JP2021524223A - 電気機械を動作させる方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気機械（１）を動作させる方法に関する。将来のある間隔（３）において前記電気機械（１）が与えることができる最大第１トルク（４）の値（２）は、前記方法により計算される。電力の伝送に必要な前記少なくとも１つの半導体（５）のうちの少なくとも１つが電力損失（６）により過熱することが、前記間隔（３）において提供されるトルクを前記値（２）に限定することにより、防止されるか、又は、過熱の虞があることとディレーティングの作用とが予測され且つ防止されるか、又は、その両方が成り立つ。【選択図】図１

Description

本発明は、電気機械を動作させる方法であって、この電気機械は、特に自動車で使用される、好ましくは自動車を駆動するために使用される。

インバータから電気エネルギーを供給される電気機械が、自動車において、トラクションドライブ等として、よく使用される。インバータでの電気的損失により、且つ、電気機械での電気的損失及び機械的損失により、電気機械の動作中に、これらのコンポーネントが加熱される。温度が急激に上昇した場合、加熱されたコンポーネントを熱的損傷から保護する必要がある。この保護は、電気機械に伝送される電力を低減すること（ディレーティング）と、得られた電力損失を対応して低減することとにより、行われる。

自動車の動作戦略における熱的ディレーティングの作用を低減するためには、起こりうる経時的な電力低減を予測することが望ましいであろう。しかし、電力損失は、多数の要因及びパラメータ（エンジンパラメータ、飽和特性、半導体特性、温度、トルク、回転速度、中間回路電圧、調節戦略、経年変化など）に依存する。そのため、トルク及び回転速度よって決まる熱的に可能な最大電力を計算するのは、難しい又は不可能であり、分析的に測定できない。

従って、本発明の目的は、先行技術に存在する問題を少なくとも部分的に解決することである。特に、該に方法より、適宜必要となりうる電力低減をあらかじめ予測可能とする方法が提供されるものとする。

これらの目的は、請求項１の特徴による方法でもって達成される。本方法の及び本発明のさらに有利な実施形態はさらなる請求項において明示される。なお、各請求項において個々に提示される特徴は、技術的に実現可能な態様で互いに組み合わせることができ、本発明のさらなる実施形態を定めることができる。また、各請求項において明示される特徴は、本明細書において、本発明のさらに好ましい実施形態が提示され、より正確により詳細に説明される。

ここで、電気機械を動作させる方法が貢献する。将来の（すなわち将来現れる）ある（時間）間隔において前記電気機械が与えることができる最大第１トルクの値は、前記方法により計算される。電力の伝送に必要な前記少なくとも１つの半導体のうちの少なくとも１つが電力損失により過熱することが、その間隔において提供されるトルクを前述の値に限定することにより、防止される（又は、過熱の虞があることとディレーティングの作用とが予測され且つ防止されるか、又は、その両方が成り立つ）（この電力損失は、前述のトルクを生成するために電気機械を動作させている間に生じる）。本方法は、
ａ）現在の時点での（すなわち今の）電気機械の動作の複数の電気的パラメータ（例えば電気機械の回転速度、電圧）を確定するステップと、
ｂ）これらの電気的パラメータにて生成し得る、電気機械の最大第２トルクを計算するステップと、
ｃ）生成し得る最大第２トルクが印加される場合に少なくとも１つの半導体にて起こり得る電力損失を計算するステップと、
ｄ）間隔の間に存在する電力損失から決定され得る第１温度であって（決定された第１温度が許容最大第２温度よりも高い場合に）、少なくとも１つの半導体の半導体接合層の、決定された第１温度を計算するステップと、
ｅ）ステップｂ）により生成し得る最大第２トルクの値がますます小さくなるように、ステップｂ）〜ｄ）を繰り返し実行するステップであって、この繰り返しは、ステップｄ）により計算された第１温度が、最大でも半導体接合層の許容最大第２温度に対応するまで行われるステップと、その後、
ｆ）最大でも本方法により定められた値を有するトルクで、前述の間隔において、電気機械を動作させるステップ、又は、電気機械がより高いトルクで動作する場合においては、この間隔を短縮し、且つ、短縮された間隔（のみ）において、電気機械を前述のより高いトルクで動作させるステップと
を少なくとも含む。

