライバ６が破壊されることになる。
【００２２】
この状況を回避するために、コントローラ５及び電力ドライバ６には付加的に、発電機電圧１０から電気エネルギが供給される。このために、交流モータ２によって形成された交流電圧が、整流器１１によって整流され、コンデンサ１２によって平滑化される。発電機電圧１０が、必要に応じて印加される動作電圧９の妨げとならないようにするために、これらの電圧は単に例示的に示されているダイオード１３によって分断される。このようにして、動作電圧９が遮断されている場合であっても、十分に高い発電機電圧１０が存在する場合には、コントローラ５及び電力ドライバ６にはエネルギが供給される。
【００２３】
交流モータ２が通常のように駆動制御されるベきか、又は、動作電圧９が遮断されている場合に、相応の緊急プログラムが実行されるべきかをコントローラ５が区別できるようにするために、動作電圧９は分圧器１５を介して、別の入力端Ｅ2においてコントローラ５に供給される。例えばアナログ・ディジタル変換器を用いて、入力端Ｅ2における電圧を測定することによって、コントローラ５は、動作電圧９が目標範囲内にあるか否か、従って交流モータ２を駆動制御するための通常の動作プログラムを実行することができるか否かを識別することができる。これに対して、動作電圧９が存在しない場合には、発電機電圧が存在すれば、緊急プログラムが実行される。この緊急プログラムのために、コントローラ５は、印加されている発電機電圧１０に関する情報も必要とし、このために、発電機電圧１０は別の分圧器１６を介して、入力端Ｅ1においてコントローラ５に供給される。入力端Ｅ1の後段にはアナログ・ディジタル変換器が設けられている。
【００２４】
この動作に関して、コントローラ５は更に、交流モータ２において生じるべき回転数に関する情報も必要とする。回転数１４の相応にコーディングされた数値が、入力端Ｅ6を介してコントローラ５に供給される。入力端Ｅ6が１つの線路を含むか、又は複数の線路を含むかは決められていない。入力端Ｅ6が線路を１つだけ有している場合には、回転数１４はシリアルにコントローラ５に伝送される。これに対し、複数の線路が設けられている場合には、パラレルな伝送を利用しても良いし、部分的にシリアルで部分的にパラレルな伝送を利用しても良い。
【００２５】
コントローラ５の機能を、図２に示した詳細な回路図に基づき説明する。図２において、同一の参照符号は同一の部分を表している。コントローラ５は、既に言及した入力端Ｅ1からＥ6と、同様に既に言及した出力端Ａ1からＡ3と、を有している。図２において、コントローラ５の電圧供給部は図面を見やすくするために図示していない。
【００２６】
分圧器１５を介して動作電圧９と接続されている入力端Ｅ2は、比較器２０に案内されており、この比較器２０は、入力端Ｅ2に印加されている電圧を内部基準電圧２１と比較する。入力端Ｅ2に印加されている電圧が基準電圧源２１の出力電圧を上回る場合には、比較器２０は自身の出力端において論理値１の信号を出力し、そうでない場合には論理値０の信号を出力する。比較器２０の出力側は、スイッチ２３の制御入力端２２と接続されている。
【００２７】
別の分圧器１６を介して発電機電圧１０と接続されている入力端Ｅ1は、閉ループ制御装置２４の実際値入力端に案内されている。閉ループ制御装置２４は、有利にはＰ特性、ＰＩ特性、ＰＤ特性又はＰＩＤ特性を有している。閉ループ制御装置２４の目標値入力端は目標値発生器２５と接続されている。目標値発生器２５は、可変に設定可能な目標値電圧を供給する。目標値発生器２５の出力電圧は、コントローラ５によって調整される発電機電圧１０の目標値を規定している。閉ループ制御装置２４は、スイッチ２３の信号入力端２６と接続されている。スイッチ２３は、動作電圧９が過度に低い場合、又は動作電圧９が存在しない場合には、交流モータ２の磁化を形成された発電機電圧１０と線形の関係で制御できるようにするために、アクティブ状態になる。スイッチ２３は、動作電圧９が印加されている通常動作時に、０信号をスイッチ２３の出力端５２において形成できるようにするために、信号経路２７を介して接地されている。つまり、スイッチ２３は０Ｖと接続されている。択一的に、信号経路２７を、負の回転トルクでは交流モータ２の磁化を増大させる制動識別回路と接続させても良い。
【００２８】
入力端Ｅ3，Ｅ4及びＥ5を介して、コントローラ５は各センサ８から、交流モータ２のロータのその都度の瞬時磁界値を表している情報を取得する。入力端Ｅ3からＥ5における信号には、クラーク変換が実施される。クラーク変換は以下の数学的な定義を有している：
【数１】
2017070203.tif 000003
【００２９】
この変換は、入力端Ｅ3からＥ5における３次元のベクトルを２次元のベクトルに変換し、その際に情報が失われることはない。これは、センサ８における全ての磁界値の和が常に０であることが理由である。従って、磁界値に関する２次元の情報、即ちロータの磁界方向における情報と、ロータの極数で除算した９０°の角度における情報と、があれば十分である。このことがクラーク変換によって実施される。
【００３０】
