JP2013527745A - 電子的に整流される電気機械の相電流の０通過を求めるため、特に電気機械の回転子位置を求めるための方法と装置 - Google Patents

Abstract

電気機械の相応の位相に割り当てられている接続ノードに印加される複数の相電圧を供給するために、電気機械を電力スイッチを備えているドライバ回路によって駆動制御し、電力スイッチの少なくとも一部を、パルス幅変調に応じてデューティ比を用いて周期的に駆動制御し、接続ノードの内の一つに異なる電位を交互に印加する。電気機械を駆動させるために、相電圧を供給するドライバ回路を駆動制御し、電力スイッチの内の少なくとも一つに対するパルス幅変調式の駆動制御を停止し、少なくともパルス幅変調の各周期におけるある期間の間は、ドライバ回路によって電位が接続ノードに印加されないようにし、期間中に、停止された電力スイッチに設けられているフリーホイールダイオードにおけるダイオード電圧を検出し、期間内にフリーホイールダイオードにおけるダイオード電圧がもはや存在しなくなる時点として、相電流の０通過の時点を規定する。

Description

本発明は、駆動制御のため、特に回転子位置を求めるために相電流の０通過が検出される、電気機械、特に電子的に整流される電気機械に関する。

電子的に整流される電気機械、例えば同期モータ、非同期モータ等は従来技術から公知である。その種の電気機械は、回転子極を形成するために例えば永久磁石を設けることができる受動的な回転子を有している。外部磁界を形成することによって回転子には駆動力が作用する。外部磁界はその時点における回転子位置に依存させて発生させなければならないので、その種の電子的に整流される電気機械を駆動制御するためには、回転子の瞬時回転子位置に関する知識が必要になる。

通常の場合、外部磁界は複数の位相を有する固定子コイルによって形成される。回転子位置は、固定子コイルに印加される相電圧を検出し、その相電圧を固定子コイルの相巻線に印加するために利用される。

電気機械の駆動制御は、Ｈブリッジ回路又はＢ６回路を用いて電気機械の相巻線を駆動制御するために、インバータ回路を用いて形成されていることが多いドライバ回路を用いて行なわれる。この駆動制御は瞬時回転子位置に依存する給電パターンに応じて行なわれる。この給電パターンは、駆動トルクを提供するために、相電圧によって形成された固定子磁界が、回転方向に存在するように回転子内の永久磁石の励起磁界に供給されるように選定されている。

回転子位置を検出するための方法は従来技術より広く公知である。一方では、目下の回転子位置を位置検出器によって検出することができ、この位置検出器は瞬時回転子位置に関する情報を、電気機械のための相応の駆動制御ユニットのアナログ形式又はディジタル形式の測定信号に基づいて提供する。その種の位置検出器は複数のホールセンサ又はＧＭＲセンサ（ＧＭＲ：Giant Magnetic Resistance）を用いて瞬時回転子位置を検出することができる。このために、それらのセンサを回転子の回転子極の近傍又は磁気センサ歯車に配置することができ、また、回転子の位置を位置検出器によって測定された磁界の強度及び方向に基づき表すことができる。

他方では、電気機械の回転子の回転子位置を逆起電力（Back-EMF）法によっても検出することができ、この逆起電力法では、固定子コイルの該当する相巻線の無電流状態において誘導電圧の経過が評価される。このために先ず、該当する相巻線における相電流の０通過が検出ないし予測され、その相巻線における相電圧に関する電圧供給が、０通過を含む所定の測定時間窓にわたり停止される。測定時間窓の間は、誘導電圧の経過が求められ、その誘導電圧の経過に基づいて、誘導電圧の０通過の０通過時点が算出される。誘導電圧の０通過時点は瞬時回転子位置に関する情報を表すことができる。

従来では、多数ある相巻線の内の一つ又は複数の相巻線における相電流の０通過が、測定抵抗（シャント）を介する電圧降下を測定することによって、又はドライバ回路内の電力スイッチを介する電圧降下を測定することによって確認される。しかしながらこの方法は煩雑であり、また、相電流の電流経過を監視し、それにより相電流の０通過を確認できるようにするための付加的な措置を設けることを必要とする。更には、複数の測定抵抗を使用する場合には、それらの測定抵抗を相巻線に直列に接続しなければならず、それによってモータシステムの効率を損ねる虞のある損失が生じる。

