DE102005046920A1

DE102005046920A1 - Drive unit comprises an electronic unit arranged close to an electric motor and connected to a supply line using a current limiter

Info

Publication number: DE102005046920A1
Application number: DE200510046920
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. Maier; Dieter Munz; Hubert Dr. Schierling; Richard Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2025-10-01
Also published as: DE102005046920B4

Abstract

Drive unit comprises an electronic unit (5) arranged close to an electric motor (2) and connected to a supply line (4) using a current limiter (6). The current limiter acts as a high-ohmic current source (14) to charge an energy storage unit (12) of the electronic unit during the charging phase. The current limiter is low-ohmic during the communicating phase so that the electronic unit is connected to a rectifier power unit during the charging phase and to a rectifier signal unit during the communicating phase. Preferred Features: The current limiter automatically changes from a low ohmic state to a high ohmic state.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 einen Antrieb mit einem Elektromotor, der mittels elektrischer Versorgungsleitungen an einen Umrichter angeschlossen ist, wobei motornah am Elektromotor eine Motorelektronik angeordnet ist, in der Daten hinterlegt sind und, die an zumindest eine der Versorgungsleitungen angeschlossen ist, und der Umrichter eine Umrichter-Signaleinheit und eine Umrichter-Leistungseinheit enthält.The Invention relates according to the preamble from claim 1 a drive with an electric motor, by means of electrical supply lines connected to an inverter is, with close to the motor motor electronics arranged on the electric motor is, in which data are deposited and which at least one of the Supply lines is connected, and the inverter is an inverter signal unit and an inverter power unit.

Ein derartiger Antrieb ist z.B. aus der DE 102 54 080 A1 bekannt, in der aber außerdem, wie auch in der DE 100 12 799 A1 , ein ähnlicher Antrieb beschrieben wird, bei dem für die Kommunikation zwischen der Motorelektronik und der Umrichter-Signaleinheit eine von den Versorgungsleitungen unabhängige Datenleitung vorgesehen ist.Such a drive is for example from the DE 102 54 080 A1 known, but in addition, as well as in the DE 100 12 799 A1 , A similar drive is described in which is provided for the communication between the engine electronics and the inverter signal unit independent of the supply lines data line.

Mittels der aus der Motorelektronik auslesbaren insbesondere motorspezifischen Daten, die ein elektronisches Typenschild darstellen, kann der Umrichter den Elektromotor mit einer automatisch angepassten Betriebsweise ansteuern.through the readable from the engine electronics in particular engine-specific Data representing an electronic nameplate may be the inverter the electric motor with an automatically adjusted mode of operation drive.

Der Anschluss der Motorelektronik an den Umrichter ist bei den bekannten Antrieben aufgrund der Vielzahl benötigter Einzelkomponenten zum Teil mit erheblichem Aufwand verbunden. Dies gilt nicht nur beim Einsatz einer gesonderten Datenleitung, sondern auch dann, wenn die Datenkommunikation über die elektrische Versorgungsleitung erfolgt.Of the Connecting the engine electronics to the inverter is in the known Drives due to the large number of individual components required for Part associated with considerable effort. This does not only apply to Use of a separate data line, but also if the data communication via the electrical supply line takes place.

Dann ist die Motorelektronik beispielsweise mittels eines RC-Glieds aus einem Widerstand und einer parallelen Kapazität oder mittels einer Reihenschaltung mehrerer derartiger RC-Glieder an die Versorgungsleitung angeschlossen. Es sind also mindestens zwei, meistens sogar deutlich mehr Bauelemente notwendig. Darüber hinaus kann zur Erzielung einer verlustarmen Datenkommunikation ein sehr hoher Kapazitätswert erforderlich sein, so dass ein großer und damit teurer spannungsfester Kondensator verwendet werden muss.Then is the engine electronics, for example by means of an RC element from a Resistor and a parallel capacitance or by means of a series connection several such RC elements connected to the supply line. So it's at least two, usually even significantly more components necessary. Furthermore can be a very good for achieving a low-loss data communication high capacity value be required, so that a large and therefore more expensive voltage-resistant Capacitor must be used.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen Antrieb der eingangs bezeichneten Art anzugeben, der einen effizienten Anschluss der Motorelektronik an den Umrichter ermöglicht.The The object of the invention is to provide a drive of the above specified type, which ensures efficient connection of the Motor electronics to the inverter allows.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Antrieb mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Der erfindungsgemäße Antrieb ist dadurch gekennzeichnet, dass die Motorelektronik mittels eines Strombegrenzers an die Versorgungsleitung angeschlossen ist, und der Strombegrenzer während einer Ladephase als hochohmige Stromquelle zum Aufladen eines Energiespeichers der Motorelektronik wirkt und während einer Kommunikationsphase niederohmig ist, so dass die Motorelektronik während der Ladephase an die Umrichter-Leistungseinheit und während der Kommunikationsphase an die Umrichter-Signaleinheit angeschlossen ist.These Task is solved by a drive with the features of independent claim 1. The drive according to the invention is characterized in that the engine electronics by means of a Current limiter connected to the supply line, and the current limiter during a charging phase as a high-impedance power source for charging an energy storage device the engine electronics acts and while a communication phase is low impedance, so the engine electronics while the charging phase to the inverter power unit and during the Communication phase connected to the inverter signal unit is.

