CN109314486A - 用于限制电机的转矩的方法和保护设备 - Google Patents

Abstract

为了提供一种构建得特别简单的用于限制通过至少单相的变流器（207）来馈电的电机（200）的转矩的方法，该电机在有故障地激励变流器时转变到主动短路运行而在低于转速阈（DS）时转变到空转运行，提出：在主动短路运行下，探测电机的至少一个相电流（I2、I3）的至少一个当前的实际值；根据该至少一个相电流的所探测到的至少一个当前的实际值，得出包含当前的转速信息的转速信号（D1、D2）；将转速信号的当前的转速信息与可预先给定的转速阈进行比较；一旦当前的转速信息表明转速低于可预先给定的转速阈，就产生转接信号（U、U1、U2），用于从主动短路运行转接到空转；而且利用该转接信号来激励变流器。同样提出了一种特别简单的用于限制电机的转矩的保护设备（100）。

Description

用于限制电机的转矩的方法和保护设备

技术领域

本发明涉及一种用于限制通过至少单相的变流器来馈电的电机的转矩的方法，该电机在有故障地激励变流器时转变到主动短路运行而在低于转速阈时转变到空转运行。本发明还涉及一种用于限制电机的转矩的保护设备，该电机被设置为：通过至少单相的变流器来馈电，在有故障地激励变流器时转变到主动短路运行而在低于转速阈时转变到空转运行。本发明还涉及一种电驱动装置以及一种车辆、尤其是一种公路行驶车辆。

背景技术

从出版文献DE 10 2013 216 31 1 A1公知一种用于限制电机的转矩的保护设备，该保护设备准备用于：在用于最终的励磁电流额定值规定的第一输出端上输出如下值，该值部分或完全补偿电机的励磁磁通。在第一方面，该保护设备具有第二输出端，用于将变流器控制转接到空转运行。在第二方面，该保护设备准备用于：在已经识别出有故障之后，至少当电机处在其转速范围的较高的范围时，将指令输出给该电机运行在其上的变流器电路，用于转变到主动短路运行。也描述了一种变流器电路以及一种相对应的方法，该变流器电路具有用于运行电机的功率半导体开关模块，其中该变流器电路具有所提到的类型的保护设备。

从出版文献WO 2013 023 807 A2公知一种用于激励逆变器的工作状态电路，该逆变器通过相连接端来给单相或多相电机供应单相或多相供电电压。为此，该逆变器包括具有高压侧开关装置的上半桥支路和具有低压侧开关装置的下半桥支路。该工作状态电路包括分析装置，该分析装置与逆变器的相连接端连接并且被设计为：检测逆变器在相连接端上的输出电压并且基于所检测到的输出电压来确定电机的转速。激励装置与分析装置耦合并且被设计为：根据所确定的转速来将逆变器切换到空转状态或者切换到主动短路。在此，通过使逆变器的所有开关装置截止，建立空转状态。或者通过在低压侧开关装置断开时闭合所有的高压侧开关装置或者通过在高压侧开关装置断开时闭合所有低压侧开关装置，建立主动短路。

如果在逆变器中识别出有故障，则可以将电机切换到主动短路。在此，逆变器关于电源、尤其是直流电源、例如牵引电池表现得电中性，从所述电源出发，在常规运行下通过逆变器来给电机馈电。在主动短路下，没有向电源释放功率或者没有消耗功率。但是，有短路电流流经由旋转的电机驱动得活跃的逆变器，即流经逆变器的相对应的功率半导体。在此，电机在轴上产生短路转矩或制动转矩。替选地，逆变器可以设定空转状态，在该空转状态下，电机通过感应来产生与转速有关的磁极转子电压。

然而在转速低的情况下，电机可以在主动短路下产生高制动转矩，使得激励装置被设计为：如果在分析装置中所确定的当前转速低于预先确定的转速阈值，则在逆变器中设定空转状态。而在转速高的情况下，被感应的高的磁极转子电压可能超过在直流电压中间电路中的电压并且在逆变器的高压侧产生高的充电电流，这可能导致功率电子装置和高压能量源的损坏。在这种工作状态下，电机也可能产生不容许地高的制动转矩。在这种情况下，激励装置被设计为：如果在分析装置中所确定的当前转速超过预先确定的转速阈值，则在逆变器中设定主动短路。

从出版文献WO 2014 037 143 A1同样公知一种用于激励具有半桥的逆变器的工作状态电路，所述半桥具有相应的开关装置，该逆变器通过被分配给相应的半桥的相连接端给n相的电机供应n相的供电电压，其中n > 1。该工作状态电路包括：分析装置，该分析装置一方面与逆变器的相连接端连接而另一方面与逆变器的输入连接端连接，而且该分析装置被设计为检测逆变器的输入电压以及在逆变器的相连接端上的相电流；和激励装置，该激励装置与该分析装置耦合，而且该激励装置被设计为根据所检测到的输入电压来将逆变器从短路状态切换到空转模式。分析装置被设计为：如果所检测到的输入电压小于可设定的空转阈值，则产生空转触发信号并且将其输出给激励装置。激励装置被设计为：在接收到空转触发信号之后，只有当在所分配的相连接端上的相应的所检测到的相电流具有过零或者具有从逆变器朝向外的电流方向时，才将半桥的相应的开关装置置于断开状态。

在被称作低电位的短路状态的工作方式下，可以将所有与低电位连接的开关闭合而将所有与高电位连接的开关断开。替选地，也可以将所有与高电位连接的开关闭合而将所有与低电位连接的开关断开，使得形成高电位的短路状态。在被称作空转模式的切断方法中，逆变器的所有开关都断开。

分析装置还可以被设计为：检测逆变器的在相连接端上的输出电压，而且尤其是基于所检测到的输出电压，确定电机的转速。在此，如果所确定的转速低于可设定的转速阈值，则可设定的空转阈值可具有第一电压阈值，而如果所确定的转速高于可设定的转速阈值，则可设定的空转阈值可具有第二电压阈值，该第二电压阈值小于第一电压阈值。由电机产生的制动转矩在转速高的情况下小于在转速低的情况下，使得高于可设定的转速阈值，可以使直流电压中间电路相对于过压的保护优先，其方式是在输入电压较低时已经设定主动短路状态。

