用于電驅(qū)動裝置的過壓保護裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電驅(qū)動裝置、特別是用于機動車的驅(qū)動裝置的過壓保護裝置。所述過壓保護裝置構(gòu)成為與機動車的車載電氣系統(tǒng)連接。過壓保護裝置構(gòu)成為消除在所述車載電氣系統(tǒng)中由負載的關(guān)斷產(chǎn)生的過壓。按照本發(fā)明，所述過壓保護裝置與用于電子換向的電機的控制單元連接。所述過壓保護裝置具有用于車載電氣系統(tǒng)電壓的輸入端并且構(gòu)成為檢測對預定的電壓值的超越并且根據(jù)所述電壓值的超越產(chǎn)生過壓信號。所述控制單元構(gòu)成為根據(jù)過壓信號將所述電機從發(fā)電機式運行轉(zhuǎn)變?yōu)橹辽俨糠钟袚p耗的運行或轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱訖C式運行。
【專利說明】用于電驅(qū)動裝置的過壓保護裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于電驅(qū)動裝置、特別是用于機動車的驅(qū)動裝置的過壓保護裝 置。所述過壓保護裝置構(gòu)成為與機動車的車載電氣系統(tǒng)連接。過壓保護裝置構(gòu)成為消除在 所述車載電氣系統(tǒng)中由負載的關(guān)斷產(chǎn)生的過壓。

【背景技術(shù)】
[0002] 在由現(xiàn)有技術(shù)已知的機動車中的過壓保護裝置中認識到的問題在于，這些例如通 過半導體元件形成的保護裝置自身可能由于在車載電氣系統(tǒng)中出現(xiàn)的過壓而被破壞。隨著 過壓保護裝置的破壞那么也破壞與車載電氣系統(tǒng)連接的在過壓方面敏感的負載。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 按照本發(fā)明，開始所述類型的過壓保護裝置與用于電子換向的電機的控制單元連 接。該過壓保護裝置具有用于車載電氣系統(tǒng)電壓的輸入端并且構(gòu)成為檢測對預定的電壓值 的超越并且根據(jù)所述電壓值的超越產(chǎn)生過壓信號。該控制單元構(gòu)成為根據(jù)過壓信號將所述 電機從發(fā)電機式運行至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)橛袚p耗的運行或轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱訖C式運行。如此能夠有 利地在電機中將電功率非?？焖俚卦谟袚p耗的運行中轉(zhuǎn)化為熱損耗、或者在電動機式運行 中轉(zhuǎn)化為機械能。優(yōu)選地電機能夠在標準化車載電氣系統(tǒng)電壓之后又在發(fā)電機式運行中、 特別是在純發(fā)電機式運行中被驅(qū)動。
[0004] 如此能夠有利地從車載電氣系統(tǒng)消除借助于過壓供給到車載電氣系統(tǒng)中的電能。
[0005] 在一個優(yōu)選的實施形式中，過壓保護裝置、在下文中也稱為保護裝置具有至少一 個與所述輸入端連接的半導體保護開關(guān)。所述半導體保護開關(guān)構(gòu)成為根據(jù)預定的電壓值產(chǎn) 生由所述輸入端經(jīng)由所述半導體保護開關(guān)朝接地連接端的電流并且由此一特別是借助 于電荷的導出-減小車載電氣系統(tǒng)電壓。
[0006] 半導體保護開關(guān)例如通過至少一個穩(wěn)壓二極管、至少一個穩(wěn)壓二極管與至少一個 半導體二極管的串聯(lián)電路、通過TVS二極管（瞬態(tài)電壓抑制二極管）、至少一個借助于穩(wěn)壓 二極管控制的場效應晶體管或通過至少一個壓敏電阻形成。半導體開關(guān)的反應時間優(yōu)選為 在一和十納秒之間。
[0007] 在另一實施形式中，該半導體保護開關(guān)具有場效應晶體管，其開關(guān)路徑構(gòu)成為將 用于車載電氣系統(tǒng)電壓的連接端與接地連接端連接。場效應晶體管在控制連接側(cè)與具有比 較器的電壓調(diào)節(jié)器連接，其中電壓調(diào)節(jié)器除了代表預定的電壓值的額定值電壓之外也接收 在場效應晶體管的開關(guān)路徑上下降的電壓作為輸入調(diào)節(jié)變量。
[0008] 在一個優(yōu)選的實施形式中，控制單元構(gòu)成為控制所述電機用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并且 根據(jù)所述過壓信號改變控制的相位角，并且由此至少部分地在有損耗的運行和/或在電動 機式運行中驅(qū)動所述電機。
