JP5808748B2 - 電気駆動装置用制御回路装置及びこのような制御回路装置を持つ電気駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の制御回路装置に関する。更に本発明はこのような制御回路装置を持つ電気駆動装置に関する。

電気駆動装置は、例えば補助電気駆動装置の形で、自動化機器工業及び家庭機器工業においても、鉄道交通技術、自動車技術及び航空技術においても使用される。これらの駆動装置では、駆動電動機がコンバータ制御器により制御される電動機用コンバータに接続されている。電動機用コンバータは電源及びバックアップコンデンサから給電される。このような駆動装置は、多くの使用分野でますます問題になる高い妨害放出を示すという欠点を持っている。

本発明の基礎になっている課題は、妨害放出を少なくする電気駆動装置用制御回路装置を提供することである。

課第を解決するための手段

この課題は請求項１の特徴を持つ制御回路装置によって解決される。本発明によれば、バックアップコンデンサと電動機用コンバータとの間及びコンバータ制御器と電動機用コンバータとの間の戻り導体に電圧降下を生じる制御回路の制御回路電流及びバックアップ回路のバックアップ回路電流の大きい時間的変化により、大きい妨害放出が生じることが確認された。これらの電圧降下は、ハウジングを経て、例えば自動車においてシャシ及びシリンダブロックを経て、また接地端子と称される制御回路装置の第２の端子を経て流れる電流を生じる。このハウジング回路を流れる電流は濾波されず、その結果放射測定において大きい値が生じる。

本発明による制御回路装置は、電動機用コンバータの高い動的電流をハウジング即ちシャシ又は内燃機関のシリンダブロックから分離して、制御回路装置に閉じ込める、という考えに基いている。これは、制御回路装置が２つの別個の戻り導体を持っていることによって行われる。第１の戻り導体はバックアップコンデンサと電動機用コンバータ及び電動機用コンバータとコンバータ制御器を接続して、バックアップ回路及び制御回路を構成するのに役立つ。これに対し第２の端子即ち接地端子は、別個の第２の戻り導体に接続されている。両方の戻り導体が単一の基準電位を持つようにするため、それらは１つの接続個所を介して互いに接続されている。制御回路電流及びバックアップ回路電流は第１の戻り導体を経て流れる。第１の戻り導体が１つの接続個所においてのみ第２の戻り導体に接続されていることによって、制御回路電流及びバックアップ回路電流から、第２の戻り導体、第２の端子及びハウジングを経て流れる電流は生じない。これにより制御回路電流及びパックアップ回路電流は空間的に閉じ込められて、ハウジングから分離され、それにより電動機用コンバータ及び制御回路により作動される駆動装置の放出値は、長波範囲から超短波範囲まで著しく減少する。

請求項２に記載の制御回路装置は、制御回路電流及びバックアップ回路電流により生じる電流が第２の端子及びハウジングを経て流れるのを効果的に防止する。

請求項３に記載の制御回路装置は、制御回路電流及びバックアップ回路電流が部品支持体従って小さい空間に閉じ込められるのを可能にする。

請求項４又は５に記載の制御回路装置は少ない妨害放出を保証する。

請求項６に記載の制御回路装置は安価に製造可能である。なぜならば、部品支持体上における制御回路電流及びバックアップ回路電流の閉じ込めは、部品支持体特に印刷配線板、ＬＴＣＣ（低温共焼成セラミック）又は厚膜セマミック上における簡単なレイアウト変化によって可能だからである。

更に本発明の基礎になっている課題は、僅かな妨害放出しか持たない電気駆動装置を提供することである。

この課題は請求項７の特徴を持つ電気駆動装置によって解決される。本発明による駆動装置の利点は、本発明による制御回路装置の既に説明した利点に一致する。

請求項８又は９に記載の電気駆動装置は、妨害放出を更に少なくする。なぜならば、駆動電動機ハウジング及び電動機用コンバータにより形成される電流回路に流れる電流も、もはや第２の端子及びハウジングを経て流れず、小さい空間に閉じ込められ、かつハウジングから分離されているからである。

