特許 7530353 インバータの制御装置、非同期機用のインバータ、車両、及びインバータを動作させる方法

(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】

(24)【登録日】2024-07-30

(45)【発行日】2024-08-07

(54)【発明の名称】インバータの制御装置、非同期機用のインバータ、車両、及びインバータを動作させる方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240731BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021515502

(86)(22)【出願日】2019-09-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-11

(86)【国際出願番号】 EP2019075190

(87)【国際公開番号】W WO2020058411

(87)【国際公開日】2020-03-26

【審査請求日】2022-08-23

(31)【優先権主張番号】102018123206.3

(32)【優先日】2018-09-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】518334554

【氏名又は名称】ヴァレオ ジーメンス エーアオトモーティヴェ ゲルマニー ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】Ｖａｌｅｏ Ｓｉｅｍｅｎｓ ｅＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｇｅｒｍａｎｙ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100098589

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 善章

(74)【代理人】

【識別番号】100147599

【弁理士】

【氏名又は名称】丹羽 匡孝

(72)【発明者】

【氏名】カルステン ヴィードマン

(72)【発明者】

【氏名】マルクス レイマン

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１５５３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９８４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０６６３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１５２００２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－１３６６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９８４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０２８５０６４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＤＣ電圧入力（３）と、パワースイッチング素子（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）により形成される３つのハーフブリッジ（１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ）を有する電力ユニット（５）を備え、前記ＤＣ電圧入力（３）に印加されるＤＣ電圧をＡＣ電流出力（４）に供給される多相ＡＣ電流に変換する通常動作モードで前記パワースイッチング素子（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）を駆動するように構成されたインバータ（１）用の制御装置（２）であって、
前記ＤＣ電圧入力（３）からＤＣ電圧源（９）が切断されていることを示す信号（２１）の信号状態を評価し、前記評価の結果に応じて、ＤＣ制動をもたらす第１のスイッチングパターンとフリーホイールをもたらす第２のスイッチングパターンを交互に採用するように前記パワースイッチング素子（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）を制御することを特徴とする、制御装置（２）。

【請求項2】

前記信号状態に加え、前記インバータ（１）が回生モードであるかを評価する、請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

さらに、所定時間経過後に前記第１スイッチングパターンから前記第２スイッチングパターンに切り替え、および／または所定時間経過後に前記第２スイッチングパターンから前記第１スイッチングパターンに切り替える、請求項１または２に記載の制御装置。

【請求項4】

さらに、前記ＤＣ電圧入力（３）における電圧を示す電圧値に応じて前記交互の駆動を制御する、請求項１又は２に記載の制御装置。

【請求項5】

さらに、前記電圧値が電圧閾値に到達したことを検出すると、前記第１のスイッチングパターンから前記第２のスイッチングパターンに切り替え、および／または前記電圧値が電圧閾値に到達したことを検出すると、前記第２のスイッチングパターンから前記第１のスイッチングパターンに切り替える、請求項４に記載の制御手段。

【請求項6】

さらに、前記第２のスイッチングパターンで前記パワースイッチング素子（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）を駆動するとき、前記電圧値が所定の電圧閾値を超えないときは安全な動作状態をもたらすスイッチングパターンを採用するように前記パワースイッチング素子を継続的に駆動する、請求項４または５に記載の制御手段。

【請求項7】

前記安全な動作状態をもたらすスイッチングパターンは、前記第２のスイッチングパターンである、請求項６に記載の制御装置。

【請求項8】

さらに、前記ＡＣ電流出力（４）を流れる電流を示す少なくとも１つの電流値に応じて前記第１のスイッチングパターンを決定する、請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置。

【請求項9】

前記第１のスイッチングパターンは、前記パワースイッチング素子（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ）によって形成される前記ハーフブリッジ（１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ）のセンタータップからの電流が正であり、かつ、時間経過に伴う前記電流の変化が負であるときに、前記ＤＣ電圧入力の高電位（１２）に接続された前記パワースイッチング素子（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ）の導通状態へのスイッチングを示す、請求項８に記載の制御装置。

