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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Erfassungssystem zum Erfassen eines Lichtbogens. Das Erfassungssystem weist wenigstens eine elektrische Maschine auf, insbesondere einen Elektromotor. Die Maschine weist einen Anschluss für eine Versorgungsspannung zum Verbinden mit einem Bordnetz, insbesondere einem Kraftfahrzeugbordnetz, auf.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeugen, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeugen, besteht das Problem, dass an Kontaktstellen von Stromversorgungsleitungen, welche zu der elektrischen Maschine hinführen, Lichtbögen durch Kontaktfehler entstehen können.
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Aus der
DE 10 2011 079 321 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen von elektrischen Komponenten eines Elektrofahrzeuges bekannt, bei dem eine sogenannte Powerline-Kommunikationsvorrichtung ausgebildet ist, von einem Lichtbogen in ein Kraftfahrzeugbordnetz gesendete Hochfrequenzstrahlen zu erfassen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2004 058 957 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erkennung von Lichtbögen in einem Stromkreis anhand eines Wechselstromanteils oder eines Wechselspannungsanteils des durch den Stromkreis fließenden Stroms.
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Die Offenlegungsschrift
US2011/0267721 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erkennen von Lichtbögen in einer Photovoltaikanlage durch Auswertung von Signalen, die von einem Ultraschallsensor empfangen werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß weist das Erfassungssystem einen Körperschallsensor auf, wobei der Körperschallsensor mit der Maschine, insbesondere einem Maschinengehäuse oder dem Stator der Maschine, verbunden und ausgebildet ist, von der elektrischen Maschine, insbesondere einem Rotor und/oder einem Stator der elektrischen Maschine, erzeugte Maschinenschwingungen zu erfassen und ein die Maschinenschwingungen repräsentierendes Maschinenschallsignal, zu erzeugen. Das Erfassungssystem weist auch eine mit dem Körperschallsensor verbundene Verarbeitungseinheit auf, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, das Maschinenschallsignal auszuwerten und in dem Maschinenschallsignal einen Lichtbogensignalanteil zu erfassen, welcher den Lichtbogen, insbesondere von dem Lichtbogen erzeugte Lichtbogenschwingungen, repräsentiert und in Abhängigkeit des Lichtbogensignalanteils ein Ausgangssignal, insbesondere Trennsignal, Abschaltsignal oder Alarmsignal, zu erzeugen und dieses auszugeben. Die elektrische Maschine ist bevorzugt ein Elektromotor und/oder Generator für ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug.
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Dadurch kann der Lichtbogen, insbesondere von dem Lichtbogen erzeugte elektromagnetische Wellen, welche sich in dem zuvor genannten Bordnetz ausbreiten, mittels der elektrischen Maschine als eine Art Lautsprecher oder Schwingungserzeuger wiedergegeben werden. Es wurde nämlich erkannt, dass die von einem Lichtbogen in das Bordnetz gesendeten elektromagnetischen Wellen in der elektrischen Maschine in Form von mechanischen Schwingungen umgesetzt werden können. Die mechanischen Schwingungen können von dem Stator, insbesondere Statorspulen des Stators, und/oder einem Rotor der elektrischen Maschine insbesondere über das Magnetfeld der Maschine erzeugt und als Körperschall und/oder Luftschall ausgesendet werden. Dabei sind die von dem Lichtbogen an die Maschine gesendeten Schwingungen den von der Maschine erzeugten Drehbewegungen und durch die Drehbewegungen erzeugten Nebenschwingungen überlagert.
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Die so erzeugten Schallwellen, – insbesondere Infraschallwellen, Schallwellen im hörbaren Bereich, oder Ultraschallwellen oder eine Kombination aus diesen, – können weiter auf ein Maschinengehäuse der Maschine oder einen Stator der Maschine, insbesondere ein Statorblechpaket des Stators übertragen werden und dort mittels eines Körperschallsensors erfasst werden. Zusätzlich oder unabhängig von dem Körperschallsensor können die Schallwellen, welche von dem Maschinengehäuse oder Teilen der elektrischen Maschine abgestrahlt werden, von einem Luftschallmikrofon erfasst werden.
