特許 6284739 電気機械の安全機能制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6284739

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】電気機械の安全機能制御

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20180215BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20180215BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 C

   H02M7/48 M

【請求項の数】10

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-218373(P2013-218373)

(22)【出願日】2013年10月21日

(65)【公開番号】特開2014-87255(P2014-87255A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2016年7月27日

(31)【優先権主張番号】12007295.4

(32)【優先日】2012年10月24日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】503236555

【氏名又は名称】バウミュラー ニュルンベルク ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100094525

【弁理士】

【氏名又は名称】土井 健二

(74)【代理人】

【識別番号】100094514

【弁理士】

【氏名又は名称】林 恒徳

(72)【発明者】

【氏名】ウーヴェ ヘンゼル

(72)【発明者】

【氏名】マグディ ディマス−ズクリ

(72)【発明者】

【氏名】アクセル ヘルメルト

【審査官】 北嶋 賢二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０５２１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３９００３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／２８

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

安全機能を有する電気機械（２）の周波数変換器（３）を作動させる方法であって、前記周波数変換器（３）の通常動作のため、および前記安全機能をトリガするための、電気的に絶縁された出力電圧（Ｕ_Ａ）が入力電圧（Ｕ_Ｅ）から生成され、
−前記出力電圧（Ｕ_Ａ）が変換回路（４）によって生成されて、前記周波数変換器（３）用の２値制御信号（Ｓ_ＨＳ、Ｓ_ＬＳ）を生成する閾値スイッチ（５）に供給され、前記制御信号（Ｓ_ＨＳ、Ｓ_ＬＳ）が、前記出力電圧（Ｕ_Ａ）が上側閾値（Ｕ_１）を超えると前記周波数変換器（３）の動作を有効にし、前記安全機能をトリガするための前記制御信号（Ｓ_ＨＳ、Ｓ_ＬＳ）が、前記出力電圧（Ｕ_Ａ）が下側閾値（Ｕ_２）を下回ると前記周波数変換器（３）の動作を無効にし、
−前記出力電圧（Ｕ_Ａ）から、前記変換回路（４）の半導体スイッチ（Ｖ）用の作動信号（Ｓ_Ｔ）が生成され、このスイッチは前記入力電圧（Ｕ_Ｅ）に周期的に接続され、前記出力電圧（Ｕ_Ａ）が、前記出力電圧がスイッチング閾値（Ｕ_Ｍａｘ）を超えると制限される方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法を実行する装置（１）であって、
−一次側に、入力電圧（Ｕ_Ｅ）から電気的に絶縁された出力電圧（Ｕ_Ａ）を供給するための半導体スイッチ（Ｖ）、二次側に整流器（Ｄ）を有する変圧器（Ｔ）を有する変換回路（４）を有し、
−前記整流器（Ｄ）の下流に接続された開ループおよび／または閉ループ制御装置（６）を有し、前記制御装置が、前記安全機能をトリガするための前記周波数変換器（３）用の制御信号（Ｓ_ＨＳ、Ｓ_ＬＳ）を生成し、前記出力電圧（Ｕ_Ａ）が最大値（Ｕ_Ｍａｘ）を超えると前記半導体スイッチ（Ｖ）用の作動信号（Ｓ_Ｔ）を生成する装置（１）。

【請求項3】

前記開ループおよび／または閉ループ制御装置（６）が、前記変換回路（４）の前記出力電圧（Ｕ_Ａ）が印加される、前記半導体スイッチ（Ｖ）用の作動信号（Ｓ_Ｔ）を供給するための比較器および閾値スイッチ機能（７、８）を有する、請求項２に記載の装置（１）。

【請求項4】

前記開ループおよび／または閉ループ制御装置（６）が、セットポイント／実際値比較器（９）と、前記セットポイント／実際値比較器（９）の下流に接続され、前記半導体スイッチ（Ｖ）の動作周波数を前記変換回路（４）の前記出力電圧（Ｕ_Ａ）のセットポイント電圧値（Ｕ_ｓ）との差に基づいて調整するパルス変調器（１０）を含む、請求項２または３に記載の装置（１）。

【請求項5】

前記半導体スイッチ（Ｖ）が、前記開ループおよび／または閉ループ制御装置（６）の制御側に、ガルバニック絶縁素子（１１）、特にオプトカプラを介して接続される、請求項２〜４のいずれか１項に記載の装置（１）。

