EP2994996A2 - Schaltungsanordnung mit redundanten halbbrücken zum betreiben einer elektrischen maschine - Google Patents

Schaltungsanordnung mit redundanten halbbrücken zum betreiben einer elektrischen maschine

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EP2994996A2
EP2994996A2 EP14717793.5A EP14717793A EP2994996A2 EP 2994996 A2 EP2994996 A2 EP 2994996A2 EP 14717793 A EP14717793 A EP 14717793A EP 2994996 A2 EP2994996 A2 EP 2994996A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit arrangement
electric machine
bridges
line
switching elements
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14717793.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhold Berberich
Jörg Dammköhler
Michael Henninger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP2994996A2 publication Critical patent/EP2994996A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0403—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/0243—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being a broken phase
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2506—Arrangements for conditioning or analysing measured signals, e.g. for indicating peak values ; Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G01R19/2509—Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for operating an electrical machine according to the preamble of claim 1 and a steering aid for a motor vehicle with a circuit arrangement according to the invention.
  • Power steering aids in vehicles have the function of supporting the steering movements of the driver.
  • the steering is a basic function of a motor vehicle, which must be guaranteed at all times of the ride. Therefore, it is necessary for safety reasons that the power steering is designed as fail-safe as possible and even in case of a defect allows the steering of the vehicle.
  • a defect in the control electronics or in the electric motor there is a risk that the motor will act as a generator due to the steering movement of the driver and instead of a supporting moment apply a moment counter to the steering movement.
  • a failure not only results in a failure of the steering assistance, but can also counteract the steering.
  • One reason for the failure of an electrical machine can be, inter alia, that the control electronics can no longer properly control the electrical machine due to the mechanical or electrical loads. Often, therefore, the error occurs that the control electronics is damaged due to high thermal loads.
  • the object of the invention is therefore to show a circuit arrangement for operating an electric machine, which is as fail-safe as possible.
  • the object is achieved by means of a circuit arrangement of the type mentioned above with lines, each having a plurality of half-bridges, which are electrically connected in parallel to each other.
  • the invention is based on the basic idea to increase the reliability of the circuit arrangement by means of a redundancy of half-bridges.
  • the power supply through a line can be maintained in this way, even if a half-bridge in a line fails.
  • the redundancy is realized by the parallel circuit of several half-bridges within a line in a particularly simple and cost-effective manner. In particular, in this way, a divided into several drive units electric machine can be operated by means of a single circuit arrangement, which costs and the space for the control of the electric machine significantly reduced.
  • the circuit arrangement according to the invention is further developed, in which the electric machine has a plurality of winding circuits connected in star circuits, the half bridges of a line being assigned to different star circuits in each case.
  • the winding strands may comprise a plurality of winding units, which are fed with a phase current.
  • Each winding strand can be controlled separately in this way by means of its own half-bridge and supplied with power.
  • a failure of a half-bridge or a winding unit has no immediate effect on the remaining half-bridges or winding units and allows a particularly secure feasibility of the control of the electric machine with a star connection.
  • Additional shutdown mechanisms such as safety relays or phase switches, which have hitherto been necessary according to the state of the art, can be dispensed with.
  • an embodiment of the circuit arrangement according to the invention is advantageous in which the electric machine has a plurality of winding strands connected to delta circuits, wherein the half bridges of a line are to be assigned in each case to different delta circuits.
  • the embodiment enables a particularly reliable control of an electrical machine with a triangular circuit by means of the circuit arrangement according to the invention.
  • the switching elements comprise transistors, and wherein the maximum operating current of the transistor is smaller than the maximum operating current of the electrical machine.
  • the switching elements comprise transistors
  • the maximum operating current of the transistor is smaller than the maximum operating current of the electrical machine.
  • cheaper and smaller transistors can be used for the half-bridges.
  • the at this Embodiment for use coming transistors generally require in total a smaller footprint than individual transistors are designed for the maximum operating Ström.
  • the installation space, for example, on a circuit board can thereby be utilized more efficiently.