概括来说，必须识别出在车辆的电驱动装置、尤其是具有永磁体同步电机的车辆的电驱动装置上出现的故障，并且可以使车辆达到关于电驱动装置的安全的状态。在故障情况下必须防止：有故障的驱动装置将不容许地高的转矩施加到车辆的车轮上，该不容许地高的转矩可能会影响行驶稳定性并且威胁乘客。因而，在驱动装置中识别出有故障时，将该驱动装置切换到主动短路运行。由于短路，电机的感应电压被短接，使得可能形成不容许地高的电压，所述不容许地高的电压可能导致对车辆电池系统的不受控制的反向馈电并且借此同样可能导致车辆驱动装置上的不容许地高的转矩。

在主动短路运行下出现的短路电流在逆变器之内。电机上的由短路电流引起的不想要的转矩比较小而且不导致对车辆的行驶稳定性的妨碍。不利地， 当车辆在出现故障并且由此主动短路运行持久地切换的情况下被牵引或者作为所谓的“插电式混合动力车辆（Plug In Hybrid Electric Vehicle）”（简称：PHEV，混合动力车辆的变型）在紧急运行下运行时，主动短路运行才起作用。在触发主动短路运行的故障情况下，如在出版文献DE 102009 049 623 A1中所描述的那样，例如可能出现电机的转子方位传感器信号的损失，或者对逆变器的整个激励可能失灵，而且借此对逆变器的冷却也可能失灵。由于这种有故障的车辆的移动，在主动短路运行时出现的短路电流可能对逆变器造成热损坏。该缺点可通过空转来消除。

发明内容

对本发明的介绍：本发明的任务、解决方案、优点

本发明具有如下任务：提供一种用于限制电机的转矩的方法和保护设备，该方法和该保护设备特别简单地来构建或构造。优选地，本发明的任务是：故障安全地构建这种方法和这种保护设备，使得这种方法和这种保护设备故障安全地与其它控制装置无关地、尤其是与转子方位传感器信号无关地进行工作。特别优选地，本发明具有如下任务：说明一种特别简单的方法和一种特别简单的保护设备，该方法和该保护设备在低于转速阈时从主动短路运行出发转接到空转。

该任务在开头提到的类型的方法中通过如下方式来解决：

• 在主动短路运行下，探测电机的至少一个相电流的至少一个当前的实际值；

• 根据该至少一个相电流的所探测到的至少一个当前的实际值，得出包含当前的转速信息的转速信号；

• 将转速信号的当前的转速信息与可预先给定的转速阈进行比较；

• 一旦当前的转速信息表明转速低于可预先给定的转速阈，就产生转接信号，用于从主动短路运行转接到空转；而且

• 利用该转接信号来激励变流器。

因此，本发明涉及一种用于限制（至少单相的）电机的转矩的方法，该电机通过至少单相的变流器来馈电，而且该电机在有故障地激励变流器时转变到主动短路运行而在低于转速阈时转变到空转运行。按照本发明，为了尽可能简单地并且相对（其它）故障安全地执行这一点，提出执行随后进一步阐述的方法步骤。

在本发明所基于的初始情况下，虽然具有其功率开关的变流器本身仍有功能能力，但是由电机的旋转、即旋转角度和/或转速所确定的激励信号失灵，通过该激励信号，根据电机的旋转来激励变流器的功率开关，用来切换要馈入到电机中的相电流。这尤其包括如下故障情况，在所述故障情况下，电机的转子方位传感器失灵或者有故障地工作，或者对用于激励电机的脉冲模式的生成失灵。借此，电机不再能够根据旋转角度和/或转速来控制，不再有转速信息来自转子方位传感器。不过，变流器的各个功率开关仍还能被切换，使得通过这些功率开关可以引入电机的主动短路运行，也就是说在这种故障的情况下，变流器将电机切换到主动短路运行。由此，电机和借此利用该电机构造的电驱动装置以及利用这种驱动装置构造的车辆被转变到电机的转矩受限制的安全的工作状态。为此，尤其是在故障情况下、尤其是在激励该控制电路的转子方位传感器失灵的情况下，由控制电路发出短路请求信号，而不是发出激励信号，通过该短路请求信号，变流器切换到主动短路运行，该控制电路在电机的无故障的常规运行下将由电机的旋转、即旋转角度和/或转速所确定的激励信号输送给变流器的功率开关。

在低于预先给定的转速阈的低转速的情况下，主动短路运行应重新被取消而电机应被转变到空转运行。但是，应该只从之前的主动短路运行出发转接到空转运行，由此保证了：空转运行只在故障情况下被引入而不是比如在电机在转速低的情况下的无故障的常规运行下被引入。

这里，要通过按照本发明的方法实施的方法步骤的序列开始，其方式是：在第一方法步骤中，在主动短路运行下探测相电流的当前的实际值，该相电流从变流器流到电机中。这种相电流是在主动短路运行下在电机的相连接端上的短路电流。该相电流虽然现在不是通过所提到的转子方位传感器和所提到的控制电路经由变流器来控制，而是通过在电机中、也就是说由于电机的转子的旋转而感应的交变电压引起。然而，在该短路电流中，提供关于电机的转速的转速信息；该电机的频率直接与转速成比例。通过探测短路电流的当前的实际值来获得该信息。

优选地，为了探测短路电流的当前的实际值，可以使用总归被设置用于在无故障的运行下常规地控制电机的装置，用于测量电机的相连接端中的电流、也就是说相电流，使得该第一方法步骤可以利用总归存在的开关元件来实施，即为此不必设置单独的装置。

在第二方法步骤中，根据相电流的所探测到的当前的实际值，得出包含当前的转速信息的转速信号。该转速信号尤其包含关于所探测到的短路电流的频率的信息，该频率与电机的当前的转速成比例。

在第三方法步骤中，将转速信号的当前的转速信息与可预先给定的转速阈进行比较。借此，可以非常简单地确定电机的当前的转速是大于预先给定的转速阈还是小于预先给定的转速阈；也就是说，非常简单地获得从主动短路运行转变到空转运行的转接标准。

