JP2017521036A - 少なくとも発電機で作動可能な電気機械の作動方法およびその実施手段 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、少なくとも発電機で作動可能な多相電気機械（１）を制御する方法（１００）に関する。【解決手段】 前記電気機械の相接続部（Ｕ−Ｙ）が、アクティブブリッジ整流器（２）内で、それぞれ、オンオフ可能で制御可能な第１の電流弁（ＵＬ−ＹＬ）を介して第１の直流電圧接続部（Ｂ−）に接続され、且つ第２の電流弁（ＵＨ−ＹＨ）を介して第２の直流電圧接続部（Ｂ＋）に接続され、前記方法が、前記電気機械（１）の発電機作動において負荷遮断の発生後に前記第１の電流弁（ＵＬ−ＹＬ）を介して前記相接続部（Ｕ−Ｙ）の相短絡を複数回導入および中止することを含んでいる、前記方法に関する。前記電気機械（１）の固有振動数を特徴づける量を検出し、前記相短絡の導入および中止のために、前記第１の電流弁（ＵＬ−ＹＬ）を、前記電気機械（１）の前記固有振動数を特徴づける前記量をベースにして切換え振動数で制御することが設定されている。【選択図】 図７

Description

本発明は、少なくとも発電機で作動可能な、アクティブブリッジ整流器を備えた電気機械の作動方法およびその実施手段に関するものである。

従来、乗用車では、パッシブなブリッジ整流器を備えたクローポール型発電機が使用される。このような発電機のパワーは励磁磁場を介して調整され、該励磁磁場は励磁電流によって調整される。励磁磁場を制御することによって、発電機によりブリッジ整流器を介して提供される出力電圧は電源負荷、回転数、温度とは独立に一定に保持することができる。

以下で簡単に発電機について述べる場合、発電機でもモータでも作動可能な電気機械、たとえばいわゆるスタータダイナモを問題とし得る。本発明はクローポール型発電機に対してのみ適しているのではなく、少なくとも発電機で作動可能なすべての電気機械に対しても指摘している。乗用車では、通常のように構成された３相、４相または５相の発電機に対応して、通常では６パルス、８パルスまたは１０パルス型のブリッジ整流器が使用される。しかし、本発明は他の相数のブリッジ整流器に対しても適している。

たとえば消費装置をオンオフすることによる、接続された電源ネット内での負荷飛躍により、発電機で負荷飛躍が発生する。しかし、励磁磁場の誘導性により発電機の放出パワーを任意に迅速に変えることはできないので、発電機電流は当初一定状態を維持し、このことは、負荷遮断の際に出力電圧を著しく大きくさせ得る。励磁磁場の減衰には数百ミリ秒を必要とすることがある。

搭載電源内にバッテリーがあれば、バッテリーは過度な発電機パワーを通常は消費することができ、よって過度な電圧上昇を阻止することができる。しかしバッテリーがなければ、出力電圧は非常に迅速に上昇し、搭載電源構成要素および／または発電機を損傷させることがある。

パッシブブリッジ整流器を備えた発電機の場合、これは、整流器ダイオードとしてツェナーダイオードを使用することで阻止される。そのツェナーダイオードはその降伏電圧よりも上の出力電圧をクランピングし、それ故過剰電流を消費して熱に変換することができる。このようにして、発電機のより安定な作動が保証されている。

ダイオードの代わりに、オンオフ可能で制御可能な電流弁、特にＭＯＳＦＥＴもブリッジ整流器内で使用することができ、この場合、対応するブリッジ整流器はアクティブブリッジ整流器と呼ばれる。利点はオン状態でのそのパワーロスがより少ないこと、よって特に部分負荷作動において効率がより優れていることである。

電流弁の制御は集中的にまたは非集中的に行うことができる。集中的な制御とは、１つの共通の制御ユニットがすべての交流相を監視して、すべての電流弁およびオプションでは発電機の励磁磁場をも制御するという意味である。非集中的な制御とは、それぞれ１つの制御ユニットが発電機相を監視して、相電圧に依存して、それぞれの相に割り当てられている電流弁のみを、すなわちブリッジ整流器のそれぞれ１つのハーフブリッジの電流弁のみを制御するという意味である。典型的には、個々の非集中的制御ユニットの間で通信は行われない。

アクティブブリッジ整流器の場合、負荷遮断の際に搭載電源内での電圧尖状化を阻止する可能性は、上側または下側の整流器分岐部の電流弁（すなわちすべてのハイサイド電流弁またはすべてのローサイド電流弁）をそれぞれすべてのハーフブリッジにおいてオンにすることにある。このようにして電気機械は内部で短絡されるが、しかしそれぞれ他の整流器分岐部の電流弁がオンにされていないので、接続されている電源網は短絡されない。

上述の処置を以下では相短絡と記すことにする。すなわち、ここで使用している用語法によれば、相短絡は、それぞれの整流器分岐部のすべての電流弁をオンにする（導通させる）ことによって導入され、相対的にこれら電流弁をオフにすることによって再び中止される。その際、半導体弁がそのゲート接続部に適当な制御電圧を供給する（制御する）ことによってオンにされ、これによって半導体弁のドレイン・ソース区間が導通状態または低抵抗状態になる。対応的に、制御電圧の供給を終了させ、よってドレイン・ソース区間が非導通状態または高抵抗状態になることで、半導体弁がオフにされる。相短絡以外では、正規の整流器作動が行われる。