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Der Körperschallsensor ist beispielsweise ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor, ein MEMS-Sensor (MEMS = Micro-Electrical-Mechanical-System) oder ein Laser-Vibrometer.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfassungssystems weist die Verarbeitungseinheit ein insbesondere digitales Geräuschfilter auf. Das Geräuschfilter ist ausgebildet, die Lichtbogenschwingungen, insbesondere den Lichtbogensignalanteil in dem Maschinenschallsignal zu erfassen und ein gefiltertes Ausgangssignal zu erzeugen, das die Lichtbogenschwingungen repräsentiert.
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Das Geräuschfilter ist beispielsweise ein digitales Geräuschfilter, insbesondere ein Rauschfilter. Das Geräuschfilter ist ausgebildet, den Signalanteil aus dem Maschinenschallsignal herauszufiltern und ein gefiltertes Ausgangssignal zu erzeugen, welches die Lichtbogenschwingungen, insbesondere ein Lichtbogenrauschen, repräsentiert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verarbeitungseinheit einen Signalanalysator, insbesondere einen FFT-Analysator (FFT = Fast-Fourier-Transformation), auf. Der Signalanalysator ist ausgebildet, aus dem Maschinenschallsignal wenigstens einen ein Drehen des Rotors repräsentierenden harmonischen Signalanteil herauszufiltern und ein gefiltertes Ausgangssignal zu erzeugen, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, den Lichtbogensignalanteil in Abhängigkeit des gefilterten Ausgangssignals zu erfassen. So kann das Maschinenschallsignal vorteilhaft von harmonischen, durch den Rotor, insbesondere ein Drehen des Rotors, erzeugten harmonischen Signalanteilen, insbesondere Oberwellen zu einer Drehfrequenz, befreit oder diese zumindest reduziert werden.
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Weiter vorteilhaft kann so der Lichtbogensignalanteil vorteilhaft als Differenzsignal, gebildet aus dem Maschinenschallsignal und dem gefilterten Ausgangssignal, erzeugt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Signalanalysator zur FFT-Analyse ausgebildet. So kann der Signalanalysator vorteilhaft harmonische Signalanteile in dem Maschinenschallsignal erfassen und herausfiltern. Der Signalanalysator ist in einer anderen Ausführungsform zur Cepstrums-Analyse ausgebildet. Der Signalanalysator kann so vorteilhaft die harmonischen Signalanteile, insbesondere ein Leistungsspektrum der harmonischen Signalanteile, erfassen. Die harmonischen Signalanteile können so vorteilhaft hinsichtlich ihres Leistungsbeitrags zur Gesamtsignalleistung des Maschinenschallsignals zusammengefasst werden. Der Signalanalysator kann dazu einen FFT-Analysator beziehungsweise Cepstrum-Analysator aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verarbeitungseinheit, insbesondere der Signalanalysator, einen Rauschdiskriminator auf, welcher ausgebildet ist, das Maschinenschallsignal in Abhängigkeit eines insbesondere vorbestimmten Schwellwertes zu diskriminieren und das zuvor erwähnte Ausgangssignal, insbesondere Alarmsignal, in Abhängigkeit eines Diskriminierungsergebnisses zu erzeugen. Der Rauschdiskriminator kann beispielsweise eingangsseitig mit dem zuvor erwähnten Rauschfilter verbunden sein.
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So kann der Lichtbogensignalanteil vorteilhaft auch bei Anwesenheit von anderen Rauschsignalquellen, beispielsweise Halbleiterrauschen, insbesondere thermisches Rauschen, mittels des Rauschdiskriminators erfasst werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verarbeitungseinheit, insbesondere der Signalanalysator, einen Korrelationsanalysator auf, welcher einen Eingang für ein Steuersignal zum Ansteuern des Stators oder des Rotors aufweist, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, den Lichtbogensignalanteil in Abhängigkeit des Steuersignals zu erfassen. Weiter bevorzugt ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet, das Ausgangssignal, insbesondere das Alarmsignal, in Abhängigkeit des Steuersignals zu erzeugen. Bevorzugt ist der Korrelationsanalysator ausgebildet, mit dem Steuersignal korrelierte Signalanteile aus dem Maschinenschallsignal herauszufiltern. So kann das Maschinenschallsignal vorteilhaft weiter von mit dem Lichtbogengeräusch nicht korrelierten Signalanteilen befreit werden. Der Korrelationsanalysator bildet bevorzugt ein Signalangepasstes Filter, auch Matched-Filter genannt.
