CN102394190B - 电功率开关和用于驱动电功率开关的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种电功率开关和用于驱动电功率开关的方法。所述功率开关包括机械上受应力的元件(22-58)，其中所述元件(22-58)在机械上能够移动或者固定。所述电功率开关具有两个传感器(S1-S19)。所述两个传感器(S1-S19)间隔地设置在机械上受应力的元件(22-58)之一上。所述两个传感器(S1-S19)分别产生测量信号。基于测量信号确定电功率开关或者电功率开关的元件(22-58)的机械状态。

Description

电功率开关和用于驱动电功率开关的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1所述的功率开关和根据权利要求8所述的用于驱动功率开关的方法。

背景技术

电功率开关是已知的。同样已知的是，它们具有机械上可移动的和固定的元件，这些元件经受机械应力。也已知的是，该机械应力会导致电功率开关故障。由于电功率开关的故障，影响了关联的电网的能量供给和工作可靠性。

发明内容

相应地，本发明所基于的问题是，提出一种用于确定电功率开关的机械状态的装置和方法，使得可以检测并且分析功率开关的各元件的机械特性。

本发明所基于的问题通过根据权利要求1所述的电功率开关以及根据权利要求9所述的用于驱动电功率开关的方法来解决。有利的改进方案在从属权利要求中说明。对于本发明重要的特征此外在下面的描述中以及在附图中，其中所述特征可以单独地和以不同组合地对于本发明而言是重要的。

有利的是，电功率开关包括两个传感器，它们分别产生测量信号并且间隔地共同设置在相同的元件上。由此，它们彼此独立地反映元件的机械特性并且由此反映功率开关的机械特性。通过测量信号的结合，可以确定功率开关的机械状态或者功率开关的元件的机械状态。由此，可以得到关于如下情况的确切说明：功率开关何时达到了机械状态的临界水平或者将来何时达到机械状态的临界水平。

在确定例如对于功率开关的功能重要的元件断裂的情况下，可以立即关断功率开关并且相应地冗余连接的功率开关可以投入工作。如果轴例如具有在两个传感器之间的断裂部，则转动运动改变，并且该改变可以通过相应地设置在断裂部两侧的两个传感器以及对测量信号的相应分析来确定。

在另一方面，借助对机械状态的判断同样可以确定何时应当或者必须维护功率开关，以便维持工作能力。此外，附加地可以确定必须更换哪个元件，由此可以有利地计划对所需材料的使用。由此，对于驱动的电网的工作可靠性和故障可靠性得到明显的优点，并且由此得到关于维护方面的明显的成本优点。

在功率开关的一个有利的实施形式中设计了检测单元和处理单元。传感器的测量信号中央地在检测单元中聚集。由此，一方面可以在一点截取测量信号用于进一步处理，并且另一方面可以协调测量信号的记录。处理单元负责将测量信号变换为另一数据表示或者由测量信号导出其他的数据或者信号。

在功率开关的另一有利的实施形式中，设计了结合单元。结合单元建立在与测量信号关联的信号或者测量信号本身与另外的信号之间的结合。通过结合单元，由此反映机械状态，通过这种方式可以判断机械状态的改变或者劣化。

在功率开关的另一有利的实施形式中，与结合单元关联有储存单元用于保存其他的信号。这些其他信号被输送给结合单元。储存单元能够有利地实现的是，可以保存以前时刻的测量信号以及来自仿真、实验测量的信号。由此，储存单元能够有利地实现多种结合可能性，从中例如可以确定机械状态的将来趋势。

在所述装置的另一有利的实施形式中，设计了决定单元。决定单元判断通过结合单元确定的状态信号或者其他信号。该判断可以涉及由决定单元所发起的相应措施。对此的例子是已经提及的关断功率开关、计划使用维护或者显示可能的故障，以便采取相应的措施。

在所述方法的一个有利的实施形式中，将第一传感器的测量信号与另外的信号结合，其中所述另外的信号与第一传感器关联。例如，所述另外的信号可以源自较早的时刻，并且可以从结合的结果有利地确定机械状态劣化的步骤。