【請求項6】

前記開ループおよび／または閉ループ制御装置（６）には、閾値スイッチ（５）としてシュミットトリガが割り当てられ、そこに、前記周波数変換器（３）用の２値制御信号（Ｓ_ＨＳ、Ｓ_ＬＳ）を生成するために前記変換回路（４）の前記出力電圧（Ｕ_Ａ）が供給される、請求項２〜５のいずれか１項に記載の装置（１）。

【請求項7】

前記半導体スイッチ（Ｖ１、Ｖ２）が、前記変圧器（Ｔ１、Ｔ２）の一次巻線（ＬＰ１、ＬＰ２）と直列回路を形成し、そこに前記入力電圧（Ｕ_Ｅ）が印加される、請求項２〜６のいずれか１項に記載の装置（１）。

【請求項8】

バッファコンデンサ（Ｃ１１、Ｃ２１）が前記直列回路と並列接続され、前記半導体スイッチ（Ｖ１、Ｖ２）がオプトカプラ（１１）のフォトトランジスタ（Ｆ１、Ｆ２）を介して制御入力側に接続される、請求項７に記載の装置（１）。

【請求項9】

前記開ループおよび／または閉ループ制御装置（６）、特にその前記比較器および前記閾値スイッチ機能（７、８）がマイクロプロセッサ（Ｍ１、Ｍ２）に集積される、請求項３又は請求項３を引用する請求項４〜８のいずれか１項に記載の装置（１）。

【請求項10】

前記変換回路（４）の前記出力電圧（Ｕ_Ａ）が供給される際に通過するその入力（Ｅ_１１、Ｅ_２１）が、それぞれの他方のマイクロプロセッサ（Ｍ１、Ｍ２）に連結される冗長マイクロプロセッサ（Ｍ１、Ｍ２）を特徴とする、請求項９に記載の装置（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、周波数コンバータによって電気駆動し、または電力が供給される電気機械の安全機能を、制御するための、特許請求の範囲の請求項１の前提部において請求されている方法に関する。本発明はまた、その方法を実行する装置にも関し、安全機能とは特に、いわゆるセーフトルクオフ（Ｓａｆｅ−Ｔｏｒｑｕｅ−Ｏｆｆ、ＳＴＯ）機能を意味するものと理解される。この種の方法とそれに対応する装置は下記特許文献１から知られている。

【背景技術】

【0002】

特に同期または非同期モータを備える電気機械の駆動技術の分野では、駆動装置の不要または不測の回転による傷害事故を確実に防止するために、安全指向の機能が必要である。これに関連して、本質的な安全機能は、セーフトルクオフ（ＳＴＯ）と呼ばれる駆動装置の安全停止であり、これは、前記駆動装置をそこに供給される電源から安全に絶縁することによって、安全機能をトリガした後に惰性運転させ、回転速度と接続されているトルクに応じて、確実にその停止状態に至らせる。

【0003】

周波数変換器により制御された方法で駆動される従来の三相モータの場合、その、または各安全機能の制御またはトリガは周波数変換器において、前記周波数変換器、およびしたがって三相モータまたは電気機械が電源から絶縁されることによって行われる。周波数変換器への電源供給には２４Ｖ ＤＣの入力電圧が通常使用され、これはスイッチ、たとえばリレーを介して周波数変換器に供給される。停止機能中にこのスイッチを作動させて機械を切断すると、周波数変換器、およびしたがってそこへの電源供給を制御するために必要な入力電圧も切断される。

【0004】

このために、セーフトルクオフ接続（ＳＴＯ機能）が下記特許文献２から知られており、その中では、制御装置のため、および周波数変換器の電源スイッチまたはパワー半導体スイッチのドライバ（前記ドライバは前記制御装置により作動される）のための２４Ｖの入力電圧が二極スイッチによって安全に停止され、したがって電気機械への電源供給もまた安全に停止される。

【0005】

第一のガルバニック絶縁伝送手段を備える電気モータのためのＳＴＯ機能付周波数変換器の形態で、この伝送手段が、電源供給されている時に電気モータのための動作電圧を供給する周波数変換器のパワー半導体（ＩＧＢＴ）を作動させる出力信号のみを生成するような制御装置が、下記特許文献３から、冒頭に記載の下記特許文献１から知られている。このために提供される装置は共振回路を含み、その供給電圧はアクチュエータ信号に依存し、この信号は電気モータの許容動作状態を伝える。共振回路の信号は第二の伝送手段を介して、増幅および切断（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）回路と、パワー半導体を作動させるために第一の伝送手段への供給電圧を生成する整流器に送信される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】欧州特許出願公開第２ ４９５ ８６９ Ａ２号明細書