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Der Signalanalysator ist bevorzugt zur zeitkontinuierlichen Signalanalyse ausgebildet. Dadurch kann der Signalanalysator vorteilhaft eine zeitlich fortlaufende Echtzeitanalyse durchführen.
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Vorteilhaft kann ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, das vorbeschriebene Erfassungssystem aufweisen. Die Verarbeitungseinheit, oder zusätzlich der Signalanalysator, kann in einem Steuergerät des Elektrofahrzeugs enthalten sein. Die elektrische Maschine als Bestandteil des Erfassungssystems bildet bevorzugt einen Antriebsmotor und/oder Generator des Elektrofahrzeugs. Das Hybridfahrzeug weist zusätzlich zu der elektrischen Maschine einen Verbrennungsmotor auf.
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Das Kraftfahrzeug weist bevorzugt eine insbesondere wiederaufladbare Batterie auf. Weiter bevorzugt weist das Kraftfahrzeug einen Trennschalter und ein Bordnetz und eine Batterie auf. Der Trennschalter ist mit der Verarbeitungseinheit des Erfassungsystems verbunden und ausgebildet, die Batterie von dem Bordnetz in Abhängigkeit des Ausgangssignals, insbesondere Trennsignals zu trennen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erfassen eines Lichtbogens, bevorzugt in einem Kraftfahrzeugbordnetz, mittels einer elektrischen Maschine.
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Bei dem Verfahren sendet ein Lichtbogen elektromagnetische Lichtbogenschwingungen in ein elektrisches Bordnetz, insbesondere Kraftfahrzeugbordnetz, wobei die Lichtbogenschwingungen von einer mit dem Bordnetz verbundenen elektrischen Maschine empfangen werden, wobei die elektrische Maschine den elektromagnetischen Lichtbogenschwingungen entsprechende Maschinenschwingungen erzeugt, und die Maschinenschwingungen von einem Körperschallsensor erfasst werden und ein die Maschinenschwingungen repräsentierendes Maschinenschallsignal erzeugt wird und in dem Maschinenschallsignal ein den Lichtbogenschwingungen entsprechender Lichtbogensignalanteil erfasst wird und in Abhängigkeit des Lichtbogensignalanteils ein Ausgangssignal, insbesondere Trennsignal erzeugt wird. Bevorzugt wird in Abhängigkeit des Trennsignals die Batterie, insbesondere ein Pluspol der Batterie, von dem Bordnetz getrennt. Zusätzlich dazu oder unabhängig davon kann in einer anderen Ausführungsform in Abhängigkeit des Ausgangssignals eine elektrische Komponente des Bordnetzes abgeschaltet oder von dem Bordnetz elektrisch getrennt werden.
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Beispielsweise kann anstelle der Trennung des kompletten Bordnetzes von der Batterie nur ein elektrischer Strang, in dem der Lichtbogen auftritt, von dem Bordnetz getrennt werden, so dass übrige elektrische Komponenten weiter betrieben werden können.
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Der Lichtbogen kann so vorteilhaft sicher gelöscht werden, so dass Folgeschäden wie ein Fahrzeugbrand vermieden werden können.
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Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Erfassungssystem, welches ausgebildet ist, in insbesondere mechanischen Maschinenschwingungen einer elektrischen Maschine Lichtbogenschwingungen eines Lichtbogens zu erfassen und in Abhängigkeit der erfassten Lichtbogenschwingungen ein Ausgangssignal, insbesondere Alarmsignal, zu erzeugen;
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2 zeigt ein Verfahren zum Erfassen eines Lichtbogens in einem Bordnetz, insbesondere einem Bordnetz eines Elektrofahrzeuges, mittels einer elektrischen Maschine des Elektrofahrzeuges und eines mit der Maschine verbundenen Körperschallsensors.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Erfassungssystem 1. Das Erfassungssystem 1 weist eine elektrische Maschine 2 auf. Die elektrische Maschine 2 ist beispielsweise eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs.