Der erfindungsgemäße Antrieb erlaubt aufgrund der Trennung in eine Ladephase und eine Kommunikationsphase einen deutlich leistungsfähigeren Anschluss der Motorelektronik an den Umrichter. Der als Koppelglied zum Einsatz kommende Strombegrenzer lässt sich ohne weiteres für beide Phasen optimiert auslegen. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäß erzielbare niederohmige Datenübertragung während der Kommunikationsphase. In der Umrichter-Signaleinheit wird das während der Kommunikationsphase von der Motorelektronik ausgesendete Datensignal mit einem höheren Signalpegel und einem besseren Signal/Rauschabstand empfangen als bei den bekannten Lösungen. Dadurch steigt die Empfangssicherheit. Das niederohmige Verhalten während der Kommunikationsphase hat keinen negativen Einfluss auf das während der Ladephase benötigte, dem gerade entgegengesetzte Verhalten des Strombegrenzers. Während der Ladephase speist die Umrichter-Leistungseinheit ein Ladesignal mit einem hohen Spannungswert von beispielsweise etwa 500 V bis 600 V in die Versorgungsleitung ein. Dadurch wirkt der Strombegrenzer wie eine hochohmige Stromquelle mit einem Widerstandswert von beispielsweise etwa 50 kΩ (= 500V/10mA) und lädt den Energiespeicher der Motorelektronik auf. Dabei ist der Ladestrom aufgrund des Strombegrenzungseffekts weitgehend unabhängig vom Spannungswert des von der Umrichter-Leistungseinheit eingespeisten Ladesignals.Of the drive according to the invention allowed due to the separation into a loading phase and a communication phase a much more powerful one Connection of the engine electronics to the inverter. The as coupling element used current limiters can be easily for both phases Optimized design. Particularly advantageous is the inventively achievable low-resistance data transmission while the communication phase. In the inverter signal unit is the while the communication phase emitted by the engine electronics data signal with a higher one Signal level and a better signal-to-noise ratio than in the known solutions. This increases the reception security. The low-resistance behavior while the communication phase has no negative impact on that during the Loading phase required, the currently opposite behavior of the current limiter. During the Charging phase feeds the inverter power unit with a charging signal a high voltage value of, for example, about 500 V to 600 V in the supply line. As a result, the current limiter acts as a high impedance power source with a resistance of, for example about 50 kΩ (= 500V / 10mA) and charges the energy storage of the engine electronics. Here is the charging current due to the current limiting effect largely independent of Voltage value of the charging signal fed from the inverter power unit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebs ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.advantageous Embodiments of the drive according to the invention emerge the features of the dependent of claim 1 claims.

Günstig ist eine Variante, bei der der Strombegrenzer zum selbsttätigen, d.h. automatischen Wechsel zwischen dem niederohmigen und dem hochohmigen Zustand ausgelegt ist. Dann resultiert ein besonders einfacher Aufbau des Strombegrenzers mit sehr wenigen Einzelkomponenten. Grundsätzlich kann der Wechsel zwischen den Zuständen aber auch von einer überlagerten Steuer- und Überwachungsschaltung veranlasst werden.Cheap is a variant in which the current limiter for automatic, i. automatic change between the low-impedance and the high-impedance Condition is designed. Then results in a particularly simple structure of the current limiter with very few individual components. Basically the change between the states though also from a superimposed one Control and monitoring circuit be initiated.

Weiterhin kann der Strombegrenzer vorzugsweise zur selbsttätigen Stromreduzierung ausgelegt sein, wenn es wegen eines hohen Spannungswerts eines von der Umrichter-Leistungseinheit in die Versorgungsleitung eingespeisten Signals zu einer insbesondere verlustbedingten Erwärmung des Strombegrenzers kommt. Der hohe Spannungswert kann während der Ladephase, aber auch später während des normalen Motorbetriebs auftreten. Die Stromreduzierung führt stets zu einem Selbstschutz des Strombegrenzers vor einer Beschädigung durch Überhitzung.Furthermore, the current limiter may preferably be designed for automatic current reduction if, due to a high voltage value of a signal fed into the supply line from the converter power unit, a particularly loss-related heating of the battery is caused Current limiter comes. The high voltage value can occur during the charging phase, but also later during normal engine operation. The current reduction always leads to a self-protection of the current limiter from damage due to overheating.