特に、使用している半導体の特性の知見を用いて、電気機械の特定の（例えばトルク、回転速度、電圧よりなる）動作点における温度を計算することができる。従って、必要に応じて、１つ又は複数の繰り返しステップにおいてトルクが制御ループによって計算のみで決まるような制御ループを示唆する。このトルクは、（本方法の実行後）（まさに始動時の）間隔において、（コンポーネントが許容できないほどまで過熱されないように）電気機械を動作させる場合に使用可能な最大のものである。

制御ループは、特に、ステップａ）〜ｅ）を、そして少なくともステップｃ）〜ｅ）を辿る。パラメータ（例えば回転速度及び電圧）は、制御ループ用の入力変数として使用できる。これらのパラメータで可能な第２トルクは、制御ユニット等で決定してもよく、制御ループ用の入力変数として使用してもよい。

ステップｂ）〜ｅ）の間に確定される又は（必要に応じて続けて）計算される第２トルクは、特に、ステップｆ）に到達する前に電気機械により物理的に生成されるのではなく、ステップｆ）において確定される値の計算に使用されるに過ぎない。これの代わりとして、差分トルクだけ低減された第２トルクが電気機械により物理的に生成される（その後、後続の繰り返しステップによってさらに低減される）ことが可能である。

このように、特に、ステップａ）〜ｆ）は、記載する順序で次々に実行され、必要に応じて、少なくとも一部は時間的に並行して実行される。ここで、ステップｃ）〜ｅ）は、特にステップａ）及びｂ）が一旦実行された後に、記載する順序で繰り返し実行される。その後、（必要に応じて、締め括りとして）本方法のステップａ）〜ｅ）の後にステップｆ）が実行される。

特に、本方法自体は、電気機械の動作中又は自動車の動作中、連続的に実行される。本方法は、特に、電気機械の又はコンポーネントの過熱が予測され得る場合のみ実行される。

ステップａ）における電気的パラメータは、特に、電気機械の現在の回転速度と、電気機械を動作させるために使用可能な現在の電圧とを、（少なくとも又は排他的に）含む。

ステップｃ）を実行するために、制御ループは少なくとも１つの計算モデルを含む。パラメータ（例えば回転速度及び電圧）と、計算された第２トルクとが、入力値として使用される。これらの入力値とに対する電力損失が、計算モデルにより結果として生成される。

計算モデルでは、特に、電気機械及び各コンポーネントの特性（電気エネルギーを電気機械に供給及び伝送するのに必要なもの、すなわち、エンジンパラメータ、飽和特性、半導体特性、温度、経年変化等）と、電気機械及び各コンポーネントのための制御戦略とが、考慮される。

ステップｄ）では、少なくとも１つの半導体を冷却するために利用可能な冷却能力を考慮することができる。

制御ループは、特に、第１温度を決定するための温度モデルを含む。温度モデル用の入力値として、特に、ステップｃ）において計算された電力損失のほかに、冷却液の質量流量と、冷却液温度とを使用することができる。

ステップｅ）において、特に、計算された第１温度と許容最大第２温度との間の差が形成され、この差を参照して、差分トルクｄｅｌｔａＴがコントローラにより決定される。この差分トルクｄｅｌｔａＴは、後続の繰り返しにおけるステップｂ）において、先行の繰り返しの（計算された）最大第２トルクＴ_ｎ（ｎ＝１、２、３、…）から減算されて、すぐ後に続いて行われるステップｃ）〜ｄ）の最大第２トルクＴ_ｎ＋１が計算可能である。

好ましくは、コントローラは、Ｉコントローラ（積分コントローラ）又はＰＩコントローラ（比例積分コントローラ）である。

好適なある実施形態において、電気機械は、（既知の）スイッチング周波数を有するインバータの多相（好ましくは三相）交流電流で動作する。ステップａ）において確定された電気的パラメータは、現在の電圧として、インバータの中間回路電圧を少なくとも含むことができる。ステップｂ）に続くステップｂ１）において、少なくとも以下のさらなる電気的パラメータが決定される。
・多相交流電流の各相の線電流
・多相交流電流の各相の線間電圧
・力率、又は、ｃｏｓφ、又は、その両方