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Das Erfassungssystem 1 weist auch eine Verarbeitungseinheit 3 auf. Die Verarbeitungseinheit 3 ist zum Erfassen eines Lichtbogens 32 ausgebildet, welcher in diesem Ausführungsbeispiel in einem Bordnetz 34 auftreten kann.
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Die elektrische Maschine 2 weist einen Stator 4 auf, welcher in diesem Ausführungsbeispiel drei Statorspulen, nämlich eine Statorspule 6, eine Statorspule 7 und eine Statorspule 8 aufweist. Die elektrische Maschine 2 weist auch einen Rotor 5 auf, welcher beispielsweise ein permanentmagnetisch ausgebildeter Rotor oder ein fremderregter Rotor ist. Die elektrische Maschine 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektronisch kommutierte Maschine, welche eine Leistungsendstufe 9, insbesondere einen Inverter, aufweist. Die Leistungsendstufe 9 weist für jede der Statorspulen 6, 7 und 8 eine Halbleiterschalter-Halbbrücke auf.
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Die elektrische Maschine 2 weist auch eine Steuereinheit 10 auf, welche ausgebildet ist, Steuersignale zum Ansteuern der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe 9 zu erzeugen und diese an einem Ausgang 13 auszugeben. Der Ausgang 13 ist über eine Verbindungsleitung 36 mit der Leistungsendstufe 9 verbunden.
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Die Leistungsendstufe 9 ist über eine Verbindungsleitung 37 ausgangsseitig mit dem Stator 4, und dort mit den Statorspulen 6, 7 und 8, verbunden. Die Leistungsendstufe 9 ist ausgebildet, den Stator 4, insbesondere die Statorspulen 6, 7 und 8, zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes in Abhängigkeit des vom Ausgang 13 empfangenen Steuersignals anzusteuern.
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Der Ausgang 13 ist über eine Verbindungsleitung 38 mit einem Anschluss 14 verbunden, sodass die elektrische Maschine 2 ausgebildet ist, das Steuersignal 39 zum Ansteuern der Steueranschlüsse der Leistungsendstufe 9, insbesondere der Gate-Anschlüsse der Halbleiterschalter der Leistungsendstufe 9, an dem Anschluss 14 bereitzustellen.
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Die elektrische Maschine 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Körperschallsensor 11 auf, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als insbesondere piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet ist.
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Der Körperschallsensor 11 ist ausgebildet, von dem Stator 4 und/oder dem Rotor 5 erzeugte Maschinenschwingungen zu erfassen und ein die Maschinenschwingungen repräsentierendes Maschinenschallsignal zu erzeugen und ausgangsseitig auszugeben.
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Die elektrische Maschine 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch ein Luftschallmikrofon 12 auf, welches in einem Gehäuse der elektrischen Maschine 2 angeordnet und ausgebildet ist, von dem Stator 4 und/oder dem Rotor 5 erzeugten Luftschall zu erfassen und ein den Luftschall repräsentierendes Maschinen-Luftschallsignal zu erzeugen und ausgangsseitig auszugeben.
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Die Verarbeitungseinheit 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Signalanalysator 16 auf, welcher einen Eingang 25 für das von dem Körperschallsensor 11 erzeugte Maschinenschallsignal und einen Eingang 26 für das von dem Luftschallmikrofon 12 erzeugte Maschinen-Luftschallsignal aufweist. Das Luftschallmikrofon 12 ist über eine Verbindungsleitung 41 mit dem Eingang 26 verbunden. Der Körperschallsensor 11 ist über eine Verbindungsleitung 40 mit dem Eingang 25 verbunden.
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Die Verarbeitungseinheit 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch eine logische Recheneinheit 24, insbesondere Mikroprozessor oder Mikrocontroller, auf, welche mit dem Signalanalysator verbunden und ausgebildet ist, den Signalananalysator zu steuern. Die Recheneinheit 24 kann beispielsweise durch ein in einem Speicher 33 vorrätig gehaltenes Steuerprogramm gesteuert werden.
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Der Signalanalysator 16 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Analog-Digitalwandler 17 auf, welcher eingangsseitig mit dem Eingang 25 und/oder mit dem Eingang 26 verbunden ist.