【特許文献2】米国特許第７，８６８，６１９ Ｂ２号明細書

【特許文献3】独国特許出願公開第１０ ２０１１ ００３ ９２２Ａ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が対処する問題は、電気機械の安全機能を制御するための改良された方法と特に適当な装置を特定することであり、その制御手段は、入力電圧が６０Ｖ以上の場合であっても確実に機能することが意図され、その一方で、それと同時に特に電力損失ができるだけ小さい安全機能が確保される。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この問題は、本発明によれば、方法に関しては請求項１の特徴によって、装置に関しては請求項２の特徴によって解決される。有利な構成、変形、発展形は従属項の主旨である。

【0009】

このために、電気的に絶縁されたＤＣ出力電圧がＤＣ入力電圧から生成され、前記電気的に絶縁されたＤＣ出力電圧から、周波数変換器用の、その通常動作のため、および安全機能のトリガのための制御信号が生成される。これに加えて、入力電圧に周期的に接続される半導体スイッチ用の作動信号が生成され、出力電圧がスイッチングスレッショルド、又は閾値を超えると出力電圧が降下または制限される。

【0010】

この場合、本発明は、最も単純な方法として分圧回路を使用することによって、ガルバニック絶縁のための下流のオプトカプラの有無を問わず、６０Ｖより大きい、またはこれと等しい入力電圧という比較的大きな電圧範囲であっても制御できるが、入力電圧がこのように高い場合、分圧器のオーム型抵抗器における電力損失がそれに対応して大きいことが不利である、という考えに基づいている。下流のオプトカプラの有無を問わず、定電流源を使用したとしても、必要とされる６０Ｖという、対応する高い入力電圧では電力損失が望ましくない程度に大きくなる。２４Ｖの入力電圧に障害が生じた場合に起こる電圧上昇を制限するには、電圧制限のための公知の回路もまた使用できる。しかしながら、このような電圧制限回路では、必要な安全機能が影響を受けずに確実に機能し、入力電圧の不要な切断が確実に防止されることは保証されない。

【0011】

これに対して、本発明による方法と本発明による装置は、周波数変換器のための下流の制御回路のデジタル入力用の入力電圧が、たとえば６０Ｖへと上昇しても動作できるようにし、それと同時に電力損失を小さくするため、および必要な安全機能、特にＳＴＯ機能が確実に働くようにするために提供され、設計される。

【0012】

このために、装置は、電気的に絶縁されるエネルギー伝送用の変圧器（ａ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を有する、好ましくはクロック式変換回路を提供し、この変圧器には、一次側で、作動可能な半導体スイッチが、二次側で、整流器が割り当てられる。変換回路は、ここでは、回路の面で、ある種のクロック式電圧コンバータとして実施され、これはたとえばフライバックコンバータまたはフォワード型コンバータとして動作し、通常２４ＶのＤＣ入力電圧を、周波数変換器用の制御信号を生成するための装置に供給されるＤＣ出力電圧に変換する。

【0013】

整流器の下流に接続された装置はまた、回路および／またはプログラミングの面で、装置の入力電圧、およびしたがって出力電圧が所定の最大値を超えた時に、変換回路の半導体スイッチのためのクロック作動信号を発生するように設計される。作動信号の結果、出力電圧は、これが最大値を超えた場合、開ループまたは閉ループ制御手段によって制限される。このために、装置は作動側において、好ましくは、特にオプトカプラの形態のガルバニック絶縁素子を備えるフィードバックループを介して半導体スイッチに接続される。フィードバックループは、好都合な形態として、半導体スイッチの動作周波数を、装置により生成されるクロックまたは作動信号に基づいて調整するためのパルス変調器（ａ ｐｕｌｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を含む。この場合、パルス変調器は、適当な形態として、半導体スイッチ用のクロックまたは作動信号のデューティサイクルを調整するためのパルス幅変調器（ＰＷＭ）および／またはパルス間隔変調器（ＰＩＭ）である。

