(57)【要約】本発明は、電気機械（１０５）を安全な状態にすることに関する。インバータ（１１０）は、第１電位および第２電位を有する電圧源において、電気機械を制御するように構成されている。この場合インバータは、第１電流弁（１２０）と、第２電流弁（１２５）と、電気機械のための接続部と、をそれぞれが備える複数のブリッジ回路と、電流弁（１２０、１２５）のための個別の制御信号を受信する第１インターフェイス（１３０）と、スイッチオフ信号を検出する第２インターフェイス（１４０）と、を備える。第１電流弁は、それぞれ、高電位と、関連する接続部との間の電流を制御するように構成されている。第２電流弁は、それぞれ、関連する接続部と、低電位との間の電流を制御するように構成されている。スイッチオフ装置（１４５）は、スイッチオフ信号に応じて、かつ第１インターフェイスにおける信号から独立して、すべての第１電流弁、またはすべての第２電流弁のいずれかを閉じるように構成されている。【選択図】図１
2020537861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電位および第２電位を有する電圧源において、電気機械（１０５）を制御するインバータ（１１０）であって、
第１電流弁（１２０）と、第２電流弁（１２５）と、前記電気機械（１０５）のための接続部と、をそれぞれが備える複数のブリッジ回路と、
前記電流弁（１２０、１２５）のための個別の制御信号を受信する第１インターフェイス（１３０）と、を備え、
前記第１電流弁（１２０）は、それぞれ、高電位と、関連する接続部との間の電流を制御し、
前記第２電流弁（１２５）は、それぞれ、関連する接続部と、低電位との間の電流を制御し、前記インバータ（１１０）は、
スイッチオフ信号を検出する第２インターフェイス（１４０）を備え、
スイッチオフ装置（１４５）は、前記スイッチオフ信号に応じて、かつ前記第１インターフェイス（１３０）における信号から独立して、すべての第１電流弁（１２０）、またはすべての第２電流弁（１２５）のいずれかを閉じるように構成されていることを特徴とする、インバータ（１１０）。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ（１１０）であって、前記スイッチオフ装置（１４５）は、欠陥のある電流弁（１２０、１２５）を決定し、決定結果に応じて、前記第１電流弁（１２０）または前記第２電流弁（１２５）を閉じるように構成されている、インバータ（１１０）。
【請求項３】
請求項２に記載のインバータ（１１０）であって、前記スイッチオフ装置（１４５）は、１つの電流弁（１２０、１２５）を開くことができない場合に、この電流弁（１２０、１２５）に対応するすべての電流弁（１２０、１２５）を閉じるように構成されている、インバータ（１１０）。
【請求項４】
請求項２に記載のインバータ（１１０）であって、前記スイッチオフ装置（１４５）は、１つの電流弁（１２０、１２５）を閉じることができない場合に、この電流弁（１２０、１２５）に対応しないすべての電流弁（１２０、１２５）を閉じるように構成されている、インバータ（１１０）。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のインバータ（１１０）であって、前記スイッチオフ装置（１４５）は、電流弁（１２０、１２５）を閉じる制御信号を、前記第１インターフェイス（１３０）において無効化するように構成されている、インバータ（１１０）。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のインバータ（１１０）であって、前記スイッチオフ装置（１４５）は、電流弁（１２０、１２５）を開く制御信号を、前記第１インターフェイス（１３０）において無効化するように構成されている、インバータ（１１０）。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のインバータ（１１０）であって、前記スイッチオフ装置（１４５）は、ハードワイヤードロジックとして実装されている、インバータ（１１０）。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載のインバータ（１１０）であって、３つのブリッジ回路を備え、前記インバータ（１１０）が三相電機機械式変換器を接続するように構成されている、インバータ（１１０）。
【請求項９】
アクチュエータであって、請求項１〜８の何れか一項に記載のインバータ（１１０）と、電気機械（１０５）と、前記電気機械（１０５）の回転挙動を制御するように構成されている制御装置と、を備えるアクチュエータ。
【請求項１０】
インバータ（１１０）を用いて第１電位および第２電位を有する電圧源において作動する電気機械（１０５）を制御する方法であって、前記インバータ（１１０）が、
第１電流弁（１２０）と、第２電流弁（１２５）と、前記電気機械（１０５）のための接続部と、をそれぞれが備える複数のブリッジ回路と、
前記電流弁（１２０、１２５）のための個別の制御信号を受信する第１インターフェイス（１３０）と、を備え、
前記第１電流弁（１２０）は、それぞれ、高電位と、関連する接続部との間の電流を制御し、
前記第２電流弁（１２５）は、それぞれ、関連する接続部と、低電位との間の電流を制御し、
前記方法は、
スイッチオフ信号を検出するステップ（２０５）と、
前記第１インターフェイス（１３０）における信号から独立して、すべての第１電流弁（１２０）またはすべての第２電流弁（１２５）を閉じるステップ（２２０）と、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気機械の制御に関する。特に、本発明は電気機械を安全状態にすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械、例えば電気モータは、インバータを用いてその運動挙動を制御することができる。この目的のために、インバータは、通常、複数のブリッジ回路を備える。ブリッジ回路は、それぞれ、２つの電流弁を備える。機械の関連する接続部に所定の電位を供給するために、電流弁を交互に作動させることができる。
【０００３】