【請求項10】

前記スイッチングパターンは、前記ＤＣ電圧入力（３）の前記高電位（１２）に接続された残りの前記パワースイッチング素子（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ）の遮断状態へのスイッチングを示す、請求項９に記載の制御装置。

【請求項11】

前記第１のスイッチングパターンは、前記パワースイッチング素子（１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）によって形成される前記ハーフブリッジ（１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ）の前記センタータップからの電流が負であり、かつ時間経過に伴う前記電流の変化が正であるときに、前記ＤＣ電圧入力（３）の低電位（１４）に接続された前記パワースイッチング素子（１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）の導通状態へのスイッチングを示す、請求項９に記載の制御装置。

【請求項12】

前記第１のスイッチングパターンは、前記ＤＣ電圧入力（３）の前記低電位（１４）に接続された残りの前記パワースイッチング素子（１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）の遮断状態へのスイッチングを示す、請求項１１に記載の制御装置。

【請求項13】

ＤＣ電圧入力（３）と、２つのパワースイッチング素子（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）によりそれぞれ形成される３つのハーフブリッジ（１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ）と、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の制御装置（２）と、
を備える非同期機（１０）用のインバータ（１）。

【請求項14】

車両（２５）を駆動する非同期機（１０）と、請求項１３に記載のインバータ（１）とを備える、車両（２５）。

【請求項15】

ＤＣ電圧入力（３）と、パワースイッチング素子（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）により形成される３つのハーフブリッジ（１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ）を有する電力ユニット（５）を備えるインバータ（１）を動作させる方法であって、
前記ＤＣ電圧入力（３）に印加されるＤＣ電圧をＡＣ電流出力（４）に供給される多相ＡＣ電流に変換する通常動作モードで前記パワースイッチング素子（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）を駆動するステップと、
前記ＤＣ電圧入力（３）からＤＣ電圧源（９）が切断されていることを示す信号（２１）の信号状態を評価するステップと、
前記評価の結果に応じて、ＤＣ制動をもたらす第１のスイッチングパターンとフリーホイールをもたらす第２のスイッチングパターンを交互に採用するように前記パワースイッチング素子（１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ）を駆動するステップと、
の各ステップを有する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＤＣ電源入力と、２つのパワースイッチング素子によりそれぞれ形成される３つのハーフブリッジを有する電力ユニットとを備えるとともに、ＤＣ電圧入力に印加されるＤＣ電圧をＡＣ電流出力に供給される多相ＡＣ電流に変換する通常動作モードでパワースイッチング素子を駆動するように構成されたインバータ用の制御装置に関する。

【0002】

さらに、本発明は、非同期機用のインバータ、車両、およびインバータを動作させる方法に関する。

【背景技術】

【0003】

電気的に駆動可能な車両の駆動系において、インバータは、ＤＣ電圧源、例えば高電圧バッテリによって供給されるＤＣ電圧を電気機械のための多相ＡＣ電圧に変換するために使用することができる。電気機械の動作中、インバータのＤＣ電圧入力からＤＣ電圧源が切断されることがある。負荷制限としても知られるこのような事象は、故障が発生したときの安全対策としてしばしば用いられる。車両が負荷制限中に回生モードにある場合、電気機械のインダクタに蓄積されたエネルギーは、インバータのＤＣ電圧入力に戻され、ＤＣリンクコンデンサおよびそれに接続された構成要素を損傷し得る過電圧を引き起こし得る。

【0004】

継続的に励起される同期機の場合、インダクタに蓄えられたエネルギーを電気機械内で熱に変換するために、インバータのパワースイッチング素子を能動短絡回路にトリガすることが知られている。しかし、非同期機の場合には、負荷制限時に能動短絡回路に直ちに切り替わると、非同期機の漏れインダクタンスが低いためにパワースイッチング素子を流れる電流が非常に高くなり、その結果、パワースイッチング素子が損傷を受ける可能性がある。