  • an embodiment of the circuit arrangement according to the invention which has conductors for conducting the current, wherein the cross section of the conductors between the switching elements of the half bridge and / or the connection of a half bridge and the electric machine is smaller than the cross section of a conductor for conducting the maximum operating current the electric machine.
  • the redundancy of the half bridges and the conductors can be used in this way to interpret the switching elements and the conductors for low current loads and thereby save costs and space.
  • an embodiment of the circuit arrangement according to the invention has proved to be advantageous in which the line has two half-bridges connected in parallel with each other.
  • the limitation of the redundancy on two half-bridges per line has proven to be a particularly cost-effective embodiment of the circuit arrangement with sufficient reliability for use in practice.
  • the invention further relates to a steering aid for a motor vehicle with a circuit arrangement according to one of the preceding embodiments.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement 1 for operating an electric machine 2, which has a plurality of lines U, V, W for supplying current to the electric machine 2.
  • Each line U, V, W has a plurality of switching elements 10, 11 connected in series, which form a half bridge 12. Between the two switching elements 10, 11, the half-bridge 12 has a terminal 13, via which the circuit arrangement 1 with the electric machine 2 is electrically coupled.
  • Each line U, V, W has a plurality of half-bridges 12, which are electrically connected in parallel with each other.
  • the electric machine 2 has a plurality of winding strands 20 connected in star connection 23a, 23b.
  • the half bridges 12 of a line U, V, W are each assigned to a winding strand 20 of the star circuits 23a, 23b.
  • the circuit arrangement is shown in combination with an electric machine 2 a, which has a plurality of winding strands 20 a connected to delta circuits 24 a, 24 b.
  • the half bridges 12 of a line U, V, W are each assigned to different triangular circuits 24a, 24b.
  • the winding strands 20, 20a are each supplied with a phase of an alternating current and may comprise a plurality of winding units connected in series or in parallel with one another.
  • the switching elements 10, 11 are formed in the embodiments as MOSFET transistors. They are designed so that the maximum portable operating current of the transistors 10, 11 is smaller than the maximum operating current of the electric machine. 2
  • a plurality of half bridges 12 are connected in parallel with each other and form a line U, V, W, via which a phase of an alternating current is supplied to the electric machine.
  • the black dots next to the switching elements 10, 11 symbolize that the number of parallel-connected half bridges 12 can be expanded to more than two half bridges 12.
  • the half bridges 12 of a line U, V, W are each assigned to different star circuits 22 or delta circuits. It is particularly preferred to form the lines U, V, W with two half-bridges 12 connected in parallel to one another and to operate with an electrical machine 2, 2a which has winding phases 20, 20a which are connected to two star circuits or delta circuits.
  • the circuit arrangement is maintained in principle. It only changes the assignment of the terminals 13 of the half-bridges 12 to the respective winding units 21 and triangular circuits 20a.
  • the lines U, V, W are electrically coupled to a power source 30, wherein further controls may be provided as needed between the power source 30 and circuitry 1 for controlling the supplied power.
  • the entire phase current or the entire phase voltage is due to the redundancy of the half-bridges in several phase currents Ui, .., U n ; Vi, .., V n; Wi, .., W n divided and respectively the winding units 21 and the triangular circuits 20 a, respectively.
  • the circuit arrangement 1 further comprises a plurality of conductors 14 for conducting the current, which are shown only schematically in the figures. Thanks to the reduced phase currents, it is possible to make the cross section of the conductor 14 between the switching elements of the half bridge and the terminal 13 of a half bridge 12 and the electric machine 2 smaller than the cross section of a conductor that would be necessary to direct the maximum operating current of the electric machine 2 ,
  • the invention further relates to a drive device with a circuit arrangement according to one of claims 1 to 8 and an electric machine of the following embodiments.
  • Electric machine of a drive device in particular for a steering aid of a motor vehicle, comprising
  • stator device and a rotor device, and a plurality of first and second-end winding units arranged on the stator device, wherein a plurality of winding units are electrically coupled to a drive unit by means of the terminals so as to supply a magnetic field to drive the rotor device of the electric machine by power supply produce,
  • Embodiment 2 characterized in that the electric machine has at least two independently operated drive units for driving the rotor device of the electric machine.
