用于电机的逆变器、具有这种逆变器的电机及具有这种电机的转向系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于电机的逆变器，其中该逆变器具有带开关的半桥电路和用于操控该半桥电路的开关的控制单元，而且其中该控制单元被设立为识别该电机和/或该逆变器的故障情况。
2.本发明还涉及一种具有这种逆变器的电机以及一种具有这种电机的转向系统。


背景技术：

3.这种逆变器例如在公开文献de 102015108691 a1中公开。在该公开文献中，在故障情况下将半桥电路切换到单重主动短路。在这种情况下，尤其是要么可以将半桥电路的低侧开关短接要么可以将半桥电路的高侧开关短接。然而，由于这种方式的短路，在各个开关中都形成很高或者也是持续性的电流，因此这些开关与针对正常运行的设计方案相比必须被设计得参数过大，以便能够同样应对这种电流。


技术实现要素：

4.本发明涉及一种用于电机的逆变器，其中该逆变器具有带开关的半桥电路和用于操控该半桥电路的开关的控制单元，而且其中该控制单元被设立为识别该电机和/或该逆变器的故障情况。
5.本发明的一个方面在于：该控制单元被设立为在故障情况下将该半桥电路切换到多重短路，而且其中该逆变器还具有隔离开关，用于将该逆变器、尤其是该半桥电路与供电电压隔离，而且其中该控制单元被设立为在切换该半桥电路的多重短路之前将该隔离开关断开。
6.在这种情况下有利的是：在故障情况下，通过多重短路可以避免过电压和不可控电流。通过多重短路，还可以降低半桥电路的接通电阻。经此，又降低了在短路时在半桥电路中被转化的损耗功率。此外，通过将电流分配到多个开关上，增加了可吸收由该损耗功率产生的热量的冷却面积。尤其是，通过该分配，也可以降低流经各个开关的相应的电流强度，由此可以提高这些开关的寿命，要不然尤其可以减少这些开关的参数过大。由于这些开关只还须针对正常运行来设计参数，所以还可以节省制造和材料成本以及提高系统的鲁棒性。
7.然而，只有当之前已将隔离开关断开以便使供电电压解耦合时，这种多重短接才有可能。如果隔离开关未被断开，则源、例如电池被短接。这可能导致逆变器毁坏。
8.该电机尤其可以设计成电动机，例如永磁同步电机、电励磁同步电机，或者也可以设计成异步电机。
9.该电动机例如具有定子和转子。该电动机还具有逆变器，以便相对应地操控该机器来在定子线圈中产生旋转磁场。
10.在这种情况下，逆变器应被理解成电子电路，该电子电路可以被用于将直流电转
换成交流电，其中直流电由供电电压来提供。
11.尤其是，借助于该逆变器来实现借助于半桥电路对定子线圈的相对应的操控，以便产生旋转磁场。在这种情况下，半桥电路的开关可由控制单元根据需要来断开或者闭合。该旋转磁场进而与转子的磁性构件相互作用地驱动转子并且最终驱动转子轴。
12.为此，半桥电路具有多个半桥，其中半桥由低侧开关和高侧开关来构造并且在这些开关之间的中间抽头分别通向定子线圈。半桥与所属的定子线圈形成电动机的相对应的相。如果半桥电路例如具有三个半桥，则这总共对应于六个开关，于是这六个开关形成所谓的b6桥，以便进而形成三相电机。
13.这种电机例如可以被用在转向系统中，以便使转向轴相对应地运动。但是，电机尤其是在任何类型的电驱动装置中都是可设想的，例如在车辆驱动装置中也是可设想的。
14.控制单元例如可以被设计成一个或多个微控制器。在这种情况下，尤其是在控制单元之内可存在各种独立的控制电路或者也可存在控制分区。这样，一个控制电路或分区可以被设立为：借助于相对应的辅助装置或者还有保护装置来识别故障情况。另一控制电路或分区可以负责在正常运行时操控半桥电路的开关，并且又另一控制电路或分区可以负责在故障情况下操控隔离开关并且将半桥电路的开关短接。在这种情况下，用于主动多重短路的控制电路不仅可以被设计成主机而且可以被设计成从机。作为主机的话，其它控制电路就不再能够干预对半桥电路的操控，直至这被该主机重新准许。作为从机的话，多重短路附加于正常操控或者在正常操控之后被执行。
15.故障情况例如可以被理解成短路故障、开路故障、偏移故障、过电压或者还有其它缺陷。
16.单重主动短路应被理解成：在半桥电路中，主动操控半桥的低侧开关或者高侧开关，以便将这些低侧开关或者高侧开关短接。在这种情况下，相同类型的多个或所有开关、即低侧或者高侧开关可以分别被主动短接。
17.而多重短路应被理解成：在半桥电路中，分别主动操控半桥的低侧开关和高侧开关，以便将这些低侧开关和高侧开关短接。在这种情况下，可以分别将相应的开关类型的一个或多个开关短接。在这种情况下，多重短路尤其是维持直至该故障情况不再存在为止。
18.隔离开关同样是可由控制单元断开或者闭合的开关。通过断开隔离开关，尤其可以使例如由车辆车载电网或相对应的电池提供的供电电压解耦合，使得该供电电压不再施加在半桥电路上。
19.本发明的一个设计方案规定：控制单元被设立为在故障情况下将半桥电路的所有开关闭合。在这种情况下有利的是：一方面将接通电阻降低到最低限度，而另一方面将用于散发开关的所产生的损耗功率的冷却面积增加到最大限度。