クラーク変換部４０の出力側は、計算回路４１と接続されており、この計算回路４１はそれらの値から、時間に依存して、ロータの瞬時回転角度θ及び瞬時回転数ωを決定する。この際に求められた瞬時回転数ωは、信号経路４２を介して閉ループ制御装置３０に供給される。閉ループ制御装置３０はこのようにして、実際値と目標値の比較を実施する。クラーク変換部４０の結果は、更にパーク変換部４３に供給される。このパーク変換部４３は、クラーク変換部４０の信号を、ロータの回転システムへと変換し、その結果、周波数に依存する信号はもはや存在しなくなる。パーク変換の結果は、交流モータ２のロータの１回転にわたり実質的に一定であるベクトルである。パーク変換は、以下のように定義されている：
【数２】
2017070203.tif 000004
【００３１】
これは一般的な回転行列であり、角度θはロータの瞬時回転角度である。この角度θは計算回路４１から取得され、パーク変換部４３に供給される。パーク変換４３の結果は２次元のベクトルであり、この２次元のベクトルは、ロータの磁界軸の方向におけるステータ磁界を出力端４４に出力し、ロータの極数で除算した、ロータの磁界方向に対する９０の角度におけるステータ磁界を出力端４５に出力する。
【００３２】
この際、出力端４５におけるステータ磁界は最大回転トルクをロータに及ぼし、その一方で、ロータの磁界方向におけるステータ磁界は、交流モータ２において熱に変換される無効電力しか供給しない。この理由により、コントローラ５は、動作電圧９が印加されている場合には、交流モータ２の駆動制御時に、即ち回転方向の回転トルクの形成時に出力端４５のみがアクティブになるように、出力端４４，４５を制御する。これに対して、交流モータ２を減速させる際、即ちロータの回転方向とは反対の回転トルクの形成時には、交流モータ２によって形成された電気エネルギを効果的に交流モータ２内で熱に変換するために、出力端４４がアクティブになる。
【００３３】
入力端Ｅ6は、通常の動作条件下において、即ち動作電圧９が印加されている場合に、交流モータ２の回転数１４に関する目標値を供給する。入力端Ｅ6は、交流モータ２の回転数閉ループ制御を行うためのＰ特性、ＰＩ特性、ＰＤ特性又はＰＩＤ特性を備えている別の閉ループ制御装置３０と接続されている。このために、閉ループ制御装置３０の出力側は、加算器５０の非反転入力端と接続されている。更に、加算器５０の反転入力端は、パーク変換部４３の出力端４５と接続されている。別の加算器５１の非反転入力端は、スイッチ２３の出力端５２と接続されている。更に、別の加算器５１の反転入力端は、パーク変換部４３の出力端４４と接続されている。加算器５０，５１は、出力端４４，４５における実際値と相応の目標値との実際値目標値比較を行う。それらの加算器５０，５１の出力側はそれぞれ、Ｐ閉ループ制御装置、ＰＩ閉ループ制御装置、ＰＤ閉ループ制御装置又はＰＩＤ閉ループ制御装置として実現されている閉ループ制御装置５３，５４と接続されている。それらの閉ループ制御装置５３，５４の出力信号は、逆パーク変換部５５に供給されている。逆パーク変換５５は、実質的に、逆方向の回転方向を有しているパーク変換４３に相当する。逆パーク変換５５は以下のように定義されている：
【数３】
2017070203.tif 000005
【００３４】
ここでもまた瞬時回転角度θが必要となるので、瞬時回転角度θが計算回路４１から逆パーク変換部５５に供給される。逆パーク変換部５５は、逆クラーク変換部５６と接続されている。逆クラーク変換は以下のように定義されている：
【数４】
2017070203.tif 000006
【００３５】
逆クラーク変換５６は、逆パーク変換５５の２次元のベクトルから、交流モータ２のステータコイルを駆動制御するための３次元のベクトルを再び形成する。
【００３６】
逆クラーク変換部５６の出力側はパルス幅変調器５７と接続されている。パルス幅変調器５７は、交流モータ２のステータコイルに関する相応の電流値を、可変のパルス幅を有しているパルス信号に変換する。このパルス幅変調された信号は、電力ドライバ６を駆動制御するために、出力端Ａ1からＡ3に直接的に供給される。パルス幅変調は、ステータコイル毎に１つの信号線しか必要としないという利点を有している。更に、アナログ電圧とは異なり、ディジタル電圧だけが形成されれば良いので、電力ドライバ６の非常に簡単な駆動制御が実現される。従って、電力ドライバ６に関しては、電流をオン・オフすることができる簡単なスイッチングトランジスタで十分である。
【符号の説明】
【００３７】
１  装置
２  交流モータ
３  伝動装置
４  物体
５  コントローラ
６  電力ドライバ
７  駆動軸
８  センサ
９  動作電圧
１０  発電機電圧
１１  整流器
１２  コンデンサ
１３  ダイオード
１４  回転数
１５  分圧器
１６  分圧器
１７  駆動制御部
２０  比較器
２１  基準電圧源
２２  制御入力端
２３  スイッチ
２４  閉ループ制御装置
２５  目標値発生器
２６  信号経路
２７  信号経路
３０  閉ループ制御装置
４０  クラーク変換部
４１  計算回路
４２  信号経路
４３  パーク変換部
４４  出力端
４５  出力端
５０  加算器
５１  加算器
５２  出力端
５３  閉ループ制御装置
５４  閉ループ制御装置
５５  逆パーク変換部
５６  逆クラーク変換部
５７  パルス幅変調器
θ  瞬時回転角度
ω  瞬時回転数
【図１】
2017070203.tif 000007
【図２】
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【外国語明細書】
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