Gemäß einer anderen günstigen Variante ist es vorgesehen, dass der Strombegrenzer bidirektional ausgebildet ist. Dann kann die Motorelektronik während der Ladephase auch mittels eines bipolaren Signals geladen werden. Darüber hinaus bietet der Strombegrenzer dann auch später während des normalen Mo torbetriebs Schutz gegenüber hohen positiven und negativen Werten der Systemspannung.According to one other cheap Variant it is provided that the current limiter bidirectional is trained. Then the engine electronics during the charging phase by means of a bipolar signal are loaded. In addition, the current limiter provides then later while of normal vehicle operation protection against high positive and negative Values of the system voltage.

Bevorzugt ist es außerdem, dass der Strombegrenzer als ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) ausgebildet ist. Bei einem derartigen Halbleiter-Bauelement lässt sich die strombegrenzende Funktion sehr gut und auch gezielt, beispielsweise mittels entsprechender Dimensionierung seiner verschiedenen Halbleiterzonen, einstellen.Prefers it is also that the current limiter as a junction field effect transistor (JFET) is trained. In such a semiconductor device can be the current-limiting function very well and also targeted, for example by means of appropriate dimensioning of its different semiconductor zones, to adjust.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Strombegrenzer als antiserielle Zusammenschaltung zweier Sperrschicht-Feldeffekttransistoren ausgebildet. Dadurch wird eine bidirektionale Strombegrenzung erreicht. Die antiserielle Zusammenschaltung ist insbesondere auch auf einem einzigen Halbleitersubstrat möglich.at a further advantageous embodiment is the current limiter as antiserial interconnection of two junction field effect transistors educated. This achieves bidirectional current limitation. The antiserial interconnection is especially on one single semiconductor substrate possible.

Günstig ist eine weitere Variante, bei der der Strombegrenzer mittels eines einzigen Bauelements realisiert ist. Dann ergibt sich ein minimal möglicher Aufwand für die Umsetzung des Strombegrenzers und damit den Anschluss der Motorelektronik an die Versorgungsleitung.Cheap is another variant, in which the current limiter by means of a single component is realized. Then there is a minimal possible effort for the Implementation of the current limiter and thus the connection of the engine electronics to the supply line.

Gemäß einer anderen günstigen Variante ist es vorgesehen, dass der Strombegrenzer auf Basis des Halbleitermaterials Siliziumcarbid (SiC) realisiert ist. Dieses Halbleitermaterial eignet sich besonders gut für einen Einsatz bei hohen Spannungen, insbesondere bei Spannungen von mindestens 1 kV, und bei hohen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen von mehr als 200°C.According to one other cheap Variant it is provided that the current limiter based on the Semiconductor material silicon carbide (SiC) is realized. This Semiconductor material is particularly well suited for use at high voltages, especially at voltages of at least 1 kV, and at high temperatures, especially at temperatures of more than 200 ° C.

Weiterhin kann vorzugsweise zum Betrieb des Elektromotors eine Systemspannung von mindestens 500 V vorgesehen sein, die aufgrund der betriebsbedingten Spannungsspitzen eine Sperrfähigkeit der insbesondere auch im Strombegrenzer eingesetzten Halbleiter-Bauteile von etwa mindestens 1 kV erfordert. Damit lässt sich der Antrieb auch für leistungsstarke Anwendungen einsetzen.Farther For example, a system voltage may be preferred for operation of the electric motor be provided by at least 500 V due to the operational Voltage peaks a blocking capability the particular used in the current limiter semiconductor components requires at least 1 kV. Thus, the drive can also be powerful Use applications.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigtFurther Features, advantages and details of the invention will become apparent the following description of embodiments with reference to Drawing. It shows

1 ein Ausführungsbeispiel eines Antriebs mit einer an einem Elektromotor angeordneten Motorelektronik, die mittels eines Strombegrenzers an eine Versorgungsleitung des Elektromotors angeschlossen ist, 1 An embodiment of a drive with an arranged on an electric motor motor electronics, which is connected by means of a current limiter to a supply line of the electric motor,

2 den Antrieb gemäß 1 während des Ladens der Motorelektronik, 2 the drive according to 1 while charging the engine electronics,

3 den Antrieb gemäß 1 während einer Datenkommunikation zwischen der Motorelektronik und dem Umrichter, 3 the drive according to 1 during data communication between the engine electronics and the inverter,

4 ein Diagramm mit einem durch den Strombegrenzer gemäß 1 bis 3 fließenden Strom, der über einer am Strombegrenzer abfallenden Spannung aufgetragen ist, und 4 a diagram with a through the current limiter according to 1 to 3 flowing current, which is plotted against a voltage drop across the current limiter, and

5 ein Diagramm mit einem maximal durch den Strombegrenzer gemäß 1 bis 3 fließenden Strom, der über einer Temperatur des Strombegrenzers aufgetragen ist. 5 a diagram with a maximum by the current limiter according to 1 to 3 flowing current, which is applied above a temperature of the current limiter.