在所述方法的一个有利的实施形式中，将第一传感器的测量信号与第二传感器的信号结合。例如，在将几乎同时接收的两个信号结合以及将相应的传感器安装在相同元件上的情况中，可以确定元件的断裂，因为信号具有不同的特征。

在所述方法的一个有利的实施形式中，从实验性的研究或者仿真中确定用于与测量信号结合的信号。通过实验性的研究以及通过仿真，限定了对于确定机械状态的预期值。该确定的状态可以对应于理想的、劣化的或者有缺陷的机械状态。如果功率开关并不满足在机械状态的过早劣化意义上的该预期值时，可以有利地执行相应的措施来维持工作能力。如果功率开关超过预期值，即其并未如所预期的那样强地发生机械状态的劣化，则功率开关可以有利地没有相应措施并且由此暂时没有附加维护成本地继续工作。由此，并不执行多余的维护工作而是仅仅在确定的要求情况下执行。由此降低了维护的成本并且同时提高了工作可靠性。

在所述方法的一个有利的实施形式中，为了确定机械状态使用外部激励的、阻尼的弹簧—质量模型。弹簧—质量模型有利地检测振动或者移动并且将其相应地反映在比较参数或者比较参数曲线中。

在所述方法的一个有利的实施形式中，改变外部激励的、阻尼的弹簧—质量模型的质量。比较参数或者比较参数曲线与当前测量值的结合于是得到的是，通过结合可以识别机械上受到应力的元件的断裂。

在所述方法的一个有利的实施形式中，改变刚度或者衰减。比较参数或者比较参数曲线的结合于是得到的是，通过结合识别关于机械上受到应力的元件的间隙(Spiel)的变化。

在所述方法的一个有利的实施形式中，基本上在电功率开关的断开期间或者在闭合期间确定信号。由此，考虑了如下持续时间用于确定机械状态：在该持续时间中机械上可移动的和固定的元件处于运动中或者承受负载。由此，所述方法可以局限于分析在短的持续时间期间在断开或者闭合情况下积累的测量信号。

本发明的其他特征、应用可能性和优点从下面对附图中示出的本发明实施例的描述中得到。在此，所有所描述的或者示出的特征本身或者以任意组合地是本发明的主题，而与其在权利要求中的概括或者其引用无关，以及与其在说明书或者附图中的表达或者显示无关。对于功能相同的量在所有附图中也在不同的实施形式中使用相同的参考标记。

附图说明

在附图中：

图1示出了带有其中设置的传感器的第一功率开关的示意性示出的部分区域；

图2示出了带有其中设置的传感器的第二功率开关的示意性示出的部分区域；

图3示出了用于检测和处理测量信号的装置的示意性方框图；

图4示出了包括参数和/或参数曲线的结合的不同实施形式的概视图；以及

图5示出了力—时间图。

具体实施方式

图1示出了带有其中设置的传感器S1至S19的第一功率开关的示意性示出的部分区域2。部分区域2示出了第一功率开关的机械上可移动的元件以及直接或者间接设置在其上的、固定的元件。这些元件在机械上受到应力。

部分区域2示出了开关轴22，其沿着笛卡尔坐标系14的z方向延伸。除了z轴，笛卡尔坐标系14具有x轴和y轴。开关轴22在耦合区域62中安置在支承元件42上。开关轴22在耦合区域64中安置在支承元件44上。支承元件42与第一功率开关的固定元件48紧固连接。支承元件44与第一功率开关的固定元件52紧固连接。开关轴22的轴承能够实现根据双箭头202的自转。

开关轴柄24与开关轴22紧固连接。开关轴柄24通过耦合区域66与耦合杆32连接。耦合杆32引导至第一功率开关的接触设备28。接触设备28与第一功率开关的固定元件54紧固连接。

如果开关轴22根据双箭头202的方向转动，则开关轴柄24与耦合杆32共同的相应移动导致了并未示出的、可移动的开关接触部的一部分在接触设备28内朝着x方向或者逆着x方向移动。这导致了可移动的开关接触部在接触设备28内闭合或者断开。