[0009] 由此能夠有利地在電動機式運行中消耗電能并且由此將其從車載電氣系統(tǒng)提取。
[0010] 在一個優(yōu)選的實施形式中，所述控制單元構(gòu)成為，根據(jù)所述過壓信號減小控制的 相位角、尤其是在轉(zhuǎn)子角與由電機的定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之間的角度差。優(yōu)選地控制單元 構(gòu)成為，在小于90度與0度之間調(diào)節(jié)角度差。
[0011] 在該實施形式中，能夠借助于角度差有利地調(diào)節(jié)在控制單元的功率輸出級中消耗 的功率的損耗功率。在90度的角度差時完全在發(fā)電機式運行中驅(qū)動該電機。在0度的角 度差時既不是在發(fā)電機式運行中也不是在電動機式運行中驅(qū)動該電機。由電機消耗的電功 率作為消耗功率在電機中或附加地在功率輸出級中被消耗。
[0012] 優(yōu)選地，所述控制單元構(gòu)成為，根據(jù)所述過壓信號使得在轉(zhuǎn)子角與由電機的定子 產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之間的角度差消失。在該實施形式中，之前提及的角度差為零度。如此能 夠有利地一也在一個更長的時間間隔期間一將電機用作電氣負載，以便消耗由過壓引 入到車載電氣系統(tǒng)中的電能并且由此降低車載電氣系統(tǒng)電壓。
[0013] 優(yōu)選地，控制單元構(gòu)成為，根據(jù)所述過壓信號如此改變在轉(zhuǎn)子角與由電機的定子 產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之間的角度差，以使得所述電機能夠從發(fā)電機運行轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆碾妱訖C運 行。
[0014] 電機能夠如此一優(yōu)選在一個預定時間間隔中一借助于扭矩的產(chǎn)生消耗在車 載電氣系統(tǒng)中過量的電能直至車載電氣系統(tǒng)電壓降低到預定的電壓值以下。
[0015] 在一個優(yōu)選的實施形式中，所述控制單元構(gòu)成為，借助于脈寬調(diào)制器通過脈 寬調(diào)制方式控制所述電機。所述控制單元此外優(yōu)選地構(gòu)成為，根據(jù)所述過壓信號倒置 (invertieren)由所述控制單元的脈寬調(diào)制器產(chǎn)生的控制模式。
[0016] 通過倒置--該倒置相應于對借助于脈寬調(diào)制器產(chǎn)生的控制信號在時間軸上的 鏡像--電機能夠有利地非?？焖俚靥貏e是無需實施附加的運算算法地將控制的相位角 移動180度。如果用于控制電機的相位角在產(chǎn)生過壓信號之前例如位于在90度，從而電機 完全地處于發(fā)電機式運行中，那么在產(chǎn)生過壓信號之后根據(jù)過壓信號將電機完全轉(zhuǎn)變到電 動機式運行中。脈寬調(diào)制控制信號的單純的倒置有利地不需要高成本的運算算法。
[0017] 倒置能夠如此有利地借助于倒置器特別是借助于構(gòu)成用于脈寬調(diào)制的控制模式 的倒置的晶體管電路產(chǎn)生經(jīng)倒置的脈寬調(diào)制的控制模式。在另一實施形式中，控制單元構(gòu) 成為，產(chǎn)生倒置的一例如通過運算算法控制的一控制模式。
[0018] 優(yōu)選地，所述控制單元構(gòu)成為，根據(jù)所述過壓信號通過與激勵線圈連接的半導體 元件特別是半導體開關(guān)或二極管消除經(jīng)由所述電機的激勵線圈的激勵電流。通過激勵線圈 的短路或換極能夠有利地降低激勵電流，從而借助于電機的如此形成的快速去激勵能夠有 利地降低車載電氣系統(tǒng)電壓。
[0019] 借助于電機的如此形成的快速去激勵能夠有利地形成過壓保護裝置的一級，該級 能夠--通過過壓信號控制地--在電機控制的相位角的前述變化之后發(fā)生作用。如此能 夠有利地不由于在元件中產(chǎn)生的熱損耗而破壞電機的借助于相位角的變化而連接用于電 功率的消耗的元件、特別是功率輸出級或定子線圈。
[0020] 此外有利地能夠在快速去激勵激活之后不由于過熱而破壞之前提及的半導體保 護開關(guān)。
[0021] 在過壓保護裝置的一個優(yōu)選的實施形式中，過壓保護裝置具有至少一個半導體保 護開關(guān)。優(yōu)選地，該半導體保護開關(guān)能夠在一個多級式構(gòu)成的過壓保護裝置中以多級式干 預的時間順序作為多級式保護裝置的第一級起作用。在半導體保護開關(guān)的激活期間能夠由 保護裝置產(chǎn)生過壓信號。