在此，一旦当前的转速信息表明转速低于可预先给定的转速阈，在第四方法步骤中就产生转接信号用于从主动短路运行转接到空转运行，即基于前面提及的转接标准的转接信号。

在第五方法步骤中，利用该转接信号按如下地激励变流器：变流器的功率开关全部转变到截止的、不导电的工作状态并且借此简单地、快速地并且安全地设定空转运行。

因此，本发明能够实现：在故障情况下使电机快速地并且安全地转变到没有危险的工作状态，与尤其是在信号链路中的探测无关，该信号链路包括前面提及的转子方位传感器和所提到的控制电路，变流器经由该控制电路被转子方位传感器控制。尤其是，不需要使用例如微控制器来执行该方法。在此，不一样地预先给定转速阈能够实现：与不一样地构建并且确定参数的电机以及借此所阐述的驱动装置非常简单地进行适配。

本发明的有利的设计方案是在从属权利要求中表征。

按照一个优选的扩展方案，按照本发明的方法的特点在于：为了得出包含当前的转速信息的转速信号，

• 根据至少一个相电流的所探测到的至少一个当前的实际值，探测该至少一个相电流的周期时长、尤其是在两次过零之间的周期时长；

• 在该至少一个相电流的每个周期时长开始时，触发至少一个时间信号，该至少一个时间信号

o 在该至少一个相电流的周期时长之内的预先给定的时间段期间具有第一信号电平，而

o 在该至少一个相电流的其余的周期时长期间具有第二信号电平；

• 该至少一个时间信号在每个周期时长内都不断地被求平均，而且该至少一个时间信号的据此求得的平均值构成包含当前的转速信息的转速信号。

在按照本发明的方法的第二方法步骤的所述详细的扩展方案（其中整体上根据相电流的所探测到的当前的实际值，得出包含当前的转速信息的转速信号）中，首先确定相电流、这里是短路电流的周期时长，该周期时长与所探测到的短路电流的频率成反比并且借此与所寻求的转速成反比。优选地，由于易于测量，确定短路电流、尤其是至少近似正弦形的短路电流的每两次连续的过零之间的周期时长，即探测该周期时长。这些过零能通过例如施密特（Schmitt）触发电路非常简单地被检测。

接着，在所探测到的短路电流的每个周期时长开始时，利用过零来触发时间信号。对该时间信号的触发通过如下方式特别简单和可靠：短路电流的过零通过例如施密特触发电路示出为能精确地检测的信号沿。该时间信号在短路电流的周期时长之内的预先给定的时间段期间具有第一信号电平，而在短路电流的其余的周期时长期间具有第二信号电平。因此，第一和第二信号电平占该时间信号在短路电流的周期时长之内的整个信号变化过程的按百分比的时间份额随着预先给定的时间段与短路电流的周期时长之比变化而直接变化，即是短路电流的周期时长相对于预先给定的时间段的量度。在此，可以优选地利用单稳态触发电路来产生该时间信号，该单稳态触发电路的时间常数构成预先给定的时间段，而且该预先给定的时间段被选择得比短路电流的周期时长短，至少在该周期时长在转速阈处所处的那个时间范围内被选择得比短路电流的周期时长短。接着，该单稳态触发电路发出如下信号，该信号最初从短路电流的周期时长开始直至时间常数期满都具有第一信号电平，而接着直至下一个周期时长开始转接到第二信号电平，即准确地说，该单稳态触发电路发出该时间信号。

最后，现在在每个周期时长内不断地对该时间信号求平均。该时间信号的据此求得的平均值直接就是预先给定的时间段与短路电流的周期时长之比的量度，即是短路电流的周期时长相对于预先给定的时间段的量度。优选地，当短路电流的周期时长相对于预先给定的时间段减小时，如果该时间信号的第一信号电平比第二信号电平选择得高，则该时间信号的平均值增加。因此，该平均值随着短路电流的频率以及借此电机的转速升高而升高。借此，该平均值非常简单并且精确地构成包含当前的转速信息的转速信号。该转速信号又可以非常简单地与同样可作为信号电平预先给定的参考信号、这里是转速阈进行比较，而且据此可以获得转接到空转运行的转接标准或转接信息。

用于信号处理的所有这些方法步骤都可以用模拟信号来实施，而且借此与数据控制装置的功能能力无关。

在另一优选的实施方式中，按照本发明的方法的特点在于：在至少两相的、优选地三相的电机由至少两相的、优选地三相的变流器馈电的情况下，

• 彼此无关地探测至少两个、优选地正好两个相电流的当前的实际值；

• 根据相电流的所探测到的当前的实际值中的每个实际值，各得出一个包含当前的转速信息的转速信号；

• 将每个转速信号本身的当前的转速信息与可预先给定的转速阈进行比较；

• 一旦这些转速信号中的每个转速信号的当前的转速信息都表明转速低于可预先给定的转速阈，就根据该转速信号与转速阈的比较，产生各一个单独的转接信号，用于从主动短路运行转接到空转；

• 如果针对这些转速信号中的每个转速信号都产生单独的转接信号用来从主动短路运行转接到空转，也就是说如果所有单独的转接信号都一致地包含用于从主动短路运行转接到空转的信息，则由所有单独的转接信号构成包含用于从主动短路运行转接到空转的信息的、合成的转接信号；而且

• 利用合成的转接信号来激励变流器。

在该实施方式中，针对电机的每个相彼此分开地、即彼此并行地实施上面描述的前三个方法步骤。在此，优选的是探测电机的相电流中的两个相电流。在三相或多相电机的情况下，也可以选择性地使用相电流中的超过两个相电流，用于彼此无关地确定转速信息，不过由此提高了所要做出的花费。通过独立地、并行地确定转速信息，提供了冗余，该冗余能够实现按照本发明的方法的还更高的故障安全性和可靠性。

按照该实施方式，针对每个所探测到的相电流也分开独立地执行上面的方法步骤中的四个方法步骤。在此，针对每个所探测到的相电流、也就是说针对电机的每个被用于探测的相，产生单独的转接信号。因此，提供多个单独的转接信号用于冗余地分析，如将电机的相用于探测。由这些单独的转接信号来构成合成的转接信号，当且仅当这些单独的转接信号中的每个转接信号都包含与此相关的信息时，即当这些单独的转接信号中的每个转接信号都表明该转接时，才通过该合成的转接信号促使转接到空转运行。借此保证了：在错误地实施该方法来确定这些单独的转接信号之一的情况下，并没有不受控制地转接到空转运行。优选地，利用与（UND）函数来由这些单独的转接信号构成合成的转接信号。