従って本発明の課題は、特に構造的な措置に関するコストが低減されている、簡単なやり方で相電流の０通過を求めるための方法及び装置を提供することである。

発明の概要
この課題は、請求項１に記載されている相電流の０通過を求めるための方法、請求項６に記載されている電気機械の回転子位置を求めるための方法、請求項７に記載されている相電流の０通過を求めるための装置、並びに、請求項８に記載されているモータシステムによって解決される。

別の有利な実施の形態は従属請求項に記載されている。

第１の態様によれば、多相電気機械における相電流の０通過の時点を求めるための方法が提案される。本方法においては、電気機械が電力スイッチを備えているドライバ回路によって駆動制御され、電気機械の対応する位相に割り当てられている接続ノードに印加される複数の相電圧が供給され、電力スイッチの少なくとも一部がパルス幅変調に応じてデューティ比を用いて周期的に駆動制御され、接続ノードの内の一つに異なる電位が交互に印加される。本方法は、以下のステップを備えている：
−電気機械を駆動させるために、相電圧を供給するドライバ回路を駆動制御するステップ；
−電力スイッチの内の少なくとも一つに対するパルス幅変調式の駆動制御を停止し、それにより、少なくともパルス幅変調の各周期におけるある期間の間は、ドライバ回路によって電位が接続ノードに印加されないようにするステップ；
−前述の期間において、停止された電力スイッチに設けられているフリーホイールダイオードにおけるダイオード電圧を検出するステップ；
−前述の期間内にフリーホイールダイオードにおけるダイオード電圧がもはや存在しなくなる時点として、相電流の０通過の時点を規定するステップ。

上述の方法の着想は、相電流の発生を、ドライバ回路の一つの電力スイッチに割り当てられているフリーホイールダイオードにおけるダイオード電圧に基づき識別するということである。事前にパルス幅変調により駆動されていた電力スイッチの内の一つが停止されると、少なくとも該当する電力スイッチが導通状態になる期間においては、その電力スイッチによって接続されるべき電位は接続ノードに印加されない。これによって接続ノードは浮いた状態（浮遊状態）になる。

相電流に基づいて、停止された電力スイッチのフリーホイールダイオードは導通方向において駆動され、前述の電位を接続ノードに印加するダイオード電圧は降下する。特に、接続ノードにおいて生じる電位は、ダイオード電圧から生じ、且つ、停止した電力スイッチによって接続される電位である。ダイオードにおける電圧は、相電流の符号が変化した際には、電気回路によって決定される電圧に相当する。何故ならば、その場合フリーホイールダイオードは阻止方向において駆動されるからである。従って、ダイオード電圧が０になる時点を検出することによって、フリーホイールダイオードが阻止方向において駆動される時点を規定することができる。この時点は相電流の０通過の時点に対応する。

相電流をフリーホイールダイオードに流せるようにするために、ドライバ回路の電力スイッチがパルス幅変調のデューティ比に応じて交番的に駆動される従来の駆動制御方法とは異なり、電力スイッチの内の一つが停止され、その停止された電力スイッチに割り当てられているフリーホイールダイオードにダイオード電流が流される。

停止された電力スイッチのフリーホイールダイオードにおけるダイオード電圧が消失する時点として相電流の０通過の時点を検出することは、相電流の測定の付加的な検出を省略することができるという利点を有している。相電流の０通過の時点を求めることは、電気機械の相巻線のための接続ノードにおける端子電圧のいずれにせよ必要とされる測定のみを基礎としている。

更には、電力スイッチの内の少なくとも一つに対するパルス幅変調式の駆動制御の停止を、相電圧の符号変化の時点に依存するか、その時点に対応する時点に開始して、最も早ければ相電流の０通過が確認された時点に終了する測定時間窓内に実施することができる。特に、パルス幅変調式の駆動制御を停止するステップは、瞬時相電流が順方向のダイオード電流を生じさせる電力スイッチのみを停止させるステップを含むことができる。

一つの実施の形態によれば、瞬時相電流が順方向のダイオード電流を生じさせる電力スイッチを、相電圧の経過の勾配によって決定することができる。

更には、デューティ比を３０％と７０％との間に設定することができる。

別の態様によれば、電気機械の回転子の回転子位置を決定するための方法が提供される。この方法は、以下のステップを備えている：
−相電流の０通過の時点を上述の方法によって求めるステップ；
−相電流の０通過の時点を確認した後に、別の測定時間窓内で相巻線における少なくとも一つの誘導電圧の大きさを決定し、相巻線に割り当てられている電気機械の電力スイッチを非導通状態にするステップ；
−少なくとも一つの誘導電圧から回転子位置を求めるステップ。