相短絡は、たとえば、複数のブリッジ整流器直流電圧接続部（通常、Ｂ＋およびＢ−と呼ばれる）間の電圧、または、電圧を誘導する直流電圧接続部とアースとの間の電圧が、上側閾値を越えたときに、導入することができる。その後この電圧が下側閾値を下回ったときに相短絡を再び終了させることができる。時間制御も使用することができる。

相短絡が終了した時点で励磁磁場がまだ十分に減衰されていなければ、ブリッジ整流器の直流電圧接続部間の電圧は相短絡終了後に新たに上昇し、再び上側閾値を越える。それ故、励磁磁場が完全にまたは十分に減衰するまで相短絡が何度も導入され、終了せしめられる。すでに述べたように、励磁磁場の減衰には数百ミリ秒必要とすることがあり、これに対して相短絡の導入および終了の切換え段階は、典型的には数ミリ秒であるにすぎない。それ故、励磁磁場が減衰するまでかなりの時間（以下では消磁時間とも記す）にわたって相短絡と正規の整流との間で往復的に切換えが行われる。この場合、特に相短絡の間にかなりのパワーロスが発生する。これにより、関与する電流弁のかなりの負荷および早期の故障を生じさせ得る。

それ故、消磁時間の間の対応する電流弁の負荷を低減させるのが望ましい。

この背景に対し、独立請求項の構成を備えた、少なくとも発電機で作動可能でアクティブブリッジ整流器を備えた電気機械の作動方法およびその実施手段が提案される。種々の構成は従属項および以下の説明の対象である。

本発明は、少なくとも発電機で作動可能な多相電気機械を制御する方法であって、前記電気機械の相接続部が、アクティブブリッジ整流器内で、それぞれ、オンオフ可能で、制御可能な第１の電流弁を介して第１の直流電圧接続部に接続され、且つ第２の電流弁を介して第２の直流電圧接続部に接続され、前記方法が、前記電気機械の発電機作動において負荷遮断の発生後に前記第１の電流弁を介して前記相接続部の相短絡を複数回導入および中止することを含んでいる、前記方法に由来する。すでに述べたように、相短絡の導入および中止は、対応するオンオフ可能で、制御可能な電流弁を制御することによって行う。負荷遮断は、特に、複数の直流電圧接続部の間に印加される電圧を評価することによって検知される。この電圧がたとえば上側閾値よりも上にあれば、負荷遮断が存在する。

本発明によれば、電気機械の固有振動数を特徴づける量を検出し、相短絡の導入および中止のために、第１の電流弁を、電気機械の固有振動数を特徴づける前記量をベースにして切換え振動数で制御するように構成されている。これは、以下に説明するように、特に閾値を適当に調整することにより行われ得るが、しかし場合によっては時間制御を付加的に使用して、または、もっぱら時間制御のみを使用して行われる。

電気機械の固有振動数を特徴づける前記量は、算出した固有振動数値であってよく、たとえば電気機械のロータの現在の回転数または電気機械の回転時間およびポールペア数から導出される固有振動数値であってよい。しかし、以下に説明するように、電流信号または電圧信号から検出される値であってもよい。しかし、電気機械の固有振動数は、同様に電気機械のロータの回転数または電気機械の回転時間およびポールペア数から検出することができる、固有振動数の周期によっても特徴づけられている。本発明による方法を実施する時点での、電気機械のロータの回転数も、（以下で述べるようにポールペア数とともに）固有振動数を既に特徴づけているので、適宜検出される回転数値または導出される量は、すでに固有振動数を特徴づける量である。本発明による方法を実施する時点で検出される電気機械の回転数から、ポールペア数とともに、固有振動数またはその周期を特定することができる。

本発明は、基本的には、相短絡の導入および中止を、電気機械の固有振動数と整合または同期させて行うことを提案する。これにより、以下でも説明するように、切換え振動数が固有振動数に正確に対応しない、本発明による方法の利点が必然的に生じる。たとえば、切換え振動数が次のような振動数範囲内にあれば、すなわちその下限が、予め与えられている公差値を差し引いて固有振動数の整数倍であり、且つその上限が、予め与えられている公差値を加算して固有振動数の整数倍である振動数範囲内にあれば、十分である。具体的な数値は以下で説明する。さらに、切換え振動数の周期も次のような時間範囲内にあってよく、すなわちその下限が、公差値を差し引いて固有振動数の周期の整数倍であり、且つその上限が、公差値を加算して固有振動数の周期の整数倍である時間範囲内にあってよい。適当な公差値は、より簡単でコスト上より好ましい制御を可能にする。これに対応する方法は、好適には、第１の電流弁が、相短絡を導入するために、オン条件をベースにしてオンにされ、そして相短絡を中止するために、オフ条件をベースにしてオフにされ、この場合オン条件および／またはオフ条件は電気機械の固有振動数を特徴づける量をベースにして設定される。

オン条件は、少なくとも、第１の直流電圧接続部と第２の直流電圧接続部との間の出力電圧が上側閾値を上回ったことを含んでおり、上側閾値は、（少なくとも）電気機械の固有振動数を特徴づける前記量に依存して設定され、すなわち増減される。