電気工学において、力率（有効力率としても知られている）とは、特に、見かけの電力Ｓに対する実際の電力Ｐの振幅の比である。ｃｏｓφは、電流及び電圧の基本振動間の位相ずれ角度である。特に、ｃｏｓφは、力率よりも精密な値を提供することができる。ただし、このために、より高い計算処理力が必要となることがある。

制御ループ、特に、好適な実施形態による本方法を実行するのに適した制御ループは、ステップｃ）を実行するために、第１部分モデル及び第２部分モデルを備えた計算モデルを少なくとも１つ含む。第１部分モデルでは、入力値として、電気的パラメータ（例えば回転速度及び中間回路電圧）と、計算された最大第２トルクとが使用される。

第１部分モデルでは、特に、電気機械及び各コンポーネントの特性（電気エネルギーを電気機械に供給及び伝送するのに必要なもの、すなわち、エンジンパラメータ、飽和特性、半導体特性、温度、経年変化等）と、電気機械及び各コンポーネントのための制御戦略とが、考慮される。

第１部分モデルの結果として、交流電流の各相の線電流と、交流電流の各相の線間電圧と、力率又はｃｏｓφとが求められる。

第２部分モデルでは、入力値として、特に、第１部分モデルの結果と、中間回路電圧及びスイッチング周波数のパラメータとが使用される。これらの入力値に基づいて、第２部分モデルでは、ステップｃ）により計算された電力損失が決定される。

ステップｃ）では、特に、特性（エンジンパラメータ、飽和特性、半導体特性、温度、経年変化等）と、電気機械及び各コンポーネントのための制御戦略（電気エネルギーを電気機械に供給及び伝送するのに必要なもの）が考慮される。

今日使用されている電気トラクションドライブは、特に、磁気抵抗を備えた永久磁石同期機である。これは、所望のトルクを電流に一意に割り当てることができないこと、且つ、電流の位相関係もトルクに影響することを意味する。電流の振幅及び電流の位相関係を選択することにおける自由度は、様々なやり方で使用され、例えば電気機械の効率を増加するためや、所望の制御予力を維持するためなどに使用される。

電流の振幅及び電流の位相関係を選択することは、特に、コンバータ（インバータ）における及び電気機械における損失に直接的な影響がある。そのため、温度を決定／概算するときにも考慮されるべきである。

ここで、エンジンパラメータの特性、飽和特性、半導体特性、温度、経年変化は考慮されるべきであり、特にこの順序で考慮されるべきである。飽和を含む電気機械のエンジンパラメータは、例えば、（前述の制御戦略に応じて）電流、電圧、ｃｏｓφ、所望のトルクを決める場合において、不可欠である。半導体特性は温度モデルには必要である。最も単純な事例において、半導体特性は、位相電流及びＤＣ電圧に線形に依存すると仮定することができる。半導体特性は、所望する任意の精度及び複雑さで保存可能である。例えば、電流及び電圧の解析関数であるがもはや電流及び電圧の線形依存関数ではないものとして保存可能であり、半導体温度を考慮して保存可能であり、経年変化を考慮して保存可能であり、個々のコンポーネント間のばらつきを考慮して保存可能であり、前述の項目を複数組み合わせたものとして保存可能である。

さらに、制御戦略だけでなく変調方式も、電気的損失にとっては重要であり、例えば連続方式と非連続方式との間の差異に関して重要である。熱的モデルにおいて変調の種類を考慮してもよく、変調の種類は、電流の振幅及び電流の位相関係の選択に影響を与えることもある。

間隔は、特に、長くても１０秒の長さ、好ましくは、長くても７秒の長さを有することができる。

間隔は、特に、短くても０．５秒の長さ、好ましくは、短くても２秒の長さを有することができる。

特に、間隔の長さは、電気機械の動作点に依存して、又は、自動車等の動作モードに依存して決定される。特に、間隔の長さは、電気機械の動作中に変動してもよい。特に、実際に印加されたトルクが、本方法により決定された値を超えた場合には、実際に印加されたトルクに依存して（本方法の最中に又は直後に）間隔を短縮してもよい。

電気機械は、特に、自動車の第１ドライブユニットである。この間隔において、自動車を駆動するために必要なトルクが、ステップｆ）に従って本方法により決定されたトルクの値を超える場合、自動車の少なくとも１つの第２ドライブユニット（例えば燃焼機関又は同様のもの）をオンに切り換えられ、供給されるトルクを増加することができる。