[0022] 此外能夠在時間上的過壓保護過程期間改變電機控制的相位角。在相位角的變化 之后、例如在前述的從電機的發(fā)電機式運行到電動機式運行之后，借助于脈寬調(diào)制的控制 模式的倒置，能夠進一步將電能從車載電氣系統(tǒng)抽取，從而之前提及的半導體保護開關(guān)不 再必須完全將電能轉(zhuǎn)化為熱損耗。相位角的變化能夠形成緊接著之前提及的多級式干預的 第一級的級、特別是第二或第三級。
[0023] 在時間上的保護過程的第三級中，電機的之前提及的快速去激勵能夠承擔進一步 的保護，從而能夠不由于太高的發(fā)熱而破壞電機和/或控制單元的至少一個半導體保護開 關(guān)和由于相位角的變化通由熱損耗加熱的元件?？刂茊卧獌?yōu)選構(gòu)成為，根據(jù)過壓信號激活 如此形成的各個級，它們因此能夠在時間上相繼地干預以用于過壓的消除。
[0024] 與之前提及的實施形式中不同，其中控制單元構(gòu)成為，短路電機的激勵線圈，在另 一實施形式中控制單元構(gòu)成為，根據(jù)所述過壓信號通過與激勵線圈連接的半導體開關(guān)特別 是Η形橋也稱為全橋使得所述電機的激勵線圈換極。
[0025] 本發(fā)明也涉及一種用于驅(qū)動用于具有電機的車載電氣系統(tǒng)的過壓保護裝置的方 法。
[0026] 在一個方法步驟中，在所述電機的發(fā)電機式運行期間檢測對車載電氣系統(tǒng)電壓的 預定電壓值的超越并且產(chǎn)生代表所述超越的過壓信號。車載電氣系統(tǒng)電壓的超越例如由于 電氣負載的減載引起。
[0027] 此外優(yōu)選地，根據(jù)所述過壓信號導入所述電機的激勵磁場的快速去激勵。
[0028] 優(yōu)選在另一步驟中，檢測所述車載電氣系統(tǒng)電壓在時間上的升高并且根據(jù)所述電 壓升高如此改變所述電機的控制的相位角，以使得所述電機由發(fā)電機式運行至少部分或完 全地轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱訖C式運行。
[0029] 此外在該方法中，在超越車載電氣系統(tǒng)電壓的預定電壓閾值時激活半導體保護開 關(guān)，該半導體保護開關(guān)構(gòu)成為根據(jù)對電壓閾值的超越低歐姆地將車載電氣系統(tǒng)電壓的連接 端與接地連接端連接并且由此將電能從車載電氣系統(tǒng)消除。
[0030] 半導體保護開關(guān)優(yōu)選通過TVS二極管或借助于穩(wěn)壓二極管控制的場效應晶體管 形成。
[0031] 優(yōu)選地，通過倒置脈寬調(diào)制的控制模式來使得電機從發(fā)電機式運行轉(zhuǎn)變到電動機 式運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 在下文中現(xiàn)在根據(jù)附圖和另外的實施例描述本發(fā)明。另外的有利的實施變型產(chǎn)生 于在附圖和從屬權(quán)利要求中描述的特征。
[0033] 圖1示意地示出了具有三級構(gòu)成的過壓保護裝置的電驅(qū)動裝置的實施例；
[0034] 圖2示出了借助于脈寬調(diào)制產(chǎn)生的控制模式，用于控制與定子連接的功率輸出級 用以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；
[0035] 圖3示意地示出了在發(fā)電機式運行和電動機式運行中借助于在圖2中示出的控制 模式產(chǎn)生的磁場向量的走向；
[0036] 圖4示出了在圖1中示出的電驅(qū)動裝置的控制的相位角，其中該相位角從發(fā)電機 式運行改變?yōu)橹行赃\行并且從那兒改變?yōu)殡妱訖C式運行；
[0037] 圖5示出了一個圖，其中示出了在車載電氣系統(tǒng)電壓的根據(jù)時間的電壓曲線，其 中各個電壓曲線相應于分別相互不同的保護等級，其中一個保護等級在第二與第三保護級 之間不具有過壓保護。

【具體實施方式】
[0038] 圖1示出了電驅(qū)動裝置1的實施例。電驅(qū)動裝置1包括具有定子3和轉(zhuǎn)子5的電 機。定子3在該實施例中具有三個定子線圈，亦即定子線圈7、定子線圈8和定子線圈9。定 子3在驅(qū)動裝置的另一實施形式中也能夠具有三個以上的定子線圈，例如五個或十個定子 線圈。
[0039] 電驅(qū)動裝置1也具有功率輸出級10和過壓保護裝置2。