対応的に、オフ条件は、少なくとも、第１の直流電圧接続部と第２の直流電圧接続部との間の出力電圧が下側閾値を下回ったことを含んでおり、下側閾値は、（少なくとも）電気機械の固有振動数を特徴づける前記量に依存して設定され、すなわち増減される。閾値を介しての整合は、以下で一例に基づいて説明するように、たとえば既知の機械パラメータをベースにして行うことができる。

使用するブリッジ整流器の正の直流電圧接続部Ｂ＋での容量Ｃ_Ｂ＋が短絡段階の間に一定の電流Ｉ_Ｖを介して放電すると仮定すると、コンデンサＣ_Ｂ＋の電圧は等式１にしたがって一定に降下する。

Ｕ_Ｂ＋＝Ｕ_Ｂ＋０＋ｔ×Ｉ_Ｖ／Ｃ_Ｂ＋ （１）

その導関数は、値Ｄ_Ｕを生じさせる。

Ｄ_Ｕ＝Ｉ_Ｖ×Ｄ_ｔ／Ｃ_Ｂ＋ （２）

さらに、電気機械のロータの回転数ｎ（ここでは１／ｓで記載するが、他の時間基準を関係づけてもよい）により、或いは、その逆数、すなわち回転時間Ｔにより、および、ポールペア数Ｐにより、発電機の電気固有振動数ｆ_Ｅまたはその周期Ｔ_Ｅは、
ｆ_Ｅ＝ｎ×Ｐ、または、Ｔ_Ｅ＝１／（ｎ×Ｐ）＝Ｐ／Ｔ （３）
を介して与えられている。

ところで、電気回転振動数に対する時間と、正の直流電圧接続部Ｂ＋における電圧の降下の時間とは、同期させる必要がある。等式３のＴ_Ｅを等式２に入れると、
Ｄ_Ｕ＝Ｉ_Ｖ×Ｔ_Ｅ／Ｃ_Ｂ＋ （４）
が得られる。

このケースでは、値Ｄ_Ｕは、短絡を起動させる際の電圧と短絡を再び解消させる際の電圧との間の差の第１次近似に相当する。したがって、例えば短絡を解消させる際の電圧値、すなわち下側閾値を変えることによって、所望の状態を得ることができる。

本発明の好適な１実施態様によれば、調整は、すでに述べた電気機械の固有振動数を特徴づける量に依存することに加えて、第１および／または第２の直流電圧接続部と結合されている容量性要素の放電電流またはその容量に依存しても行われる。他の量を考慮することもできる。

これとは択一的に、時間制御または混合方法もダイレクトに使用することができる。これは、オン条件が、少なくとも、所定のオン時点に達したことを含んでいてよいこと、および／または、オフ条件が、少なくとも、所定のオフ時点に達したことを含んでいてよいことを意味している。対応する時点は特に機械振動数をベースにして設定することができる。

本出願の範囲内では、オンオフ可能で制御可能な電流弁とは、その間に低抵抗結合または導電結合を提供し、その間にこのために設けられる接続部に制御電圧が印加される半導体スイッチであると理解される。特に、この種のオンオフ可能で制御可能な電流弁とは、そのゲート接続部を介して制御され、ドレイン・ソース区間を介して低抵抗結合または導電結合を提供するＭＯＳＦＥＴおよび／またはＩＧＢＴのような半導体スイッチである。本発明の対象ではない、オン可能だけの制御可能な電流弁は、たとえばサイリスタである。ダイオードも電流弁であるが、制御可能ではない。

本発明は、相短絡と正規の整流器作動との間で往復的に切換えられる時間の継続が、発電機の励磁磁場または励磁電流の減衰によってあらかじめ与えられており、励磁磁場または励磁電流に振動を印加または増幅させることによってかなり減少させることができるという認識に依拠している。振動の印加または増幅は、以下に説明するように、特に、第１の電流弁のオンスイッチおよび／またはオフスイッチの切換え振動数が前述した電流弁の制御によってこの振動数と少なくとも部分的に同期させる場合に効果的である。すなわち本発明は、使用するシステムの固有振動を利用して、対応する時間を短縮させ、よって関与する電流弁の負荷を軽減させるものである。電流弁の負荷は、瞬間的に低い相電流が印加される時点でロスを伴う切換え過程を行うことによっても著しく軽減される。

したがって、対応する時間の著しい短縮と低相電流の時点での切換え過程との双方を可能にする本発明による処置により、関与する電流弁内でのパワーロスの低減が可能になり、結局は対応するシステムの頑強性の向上が可能になる。

ここでは主に、特に非バッテリー作動中での負荷カットから生じる負荷遮断に関し説明しているが、本発明による方法は、基本的には、対応する負荷遮断がたとえばブリッジ整流器の正の直流電圧接続部でのケーブル亀裂から生じるケースに対しても適している。前者のケースでは、すなわち非バッテリー作動中での負荷遮断のケースでは、発電機は、１秒以下の移行時間の間に電源網が消費する電流よりも多くの電流を提供する。このため、冒頭で述べたように過電圧が生じ、特に接続された制御器を破損させることがある。しかし、場合によっては電源網にさらに給電せねばならない。というのは、非バッテリー作動時には、移行解決手段としてのバッテリー給電は不可能だからである。ケーブル破壊の場合も発電機は電流を提供し続けるが、危険をもたらし得る消費装置は接続されていない。もしバッテリーが設けられていれば、消費装置には移行的にこれから給電することができる。しかし、他の対抗処置がなければ、この場合も発電機は電流を提供し続け、たとえば正の直流電圧接続部での電圧が上昇し、発電機のパワーエレクトロニクスが破壊することがある。