間隔は、特に、さらなるドライブユニットを切り換え可能に使用することを考慮して決定することもできる。

さらに、以下のような電気ドライブ機構を提案する。電気ドライブ機構は、電気機械と、エネルギー源（例えばバッテリや、電気機械とバッテリとの間に配置されるインバータ）と、少なくとも１つの半導体であって、エネルギー源の電気エネルギーを該半導体を介して電気機械を動作させるために供給できる半導体とを、少なくとも備える。電気ドライブ機構は、制御ユニットを有してもよく、この制御ユニットは、前述の方法を実行するように適切に設計され又は構成されている。したがって、制御ユニットは、本方法を実行することができ、又は、制御ユニットは自動車の動作中に本方法を実行することができる。

特に、制御ユニットは制御ループを利用したり、制御ループは制御ユニットに統合されたりする。

トルクは、必要に応じて、１つ又は複数の繰り返しステップにおいて制御ループによって計算で決定されるにすぎない。これにより、このトルクは、（本方法の実行後）（まさに始動時の、適宜短縮された）間隔において且つ間隔の最中に、（コンポーネントが許容できないほどまで過熱されないように）電気機械を動作させる場合に使用可能な最大のものである。

制御ループは、特に、本方法のステップａ）〜ｅ）（特にステップｂ１）も）を辿り、少なくともステップｃ）〜ｅ）を辿る。パラメータ（例えば回転速度及び電圧、必要に応じてさらに、スイッチング周波数、冷却液の質量流量、冷却液温度）は、制御ループ用の入力変数として、使用できる。これらのパラメータで可能な第２トルクは、制御ユニット等で決定してもよく、制御ループ用の入力変数として使用してもよい。

さらに以下のような自動車が提案される。自動車は、電気ドライブ機構を少なくとも備え、電気ドライブ機構の電気機械により（少なくとも）駆動できる。

本方法に関する説明は、ドライブ機構及び自動車に等しく当てはまり、その逆も同様である。

本方法は、さらに、コンピュータにより、又は、（車両の）制御ユニットのプロセッサにより、実行することもできる。

従って、本方法を実行するように、又は、提案された方法のステップの一部を実行するように、適合され構成されたプロセッサを備えるデータ処理用のシステムを、さらに提案する。

コンピュータ／プロセッサにより実行する場合に、このコンピュータ／プロセッサに本方法を実行させる命令又はこのコンピュータ／プロセッサに提案された方法のステップの少なくとも一部を実行させる命令を有するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体を提供可能である。

本方法に関する説明は、コンピュータで実施される方法に転用可能であり、その逆も同様である。

疑義を回避するために言えば、本明細書において使用する序数詞（「第１」、「第２」、「第３」等）は、主として、幾つかの同じような対象物、数値、工程を区別するために（のみ）供されるものであり、すなわち、特に、これらの序数詞が、これら対象物、数値、工程の、互いに対する任意の依存関係や順序を必ずしも定めるものではない。依存関係や順序が必要である場合には、このことは本明細書において明記されるか、あるいは、実際に記載されている実施形態を検討することにより、当業者にとって明らかになる。

以下で、図を参照して、本発明及び技術的背景をより詳細に説明する。本発明が図示する例示的な実施形態により限定されることを、意図しないことに言及されるべきである。特に、特段の記載のない限り、図で説明する技術内容の部分的特徴を抽出し、それらを他の構成要素及び本明細書からの知見と組み合わせることも可能である。

制御ループの第１実施形態の図を示す。 制御ループの第２実施形態の図を示す。 本方法の効果の第１の図を示す。 本方法の効果の第２の図を示す。 本方法の効果の第３の図を示す。 自動車を示す。

図１は、制御ループ２９の第１実施形態の図を示す。ステップａ）において、現在の時点で（すなわち今）電気機械１の動作の各電気的パラメータ７が確定される又は読み取られる（この場合は、回転速度１２及び電圧１３）。ステップｂ）において、これらの電気的パラメータ７にて生成し得る、電気機械１の最大第２トルク８が計算され、この最大第２トルクがまず入力値として使用される。ステップｃ）において、生成し得る最大第２トルクが印加される場合に少なくとも１つの半導体５にて起こりうる電力損失６が計算される。この計算は計算モデル３０において行われ、そこでは、入力値として、各電気的パラメータ７（つまり回転速度１２及び電圧１３）と、計算された第２トルク８とが使用される。結果として、計算モデル３０により、これらの入力値として存在する電力損失６が生成される。