开关轴柄26与开关轴22紧固连接。开关轴柄26通过耦合区域68与第一调节杆36、调节元件34和第二调节杆38连接。第二调节杆38通过耦合区域72与支承元件46连接。支承元件46与第一功率开关的固定元件56紧固连接。

调节元件34构建为沿着其纵向方向增大或者减小。由此，调节元件34用于使得第一调节杆36、调节元件34和第二调节杆38构成的整体在调节元件34的纵向方向上的长度可以改变。为此，调节元件34例如可以具有弹性功能。例如，可以通过未示出的驱动装置导致的开关轴22的第一转动来将调节元件34预张紧。由此，能量被储存在调节元件34中并且可以通过释放调节元件34来用于开关轴22的逆着第一转动的第二转动。

传感器S1安装在固定元件48上。传感器S2安装在支承元件42上。传感器S3安装在耦合区域62和开关柄24之间的开关轴22上。传感器S4安装在开关轴柄24上。传感器S5安装在耦合杆32上。传感器S6安装在接触设备28上。传感器S7安装在固定元件54上。传感器S8安装在开关柄24和开关柄26之间的开关轴22上。传感器S9安装在开关轴柄26上。传感器S10安装在调节杆36上。传感器S11安装在调节元件34上。传感器S12安装在第二调节杆38上。传感器S13安装在支承元件46上。传感器S14安装在固定元件56上。传感器S15和S16相邻但间隔地设置在耦合区域64和开关轴柄26之间的开关轴22上。传感器S17设置在支承元件44上。传感器S18安装在固定元件52上。传感器S19安装在第一功率开关的固定元件58上。

图2示出了带有其中设置的传感器S20至S28的第二功率开关的示意性示出的部分区域4。示出了第二功率开关的机械上可移动的元件以及固定元件。

轴74在笛卡尔坐标系16的z方向上延伸，该轴与转轮76紧固连接。笛卡尔坐标系16除了z轴之外还具有x轴和y轴。转轮76通过轴74安置为使得转轮76可以根据双箭头204自转地运动。转轮76径向向外地通过耦合区域98与耦合杆78连接。耦合杆78又通过耦合区域102与控制杆82连接。控制杆82引导至接触设备84。接触设备84与第二功率开关的固定元件92紧固连接。

控制杆82由引导元件86和引导元件88沿着y方向引导。引导元件86与第二功率开关的固定元件94紧固连接。引导元件88与第二功率开关的固定元件96紧固连接。

控制杆82构建为在接触设备84中将未示出的开关接触部的一部分移动。为此，控制杆82可以在y方向或者逆着y方向移动并且由此导致在接触设备84中的开关接触部的闭合或者断开。轴74的旋转运动通过转轮76和设置在转轮76与控制杆82之间的耦合杆78而转化为控制杆82沿着y方向的直线运动。

传感器S20和S21安置在转轮76的不同部位。传感器S22安置在耦合杆78上。传感器S23和S26间隔地安装在控制杆82上。传感器S24安装在固定元件96上。传感器S25安装在引导元件88上。传感器S27安装在接触设备84上。传感器S28安装在固定元件92上。

相应的图1和2中的传感器S1至S28的安装可以不同地实施。传感器S1至S28可以安装在第一或第二功率开关的固定或者可移动的元件上。此外，在一个元件上安装多个传感器是可能的。

图1和图2中的传感器S1至S28可以分别不同地构建。传感器S1至S28之一安装在元件上并且检测元件的特征或者元件环境的特征。例如，传感器S1至S28之一可以构建为加速度测量装置或者加速度传感器用于测量机械上可移动的元件的加速度或者用于测量固定元件的振动，构建为应变计用于测量机械应力，构建为转角传感器或者构建为声学传感器用于测量声学信号，或者构建为压力波传感器。加速度测量装置例如可以实施为MEMS器件，其中MEMS代表“微机电系统”并且表示微型化的器件。可以在一个或者多个轴中测量加速度。根据必要性，在单个轴中测量运动(例如以加速度的形式)例如已经足够。

从所测量的特征中形成测量信号。为了进一步的处理，测量信号可以被有线或者无线地传输。在无线通信的情况中，例如符合IEEE802.11的传输是可能的。在该情况中，用于传输测量信号的相应装置已经在传感器S1至S28上。