添付の図４にも示したように、正規の整流と相短絡との間での往復的に切換えられる時間の継続は、フリーランニングにおいて第１次近似で指数減衰曲線に従う励磁電流の推移に依存している。同様に図４からわかるように、減衰曲線の継続時間、または、この種の減衰曲線がゼロ値に達するか、十分にゼロ値に近くなるまでの継続時間は、まず第１に、対応する電流の初期値に従っている。

励磁巻線がたとえば２Ωの抵抗値と４００ｍＨの誘導率を備えたコイルで、その電流をダイオードを介して消失させると仮定すると、突発短絡の適用の際に、ステータからロータへ振動を作用させることができ、この振動は、励磁電流が最初にゼロ値（０Ａ）に達する時点を著しく短くさせ、よって早期に正規の整流へ移行させることができると指摘することができる。振動がなければ、この値は約４００ｍｓではじめて達成され、振動の重畳があればすでに約８０ｍｓ後に達成される。前記時点は、重畳される振動の振幅が大きければ大きいほど早く達成される。この振幅はまた、以下で説明する共振条件がいかに良好に満たされているかに依存している。

なお、関与する電流弁内での高いパワーロスエネルギーは、励磁コイル内に蓄積されたエネルギーによって生じるのではなく、むしろ励磁電流が完全に消失しない限りは、連続的な電流発生によって生じることを指摘しておく。

通常とおりに励磁コイル内に蓄積されるエネルギーＥは、６Ａおよび４００ｍＨの場合の説明している例では、たとえば３Ａ^２×４００ｍＨ＝３．６Ｊである。これに対し、関与している電流弁内に負荷遮断時に発生するエネルギーは、これよりも複数倍高い。出力電流が１００Ａの発電機を想定し、これを３６Ｖに対しクランピングすると、上記３．６Ｊはすでに１ｍｓ時間後に達成されている。

以下に説明する図２でも明らかであり、そこで詳細に説明するように、アクティブな整流での時間内には、発電機の理論的放出電流が減少し、これに対し相短絡の間では、相電流の飛躍が観察される。励磁電流は相電流と同じ振動数および同じ位相位置で振動する。これは、固有振動数ｆ_Ｅ＝（ｎ×Ｐ）（式３参照）を持つ強制固有振動であり、ここでｎは１秒当たりの回転における発電機回転数、Ｐはポールペア数である。１分当たりの回転（ｒｐｍ）における発電機回転数に対しては、固有振動数はｆ_Ｅ＝（ｎ×Ｐ）／６０である。

関与する電流弁でのパワーロスを可能な限り少なくするには、相電流が低い時点で切換え過程を行わねばならない。相短絡の導入および中止により生じる、整流器の出力電圧での、すなわち整流器の正の直流電圧接続部の間に印加される電圧での振動の振動数ｆ_Ｂ＋は、直流電圧接続部に接続されている容量Ｃ_Ｂ＋と、容量から引き出される放電電流Ｉ_Ｅと、相短絡の導入および中止のためにファイルされている切換え閾値Ｕ_Ｓ（本出願の範囲内では、上側閾値および下側閾値と記す）の差電圧とによって特定され、これはｆ_Ｂ＋＝ｆ（Ｃ_Ｂ＋，ＩＥ，ＵＳ）で表すことができる。

直流電圧接続部に接続されている容量と、この容量から引き出される電流とは作動中に変化することはできないので、本出願の範囲内では、とりわけ、相短絡の起動および停止のために切換え閾値を、すなわち上側閾値および／または下側閾値を適宜変化させ、その結果整流器の出力電圧の振動の振動数ｆ_Ｂ＋は、固有振動の振動数ｆ_Ｅに整合させることが提案される。なお、以下で述べるように、条件ｆ_Ｅ＝ｆ_Ｂ＋、または、ｆ_Ｅ≒ｆ_Ｂ＋、または、ｘｆ_Ｅ＝ｆ_Ｂ＋、または、ｘｆ_Ｅ≒ｆ_Ｂ＋が満たされていなければならない（ｘはたとえば１ないし５の整数である）。これとは択一的に、相短絡の継続時間またはその切換え振動数を時間制御して経過させる混合方法も適用できる。

以下で説明する図３にも示したように、相短絡の適時の、すなわち実質的に位相同期の起動および停止により、整流される電流の強い減衰を達成できる。これにより、正規の整流と相短絡との間で往復的に切換えが行われる時間を、すでに非常に短時間後に、たとえば約４ｍｓ後に、終了させることができるよう保証することができる。この種の時点は、すべての相電流が加算されて値ゼロになる場合に達成されている。この時点では発電機はすでに完全に消磁されている。しかし、従来使用されているアルゴリズムに基づき、再度相短絡を導入し、発電機の残留電流は、０Ｖの逆電圧に対し０Ｖ以上の相電流を再度生じさせる。