電気機械をスイッチオフするために、機械の電気接続部が共通の電位と接続され、機械が能動的に短絡されるように、電流弁を作動させることができる。次いで、機械の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、短絡を介して、電気エネルギーを熱に変換することができる。そのため、機械を、外部の制動作業を行わずに迅速に制動できる。
【０００４】
能動的なスイッチオフは、電流弁を制御する制御装置が、欠陥を有する、または電流弁と接続されていない場合には、利用できない可能性がある。たとえ装置に欠陥があっても能動的な短絡を起こすことができるように、適切なプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を介して、必要に応じて電流弁の制御端子を固定電位と接続することが提案されていた。しかしながら、必要とされる場合にどの電流弁が閉じるかは、通常、存在するエラーに応じては決定されない。そのため、機械をスイッチオフにしようとする試みが、電流弁に供給する中間回路において短絡を起こす可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、このように制御される電気機械をスイッチオフするための、改良された技術を提供することである。本発明は、独立請求項に記載の主題を用いてこの課題を解決する。従属請求項は、好適な実施形態を反映する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
インバータは、第１電位および第２電位を有する電圧源において、電気機械を制御するように構成されている。この場合インバータは、第１電流弁と、第２電流弁と、電気機械のための接続部と、をそれぞれが備える複数のブリッジ回路と、電流弁のための個別の制御信号を受信する第１インターフェイスと、スイッチオフ信号を検出する第２インターフェイスと、を備える。第１電流弁は、それぞれ、高電位と、関連する接続部との間の電流を制御するように構成されている。第２電流弁は、それぞれ、関連する接続部と、低電位との間の電流を制御するように構成されている。スイッチオフ装置は、スイッチオフ信号に応じて、かつ第１インターフェイスにおける信号から独立して、すべての第１電流弁、またはすべての第２電流弁のいずれかを閉じるように構成されている。
【０００７】
スイッチオフ装置は、電気機械を安全な状態にするために、例えばスイッチオフ信号のタイプに応じて、すべての第１電流弁、またはすべての第２電流弁のいずれかを動的に閉じることができる。通常、安全な状態は停止を含む。その際、機械に電流は流れない。特に第１インターフェイスと接続可能な制御装置が、正常に作動しない、または存在しない場合には、スイッチオフ装置を用いて、安全な状態を制御することができる。一実施形態において、２つの異なるスイッチオフ信号を区別することができる。一方のスイッチオフ信号はすべての第１電流弁の閉鎖に至り、他方のスイッチオフ信号はすべての第２電流弁の閉鎖に至る。スイッチオフ信号は、同時に存在できないように選択することができる。例えば、第１信号はスイッチオフを要求し、第２信号は、第１電流弁と第２電流弁との間のバイナリ信号を選択することができる。
【０００８】
電気機械は、例えば、サーボモータまたはトラクションモータを備えることができる。特に、自動車に搭載して使用するように、電気機械を構成することができる。インバータは、電気機械のために常に冗長な制御経路を利用できるように、スイッチオフ装置と一体とすることができる。スイッチオフ装置は、電子回路を含むことができ、インバータの他の電子素子と一体とすることができる。一実施形態において、スイッチオフ装置は電流弁とも一体とすることができる。電流弁は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、特に金属酸化物ＦＥＴ、またはサイリスタもしくは他の半導体をも含むことができる。
【０００９】
スイッチオフ装置は、例えば、ＳｉＰ（「System-in-Package」）として実現することができる。この場合、受動素子および能動素子、ならびにさらなるコンポーネントは、マイクロシステム技術を用いて、複数の半導体チップ上に製造することができる。これらは、適切な実装技術または接続技術を用いて、ハウジング（ＩＣパッケージと称される）内で組み合わせることができる。代替的に、スイッチオフ装置を、複数の半導体チップからなるＭＣＭ（「Multi Chip Modul」）として、共通のハウジング内で一体とすることもできる。さらなる実施形態において、スイッチオフ装置を、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ:Application Specific Integrated Citcuit）として実現することもできる。
【００１０】
スイッチオフ装置は、欠陥のある電流弁を決定し、決定結果に応じて、第１電流弁または第２電流弁を閉じるように構成することができる。そのため、安全な状態を制御するためにどの電流弁を閉じるべきであるかを、外部で決定する必要がない。これは、エラーを決定すべきである外部機能コンポーネント自体が機能不全である場合に、特に関連する。スイッチオフ信号は、例えば、ユーザ制御下で供給することができる。安全な状態をとることをどのように制御すべきかの決定を、インバータによって独立して実行することができる。
【００１１】
第１変形実施形態において、スイッチオフ装置は、１つの電流弁を開くことができない場合に、この電流弁に対応するすべての電流弁を閉じるように構成されている。例えば、１つの第１電流弁が永久的に閉じられている場合、すべての他の第１電流弁を閉じることによって、能動的な短絡を依然として制御することができる。これに代わって第２電流弁が閉じられると、能動的な短絡を発生させることはできるであろうが、同時に、通常作動において電気機械に供給できる電位からの、または発電作動の際に電気機械に供給できる電位までの電位にわたって、短絡が存在するであろう。
【００１２】
第２変形実施形態において、スイッチオフ装置は、１つの電流弁を閉じることができない場合に、この電流弁に対応しないすべての電流弁を閉じるように構成されている。例えば、１つの第１電流弁が永久的に開いている場合、すべての第２電流弁を閉じることによって、能動的な短絡を依然として制御することができる。この場合、第１電流弁を閉じても、ほんの僅かな効果のみを及ぼすか、または全く効果がないであろう。