【0014】

開ループおよび／または閉ループ制御装置は好ましくは、比較器と閾値スイッチ機能を有し、そこに変換回路の出力電圧が印加され、半導体スイッチ用の作動信号を発生させる。さらに、開ループおよび／または閉ループ制御装置は、適当な形態として、セットポイント／実際値比較器（ａ ｓｅｔｐｏｉｎｔ／ａｃｔｕａｌ ｖａｌｕｅ ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）と、前記比較器の下流に接続され、半導体スイッチの動作周波数を出力電圧のセットポイント値との差に基づいて調整するパルス変調器を含む。

【0015】

装置の好都合な構成において、開ループおよび／または閉ループ制御装置は、その下流に設けられた閾値スイッチとしてのシュミットトリガを有するか、またはこれが割り当てられ、そこに変換回路の出力電圧が供給されて、周波数変換器用の２値制御信号が生成される。制御信号は好ましくは、出力電圧が上側閾値を超えると周波数変換器を動作させるハイレベルと、出力電圧が下側閾値を下回ると安全機能をトリガするローレベルを有する。

【0016】

変換回路と開ループおよび／または閉ループ制御装置は、好都合な形態として、冗長回路（ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）を設けて実施される。これに加えて、開ループおよび／または閉ループ制御装置の機能性、特にその比較器と閾値スイッチの機能は、適当な形態として、２つの冗長マイクロプロセッサに集積され、変換回路の出力電圧のためのその入力は、それぞれの他のマイクロプロセッサに連結される。

【0017】

特に好ましくは、半導体スイッチが制御側で、オプトカプラの形態のガルバニック絶縁素子を介して開ループおよび／または閉ループ制御装置に接続される。変換回路の特に好ましい変形版において、その、また冗長設計の場合は各々の半導体スイッチは、変圧器の一次巻線と直列回路を形成し、この直列回路に入力電圧が存在する。次に、適当な形態として、通常は少なくともわずかに変動する入力電圧のバッファのためのコンデンサ（ａ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）がその直列回路と並列接続される。次に、好ましくはＭＯＳＦＥＴとして実施される半導体スイッチの制御入力（ゲート）が、好都合な形態として、ガルバニック絶縁オプトカプラのフォトトランジスタを介して前記バッファコンデンサに接続される。

【0018】

本発明により達成される利点は、特に、電気機械の安全機能を制御するために変換回路を使用することによって、６０Ｖより高い、比較的大きな、または広い入力電圧範囲が安全に、特に本発明による装置に関しては本質的に安全な方法で、わずかな電力損失のみで制御されることである。変換回路の冗長設計と安全機能、特にＳＴＯ機能をトリガする装置および、それらの相互モニタによって、安全と本発明による装置の本質的な安全がさらに向上する。

【0019】

以下に、図面を参照しながら本発明の例示的実施形態を詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】入力側に安全機能をトリガし、電圧を制限するための変換回路を有する、電気機械の周波数変換器を制御する装置の概略ブロック回路図を示す。

【図2】下流に接続された、相互モニタしながら安全機能をトリガするための装置を備える変換回路の、回路の面での冗長設計を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

２つの図面中、相互に対応する構成要素には同じ参照番号を付した。

【0022】

図１は、周波数変換器３によって電源供給され、または駆動される電気機械としての三相モータ２の安全機能、特にセーフトルクオフ（ＳＴＯ）機能を制御するための装置１を示す。装置１は、変圧器Ｔと一次側でその上流に接続された半導体スイッチＶと二次側でその下流に接続された整流器Ｄを有するクロック式変換回路４を含む。変換回路４はＤＣ入力電圧Ｕ_ＥをＤＣ出力電圧Ｕ_Ａに変換し、これはアースまたは基準電位に接続された負荷抵抗器Ｒ_Ｌにおいて取り出すことができる。電圧は、電子半導体スイッチＶによって変換または変圧され、スイッチＶは特定のスイッチングまたは動作周波数で、電気的に絶縁されたエネルギー伝送のための変圧器ＴとＤＣ出力電圧Ｕ_Ａを減結合する（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）ための整流器Ｄによって作動される。

【0023】

ここで、変圧器Ｔは、コンバータの入力とコンバータの出力の間がガルバニック絶縁されたクロック式フライバックコンバータのエネルギー貯蔵装置として、または、いわゆるフォワード型コンバータのガルバニック絶縁要素として動作することができる。どちらの種類のコンバータにおいても、半導体スイッチＶは規則的に制御された方法で開かれ、その結果、変圧器Ｔの磁界を縮小できる。入力電圧はたとえばＵ_Ｅ＝２４Ｖ〜Ｕ_Ｅ＝６０Ｖとすることができる。