Einander entsprechende Teile sind in 1 bis 5 mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are in 1 to 5 provided with the same reference numerals.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Antriebs 1 mit einem Elektromotor 2 und einem Umrichter 3 gezeigt. Der Umrichter 3 ist mittels elektrischer Versorgungsleitungen 4 an den Elektromotor 2 angeschlossen. Die Versorgungsleitungen 4 haben drei Einzelphasen, die wie in der Drehstromtechnik üblich mit den Buchstaben U, V und W bezeichnet sind. Am Elektromotor 2 ist motornah eine Motorelektronik 5 angeordnet, die mittels eines als Koppelglied wirkenden Strombegrenzers 6 an eine erste (= Phase U) der Versorgungsleitungen 4 angeschlossen ist. Ein zweiter Anschluss der Motorelektronik 5 ist wie aus 2 und 3 ersichtlich unmittelbar an eine zweite (= Phase V) der Versorgungsleitungen 4 geführt. Die Serienschaltung aus der Motorelektronik 5 und dem Strombegrenzer 6 ist also zwischen zwei der drei Einzelphasen der Versorgungsleitungen 4 geschaltet.In 1 is an embodiment of a drive 1 with an electric motor 2 and a converter 3 shown. The inverter 3 is by means of electrical supply lines 4 to the electric motor 2 connected. The supply lines 4 have three individual phases, which are commonly referred to as the three-phase current with the letters U, V and W. At the electric motor 2 Near the engine is an engine electronics 5 arranged by means of acting as a coupling element current limiter 6 to a first (= phase U) of the supply lines 4 connected. A second connection of the engine electronics 5 is like out 2 and 3 apparent immediately to a second (= phase V) of the supply lines 4 guided. The series connection from the engine electronics 5 and the current limiter 6 So is between two of the three individual phases of the supply lines 4 connected.

Bei einem anderen nicht gezeigten Ausführbeispiel eines Antriebs ist zusätzlich ein Mittelpunktleiter Mp vorgesehen. Dann kann die Motorelektronik auch zwischen einer der drei Phasen U, V, W und dem Mittelpunktleiter Mp angeschlossen sein.at another exemplary embodiment, not shown, of a drive additionally a center conductor Mp provided. Then the engine electronics can also between one of the three phases U, V, W and the mid-point conductor Mp be connected.

Der Umrichter 3 enthält eine Umrichter-Leistungseinheit 7 und eine Umrichter-Signaleinheit 8, die alternative Betriebsarten bewirken und mittels eines Umschalters 9 an die Versorgungsleitungen 4, insbesondere an die Phase U, angeschlossen sind. An einem nicht näher bezeichneten Eingang ist der Umrichter 3 an ein übergeordnetes, insbesondere dreiphasiges elektrisches Versorgungsnetz 10, beispielsweise das öffentliche Energieversorgungsnetz, angeschlossen.The inverter 3 Contains an inverter power unit 7 and an inverter signal unit 8th , which cause alternative modes and by means of a switch 9 to the supply lines 4 , in particular to the phase U, are connected. At an unspecified input is the inverter 3 to a superordinate, in particular three-phase electrical supply network 10 , For example, the public power grid, connected.

Der Umschalter 9 ist symbolisch zu verstehen. Entscheidend ist, dass eine gezielte und insbesondere steuerbare Verbindung der Umrichter-Leistungseinheit 7 und der Umrichter-Signaleinheit 8 mit den Versorgungsleitungen 4 hergestellt werden kann. Das Zu- oder Abschalten der Umrichter-Leistungseinheit 7 erfolgt vorzugsweise durch ein Freigeben bzw. Sperren der (Steuer-)Impulse der in der Umrichter-Leistungseinheit 7 eingesetzten Leistungshalbleiter. Für das das Zu- oder Abschalten der Umrichter-Signaleinheit 8 gibt es mehrere bevorzugte Möglichkeiten. Zunächst kann ein Schalter vorgesehen sein, der für einen Durchlassstrom entsprechend dem maximalen Strom der Umrichter-Signaleinheit 8 (z.B. 10 mA) ausgelegt ist. Alternativ kann ein weiterer Strombegrenzer, vergleichbar dem motorseitig angeordneten Strombegrenzer 6, vorgesehen sein. Außerdem ist es denkbar, dass ein auf den Versorgungsleitungen 4 geführtes Datensignal S_D mittels einer hochohmigen und pegelbegrenzten Differenzspannungsmessung zwischen den Phasen U und V ausgekoppelt und so der Umrichter-Signaleinheit 8 zugeleitet wird.The switch 9 is to be understood symbolically. It is crucial that a targeted and in particular controllable connection of the converter power unit 7 and the inverter signal unit 8th with the supply lines 4 can be produced. The connection or disconnection of the inverter power unit 7 is preferably done by enabling or disabling the (control) pulses in the inverter power unit 7 used power semiconductors. For the connection or disconnection of the inverter signal unit 8th There are several preferred ways. First, a switch may be provided, which is for a forward current corresponding to the maximum current of the inverter signal unit 8th (eg 10 mA) is designed. Alternatively, another current limiter, comparable to the current limiter arranged on the motor side 6 , be provided. In addition, it is conceivable that one on the supply lines 4 guided data signal S _D coupled by means of a high-impedance and level-limited differential voltage measurement between the phases U and V and so the inverter signal unit 8th is forwarded.