【0005】

したがって、非同期機では、回生運転中に負荷が低下した場合でもＤＣリンクコンデンサが過電圧に耐えることができるように、ＤＣリンクコンデンサを十分に大きくすることが一般的である。しかしながら、このようなＤＣリンクコンデンサは高価であり、大きくなる。また、回生トルクは、負荷制限時に有害な過電圧が生じない値に制限することができる。しかし、これは回生モードの効率および動作範囲を低下させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本発明は、特に非同期機の場合に、上述した欠点を解消する負荷制限を処理する方法を提供するという課題に基づいている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この課題を解決するために、本発明によれば、上述の制御装置は、ＤＣ電圧入力からＤＣ電圧源が切断されていることを示す信号の信号状態を評価するとともに、この評価の結果に応じて、ＤＣ制動をもたらす第１のスイッチングパターンとフリーホイールをもたらす第２のスイッチングパターンとを交互に採用するようにパワースイッチング素子を制御するように構成されている。

【0008】

本発明は、負荷制限後、すなわち電圧源がＤＣ電圧入力側から遮断された後、フリーホイールに切り換えられたときにＤＣ電圧入力の電圧が望ましくないほど急激に上昇するのに対して、ＤＣ制動時には電圧が急激に降下し、極端な場合にはＤＣ電圧入力に有害な負電圧が生じる可能性があるという考察に基づいている。したがって、本発明は、電気機械のインダクタに蓄積されたエネルギーを熱に変換することができ、フリーホイールおよびＤＣ制動の効果を互いに相殺することができるように、これらの２つの動作モード間で交互に切り替えることを提案する。

【0009】

したがって、本発明によれば、ＤＣ制動に切り替えることによってフリーホイールにおける絶縁耐力を超えることが回避されるので、回生動作において通常発生する電圧用に設計されたＤＣリンクコンデンサを使用することが可能になる。同様に、回生トルクを通常動作モードの回生トルクを超えて制限する必要はなく、このような制限による効率損失を回避することができる。同時に、能動的短絡回路の場合のようなパワースイッチング素子を損傷し得る許容できないほど高い電流は生じない。

【0010】

本発明による制御装置は、好ましくはさらに、信号状態に加えて、インバータが回生モードにあるかどうかを評価するように構成される。このようにして、スイッチングパターン間で交互にするスイッチングの方策は、ＤＣリンクコンデンサを過負荷にする特定のリスクがある場合に限定することができる。

【0011】

電気機械のインダクタとＤＣリンクコンデンサとの間の共振回路がＤＣリンクコンデンサに負電圧を生じさせ得るため、基本的に、第１のスイッチングパターンすなわちＤＣ制動から第２のスイッチングパターンすなわちフリーホイールへのスイッチングは、共振回路を遮断するために行われる。第２のスイッチングパターンから第１のスイッチングパターンへは、典型的には、ＤＣリンクコンデンサにおける許容電圧を超えないように切り替えられる。

【0012】

少ない労力で実現可能な本発明による制御装置の一実施形態によれば、所定時間が経過した後に第１のスイッチングパターンから第２のスイッチングパターンに切り替えるように、および／または所定時間が経過した後に第２のスイッチングパターンから第１のスイッチングパターンに切り替えるようにも設定される。この所定時間は、共振回路が遮断されるか、またはＤＣリンクコンデンサにおける許容電圧を超えないように、最大可能回生電圧に基づいて経験的に決定することができる。

【0013】

さらに、本発明による制御装置は、ＤＣ電圧入力における電圧を示す電圧値に応じて交互制御を制御するように構成することができる。このために、制御装置は有利には、ＤＣ電圧入力における電圧を示す電圧値のための入力を有している。インバータは、典型的には、ＤＣ電圧入力における電圧を検出するように構成された電圧検出ユニットを備える。このような電圧検出ユニットは多くの場合に形はどうあれ設けられているので、インバータに付加的なハードウェアコストは生じない。