【0024】

出力電圧Ｕ_Ａは、好ましくはシュミットトリガの形態の閾値スイッチ（ａ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｓｗｉｔｃｈ）５に供給され、これが周波数変換器５のための２値制御信号を生成する。出力電圧Ｕ_Ａが上側閾値Ｕ_１、たとえばＵ_１＝１１Ｖを超えると、閾値スイッチ５はハイレベルの２値制御信号Ｓ_ＨＳを生成し、その結果、閾値スイッチ５の下流に接続された周波数変換器３が三相モータ２を通常の方法で作動させる。出力電圧Ｕ_Ａが下側閾値Ｕ_２、たとえばＵ_２＝５Ｖを下回ると、閾値スイッチ５が２値制御信号Ｓ_ＨＳとしてローレベルを生成し、これが安全機能、特にセーフトルクオフおよびしたがって三相モータ２の安全停止をトリガする。

【0025】

これに加えて、装置１は、変換回路４によって生成された出力電圧Ｕ_Ａを周波数変換器３の制御のために閾値スイッチ５に供給する開ループおよび／または閉ループ制御装置６を含み、出力電圧Ｕ_Ａはシュミットトリガ５によって２値、又はデジタル制御信号Ｓ_ＨＳ、Ｓ_ＬＳに変換される。制御信号Ｓ_ＨＳは、ハイレベルかローレベルかに応じて、周波数変換器３の、通常はパワー半導体（電源スイッチまたはパワー半導体スイッチ）、特にＩＧＢＴから構成されるブリッジ回路のいわゆるハイ側（ＨＳ）を有効化または無効化することによって、周波数変換器３を通常動作させるための信号を送り、または安全機能をトリガする。

【0026】

同様に生成され、今度はシュミットトリガ５の形態の閾値スイッチによって２値制御信号Ｓ_ＬＳに変換される制御信号Ｓ_ＬＳは、周波数変換器３のブリッジ回路のいわゆるロー側（ＬＳ）を同様に制御（有効化または無効化）する。このために、装置１は２つの同じ設計の制御モジュール１ａ、１ｂを含み、これらはまた、以下においてはハイ側、すなわちＨＳ制御モジュール１ａとロー側、すなわちＬＳ制御モジュール１ｂとも呼ばれる。

【0027】

開ループおよび／または閉ループ制御装置６はまた、好ましくは比較器の形態の閾値スイッチ７を含み、そこに変換回路４の出力電圧Ｕ_Ａが入力側で供給される。比較器７は、出力電圧Ｕ_Ａを最大値Ｕ_Ｍａｘ、たとえばＵ_Ｍａｘ＝６０Ｖと比較する。この最大値Ｕ_Ｍａｘが超えられると、比較器７は出力側で制御またはスイッチング信号Ｓ_Ｋを生成し、その結果、今度はたとえば半導体スイッチ等によって実施されるスイッチ８が、出力電圧Ｕ_Ａをセットポイント／実際値比較器９に供給する。出力電圧Ｕ_Ａの実際値（ａｃｔｕａｌ ｖａｌｕｅ）Ｕ_ｉが、たとえば入力電圧Ｕ_Ｅ＝Ｕ_ｓ＝２４Ｖに対応するセットポイント値Ｕ_ｓと異なる場合、コントローラ１０、好ましくはＰＷＭコントローラが、半導体スイッチＶを変調して作動させるためのクロック信号Ｓ_Ｔを生成する。この場合、半導体スイッチＶは、好ましくはオプトカプラの形態のガルバニック絶縁素子１１によって作動される。コントローラ１０によって、パルス変調、たとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）および／またはパルス間隔変調（ＰＩＭ）のデューティサイクルは、出力電圧Ｕ_Ａがセットポイント値Ｕ_ｓまで調整され、または低減されるように調整される。