[0040] 電驅(qū)動裝置1也具有處理單元12作為電機的控制單元，其構(gòu)成為控制功率輸出級 10以便給定子3的定子線圈通電并且由此產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。為此處理單元12具有脈寬調(diào)制 器13。脈寬調(diào)制器13構(gòu)成為產(chǎn)生用于控制功率輸出級10的半導體開關(guān)的控制連接端的控 制信號并且將其在輸出側(cè)輸出。處理單元12例如通過微處理器、微控制器、FPAG(現(xiàn)場可 編程門陣列）或ASIC(專用集成電路）形成。處理單元12在輸出側(cè)經(jīng)由在該實施例中多 通道的連接37與功率輸出級10連接。功率輸出級10在輸出側(cè)經(jīng)由多通道的連接39與定 子并且在那兒與定子線圈7、8和9連接。定子線圈7、8和9能夠例如在一個星形設置中相 互連接。
[0041] 處理單元12在輸入側(cè)與用于車載電氣系統(tǒng)電壓的連接端25連接。處理單元12 構(gòu)成為，根據(jù)由連接端25接收的車載電氣系統(tǒng)電壓，根據(jù)轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)子位置改變用于產(chǎn)生 旋轉(zhuǎn)磁場的控制的相位角。過壓保護裝置2能夠例如為此具有模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其構(gòu)成 為將車載電氣系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出信號。處理單元12在輸入側(cè)也經(jīng)由連接33與半導 體保護開關(guān)16連接。
[0042] 半導體保護開關(guān)16在該實施例中具有場效應晶體管19,其控制連接端與一個分 壓器的輸出端連接，該分壓器由一個電阻和至少一個二極管形成，在該實施例中為穩(wěn)壓二 極管20和一個附加的與穩(wěn)壓二極管20串聯(lián)連接的半導體二極管21。
[0043] 場效應晶體管19的源極連接端與接地連接端27連接，場效應晶體管19的漏極連 接端與用于車載電氣系統(tǒng)電壓的連接端25連接。場效應晶體管19構(gòu)成為，根據(jù)預定的電 壓、特別是電壓閾值--由穩(wěn)壓二極管20和半導體二極管21控制--低歐姆地將連接端 25與接地連接端27連接。由此半導體保護開關(guān)16能夠至少在短的時間內(nèi)--只要場效應 晶體管19未被非常地加熱--通過放電消除由于過壓引入到車載電氣系統(tǒng)中的電能并且 將該電能轉(zhuǎn)換為熱損耗。
[0044] 半導體保護裝置16在該實施例中也具有比較器18。該比較器在輸入側(cè)經(jīng)由分壓 器與用于車載電氣系統(tǒng)電壓的連接端25并且經(jīng)由分壓器的另一連接端與接地連接端27連 接。比較器18構(gòu)成為，根據(jù)預定的電壓閾值產(chǎn)生過壓信號30并且將該過壓信號在輸出側(cè) 輸出。用于產(chǎn)生過壓信號30的電壓閾值在該實施例中構(gòu)成為小于預定的電壓值，在超過該 預定的電壓值時通過車載電氣系統(tǒng)電壓--特別是在線性運行中--低歐姆地接通場效 應晶體管19。半導體保護開關(guān)16的該無源的半導體元件在該實施例中是具有多個級的保 護系統(tǒng)中的第一級。保護系統(tǒng)中的第一級在該實施例中通過比較器18的電壓閾值確定第 二和第三級的激活。由此能夠借助于比較器18上升的車載電氣系統(tǒng)電壓--其例如具有 例如每毫秒100伏特的電壓升高--由比較器在例如60伏特的預定電壓閾值的情況下產(chǎn) 生過壓信號30并且在輸出側(cè)將其輸出。
[0045] 比較器的反應時間一一例如由處理單元的數(shù)字濾波器的濾波時間引起--為例 如五微秒。
[0046] 處理單元12構(gòu)成為，作為過壓保護裝置的第二級根據(jù)過壓信號30導入電機的，特 別是激勵線圈11的，快速去激勵。為此處理單元12在輸出側(cè)經(jīng)由連接線35與激勵線圈11 的供電和快速去激勵單元14連接。供電和快速去激勵單元14在該實施例中具有一個全橋， 該全橋包括兩個可控地構(gòu)成的半導體開關(guān)114和116和兩個二極管110和112。激勵線圈 11--其在輸出側(cè)經(jīng)由連接線36與供電和快速去激勵單元14連接--在供電和快速去激 勵單元14的電路圖中虛線表示為激勵線圈11'。在正常運行下經(jīng)由半導體開關(guān)114和116、 在該實施例中為場效應晶體管給激勵線圈11通電。場效應晶體管114形成低端晶體管，其 能夠在正常運行期間持久地接通，其中晶體管116形成高端晶體管，其能夠由處理單元12 并且在那兒由脈寬調(diào)制器13以脈沖模式控制。在另一實施形式中，高端晶體管116是持久 接通的，那么二極管110作為續(xù)流二極管（Freilaufdiode)作用，其中能夠通過脈沖控制低 端晶體管。供電和快速去激勵單元14構(gòu)成為，根據(jù)在輸入側(cè)經(jīng)由連接線35接收的過壓信 號關(guān)斷半導體開關(guān)、在該實施例中為場效應晶體管，從而在斷開的半導體開關(guān)114和116的 情況下經(jīng)由二極管110和112以及存在的車載電氣系統(tǒng)電壓能夠快速地消除通過激勵線圈 11的電流。