アクティブな整流器作動の間に、相電圧推移に基づき、常に基本的な回転数を継続させることができ、対応する所望の切換え振動数の算出を行うことができる。正の直流電圧接続部Ｂ＋での電圧に基づき、負荷遮断があることが認識されるとすぐに、整流器相の間での切換え振動数を所望の切換え振動数に整合させる。このとき、適切な負荷遮断作動の間に、相電流または励磁電流がある時点で（総計で）０Ａに達したことが認識されると、この時点以降は電気機械は十分に消磁されるので、相短絡の更なる起動を省略することができる。

このように、本発明の範囲内では、電気機械の固有振動数を特徴づける量、すなわち相短絡の導入および中止の切換え振動数を少なくとも部分的に同期させる振動数を備えた前記量を測定し、或いは、電気機械の回転数から特定できるので、好適である。

本発明による方法は、すでに述べたように、特に好適であることを実証している。というのは、本ケースでは強制振動を問題にしているので、共振条件ｆ_Ｅ＝ｆ_Ｂ＋を厳格に維持する必要がないからである。すでに述べたように、本発明による方法の利点は、条件ｆ_Ｅ≒ｆ_Ｂ＋、または、ｘｆ_Ｅ＝ｆ_Ｂ＋、または、ｘｆ_Ｅ≒ｆ_Ｂ＋が満たされているだけで得られる。換言すれば、本発明による少なくとも部分的な同期は、電気機械の固有振動数が切換え振動数前後の振動数範囲または切換え振動数の複数倍の振動数範囲にあるように行うことができる。すなわち切換え振動数（または複数倍）は、すでに述べたように固有振動数によって正確に実現する必要はなく、またその逆も言える。相短絡とアクティブな整流との間での切換えも、或いは、固有振動数信号のそれぞれ２番目ごと、３番目ごと、４番目ごとなどの最小値への戻りだけでも、本発明によれば好適だと認識された固有振動の増大を可能にする。それ故「同期」とは、本発明の範囲内では、必ずしも上記２つの振動数を同一視したものではない。むしろ同期は、固有振動数がオプションの公差を加算してまたは差し引いて相短絡の切換え振動数に等しいか、またはその整数倍であるように行うこともできる。

もう一度換言して表現すれば、好適には、電気機械の固有振動数はｆ_Ｅであり、第１の電流弁の切換え振動数は（ｆ_Ｅ×ｍ）±（ｋ×ｆ_Ｅ）であり、ここでｍは１ないし５の整数であり、ｋは０ないし０．４の範囲内である。値ｍは、１よりも大きな値では前記整数の倍数であり、値ｍはオプションの公差値を定義する値である。

本発明による演算ユニット、たとえば自動車の制御器は、本発明による方法を実行するために特にプログラム技術で設置されている。

本発明による方法をソフトウェアの形態で実行することも好適である。というのは、特に実施する制御器が他の課題のためにも利用され、それ故いずれにしろ設けられていれば、特に低コストを生じさせるからである。コンピュータプログラムを提供するために適したデータキャリアは、特にフロッピーディスク、ハードディスク、フラッシュメモリー、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどである。コンピュータネット（インターネット、イントラネットなど）を介したプログラムのダウンロードも可能である。

本発明の他の利点および構成は、以下の説明および添付の図面から明らかである。

発電機とアクティブブリッジ整流器とを備えた配置構成の簡略図である。 本発明の１実施形態による方法の基本を説明するための信号推移図である。 本発明の１実施形態による方法を説明するための信号推移図である。 本発明の１実施形態による方法を説明するための信号推移図である。 本発明の１実施形態による方法の作用原理を構成図の形態で説明する図である。 本発明の１実施形態による方法を構成図の形態で説明する図である。 本発明の１実施形態による方法を説明するための信号推移を示した図である。

図において、互いに対応している要素には同じ参照符号を付し、説明は反復しない。

図１には、発電機１と、本発明の１実施形態の基本を成すことができるアクティブブリッジ整流器２とを備えた配置構成が図示されている。

発電機１は、５相で星形回路内に形成されているステータ１１と、ロータ１２とを含んでいる。ステータ１１の個々のステータ巻線部と、ロータ１２のロータ巻線部とは、通常の回路記号で図示されているが、別個に特徴づけていない。

発電機１は、５つの相接続部ＵないしＹでもってそれぞれ、オンオフ可能な、制御可能な電流弁（ここではＵＬないしＹＬおよびＵＨないしＹＨで示されている）を介して、第１の直流電圧接続部Ｂ−または第２の直流電圧接続部Ｂ＋に接続されている。直流電圧接続部Ｂ−は典型的にはアースしてよい。

次に、本発明による方法を、整流器下側分岐部（「ロウサイド」の電流弁ＵＬないしＹＬに相短絡を導入することをもとにして説明するが、整流器上側分岐部（「ハイサイド」）の電流弁ＵＨないしＹＨを用いて実施してもよい。その都度関与する電流弁は、本出願の範囲内で「第１の」電流弁と記すことにする。少なくともこの第１の電流弁はオンオフ可能で且つ制御可能であり、たとえばＭＯＳＦＥＴとして構成されている。オンオフ可能で制御可能な電流弁ＵＬないしＹＬおよびＵＨないしＹＨは、図では簡単に、ツェナーダイオードを並列に接続したスイッチとして図示されている。なお、ツェナーダイオードは、ある特定のドレイン・ソース電圧以降のＭＯＳＦＥＴの典型的な降伏特性と、ＭＯＳＦＥＴ内にあるインバースダイオードとの双方をシンボル化したものである。電流弁ＵＬないしＹＬおよびＵＨないしＹＨは、慣用されているように、相接続部の数量に対応する数量の半ブリッジ内に配置されている。電流弁ＵＬないしＹＬおよびＵＨないしＹＨは、ここで破線の制御矢印で示したように、分散型制御装置２１ないし２５によってそれぞれ制御可能である。