测量信号、所接收的测量信号、参数/参数曲线、比较参数、比较参数曲线等等一般地也称为信号。

图3示出了用于检测和处理测量信号的装置18的示意性方框图。传感器Sa和Sz代表图1和图2的传感器S1至S28。传感器Sa将测量信号根据箭头116发送给检测单元104。传感器Sz将测量信号根据箭头118发送给检测单元104。

触发信号122和时间信号124被输送给检测单元104。触发信号122用于确定接收传感器Sa和/或Sz的测量信号的起始时刻或最终时刻。通常，在闭合功率开关的情况下，将闭合的开始选为起始时刻并且将闭合的终点选为最终时刻。在断开的情况下，通常将断开的开始选为起始时刻并且将断开的终点选为最终时刻。时间信号124用于对接收的测量信号设置时间戳。检测单元104承担复用器的功能用于中央地聚集和接收测量信号。

所接收的测量信号根据箭头126和箭头127由检测单元104输送给处理单元106。处理单元106用于将所接收的测量信号变换为参数或者参数曲线。当测量信号已经对应于参数或者参数曲线时，处理单元106不是必需的。处理单元106的功能的一个例子是加速度测量装置的测量信号的变换。例如，处理单元106可以将所测量的加速度、即在时间上的加速度变换为速度—时间参数曲线或者路径—时间参数曲线。在另一例子中，处理单元106将检测的测量信号变换到频域中。前面阐述的两个例子当然也可以组合。

通过处理单元106确定的参数或者参数曲线根据箭头128和/或根据箭头129输送给结合单元108。此外，根据双箭头132由储存单元112提供比较参数或者比较参数曲线给结合单元108。同样地，其他单元可以配备有未示出的储存单元。

结合单元108用于进行结合，其中该结合基于所输送的参数/参数曲线和/或所提供的比较参数/比较参数曲线来进行。在该上下文中，结合除了逻辑运算例如大于/等于之外，还应当理解为算术运算或者其他运算，以及更复杂的运算，其建立所结合的信号之间的关联。基于结合确定一个或者多个状态变量。状态变量的一个例子是功率开关的故障可能性。状态变量反映了元件、功率开关部分区域或者整个功率开关的实际机械状态。

根据双箭头132，对于结合单元108也可能的是，在储存单元112中储存或者保存参数/参数曲线、状态变量或者其他数据。元件、部分区域或者整个功率开关的机械状态的劣化例如可以通过当前实际确定的测量值和时间上过去接收的测量值的结合连同功率开关的寿命来得到。由此，例如可以推断出将来情况以及可能的将来故障。

一个或者多个状态变量根据箭头134被输送给决定单元114。在决定单元114中对所输送的状态变量进行评估，并且如果必要时引入相应的措施150。这种措施150例如可以包括将功率开关停止工作、预测故障、或者引入或者计划对功率开关的相应维护。

界线I、II、III和IV分别描述了装置18的可能的实施形式。界线I、II、III和IV分别涉及在功率开关的范围和外部范围之间的分离。由此，在选择相应的界线I、II、III或者IV的情况下，朝着箭头152的方向是功率开关的范围，并且朝着箭头154的方向是外部范围。在此，功率开关的范围涉及功率开关的内部以及直接设置在功率开关上的元件或者单元。外部范围涉及并不与功率开关直接关联的元件或者单元。例如，与外部范围关联的单元可以是通过数据网络连接的决定单元114。除了关于功率开关的范围而确定界线I、II、III或IV之外，附加的界线I、II、III或IV可以用于进一步划分为子装置或者子系统。

在根据界线I的装置18的实施形式中，仅仅传感器Sa和Sz在功率开关的范围中。检测单元104位于功率开关的范围之外。检测单元104的例子是便携式设备，其置于功率开关的附近以便根据箭头116和118无线地检测通过传感器Sa至Sz产生的测量信号。

在根据界线II的装置18的实施形式中，检测单元104在功率开关的范围内。对此的例子是，与检测单元104相对应的复用器，其接收传感器Sa至Sz的测量信号并且根据箭头126和127通过用于数据传输的连接转发给设置在功率开关的范围之外的处理单元106。由此，所接收的测量信号的变换在功率开关的范围之外进行。