【００１３】
スイッチオフ装置は、電流弁を閉じる制御信号を、第１インターフェイスにおいて無効化するように構成することができる。（１６５のタスク）これによって、能動的な短絡に関与していない電流弁が閉じられことを回避し、その閉鎖によって電位の間の短絡が発生する可能性を排除することができる。
【００１４】
スイッチオフ装置は、電流弁を開く制御信号を、第１インターフェイスにおいて無効化するように構成することができる。（１６５のタスク）これによって、作動される能動的な短絡が、すべての相互に対応する電流弁、すなわちすべての第１電流弁またはすべての第２電流弁を、確実に包含することができる。そのため、能動的な短絡の効率を上げることができる。
【００１５】
スイッチオフ装置またはその一部は、ハードワイヤードロジックとして実装することができる。これによって、処理速度および耐外乱性を高めることができる。さらに、ロジックをすでに構想フェーズにおいて徹底的に検証できる。そのため、その後に誤ったスイッチングが発生する可能性が、非常に低くなる。
【００１６】
インバータは、３つのブリッジ回路を備えることができる。好適には、インバータが三相電機機械式変換器を接続するように構成されている。電気機械式変換器は、一般に、モータまたは発電機として作動する電気機械を含むことができる。例えば、電気機械式変換器は、特に回転磁界装置である回転機械を含むことができる。回転磁界装置は、例えば、フィールド指向制御（ＦＯＳ:feldorientierte Steuerung/ＦＯＣ:field-oriented control）を用いて制御することができる。電気機械は、非同期機（ＡＳＭ:Asynchronmaschine/Asynchronous machine）または永久励起同期機（ＰＳＭ:permanent erregte Synchronmaschine/permanent-excited synchronous machine）を含むことができる。
【００１７】
他の実施形態において、インバータは２つのみのブリッジ回路を備える。この構成は、Ｈブリッジとしても既知である。この場合、電気機械は特に整流型の直流モータを備えてよい。
【００１８】
アクチュエータは、本明細書に記載のインバータと、電気機械と、電気機械の回転挙動を制御するように構成された制御装置と、を備える。アクチュエータは、例えば、特に自動車に搭載された、一体とされた制御駆動装置またはトラクション駆動装置として使用することができる。
【００１９】
本明細書に記載の、インバータを用いて第１電位および第２電位を有する電圧源において作動する電気機械を制御する方法は、スイッチオフ信号を検出するステップと、第１インターフェイスにおける信号から独立して、すべての第１電流弁またはすべての第２電流弁を閉じるステップと、を含む。この場合、第１ケースにおいては、専ら第１電流弁を閉じ、かつ第２電流弁を閉じない。または第２ケースにおいては、第２電流弁を閉じ、かつ第１電流弁を閉じない。この区別は、排他的論理和（ＸＯＲ:eXclusive OR）としても知られている。
【００２０】
以下で、添付の図面を参照して本発明を詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】制御可能な電気機械を備えるシステムの図である。
【図２】電気機械を制御する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、制御可能な電気機械１０５およびインバータ１１０を備えるシステム１００を示す。本実施形態において、電気機械１０５は３つの接続部を備える。電気機械１０５を、特に三相電気機械式アクチュエータとして実現することができる。したがって、インバータ１１０は、３つのブリッジ回路１１５を備える。ブリッジ回路１１５は、それぞれ、第１電流弁１２０および第２電流弁１２５を備える。ブリッジ回路１１５は、高電位と低電位との間の電圧を供給する中間回路コンデンサ１８０を備える中間回路で、作動させることができる。中間回路は、例えばバッテリ１２８を含むことができる。バッテリ１２８のブリッジ回路１１５への接続は、図１には示されていない。
【００２３】
電流弁１２０、１２５は、半導体技術を用いて製造可能とすることが好ましい。この場合、第１電流弁１２０は、高電位と接続されており、ハイサイドスイッチとも称することができる。一方第２電流弁１２５は、この場合低電位と接続されており、ローサイドスイッチとも称することができる。電流弁１２０、１２５の制御端子は、個別に、第１インターフェイス１３０に導かれている。電気機械１０５を制御する制御装置１３５を、第１インターフェイス１３０と接続することができる（図示せず）。制御装置１３５は、特に、電気機械１０５のフィールド指向制御（ＦＯＳ:feldorientierte Steuerung/ＦＯＣ:field-oriented control）またはフィールド指向調整（ＦＯＲ:feldorientierte Regelung/ＦＯＲ:field-oriented regulation）を実行することができる。
【００２４】
インバータ１１０は、スイッチオフ装置１４５と接続された第２インターフェイス１４０をさらに備える。本実施形態において、第２インターフェイス１４０は複数の信号を有する。他の実施形態においては、単一の信号でも十分とすることが可能である。スイッチオフ装置１４５は、第２インターフェイス１４０でスイッチオフ信号を検出し、次いで電気機械１０５を安全な状態にするように構成されている。この目的のためにスイッチオフ装置１４５は、特に、電気機械１０５の接続部が高電位と接続されている第１の能動的な短絡を電気機械１０５において起こすために、第１電流弁１２０を閉じる、または接続部が低電位を接続されている第２の能動的な短絡を電気機械１０５において起こすために、第２電流弁１２５を閉じる、のいずれかを実行することができる。
【００２５】