別の態様によれば、多相電気機械において相電流の０通過の時点を求めるための装置が提供され、電気機械の対応する位相に割り当てられている接続ノードに印加される複数の相電圧が供給されることによって、電気機械は電力スイッチを備えているドライバ回路によって駆動制御され、電力スイッチの少なくとも一部がパルス幅変調に応じてデューティ比を用いて周期的に駆動制御され、それぞれの相電圧を供給するために接続ノードのうちの一つに異なる電位が交互に印加される。装置は以下のように構成されている：
−電気機械を駆動させるために、複数の相電圧を供給するようドライバ回路を駆動制御する；
−電力スイッチの内の少なくとも一つに対するパルス幅変調式の駆動制御を停止し、それにより、少なくともパルス幅変調の各周期におけるある期間の間は、ドライバ回路によって電位が接続ノードに印加されないようにする；
−少なくとも一つの停止された電力スイッチに設けられているフリーホイールダイオードにおけるダイオード電圧を前述の期間内に検出する；
−前述の期間内にフリーホイールダイオードにおけるダイオード電圧がもはや存在しなくなる時点として、相電流の０通過の時点を規定する。

別の態様によれば、モータシステムが提供される。モータシステムは、以下のものを備えている：
−多相電気機械；
−第１の電位と第２の電位との間においてそれぞれ直列に接続されている電力スイッチを備えているインバータ回路を有しているドライバ回路；
−上述の装置。

別の態様によれば、データ処理装置において実行したときに上述の方法を実行するプログラムコードを含んでいるコンピュータプログラム製品が提供される。

以下では、添付の図面に基づき本発明の実施の形態を詳細に説明する。

電気機械を駆動させるためのモータシステムの概略図を示す。 ２相電気機械を駆動制御するための２Ｈトポロジにおけるドライバ回路の回路図を示す。 相巻線を流れる相電流の経過、相巻線に誘導される電圧、相巻線に印加される相電圧、並びに、相巻線を動作させるためのＨブリッジの内の一つの電力スイッチに対する相応のスイッチング信号を概略的に示す。 相巻線を流れる相電流の経過、誘導電圧、相電圧、電力スイッチに対する駆動制御信号、相電流の０通過の領域に生じる端子電圧を概略的に示す。 ３相電気機械を駆動制御するためのＢ６ドライバ回路の回路図を示す。 相電流の経過並びに電力スイッチ所属の駆動制御信号の経過を示す。 相巻線の内の一つを流れる相電流の内の一つの経過、所属の電力スイッチの相応の駆動制御信号及び生じる端子電位の経過を示す。

図１は、電気機械２を備えたモータシステム１の概略図を示す。電気機械２を電子的に整流される同期機械、非同期機械等として形成することができる。電気機械２は、通常の場合、複数の相巻線を備えている位相コイルを有している。それら複数の相巻線はそれぞれに相電圧を印加することによって別個に電流を流すことができる。一般的な同期機械は例えば２相又は３相である。このために必要とされる相電圧はドライバ回路３によって提供される。

ドライバ回路３は、複数の駆動制御信号Ｔに依存して相電圧を形成する。それらの駆動制御信号Ｔは電気機械２の回転子位置に依存して制御ユニット４によって形成される。電気機械２の回転子位置は、電気機械２の回転子の瞬間的な位置に対応し、回転する機械の場合には位置角度として表される。

この実施の形態では、電気機械２を駆動制御するための位置角度はセンサを用いずに、逆起電力法に従い、相電流の監視と、相巻線の無電流状態が生じる時間窓内の誘導電圧の大きさ及び経過の評価とによって決定される。

第１の実施例においては、２相電気機械を二つの相巻線を用いて駆動させるために、ドライバ回路３が２Ｈブリッジ回路として形成されているモータシステム１を基礎としている。その種のトポロジは図２に示されている。

図２に示されている２Ｈブリッジ回路３１は二つのＨブリッジ３２，３３を有しており、それら二つのＨブリッジ３２，３３はそれぞれ二つのインバータ回路３４，３５を備えている。各インバータ回路３４，３５は、電力トランジスタの形態の第１の電力スイッチ３６と、第２の電力トランジスタの形態の第２の電力スイッチ３７とを有している。電力トランジスタをＭＯＳＦＥＴ、サイリスタ、ＩＧＢＴ、ＩＧＣＴ等として形成することができる。電力スイッチ３６，３７はそれぞれ高給電電位Ｖ_Hと低給電電位Ｖ_Lとの間に直列に結線されている。第１の電力スイッチ３６と第２の電力スイッチ３７との間のそれぞれの接続ノードＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は電気機械２の相巻線３８，３９の内の一つと接続されている。特に、第１のＨブリッジ３２の第１のインバータ回路３４の接続ノードＡ１は第１の相巻線３８の第１の端子と接続されており、第１のＨブリッジ３２の第２のインバータ回路３５の接続ノードＡ２は第１の相巻線３８の第２の端子と接続されている。第２のＨブリッジ３３のインバータ回路３６，３７も同様に第２の相巻線３９と接続されている。