[0047] 在該實施例中，中間電路電容器17也與連接端25連接，該中間電路電容器的另一 連接端與接地連接端27連接。在該實施例中也通過中間電路電容器17通過進一步地將電 荷吸收到中間電路電容器17中來限制之前提及的電壓升高。
[0048] 處理單元12在該實施例中構(gòu)成為，檢測在輸入側(cè)接收的車載電氣系統(tǒng)電壓的電 壓升高并且根據(jù)該電壓升高特別是車載電氣系統(tǒng)電壓在時間上的變化改變功率輸出級10 并繼而改變定子3的控制的相位角。在該實施例中處理單元12構(gòu)成為，根據(jù)電壓升高倒置 由脈寬調(diào)制器13產(chǎn)生的控制模式。由此將電機特別是定子3和轉(zhuǎn)子5從發(fā)電機式運行轉(zhuǎn) 變到電動機式運行中。如此有利地阻止了，可能由于在其中轉(zhuǎn)換的熱損耗破壞半導體保護 開關(guān)16,自從已經(jīng)提及的預定的電壓值起低歐姆地導通該半導體保護開關(guān)。
[0049] 車載電氣系統(tǒng)電壓信號的濾波和直至決定導入相位逆轉(zhuǎn)的分析處理、特別是通過 控制模式的倒置需要運算時間，其中處理單元12構(gòu)成為，在由于發(fā)熱破壞半導體保護開關(guān) 16之前導入相位逆轉(zhuǎn)。
[0050] 在下文中在圖5中示出了電壓曲線在時間上的走向和處理單元、半導體保護開關(guān) 16和供電和快速去激勵單元14的作用方式。
[0051] 圖2示出了用于控制在圖1中已經(jīng)示出的功率輸出級10用以通過電機的定子3 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的控制模式。該控制模式在一個圖中示出。該圖具有時間軸40和幅值軸41。 其中示出用于定子線圈7的發(fā)電機式運行的控制信號43、用于定子線圈8的發(fā)電機式運行 的控制信號45以及用于定子線圈9的發(fā)電機式運行的控制信號47。
[0052] 其中示出用于定子線圈7的電動機式運行的、與控制信號43倒置的控制信號42、 用于定子線圈8的電動機式運行的、與控制信號45倒置的控制信號44以及用于定子線圈 9的電動機式運行的、與控制信號47倒置的控制信號46。對定子線圈的控制信號的倒置和 倒置的控制信號的產(chǎn)生例如需要五微秒的處理時間。由此，相位角的倒置顯著快于通過處 理單元12計算改變的相位角。計算改變的相位角例如需要一毫秒的處理時間。
[0053] 其中示出了時間間隔51、52、53、54、55和56，它們分別相互連續(xù)地連接。在每個時 間間隔的開始改變控制模式并由此改變定子3的通電狀態(tài)。
[0054] 圖3示出了在圖1中已經(jīng)示出的轉(zhuǎn)子5。沿著轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)子輪廓也示出了相位角 U、V、W，其中相位角U相應于定子線圈7、相位角V相應于定子線圈8而相位角W相應于定 子線圈9。
[0055] 還示出了場向量，它們分別相應于定子的在圖2中示出的連接狀態(tài)。示出了磁場 的場向量62，其在時間間隔52期間由定子產(chǎn)生。也示出了場向量63，其相應于時間間隔53 ; 場向量65,其相應于時間間隔55 ;以及場向量66,其相應于時間間隔56。場向量62、63、65 和66在此代表通過在圖2中示出的控制模式由定子產(chǎn)生的磁場的方向走向。在圖3中示 出了場向量72、73、75和76,其磁場分別在圖1中電機的發(fā)電機式運行中產(chǎn)生。
[0056] 也不出了場向量62、63、65和66,它們在此例如相應于圖1中的電機的電動機式運 行。
[0057] 在圖2中相應于發(fā)電機式運行的控制信號是信號43、45和47。場向量72相應于 在時間間隔52中的場分布；場向量73相應于在時間間隔53中的場分布；場向量75相應于 在時間間隔55中的場分布而場向量76相應于在時間間隔56中的場分布。在發(fā)電機式運 行和在電動機式運行中的場向量的方向在相同的時間間隔中相互相反。