根据本发明的方法的另一优选的实施方式，只有当变流器处在主动短路运行下时，才利用转接信号或合成的转接信号来激励变流器，用于从主动短路运行转接到空转运行。为了以简单的方式保证这一点，优选地，将该转接信号（在探测仅仅一个相电流的情况下）或者选择性地该合成的转接信号或者这些单独的转接信号通过与（UND）函数附加地与短路请求信号逻辑关联，使得在转速低的情况下，只有当需要主动短路运行时、也就是说在故障情况下，才接通空转运行。

此外，上面提到的任务在开头提到的类型的保护设备中通过如下装置来解决：

• 至少一个电流测量级，用于在主动短路运行下探测电机的至少一个相电流的至少一个当前的实际值；

• 至少一个转速信号生成级，用于根据该至少一个相电流的所探测到的至少一个当前的实际值得出包含当前的转速信息的转速信号；

• 至少一个比较级，

o 用于将该转速信号的当前的转速信息与可预先给定的转速阈进行比较，

o 用于一旦当前的转速信息表明转速低于可预先给定的转速阈，就产生转接信号，用于从主动短路运行转接到空转，以及

o 用于利用该转接信号来激励变流器。

在此，该至少一个电流测量级被构造用于执行上文描述的第一方法步骤，该至少一个转速信号生成级被构造用于执行上文描述的第二方法步骤，而该至少一个比较级被构造用于执行上文描述的第三、第四和第五方法步骤，使得上面的阐述直接适用于这些级。可以将至少一个比较器级用作该至少一个比较级。附加地，比较器级也可以实施为窗口比较器，以便提供在所测量的转速附近设置公差窗口的可能性。

根据本发明的保护设备的一个优选的扩展方案，该至少一个转速信号生成级包括如下装置，用于得出包含当前的转速信息的转速信号，也就是说用于实施按照本发明的方法的第二方法步骤的上文阐述的、详细的扩展方案：

• 至少一个周期时长探测级，

o 用于探测该至少一个相电流的所探测到的至少一个当前的实际值的周期时长、尤其是在两次过零之间的周期时长，以及

o 用于产生具有该周期时长的触发信号；

• 至少一个时间级，该至少一个时间级被设置用于：

o 获得被输送的触发信号，而且

o 在该至少一个相电流的每个周期时长开始时触发至少一个时间信号，该至少一个时间信号

■ 在该至少一个相电流的周期时长之内的预先给定的时间段期间具有第一信号电平，而

■ 在该至少一个相电流的其余的周期时长期间具有第二信号电平；

• 和至少一个求平均值级，

o 用于在每个周期时长内不断地对该至少一个时间信号求平均，而且

o 用于据此获得该至少一个时间信号的平均值，其中该平均值构成包含当前的转速信息的转速信号。

优选地，该至少一个周期时长探测级被设计得具有至少一个施密特触发电路，利用该施密特触发电路可以根据相电流的过零求得边沿陡峭的、干扰小的触发信号，该触发信号确保了对相电流的周期时长的精确的确定以及随后的至少一个时间级的可靠的功能。有利地，该至少一个时间级被设计得具有至少一个单稳态触发电路（简称：Monoflop），该触发信号被输送给该至少一个单稳态触发电路，而且于是该至少一个单稳态触发电路在预先给定的时间段期间发出第一信号电平，也就是说在相电流的周期时长和通过该预先给定的时间段和该周期时长所确定的占空比的情况下产生矩形信号。该至少一个求平均值级能非常简单并且优选地利用至少一个低通滤波器来实施。

此外，这里上文对按照本发明的方法的第二方法步骤的详细的扩展方案的阐述也相对应地适用于所提到的级。

有利地，按照本发明的保护设备的所有之前描述的级都被构造用于处理模拟信号。

按照本发明的保护设备的另一有利的设计方案的特点在于，在至少两相的、优选地三相的电机由至少两相的、优选地三相的变流器馈电的情况下设置：

• 至少两个、优选地正好两个电流测量级，用于在主动短路运行下彼此无关地探测电机的至少两个、优选地正好两个相电流的当前的实际值；

• 至少两个、优选地正好两个转速信号生成级，用于根据相电流的所探测到的当前的实际值中的每个实际值得出各一个包含当前的转速信息的转速信号；

• 至少两个、优选地正好两个比较级，

o 用于将每个转速信号本身的当前的转速信息与可预先给定的转速阈进行比较，

o 用于一旦这些转速信号中的每个转速信号的当前的转速信息都表明转速低于可预先给定的转速阈，就产生各一个单独的转接信号，用于从主动短路运行转接到空转；

和

• 逻辑关联级，

o 用于使所有比较级的所有单独的转接信号逻辑关联，使得如果针对这些转速信号中的每个转速信号都产生单独的转接信号用来从主动短路运行转接到空转，也就是说如果所有单独的转接信号都一致地包含用于从主动短路运行转接到空转的信息，则由所有单独的转接信号构成包含用于从主动短路运行转接到空转的信息的、合成的转接信号，

o 选择性地用于使所有比较级的所有单独的转接信号或者该合成的转接信号与短路请求信号逻辑关联，使得只有当变流器处在主动短路运行下时，才利用该合成的转接信号来激励变流器，用来从主动短路运行转接到空转，该短路请求信号被设置用于在有故障的激励的情况下使变流器转变到主动短路运行，

o 而且用于利用该合成的转接信号来激励变流器。

在该设计方案中，为了冗余地形成单独的转接信号以及借此该合成的转接信号，设置至少两个、优选地正好两个并行的信号处理支路，这些信号处理支路中每个信号处理支路本身都以之前描述的方式来构造而且彼此无关地每个信号处理支路都提供单独的转接信号。这些单独的转接信号通过优选地构造为与门（UND）电路的逻辑关联级来彼此进行逻辑关联，而且选择性地附加地和短路请求信号按照逻辑与（UND）函数进行逻辑关联。