Wie 2 zu entnehmen ist, hat die Motorelektronik 5 an ihrem Eingang eine Gleichrichterdiode 11, die an einen Energiespeicher in Form eines Pufferkondensators 12 angeschlossen ist. Außerdem enthält die Motorelektronik 5 einen Datenspeicher 13, in dem motorspezifische Daten des Elektromotors 2 nach Art eines elektronischen Typenschilds hinterlegt sind. Außerdem enthält die Motorelektronik 5 weitere in 2 nicht näher gezeigte Komponenten, wie einen Oszillator und ein Schieberegister oder einen Mikroprozessor.As 2 can be seen, has the engine electronics 5 at its input a rectifier diode 11 connected to an energy store in the form of a buffer capacitor 12 connected. In addition, the engine electronics contains 5 a data store 13 in which engine-specific data of the electric motor 2 are stored in the manner of an electronic nameplate. In addition, the engine electronics contains 5 more in 2 not shown in detail components, such as an oscillator and a shift register or a microprocessor.

Der Strombegrenzer 6 ist im Ausführungsbeispiel bidirektional, also für beide Polaritäten strombegrenzend ausgebildet. Er ist ein aus dem Halbleitermaterial Siliziumcarbid (SiC) hergestelltes Halbleiter-Bauelement und umfasst zwei antiseriell zusammengeschaltete Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, die auf einem einzigen SiC-Substrat integriert sind. Der Strombegrenzer 6 ist folglich nur mittels eines einzigen Bauteils realisiert. Er ist für einen Spannungsbereich von bis zu über 1 kV und für einen Temperaturbereich von bis zu über 200°C ausgelegt. Derartige Strombegrenzer sind beispielsweise aus der WO 98/49733 A1 oder der WO 98/59377 A1 bekannt.The current limiter 6 is bidirectional in the exemplary embodiment, that is designed to limit the current for both polarities. It is a semiconductor device made of the semiconductor material silicon carbide (SiC) and comprises two antiseries interconnected junction field effect transistors integrated on a single SiC substrate. The current limiter 6 is therefore realized only by means of a single component. It is designed for a voltage range of up to more than 1 kV and for a temperature range of up to more than 200 ° C. Such current limiters are known, for example, from WO 98/49733 A1 or WO 98/59377 A1.

Im Folgenden wird auch unter Bezugnahme auf die Diagramme von 4 und 5 die Funktionsweise des Antriebs 1 näher beschrieben.The following is also with reference to the diagrams of 4 and 5 the functioning of the drive 1 described in more detail.

Vor dem Start der eigentlichen Betriebsphase des Elektromotors 2 benötigt der Umrichter 3 die in dem Datenspeicher 13 abgespeicherten motorspezifischen Daten. Dabei kann es sich um für den Elektromotor 2 charakteristische Daten oder um Informationen zum Motortyp, zur Motorleistungsklasse oder auch zur Betriebsweise des Elektromotors 2 handeln. Erst mit diesen Informationen ist der Umrichter 3 in der Lage, dem Elektromotor 2 über die Versorgungsleitungen 4 in optimaler Weise mit elektrischer Energie zu versorgen. Vorteilhafterweise müssen diese Informationen nicht von Hand am Umrichter 3 eingegeben werden, sondern der Umrichter 3 erhält diese Daten automatisch während einer dem eigentlichen Motorbetrieb vorgeschalteten Anlauf-Phase.Before the start of the actual operating phase of the electric motor 2 requires the inverter 3 in the data store 13 stored engine-specific data. It can be for the electric motor 2 Characteristic data or information about the engine type, the engine power class or the operation of the electric motor 2 act. Only with this information is the inverter 3 capable of the electric motor 2 over the supply lines 4 optimally supplied with electrical energy. Advantageously, this information does not have to be manually on the inverter 3 be entered, but the inverter 3 receives this data automatically during a start-up phase preceding the actual engine operation.

Die Anlauf-Phase zerfällt ihrerseits in zumindest eine Ladephase und zumindest eine Kommunikationsphase, wobei üblicherweise mehrere Zyklen mit abwechselnder Lade- und Kommunikationsphase vorgesehen sind.The Start-up phase decays in turn into at least one loading phase and at least one communication phase, usually several cycles with alternating charging and communication phase provided are.