在根据界线III的装置18的实施形式中，处理单元106在功率开关的范围内。由此，所接收的测量信号的准备和变换在功率开关的范围内进行，并且相应的参数/参数曲线由此向外准备好用于通过结合单元108的进一步处理。

在根据界线IV的装置18的实施形式中，结合单元108在功率开关的范围内。由此，在功率开关的范围内确定状态变量并且根据箭头134转发给决定单元114。在该实施形式中，在功率开关的范围之外进行功率开关的机械状态的评估以便引入措施。由此，例如在功率开关上进行全部的数据确定和处理，并且所确定的状态变量可以中央地输送给一个或者多个决定单元114。例如，决定单元114可以是通过数据网络与相应的功率开关连接的监视中心，由该监视中心出发来计划使用维护和/或进行关断。

在装置18的另一实施形式中，整个装置18在功率开关的范围内。由此，在通过决定单元114确定机械状态不再足以保证可靠的运行时，功率开关例如能够独立地调节工作。例如并联的其他功率开关可以通过相应的输出作为对不能工作的功率开关的替代而投入运行。

此外，在传感器Sa至Sz与决定单元114之间可以省去单元，由此在通信时跳过了单元。如果例如测量信号以所需的形式存在，则这些测量信号不必通过处理单元106来变换。处理单元106因此不是必需的并且检测单元104将所接收的测量信号直接输送给结合单元108。

此外，相应的通信可以根据箭头116、118、122、124、126、127、128、129、132、134和150有线地或者无线地进行。

图4示出了概视图6，其包括参数和/或参数曲线的结合的不同实施形式。概视图6包括三个维度。

沿着n轴、即沿着时间轴绘出了时刻。在此，在时刻n0的信号描述了新的功率开关的机械状态，即例如在过去的交付时刻的机械状态。时刻np描述了在过去交付之后的时刻，并且时刻nc描述了当前的时刻。通常，前面提及的时刻分别描述了接收测量信号的时刻或者与接收关联的时刻。

S轴描述了传感器轴，通过该传感器轴考虑了传感器的不同安装点或者安装部位。在S轴上绘制了两个不同的传感器Sx和Sy。

在CB轴上绘制了功率开关的不同实现。在此，实现CB0对应于所观察的、实际存在的功率开关，其中要确定和评估机械状态。实现CBx描述了代表性的功率开关，其例如由多个结构相同的功率开关和在实际的确定的时段上的数据集合来确定。实现CB对应于仿真的功率开关。

与相应的时刻关联的信号在S-CB平面及其平行平面中。分别与传感器Sx或者Sy关联的信号在n-CB平面及其平行平面中。分别与功率开关的相应的实现CB0、CBx或者CBs关联的信号在n-S平面及其平行平面中。

在概视图6中示出了坐标D000至D221，它们表示参数/参数曲线或者比较参数/比较参数曲线。坐标D200和D201代表在当前时刻nc确定的参数/参数曲线，其中这些参数/参数曲线对应于根据箭头128和129输送给结合单元108的参数/参数曲线。其他坐标D000、D100、D010、D110、D210、D020、D120、D220、D001、D101、D011、D111、D211、D021、D121、D221对应于通过储存单元112提供给图3的结合单元108的比较参数/比较参数曲线。

概视图6示例性地示出了可能的结合136、138、142和144。结合136、138、142和144的出发点是在坐标D200处的参数或者参数曲线，其中在坐标D200之后是实际存在的功率开关的传感器Sx的当前确定的测量信号。

在结合136中，将坐标D200和D201的参数/参数曲线比较。这意味着，比较在所观察的功率开关CB0的相同时刻然而来自不同传感器Sx和Sy的参数/参数曲线。如果传感器Sx例如对应于图1中的传感器S15并且传感器Sy对应于图1中的传感器S16，则可以通过结合136例如推断出图1中的开关轴22在传感器S15和S16之间断裂。