此外，这里上文对按照本发明的方法的与此相关的扩展方案的阐述也相对应地适用于所提到的级。

在逻辑关联级和要由该逻辑关联级实施的方法步骤的一个变型方案中，这些单独的转接信号也可能会通过例如或（ODER）函数来彼此进行逻辑关联，而该或（ODER）函数的结果可能会通过与（UND）函数来与短路请求信号进行逻辑关联。但是，这会按如下地得到冗余的变型形式：如果例如电流测量级之一、转速信号生成级之一和/或比较级之一会有故障，则也会转接到空转运行。

在按照本发明的保护设备的另一优选的实施方式中，该至少一个电流测量级通过如下那些电流测量级中的至少一个电流测量级形成，所述电流测量级被设置用于控制电机的常规的、没有故障的运行。这能够实现该保护设备的特别简单并且成本低的结构。

开头提到的任务也通过一种电驱动装置来解决，该电驱动装置的特点在于之前描述的类型的至少一个电机和/或特点在于之前提到的类型的保护设备。

最后，开头提到的任务也通过一种车辆、尤其是公路行驶车辆来解决，该车辆的特点在于之前描述的类型的电驱动装置和/或特点在于之前描述的类型的保护设备。

这种驱动装置和这种车辆都具有之前描述的特征和优点。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下文进一步予以描述，其中一致的要素在所有附图中都配备有相同的附图标记，而且省去对这些要素的重复的描述。其中：

图1示出了按照本发明的保护设备的示例的简略示意性方框电路图；

图2示出了在根据图1的保护设备的第一、示例性的工作情况下的随时间的信号变化过程的第一示例；而

图3示出了在根据图1的保护设备的第二、示例性的工作情况下的随时间的信号变化过程的第二示例。

具体实施方式

在图1中，按照本发明的用于限制电机200的转矩的保护设备的示例用附图标记100来表示并且以作为方框电路图的简略示意图来重现。电机200构造为三相，尤其是构造为三相电机、优选地同步电机，而且因此配备有第一相连接端201、第二相连接端202和第三相连接端203。利用相连接端201、202、203，电机200连接到三相变流器207的第一、第二或第三输出连接端204、205或206上而且通过该三相变流器来馈电。变流器207以本身公知的方式设计得具有三个半桥，所述三个半桥由各两个串联地布置在两个供电电压连接端208、209之间的功率半导体开关（简称功率开关）210、211、212、213、214和215构成；变流器207的输出连接端204、205和206都通过这三个半桥的中间抽头形成。功率半导体210、211、212、213、214和215的输入连接端与驱动级216连接。驱动级216具有激励信号输入端217和短路请求信号输入端218。

在图1中没有示出控制电路和电机200的转子方位传感器。转子方位传感器被构造为：从电机200获得旋转角度信息或转速信息并且将旋转角度信息或转速信息传送给控制电路。控制电路从中获得由电机200的旋转、即旋转角度和/或转速确定的激励信号，通过该激励信号，根据电机200的旋转来激励变流器207的功率开关210、211、212、213、214和215，用来切换在相连接端201、202、203中的要馈入到电机200中的相电流。为了该目的，将激励信号通过激励信号输入端217输送给驱动级216。

在被假定为本发明的初始情况的故障情况下，虽然具有其功率开关210、211、212、213、214和215的变流器207本身以及驱动级216至少对于随后描述的目的来说仍有功能能力，然而电机200的转子方位传感器失灵或者有故障地进行工作，由此在激励信号输入端217上的激励信号失灵并且因而驱动级216不再能够没有故障地激励电机200。借此，电机200不再能够根据旋转角度和/或转速来控制，因为不再有转速信息来自转子方位传感器。如果对要在激励信号输入端217上提供的激励信号的形成失灵或有故障，则存在类似的初始情况。

不过，变流器207的各个功率开关210、211、212、213、214和215以及驱动级216仍还能被切换，使得通过这些功率开关以及驱动级可以引入电机200的主动短路运行，也就是说在这种故障的情况下，变流器207将电机200切换到主动短路运行。为此，尤其是在激励该控制电路的转子方位传感器失灵的故障情况下，由所提到的控制电路发出短路请求信号，而不是发出由电机200的旋转、即旋转角度和/或转速所确定的激励信号，而且通过短路请求信号输入端218将该短路请求信号输送给驱动级216，通过该驱动级216，变流器207切换到主动短路运行。

电机200以这种方式被设置为：在对变流器200的有故障的激励时被转变到主动短路运行。

按照本发明，电机200还被设置为：在低于转速阈DS时被转变到空转运行。为此使用保护设备100，该保护设备100在根据图1所示出的实施例中包括两个并行的信号处理支路、即第一信号处理支路101和第二信号处理支路102，所述两个并行的信号处理支路按如下描述的那样来构造。

第一信号处理支路101包括第一电流测量级103，用于不断地探测在电机200的第二相连接端202中流动的第二相电流I2的当前的实际值。在主动短路运行下，这是在电机200的第二相连接端202中的短路电流的实际值。相对应地，第二信号处理支路102包括第二电流测量级104，用于不断地探测在电机200的第三相连接端203中流动的第三相电流I3的当前的实际值。在主动短路运行下，这是在电机200的第三相连接端203中的短路电流的实际值。彼此无关地冗余地探测相电流I2、I3的实际值。优选地，电流测量级103、104是如下那些电流测量级，所述电流测量级被设置用于控制电机200的常规的、没有故障的运行，使得这里没有形成附加的电路花费。

第一信号处理支路101还包括第一转速信号生成级105，用于根据第二相电流I2的所探测到的当前的实际值得出包含当前的转速信息的第一转速信号D1。

在此，第一转速信号生成级105包含第一周期时长探测级107，用于探测第二相电流I2的所探测到的当前的实际值的周期时长P。有利地，第一周期时长探测级107构造得具有施密特触发电路，第二相电流I2的尤其是正弦形的当前的实际值被输送给该施密特触发电路，而且该施密特触发电路据此产生矩形的、具有周期时长P的第一触发信号A1，该第一触发信号A1的开关沿出现在第二相电流I2的所探测到的当前的实际值的过零处，使得在第二相电流I2的所探测到的当前的实际值的两次过零之间的周期时长P被确定。