Während der in 2 gezeigten Ladephase schaltet die Umrichter-Leistungseinheit 7 ein im Ausführungsbeispiel burstförmiges Ladesignal S_L mit einem hohen Spannungswert von etwa 500 V bis 600 V auf die auch an den Strombegrenzer 6 angeschlossene Phase U der Versorgungsleitungen 4. Der hohe Spannungswert treibt den Strombegrenzer 6 in seine sättigungsbedingte Begrenzung.While in 2 shown charging phase switches the inverter power unit 7 in the embodiment, a burst-shaped charging signal S _L with a high voltage value of about 500 V to 600 V on the also to the current limiter 6 connected phase U of the supply lines 4 , The high voltage value drives the current limiter 6 into its saturation-related limit.

Sein Arbeitspunkt liegt dann im flachen (Sättigungs-)Bereich der in 4 gezeigten Kurvenverläufe, bei denen ein durch den Strombegrenzer 6 fließender Strom I_Limiter über einer am Strombegrenzer 6 abfallenden Spannung U_Limiter mit einer Temperatur T des Strombegrenzers 6 als Scharparameter aufgetragen ist. In 4 gilt die Kurve mit der durchgezogenen Linie für eine Temperatur T von 25°C, die mit gestrichelter Linie für eine Temperatur T von 125°C und die mit punktierter Linie für eine Temperatur T von 175°C.Its operating point is then in the flat (saturation) range of in 4 shown curves, in which a through the current limiter 6 flowing current I _limiter over one at the current limiter 6 decreasing voltage U _limiter with a temperature T of the current limiter 6 is plotted as a scale parameter. In 4 the curve with the solid line for a temperature T of 25 ° C, the dashed line for a temperature T of 125 ° C and the dotted line for a temperature T of 175 ° C.

Im Sättigungszustand wirkt der Strombegrenzer 6 als hochohmige Stromquelle 14, die der Motorelektronik 5 im Ausführungsbeispiel einen alternierenden Ladestrom I_L mit einer Amplitude von beispielsweise ±10 mA zuführt. Der Strombegrenzer 6 verhält sich wie ein schneller Kaltleiter. Er wandelt das burstförmige Ladesignal S_L des Umrichters 3 in den Ladestrom I_L mit bipolaren Stromimpulsen um. Deren Amplitude ist weitgehend unabhängig vom Spannungswert des Ladesignals S_L. Sie wird stattdessen in erster Linie durch die Begrenzungscharakteristik des Strombegrenzers 6 bestimmt. Zumindest anfangs, d.h. bei noch nicht erwärmtem Strombegrenzer 6, wird ein Ladestrom I_L mit konstantem Amplitudenwert hervorgerufen, der nach Gleichrichtung an der Gleichrichterdiode 11 den Pufferkondensator 12 auflädt.In saturation, the current limiter acts 6 as a high-impedance power source 14 that of the engine electronics 5 in the embodiment, an alternating charging current I _L with an amplitude of, for example, ± 10 mA supplies. The current limiter 6 behaves like a fast PTC thermistor. It converts the burst-shaped charging signal S _{L of} the inverter 3 in the charging current I _L with bipolar current pulses around. Their amplitude is largely independent of the voltage value of the charging signal S _L. Instead, it is primarily due to the limiting characteristic of the current limiter 6 certainly. At least initially, ie not yet heated current limiter 6 , a charging current I _{L is} caused with a constant amplitude value, which after rectification at the rectifier diode 11 the buffer capacitor 12 charging.

Da das Ladesignal S_L nur in den Phasen U und V der Versorgungsleitungen 4 geführt wird, wird der Motorelektronik 5 Energie zugeführt, ohne im Elektromotor 2 während dieser Anlauf-Phase bereits ein Drehfeld und damit ein Drehmoment zu bewirken.Since the charging signal S _L only in the phases U and V of the supply lines 4 is guided, the engine electronics 5 Energy supplied, without in the electric motor 2 during this start-up phase already a rotating field and thus to cause a torque.

Aufgrund der hohen Spannung tritt am Strombegrenzer 6 eine hohe Verlustleistung auf, die zu einer Erwärmung und in Folge zu einer automatischen Reduzierung des durch den Strombegrenzer 6 fließenden Stroms I_Limiter und damit auch des Ladestroms I_L führt. Dieses Verhalten geht aus dem Diagramm gemäß 4 und auch aus dem gemäß 5 hervor. In 5 ist der Verlauf eines Sättigungsstroms I_Limiter
max über einer Temperatur T des Strombegrenzers 6 aufgetragen. Der Sättigungsstrom I_{Limiter max} ist der maximal durch den Strombegrenzer 6 fließende Strom und damit eine obere Grenze des Stromflusses. Bei Temperaturen von über 150°C kommt es zu einem starken Stromabfall. Der Strombegrenzer 6 verfügt demnach über einen inhärenten Überhitzungsschutz.Due to the high voltage occurs at the current limiter 6 a high power dissipation, which leads to a warming up and in consequence to an automatic reduction of the current limiter 6 flowing current I _limiter and thus the charging current I _L leads. This behavior is based on the diagram 4 and also from the according to 5 out. In 5 is the course of a saturation current I _{limiter max} above a temperature T of the current limiter 6 applied. The saturation current I _{limiter max} is the maximum through the current limiter 6 flowing current and thus an upper limit of the current flow. At temperatures above 150 ° C there is a strong current drop. The current limiter 6 therefore has an inherent overheating protection.