第１温度９は、間隔３において存在する電力損失６から決定されるが、ステップｄ）において、少なくとも１つの半導体５の半導体接合層１０の、決定された第１温度９が計算される。ステップｄ）では、少なくとも１つの半導体５を冷却するために利用可能な冷却能力１４を考慮することができる。

制御ループ２９は、第１温度９を決定するための温度モデル３３を含む。温度モデル３３用の入力値として、ステップｃ）において計算された電力損失６と、冷却液の質量流量と、冷却液温度（ここでは冷却能力１４として要約されるもの）とが使用される。

ステップｅ）によれば、ステップｂ）により生成し得る最大第２トルク８の値２がますます小さくなるように、ステップｂ）〜ｄ）が繰り返し実行され、この繰り返しは、ステップｄ）により計算された第１温度９が、多くても半導体接合層１０の許容最大第２温度１１に対応するまで行われる。

ステップｅ）では、計算で得た第１温度９と許容最大第２温度１１との間の差１５が得られ、この差１５を基に、コントローラ１６により差分トルク１７が決定される。この後のステップの繰り返しにおいて、ステップｂ）で、差分トルク１７を、前に行われた繰り返しから生成し得る（計算で得た）最大第２トルク８Ｔ_ｎ（ｎ＝１、２、３、…）から減算し、すぐ後のステップｃ）〜ｄ）用の、生成し得る最大第２トルク８Ｔ_ｎ＋１を計算することができる。

ステップｄ）で計算された、決定された第１温度９が、大きくても半導体接合層１０の許容最大第２温度１１に相当する場合、ステップｆ）が実行される。ステップｆ）により、最大でも本方法により定められた値２を有するトルクで、間隔３において、電気機械１を動作させる（高レベルのコントローラがより大きいトルクを要求する場合には、必要に応じて、間隔を適宜短縮可能である）。

ステップｂ）〜ｅ）の間に確定される又は（必要に応じて続けて）計算される第２トルク８は、ステップｆ）に到達する前に電気機械１により物理的に直接生成されるのではなく、ステップｆ）において確定される値２の計算に使用されるに過ぎない。

このように、ステップａ）〜ｆ）は、記載する順序で次々に実行され、必要に応じて、少なくとも一部は時間的に並行して実行される。ここで、ステップｃ）〜ｅ）は、特にステップａ）及びｂ）が一旦実行された後に、記載する順序で繰り返し実行される。その後、必要に応じて、締め括りとして、本方法のステップａ）〜ｅ）の後にステップｆ）が実行される。

図２は、制御ループ２９の第２実施形態の図を示す。図１の説明を参照する。特に好適なこの実施形態は、（既知の）スイッチング周波数１９を有するインバータ１８の多相（好ましくは三相）交流電流で動作する電気機械１に関する。ステップａ）において確定された電気的パラメータ７は、現在の電圧１３として、インバータ１８の中間回路電圧を有する。ステップｂ）に続くステップｂ１）において、少なくとも以下のさらなる電気的パラメータ７が確定される。
・多相交流電流の各相の線電流２０
・多相交流電流の各相の線間電圧２１
・力率２２

好適な実施形態による本方法を実行するための制御ループ２９は、ステップｃ）を実行するために、第１部分モデル３１及び第２部分モデル３２を備えた計算モデル３０を含む。第１部分モデル３１では、入力値として、電気的パラメータ７（回転速度１２、及び、電圧１３としての中間回路電圧）と、計算された第２トル８とが使用される。

第１部分モデル３１では、電気機械１及び（電気エネルギーを電気機械１に供給及び伝送するのに必要なもの、すなわち、例えばインバータ１８、半導体５等）各コンポーネントの特性（例えばエンジンパラメータ、飽和特性、半導体特性、温度、経年変化等）と、電気機械１及び各コンポーネントのための制御戦略とが考慮される。

第１部分モデル３１の結果として、交流電流の各相の線電流２０と、交流電流の各相の線間電圧２１と、力率２２とが求められる。

第２部分モデル３２では、入力値として、第１部分モデル３１の結果と、電圧１３としての中間回路電圧及びスイッチング周波数１９のパラメータとが使用される。これらの入力値に基づいて、第２部分モデル３２では、ステップｃ）により計算された電力損失６が決定される。