制御ユニット４は、Ｈブリッジ３２，３３のインバータ回路３４，３５の個々の電力トランジスタ３６，３７を駆動制御するための駆動制御信号Ｔ１−Ｔ８を供給する。それらの駆動制御信号によって、導通状態又は非導通状態に切り替えることができるスイッチとして電力トランジスタが駆動される。

電力スイッチ３６，３７に並列にフリーホイールダイオード４０が設けられており、それらのフリーホイールダイオード４０は阻止方向において、高給電電位Ｖ_Hと低給電電位Ｖ_Lとの間の印加される給電電圧Ｕｄｃに接続されている。フリーホイールダイオード４０をそれぞれの電力スイッチ３６，３７に組み込まれるように形成することができるか、又は別個のものとして形成することができる。

第１の相巻線３８において正の相電流を惹起するために（矢印によって示唆されているような左から右の電流方向）、第１のＨブリッジ３２の電力トランジスタ３６及び３７の駆動制御によって正の相電圧を適切なパルス幅変調に応じて提供することができる。それと同時に、第１のＨブリッジ３２の第２のインバータ回路３５の第２の電力スイッチ３７は導通状態になり、第１のＨブリッジ３２の第２のインバータ回路３５の第１の電力スイッチ３６は非導通状態になる。

負の相電圧が印加される場合、相電圧は第１のＨブリッジ３２の第２のインバータ回路３５の第１及び第２の電力スイッチ３６，３７によって適切なパルス幅変調に応じて印加される。相応に、第１のＨブリッジ３２の第１のインバータ回路３４の第２の電力スイッチ３７は導通状態になり、第１のＨブリッジ３２の第１のインバータ回路３４の第１の電力スイッチ３６は非導通状態になる。

第２の相巻線３９における正の相電圧又は負の相電圧の調整のための駆動制御も同様に行なわれる。

パルス幅変調は周期的な駆動制御を表す。パルス幅変調によって調整された相電圧をデューティ比の選択によって調整することができる。デューティ比は、パルス幅変調の周期時間に対応する全体の期間に対する、高給電電位Ｖ_Hが印加されている期間の比率を表す。

以下では、モータ電流Ｉａ，Ｉｂの内の一つの０通過の時点を検出するための方法を第１のＨブリッジ３２のみに基づいて説明する。通常の場合は、回転子位置を検出するためにこの方法は二つのＨブリッジに対して実施される。相電流Ｉａの０通過の時点を検出するために、所定の測定時間窓の間に動作モードが変更される。パルス幅変調により駆動されるクロック制御式のインバータ回路３４，３５が通常モードにおいて第１及び第２の電力スイッチ３６，３７の導通状態及び相応の非導通状態への交互の切り替えを予定している間、電力スイッチ３６，３７の内の一つの測定時間窓においては、パルス幅変調に応じて駆動される、即ちクロック制御されるインバータ回路は永久的に非導通状態に切り替えられ、それにより、そのインバータ回路はパルス幅変調によるクロック制御からは除外されている。図示されている実施例においては、相電圧が正であり、また相電流が正であり且つ降下している場合、第１のインバータ回路３４の第２の電力スイッチ３７は非導通状態に切り替えられ、パルス幅変調によって設定されるクロック制御は第１の電力スイッチ３６のみを用いて継続される。換言すれば、測定時間窓の間は、パルス幅変調に応じて駆動されるインバータ回路３４，３５の電力スイッチ３６，３７が非導通状態に切り替えられるので、その結果、電力スイッチに割り当てられているフリーホイールダイオード４０を流れる相電流は順方向（導通方向）のダイオード電流、またそれによってダイオード電圧を惹起する。

測定時間窓は有利には、その測定時間窓において相電流の０通過を見込めるように選定されている。相電流の経過は通常の場合、該当する相巻線における相電圧の経過に遅れを取るので、相電圧の０通過時又はその直後に測定窓の開始を規定すれば十分である。印加すべき相電圧の経過が制御ユニットにおいて既知であることから、これを簡単に実現することができる。また、駆動制御信号Ｔ１−Ｔ８は相電圧から決定される。