20.在这种情况下应考虑：控制单元必须被设立为相对应地操控半桥电路的所有开关，尤其是将所有开关例如大致同时闭合。
21.本发明的另一设计方案规定：控制单元被设立为：检测供电电压的过电压；并且根据该过电压来执行对半桥电路的短接和/或对隔离开关的断开。
22.在这种情况下有利的是：如果存在像电池那样的供电电压的过电压，则进行与发电电源的隔离，由此可以避免逆变器毁坏。
23.过电压应被理解成超过电系统的标称电压的电压。
24.按照本发明的另一设计方案规定：控制单元被设立为在故障情况下在断开隔离开关之前将半桥电路切换到单重短路。
25.在这种情况下有利的是：通过该单重短路，可以将逆变器首先置于安全状态。然后，接着可以将隔离开关断开，以便不使供电电压（电池）短接。紧接着，可以通过接通互补开关来开始减轻输出级的负荷。
26.按照本发明的另一设计方案规定：半桥电路的开关和/或隔离开关被设计成半导体开关。
27.在这种情况下有利的是：这种类型的开关磨损少，切换速度快而且易于操控。
28.这些开关和/或该隔离开关尤其被设计成mosfets。然而，igbt与二极管的组合作为开关也是可设想的。
29.半导体开关应被理解成其功能原理基于构件的半导体特性的开关。
30.按照本发明的另一设计方案规定：控制单元被设立为：检测逆变器的中间电路的短路；并且据此来执行对半桥电路的开关的短接和/或对隔离开关的断开。
31.在这种情况下有利的是：可以实现该逆变器的可用性提高。这样，中间电路中的短路可能导致供电电压（电池）的短路，这进而可能导致两种情形。这样，例如只要该短路不自行重新解除，就可能在逆变器中发生火灾。
32.还可能的是：电池的保险装置被毁坏，这在某些情况下可能导致其它耗电器一并被断电。
33.中间电路应被理解成如下电装置，该电装置作为蓄能器使多个电网在中间连接的电流或电压层面经由变流器来电耦合。在这种情况下，中间电路例如可具有电容器。
34.本发明还涉及一种具有按照本发明的逆变器的电机。
35.在这种情况下，该电机尤其可以设计成电动机，例如设计成永磁同步电机、电励磁同步电机或者也可以设计成异步电机。
36.本发明还涉及一种具有按照本发明的电机的转向系统。
附图说明
37.图1示出了具有按照本发明的逆变器的按照本发明的电机的实施例。
具体实施方式
38.图1以截面图示出了按照本发明的电机的实施例。
39.示出了电机100，例如用于未绘图示出的转向系统的电机。在这种情况下，电机100设计成电动机并且具有转子
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定子单元105，在该转子
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定子单元上布置有未绘图示出的转子轴。
40.电机100还具有逆变器10，该逆变器与转子
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定子单元105电连接。
41.逆变器10又具有半桥电路20和控制单元30。半桥电路20具有开关22，这些开关作为低侧开关23和高侧开关24来布置和接线为使得这些开关形成b6桥，该b6桥可以驱动三相电动机。然而，在这种情况下，根据电机100的类型，任意数目的其它半桥也是可设想的。
42.控制单元30与半桥电路20的开关22电连接，以便能够相对应地操控这些开关，在这种情况下示例性地绘图示出了两个控制通路。控制单元30尤其是在正常运行时被设立为
将开关22操控为使得借助于定子的线圈来产生旋转磁场，该旋转磁场驱动永磁转子。
43.逆变器10还具有隔离开关40。控制单元30与隔离开关40电连接，以便同样能够操控所述隔离开关。在这种情况下，半桥电路20的开关22和/或隔离开关40尤其可以被设计成半导体开关，例如被设计成mosfet。
44.控制单元30被设立为：识别电机100和/或逆变器10的故障情况。这种故障情况例如可能是在逆变器10的供电电压50中的过电压或者逆变器10中的不希望发生的短路。
45.控制单元30还被设立为：在故障情况下将半桥电路20切换到多重短路，即不仅将任意数目的低侧开关23闭合而且将任意数目的高侧开关24闭合，而且在切换半桥电路20的多重短路之前将隔离开关40断开。
46.控制单元30尤其被设立为：在故障情况下将半桥电路20的所有开关22闭合。
47.控制单元30还可以被设立为：检测供电电压50的过电压；并且根据该过电压来执行对半桥电路20的短接和/或对隔离开关40的断开。这种过电压可能是一种对于逆变器来说特别严重的故障情况。
48.控制单元30还可以被设立为：在故障情况下，在将隔离开关40断开之前将半桥电路20切换到单重短路。
49.附加地或替选地，控制单元30可以被设立为：检测逆变器10的中间电路60的短路；并且据此来执行对半桥电路20的短接和/或对隔离开关40的断开。