第一转速信号生成级105还包含接在第一周期时长探测级107下游的第一时间级109，第一触发信号A1被输送给该第一时间级109。第一时间级109被构造为：在第二相电流I2的每个周期时长P开始时触发第一时间信号Z1，该第一时间信号Z1在相电流I2的周期时长P之内的预先给定的时间段T期间具有第一信号电平SP1，而在第二相电流I2的其余的周期时长P期间具有第二信号电平SP2。尤其是，这里第一信号电平SP1被构建为高信号电平而第二信号电平SP2被构建为低信号电平。优选地，第一时间级109构造得具有单稳态触发电路（简称：Monoflop），该单稳态触发电路（由开关沿来触发，也就是说这里是在每个周期时长P开始时的负的开关沿）发出具有预先给定的时间段T的时间长度和第一信号电平SP1的脉冲并且然后落回到第二信号电平SP2。在此，预先给定的时间段T被选择得比在要由该保护设备100监控的转速范围内出现的周期时长P短。

第一转速信号生成级105还包含接在第一时间级109下游的第一求平均值级111，用于在每个周期时长P内不断地对第一时间信号Z1求平均。在所示出的实施例中，第一求平均值级111利用简单的RC低通滤波器形成。在第一求平均值级111中，获得第一时间信号Z1的平均值。该平均值是对预先给定的时间段T与周期时长P之比的直接量度以及借此是对电机200的转速的直接量度，而且因而直接构成在第一求平均值级111的输出连接端上、也就是说在该第一求平均值级111的电容上的包含当前的转速信息的第一转速信号D1。

类似于第一信号处理器支路101，第二信号处理支路102包括第二转速信号生成级106，用于根据第三相电流I3的所探测到的当前的实际值得出包含当前的转速信息的第二转速信号D2。

在此，第二转速信号生成级106包含第二周期时长探测级108，用于探测第三相电流I3的所探测到的当前的实际值的周期时长P。有利地，第二周期时长探测级108也构造得具有施密特触发电路，第三相电流I3的尤其是正弦形的当前的实际值被输送给该施密特触发电路，而且该施密特触发电路据此产生矩形的、具有周期时长P的第二触发信号A2，该第二触发信号A2的开关沿出现在第三相电流I3的所探测到的当前的实际值的过零处，使得在第三相电流I3的所探测到的当前的实际值的两次过零之间的周期时长P被确定。

第二转速信号生成级106还包含接在第二周期时长探测级108下游的第二时间级110，第二触发信号A2被输送给该第二时间级110。第二时间级110被构造为：在第三相电流I3的每个周期时长P开始时触发第二时间信号Z2，该第二时间信号Z2在相电流I3的周期时长P之内的预先给定的时间段T期间具有第一信号电平SP1，而在第三相电流I3的其余的周期时长P期间具有第二信号电平SP2。优选地，第二时间级110也构造得具有单稳态触发电路（Monoflop），该单稳态触发电路又（这里也由在每个周期时长P开始时的负的开关沿触发）发出具有预先给定的时间段T的时间长度和第一信号电平SP1的脉冲并且然后落回到第二信号电平SP2。

第二转速信号生成级106还包含接在第二时间级110下游的第二求平均值级112，用于在每个周期时长P内不断地对第二时间信号Z2求平均。有利地，第二求平均值级112也利用简单的RC低通滤波器来形成。在第二求平均值级112中获得第二时间信号Z2的平均值，该平均值同样是对预先给定的时间段T与周期时长P之比的直接量度以及借此是对电机200的转速的直接量度，而且因而直接构成在第二求平均值级112的输出连接端上、也就是说在该第二求平均值级112的电容上的包含当前的转速信息的第二转速信号D2。

最后，第一信号处理支路101包括第一比较级113，在第一输入连接端上，第一转速信号D1从第一求平均值级111的输出连接端被输送给该第一比较级113。第一比较级113的第二输入连接端与参考信号线117连接。通过参考信号线117来输送同样能作为信号电平预先给定的参考信号、这里是转速阈DS。在优选地用比较器级来构造的第一比较级113中，将第一转速信号D1的当前的转速信息与可预先给定的转速阈DS进行比较，作为对模拟信号电平的简单的比较。作为该比较的结果，一旦第一转速信号D1的当前的转速信息表明转速低于可预先给定的转速阈DS，就在第一比较级113的输出连接端115上输出单独的第一转接信号U1，用于从主动短路运行转接到空转。

与之一致地，第二信号处理支路102包括第二比较级114，在第一输入连接端上，第二转速信号D2从第二求平均值级112的输出连接端被输送给该第二比较级114。第二比较级114的第二输入连接端同样与参考信号线117连接，用于输送转速阈DS。在优选地用比较器级来构造的第二比较级114中，也将第二转速信号D2的当前的转速信息与可预先给定的转速阈DS进行比较，作为对模拟信号电平的简单的比较。作为该比较的结果，一旦第二转速信号D2的当前的转速信息表明转速低于可预先给定的转速阈DS，就在第二比较级114的输出连接端116上输出单独的第二转接信号U2，用于从主动短路运行转接到空转。

第一和第二信号处理支路101、102的所描述的元件具有相同的参数。因而，在该保护设备100的功能没有缺陷的情况下，这两个信号处理支路101、102中每个信号处理支路本身都以之前描述的方式彼此无关地并且彼此并行地提供一致的信号、尤其是一致的单独的转接信号U1、U2。对单独的转接信号U1、U2的所述冗余的形成被用于提高该保护设备100的工作原理的可靠性。为此，该保护设备100包括逻辑关联级118，用于使两个比较级113、114的单独的转接信号U1、U2逻辑关联，使得如果针对转速信号D1、D2中的每个转速信号都产生单独的转接信号U1、U2用来从主动短路运行转接到空转，也就是说如果所有单独的转接信号U1、U2都一致地包含用于从主动短路运行转接到空转的信息，则由所有单独的转接信号U1、U2构成包含用于从主动短路运行转接到空转的信息的、合成的转接信号U，并且在逻辑关联级118的输出连接端119上发出该包含用于从主动短路运行转接到空转的信息的、合成的转接信号U。因此，该逻辑关联级118优选地构造为与门（UND）电路，使得这些单独的转接信号U1、U2通过该逻辑关联级118按照逻辑与（UND）函数来彼此进行逻辑关联。