それぞれの相巻線３８，３９の誘導性の負荷に基づいて、また、回転子の運動により誘導された電圧の磁気誘導に起因して、例えば測定時間窓の間に第２の電力スイッチ３７が切られる場合、即ち非導通状態になる場合、相電流は更に流れる。測定時間窓における、第１の電力スイッチ３６のパルス幅変調式の駆動制御に基づき第１の電力スイッチ３６が阻止されている期間（パルス幅変調の各周期において、第１の電力スイッチ３６がオフされてから次の周期においてその第１の電力スイッチ３６がオンされるまでの時間窓）中は、相電流が第２の電力スイッチ３７のフリーホイールダイオード４０を通って流れる。この場合、相応のフリーホイールダイオード４０は順方向の相電流によって駆動され、低給電電位Ｖ_Lと第１の相巻線３８に関して該当する接続ノードＡ１，Ａ２との間の電圧降下を生じさせる。相電流が接続ノードＡ１ないしＡ２から第１の相巻線３８へと流れ、且つ、第２の電力スイッチ３７が阻止されている限り、相電流は第２の電力スイッチ３７のフリーホイールダイオード４０を流れる。このことは、図４に示した第１及び第２の電力スイッチ３６，３７を駆動制御するための信号の経過、電流経過、電圧経過の詳細なグラフから見て取れる。これに関して、測定時間窓の間に第１の接続ノードＡ１には、低給電電位のレベルを下回る電位ＵＡ１が印加され、その一方で駆動制御は正の相電圧を用いて行なわれていることが見て取れる。

このことは、第１の電力スイッチ３６が切られ、即ち非導通状態になり、それと同時に第２の電力スイッチ３７が更に駆動される場合にも同様に該当する。この場合、第１の電力スイッチ３６に並列に接続されている相応のフリーホイールダイオード４０は順方向のダイオード電流によって駆動され、該当する接続ノードＡ１，Ａ２と高給電電位Ｖ_Hとの間の電圧降下を生じさせる。相電流が第１の相巻線３８から接続ノードＡ１ないしＡ２へと流れ、且つ、第１の電力スイッチ３６が永続的に阻止されている限り、ダイオード電流は第１の電力スイッチ３６のフリーホイールダイオード４０を流れる。

図３に示されているように、２Ｈブリッジ回路においては、各Ｈブリッジに設けられている複数のインバータ回路の内の一つだけがその都度パルス幅変調に応じて駆動され、また他の各インバータ回路の電力スイッチは、所要相電流を給電電位の内の一方から提供できるように接続される。即ち、相電流はそれぞれパルス幅変調によらずに駆動制御されるインバータ回路へと流れ、従って、第２の電力スイッチ３７は導通状態になり、且つ、第１の電力スイッチ３７は非導通状態になる、もしくはその逆の動作が行なわれる。

一つの相において、駆動制御信号によって生じる相電圧が０通過に達すると、２Ｈブリッジ回路においてはパルス幅変調式の駆動制御が、該当する位相に割り当てられているＨブリッジの相応の別のインバータ回路に移行し、各別のインバータ回路３４，３５の電力スイッチ３６，３７は上述のように、所要相電流が給電電位Ｖ_L，Ｖ_Hの内の一方から供給することができるように接続される。

図４に示した実施例において、負の電圧が相電圧として印加されると、パルス幅変調が第２のインバータ回路３５によって行なわれる。依然として正の相電流Ｉａにおいて相電流を検出するために、電力スイッチ３６，３７の内の一つの順方向に駆動するフリーホイールダイオード４０を介する電圧降下を達成するためには、測定時間窓の間は第２のインバータ回路３５の第１の電力スイッチ３６を切られたままに維持し、パルス幅変調を第２のインバータ回路３５の第２の電力スイッチ３７のみを用いて実施する必要がある。このことは、クロック制御されないインバータ回路の第１の電力スイッチ３６が阻止され、且つ、第２の電力スイッチ３７が導通状態にある場合に行なわれる。

測定時間窓の間に、相巻線に印加される相電圧が正である限り、またその相電圧が正であるときに、第１の接続ノードＡ１における電位が監視される。クロック制御されるインバータ回路の第１の電力スイッチ３６の周期的な駆動制御の駆動制御休止期間において、即ち、デューティ比に応じて第１の電力スイッチ３６が非導通状態になると、第１のインバータ回路３４の第２の電力スイッチ３７に並列なフリーホイールダイオードが導通状態にあることに基づきダイオード電圧が加算されたか否かが確認される。このことは、第１の接続ノードＡ１において、低給電電位Ｖ_Lに比べて負である電圧が第１のインバータ回路３４の第２の電力スイッチ３７に印加されることによって明らかになる。