本発明のそれ以外の特徴及び詳細は、複数の実施例の以下の説明から明らかになる。

従来技術による電気駆動装置の回路装置構想を示す。 現れる電流回路を持つ図１の回路装置構想を示す。 ハウジングを経て閉じる電流回路を持つ図１の回路装置構想を示す。 本発明による電気駆動装置の第１実施例の回路装置構想を示す。 本発明による電気駆動装置の第２の実施例の回路装置構想を示す。

まず図１〜３に基いて、従来技術による電気駆動装置１の回路装置構想が以下に説明される。駆動装置１は、制御回路装置３を介して駆動電動機４を制御する供給装置２を持っている。

供給装置２は電源又は直流電源５を含み、その極６，７にいわゆる模擬回路８，９が接続されている。模擬回路８，９は、図示した測定構成では自動車の車載回路網を模擬し、電池の形の電源５から給電される。電源５の極７は、戻り導体又は接地導体として役立つハウジング１０に接続されている。ハウジング１０は例えば自動車のシャシ又は内燃機関のシリンダブロックである。

制御回路装置３は、供給装置２又は電源５に接続される２つの端子１１，１２を持っている。第１の端子１１はＫ１３０端子と称され、第２の端子１２はＫ１３１端子と称される。端子１２は制御回路装置３の接地端子を示し、制御回路装置３の内部戻り導体１３（内部接地）に接続されている。

駆動電動機４を制御するため、制御回路装置３は、コンバータ制御器１５により制御されるＢ６ブリッジの形の電動機用コンバータ１４を持っている。動的電流を抑制するため、電源５の方向にπフィルタ１６が制御回路装置３へ挿入されている。πフィルタ１６は入力側に端子１１，１２の間に接続される入力コンデンサ１７を持っている。入力コンデンサ１７に対して並列に、コイル１８とバックアップコンデンサ１９から成る直列回路が接続されている。コンバータ制御器１５及び電動機用コンバータ１４は、コイル１８からバックアップコンデンサ１９へ延びる接続導線２０と戻り導体１３との間に接続されている。出力側に制御回路装置３は３つの出力端子２１，２２，２３を持ち、これらの端子に駆動電動機４が接続されている。

制御回路装置３は、通常戻り導体１３又は内部接地として導電膜を持つ部品支持体２４上に形成されている。戻り導体１３とハウジング１０との間にハウジング容量２５が形成されている。

駆動電動機４はブラシなし直流電動機（ＢＬＤＣ電動機）として構成され、電動機ハウジング２６内に設けられる図示しない複数の電動機巻線を持っている。電動機ハウジング２６とハウジング１０は接続導体２７を介して互いに接続され、従って単一の基準電位を持っている。

この駆動装置１に生じる電流回路が図２に記入されている。小さい原動力のエネルギが電源５から直接供給さえるので、制御再充電回路２８を介してコンバータ制御器１５がエネルギを供給され、またバックアップ再充電回路２９を介してバックアップコンデンサ１９がエネルギを供給される。電動機用コンバータ１４及びそれに接続される駆動電動機４は負荷回路３０を構成する。負荷回路３０の動的エネルギ成分は、特に電動機用コンバータ１４に現れる横電流も送り出すバックアップコンデンサ１９から供給される。従ってバックアップコンデンサ１９は電動機用コンバータ１４と共にバックアップ回路３１を構成し、このバックアップ回路３１内に充電電流及び放電電流としてバックアップ回路電流ｉ_ｓが流れる。同様にコンバータ制御器１５が電動機用コンバータ１４と共に制御回路３２を構成し、この制御回路３２内に充電電流及び放電電流として制御回路電流ｉ_ａが流れる。πフィルタ１６は、電源５の方向における動的電流の抑制に役立つ。電動機巻線と電動機ハウジング２６との間の図示しない容量を介して、動的電流が流れるハウジング回路３３が生じる。