【0014】

上述した時間制御に加えて、またはその代わりに、制御装置は、電圧値が電圧閾値に達したことを検出したときに第１のスイッチングパターンから第２のスイッチングパターンに切り替わるように、および／または電圧値が電圧閾値に達したことを検出したときに第２のスイッチングパターンから第１のスイッチングパターンに切り替わるように設定されることも有利であり得る。電圧閾値は、共振回路が適切な時間に遮断されるように、またはＤＣリンクコンデンサにおける許容電圧を超えないように、適切に選択される。これにより、インダクタに蓄積されたエネルギーによって引き起こされる電流の特に速い減衰を可能にする。

【0015】

さらに、制御装置は、パワースイッチング素子が第２のスイッチングパターンでトリガされるときに電圧値が所定の電圧閾値を超えない場合に安全な動作状態をもたらすスイッチングパターンを採用するように、パワースイッチング素子を継続的にトリガするように設定することもできる。この場合、安全な動作状態を継続的に確保することができ、例えば車両が望ましくない制動トルクなしで惰性走行させることができる程度まで、電気機械のインダクタに蓄積されたエネルギーが熱に変換される。安全な動作状態をもたらすスイッチングパターンは、好ましくは第２のスイッチングパターンである。

【0016】

第１のスイッチングパターンは、典型的には、１つのハーフブリッジにおいては、ＤＣ電圧入力の第１の電位に接続されたパワースイッチング素子が遮断状態にあり、他方が導通状態にあり、１つのハーフブリッジにおいては、ＤＣ電圧入力側の第２の電位に接続されたパワースイッチング素子が遮断状態にあり、他方が導通状態にあり、１つのハーフブリッジにおいては、両方のパワースイッチング素子が遮断状態にあることを表す。第１のスイッチングパターンの具体的な設計は、好ましくは、負荷制限の瞬間におけるＡＣ電流出力での位相角に依存する。実際、第１のスイッチングパターンの誤った決定は、制限のないＤＣ電圧またはパワースイッチング素子を通る望ましくない高電流を生じさせる可能性がある。

【0017】

したがって、本発明による制御装置は、ＡＣ電流出力に流れる電流を表す少なくとも１つの電流値に応じて第１のスイッチングパターンを決定するように構成されてもよい。電流値は測定されてもよく、その場合、電流値は制御装置に入力されてもよい。しかし、好ましくは、電流値は通常動作モードにおいて制御装置から提供される設定値に基づいて決定される。

【0018】

好ましくは、第１のスイッチングパターンは、パワースイッチング素子によって形成されるハーフブリッジのセンタータップからの電流が正であり、電流の経時変化が負であるときに、ＤＣ電圧入力の高電位に接続されたパワースイッチング素子を導通状態に切り替えることを示している。これにより、第１のスイッチングパターンは、ＤＣ電圧入力の高電位に接続された残りのパワースイッチング素子の遮断状態への切り替えることを示すことができる。

【0019】

さらに、第１のスイッチングパターンは、パワースイッチング素子によって形成されるハーフブリッジのセンタータップからの電流が負であり、時間経過後の電流の変化が正であるときに、ＤＣ電圧入力の低電位に接続されたパワースイッチング素子を導通状態に切り替えることを示すことができる。これにより、第１のスイッチングパターンは、ＤＣ電圧入力の低電位に接続された残りのパワースイッチング素子の遮断状態への切り替えを示すことができる。

【0020】

好ましくは、第２のスイッチングパターンは、全てのパワースイッチング素子の遮断状態への切り替えを示す。

【0021】

さらに、本発明は、ＤＣ電圧入力と、２つのパワースイッチング素子によりそれぞれ形成される３つのハーフブリッジを有する電力ユニットと、本発明の制御装置とを備える非同期機用のインバータに関する。

【0022】

本発明はさらに、車両を駆動するための非同期機と本発明によるインバータとを備える車両に関する。

【0023】

最後に、本発明は、ＤＣ電圧入力と、２つのパワースイッチング素子によりそれぞれ形成される３つのハーフブリッジを有する電力ユニットとを備えるインバータを動作させる方法であって、ＤＣ電圧入力に印加されるＤＣ電圧をＡＣ電流出力に供給される多相ＡＣ電流に変換する通常動作モードでパワースイッチング素子を駆動するステップと、ＤＣ電圧入力からＤＣ電圧源が遮断されていることを示す信号の信号状態を評価するステップと、その評価の結果に応じて、ＤＣ制動をもたらす第１のスイッチングパターンとフリーホイールをもたらす第２のスイッチングパターンとを交互に採用するようにパワースイッチング素子を駆動するステップとを備える方法に関する。