図３〜図５は、本方法の効果を示す図をいくつか示す。上の線図の各々では垂直軸上にトルク４、８をプロットする。トルク４、８はいずれの場合も正規化して示す。下の線図の各々では垂直軸上に温度をプロットする。温度も正規化して示す。各図の両方の線図において、水平軸上に時間２８をプロットする。

図３は、間隔３が２秒の長さを有する場合のトルク４、８及び温度の曲線を示す。上の線図には、現在利用可能な電気的パラメータ７で生成可能な最大第２トルク８を示す（第１曲線３４）。さらに、第２曲線３５は、（変動する）値２を用いて計算されたトルクを示し、このトルクは、２秒の長さを有する間隔３において、半導体５を過熱することなく利用可能なものである。第３曲線３６は、実際に印加されたトルクを示し、間隔（２秒の長さ）に対応する時間間隔をおいて第２曲線３５に続いている。下の線図では、第４曲線３７は、（第３曲線３６による）印加済みトルクから生じる、半導体５又は半導体接合層１０の（現在の）温度を示す。第５曲線３８は、第２曲線３５によるトルクが印加される際に生じ且つ２秒の長さの間隔を考慮した上で維持する必要がある、半導体接合層１０の温度を示す。第４曲線３７による現在の温度が特定の第３温度３９に到達するとき、第１時点４０からディレーティングが開始され、これにより、必然的に、電気機械に供給することのできる最大電力が低減し、それに対応して電力損失が低減する（第１曲線３４参照）。ディレーティングの効果とは、パラメータ又は電流又はトルクが限定されることであり、これにより、生成し得る最大第２トルク８は、第１時点４０から連続敵に減少する（第１曲線３４）。

第３曲線３６は、ある時点で、最大でも第１曲線３４に相当する。本方法により、提供可能な最大第１トルク４の値２が確定され、この第１トルクを通じて過熱（及びこれによる過度のディレーティング）が回避される。このようにして、計算された第１温度９が、半導体接合層１０の、許容最大第２温度１１を下回ったままであることが確実になる。

図４は、間隔３が２秒の長さを有する場合のトルク４、８及び温度の曲線を示す。上の線図には、現在利用可能な電気的パラメータ７で生成可能な最大第２トルク８を示す（第１曲線３４）。さらに、第２曲線３５は、（変動する）値２を用いて計算されたトルクを示し、このトルクは、２秒の長さを有する間隔３において、半導体５を過熱することなく（且つディレーティングが突然開始することなく）利用可能なものである。第３曲線３６は、実際に印加されたトルクを示し、このトルクは、ここでは、生成し得る最大第２トルク８まで増大した。下の線図では、第４曲線３７は、（第３曲線３６による）印加済みトルクから生じる、半導体５又は半導体接合層１０の（現在の）温度を示す。第５曲線３８は、第２曲線３５によるトルクが印加される際に生じ且つ２秒の長さの間隔を考慮した上で維持する必要がある、半導体接合層１０の温度を示す。第４曲線３７による現在の温度が特定の第３温度３９に到達するとき、第１時点４０からディレーティングが開始され、これにより、必然的に、電気機械に供給することのできる最大電力が低減し、それに対応して電力損失が低減する（第１曲線３４参照）。ディレーティングの効果とは、電気的パラメータ７又は電流又はトルクが限定されることであり、これにより、生成し得る最大第２トルク８は、第１時点４０から連続敵に減少する（第１曲線３４）。第４曲線３７に示す温度の急速な上昇の結果として、第１時点４０（ディレーティングの開始）は、図３及び図５に示すものよりもの著しく早めに生じることが分かる。

第３曲線３６は、ある時点で、最大でも第１曲線３４に相当する。本方法により、提供可能な最大第１トルク４の値２が確定され、この第１トルクを通じて過熱（又は第３曲線３６により現在のトルクが印加される際に生じる温度）が回避される。このようにして、計算された第１温度９が、半導体接合層１０の、許容最大第２温度１１を下回ったままであることが確実になる。