【0028】

変圧器Ｔは、一次側で半導体スイッチＶによって入力電圧Ｕ_Ｅに周期的に接続され、このために、出力電圧Ｕ_Ａが所定の最大値Ｕ_Ｍａｘを下回るかぎり、特定の一定のクロックまたは動作周波数で動作する。前記最大電圧Ｕ_Ｍａｘが超過された時のみ、開ループまたは閉ループ制御は閾値スイッチまたは比較器７を介して動作状態となり、その結果、半導体スイッチＶのクロックまたは動作周波数を変えることにより、変圧器Ｔを介したエネルギー伝送が減少し、出力電圧Ｕ_Ａは閉ループまたは開ループ制御によって所定のセットポイント電圧Ｕ_ｓへと調整される。したがって、装置１の安全な動作は、入力電圧Ｕ_Ｅが比較的高く、６０Ｖより大きいか、これと等しい場合であっても、開ループおよび／または閉ループ制御装置６および変換回路４によって確保され、電気機械２の必要な安全機能は損なわれない。

【0029】

図２は、変換回路４の好ましい設計を示している。この変換回路の出力は、比較器７とスイッチ８と比較器９とコントローラ１０の機能性がソフトウェアによって組み込まれているマイクロプロセッサＭ１の入力Ｅ_１１に接続される。上流の変換回路４とともに、マイクロプロセッサＭ１は装置１の第一の、すなわちＨＳ制御モジュール１ａを形成する。

【0030】

第二の、すなわちＬＳ制御モジュール１ｂは同様に設計されるが、今度は、同じ冗長変換回路４と、開ループおよび／または閉ループ制御装置６の機能性を組み込むための、対応する冗長マイクロプロセッサＭ２を有する。冗長マイクロプロセッサＭ１とＭ２は、出力Ａ_１２、Ａ_２２を介してそれぞれのシュミットトリガ５に接続され、前記シュミットトリガは、それ自体として、周波数変換器３においてそれぞれ２値制御信号Ｓ_ＨＳとＳ_ＬＳを供給し、その一方で電気機械２の安全機能が確保される。シュミットトリガ５の機能性も同様に、マイクロプロセッサＭ１、Ｍ２の中に統合できる。

【0031】

マイクロプロセッサＭ１、Ｍ２は、それぞれ抵抗器Ｒ１とＲ２を介して相互に連結される。マイクロプロセッサＭ１とＭ２の別の連結が矢印１２によって示されており、これはマイクロプロセッサＭ１、Ｍ２間のデータまたは情報のやりとりを表す。マイクロプロセッサＭ１、Ｍ２を連結するために、変換回路の出力電圧Ｕ_Ａが供給される際に通過するその入力Ｅ_１１、Ｅ_２１は、抵抗器Ｒ１、Ｒ２によって、各々について、それぞれマイクロプロセッサＭ１とＭ２のうちの一方の他の入力Ｅ_１２、Ｅ_２２に接続される。

【0032】

同じ設計の変換回路４の中で、それぞれ変圧器Ｔ１とＴ２のそれぞれの一次巻線ＬＰ１、ＬＰ２の半導体スイッチＶ１、Ｖ２は、下流で直列に接続される。バッファコンデンサＣ１１またはＣ２１は、それぞれの一次巻線ＬＰ１、ＬＰ２と半導体スイッチＶ１とＶ２を含み、好ましくは極性逆転保護としてダイオードＤ１１、Ｄ２１を介して入力電圧Ｕ_Ｅに接続される直列回路と並列接続される。それぞれの変圧器Ｔ１、Ｔ２の二次巻線ＬＳ１、ＬＳ２は、その下流に直列接続された整流ダイオードＤ１２、Ｄ２２と、それに並列接続された平滑コンデンサＣ１２、Ｃ２２を有し、前記平滑コンデンサ自体は、それに並列接続される、それぞれＲ_Ｌ１またはＲ_Ｌ２を有する。