相互に対応する電流弁１２０、１２５を、それぞれ、個別の第１ドライバ１５０を用いて作動させることができる。第１ドライバ１５０は、図示のようなチェーン（デイジーチェーン）として、またはそれぞれが個別に、スイッチオフ装置１４５と接続され、相互接続されてよい。または、電流弁１２０、１２５を、共通のドライバ１５５を用いてスイッチオフ装置１４５によって作動させることができる。スイッチオフ装置１４５またはドライバ１５０、１５５および第１インターフェイス１３０は、制御信号のレベルでの短絡を回避するために、例えばダイオード１６０を用いて相互に分離されている。他の解決策として、例えば、論理ゲート、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ又は抵抗を使用することができる。
【００２６】
スイッチ１６５は、第２インターフェイス１４０を介してスイッチオフ装置１４５と接続されており、機能不全の際に第１インターフェイス１３０を無効化する、または第１インターフェイス１３０の機能を分離することによって第１インターフェイスをオーバーライドするように機能する。
【００２７】
スイッチオフ装置１４５は、複数のスイッチオフ信号を受信できる。制御装置１３５が例えばエラー状態を決定すると、制御装置１３５はスイッチオフ信号を供給することができる。第２スイッチオフ信号は、電圧モニタ１７０から発することができる。ブリッジ回路１１５に供給する中間回路コンデンサ１８０における中間回路の電圧が、または電圧源１２８の電圧が、所定の値を下回るか、または他の所定の値を上回る場合に、第２スイッチオフ信号を供給することができる。本実施形態において、信号または状態を、特に制御装置１３５と交換するために設けられ、それに応じて名付けられた、追加的な任意選択の制御接続が示されている。
【００２８】
図２は、図１の種類のインバータ１１０を用いて接続されている電気機械１０５を制御する方法２００の、フローチャートを示す。方法２００を、インバータ１１０、特にそのスイッチオフ装置１４５を用いて、全体的または部分的に実行することができる。この目的のために、スイッチオフ装置は、プログラム可能なマイクロコンピュータまたはマイクロコントローラを備えることができる。方法２００は、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品の形態であってよい。方法２００の特徴、オプション、または利点を、インバータ１１０またはスイッチオフ装置１４５に転送することができる。また、その逆も可能である。
【００２９】
第１ステップ２０５において、エラー状態を決定することができる。エラー状態は、例えば制御装置１３５、電圧モニタ１７０、またはスイッチオフ装置１４５によって決定することができる。いずれの場合でも、電気機械１０５を安全な状態にする要件を含むスイッチオフ信号を決定することができる。
【００３０】
任意選択のステップ２１０において、電流弁１２０、１２５の機能を決定することができる。特に、電流弁１２０、１２５のうちの１つを開くことができない、または閉じることができない、をチェックすることができる。決定結果に基づいて、ステップ２１５において、第１電流弁１２０を閉じることによって、または第２電流弁１２５を閉じることによって、安全な状態を制御すべきかを決定することができる。電流弁１２０、１２５のうちの１つを開くことができない場合には、すべての対応する電流弁１２０、１２５を閉じるべきである。電流弁１２０、１２５のうちの１つを閉じることができない場合には、すべての対応しない電流弁１２０、１２５を閉じるべきである。すべての電流弁１２０、１２５が正常である場合、デフォルト設定を使用することができる、または第１電流弁１２０もしくは第２電流弁１２５のいずれかをランダムに選択することができる。ステップ２０５において決定したスイッチオフ信号が、機械１０５を安全な状態にするために、電流弁１２０、１２５のどちらを閉じるべきかを示す場合、ステップ２１０におけるチェックを省略することができる。他の実施形態において、チェックの結果は、スイッチオフ信号を介して受信された要件をオーバーライドすることができる。
【００３１】
ステップ２２０において、従前に決定した第１電流弁１２０、または従前に決定した第２電流弁１２５を閉じることによって、安全な状態を制御することができる。一実施形態において、第１インターフェイス１３０を介して提供される制御信号を無効化する、オーバーライドにする、またはオフに切り換える。さらに、安全な状態の作動を示す信号を、外部に供給することができる。任意選択的に、信号は、どの電流弁１２０、１２５が閉じられるかの指示を含む。信号を、特に、制御装置１３５に供給することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１００  システム
１０５  電気機械
１１０  インバータ
１１５  ブリッジ回路
１２０  第１電流弁（ハイサイドスイッチ）
１２５  第２電流弁（ローサイドスイッチ）
１２８  電圧源（例えばＬＯＤ）
１３０  第１インターフェイス
１３５  制御装置
１４０  第２インターフェイス
１４５  スイッチオフ装置
１５０  第１ドライバ
１５５  第２ドライバ
１６０  ダイオード
１６５  スイッチ
１７０  電圧モニタ
１８０  中間回路コンデンサ
２００  方法
２０５  エラー状態を決定するステップ
２１０  電流弁の機能を決定するステップ
２１５  能動的な短絡を決定するステップ
２２０  能動的な短絡を作動させるステップ
【図１】
2020537861.tif 000003
【図２】
2020537861.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月11日(2019.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電位および第２電位を有する電圧源において、電気機械（１０５）を制御するインバータ（１１０）であって、
第１電流弁（１２０）と、第２電流弁（１２５）と、制御される前記電気機械（１０５）と接続するための接続部と、をそれぞれが備える複数のブリッジ回路と、
前記第１および第２電流弁（１２０、１２５）のための個別の制御信号を受信する第１インターフェイス（１３０）と、を備え、
前記第１電流弁（１２０）は、それぞれ、高電位と、関連する接続部との間の電流を制御し、