負の相電圧においてパルス幅変調が第２のインバータ回路３５に切り替えられた後に、第２の接続ノードＡ２に印加される電圧電位がフリーホイールダイオードのダイオード電圧分だけ高給電電位Ｖ_Hを超える場合には、第２のインバータ回路３５の停止された第１の電力スイッチ３６のフリーホイールダイオードに相電流が流れていることを確認することができる。相電流は正の方向に流れているので、これは測定時間窓の開始時の場合である。しかしながら相電流が０通過を達成すると、フライホイール電流はもはや流れず、また、クロック制御から除外されている相応のフリーホイールダイオードを介する相応の電圧降下はもはや生じない。即ち、相電流の０通過を上述の構成に応じて、該当するフリーホイールダイオードを介するダイオード電圧の降下を検出できなくなる時点として確認することができる。

相電流の０通過の時点に到達すると、回転子位置を検出するために、該当する相巻線と接続されているインバータ回路３４，３５の第１及び第２の電力スイッチ３６，３７が別の測定時間窓の間は阻止され、相巻線３８，３９を介して誘導される電圧Ｕ_indの大きさ及び／又は勾配が求められる。

相巻線３８，３９を介して誘導される電圧Ｕ_indの大きさを、第１及び第２の接続ノードＡ１，Ａ２における電圧電位もしくは第２の電力スイッチ３７における電圧を測定し、続いて、それにより得られた値の差を形成することによって求めることができる。誘導電圧の勾配を、接続ノードＡ１，Ａ２における電圧電位ないし電圧を時間的にずらして複数回測定し、続いて二つの値を得るために差分を形成することによって求めることができる。それにより、また別の測定時間窓内の複数の測定間の時間間隔を用いて、公知のやり方で、その別の測定時間窓内の誘導電圧の経過の時間的な勾配を求めることができる。

測定された誘導電圧の勾配及び大きさを用いて、近似的に、例えば線形回帰によって誘導電圧の０通過を、例えば、測定された勾配の大きさにおける傾斜を用いて直線の０通過を算出することによって、また別の測定時間窓内の所定の時点における誘導電圧の測定された大きさに基づいて推定することができる。誘導電圧の０通過の時点を回転子位置に関する尺度として使用することができる。相電流の０通過の時点を上述の方法に基づいて検出し、別の測定時間窓内の誘導電圧が求められると、通常モードに応じた電気機械の駆動制御が再び開始される。即ち、パルス幅変調に応じて最後に駆動制御されたインバータ回路、ここでは第２のインバータ回路３５の二つの電力スイッチ３６，３７のパルス幅変調式の駆動制御が再び開始される。

上述の駆動制御方法の原理では、パルス幅変調された相電圧を用いて駆動される、電子的に整流される多相電気機械において、相電流の０通過が見込まれる測定時間窓内では、クロック制御されるインバータ回路の電力スイッチ３６，３７の内の一方が除外され、その測定時間窓の持続時間にわたり完全に阻止される。クロック制御されるインバータ回路において阻止される電力スイッチは、相応の相電流に起因する順方向のダイオード電流が生じる電力スイッチに対応する。

次いで、相電流が０通過を達成すると、フライホイール電流も０になり、且つ、相応のフリーホイールダイオード４０を介するダイオード電圧はもはや降下しない。その代わりに、その際に生じている極性がフリーホイールダイオードを阻止するので、それによりダイオードを介して電圧は降下する。この電圧は所属の電力スイッチにおける電圧に対応する。第１の端子Ａ１及び第２の端子Ａ２における端子電位を相応に監視及び評価することによって検出することができる、ダイオード電圧が消失する時点を、相電流の０通過の時点として決定することができる。

図５には、モータシステム１のための代替的なドライバ回路としてのＢ６ブリッジ回路５０が示されている。Ｂ６ブリッジ回路５０は３相電気機械の駆動制御に特に適している。Ｂ６ブリッジ回路５０は三つのインバータ回路５１を有しており、それらのインバータ回路５１は前述したように第１の電力スイッチ５２及び第２の電力スイッチ５３をそれぞれ一つずつ有している。図２の実施例の場合と同様に、個々の電力スイッチ５２，５３は直列に接続されており、それらの電力スイッチ５２，５３の間の接続ノードＡには、駆動すべき電気機械２の相巻線が接続されている。図示されている実施例において、相巻線は星形結線されている。しかしながら、電気機械の相巻線の結線は別の形式であっても良い。各電力スイッチ５２，５３にはフリーホイールダイオード５４が設けられており、そのフリーホイールダイオード５４を上記のように一体的に形成することも、別個に形成することもできる。