进一步，结合136可以包括多于两个传感器的参数/参数曲线。对此的一个例子是在图1中的传感器S4、S3和S8的布置，其中在参数/参数曲线的结合136时，例如可以推断出图1的开关轴22或者开关柄24的断裂。通过结合136也可以确定图2中的带有设置于其上的传感器S20和S21的转轮76的断裂。然而在固定部分之间的连接的机械状态也可以通过结合136来判断。在图1中在传感器对S1和S2、S6和S7、S13和S14以及S17和S18中有相应的布置。在图2中，这种布置在传感器对S24和S25以及S27和S28中。轴承的机械状态的劣化可以通过图1中的传感器对S2和S3、S5和S6、S16和S17以及图2中的传感器对S26和S27、S25和S26的参数/参数曲线的结合136来确定。在机械上可移动的元件之间的耦合的机械状态的劣化也可以通过结合136来确定。所需的传感器对的例子在图1中是S4和S5以及S9和S10。在图2中这种传感器对是S21和S22以及S22和S23。

结合138将相同传感器的、来自过去进行的在坐标D100的时刻np的测量的比较参数/比较参数曲线一同包括在内。这些比较参数/比较参数曲线也可以是来自以前测量的平均值。通过结合138，由此可以确定机械状态的劣化或者变化如何随着时间而发展。坐标D100的比较参数/比较参数曲线在根据图3的储存单元112中保存并且通过结合单元108更新或者维护并且在需要时被调用。

结合142将坐标D200的当前参数/参数曲线与仿真功率开关CBs的比较参数/比较参数曲线联系起来。仿真的功率开关CBs的坐标D020的比较参数/比较参数曲线涉及时刻n0。由此，在坐标D200处的信号形式的、功率开关CB0的实际状态被与在坐标D020处的信号形式的、仿真功率开关CBs的交付额定状态比较。

结合144将当前参数/参数曲线与代表性的功率开关CBx的比较参数/比较参数曲线联系起来。坐标D210的比较参数/比较参数曲线是通过多个功率开关在实验中确定和平均的值。由此可以确定的是，相比于在相同的工作时刻的通常劣化，功率开关或者传感器Sx与之关联的功率开关的元件的机械状态劣化发展到何种程度。

结合136、138、142和144分别给出了结合的例子。任何类型的结合、即任何其他的组合都是可能的。

一个方法实施例设计了将至少两个传感器的测量信号或者所接收的测量信号结合。在此，至少两个传感器设置在功率开关的一个元件上。根据元件的移动或者振动和构型，得到测量信号的确定的预期值。在将传感器例如设置在轴上的情况下(该轴通常进行类似的转动运动)预期的是，通过传感器在所有位置产生几乎相同的测量信号。如果情况并非如此或者偏离一定的容差范围过大，则可以由测量信号的结合推断出轴、轴的其他关联的元件或者轴承的损坏。

另一方法实施例涉及将测量信号与来自仿真的信号(对应于图4中的实现CBs的信号)进行比较。该实施例基于外部激励的、阻尼的弹簧—质量模型，其在下面进行阐述。

在给定的激励情况下，系统的响应通常取决于相应的衰减特性、系统的刚度和质量。在方程1中示出了外部激励的、阻尼的弹簧—质量模型的一般的微分方程。

$m\stackrel{\·\·}{x}+c\stackrel{\·}{x}+\mathrm{kx}=F_0\cos \left(2\mathrm{\πft}\right)---\left(1\right)$

在方程1中，m是质量，c是衰减常数，k是弹性常数，是加速度，是速度并且x是偏转或者路径。方程1的右边部分对应于通过力的周期性激励，其中F₀作为力幅度，f作为频率并且t作为时间。

在方程2中示出了方程1的稳定解。

x(t)＝Xcos(2πft-φ)(2)

在方程2中，X是幅度，φ是相位，并且x(t)是仿真的测量信号。

在前面阐述的模型中，在方程1中的质量m、衰减常数c和弹性常数k被预先给定为使得这些预定对应于功率开关的关联元件的确定的机械状态。通过改变质量m，例如可以考虑功率开关的元件的断裂。连接的松开和增大的间隙通过衰减常数c和/或弹性常数k的变化来确定。在预先给定的时间上一致的激励情况下，于是可以通过求解根据方程1的微分方程来确定仿真的测量信号x(t)。