前記第２電流弁（１２５）は、それぞれ、関連する接続部と、低電位との間の電流を制御し、前記インバータ（１１０）は、
スイッチオフ信号を検出する第２インターフェイス（１４０）を備え、
スイッチオフ装置（１４５）は、前記スイッチオフ信号に応じて、かつ前記第１インターフェイス（１３０）における信号から独立して、すべての第１電流弁（１２０）、またはすべての第２電流弁（１２５）のいずれかを閉じるように構成され、
前記スイッチオフ装置（１４５）は、欠陥のある電流弁（１２０、１２５）を決定し、１つの第１電流弁（１２０）を閉じることができない場合に、すべての第２電流弁（１２５）を閉じるように構成されていることを特徴とする、インバータ（１１０）。
【請求項２】
第１電位および第２電位を有する電圧源において、電気機械（１０５）を制御するインバータ（１１０）であって、
第１電流弁（１２０）と、第２電流弁（１２５）と、制御される前記電気機械（１０５）と接続するための接続部と、をそれぞれが備える複数のブリッジ回路と、
前記第１および第２電流弁（１２０、１２５）のための個別の制御信号を受信する第１インターフェイス（１３０）と、を備え、
前記第１電流弁（１２０）は、それぞれ、高電位と、関連する接続部との間の電流を制御し、
前記第２電流弁（１２５）は、それぞれ、関連する接続部と、低電位との間の電流を制御し、前記インバータ（１１０）は、
スイッチオフ信号を検出する第２インターフェイス（１４０）を備え、
スイッチオフ装置（１４５）は、前記スイッチオフ信号に応じて、かつ前記第１インターフェイス（１３０）における信号から独立して、すべての第１電流弁（１２０）、またはすべての第２電流弁（１２５）のいずれかを閉じるように構成され、
前記スイッチオフ装置（１４５）は、欠陥のある電磁弁（１２０、１２５）を決定し、１つの第２電流弁（１２５）を閉じることができない場合に、すべての第１電流弁（１２０）を閉じるように構成されていることを特徴とする、インバータ（１１０）。
【請求項３】
請求項１または２に記載のインバータ（１１０）であって、前記スイッチオフ装置（１４５）は、第１電流弁または第２電流弁（１２０、１２５）を閉じる制御信号を、前記第１インターフェイス（１３０）において無効化するように構成されている、インバータ（１１０）。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のインバータ（１１０）であって、前記スイッチオフ装置（１４５）は、第１電流弁または第２電流弁（１２０、１２５）を開く制御信号を、前記第１インターフェイス（１３０）において無効化するように構成されている、インバータ（１１０）。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のインバータ（１１０）であって、前記スイッチオフ装置（１４５）は、ハードワイヤードロジックとして実装されている、インバータ（１１０）。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のインバータ（１１０）であって、３つのブリッジ回路を備え、前記インバータ（１１０）が三相電機機械式変換器を接続するように構成されている、インバータ（１１０）。
【請求項７】
アクチュエータであって、請求項１〜６の何れか一項に記載のインバータ（１１０）と、電気機械（１０５）と、前記電気機械（１０５）の回転挙動を制御するように構成されている制御装置と、を備えるアクチュエータ。
【請求項８】
インバータ（１１０）を用いて第１電位および第２電位を有する電圧源において作動する電気機械（１０５）を制御する方法であって、前記インバータ（１１０）が、
第１電流弁（１２０）と、第２電流弁（１２５）と、制御される前記電気機械（１０５）と接続するための接続部と、をそれぞれが備える複数のブリッジ回路と、
前記第１および第２電流弁（１２０、１２５）のための個別の制御信号を受信する第１インターフェイス（１３０）と、を備え、
前記第１電流弁（１２０）は、それぞれ、高電位と、関連する接続部との間の電流を制御し、
前記第２電流弁（１２５）は、それぞれ、関連する接続部と、低電位との間の電流を制御し、
前記方法は、
スイッチオフ信号を検出するステップ（２０５）と、
欠陥のある電流弁（１２０、１２５）を決定するステップと、
１つの第１電流弁（１２０）を閉じることができない場合に、前記第１インターフェイス（１３０）における信号から独立して、すべての第２電流弁（１２５）を閉じるステップと、を含む方法。
【請求項９】
インバータ（１１０）を用いて第１電位および第２電位を有する電圧源において作動する電気機械（１０５）を制御する方法であって、前記インバータ（１１０）が、
第１電流弁（１２０）と、第２電流弁（１２５）と、制御される前記電気機械（１０５）と接続するための接続部と、をそれぞれが備える複数のブリッジ回路と、
前記第１および第２電流弁（１２０、１２５）のための個別の制御信号を受信する第１インターフェイス（１３０）と、を備え、
前記第１電流弁（１２０）は、それぞれ、高電位と、関連する接続部との間の電流を制御し、
前記第２電流弁（１２５）は、それぞれ、関連する接続部と、低電位との間の電流を制御し、
前記方法は、
スイッチオフ信号を検出するステップ（２０５）と、
欠陥のある電流弁（１２０、１２５）を決定するステップと、
１つの第２電流弁（１２５）を閉じることができない場合に、前記第１インターフェイス（１３０）における信号から独立して、すべての第１電流弁（１２０）を閉じるステップと、を含む方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気機械の制御に関する。特に、本発明は電気機械を安全状態にすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械、例えば電気モータは、インバータを用いてその運動挙動を制御することができる。この目的のために、インバータは、通常、複数のブリッジ回路を備える。ブリッジ回路は、それぞれ、２つの電流弁を備える。機械の関連する接続部に所定の電位を供給するために、電流弁を交互に作動させることができる。
【０００３】