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Der Analog-Digitalwandler 17 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweikanalig ausgebildet.
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Der Signalanalysator 16 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen eingangsseitig mit dem Analog-Digitalwandler 17 verbundenen Korrelationsanalysator 18 auf. Der Korrelationsanalysator 18 ist ausgebildet, das von dem Analog-Digitalwandler 17 erzeugte digitale Maschinenschallsignal von Signalanteilen zu befreien, welche mit dem Steuersignal 39 korreliert sind und so mit dem von der Leistungsendstufe 9 erzeugten Bestromungsmuster in ursächlichem Zusammenhang stehen. Dazu weist der Korrelationsanalysator 18 einen Eingang 20 auf, welcher über eine Verbindungsleitung 42 mit dem Anschluss 14 verbunden ist. Der Korrelationsanalysator 18 kann so über den Eingang 20 das Steuersignal 39 zum Ansteuern der Leistungsendstufe 9 empfangen. Das Steuersignal 39 ist beispielsweise ein PWM-Signal oder ein Blockkommutierungssignal.
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Der Korrelationsanalysator 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Kreuzkorrelationsanalysator gebildet, welcher ausgebildet ist, auf dem von dem Analog-Digitalwandler 17 empfangenen, digitalisierten Maschinenschallsignal und dem am Eingang 20 empfangenen Steuersignal 39 mittels Kreuzkorrelation Signalanteile in dem Maschinenschallsignal zu erfassen, die in statistischem Zusammenhang mit dem Steuersignal 39 stehen und so ein von den Signalanteilen, welche dem Steuersignal 39 entsprechen, befreites Ausgangssignal aus dem Maschinenschallsignal zu erzeugen und ausgangsseitig auszugeben. Der Korrelationsanalysator 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgangsseitig mit einem Ordnungsfilter 19 verbunden. Das Ordnungsfilter 19 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen FFT-Analysator, in diesem Ausführungsbeispiel einen Cepstrums-Analysator, ausgebildet.
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Das Ordnungsfilter 19 ist ausgebildet, das Maschinenschallsignal von harmonischen Signalanteilen, welche eine Drehbewegung des Rotors 5 und/oder eine Drehbewegung des magnetischen Drehfeldes, erzeugt durch die Statorspulen 6, 7 und 8, repräsentieren, zu befreien und ein gefiltertes Ausgangssignal zu erzeugen und dieses ausgangsseitig auszugeben.
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Somit repräsentiert das Ausgangssignal noch Rauschanteile, welche weder mit der Drehbewegung des Rotors 5, noch mit der Ansteuerung des Stators 4 korreliert sind und somit mit dem Lichtbogen 32 in ursächlichem Zusammenhang stehen können.
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Der Signalanalysator 16 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch ein digitales Rauschfilter 21 auf, welches in diesem Ausführungsbeispiel als Wandpassfilter ausgebildet ist. Das Rauschfilter 21 ist ausgebildet, von dem Lichtbogen 32 erzeugte charakteristische Frequenzanteile zu erfassen und ein gefiltertes Ausgangssignal zu erzeugen, welches die charakteristischen Frequenzanteile aufweist. Das Rauschfilter 21 ist beispielsweise ausgebildet, Frequenzen zwischen 5 Kilohertz und 30 Kilohertz passieren zu lassen.
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Der Signalanalysator 16 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen eingangsseitig mit dem Rauschfilter 21 verbundenen Rauschdiskriminator 22 auf. Der Rauschdiskriminator 22 ist ausgebildet, das von dem Rauschfilter 21 empfangene gefilterte Maschinenschallsignal in Abhängigkeit eines vorbestimmten Schwellwertes zu diskriminieren und ein Ausgangssignal 47, in diesem Ausführungsbeispiel ein Alarmsignal, in Abhängigkeit eines Diskriminationsergebnisses zu erzeugen und an einem Ausgang 23 bereitzustellen.