[0058] 圖4示出了在圖3中已經(jīng)示出的轉(zhuǎn)子5連同轉(zhuǎn)子角U、V和W。示出的還有借助于 向量的相位角100,該相位角與轉(zhuǎn)子5的激勵磁場的磁場軸線106正交。磁場軸線106代表 轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)子角。
[0059] 相位角100沿轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)向相對于轉(zhuǎn)子場落后90度，從而電機位于在純發(fā)電機式 運行中。示出的還有控制的相位角102,其中在轉(zhuǎn)子5的磁場與定子3的磁場之間的相位角 差消失，也就是說為零度。電機完全位于在具有損耗的運行中。電機能夠在該運行狀態(tài)下 不吸收或輸出機械功率，從而借助于電機能夠?qū)⑽盏碾娔苻D(zhuǎn)化為熱。
[0060] 也示出了相位角104,其與相位角100相反。電機在具有相位角104的控制的情況 下位于在電動機式運行中。定子場在相位角104的情況下領(lǐng)先轉(zhuǎn)子場90°。
[0061] 能夠例如通過在圖1中示出的處理單元12在調(diào)節(jié)中根據(jù)由處理單元12檢測的電 壓升高、特別是電壓的每時變化實現(xiàn)通過相位角100到相位角102代表的發(fā)電機式運行的 相位角的變化。例如處理單元12能夠如此--基于發(fā)電機式運行--改變控制的相位角， 以使得隨著變大的電壓升高減小相位角差。如此隨著電壓升高的變大又回到發(fā)電機式運 行，直至到達相位角102,在該相位角不再存在發(fā)電機式運行并且電機僅僅還處于在具有損 耗的運行中。
[0062] 圖1中的處理單元12能夠為此具有例如鑒別器，該鑒別器構(gòu)成為，根據(jù)電壓升高 調(diào)節(jié)相位角。如果例如在非常陡的電壓升高的情況下由處理單元12確定了通過電機的進 一步的能量吸收，那么處理單元12能夠進一步朝相位角104的方向移動相位角直至相位角 104的方向。由此能夠根據(jù)車載電氣系統(tǒng)電壓的電壓升高通過圖1中的處理單元12確定電 機的電動機式運行的部分，并且由此確定機械功率的輸出的部分。處理單元12能夠?qū)嵤┫?位角的變化例如直至一個時刻，在該時刻在連接端25上的車載電氣系統(tǒng)電壓低于一個預 定的電壓值，例如50伏特。如果繼續(xù)下降的車載電氣系統(tǒng)電壓例如又到達其標準值，例如 48伏特，那么能夠通過處理單元12經(jīng)由連接線35中斷、特別是不再產(chǎn)生過壓信號，從而停 止通過供電和快速去激勵單元14的快速去激勵并且又在正常運行中繼續(xù)驅(qū)動激勵線圈11 用以磁場產(chǎn)生。
[0063] 在車載電氣系統(tǒng)中的過壓的前述的消除通過這種方式需要例如60與100毫秒之 間，由此例如能夠不破壞電動車輛的運行并且電動車能夠由于所有移動的質(zhì)量的慣性平穩(wěn) 地繼續(xù)行駛。
[0064] 圖5示出一個圖，其中示出了車載電氣系統(tǒng)電壓的電壓曲線，該電壓曲線能夠例 如在圖1中的連接端25由半導體保護開關(guān)16并且由處理單元12檢測。該圖具有時間軸 80和用于車載電氣系統(tǒng)電壓的幅值軸81。在時刻90在車載電氣系統(tǒng)中發(fā)生減載，也稱為負 載突降。示出了電壓曲線82,其代表當圖1中的電驅(qū)動裝置1不具有半導體保護開關(guān)16、 不具有通過處理單元12產(chǎn)生的相位角變化并且不具有由供電和快速去激勵單元14的產(chǎn)生 快速去激勵的情況下的車載電氣系統(tǒng)電壓的電壓曲線。還示出了電壓值95,其代表用于電 子元件例如與車載電氣系統(tǒng)電壓連接并由其供電的電子元件的破壞的閾值。電子元件能夠 是例如自動轉(zhuǎn)向裝置、空調(diào)壓縮機、水泵。在圖1中示出的處理單元12、功率輸出級10以及 中間電路電容器12同樣形成用于電子元件的實施例，當在電壓值95之上的運行電壓的情 況下能夠破壞所述電子元件。
[0065] 還示出了電壓曲線83,其代表一個電驅(qū)動裝置，該電驅(qū)動裝置具有半導體保護開 關(guān)，該半導體保護開關(guān)包括至少一個穩(wěn)壓二極管或抑制二極管也稱為TVS二極管。穩(wěn)壓二 極管或抑制二極管能夠使得車載電氣系統(tǒng)電壓直至在電壓值95之下的時刻90之后大約 150微秒的時刻還保持恒定，其中在時刻93破壞穩(wěn)壓二極管。車載電氣系統(tǒng)電壓則又升高， 在該實施例中直至200伏特。那么也破壞了前面提及的電子元件。