さらに、電流弁ＵＨないしＹＨおよび／または電流弁ＵＬないしＹＬは、たとえば３０Ｖの電圧クランピングを可能にするために、典型的には適当な付加配線部を含んでいる。

発電機制御器１３は、直流電圧接続部Ｂ＋とＢ−の間に印加される電圧を評価して制御する。たとえばロータ１２の励磁巻線部のパルス幅変調通電を介して発電機１の出力を制御する。

図２には、共通の横軸の時間（ｍｓ）に対しそれぞれの縦軸に電流推移および電圧推移がＡまたはＶでプロットされている。図２に示した電流推移および電圧推移は、アクティブブリッジ整流器を付設した５相発電機において、本発明に従って作動しない配置構成で発生するものであるが、その他の点では図１に示した配置構成に対応していてよい。電流推移および電圧推移は、グラフ２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０の形態で示してある。

グラフ２１０において、２０１はブリッジ整流器の直流電圧接続部の間に印加される電圧である。さらに、グラフ２１０では、アクティブブリッジ整流器に接続されている電源に供給される電流が推移２０２の形態で示してある。

アクティブブリッジ整流器は約７３．４ないし７３．８ｍｓの時間内で正規の整流器作動状態にある。７３．８ｍｓの時点で、図示した例では、たとえば消費装置をオフにすることによって負荷遮断が発生する。これにより、アクティブブリッジ整流器の直流電圧接続部の間に印加される電圧２０１は、急速に上昇する。アクティブブリッジ整流器の直流電圧接続部の間に印加される電圧２０１が（図示していない）上側閾値を越えると、何度も説明した処置が導入され、たとえば整流器下側分岐部の電流弁をオンにする。

これにより、発電機の対応する相は短絡され、その結果アクティブブリッジ整流器の直流電圧接続部の間に印加される電圧２０１はこれ以上上昇しない。明らかに見て取れるように、アクティブブリッジ整流器の直流電圧接続部の間に印加される電圧２０１は、短時間同じ状態を維持した後、平坦域へ再び降下し、約７４．４ｍｓの時点で最小値に到達する。アクティブブリッジ整流器の直流電圧接続部の間に印加される電圧２０１により、（同様に図示していない）下側閾値を下回ると、整流器は再び正規の整流器作動へ移行する。

発電機がまだ十分に消磁されていなければ、アクティブブリッジ整流器の直流電圧接続部の間に印加される電圧２０１は新たに上昇し、上側閾値を越え、新たに相短絡が生じ、図示した例では約７４．６ｍｓで生じる。相短絡の導入と終了との反復は、電流が十分に消失するまで継続する。

図２のグラフ２２０では、発電機とアクティブブリッジ整流器とから成る対応する配置構成の相電圧の１つの推移が図示されており、２０３が付されている。発電機は、図示した例では、すでに述べたように５相発電機として構成され、その結果個々の相電圧を重畳すると、グラフ２３０で示した全推移２０４が生じる。図からわかるように、約７３．８ｍｓでの負荷遮断結果の前の相電圧２０４の最大値は、励磁電流の制御のために約１５Ｖである。約７３．８ｍｓでの負荷遮断結果の後では、この相電圧２０４は３０Ｖ弱へ対応的に上昇する。これは、図１に対し説明した電圧クランピングのためである。発電機相が短絡されている時間では、すべての相電圧は０Ｖへ降下する。

グラフ２４０では、対応する電気機械内またはアクティブブリッジ整流器内での複数の相電流が推移２０５の形態で図示されている。特にアクティブ整流（グラフ２３０に図示した相電圧２０４から明らかである）の相では、相電流２０５の包絡線は減少しており、したがって発電機の理論的な放出電流も減少しており、短絡段階の間に相電流のはね上がりが行われることがわかる。

グラフ２５０では、電気機械によって、または、対応する電気機械とアクティブブリッジ整流器とから成る配置構成によって理論的に放出される電流が図示されており、この放出される電流は、アクティブブリッジ整流器が連続的に正規の整流器作動で作動する場合に発生する。グラフ２６０は、推移２０７の形態で励磁電流を示しており、すなわち電気機械のロータを流れる電流を示している。

図３には、本発明の特に好適な実施形態による発電機とアクティブブリッジ整流器とから成る対応する配置構成の制御から生じる電流推移および電圧推移が図示されている。以前に図示した図２で対応しているグラフ、推移等は、１００を加算した参照符号で示してある。図２のグラフ２２０でのような個々の相電圧２０３の図示と、図２のグラフ２６０でのような励磁電流推移２０７の図示とは省略した。残りのグラフ３１０，３３０，３４０，３５０の配置と、これらグラフ内に示されている電流および電圧推移３０１，３０２，３０４，３０５，３０６とは、図２のそれらに対応している。図３の時間スケールは図２のそれとは異なっている。