電気機械をスイッチオフするために、機械の電気接続部が共通の電位と接続され、機械が能動的に短絡されるように、電流弁を作動させることができる。次いで、機械の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、短絡を介して、電気エネルギーを熱に変換することができる。そのため、機械を、外部の制動作業を行わずに迅速に制動できる。
【０００４】
能動的なスイッチオフは、電流弁を制御する制御装置が、欠陥を有する、または電流弁と接続されていない場合には、利用できない可能性がある。たとえ装置に欠陥があっても能動的な短絡を起こすことができるように、適切なプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を介して、必要に応じて電流弁の制御端子を固定電位と接続することが提案されていた。しかしながら、必要とされる場合にどの電流弁が閉じるかは、通常、存在するエラーに応じては決定されない。そのため、機械をスイッチオフにしようとする試みが、電流弁に供給する中間回路において短絡を起こす可能性がある。
【０００５】
ドイツ特許出願公開第１０  ２００５  ００９  ３４１  Ａ１号明細書は、電圧中間回路で電気モータを作動させる駆動回路に関する。中間回路の電圧が高すぎる場合、駆動回路が、電気モータの接続部で短絡を発生させる。
【０００６】
ドイツ特許出願公開第１０  ２０１０  ０６２  ３３４  Ａ１号明細書は、高電位と低電位との間で消費装置を制御するブリッジ回路に関する。消費装置を保護するために、高電位と接続された短絡と、低電位と接続された短絡を、交互に発生させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０  ２００５  ００９  ３４１  Ａ１号
【特許文献２】ドイツ特許出願公開第１０  ２０１０  ０６２  ３３４  Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、このように制御される電気機械をスイッチオフするための、改良された技術を提供することである。本発明は、独立請求項に記載の主題を用いてこの課題を解決する。従属請求項は、好適な実施形態を反映する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
インバータは、第１電位および第２電位を有する電圧源において、電気機械を制御するように構成されている。この場合インバータは、第１電流弁と、第２電流弁と、電気機械のための接続部と、をそれぞれが備える複数のブリッジ回路と、電流弁のための個別の制御信号を受信する第１インターフェイスと、スイッチオフ信号を検出する第２インターフェイスと、を備える。第１電流弁は、それぞれ、高電位と、関連する接続部との間の電流を制御するように構成されている。第２電流弁は、それぞれ、関連する接続部と、低電位との間の電流を制御するように構成されている。スイッチオフ装置は、スイッチオフ信号に応じて、かつ第１インターフェイスにおける信号から独立して、すべての第１電流弁、またはすべての第２電流弁のいずれかを閉じるように構成されている。
【００１０】
スイッチオフ装置は、電気機械を安全な状態にするために、例えばスイッチオフ信号のタイプに応じて、すべての第１電流弁、またはすべての第２電流弁のいずれかを動的に閉じることができる。通常、安全な状態は停止を含む。その際、機械に電流は流れない。特に第１インターフェイスと接続可能な制御装置が、正常に作動しない、または存在しない場合には、スイッチオフ装置を用いて、安全な状態を制御することができる。一実施形態において、２つの異なるスイッチオフ信号を区別することができる。一方のスイッチオフ信号はすべての第１電流弁の閉鎖に至り、他方のスイッチオフ信号はすべての第２電流弁の閉鎖に至る。スイッチオフ信号は、同時に存在できないように選択することができる。例えば、第１信号はスイッチオフを要求し、第２信号は、第１電流弁と第２電流弁との間のバイナリ信号を選択することができる。
【００１１】
電気機械は、例えば、サーボモータまたはトラクションモータを備えることができる。特に、自動車に搭載して使用するように、電気機械を構成することができる。インバータは、電気機械のために常に冗長な制御経路を利用できるように、スイッチオフ装置と一体とすることができる。スイッチオフ装置は、電子回路を含むことができ、インバータの他の電子素子と一体とすることができる。一実施形態において、スイッチオフ装置は電流弁とも一体とすることができる。電流弁は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、特に金属酸化物ＦＥＴ、またはサイリスタもしくは他の半導体をも含むことができる。
【００１２】
スイッチオフ装置は、例えば、ＳｉＰ（「System-in-Package」）として実現することができる。この場合、受動素子および能動素子、ならびにさらなるコンポーネントは、マイクロシステム技術を用いて、複数の半導体チップ上に製造することができる。これらは、適切な実装技術または接続技術を用いて、ハウジング（ＩＣパッケージと称される）内で組み合わせることができる。代替的に、スイッチオフ装置を、複数の半導体チップからなるＭＣＭ（「Multi Chip Modul」）として、共通のハウジング内で一体とすることもできる。さらなる実施形態において、スイッチオフ装置を、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ:Application Specific Integrated Citcuit）として実現することもできる。
【００１３】
スイッチオフ装置は、欠陥のある電流弁を決定し、決定結果に応じて、第１電流弁または第２電流弁を閉じるように構成することができる。そのため、安全な状態を制御するためにどの電流弁を閉じるべきであるかを、外部で決定する必要がない。これは、エラーを決定すべきである外部機能コンポーネント自体が機能不全である場合に、特に関連する。スイッチオフ信号は、例えば、ユーザ制御下で供給することができる。安全な状態をとることをどのように制御すべきかの決定を、インバータによって独立して実行することができる。
【００１４】