【0033】

図２による実施形態において、開ループおよび／または閉ループ制御装置６は、ソフトウェアを使ってマイクロプロセッサＭ１、Ｍ２に集積される比較器と閾値スイッチの機能により組み込まれる。好ましくはＭＯＳＦＥＴとして実施される半導体スイッチＶ１、Ｖ２の作動側（ゲート側）は、それぞれのマイクロプロセッサＭ１またはＭ２の、対応するクロック出力Ａ_１１、Ａ_２１に、フィードバックループ内のガルバニック絶縁素子としてのオプトカプラ１１を介して接続される。生成されるクロック信号Ｓ_Ｔは、記号で示されているように方形波（ａ ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｓｉｇｎａｌ）であり、これがオプトカプラ１１のフォトダイオードＤ１３、Ｄ２３によって周期的に供給電圧Ｖｃｃに印加され、その結果、これが明るくなるのと暗くなるのを交互に繰り返す。結果的に、それぞれのオプトカプラ１１のフォトトランジスタＦ１、Ｆ２は、周期的にオンまたはオフに切り替えられ、したがって、バッファコンデンサＣ１１、Ｃ２１のタップＺ１、Ｚ２の電圧レベルをそれぞれの半導体スイッチＶ１またはＶ２の制御入力（ゲート）Ｇ１、Ｇ２に供給する。その結果、それぞれの半導体スイッチＶ１、Ｖ２は、変圧器Ｔ１またはＴ２の一次コイルＬＰ１、ＬＰ２を周期的に入力電圧Ｕ_Ｅに接続する。開ループまたは閉ループ制御手段によって事前設定されるそれぞれの調整された動作周波数またはデューティサイクルに応じて、入力電圧としてそれぞれのマイクロプロセッサＭ１またはＭ２に供給される出力電圧Ｕ_Ａは、整流器Ｄ１２、Ｄ２２の下流の変圧器の二次側のコンデンサＣ１２、Ｃ２２と負荷抵抗器Ｒ_Ｌ１、Ｒ_Ｌ２において調整される。

【0034】

図１の例示的実施形態に関して説明したような、出力電圧Ｕ_Ａまたは入力電圧Ｕ_Ｅの最大値Ｕ_Ｍａｘに到達し、またはこれを超えた時の閾値回路の機能性と、半導体スイッチＶ１、Ｖ２のクロック生成の機能性は、ソフトウェアまたはアルゴリズムとしてマイクロプロセッサＭ１、Ｍ２に組み込まれる。

【0035】

２つの制御モジュール１ａと１ｂの冗長性により、またその連結と相互モニタの結果として、装置の制御モジュール１ａまたは１ｂの一方が誤動作し、または完全に故障したとしても、安全機能は常にトリガされる。その結果、装置１の高い本質安全、およびしたがって、装置１全体の高い安全が確保される。

【0036】

本発明は、上述の例示的実施形態に限定されない。むしろ、当業者であれば、本発明の主旨から逸脱することなく、そこから本発明の他の変形版を導き出すこともできる。特に、例示的実施形態に関連して説明した個別の特徴はすべて、本発明の主旨から逸脱することなく、さらに他の方法で相互に組み合わせることもできる。

【符号の説明】

【0037】

１ 制御装置
１ａ ＨＳ制御モジュール
１ｂ ＬＳ制御モジュール
２ 機械／三相モータ
３ 周波数変換器
４ 変換回路
５ 閾値スイッチ／シュミットトリガ
６ 開ループ／閉ループ制御装置
７ 閾値スイッチ／比較器
８ スイッチ
９ セットポイント／実際値比較器
１０ ＰＷＭコントローラ
１１ 素子／オプトカプラ
１２ データの矢印
Ａ_１２、Ａ_２２ 出力
Ｃ１１、Ｃ２１ バッファコンデンサ
Ｃ１２、Ｃ２２ 平滑コンデンサ
Ｄ１１、Ｄ２１ 極性逆転保護ダイオード
Ｄ１２、Ｄ２２ 整流ダイオード
Ｄ１３、Ｄ２３ フォトダイオード
Ｅ_１１、Ｅ_２１ 第一の入力
Ｅ_１２、Ｅ_２２ 第二の入力
Ｆ１、Ｆ２ フォトトランジスタ
Ｇ１、Ｇ２ 制御入力／ゲート
ＬＰ１、ＬＰ２ 一次巻線
ＬＳ１、ＬＳ２ 二次巻線
Ｍ１、Ｍ２ マイクロプロセッサ
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗器
Ｒ_Ｌ１、Ｒ_Ｌ２ 負荷抵抗器
Ｓ_Ｋ 制御／スイッチング信号
Ｓ_Ｔ 作動信号
Ｓ_ＨＳ ハイ側制御信号
Ｓ_ＬＳ ロー側制御信号
Ｔ_１、Ｔ_２ 変圧器
Ｕ_Ａ 出力電圧
Ｕ_Ｅ 入力電圧
Ｕ_ｉ 実際値
Ｕ_ｓ セットポイント値
Ｕ_Ｍａｘ 最大値
Ｖ_１、Ｖ_２ 半導体スイッチ
Ｚ_１、Ｚ_２ タップ

【図1】

【図2】