【0024】

本発明による制御装置に関するすべての説明は、本発明によるインバータ、本発明による車両および本発明による方法に同様に適用することができ、したがって、上述の利点はこれらによっても達成することができる。

【0025】

本発明のさらなる利点および詳細は、以下に説明する実施形態および図面から明らかになるであろう。以下の図面は概略図である。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明の一実施形態の制御装置を有する本発明の一実施形態のインバータの回路図である。

【図2】図２は、図１に示すインバータの、時間に対する、ＤＣ電圧入力における電圧、ＡＣ電流出力における相電流、及び運転中のトルクの曲線である。

【図3】図３は、本発明の車両の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

図１は、一実施形態の制御装置２を有する一実施形態のインバータ１の回路図である。さらに、インバータ１は、ＤＣ電圧入力３と、ＡＣ電流出力４と、電力ユニット５と、ＤＣ電圧入力３と並列に接続されたＤＣリンクコンデンサ６とを備える。ＤＣリンクコンデンサ６の両端間またはＤＣ電圧入力３に印加されるＤＣ電圧Ｕを検出するための電圧検出ユニット７がさらに設けられる。

【0028】

ＤＣ電圧入力３は、コンタクタによって構成される２極絶縁装置８を介して高電圧バッテリの形態のＤＣ電圧源９と接続されており、絶縁装置８が閉じられているときにはＤＣ電圧入力３にＤＣ電圧Ｕが供給される。これがインバータ１によって多相の、ここでは３相のＡＣ電圧に変換され、ＡＣ電流出力４に供給される。
非同期機１０の形態の電気機械がこの出力と接続されている。

【0029】

電力ユニット５は、３つのハーフブリッジ１１ｕ、１１ｖ、１１ｗを備え、各ハーフブリッジは、ＤＣ電圧入力３の高電位１２に接続されたパワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗと、ＤＣ電圧入力３の低電位１４に接続されたパワースイッチング素子１５ｕ、１５ｖ、１５ｗとの直列接続によって形成されている。各パワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）１６と、これに並列に接続されたダイオード１７とからなる。または、各パワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗはパワーＭＯＳＦＥＴによって実現されていてもよい。非同期機１０のための相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが供給されるＡＣ電流出力４には、各ハーフブリッジ１１ｕ、１１ｖ、１１ｗのセンタータップ１８が接続されている。

【0030】

制御装置２は、ＤＣ電圧入力３に印加されるＤＣ電圧Ｕを多相ＡＣ電流に変換するように、通常のクロック動作モードでパワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗを制御する。通常動作モードでは、回生運転も可能であり、この回生運転では、電気機械１０が発電機として運転され、電気エネルギーが高電圧バッテリに戻される。制御のために、制御装置２は各パワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗの制御入力１９に接続されている。

【0031】

外部制御装置２０によって故障状態が検出された場合、絶縁装置８にコンタクタを開かせ、ＤＣ電圧源９をＤＣ電圧入力３から遮断させる信号２１を制御装置が供給することによって負荷制限が開始される。ＤＣ電圧源９がＤＣ電圧入力３から遮断されていることを示す信号２１は、制御装置２の入力２２にも供給されている。信号２１は、制御装置２自体が負荷制限を検出したときに、代替的または追加的に制御装置２の内部で生成される。

【0032】

制御装置２は、その時点で、信号２１が存在するか、およびインバータ１が回生モードにあるかを評価する。この場合、制御装置２は、通常運転モードを終了して、ＤＣ制動をもたらす第１のスイッチングパターンとフリーホイールをもたらす第２のスイッチングパターンとを交互に採用するようにパワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗを制御する負荷制限運転モードを開始する。