第１変形実施形態において、スイッチオフ装置は、１つの電流弁を開くことができない場合に、この電流弁に対応するすべての電流弁を閉じるように構成されている。例えば、１つの第１電流弁が永久的に閉じられている場合、すべての他の第１電流弁を閉じることによって、能動的な短絡を依然として制御することができる。これに代わって第２電流弁が閉じられると、能動的な短絡を発生させることはできるであろうが、同時に、通常作動において電気機械に供給できる電位からの、または発電作動の際に電気機械に供給できる電位までの電位にわたって、短絡が存在するであろう。
【００１５】
第２変形実施形態において、スイッチオフ装置は、１つの電流弁を閉じることができない場合に、この電流弁に対応しないすべての電流弁を閉じるように構成されている。例えば、１つの第１電流弁が永久的に開いている場合、すべての第２電流弁を閉じることによって、能動的な短絡を依然として制御することができる。この場合、第１電流弁を閉じても、ほんの僅かな効果のみを及ぼすか、または全く効果がないであろう。
【００１６】
スイッチオフ装置は、電流弁を閉じる制御信号を、第１インターフェイスにおいて無効化するように構成することができる。（１６５のタスク）これによって、能動的な短絡に関与していない電流弁が閉じられことを回避し、その閉鎖によって電位の間の短絡が発生する可能性を排除することができる。
【００１７】
スイッチオフ装置は、電流弁を開く制御信号を、第１インターフェイスにおいて無効化するように構成することができる。（１６５のタスク）これによって、作動される能動的な短絡が、すべての相互に対応する電流弁、すなわちすべての第１電流弁またはすべての第２電流弁を、確実に包含することができる。そのため、能動的な短絡の効率を上げることができる。
【００１８】
スイッチオフ装置またはその一部は、ハードワイヤードロジックとして実装することができる。これによって、処理速度および耐外乱性を高めることができる。さらに、ロジックをすでに構想フェーズにおいて徹底的に検証できる。そのため、その後に誤ったスイッチングが発生する可能性が、非常に低くなる。
【００１９】
インバータは、３つのブリッジ回路を備えることができる。好適には、インバータが三相電機機械式変換器を接続するように構成されている。電気機械式変換器は、一般に、モータまたは発電機として作動する電気機械を含むことができる。例えば、電気機械式変換器は、特に回転磁界装置である回転機械を含むことができる。回転磁界装置は、例えば、フィールド指向制御（ＦＯＳ:feldorientierte Steuerung/ＦＯＣ:field-oriented control）を用いて制御することができる。電気機械は、非同期機（ＡＳＭ:Asynchronmaschine/Asynchronous machine）または永久励起同期機（ＰＳＭ:permanent erregte Synchronmaschine/permanent-excited synchronous machine）を含むことができる。
【００２０】
他の実施形態において、インバータは２つのみのブリッジ回路を備える。この構成は、Ｈブリッジとしても既知である。この場合、電気機械は特に整流型の直流モータを備えてよい。
【００２１】
アクチュエータは、本明細書に記載のインバータと、電気機械と、電気機械の回転挙動を制御するように構成された制御装置と、を備える。アクチュエータは、例えば、特に自動車に搭載された、一体とされた制御駆動装置またはトラクション駆動装置として使用することができる。
【００２２】
本明細書に記載の、インバータを用いて第１電位および第２電位を有する電圧源において作動する電気機械を制御する方法は、スイッチオフ信号を検出するステップと、第１インターフェイスにおける信号から独立して、すべての第１電流弁またはすべての第２電流弁を閉じるステップと、を含む。この場合、第１ケースにおいては、専ら第１電流弁を閉じ、かつ第２電流弁を閉じない。または第２ケースにおいては、第２電流弁を閉じ、かつ第１電流弁を閉じない。この区別は、排他的論理和（ＸＯＲ:eXclusive OR）としても知られている。
【００２３】
以下で、添付の図面を参照して本発明を詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】制御可能な電気機械を備えるシステムの図である。
【図２】電気機械を制御する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、制御可能な電気機械１０５およびインバータ１１０を備えるシステム１００を示す。本実施形態において、電気機械１０５は３つの接続部を備える。電気機械１０５を、特に三相電気機械式アクチュエータとして実現することができる。したがって、インバータ１１０は、３つのブリッジ回路１１５を備える。ブリッジ回路１１５は、それぞれ、第１電流弁１２０および第２電流弁１２５を備える。ブリッジ回路１１５は、高電位と低電位との間の電圧を供給する中間回路コンデンサ１８０を備える中間回路で、作動させることができる。中間回路は、例えばバッテリ１２８を含むことができる。バッテリ１２８のブリッジ回路１１５への接続は、図１には示されていない。
【００２６】
電流弁１２０、１２５は、半導体技術を用いて製造可能とすることが好ましい。この場合、第１電流弁１２０は、高電位と接続されており、ハイサイドスイッチとも称することができる。一方第２電流弁１２５は、この場合低電位と接続されており、ローサイドスイッチとも称することができる。電流弁１２０、１２５の制御端子は、個別に、第１インターフェイス１３０に導かれている。電気機械１０５を制御する制御装置１３５を、第１インターフェイス１３０と接続することができる（図示せず）。制御装置１３５は、特に、電気機械１０５のフィールド指向制御（ＦＯＳ:feldorientierte Steuerung/ＦＯＣ:field-oriented control）またはフィールド指向調整（ＦＯＲ:feldorientierte Regelung/ＦＯＲ:field-oriented regulation）を実行することができる。
【００２７】