Ｂ６ブリッジ回路５０においては、各インバータ回路５１に一つの位相、即ち電気機械の一つの相巻線が割り当てられている。Ｂ６ブリッジ回路では、制御ユニット４によって各インバータ回路５１が、所定のデューティ比を有するパルス幅変調に対応する駆動制御パターンに応じて駆動制御される。つまり、個々の相電圧を選択することによって、所望の電圧ベクトルを電気機械２に印加することができる。基本的には、ある位相の相電流の０通過の時点を確定するために、その位相に割り当てられているインバータ回路５１は測定時間窓の間に受動的なクロック制御に応じて駆動される。測定時間窓は該当する相電流の０通過に到達する前に確実に始まるように選定される。例えば、測定時間窓は、該当する相電圧の０通過の時点、又は、この時点の前に始まり、また最も早ければ、相電流の０通過の時点の識別と同時に終了する。

相電流が測定時間窓の開始の時点に正である場合（即ち、電流が該当するインバータ回路から電気機械に流れる場合）、受動的なクロック制御に関して、該当する第２の電力スイッチ５３が非導通状態になり、その一方で第１の電力スイッチ５２は相応のパルス幅制御された駆動制御信号によって更に駆動される。測定時間窓の開始時点における相電流が負である場合、第１の電力スイッチ５２が阻止され、その一方で第２の電力スイッチ５３が相応にクロック制御される。後者の場合には、第２の電力スイッチ５３のための駆動制御信号は、通常モード（即ち、受動的なクロック制御下にないモード）において第２の電力スイッチ５３を導通接続させるものであり、その間は第１の電力スイッチ５２が遮断されることになる。

瞬時相電流が順方向のダイオード電流を生じさせる電力スイッチ５２，５３を例えば所定の相電圧の経過の勾配によって決定することができる。勾配が正である場合には、相電圧の０通過は正の値の方向に従う。このことは、付随的に、負の相電流から正の層電流への相電流の０通過を生じさせる。即ち、測定時間窓の開始時に相電流は負であり、且つ、相巻線から該当する接続ノードへと流れる。この場合、第１の電力スイッチ５２のフリーホイールダイオードのみを順方向において駆動させることができる。従って、第１の電力スイッチ５２のクロック制御は測定時間窓の間に停止される。勾配が負である場合には、相電圧の０通過は負の値の方向に従う。このことは、付随的に、正の相電流から負の層電流への相電流の０通過を生じさせる。即ち、測定時間窓の開始時に相電流は正であり、且つ、該当する接続ノードから相巻線へと流れる。この場合、第２の電力スイッチ５３のフリーホイールダイオードのみを順方向において駆動させることができる。従って、第２の電力スイッチ５３のクロック制御は測定時間窓の間に停止される。

図６は、相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの経過、電力スイッチ５２，５３に対する駆動制御信号Ｔ１−Ｔ６の相応の信号経過、並びに、受動的なクロック制御に関する個々の時間窓を示す。受動的なクロック制御の間には、電力スイッチ５２，５３の内のそれぞれ一つに対する相応の駆動制御信号が、該当する電力スイッチ５２，５３を非導通状態（阻止）するために供給される。

図７は、上述の実施の形態と同様に、Ｂ６回路のインバータ回路５１の内の一つに関する受動的なクロック制御を示す。前述の場合と同様に、ここでもまた該当する相電流の０通過の時点が、停止している電力スイッチ５２，５３のフリーホイールダイオード５４におけるダイオード電圧が相電流によってはもはや生じない時点として規定される。

前述のように、該当する相電流の０通過の時点が規定されている場合には、相電流の０通過の時点の直後の別の測定時間窓内の相応の相巻線における誘導電圧の大きさ及び勾配の測定によって、公知の方法を用いることにより回転子位置を推量することができる。

Claims (9)