[0066] 還示出了電壓曲線84,其相應于在時刻90減載之后的電驅(qū)動裝置，其中電驅(qū)動裝 置具有至少一個半導體保護開關(guān)，其包括穩(wěn)壓二極管和中間電路電容器。中間電路電容器 還能夠在時刻93與時刻94之間吸收能量，從而延遲了車載電氣系統(tǒng)電壓的升高速度并由 此延遲了半導體保護開關(guān)的激活。在時刻94那么也由于發(fā)熱破壞半導體保護開關(guān)的穩(wěn)壓 二極管和/或場效應晶體管。車載電氣系統(tǒng)電壓在繼續(xù)的時間過程中繼續(xù)升高直至200伏 特并且隨后隨著電容器的放電而下降。
[0067] 還示出了電壓曲線85,其相應于一個電驅(qū)動裝置，該電驅(qū)動裝置具有包括至少一 個穩(wěn)壓二極管的半導體保護開關(guān)、如在圖1中的處理單元12的處理單元，該半導體保護開 關(guān)構(gòu)成為導入快速去激勵，其中該驅(qū)動裝置具有中間電路電容器?？焖偃ゼ罾缭谄浼?活之后200毫秒是有效的。可見的是，在電壓曲線85的情況下在時刻94也破壞半導體保 護開關(guān)的場效應晶體管，這引起車載電氣系統(tǒng)電壓的電壓升高。僅僅在時刻96例如在減載 的時刻90之后例如直至四至五毫秒，電機的快速去激勵清楚地是有效的，這相比于電壓曲 線84在更強的壓降中顯示出來。
[0068] 還示出了電壓曲線86,其相應于具有過壓保護裝置2的在圖1中示出的電驅(qū)動裝 置，該過壓保護裝置在電壓曲線86的情況下不具有半導體保護開關(guān)、特別是不具有場效應 晶體管19、不具有穩(wěn)壓二極管20并且不具有二極管21。半導體保護開關(guān)16在代表電壓曲 線的曲線86的情況下僅僅具有比較器18,該比較器在時間間隔91中產(chǎn)生過壓信號30用于 通過處理單元12導入相位干預。
[0069] 由在電壓曲線86的時間點89的區(qū)域中的瞬時值代表的電壓峰值是可見的，該瞬 時值由在中間電路電容器與半導體保護開關(guān)之間的寄生電感根據(jù)從發(fā)電機式運行到電動 機式或具有損耗的運行的跳躍性的相位逆轉(zhuǎn)產(chǎn)生。車載電氣系統(tǒng)電壓僅僅短時地--例如 在一個毫秒的時間間隔期間一一超越電壓值95,該電壓值代表電子元件的破壞邊界值。在 200微秒的時間點電壓曲線又低于電壓值95并且隨后繼續(xù)下降，直至一個在該圖中未示出 的標準水平，例如48伏特。
[0070] 還示出了電壓曲線87,該電壓曲線通過驅(qū)動裝置1的在圖1中示出的過壓保護裝 置2引起。
[0071] 在時刻90發(fā)生電氣負載的已經(jīng)提及的減載，該電氣負載與車載電氣系統(tǒng)連接。在 時刻88由半導體保護開關(guān)16的在圖1中示出的比較器18在超越預定電壓值97--在該 實施例中是60伏特--的情況下產(chǎn)生過壓信號30。在時間間隔91中通過處理單元檢測車 載電氣系統(tǒng)電壓的時間上的電壓變化。在時刻89通過處理單元12根據(jù)電壓升高啟動相位 角的相位變化。在另一實施形式中在時刻89啟動相位的相位短路。
[0072] 通過半導體保護開關(guān)16的半導體保護元件、在該實施例中通過場效應晶體管 19--其由穩(wěn)壓二極管20和半導體二極管21控制--在超越預定電壓值92的情況下引 起在電壓曲線86的100微秒的時刻100的范圍中前述的電壓峰值。車載電氣系統(tǒng)電壓的 電壓曲線在從減載的時刻90開始的另一曲線中不超越電子元件的破壞邊界值、特別是電 壓值95。
【權(quán)利要求】
1. 用于電驅(qū)動裝置的過壓保護裝置（2)，所述過壓保護裝置構(gòu)成為與車輛的車載電氣 系統(tǒng)連接并且構(gòu)成為消除在所述車載電氣系統(tǒng)中由負載的關(guān)斷產(chǎn)生的過壓，其特征在于， 所述過壓保護裝置（2)與用于電子換向的電機（3、5)的控制單元（12)連接并且所述過壓 保護裝置（2)具有用于車載電氣系統(tǒng)電壓的輸入端（25)并且構(gòu)成為檢測對預定的電壓值 (97)的超越并且根據(jù)所述電壓值（97)產(chǎn)生過壓信號（30)，其中所述控制單元（12)構(gòu)成為 將所述電機（3、5)從發(fā)電機式運行（100)轉(zhuǎn)變?yōu)橹辽俨糠钟袚p耗的運行（102)或轉(zhuǎn)變?yōu)殡?