図３による、約６．０ｍｓ以降のケースでのように、相短絡の導入と終了とが、グラフ３５０で推移３０６の形態で図示されている発電機の理論的な放出電流に同期して行われるならば、したがって電気機械の固有振動数と整合していれば、図示した例では、グラフ３４０で推移３０５の形態で図示したように、すでに約９ｍｓの時点で０Ａの値に相電流が加えられる。相短絡の相同期導入および終了により（特にグラフ３３０とグラフ３５０とを総合的に参照）、存在する固有振動がより強く励起され、したがって励磁電流内で累積相電流におけるゼロ点が達成される。

すでに説明したように、相短絡の相同期導入および終了を必ずしも行う必要がないことは明らかである。相短絡の導入および終了の振動数が励磁電流の振動数の複数倍に対応しているか、或いは、近似的にのみ同期性が設定されるようにしてもよい。

図３のグラフ３１０による電圧推移は、図７にもう一度図示してある。それ故、すでにこの個所で最後の説明を指摘しておく。

図４には、本発明の１実施形態による方法を説明するための信号推移が図示されている。この場合、著しい振動のない励磁電流４０１と、適宜に大きくなった振動を備える励磁電流４０２とが、横軸の時間ｓに対する縦軸にＡでプロットされている。４０３は、推移４０２が最初に値０Ａに達する時点である。この値は、励磁電流４０１がゼロ値に達する（別々に表示していない）時点よりもかなり前にある。更なる詳細はすでに述べたとおりである。

図５には、本発明の１実施形態による方法の作用原理が構成図の形態で示してある。

すでに述べたように、相短絡の起動（ブロック５０１）により、複数の相に、電気機械のロータ（たとえば図１のロータ１２を参照）へトランス伝送される（ブロック５０２）同一成分が生じる。励磁電流が低い時点では、相電流も非常に低く（ブロック５０３）、その結果アクティブブリッジ整流器の電流弁内のパワーロス（ブロック５０５）を減少させるためには、好ましくはこの時点で相短絡を動作不能（ブロック５０４）にする必要がある。これによって好ましい時点で相短絡が終了すると、好ましくは少なくとも部分的に励磁電流または電気機械の固有振動と同期して、或いは、整流器の出力電圧が所定の閾値を越えたときに、相短絡が再び導入され（ブロック５０１）、その結果再び出発点に到達する。

図６は、本発明の１実施形態による方法を構成図の形態で示している。

この方法では、ブロック６０１で示したように、回転数と相関関係にある相電圧推移に基づいて、或いは、たとえば回転数および角度位置に基づいて、電気機械の固有振動数またはその周期の連続的な算出が行われる。

ブロック６０２で示したように、アクティブブリッジ整流器の直流電圧接続部間の出力電圧が上側閾値を越えているかどうかを、連続的にまたは周期的にチェックする。もし越えていない（−）場合は、前述のブロック６０１と６０２で示したステップで方法をサイクル的に継続させる。もし越えている（＋）場合には、ブロック６０３で示したように、相短絡を導入する。

ブロック６０４で示したように、時間計を始動させ、ブロック６０１によるステップで特定された周期（または、すでに述べたようにその複数倍）が経過した後に相短絡を解除する。これはブロック６０５に示されている。相短絡は、アクティブブリッジ整流器の直流電圧接続部間の出力電圧が所定の下側閾値をまだ下回っていない場合も、解除させる。

この時点で、ブロック６０６で示したように、相電圧または励磁電流（すなわち、もう一度一般的に述べれば、電気機械のロータを流れる電流）が所定の最小値を下回ったかどうかをチェックする。もしｎｏ（−）であれば、すなわちブロック６０７で示したように、相短絡作動または整流器作動のいずれかを続行し、アクティブブリッジ整流器の直流電圧接続部間の出力電圧が前記上側の閾値を上回ったときに相短絡を再び導入し、ブロック６０４に従った時間測定を再び始動させ、すでに述べたようにブロック６０６で示したチェックステップまで方法を続行させる。もしｙｅｓ（＋）であれば、励磁電流または相電流は十分に減衰しており、その結果ブロック６０８で示したように、さらに正規の整流を、すなわち更なる相短絡なしの状態を維持することができる。その後は、ブロック６０１に対応するステップで方法を続行させることができる。

すでに述べたように、図３のグラフ３１０による電圧推移が図７に再度図示されている。図３の３０１で示した電圧推移は、図７で７０１を付されており、ここでもグラフ７１０において横軸の時間ｍｓが縦軸の電圧Ｖに対しプロットされている。加えて、ここではブリッジ整流器の出力電圧の上側閾値に７０５が付されている。

ブリッジ整流器の出力電圧、すなわち電圧推移７０１が上側閾値７０５に達すると、何度も説明したように、相短絡を導入する。図示した例では、相短絡は、所定の時間が経過した後に再び終了させる。本発明による方法は、この時間を、少なくとも部分的に、電気機械の固有振動数と同期させ、或いは、対応する信号、たとえば電気機械のロータを流れる電流の推移と同期させ、その結果図７の７０６で示した時間が、（場合によってはずれがある場合もあるが）電気機械のロータを流れる電流の周期（またはその複数倍）に対応するように構成されている。このようにして固有振動が励起される。