为了保证实际上只从主动短路运行出发转接到空转，该逻辑关联级118被构造得具有另一输入连接端，该另一输入连接端与驱动级216的短路请求信号输入端218连接，使得短路请求信号被输送给该另一输入连接端。由此，该逻辑关联级118被设立用于使比较级113、114的单独的转接信号U1、U2与短路请求信号逻辑关联，使得只有当变流器207处在主动短路运行下时，才利用该合成的转接信号U激励变流器207，用来从主动短路运行转接到空转，该短路请求信号被设置用于在有故障的激励的情况下使变流器转变到主动短路运行。这些单独的转接信号U1、U2通过构造为与门（UND）电路的逻辑关联级118来彼此进行逻辑关联，而且和短路请求信号按照逻辑与（UND）函数来进行逻辑关联。

该合成的转接信号U由逻辑关联级118的输出连接端119作为空转请求信号传送给驱动级216的空转请求信号输入端120，用于利用该合成的转接信号U来激励变流器207。驱动级216被构造为使得在空转请求信号输入端120上接收到空转请求信号时，所有功率开关210、211、212、213、214和215都被转变到不导电状态下。

图2示出了在图1的保护设备100的第一、示例性的工作情况下依据第一信号处理支路101的随时间的信号变化过程，所述随时间的信号变化过程具有：第二相电流I2，该第二相电流I2具有周期时长P；据此得出的周期时长P相同的第一触发信号A1；以及第一时间信号Z1。在所示出的工作情况下，预先给定的时间段T约为周期时长P的二十分之一。由此产生具有低于转速阈DS的信号电平的第一转速信号D1。由此产生第一转接信号U1，该第一转接信号U1引起转接到空转。

图3示出了在图1的保护设备100的第二、示例性的工作情况下又依据第一信号处理支路101的随时间的信号变化过程。现在，预先给定的时间段T只约为周期时长P的四分之一。由此产生具有高于转速阈DS的信号电平的第一转速信号D1，使得没有转接到空转。

附图标记列表

100 保护设备

101 100的第一信号处理支路

102 100的第二信号处理支路

103 101的第一电流测量级

104 102的第二电流测量级

105 101的第一转速信号生成级

106 102的第二转速信号生成级

107 105的第一周期时长探测级

108 106的第二周期时长探测级

109 105的第一时间级

110 106的第二时间级

111 105的第一求平均值级

112 105的第二求平均值级

113 101的第一比较级

114 102的第二比较级

115 113的输出连接端

116 114的输出连接端

117 DS的参考信号线

118 100的逻辑关联级

119 118的输出连接端

120 216的空转请求信号输入端

200 电机

201 200的第一相连接端

202 200的第二相连接端

203 200的第三相连接端

204 207的第一输出连接端

205 207的第二输出连接端

206 207的第三输出连接端

207 变流器

208 207的第一供电电压连接端

209 207的第二供电电压连接端

210 207的第一功率开关

211 207的第二功率开关

212 207的第三功率开关

213 207的第四功率开关

214 207的第五功率开关

215 207的第六功率开关

216 驱动级

217 216的激励信号输入端

218 216的短路请求信号输入端

A1 第一触发信号

A2 第二触发信号

D1 第一转速信号

D2 第二转速信号

D3 转速阈

I2 202中的第二相电流

I3 203中的第三相电流

P 相电流I2、I3的周期时长

SP1 Z1、Z2的第一信号电平

SP2 Z1、Z2的第二信号电平

T 预先给定的时间段

U 在119上的合成的转接信号

U1 在115上的单独的第一转接信号

U2 在116上的单独的第二转接信号

Z1 第一时间信号

Z2 第二时间信号

Claims (10)

1.用于限制通过至少单相的变流器（207）来馈电的电机（200）的转矩的方法，所述电机在有故障地激励所述变流器（207）时转变到主动短路运行而在低于转速阈（DS）时转变到空转运行，

其特征在于，

• 在主动短路运行下，探测所述电机（200）的至少一个相电流（I2、I3）的至少一个当前的实际值；

• 根据所述至少一个相电流（I2、I3）的所探测到的至少一个当前的实际值，得出包含当前的转速信息的转速信号（D1、D2）；

• 将所述转速信号（D1、D2）的当前的转速信息与可预先给定的转速阈（DS）进行比较；

• 一旦所述当前的转速信息表明转速低于所述可预先给定的转速阈（DS），就产生转接信号（U、U1、U2），用于从主动短路运行转接到空转；而且

• 利用所述转接信号（U、U1、U2）来激励所述变流器（207）。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

为了得出所述包含当前的转速信息的转速信号（D1、D2），

• 根据所述至少一个相电流（I2、I3）的所探测到的至少一个当前的实际值，探测所述至少一个相电流（I2、I3）的周期时长（P）、尤其是在两次过零之间的周期时长（P）；

• 在所述至少一个相电流（I2、I3）的每个周期时长（P）开始时，触发至少一个时间信号（Z1、Z2），所述至少一个时间信号

o 在所述至少一个相电流（I2、I3）的周期时长（P）之内的预先给定的时间段（T）期间具有第一信号电平（SP1），而

o 在所述至少一个相电流（I2、I3）的其余的周期时长（P）期间具有第二信号电平（SP2）；

• 所述至少一个时间信号（Z1、Z2）在每个周期时长（P）内都不断地被求平均，而且所述至少一个时间信号（Z1、Z2）的据此求得的平均值构成所述包含当前的转速信息的转速信号（D1、D2）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

在至少两相的、优选地三相的电机（200）由至少两相的、优选地三相的变流器（207）馈电的情况下，

• 彼此无关地探测至少两个、优选地正好两个相电流（I2、I3）的当前的实际值；

• 根据所述相电流（I2、I3）的所探测到的当前的实际值中的每个实际值，各得出一个包含当前的转速信息的转速信号（D1、D2）；

• 将每个转速信号（D1、D2）本身的当前的转速信息与所述可预先给定的转速阈（DS）进行比较；

• 一旦所述转速信号（D1、D2）中的每个转速信号的当前的转速信息都表明转速低于所述可预先给定的转速阈（DS），就根据所述转速信号（D1、D2）与所述转速阈（DS）的比较，产生各一个单独的转接信号（U1、U2），用于从主动短路运行转接到空转；