在前述情况中，衰减的弹簧—质量模型基于一致的激励。借助傅立叶变换和叠加原理，可以将外部激励的、衰减的弹簧—质量模型扩展为使得并非一致的力也可以在方程1中应用到外部激励的、衰减的弹簧—质量模型上。

傅立叶变换将时间信号转换到频域中。根据叠加原理，当系统是线性的时，不同力的解可以相加。当在所观察的范围中弹力与偏转成比例并且衰减与速度成比例时，外部激励的、衰减的弹簧—质量模型于是为线性。借助傅立叶变换，因此可以将例如在图5中所示的力用于所述方法。

图5示出了力—时间图12，其中垂直地绘出了力F并且水平地绘出了时间t。根据特性曲线336的力例如作用在功率开关的机械上可移动的元件之一上。特性曲线336此外例如对应于比较参数曲线，如其在图4的坐标D020上所关联的那样。

这种力例如可以作为傅立叶变换结果(Fourier-Transformierte)以简单的方式与相应变换的上述弹簧—质量模型相联系。

如果此外存在多维数据，例如测量在所有三个维度上的加速度的加速度测量装置的数据，则方程1的通常的微分方程可以扩展为根据方程3的通常的微分方程。

$\left[M\right]\left\{\stackrel{\·\·}{x}\right\}+\left[C\right]\left\{\stackrel{\·}{x}\right\}+\left[K\right]\left\{x\right\}=\left\{f\right\}---\left(3\right)$

在方程3中，[M]对应于质量矩阵，[C]对应于衰减矩阵，[K]对应于刚度矩阵，对应于加速度，对应于速度，{x}对应于偏转并且{f}对应于进行激励的力。

矩阵[M]、[C]和[K]如上所述地根据要仿真的情况来匹配，以便根据仿真的测量信号来确定比较参数或者比较参数曲线，所述比较参数/比较参数曲线对应于确定的机械状态，并且将该比较参数或者该比较参数曲线与当前的测量信号进行比较。

例如元件的断裂的仿真通过质量矩阵[M]的改变来确定。通过由弹簧—质量模型确定的比较参数或者比较参数曲线，可以确定元件或者在两个或多个元件之间的实际断裂。连接或者轴承的自动松开或者增大的间隙通过刚度矩阵[K]和/或衰减矩阵[C]的改变来影响。通过确定比较参数或者比较参数曲线以及结合，可以确定和判断功率开关的机械状态的劣化以及由此也可以确定和判断功率开关的故障可能性。

在另一实施例中，结合基于不同频率响应H(ω)的比较。通过傅立叶变换，可以将偏转x或者{x}、速度或或者加速度或变换为傅立叶变换结果X(ω)。如上所述，力也可以作为傅立叶变换结果F(ω)来描述。根据方程4，由此从偏转的傅立叶变换结果X(ω)与进行激励的力的傅立叶变换结果F(ω)的比例来得到频率响应H(ω)。

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{X\left(\mathrm{\ω}\right)}{F\left(\mathrm{\ω}\right)}---\left(4\right)$

来自当前时刻接收的测量信号的频率响应H(ω)包含关于实际机械状态的信息。而典型的频率响应H(ω)可以具有对于机械状态的确定的劣化典型的特征。通过与多个典型频率响应的相应比较，可以揭示机械状态的实际存在的劣化。

Claims (13)

1.一种电功率开关，带有机械上受应力的元件(22－58；74－92)，其中所述元件(22－58；74－92)在机械上能够移动或者固定，其特征在于，所述电功率开关具有两个传感器(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy)，所述两个传感器(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy)间隔地设置在机械上受应力的元件(22－58；74－92)之一上，通过所述两个传感器(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy)能够分别产生测量信号(116；118)，并且基于测量信号(116，118)能够确定电功率开关或者电功率开关的元件(22－58；74－92)的机械状态的劣化,其中测量信号(116；118)之一能够从所述两个传感器(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy)之一出发输送给检测单元(104)，其中检测单元(104)构建用于使得所述两个传感器(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy)的测量信号(116；118)能够中央地聚集，其中通过检测单元(104)能够输出所接收的测量信号(126；127)，其中所述测量信号(116；118)或者所接收的测量信号(126；127)能够被输送给处理单元(106)，其中处理单元(106)构建用于使得能够从所述测量信号(116；118)或者从所接收的测量信号(126；127)产生参数或者参数曲线(128；129)。