1. 多相の電気機械（２）における相電流の０通過の時点を求めるための方法であって、
   前記電気機械（２）の対応する位相に割り当てられている接続ノード（Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２）に印加される複数の相電圧を供給するために、前記電気機械（２）を複数の電力スイッチ（３６，３７；５２，５３）を備えているドライバ回路（３１；５０）によって駆動制御し、
   前記電力スイッチ（３６，３７；５２，５３）の少なくとも一部を、パルス幅変調に応じてデューティ比を用いて周期的に駆動制御し、前記接続ノード（Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２）の内の一つに異なる電位を交互に印加する、相電流の０通過の時点を求めるための方法において、
   前記電気機械（２）を駆動させるために、前記相電圧を供給する前記ドライバ回路（３１；５０）を駆動制御するステップと、
   前記電力スイッチ（３６，３７；５２，５３）の内の少なくとも一つに対するパルス幅変調式の駆動制御を停止し、それにより、少なくともパルス幅変調の各周期におけるある期間の間は、前記ドライバ回路（３１；５０）によって電位が前記接続ノード（Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２）に印加されないようにするステップと、
   前記期間において、停止された電力スイッチ（３６，３７；５２，５３）に設けられているフリーホイールダイオードにおけるダイオード電圧を検出するステップと、
   前記期間内に前記フリーホイールダイオード（４０；５４）におけるダイオード電圧がもはや存在しなくなる時点として、前記相電流の前記０通過の時点を規定するステップとを備えていることを特徴とする、相電流の０通過の時点を求めるための方法。
2. 前記電力スイッチ（３６，３７；５２，５３）の内の少なくとも一つに対する前記パルス幅変調式の駆動制御を停止する前記ステップを、前記相電圧の符号変化の時点に依存するか、又はその時点に対応する時点に開始して、最も早ければ前記相電流の前記０通過が確認された時点に終了する測定時間窓内に実施する、請求項１に記載の方法。
3. 前記パルス幅変調式の駆動制御を停止する前記ステップは、瞬時相電流が順方向のダイオード電流を生じさせる電力スイッチ（３６，３７；５２，５３）のみを停止させるステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記瞬時相電流が順方向のダイオード電流を生じさせる電力スイッチ（３６，３７；５２，５３）を前記相電圧の経過の勾配によって決定する、請求項３に記載の方法。
5. 前記デューティ比は３０％と７０％との間にある、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 電気機械（２）の回転子の回転子位置を決定する方法において、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法を用いて、相電流の０通過の時点を求めるステップと、
   前記相電流の前記０通過の時点を確認した後に、別の測定時間窓内で相巻線（３８，３９）における一つ又は複数の誘導電圧を検出し、前記電気機械の、前記相巻線に割り当てられている電力スイッチを非導通状態にするステップと、
   前記少なくとも一つの誘導電圧から前記回転子位置を求めるステップとを備えていることを特徴とする、電気機械（２）の回転子の回転子位置を決定する方法。
7. 多相の電気機械（２）において相電流の０通過の時点を求めるための装置であって、
   前記電気機械（２）の対応する位相に割り当てられている接続ノードに印加される複数の相電圧が供給されることによって、前記電気機械（２）は複数の電力スイッチ（３６，３７；５２，５３）を備えているドライバ回路（３；３１；５０）によって駆動制御され、前記電力スイッチの少なくとも一部がパルス幅変調に応じてデューティ比を用いて周期的に駆動制御され、それぞれの相電圧を供給するために前記接続ノードのうちの一つに異なる電位が交互に印加される、相電流の０通過の時点を求めるための装置において、
   該装置は、
   前記電気機械（２）を駆動させるために、前記相電圧を供給する前記ドライバ回路（３１；５０）を駆動制御し、
   前記電力スイッチ（３６，３７；５２，５３）の内の少なくとも一つに対するパルス幅変調式の駆動制御を停止し、それにより、少なくともパルス幅変調の各周期におけるある期間の間は、前記ドライバ回路（３；３１；５０）によって電位が前記接続ノード（Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２）に印加されないようにし、
   前記期間において、少なくとも一つの停止された電力スイッチ（３６，３７；５２，５３）に設けられているフリーホイールダイオード（４０；５４）におけるダイオード電圧を検出し、
   前記期間内に前記フリーホイールダイオード（４０；５４）におけるダイオード電圧がもはや存在しなくなる時点として、前記相電流の前記０通過の時点を規定する
   ために構成されていることを特徴とする、相電流の０通過の時点を求めるための装置。
8. 多相の電気機械（２）と、
   第１の電位と第２の電位との間においてそれぞれ直列に接続されている電力スイッチ（３６，３７；５２，５３）を備えているインバータ回路（３４，３５，５１）を有しているドライバ回路（３）と、
   請求項７に記載の装置とを備えていることを特徴とするモータシステム。
9. データ処理ユニットにおいて実行したときに、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法を実行するためのプログラムコードを含んでいるコンピュータプログラム製品。

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