図５は、間隔３が２秒の長さを有する場合のトルク４、８及び温度の曲線を示す。上の線図には、現在利用可能な電気的パラメータ７で生成可能な最大第２トルク８を示す（第１曲線３４）。さらに、第２曲線３５は、（変動する）値２を用いて計算されたトルクを示し、このトルクは、２秒の長さを有する間隔３において、半導体５を過熱することなく利用可能なものである。第３曲線３６は、実際に印加されたトルクを示し、ここでは、第２曲線３５に直接続いている。下の線図では、第４曲線３７は、（第３曲線３６による）印加済みトルクから生じる、半導体５の又は半導体接合層１０の（現在の）温度を示す。第５曲線３８は、第２曲線３５によるトルクが印加される際に起こる、２秒の長さの間隔を考慮しつつ維持されねばならないところの、半導体接合層１０の温度を示す。第４曲線３７による現在の温度が特定の第３温度３９に到達するとき、第１時点４０からディレーティングが開始され、これにより、必然的に、電気機械に供給することのできる最大電力が低減し、それに対応して電力損失が低減する。ディレーティングの効果とは、電気的パラメータ７又は電流又はトルクが限定されることであり、これにより、生成し得る最大第２トルク８は、第１時点４０から連続敵に減少する（第１曲線３４）。ここでは、ディレーティングが図３に示すものよりも時間的に遅れて始まることが分かる。

第３曲線３６は、ある時点で、最大でも第１曲線３４に相当する。本方法により、提供可能な最大第１トルク４の値２が確定され、この第１トルクを通じて過熱（又は第３曲線３６により現在のトルクが印加される際に生じる温度）が回避される。このようにして、計算された第１温度９が、半導体接合層１０の、許容最大第２温度１１を下回ったままであることが確実になる。

図６は自動車２３を示す。自動車２３は、電気ドライブ機構２５を備え、電気ドライブ機構は、電気機械１と、エネルギー源２６（例えばバッテリ）と、電気機械１とバッテリとの間に配置されるインバータ１８と、半導体５とを備える。電気機械１を動作させるのに必要な、エネルギー源２６の電気エネルギーは、半導体５を介して供給することができる。電気ドライブ機構２５は制御ユニット２７を有し、この制御ユニットは、前述の方法を実行するように適切に設計され又は構成されている。自動車２３は、さらなるドライブユニット２４（例えば燃焼機関又は同様のもの）をさらに備え、このドライブユニット２４をオンに切り換えることで、電気機械１により供給されるトルクを増加又は置換することができる。

１ 機械
２ 値
３ 間隔［秒］
４ 第１トルク［ニュートン・メートル］
５ 半導体
６ 電力損失［ワット］
７ パラメータ
８ 第２トルク［ニュートン・メートル］
９ 第１温度［ケルビン］
１０ 半導体接合層
１１ 第２温度［ケルビン］
１２ 回転速度［毎分回転数］
１３ 電圧［ボルト］
１４ 冷却能力［ワット］
１５ 差［ケルビン］
１６ コントローラ
１７ トルク差［ニュートン・メートル］
１８ インバータ
１９ スイッチング周波数［ヘルツ］
２０ 線電流［アンペア］
２１ 線間電圧［ボルト］
２２ 力率
２３ 自動車
２４ ドライブユニット
２５ ドライブ機構
２６ エネルギー源
２７ 制御ユニット
２８ 時間
２９ 制御ループ
３０ 計算モデル
３１ 第１部分モデル
３２ 第２部分モデル
３３ 温度モデル
３４ 第１曲線
３５ 第２曲線
３６ 第３曲線
３７ 第４曲線
３８ 第５曲線
３９ 第３温度
４０ 第１時点

Claims (12)