【0033】

このため、制御装置２は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを示す電流値に応じて、ＤＣ制動をもたらす第１のスイッチングパターンを決定する。このために制御装置２内にはルックアップテーブルが格納されており、このルックアップテーブルは、クロック動作の終了時点におけるパワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗのそれぞれのスイッチング状態を電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗおよびこれらの時間微分ｄＩｕ／ｄｔ、ｄＩｖ／ｄｔ、ｄＩｗ／ｄｔに割り当てる。以下の表は、この割り当てを示す。

【0034】

【表1】

【0035】

ここで、「１」は各スイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗが導通状態に制御されていることを意味し、「０」は遮断状態に制御されることを意味する。フリーホイールをもたらす第２のスイッチングパターンは、全てのパワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗが遮断されるように駆動されることを示す。

【0036】

本実施形態において、第１のスイッチングパターンと第２のスイッチングパターンとの交互のスイッチングは時間制御される。すなわち、制御装置２は、パワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗをそれぞれ第１のスイッチングパターンまたは第２のスイッチングパターンに従ってそれぞれ所定時間制御する。

【0037】

この交互のスイッチングは、第２のスイッチングパターンのスイッチング中すなわちフリーホイール中にＤＣ電圧Ｕが所定の電圧閾値を超えないときに終了する。このために、制御装置２は、電圧検出ユニット７から入力２３に供給される電圧値を評価する。交互のスイッチングの完了後、制御装置２は、第２のスイッチングパターンに従ってパワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗを継続的に制御し、これによって安全な動作状態を実現する。

【0038】

図２は、インバータ１の例示的な構成における時間ｔに対するＤＣ電圧Ｕ、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、および結果として生じる非同期機１０のトルクＭの曲線を示す。時間ｔ０において、負荷制限が発生し、制御装置２は、インバータ１を通常動作モードから負荷制限動作モードに移行させる。

【0039】

時間ｔ０より前は、非同期機１０は回生モードにあり、これは、負のトルクＭ、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが本質的に高調波であること、およびＤＣ電圧Ｕがわずかにのみ振動していることから分かる。時間ｔ０において、相電流Ｉｕはその最大値を超えたばかりである。相電流Ｉｖはゼロクロス直前であり、増加する。したがって、以下が成り立つ。

【0040】

【数1】

【0041】

その結果、制御装置２は、上記表に従って、パワースイッチング素子１３ｕ、１５ｖを導通させ、他のパワースイッチング素子１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｗを遮断させて、ＤＣ制動のため第１のスイッチングパターンを決定する。そして、制御装置２は、決定した第１のスイッチングパターンに従って、パワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗを所定時間制御する。続いて、制御装置２は、全てのパワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗを、遮断のためすなわちフリーホイールをもたらす第２のスイッチングパターンに従って、所定の持続時間制御する。

【0042】

スイッチングは、ＤＣ電圧Ｕが図２において破線２４によって示される電圧閾値を時間ｔ１に超えなくなるまで、２つのスイッチングパターンが交互に行われる。時刻ｔ１から、パワースイッチング素子１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ、１５ｕ、１５ｖ、１５ｗは、第２のスイッチングパターンに従って継続的に駆動される。図２からさらに分かるように、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、時間ｔ０とｔ１との間で大きな電流ピークなしで減衰し、トルクＭは短時間にわずかな変化のみが生じる。

【0043】

別の実施形態によれば、第１のスイッチングパターンと第２のスイッチングパターンとの間の交互のスイッチングは、時間制御ではなく電圧制御される。この場合、制御装置２は、電圧検出ユニット７によって検出された電圧値がそれぞれのスイッチングパターンに対して規定された電圧閾値に到達したときに、スイッチングパターンを切り替える。

【0044】

図３は、上記実施形態のうちの１つによるインバータ１を備える車両２５の一実施形態の概略図である。図１と同様に、インバータ１は、絶縁装置８を介してＤＣ電圧源９と、車両２５を駆動するように構成された非同期機１０と、上位制御ユニット２０とに接続されている。

【図1】

【図2】

【図3】