  • each drive unit has terminals for supplying the current, wherein the terminals of the drive units are each electrically decoupled from each other.
  • each drive unit has the same number of winding units.
  • Electric machine characterized in that the electric machine has two drive units.
  • Electric machine characterized in that the drive units are arranged adjacent to each other.
  • the Statorvor- direction has a plurality of winding segments, and that in each case a winding unit is arranged on a winding segment.
  • winding units are electrically connected to one another by means of a star connection or a triangular circuit.

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Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung (1) zum Betreiben einer elektrischen Maschine (2, 2a) vorgeschlagen, die mehrere Leitungen (U, V, W) für jeweils eine Phase eines Wechselstroms zu der elektrischen Maschine aufweist, wobei jede Leitung (U, V, W) mehrere in Reihe geschaltete Schaltelemente (10, 11) aufweist, die eine Halbbrücke (12) bilden, wobei die Halbbrücke (12) zwischen zwei Schaltelementen (10, 11) einen Anschluss (13) aufweist, und wobei die Schaltungsanordnung (1) über die An- schlüsse (13) der Halbbrücke (12) mit der elektrischen Maschine (2, 2a) elektrisch koppelbar ist. Die Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass jede Leitung mehrere Halbbrücken (12) aufweist, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung mit redundanten Halbbrücken zum Betreiben einer elektrischen Maschine
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Lenkhilfe für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung .
Lenkhilfen in Kraftfahrzeugen haben die Funktion die Lenkbewegungen des Fahrers zu unterstützen. Das Lenken stellt dabei eine Grundfunktion eines Kraftfahrzeugs dar, die zu jeder Zeit der Fahrt gewährleistet sein muss. Daher ist es aus Sicher- heitsgründen notwendig, dass die Lenkhilfe möglichst ausfallsicher gestaltet ist und selbst bei einem Defekt die Lenkung des Fahrzeugs ermöglicht. Bei einem Defekt in der Steuerelektronik oder im Elektromotor besteht jedoch die Gefahr, dass der Motor durch die Lenkbewegung des Fahrer generatorisch wirkt und statt einem unterstützenden Moment ein Moment entgegen der Lenkbewegung aufbringt. Ein Ausfall hat nicht nur einen Ausfall der Lenkunterstützung zur Folge, sondern kann der Lenkung auch entgegenwirken . Eine Ursache für den Ausfall einer elektrischen Maschine kann unter anderem darin liegen, dass die Steuerelektronik aufgrund der mechanischen oder elektrischen Belastungen die elektrische Maschine nicht mehr ordnungsgemäß ansteuern kann. Häufig tritt daher auch der Fehler auf, dass die Steuerelektronik aufgrund hoher thermischer Belastungen beschädigt wird.
Bekannt ist es die elektrischen Maschinen in den Lenkhilfen mit mechanischen oder elektronischen Sternpunktrelais zu versehen, um den Stromkreis der elektrischen Maschine im Falle eines Defektes zu unterbrechen und auf diese Weise einen die Lenkbewegung hemmende Wirkung durch die elektrische Maschine zu verhindern .
Bekannt ist es nach DE 10 19 736 eine Sicherheitsschaltung für elektronisch kommutierte Motoren in die Lenkhilfe einzubauen, die im Falle eines Fehlers den Stromfluss durch die Wicklungen des Motors verhindern. Der Motor wird somit vom Stromkreis genommen und bewirkt kein die Lenkbewegung hemmendes oder gar blockierendes Moment.
In beiden Fällen fällt die Lenkunterstützung gänzlich weg, so dass eine Lenkung des Kraftfahrzeugs nur mit viel Kraftaufwand ausführbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektrischen Maschine aufzuzeigen, die möglichst ausfallsicher ist.
Die Aufgabe wird gelöst mittels einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art mit Leitungen, die jeweils mehrere Halbbrücken aufweisen, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.