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Das Erfassungssystem 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch ein bereits erwähntes Bordnetz 34 auf, wobei das Bordnetz 34 einen Energiespeicher 27, insbesondere eine wiederaufladbare Batterie, umfasst. Der Energiespeicher 27 ist mit einem Masseanschluss 30 verbunden und mit einem weiteren Anschluss mit einem Anschluss 31 zum elektrischen Versorgen des Bordnetzes 34. Mit dem Anschluss 31 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Anschluss 28 für eine Versorgungsspannung zum Versorgen der elektrischen Maschine 2 verbunden, wobei der Anschluss 28 mit der Leistungsendstufe 9 verbunden ist. Die Leistungsendstufe 9 ist mit einem weiteren Anschluss mit dem Masseanschluss 30 verbunden. Die Leistungsendstufe 9 kann so elektrische Energie aus dem Energiespeicher 27 zum Betreiben der elektrischen Maschine 2 beziehen.
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Das Bordnetz 34 weist diesem Ausführungsbeispiel auch wenigstens einen weiteren elektrischen Verbraucher auf, von denen ein elektrischer Verbraucher 29 beispielhaft dargestellt ist. Der elektrische Verbraucher 29 ist mit einem Anschluss mit dem Anschluss 31 und mit einem weiteren Anschluss mit dem Masseanschluss 30 verbunden. Zwischen dem Anschluss 31, oder einer mit dem Anschluss 31 verbundenen elektrischen Verbindungsleitung, und dem Masseanschluss 30 kann sich wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt, ein Lichtbogen 32 ausbilden. Zwischen dem Lichtbogen 32 und dem Masseanschluss 30 kann beispielsweise noch wenigstens ein weiterer elektrischer Verbraucher, oder mehrere Verbraucher in Serie verbunden sein. Der Lichtbogen 32 kann somit beispielsweise als unmittelbarer Kurzschluss zwischen dem Anschluss 31 und dem Masseanschluss oder als Lichtbogen zwischen Schaltkontakten eines Schalters oder zwischen elektrischen Anschlussklemmen des Bordnetzes 34 entstehen.
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Die von dem Lichtbogen 32 verursachten elektromagnetischen Lichtbogenschwingungen können über den Anschluss 28 zur elektrischen Maschine 2 gelangen und dort über die Leistungsendstufe 9 zum Stator 4 gelangen. Der Stator 4, insbesondere die Statorspulen 6, 7 und 8, können – als eine Art Schallerzeuger – das Lichtbogengeräusch in Form von Körperschall und/oder Luftschall abgeben, welches dann von dem Körperschallaufnehmer 11 beziehungsweise dem Luftschallmikrofon 12 erfasst werden kann.
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Der Signalanalysator 16 kann dann das von dem Körperschallsensor 11 und/oder dem Luftschallsensor 12 erfasste Maschinenschallsignal beziehungsweise Maschinen-Luftschallsignal am Eingang 25 beziehungsweise 26 empfangen und – in bereits beschriebener Weise – von mit dem Lichtbogengeräusch des Lichtbogens 32 nicht korrelierten Signalanteilen befreien und so den Lichtbogen 32 sicher erfassen. Dabei wirkt die elektrische Maschine als eine Art Lautsprecher, welche mit dem Bordnetz 34 verbunden ist und in dem Bordnetz 34 auftretende Lichtbogensignale, verursacht durch einen Lichtbogen wie den Lichtbogen 32, empfangen kann und in Körperschall und/oder Luftschall wandeln kann. Die Verarbeitungseinheit 3 kann in Abhängigkeit des in dem Maschinenschallsignal erfassten Lichtbogensignalanteils einen Trennschalter 48 zum Trennen der Batterie 27 von dem Bordnetz 34 aktivieren.
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Der Signalanalysator 16 kann als DSP (DSP = Digitaler Signal-Prozessor) oder als Mikroprozessor ausgebildet sein.
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Die Verarbeitungseinheit 3 kann gemeinsam mit dem Signalanalysator 16 oder ohne den Signalanalysator 16 als FPGA (FPGA = Field-Programmable-Gate-Array), als Mikroprozessor, insbesondere Multi-core-Prozessor, ausgebildet sein. Die Recheneinheit 24 kann mit der Verarbeitungseinheit durch einen Mikroprozessor, oder durch zueinander verschiedene Mikroprozessoren gebildet sein.