Trotz dieser Stromreduzierung wird dem Pufferkondensator 12 genügend Energie zugeführt, so dass er während der in 3 gezeigten Kommunikationsphase ein insbesondere hochfrequentes Datensignal S_D in Richtung des Umrichters 3 aussenden kann. Zuvor wird im Umrichter 3 von der Umrichter-Leistungseinheit 7 auf die Umrichter-Signaleinheit 8 umgeschaltet, wodurch zum einen die Einspeisung des Ladesignals S_L beendet und zum anderen der Eingang des Umrichters 3 hochohmig beschaltet wird. Optional kann der Beginn der Kommunikationsphase auch verzögert werden, damit der Strombegrenzer 6 abkühlt und danach bei einem höheren Sättigungsstrom I_{Limiter max} arbeitet.Despite this current reduction, the buffer capacitor 12 enough energy supplied, so that during the in 3 shown communication phase, in particular a high-frequency data signal S _D in the direction of the inverter 3 can send out. Previously, in the inverter 3 from the inverter power unit 7 to the inverter signal unit 8th switched over, whereby on the one hand, the feeding of the charging signal S _L terminated and on the other hand, the input of the inverter 3 is connected with high impedance. Optionally, the beginning of the communication phase can also be delayed, thus the current limiter 6 cools and then at a higher saturation current I _{limiter max} works.

Das Datensignal S_D wird in der Motorelektronik 5 mittels Modulation einer Datensequenz erzeugt, wobei die Datensequenz die im Datenspeicher 13 hinterlegten motorspezifischen Nutzdaten und außerdem Prüfsummen enthält. Alternativ kann das Datensignal S_D auch direkt als Bitmuster übertragen werden. Das Datensignal S_D wird auf einem Logikpegel gesendet, so dass am Strombegrenzer 6 während der Kommunikationsphase nur ein niedriger Spannungswert ansteht. Damit liegt sein Arbeitspunkt im linearen Bereich der in 4 gezeigten Kurvenverläufe. Der Strombegrenzer 6 wirkt dann als niederohmiger Widerstand 15, der im Ausführungsbeispiel einen Widerstandswert von höchstens 100 Ω aufweist. Aufgrund dieses niederohmigen Verhaltens gelangt das Datensignal S_D praktisch ungedämpft zum Umrichter 3, so dass dort eine hohe Empfangssicherheit gegeben ist.The data signal S _D is in the engine electronics 5 generated by modulation of a data sequence, wherein the data sequence in the data memory 13 stored engine-specific user data and also includes checksums. Alternatively, the data signal S _{D can} also be transmitted directly as a bit pattern. The data signal S _D is sent at a logic level, so that the current limiter 6 during the communication phase, only a low voltage value is present. Thus, its operating point is in the linear range of in 4 shown curves. The current limiter 6 then acts as a low resistance 15 which has a resistance value of at most 100 Ω in the embodiment. Because of this low-impedance behavior, the data signal S _D reaches the inverter virtually unattenuated 3 , so that there is a high reception security.

In der Umrichter-Signaleinheit 8, die auch einen nicht näher dargestellten Empfänger sowie ein Filter enthält, erfolgt gegebenenfalls eine Demodulation des Datensignals S_D, um die motorspezifischen Nutzdaten aus der Datensequenz zurückzugewinnen. Gelingt dies fehlerfrei ist die Anlauf-Phase abgeschlossen. Dem Umrichter 3 stehen die zur Ansteuerung des Elektromotors 2 benötigten motorspezifischen Informationen zur Verfügung. Die normale Betriebsphase kann beginnen. Bei den dann an den Versorgungsleitungen 4 anstehenden Spannungswerten entsprechend der Systemspannung von über 500 V verhält sich der Strombegrenzer 6 wieder wie eine Stromquelle 14, de ren Strom I_Limiter aufgrund des bereits beschriebenen Überhitzungsschutzes auf einen sehr niedrigen Wert begrenzt ist.In the inverter signal unit 8th , which also includes a receiver not shown in detail, as well as a filter, if necessary, a demodulation of the data signal S _D to recover the motor-specific payload from the data sequence. If this succeeds error-free, the start-up phase is completed. The inverter 3 are the for controlling the electric motor 2 required engine-specific information available. The normal operating phase can begin. At the then on the supply lines 4 pending voltage values corresponding to the system voltage of more than 500 V behaves the current limiter 6 again like a power source 14 Its current I _limiter is limited to a very low value due to the already described overheating protection.