• 如果针对所述转速信号（D1、D2）中的每个转速信号都产生单独的转接信号（U1、U2）用来从主动短路运行转接到空转，也就是说如果所有单独的转接信号（U1、U2）都一致地包含用于从主动短路运行转接到空转的信息，则由所有单独的转接信号（U1、U2）构成包含用于从主动短路运行转接到空转的信息的、合成的转接信号（U）；而且

• 利用合成的转接信号（U）来激励所述变流器（207）。

4.根据上述权利要求中的一项或多项所述的方法，

其特征在于，

只有当所述变流器（207）处在主动短路运行下时，才利用所述转接信号（U1、U2）或所述合成的转接信号（U）来激励所述变流器（207），用来从主动短路运行转接到空转。

5.用于限制电机（200）的转矩的保护设备（100），所述电机被设置为：通过至少单相的变流器（207）来馈电，在有故障地激励所述变流器（207）时转变到主动短路运行而在低于转速阈（DS）时转变到空转运行，

其特征在于

• 至少一个电流测量级（103、104），用于在主动短路运行下探测所述电机（200）的至少一个相电流（I2、I3）的至少一个当前的实际值；

• 至少一个转速信号生成级（105、106），用于根据所述至少一个相电流（I2、I3）的所探测到的至少一个当前的实际值得出包含当前的转速信息的转速信号（D1、D2）；

• 至少一个比较级（113、114），

o 用于将所述转速信号（D1、D2）的当前的转速信息与可预先给定的转速阈（DS）进行比较，

o 用于一旦所述当前的转速信息表明转速低于所述可预先给定的转速阈（DS），就产生转接信号（U1、U2），用于从主动短路运行转接到空转，以及

o 用于利用所述转接信号（U1、U2）来激励所述变流器（207）。

6.根据权利要求5所述的保护设备（100），

其特征在于，

为了得出所述包含当前的转速信息的转速信号（D1、D2），所述至少一个转速信号生成级（105、106）包括：

• 至少一个周期时长探测级（107、108），

o 用于探测所述至少一个相电流（I2、I3）的所探测到的至少一个当前的实际值的周期时长（P）、尤其是在两次过零之间的周期时长（P），以及

o 用于产生具有所述周期时长（P）的触发信号（A1、A2）；

• 至少一个时间级（109、110），所述至少一个时间级被设置用于：

o 获得被输送的触发信号（A1、A2），而且

o 在所述至少一个相电流（I2、I3）的每个周期时长（P）开始时触发至少一个时间信号（Z1、Z2），所述至少一个时间信号

■ 在所述至少一个相电流（I2、I3）的周期时长（P）之内的预先给定的时间段（T）期间具有第一信号电平（SP1），而

■ 在所述至少一个相电流（I2、I3）的其余的周期时长（P）期间具有第二信号电平（SP2）；

• 和至少一个求平均值级（111、112），

o 用于在每个周期时长（P）内不断地对所述至少一个时间信号（Z1、Z2）求平均，而且

o 用于据此获得所述至少一个时间信号（Z1、Z2）的平均值，

其中所述平均值构成所述包含当前的转速信息的转速信号（D1、D2）。

7.根据权利要求5或6所述的保护设备（100），

其特征在于，

在至少两相的、优选地三相的电机（200）由至少两相的、优选地三相的变流器（207）馈电的情况下设置：

• 至少两个、优选地正好两个电流测量级（103、104），用于在主动短路运行下彼此无关地探测所述电机（200）的至少两个、优选地正好两个相电流（I2、I3）的当前的实际值；

• 至少两个、优选地正好两个转速信号生成级（105、106），用于根据所述相电流（I2、I3）的所探测到的当前的实际值中的每个实际值得出各一个包含当前的转速信息的转速信号（D1、D2）；

• 至少两个、优选地正好两个比较级（113、114），

o 用于将每个转速信号（D1、D2）本身的当前的转速信息与所述可预先给定的转速阈（DS）进行比较，

o 用于一旦所述转速信号（D1、D2）中的每个转速信号的当前的转速信息都表明转速低于所述可预先给定的转速阈（DS），就产生各一个单独的转接信号（U1、U2），用于从主动短路运行转接到空转；

和

• 逻辑关联级（118），

o 用于使所有比较级（113、114）的所有单独的转接信号（U1、U2）逻辑关联，使得如果针对所述转速信号（D1、D2）中的每个转速信号都产生单独的转接信号（U1、U2）用来从主动短路运行转接到空转，也就是说如果所有单独的转接信号（U1、U2）都一致地包含用于从主动短路运行转接到空转的信息，则由所有单独的转接信号（U1、U2）构成包含用于从主动短路运行转接到空转的信息的、合成的转接信号（U），

o 选择性地用于使所有比较级（113、114）的所有单独的转接信号（U1、U2）或者所述合成的转接信号（U）与短路请求信号（在218上）逻辑关联，使得只有当所述变流器（207）处在主动短路运行下时，才利用所述合成的转接信号（U）来激励所述变流器（207），用来从主动短路运行转接到空转，所述短路请求信号被设置用于在（217上）有故障的激励的情况下使所述变流器（207）转变到主动短路运行，

o 而且用于利用所述合成的转接信号（U）来激励所述变流器（207）。

8.根据权利要求5至7中的一项或多项所述的保护设备（100），

其特征在于，

所述至少一个电流测量级（103、104）通过如下那些电流测量级（103、104）中的至少一个电流测量级形成，所述电流测量级被设置用于控制所述电机（200）的常规的、没有故障的运行。

9.电驱动装置，

其特征在于

在上述权利要求中提到的类型的至少一个电机（200），和/或根据权利要求5至8中的一项或多项所述的保护设备（100）。

10.车辆、尤其是公路行驶车辆，

其特征在于

根据权利要求9所述的电驱动装置，和/或根据权利要求5至8中的一项或多项所述的保护设备（100）。