Die Erfindung basiert auf den Grundgedanken die Zuverlässigkeit der Schaltungsanordnung mittels einer Redundanz an Halbbrücken zu erhöhen. Die Stromzufuhr durch eine Leitung kann auf diese Weise aufrecht erhalten werden, auch wenn eine Halbbrücke in einer Leitung ausfällt. Die Redundanz ist dabei durch die parallele Schaltung mehrerer Halbbrücken innerhalb einer Leitung in besonders einfacher und kostengünstiger Weise realisierbar. Insbesondere kann auf diese Weise eine in mehreren Antriebseinheiten unterteilte elektrische Maschine mittels einer einzigen Schaltungsanordnung betrieben werden, was die Kosten und den Bauraum für die Steuerung der elektrischen Maschine wesentlich reduziert.
Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Schaltungsan- Ordnung weitergebildet , bei der die elektrische Maschine mehrere zu Sternschaltungen geschaltete Wicklungsstränge aufweist, wobei die Halbbrücken einer Leitung jeweils unterschiedlichen Sternschaltungen zuzuordnen sind. Die Wicklungsstränge können mehrere Wicklungseinheiten umfassen, die mit einem Phasenstrom gespeist werden. Jeder Wicklungsstrang kann auf diese Weise separat mittels einer eigenen Halbbrücke angesteuert und mit Strom versorgt werden. Ein Ausfall einer Halbbrücke oder einer Wicklungseinheit hat keine unmittelbare Wirkung auf die restlichen Halbbrücken oder Wicklungseinheiten und ermöglicht eine besonders sichere Realisierbarkeit der Steuerung der elektrischen Maschine mit einer Sternschaltung. Zusätzliche bislang gemäß Stand der Technik notwendige Abschaltmechanismen wie Sicherheitsrelais oder Phasenschalter können entfallen. Ebenso ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorteilhaft bei der die elektrische Maschine mehrere zu Dreieckschaltungen geschaltete Wicklungsstränge aufweist, wobei die Halbbrücken einer Leitung jeweils unterschiedlichen Dreieckschaltungen zuzuordnen sind. Die Ausfüh- rungsform ermöglicht eine besonders sichere Steuerung einer elektrischen Maschine mit einer Dreiecksschaltung mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung .
Bevorzugt ist ferner eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bei der die Schaltelemente Transistoren aufweisen, und wobei der maximale Betriebsstrom des Transistors kleiner ist als der maximale Betriebsstrom der elektrischen Maschine. Auf diese Weise können kostengünstigere und kleinere Transistoren für die Halbbrücken verwendet werden. Die bei dieser Ausführungsform zur Anwendung kommenden Transistoren benötigen in der Regel in Summe einen geringeren Platzbedarf als Einzeltransistoren die für den maximalen Betriebs ström ausgelegt sind. Der Bauraum bspw. auf einer Platine kann dadurch effizienter ausgenutzt werden.
Ferner ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bevorzugt, welche Leiter zum Leiten des Stroms aufweist, wobei der Querschnitt der Leiter zwischen den Schaltelementen der Halbbrücke und / oder dem Anschluss einer Halbbrücke und der elektrischen Maschine kleiner ist als der Querschnitt eines Leiters zum Leiten des maximalen Betriebsstroms der elektrischen Maschine. Die Redundanz der Halbbrücken und der Leiter kann auf diese Weise dazu genutzt werden, um die Schaltelemente und die Leiter für geringe Strombelastungen auszulegen und dadurch Kosten und Bauraum zu sparen.