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Die Verarbeitungseinheit 3 kann beispielsweise Bestandteil eines Steuergerätes 35 sein, beispielsweise eines Steuergerätes für ein Elektrofahrzeug. Das Steuergerät 35 ist ausgebildet, elektrische und/oder elektromechanische Komponenten des Elektrofahrzeugs zu steuern. Die Komponenten können ein Fahrerassistenzsystem, ein elektrischer Fensterheber, eine Fahrzeugbeleuchtung wie Blinker oder Scheinwerfer, oder eine Servolenkung sein.
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Die elektrische Maschine 2 weist einen Eingang 15 für ein Steuersignal auf, welcher mit dem Steuergerät 35 verbunden ist. Die Steuereinheit 10 ist mit dem Eingang 15 verbunden und kann so beispielsweise ein zu erzeugendes Drehmoment repräsentierendes Steuersignal von dem Steuergerät 35 empfangen, und ein das Drehmoment repräsentierendes Steuersignal 39, insbesondere PWM-Signal (PWM = Puls-Weiten-Modulation) oder Blockkommutierungssignal erzeugen und an die Leistungsendstufe 9 senden.
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2 zeigt – schematisch – ein Verfahren zum Erfassen eines Lichtbogens in einem Bordnetz, insbesondere einem Kraftfahrzeugbordnetz.
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In einem Schritt 42 werden von einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Rotor und/oder einem Stator der elektrischen Maschine, erzeugte Maschinenschwingungen erfasst und ein die Maschinenschwingungen erzeugendes Maschinenschallsignal erzeugt.
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In einem Schritt 43 wird das Maschinenschallsignal – in Abhängigkeit von einem Steuersignal zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zum Drehbewegen des Rotors der Maschine – von den mit dem Steuersignal korrelierten Signalanteilen befreit, oder die Signalanteile in dem Maschinensignal reduziert und ein gefiltertes Ausgangssignal erzeugt.
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In einem Schritt 44 wird das so gefilterte Maschinenschallsignal von harmonischen Schwingungen, welche zu einer Grundfrequenz, insbesondere einer Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine, zugehörige Oberwellen repräsentieren, befreit, oder die Oberwellen in dem Maschinenschallsignal reduziert und ein weiter gefiltertes Maschinenschallsignal erzeugt.
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Das so weiter gefilterte Maschinenschallsignal wird in einem Schritt 45 weiter gefiltert, sodass ein weiter gefiltertes Ausgangssignal von einem Lichtbogen, beispielsweise dem Lichtbogen 32 in 1, erzeugte Rauschanteile repräsentiert.
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Das so weiter gefilterte Maschinenschallsignal wird in einem weiteren Schritt 46 Schwellwert-diskriminiert und dazu in Abhängigkeit eines vorbestimmten Schwellwertes für den Rauschsignalanteil, welcher von dem Lichtbogen verursacht sein kann, ein Ausgangssignal 47, insbesondere Alarmsignal oder Trennsignal, erzeugt und dieses ausgangsseitig ausgegeben.
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In dem Bordnetz, wie beispielsweise dem Bordnetz 34 in 1, kann in Abhängigkeit des Ausgangssignals 47 der Trennschalter 48 aktiviert werden, welcher ausgebildet ist, die Batterie 27 in Abhängigkeit des Ausgangssignals, insbesondere Trennsignals, von dem Bordnetz 34 zu trennen. Der Trennschalter 48 ist über eine Verbindungsleitung 49 mit dem Ausgang 23 verbunden und kann so das Ausgangssignal von der Verarbeitungseinheit 3 empfangen.
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Zusätzlich oder unabhängig von dem Trennschalter 48 kann beispielsweise ein Zwischenkreis, insbesondere ein Zwischenkreiskondensator als Bestandteil des Bordnetzes 34, entladen werden, sodass der Lichtbogen 32 verlöschen kann, und so kein weiterer Schaden, beispielsweise ein Brand, in dem Bordnetz 34 verursacht werden kann.
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In diesem Ausführungsbeispiel kann in Abhängigkeit des Ausgangssignals 47 der in 1 dargestellte Trennschalter 48 geöffnet werden, so dass die Batterie 27 von dem Bordnetz 34 getrennt wird.