本発明によれば、従来技術による駆動装置１においてバックアップコンデンサ１９と電動機用コンバータ１４との間及びコンバータ制御器１５と電動機用コンバータ１４との間の戻り導体１３に電圧降下が生じることがわかった。これらの電圧降下は戻り導体１３のインダクタンスＬ_１及びＬ_２に生じる。図３において、バックアップコンデンサ１９と電動機用コンバータ１４との間又はコンバータ制御器１５と電動機用コンバータ１４との間の戻り導体１３のインダクタンスＬ_１及びＬ_２における電圧降下に対して、等価電源Ｕ_１及びＵ_２が記入されている。ハウジング容量２５を経て、これらの等価電源Ｕ_１及びＵ_２は、端子１２及びハウジング１０を経て流れる動的電流ｉを戻り導体１３に生じる。その結果生じる電流回路はｉハウジング回路３４と称される。従って自動車では、等価電源Ｕ_１及びＵ_２が、シャシ又は内燃機関のシリンダブロック及びＫ１３１端子又はＫ１３１ケーブルを経て回路を閉じるハウジング容量２５を介して、動的電流（ｉハウジング）を流す。制御回路電流ｉ_ａ及びバックアップ回路電流ｉ_ｓの大きい時間的電流変化は、等価電源Ｕ_１及びＵ_２の高い動的電圧を与える。これらの電圧は、フィルタのないｉハウジング回路３４において電流（アース−ハウジング−シャシ−Ｋ１３１電流）を生じる。本発明によれば、これにより放出測定の際大きい値が生じることが分かった。

次に図４に基いて、本発明による電気駆動装置の制御回路装置３を持つ第１実施例が説明される。本発明による駆動装置１又は制御回路装置３が従来技術による上述の駆動装置１又は制御回路装置３に一致している限り、再度詳細には説明されない。その点で従来技術による上述した駆動装置１又は制御回路装置３が参照される。

制御回路装置３は、バックアップ回路３１及び制御回路３２を構成するために役立つ付加的な戻り導体３５を持っている。この別個の戻り導体３５は高周波接地導体と称され、制御回路装置３の内部高周波接地を形成している。戻り導体３５のインダクタンスＬ_１及びＬ_２は図４に概略的に記入されている。戻り導体３５は、中性点と称される接続個所３６を介して接続導線３７により戻り導体１３に接続されている。戻り導体１３は通常のように端子１２に接続されている。従ってバックアップ回路３１は、電動機用コンバータ１４、バックアップコンデンサ１９及び別個の戻り導体３５により形成される。同様に制御回路３２は、電動機用コンバータ１４、コンバータ制御器１５及び別個の戻り導体３５により形成される。正確に１つの接続個所３６により、戻り導体１３及び３５は単一の基準電位を生じるため互いに接続されているが、戻り導体１３及び３５と比較して小さい接続個所３６及び接続導線３７の空間的寸法のため、接続導線３７を経て高い動的電流の流れを可能にしない。これにより高動的電流がハウジング１０から分離される。バックアップコンデンサ１９と電動機用コンバータ１４との間を流れる充電電流及び放電電流従ってバックアップ回路電流ｉ_ｓは、戻り導体３５を経て閉じられるバックアップ回路３１に閉じ込められている。同様に電動機用コンバータ１４とコンバータ制御器１５との間を流れる充電電流及び放電電流従って制御回路電流ｉ_ａは、戻り導体３５を経て閉じられる制御回路３２に閉じ込められている。高い動的バックアップ回路電流ｉ_ｓ及び制御回路電流ｉ_ａは、従ってハウジング１０即ちシャシ又はシリンダブロックから分離されている。それにより高い動的電流は、自動車のケーブルハーネス、シャシ又は車両機関に相当する端子１２、模擬回路９及びハウジング１０経てもはや流れない。これにより電動機用コンバータ１４の放出値が、長波範囲から超短波範囲まで著しく低下される（３０ｄＢまで）。

従って高い動的電流は制御回路装置３従って小さい空間に閉じ込められ、それにより駆動電動機４の広帯域の電動機妨害抑制が行われる。制御回路装置３は部品支持体２４上に設けられているので、バックアップ回路３１及び制御回路３２は部品支持体２４上に構成されている。戻り導体１３及び３５は、例えば部品支持体２４上の２つの異なる導体膜であり、小さい空間的寸法を持つ接続個所３６で互いに接続されている。従って高動的電流の閉じ込めは、部品支持体２４の変更されるレイアウトにより行うことができ、それにより付加的な費用は生じない。部品支持体２４は例えば印刷配線板、ＬＴＣＣ（低温共焼成セラミック）又は厚膜セラミックである。