インバータ１１０は、スイッチオフ装置１４５と接続された第２インターフェイス１４０をさらに備える。本実施形態において、第２インターフェイス１４０は複数の信号を有する。他の実施形態においては、単一の信号でも十分とすることが可能である。スイッチオフ装置１４５は、第２インターフェイス１４０でスイッチオフ信号を検出し、次いで電気機械１０５を安全な状態にするように構成されている。この目的のためにスイッチオフ装置１４５は、特に、電気機械１０５の接続部が高電位と接続されている第１の能動的な短絡を電気機械１０５において起こすために、第１電流弁１２０を閉じる、または接続部が低電位を接続されている第２の能動的な短絡を電気機械１０５において起こすために、第２電流弁１２５を閉じる、のいずれかを実行することができる。
【００２８】
相互に対応する電流弁１２０、１２５を、それぞれ、個別の第１ドライバ１５０を用いて作動させることができる。第１ドライバ１５０は、図示のようなチェーン（デイジーチェーン）として、またはそれぞれが個別に、スイッチオフ装置１４５と接続され、相互接続されてよい。または、電流弁１２０、１２５を、共通のドライバ１５５を用いてスイッチオフ装置１４５によって作動させることができる。スイッチオフ装置１４５またはドライバ１５０、１５５および第１インターフェイス１３０は、制御信号のレベルでの短絡を回避するために、例えばダイオード１６０を用いて相互に分離されている。他の解決策として、例えば、論理ゲート、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ又は抵抗を使用することができる。
【００２９】
スイッチ１６５は、第２インターフェイス１４０を介してスイッチオフ装置１４５と接続されており、機能不全の際に第１インターフェイス１３０を無効化する、または第１インターフェイス１３０の機能を分離することによって第１インターフェイスをオーバーライドするように機能する。
【００３０】
スイッチオフ装置１４５は、複数のスイッチオフ信号を受信できる。制御装置１３５が例えばエラー状態を決定すると、制御装置１３５はスイッチオフ信号を供給することができる。第２スイッチオフ信号は、電圧モニタ１７０から発することができる。ブリッジ回路１１５に供給する中間回路コンデンサ１８０における中間回路の電圧が、または電圧源１２８の電圧が、所定の値を下回るか、または他の所定の値を上回る場合に、第２スイッチオフ信号を供給することができる。本実施形態において、信号または状態を、特に制御装置１３５と交換するために設けられ、それに応じて名付けられた、追加的な任意選択の制御接続が示されている。
【００３１】
図２は、図１の種類のインバータ１１０を用いて接続されている電気機械１０５を制御する方法２００の、フローチャートを示す。方法２００を、インバータ１１０、特にそのスイッチオフ装置１４５を用いて、全体的または部分的に実行することができる。この目的のために、スイッチオフ装置は、プログラム可能なマイクロコンピュータまたはマイクロコントローラを備えることができる。方法２００は、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品の形態であってよい。方法２００の特徴、オプション、または利点を、インバータ１１０またはスイッチオフ装置１４５に転送することができる。また、その逆も可能である。
【００３２】
第１ステップ２０５において、エラー状態を決定することができる。エラー状態は、例えば制御装置１３５、電圧モニタ１７０、またはスイッチオフ装置１４５によって決定することができる。いずれの場合でも、電気機械１０５を安全な状態にする要件を含むスイッチオフ信号を決定することができる。
【００３３】
任意選択のステップ２１０において、電流弁１２０、１２５の機能を決定することができる。特に、電流弁１２０、１２５のうちの１つを開くことができない、または閉じることができない、をチェックすることができる。決定結果に基づいて、ステップ２１５において、第１電流弁１２０を閉じることによって、または第２電流弁１２５を閉じることによって、安全な状態を制御すべきかを決定することができる。電流弁１２０、１２５のうちの１つを開くことができない場合には、すべての対応する電流弁１２０、１２５を閉じるべきである。電流弁１２０、１２５のうちの１つを閉じることができない場合には、すべての対応しない電流弁１２０、１２５を閉じるべきである。すべての電流弁１２０、１２５が正常である場合、デフォルト設定を使用することができる、または第１電流弁１２０もしくは第２電流弁１２５のいずれかをランダムに選択することができる。ステップ２０５において決定したスイッチオフ信号が、機械１０５を安全な状態にするために、電流弁１２０、１２５のどちらを閉じるべきかを示す場合、ステップ２１０におけるチェックを省略することができる。他の実施形態において、チェックの結果は、スイッチオフ信号を介して受信された要件をオーバーライドすることができる。
【００３４】
ステップ２２０において、従前に決定した第１電流弁１２０、または従前に決定した第２電流弁１２５を閉じることによって、安全な状態を制御することができる。一実施形態において、第１インターフェイス１３０を介して提供される制御信号を無効化する、オーバーライドにする、またはオフに切り換える。さらに、安全な状態の作動を示す信号を、外部に供給することができる。任意選択的に、信号は、どの電流弁１２０、１２５が閉じられるかの指示を含む。信号を、特に、制御装置１３５に供給することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１００  システム
１０５  電気機械
１１０  インバータ
１１５  ブリッジ回路
１２０  第１電流弁（ハイサイドスイッチ）
１２５  第２電流弁（ローサイドスイッチ）
１２８  電圧源（例えばＬＯＤ）
１３０  第１インターフェイス
１３５  制御装置
１４０  第２インターフェイス
１４５  スイッチオフ装置
１５０  第１ドライバ
１５５  第２ドライバ
１６０  ダイオード
１６５  スイッチ
１７０  電圧モニタ
１８０  中間回路コンデンサ
２００  方法
２０５  エラー状態を決定するステップ
２１０  電流弁の機能を決定するステップ
２１５  能動的な短絡を決定するステップ
２２０  能動的な短絡を作動させるステップ
【国際調査報告】
2020537861.tif 000005
2020537861.tif 000006
2020537861.tif 000007
2020537861.tif 000008