動機式運行（104)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過壓保護裝置（2)，其特征在于，所述過壓保護裝置（2)具有 至少一個與所述輸入端（25)連接的半導體保護開關(guān)（16)，所述半導體保護開關(guān)構(gòu)成為根 據(jù)預定的電壓值（97)產(chǎn)生由所述輸入端（25)經(jīng)由所述半導體保護開關(guān)（16)朝接地連接 端（27)的電流并且由此減小車載電氣系統(tǒng)電壓（81)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過壓保護裝置（2)，其特征在于，所述控制單元（12)構(gòu)成 為控制所述電機（3、5)用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并且根據(jù)所述過壓信號（30)改變控制的相位角 (100、102、104)，并且由此至少部分地在有損耗的運行（102)和/或在電動機式運行（104) 中驅(qū)動所述電機（3、5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的過壓保護裝置（2)，其特征在于，所述控制單元（12)構(gòu)成為， 根據(jù)所述過壓信號（30)減小控制的相位角、尤其是減小在轉(zhuǎn)子角（106)與由所述電機的定 子（3)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之間的角度差（100)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的過壓保護裝置（2)，其特征在于，所述控制單元（12)構(gòu)成為， 根據(jù)所述過壓信號（30)使得在轉(zhuǎn)子角（106)與由所述電機的定子（3)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之 間的角度差（102)消失。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的過壓保護裝置（2)，其特征在于，控制單元（12)構(gòu)成為，根據(jù) 所述過壓信號如此改變在轉(zhuǎn)子角與由所述電機的定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場之間的角度差，以使 得所述電機能夠從發(fā)電機運行（100)轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆碾妱訖C運行（104)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的過壓保護裝置（2)，其特征在于，所述控制單元（12)構(gòu)成為， 借助于脈寬調(diào)制器（13)通過脈寬調(diào)制方式控制所述電機，并且所述控制單元（12)構(gòu)成為， 根據(jù)所述過壓信號倒置（42、44、46)由所述控制單元（12)的脈寬調(diào)制器（13)產(chǎn)生的控制 模式（43、45、47)。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的過壓保護裝置（2)，其特征在于，所述控制單元（12) 構(gòu)成為，根據(jù)所述過壓信號（30)通過與激勵線圈連接的半導體元件消除經(jīng)由所述電機（3、 5)的激勵線圈（11)的激勵電流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的過壓保護裝置，其特征在于，所述控制單元（12)構(gòu)成為，根據(jù) 所述過壓信號（30)通過與激勵線圈（11)連接的半導體開關(guān)（14)，尤其是Η形橋，使得所述 電機（3、5)的激勵線圈（11)換極。
10. 用于驅(qū)動用于具有電機的車載電氣系統(tǒng)的過壓保護裝置的方法，其中，在一個方法 步驟中在所述電機的發(fā)電機式運行期間檢測對車載電氣系統(tǒng)電壓（81)的預定電壓值（97) 的超越并且產(chǎn)生代表所述超越的過壓信號（30)，其中根據(jù)所述過壓信號（30)導入所述電 機的激勵磁場的快速去激勵；并且在另一步驟中檢測所述車載電氣系統(tǒng)電壓（81)在時間 上的升高，并且根據(jù)所述電壓升高如此改變所述電機的控制的相位角（100、102、104)，以使 得通過倒置脈寬調(diào)制的控制模式來使得所述電機由發(fā)電機式運行（100)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱訖C式 運行（104)。
【文檔編號】B60L3/04GK104093589SQ201380006481
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2013年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月26日
【發(fā)明者】M·埃申哈根, E·加貝爾, J·庫菲斯 申請人:羅伯特·博世有限公司