Weiterhin hat sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als vorteilhaft erwiesen, bei der die Leitung zwei parallel zueinander geschaltete Halbbrücken aufweist. Die Beschränkung der Redundanz auf zwei Halbbrücken je Leitung hat sich als eine besonders kostengünstige Ausführungsform der Schaltungsanordnung mit einer für den Einsatz in der Praxis ausreichenden Zuverlässigkeit herausgestellt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Lenkhilfe für ein Kraftfahrzeug mit einer Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ausführungsformen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren. Jeweils identische Elemente sind in den nachfolgenden Figuren der übersichtshalber nur mit einem Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Aus- führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 1 zum Betreiben einer elektrischen Maschine 2, die mehrere Leitungen U, V, W zum Zuführen von Strom zu der elektrischen Maschine 2 aufweist. Jede Leitung U, V, W weist mehrere in Reihe geschaltete Schaltelemente 10, 11 auf, die eine Halbbrücke 12 bilden. Zwischen den zwei Schaltelementen 10, 11 weist die Halbbrücke 12 einen Anschluss 13 auf, über welche die Schaltungsanordnung 1 mit der elektrischen Maschine 2 elektrisch koppelbar ist. Jede Leitung U, V, W weist mehrere Halbbrücken 12 auf, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.
Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 weist die elektrische Maschine 2 mehrere in Sternschaltung 23a, 23b geschaltete Wicklungsstränge 20 auf. Die Halbbrücken 12 einer Leitung U, V, W sind jeweils einem Wicklungsstrang 20 der Sternschaltungen 23a, 23b zugeordnet.
Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist die Schal- tungsanordnung in Kombination mit einer elektrischen Maschine 2a gezeigt, die mehrere zu Dreieckschaltungen 24a, 24b geschaltete Wicklungsstränge 20a aufweist . Hier sind die Halbbrücken 12 einer Leitung U, V, W jeweils unterschiedlichen Dreieckschaltungen 24a, 24b zugeordnet.
Die Wicklungstränge 20, 20a werden jeweils mit einer Phase eines Wechselstroms versorgt und können mehrere in Reihe oder parallel zueinander geschaltete Wicklungseinheiten umfassen. Die Schaltelemente 10, 11 sind in den Ausführungsbeispielen als MOSFET Transistoren ausgebildet. Sie sind dabei so ausgelegt, dass der maximal tragbare Betriebsstrom der Transistoren 10, 11 kleiner ist als der maximale Betriebsstrom der elektrischen Maschine 2.
Mehrere Halbbrücken 12 sind parallel zueinander geschaltet und bilden eine Leitung U, V, W, über die eine Phase eines Wechselstroms zur elektrischen Maschine zugeführt wird. Die schwarzen Punkte neben den Schaltelementen 10, 11 symbolisieren, dass die Anzahl der parallel geschalteten Halbbrücken 12 auf mehr als zwei Halbbrücken 12 erweiterbar ist. Die Halbbrücken 12 einer Leitung U, V, W sind jeweils unterschiedlichen Sternschaltungen 22 oder Dreieckschaltungen zugeordnet. Besonders bevorzugt ist es die Leitungen U, V, W mit zwei parallel zueinander geschalteten Halbbrücken 12 auszubilden und mit einer elektrischen Maschine 2, 2a zu betreiben, die Wicklungsstränge 20, 20a aufweisen, die zu zwei Sternschaltungen oder Dreieckschaltungen geschaltet sind .
Bei beiden Ausführungsbeispielen bleibt die Schaltungsanordnung im Prinzip erhalten. Es ändert sich lediglich die Zuordnung der Anschlüsse 13 der Halbbrücken 12 zu den jeweiligen Wicklungseinheiten 21 bzw. Dreiecksschaltungen 20a.
Die Leitungen U, V, W mit einer Stromguelle 30 elektrisch gekoppelt, wobei je nach Bedarf weitere Steuerelemente zwischen der Stromguelle 30 und Schaltungsanordnung 1 zum Steuern des zugeführten Stroms vorgesehen sein können. Der gesamte Phasenstrom bzw. die gesamte Phasenspannung wird durch die Redundanz der Halbbrücken in mehreren Phasenströme Ui, .. , Un; Vi, .., Vn; Wi, .., Wn aufgeteilt und jeweils den Wicklungseinheiten 21 bzw. den Dreiecksschaltungen 20a zugeführt. Wenn eine Halbbrücke 12 einer Leitung U, V, W ausfällt, bleiben die restlichen Halbbrücken 12 der Leitung U, V, W weiterhin intakt, so dass die elektrische Maschine zumindest teilweise weiterhin betrieben werden kann.