Der Antrieb 1 weist aufgrund des Einsatzes des besonders günstigen Strombegrenzers 6 auf SiC-Basis zahlreiche Vorteile und herausragende Eigenschaften auf. So reagiert der Strombegrenzer 6 selbsttätig und mit hoher Geschwindigkeit auf eine Beaufschlagung mit einer hohen Spannung. Es ist keine Ansteuerschaltung oder Zusatzbeschaltung erforderlich. Ebenfalls selbsttätig erfolgt so auch eine Entkopplung der Lade- und der Datenübertragungsfunktion. Allein aufgrund der Bauelemente-Eigenschaften liegen die für beide Betriebszustände erforderlichen optimalen Impedanzverhältnisse vor. Die SiC-Materialeigenschaften ermöglichen eine Auslegung des Strombegrenzers 6 für Spannungen von größer als 1 kV. Anstelle des im Ausführungsbeispiel eingesetzten bidirektionalen Strombegrenzers 6 kann ohne weiteres auch ein Strombegrenzer mit nur unidirektionaler Funktionalität realisiert werden. Beide Ausführungsformen lassen sich vorteilhafterweise in einem einzigen Bauelement implementieren. Für eine sichere Funktion sind allein die physikalischen Eigenschaften des Strombegrenzers 6 bzw. des zu seiner Herstellung verwendeten Halbleitermaterials SiC maßgeblich. So lässt sich sein Verhalten z.B. bei einer Überlastung oder dergleichen prognostizieren. Im Gegensatz hierzu muss bei einer schaltungstechnischen Realisierung das Ausfallverhalten und die Zuverlässigkeit aller eingesetzten aktiven und passiven Bauelemente betrachtet werden.The drive 1 indicates due to the use of the particularly favorable current limiter 6 SiC-based many advantages and outstanding features. This is how the current limiter reacts 6 automatically and at high speed to a high voltage. There is no drive circuit or additional circuitry required. Also automatically takes place as well as a decoupling of the charge and the data transfer function. Due to the component properties alone, the optimum impedance ratios required for both operating states are present. The SiC material properties enable a design of the current limiter 6 for voltages greater than 1 kV. Instead of the bidirectional current limiter used in the embodiment 6 a current limiter with only unidirectional functionality can be realized without further ado. Both embodiments can advantageously be implemented in a single component. For a safe function are only the physical properties of the current limiter 6 or of the semiconductor material SiC used for its production. Thus, its behavior can be predicted, for example, in the event of an overload or the like. In contrast, in a circuit implementation, the failure behavior and the reliability of all active and passive components used must be considered.

Claims

Drive with an electric motor ( 2 ), which by means of electrical supply lines ( 4 ) to an inverter ( 3 ) is connected, a) close to the motor on the electric motor ( 2 ) an engine electronics ( 5 ), in which data are stored and which are connected to at least one of the supply lines ( 4 ) and b) the inverter ( 3 ) an inverter signal unit ( 8th ) and an inverter power unit ( 7 ), characterized in that c) the engine electronics ( 5 ) by means of a current limiter ( 6 ) to the supply line ( 4 ), and d) the current limiter ( 6 ) d1) during a charging phase as a high-impedance current source ( 14 ) for charging an energy store ( 12 ) of the engine electronics ( 5 ) and d2) is low-resistance during a communication phase, d3) so that the engine electronics ( 5 ) during the charging phase to the inverter power unit ( 7 ) and during the communication phase to the inverter signal unit ( 8th ) connected.

Drive according to claim 1, characterized in that the current limiter ( 6 ) is designed for automatic change between the low-resistance and the high-resistance state.

Drive according to claim 1, characterized in that the current limiter ( 6 ) is designed for automatic current reduction when it is due to a high voltage value of one of the inverter power unit ( 7 ) into the supply line ( 4 ) fed signal (S _L ) to a heating of the current limiter ( 6 ) comes.

Drive according to claim 1, characterized in that the current limiter ( 6 ) is bidirectional.

Drive according to claim 1, characterized in that the current limiter ( 6 ) is formed as a junction field effect transistor.

Drive according to claim 1, characterized in that the current limiter ( 6 ) is designed as antiserial interconnection of two junction field effect transistors.

Drive according to claim 1, characterized in that the current limiter ( 6 ) is realized by means of a single component.

Drive according to claim 1, characterized in that the current limiter ( 6 ) is realized on the basis of the semiconductor material silicon carbide.

Drive according to claim 1, characterized in that for the operation of the electric motor ( 2 ) a system voltage of at least 500 V is provided.