1. 電気機械（１）を動作させる方法であって、
   将来のある間隔（３）において前記電気機械（１）が与えることができる最大第１トルク（４）の値（２）は、前記方法により計算され、
   電力の伝送に必要な前記少なくとも１つの半導体（５）のうちの少なくとも１つが電力損失（６）により過熱することが、前記間隔（３）において提供されるトルクを前記値（２）に限定することにより、防止され、
   前記方法が、
   ａ）現在の時点での前記電気機械（１）の動作の複数の電気的パラメータ（７）を確定するステップと、
   ｂ）これらの電気的パラメータ（７）にて生成し得る、前記電気機械（１）の最大第２トルク（８）を計算するステップと、
   ｃ）生成し得る前記最大第２トルク（８）が印加される場合に前記少なくとも１つの半導体（５）にて起こり得る電力損失（６）を計算するステップと、
   ｄ）前記間隔（３）の間に存在する前記電力損失（６）から決定され得る第１温度（９）であって、前記少なくとも１つの半導体（５）の半導体接合層（１０）の、決定された第１温度（９）を計算するステップと、
   ｅ）ステップｂ）により生成し得る前記最大第２トルク（８）の値（２）がますます小さくなるように、ステップｂ）〜ｄ）を繰り返し実行するステップであって、この繰り返しは、ステップｄ）により計算された第１温度（９）が、最大でも前記半導体接合層（１０）の許容最大第２温度（１１）に対応するまで行われるステップと、その後、
   ｆ）最大でも前記方法により定められた値（２）を有するトルクで、前記間隔（３）において、前記電気機械（１）を動作させるステップ、又は、
   前記電気機械（１）がより高いトルクで動作する場合においては、前記間隔（３）を短縮し、且つ、前記短縮された間隔（３）において、前記電気機械（１）を前記より高いトルクで動作させるステップと
   を少なくとも含む
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   ステップａ）における前記電気的パラメータ（７）は、
   前記電気機械（１）の現在の回転速度（１２）と、
   前記電気機械（１）を動作させるために使用可能な現在の電圧（１３）と
   を含む
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１、２のいずれか１項に記載の方法であって、
   ステップｄ）において、前記少なくとも１つの半導体（５）を冷却するために利用可能な冷却能力（１４）が考慮される
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、
   ステップｅ）において、前記計算された第１温度（９）と前記許容最大第２温度（１１）との間の差（１５）が形成され、
   差分トルク（１７）が、前記差（１５）を参照して、コントローラ（１６）により決定され、
   前記差分トルクは、後続の繰り返しにおけるステップｂ）において、先行の繰り返しの前記最大第２トルク（８）から減算されて、すぐ後に続いて行われる前記ステップｃ）〜ｄ）の最大第２トルク（８）が計算される
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項５に記載の方法であって、
   前記コントローラ（１６）は、Ｉコントローラ又はＰＩコントローラである
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記電気機械（１）は、スイッチング周波数（１９）を有するインバータ（１８）の多相交流電流で動作し、
   ステップａ）において確定された前記電気的パラメータ（７）は、現在の電圧（１３）として、前記インバータ（１８）の中間回路電圧を少なくとも含み、
   ステップｂ）に続くステップｂ１）において、少なくとも以下のさらなる電気的パラメータ（７）が決定される
   ・前記多相交流電流の各相の線電流（２０）
   ・前記多相交流電流の各相の線間電圧（２１）
   ・力率（２１）
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、
   ステップｃ）において、前記電気機械（１）の特性と、前記電気機械（１）の制御戦略とが考慮される
   ことを特徴とする方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記間隔（３）は、長くても１０秒の長さを有する
   ことを特徴とする方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記間隔（３）は、短くても０．５秒の長さを有する
   ことを特徴とする方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法であって、
    前記電気機械（１）は、自動車（２３）の第１ドライブユニットであり、
    前記間隔（３）において、前記自動車（２３）を駆動するために必要なトルクが、ステップｆ）に従って前記方法により決定された前記トルクの前記値（２）を超える場合、
    前記自動車（２３）の少なくとも１つの第２ドライブユニット（２４）はオンに切り換えられ、供給される前記トルクを増加する
    ことを特徴とする方法。
11. 電気ドライブ機構（２５）であって、
    電気機械（１）と、
    エネルギー源（２６）と、
    少なくとも１つの半導体（５）であって、前記エネルギー源（２６）の電気エネルギーを、該半導体（５）を介して前記電気機械（１）を動作させるために供給できる半導体（５）と
    を少なくとも備え、
    前記電気ドライブ機構（２５）は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成された制御ユニット（２７）を有する
    ことを特徴とする電気ドライブ機構（２５）。
12. 自動車（２３）であって、
    請求項１１に記載の電気ドライブ機構（２５）を少なくとも１つ備え、
    前記自動車（２３）は、前記ドライブ機構（２５）の前記電気機械（１）により駆動できる
    ことを特徴とする自動車（２３）。

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