Die Schaltungsanordnung 1 weist des Weiteren mehrere Leiter 14 zum Leiten des Stroms auf, die in den Figuren nur schematisch dargestellt sind. Dank der verkleinerten Phasenströme ist es möglich, den Querschnitt des Leiters 14 zwischen den Schaltelementen der Halbbrücke und dem Anschluss 13 einer Halbbrücke 12 und der elektrischen Maschine 2 kleiner auszulegen als den Querschnitt eines Leiters, der zur Leitung des maximalen Betriebsstroms der elektrischen Maschine 2 notwendig wäre.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
Die erfindungsgemäße betrifft ferner eine Antriebsvorrichtung mit einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer elektrischen Maschine der nachfolgenden Ausführungsformen .
Ausführungsform 1
Elektrische Maschine einer Antriebsvorrichtung, insbesondere für eine Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs, aufweisend
eine Statorvorrichtung und eine Rotorvorrichtung, und mehrere Wicklungseinheiten mit einem ersten und zweiten Anschluss, die an der Statorvorrichtung angeordnet sind, wobei mehrere Wicklungseinheiten mittels der Anschlüsse derart zu einer Antriebseinheit elektrisch gekoppelt sind, um mittels Stromzufuhr ein Magnetfeld zum Antreiben der Rotorvorrichtung der elektrischen Maschine zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrische Maschine mindestens zwei unabhängig voneinander betriebene Antriebseinheiten zum Antreiben der Rotorvorrichtung der elektrischen Maschine aufweist . Ausführungsform 2
Elektrische Maschine nach Ausführungsform 1, dadurch ge-kennzeichnet, dass jede Antriebseinheit An-schlüsse zum Zuführen des Stroms aufweist, wobei die Anschlüsse der An- triebseinheiten jeweils voneinander elektrisch entkoppelt sind.
Ausführungsform 3
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Antriebs-einheit gleich viele Wicklungseinheiten aufweist.
Ausführungsform 4
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Wicklungseinheiten je Antriebseinheit ungleich ist.
Ausführungsform 5
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrische Maschine zwei Antriebseinheiten aufweist.
Ausführungsform 6
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten benachbart zueinander angeordnet sind.
Ausführungsform 7
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wick- lungseinheiten unterschiedlicher Antriebseinheiten ein elektrisch isolierendes Mittel angeordnet ist. Ausführungsform 8
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorvor-richtung mehrere Wicklungssegmente aufweist, und dass auf einem Wicklungs segment jeweils eine Wicklungseinheit angeordnet ist.
Ausführungsform 9
Elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ausfüh- rungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungs-einheiten mittels einer Sternschaltung oder Dreiecks-schaltung miteinander elektrisch verbunden sind.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung (1) zum Betreiben einer elektrischen Maschine (2, 2a), die mehrere Leitungen (U, V, W) für jeweils eine Phase eines Wechselstroms zum Betreiben der elektrischen
Maschine aufweist, wobei jede Leitung (U, V, W) mehrere in Reihe geschaltete Schaltelemente (10, 11) aufweist, die eine Halbbrücke (12) bilden, wobei die Halbbrücke (12) zwischen zwei Schaltelementen (10, 11) einen Anschluss (13) aufweist, und wobei die Schaltungsanordnung (1) über die Anschlüsse (13) der Halbbrücke (12) mit der elektrischen Maschine (2, 2a) elektrisch koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leitung mehrere Halbbrücken (12) aufweist, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.
2. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die elektrische Maschine (2, 2a) mehrere Antriebseinheiten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbbrücken (12) einer Leitung (U, V, W) jeweils unterschiedlichen Antriebseinheiten zuzuordnen sind.
3. Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 und 2 , wobei die elektrische Maschine mehrerezu Sternschaltungen (23a, 23b) geschaltete Wicklungsstränge (20) aufweist, die jeweils eine Antriebseinheit bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbbrücken (12) einer Leitung (U, V, W) jeweils unterschiedlichen Sternschaltungen (23a, 23b) zuzuordnen sind .
4. Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die elektrische Maschine (2, 2a) mehrere zu Dreieckschaltungen (20a) geschaltete Wicklungsstränge (20) aufweist, die jeweils eine Antriebseinheit bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbbrücken (12) einer Leitung (U, V, W) jeweils unterschiedlichen Dreieckschaltungen (24a, 24b) zuzuordnen sind.
5. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorstehenden An- Sprüche, wobei die Schaltelemente (11, 12) Transistoren aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der maximal tragbare Betriebsstrom des Transistors kleiner ist als der maximale Betriebsstrom der elektrischen Maschine (2, 2a).
6. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltungsanordnung (1) Leiter (14) zum Leiten des Stroms aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Leiter (14) zwischen den Schaltelementen (10, 11) der Halbbrücke (12) und / oder dem Anschluss (13) einer Halbbrücke (12) und der elektrischen Maschine (2, 2a) kleiner ist als der Querschnitt eines Leiters (14) zum Leiten des maximalen Betriebsstroms der elektrischen Maschine (2, 2a).
7. Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorstehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (14) zwei parallel zueinander geschaltete Halbbrücken (12) aufweist.
8. Antriebsvorrichtung, insbesondere für eine Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
EP14717793.5A 2013-05-08 2014-04-15 Schaltungsanordnung mit redundanten halbbrücken zum betreiben einer elektrischen maschine Withdrawn EP2994996A2 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015200226A1 (de) 2015-01-09 2016-07-14 Robert Bosch Gmbh Motorvorrichtung
CN110247608A (zh) * 2019-06-19 2019-09-17 诺丁汉(余姚)智能电气化研究院有限公司 电机的控制系统
US11368112B2 (en) * 2019-09-27 2022-06-21 Texas Instruments Incorporated Current sensing and regulation for stepper motor driver

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1019736B (de) 1955-01-12 1957-11-21 Siemens Ag Buehnenbeleuchtungseinrichtung
US6392905B1 (en) * 2001-01-06 2002-05-21 Ford Global Technologies, Inc. Method and circuit for reducing battery ripple current in a multiple inverter system of an electrical machine
DE102004003657B4 (de) * 2004-01-24 2012-08-23 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Stromrichterschaltungsanordnung und zugehöriges Ansteuerverfahren für Generatoren mit dynamisch veränderlicher Leistungsabgabe
US8183820B2 (en) * 2008-07-21 2012-05-22 GM Global Technology Operations LLC Power processing systems and methods for use in plug-in electric vehicles
US8269434B2 (en) * 2008-09-23 2012-09-18 GM Global Technology Operations LLC Electrical system using phase-shifted carrier signals and related operating methods
DE102008051592A1 (de) * 2008-10-14 2010-04-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit elektrischen Antriebseinheiten und Verfahren zum Betrieb der elektrischen Antriebseinheit
DE102010001593A1 (de) * 2010-02-04 2011-08-04 Continental Automotive GmbH, 30165 Schaltungsanordnung und Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben der Schaltungsanordnung
KR101719393B1 (ko) * 2010-04-15 2017-03-23 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하 하이브리드 2-레벨 및 멀티레벨 ｈｖｄｃ 컨버터
JP5229645B2 (ja) * 2010-06-24 2013-07-03 株式会社デンソー 電動機駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
DE102010030856A1 (de) * 2010-07-02 2012-01-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betrieb einer als Antriebsaggregat in einem Kraftfahrzeug dienenden mindestens dreiphasigen elektrischen Maschine und Steuergerät für einen Wechselrichter
JP5045799B2 (ja) * 2010-08-27 2012-10-10 株式会社デンソー 電力変換装置、駆動装置、及び、これを用いた電動パワーステアリング装置
EP2715922A2 (de) * 2011-06-01 2014-04-09 FH Joanneum GmbH Inverter
EP2541755B1 (de) * 2011-06-29 2014-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013208569A1 (de) 2014-11-13
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KR20160008227A (ko) 2016-01-21

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