2.根据权利要求1所述的电功率开关，其中所述测量信号(116；118)、所接收的测量信号(126；127)或者所述参数或参数曲线(128；129)能够输送给结合单元(108)，其中所述结合单元(108)用于使得在测量信号(116；118)、另外的测量信号(116；118)、所接收的测量信号(126；127)、另外的所接收的测量信号(126；127)、参数或者参数曲线(128；129)、另外的参数或者另外的参数曲线(128；129)以及比较参数或者比较参数曲线(132)之间能够进行结合，并且从所述结合中能够确定电功率开关的机械状态。

3.根据权利要求2所述的电功率开关，其中结合单元(108)与储存单元(112)关联，其中比较参数或者比较参数曲线(132)能够保存在储存单元(112)中以及输送给结合单元(108)，并且其中通过结合单元(108)能够将其他的比较参数或者比较参数曲线(132)储存在储存单元(112)中。

4.根据权利要求1至3之一所述的电功率开关，其中测量信号(116；118)、所接收的测量信号(126；127)或者参数或参数曲线(128；129)或者机械状态能够输送给决定单元(114)，其中通过决定单元(114)能够确定决定，其中通过所述决定能够引起关于功率开关的措施，并且其中所述措施涉及重建机械状态或者影响功率开关的工作状态。

5.根据权利要求1至3之一所述的电功率开关，其中所述两个传感器(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy)构建为加速度传感器、应变计、转角传感器或者压力波传感器。

6.根据权利要求1至3之一所述的电功率开关，其中所述传感器(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy)、检测单元(104)、处理单元(106)、结合单元(108)、储存单元(112)和/或决定单元(114)构建用于进行与各另外的单元(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy；104；106；108；112；114)之一的无线通信。

7.一种用于驱动电功率开关的方法，其中电功率开关包括机械上受应力的元件(22－58；74－92)，其中所述元件(22－58；74－92)在机械上能够移动或者固定，其特征在于，所述电功率开关包括第一传感器(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy)和第二传感器(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy)，所述第一传感器和第二传感器(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy)间隔地设置在机械上受应力的元件(22－58；74－92)之一上，在所述方法中通过所述传感器(S1－S28；Sa，Sz；Sx，Sy)分别产生测量信号(116；118)，并且基于测量信号(116,118)确定电功率开关或者电功率开关的元件(22－58；74－92)的机械状态的劣化，其中与第一传感器(Sx)关联的测量信号(116)或者与第一传感器(Sx)关联的信号(126；128)同与第一传感器(Sx)关联的比较参数或者比较参数曲线(132)结合。

8.根据权利要求7所述的方法，其中与第一传感器(Sx)关联的测量信号(116)或者与第一传感器(Sx)关联的信号(126；128)同与第二传感器(Sy)关联的信号(118；127；129；132)结合。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中与第一传感器(Sx)关联的比较参数或者比较参数曲线(132)和/或与第二传感器(Sy)关联的信号(118；127；129；132)通过关于多个功率开关的实验性研究(CBx)或者通过功率开关的仿真(CBs)来产生。

10.根据权利要求7或8所述的方法，其中为了确定比较参数或者比较参数曲线(132)使用外部激励的、阻尼的弹簧－质量模型，其中为弹簧－质量模型预先给定了力(F；{f})形式的信号，并且其中为弹簧－质量模型预先给定了质量(m；[M])、刚度(k；[K])和衰减(c；[C])。

11.根据权利要求10所述的方法，其中改变所述质量(m；[M])。

12.根据权利要求10所述的方法，其中改变所述刚度(k；[K])和/或衰减(c；[C])。

13.根据权利要求7或8所述的方法，其中在功率开关的断开或者闭合期间检测所述测量信号(116；118)。