次に図５に基いて、本発明による制御回路装置３を持つ第２の本発明による駆動装置１が説明される。図４による駆動装置と異なり、駆動電動機４の電動機ハウジング２６が絶縁されて懸架され、ハウジング１０に直接接続されてはいない。電動機ハウジング２６は接続導線２７を介して制御回路装置３の出力端子３８に接続され、この出力端子３８が再び別個の戻り導体３５に接続されている。駆動電動機４又は電動機巻線の容量、電動機ハウジング２６、接続導線２７、戻り導体３５及び電動機用コンバータ１４は、ハウジング１０を含まない電流回路３９を構成している。従ってこの電流回路３９の電流はハウジング１０を経ては流れず、それにより駆動装置１の放出値が改善される。

Claims (8)

1. 電気駆動装置用制御回路装置であって、
   この制御回路装置外に配置された電源（５）に接続するための第１の端子（１１）及び第２の端子（１２）と、
   この制御回路装置内に配置された、駆動電動機（４）を制御するための電動機用コンバータ（１４）と、
   この制御回路装置内に配置された、電動機用コンバータ（１４）を制御するためのコンバータ制御器（１５）と、
   この制御回路装置内に配置された、第１及び第２の端子（１１，１２）に接続される入力コンデンサ（１７）、電動機用コンバータ（１４）に並列接続されるバックアップコンデンサ（１９）及びこの制御回路装置内に配置された、第１の端子（１１）に接続されかつバックアップコンデンサ（１９）に直列接続されたコイル（１８）を持つπ形フィルタ（１６）と、
   を有するものにおいて、
   バックアップ回路（３１）を形成するためにバックアップコンデンサ（１９）と電動機用コンバータ（１４）が、また制御回路（３２）を形成するために電動機用コンバータ（１４）とコンバータ制御器（１５）が、第１の戻り導体（３５）を介して互いに接続され、
   第２の端子（１２）が、この制御回路装置内に配置された第２の戻り導体（１３）に接続され、
   第１及び第２の戻り導体（１３，３５）が、接続導線（３７）を用いて、この制御回路装置内に配置された単一の接続個所（３６）を介してのみ互いに接続されており、
   第２の戻り導体（１３）が、第２の端子（１２）から、この制御回路装置内に配置された単一の接続個所（３６）にまで延びており、
   これらの単一の接続箇所（３６）及び接続導線（３７）が、これらの戻り導体（１３，３５）自体よりも小さい空間的寸法を持つ、
   ことを特徴とする、制御回路装置。
2. 制御回路装置が部品支持体（２４）に設けられ、制御回路（３２）及びバックアップ回路（３１）が部品支持体（２４）上に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の制御回路装置。
3. コンバータ制御器（１５）と電動機用コンバータ（１４）との間に流れる充電電流及び放電電流（ｉａ）が制御回路装置（３）内に閉じ込められるように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御回路装置。
4. バックアップコンデンサ（１９）と電動機用コンバータ（１４）との間に流れる充電電流及び放電電流（ｉａ）が制御回路装置（３）内に閉じ込められるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の制御回路装置。
5. 部品支持体（２４）が印刷配線板、ＬＴＣＣ及び厚膜セラミックの群から選ばれていることを特徴とする、請求項２〜４の１つに記載の制御回路装置。
6. 請求項１〜５の１つに記載の制御回路装置（３）、第１の極（６）を第１の端子（１１）に接続されかつ第２の極（７）を第２の端子（１２）に接続され、この第２の極（７）が接地導体としてのハウジング（１０）に接続されている電源（５）、電動機用コンバータ（１４）に接続されている駆動電動機（４）、及び第２の戻り導体（１３）とハウジング（１０）との間に形成されているハウジング容量（２５）を含む電気駆動装置。
7. 駆動電動機（４）の電動機ハウジング（２６）が絶縁されて懸架されていることを特徴とする、請求項６に記載の電気駆動装置。
8. 駆動電動機（４）の電動機ハウジング（２６）が第１の戻り導体（３５）に接続されていることを特徴とする、請求項６又は７に記載の電気駆動装置。

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