１ 電気機械
２ アクティブブリッジ整流器
１２ ロータ
Ｂ− 第１の直流電圧接続部
Ｂ＋ 第２の直流電圧接続部
Ｕ−Ｙ 相接続部
ＵＨ−ＹＨ 第２の電流弁
ＵＬ−ＹＬ 第１の電流弁

Claims (16)

1. 少なくとも発電機で作動可能な多相電気機械（１）を制御する方法（１００）であって、前記電気機械の相接続部（Ｕ−Ｙ）が、アクティブブリッジ整流器（２）内で、それぞれ、オンオフ可能で制御可能な第１の電流弁（ＵＬ−ＹＬ）を介して第１の直流電圧接続部（Ｂ−）に接続され、且つ第２の電流弁（ＵＨ−ＹＨ）を介して第２の直流電圧接続部（Ｂ＋）に接続され、前記方法が、前記電気機械（１）の発電機作動において負荷遮断の発生後に前記第１の電流弁（ＵＬ−ＹＬ）を介して前記相接続部（Ｕ−Ｙ）の相短絡を複数回導入および中止することを含んでいる、前記方法において、前記電気機械（１）の固有振動数を特徴づける量を検出し、前記相短絡の導入および中止のために、前記第１の電流弁（ＵＬ−ＹＬ）を、前記電気機械（１）の前記固有振動数を特徴づける前記量をベースにして切換え振動数で制御することを特徴とする方法（１００）。
2. 前記切換え振動数が次のような振動数範囲内にあり、すなわちその下限が、予め与えられている公差値を差し引いて前記固有振動数の整数倍であり、且つその上限が、前記予め与えられている公差値を加算して前記固有振動数の整数倍であるような振動数範囲内にある、請求項１に記載の方法（１００）。
3. 前記電気機械（１）の固有振動数がｆ_Ｅであり、前記切換え振動数が（ｆ_Ｅ×ｍ）±（ｋ×ｆ_Ｅ）であり、ここでｍは１ないし５の値を持つ整数の倍数であり、ｋは前記予め与えられた公差を定義する０ないし０．４の値である、請求項２に記載の方法。
4. 前記切換え振動数の周期が次のような時間範囲内にあり、すなわちその下限が、公差値を差し引いて前記固有振動数の周期の整数倍であり、且つその上限が、前記公差値を加算して前記固有振動数の周期の整数倍であるような時間範囲内にある、請求項１に記載の方法（１００）。
5. 前記電気機械（１）の前記固有振動数を特徴づける前記量として、前記方法を実施する時点で検出した前記電気機械（１）の回転数を使用し、または、これから導出される値を使用する、上記請求項のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記方法を実施する前記時点での前記電気機械（１）の回転数を使用し、且つ前記電気機械（１）のポールペア数を使用して、前記固有振動数および／またはその周期を特定する、請求項５に記載の方法。
7. 前記電気機械（１）のロータ（１２）を流れる電流または前記電気機械の少なくとも１つの他の電流信号が最初に閾値以下になったときに、前記相短絡の複数回の導入を終了させる、上記請求項のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第１の電流弁（ＵＬ−ＹＬ）を、前記相短絡を導入するために、オン条件をベースにしてオンにし、前記相短絡を中止するために、オフ条件をベースにしてオフにさせ、前記オン条件および／または前記オフ条件を、前記電気機械（１）の前記固有振動数を特徴づける前記量をベースにして設定する、上記請求項のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記オン条件は、少なくとも、前記第１の直流電圧接続部（Ｂ−）と前記第２の直流電圧接続部（Ｂ＋）との間の出力電圧が上側閾値を上回ったことを含んでおり、前記上側閾値の閾値設定を、前記電気機械（１）の前記固有振動数を特徴づける前記量に依存して行う、請求項８に記載の方法。
10. 前記オフ条件は、少なくとも、前記第１の直流電圧接続部（Ｂ−）と前記第２の直流電圧接続部（Ｂ＋）との間の出力電圧が下側閾値を下回ったことを含んでおり、前記下側閾値の閾値設定を、前記電気機械（１）の前記固有振動数を特徴づける前記量に依存して行う、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記閾値設定を、さらに、前記第１および／または第２の直流電圧接続部（Ｂ＋，Ｂ−）と結合されている容量性要素の放電流およびその容量とに依存して行う、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記オン条件は、少なくとも、所定のオン時点に到達したこと、および／または、前記オフ条件は、少なくとも、所定のオフ時点に到達したことを含んでいる、請求項８から１１までのいずれか一つに記載の方法。
13. 前記相接続部（Ｕ−Ｙ）内に流れる電流が合計で０Ａに達したとき、または、所定の閾値以下にあるときに、前記相接続部の導入および中止を阻止する、上記請求項のいずれか一項に記載の方法。
14. 上記請求項のいずれか一項に記載の方法を実施するために設置されている制御装置。
15. 請求項１から１３までのいずれか一項に記載の方法を請求項１４に記載の制御装置で実行するときに該制御装置をして前記方法を実施させるコンピュータプログラム。
16. 請求項１５に記載のコンピュータプログラムを記憶した、機械で読み取り可能な記憶媒体。

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