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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer fremderregten elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Stromfluss in wenigstens einer Erregerwicklung der elektrischen Maschine mittels eines mit der Erregerwicklung verbundenen Leistungsmoduls gesteuert und/oder generiert wird.
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Elektrische Maschinen werden immer häufiger als Antriebsmaschinen in Kraftfahrzeugen genutzt. Als Hauptantrieb werden vorwiegend permanent erregte Synchronmaschinen genutzt. Eine zunehmende Bedeutung gewinnen jedoch auch fremderregte Synchronmaschinen, da für permanent erregte Synchronmaschinen typischerweise Magnete, die seltene Erden enthalten, verwendet werden. Entsprechende Materialien sind, insbesondere wenn hohe Feldstärken gefordert werden, relativ teuer. Zudem stehen für entsprechende Materialien nur wenige Quellen zur Verfügung, so dass es im Sinne der Kosteneffizienz zunehmend relevant wird, fremderregte statt permanent erregte Synchronmaschinen zu nutzen.
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Bei fremderregten Synchronmaschinen ist es für deren Betrieb erforderlich, in eine Erregerwicklung, insbesondere eines Rotors, einen Erregerstrom einzubringen. Die Erregerwicklung dient daher zur Erzeugung eines magnetischen Erregerfelds, wozu sie zu bestromen ist.
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Ein Problem im Zusammenhang mit fremderregten elektrischen Maschinen, insbesondere fremderregten Synchronmaschinen, ist, dass im Fehlerfall, insbesondere wenn aktuell mittels der Erregerwicklung ein hohes magnetisches Feld generiert wird, hohe elektrische Ströme bzw. Spannungen induziert werden. Durch diese könnten elektrische Bauteile bzw. Halbleiterkomponenten beschädigt werden. Als Gegenmaßnahme erfolgt häufig ein aktiver Kurzschluss, etwa über ein Leistungsmodul bzw. einen Pulswechselrichter, wobei, um eine Zerstörung der Komponenten, über die der Kurzschluss geführt wird, eine sehr hohe Kurzschlussfestigkeit vorgesehen sein muss. Diese Kurzschlussfestigkeit wird typischerweise über ein Mehr an Leistungshalbleiterfläche realisiert, was jedoch zu hohen Kosten führt. Dies ist insbesondere auch deshalb nachteilig, da diese kostenintensive Maßnahme ausschließlich im Zusammenhang mit aktiven Kurzschlussströmen erforderlich ist, da derart hohe Ströme bzw. Spannungen im Normalbetrieb der elektrischen Maschine in der Regel nicht auftreten.
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Um diesem Problem zu begegnen, wurden im Stand der Technik bereits einige Vorschläge gemacht. Diese basieren insbesondere darauf, eine Entregung der Erregerwicklung im Fehlerfall einzuleiten, so dass das von der Erregerwicklung generierte Magnetfeld und mithin die induzierten Spannungen bzw. Ströme reduziert werden. Aus
WO 2011/086513 A1 ist bekannt, die in der Erregerwicklung gespeicherte elektrische Energie mittels eines elektrischen Verbrauchers zu reduzieren.
DE 10 2010 001 626 A1 und
DE 10 2017 204 091 A1 schlagen zur Entregung der Erregerwicklung die Generierung einer Gegenspannung vor.
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DE 10 2016 207 392 A1 offenbart ein Verfahren und eine Schaltung, mittels dem und der ein Entmagnetisieren einer Erregerwicklung, insbesondere eines Rotors, eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs optimiert wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes, insbesondere zuverlässiges, Konzept zur Entregung der Erregerwicklung einer fremderregten elektrischen Maschine im Fehlerfall anzugeben.
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Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, dass mittels eines mit der Erregerwicklung verbundenen Entregungsmoduls, das separat zum Leistungsmodul angeordnet ist und separat vom Leistungsmodul betrieben wird, eine Gegenspannung erzeugt wird, die an die Erregerwicklung angelegt wird und die die aktuell mittels des Leistungsmoduls erzeugte und an die Erregerwicklung anliegende Spannung zumindest teilweise kompensiert, so dass eine Entregung der Erregerwicklung erfolgt.
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Die fremderregte elektrische Maschine, die bevorzugt eine fremderregte Synchronmaschine ist, ist etwa als Antriebsmotor für das Kraftfahrzeug vorgesehen. Die elektrische Maschine umfasst bevorzugt einen Rotor mit wenigstens einer als Erregerwicklung fungierenden Rotorwicklung, wobei der Rotor drehbar in einem Gehäuse der elektrischen Maschine gelagert ist. Die elektrische Maschine umfasst ferner einen ortsfest in dem Gehäuse angeordneten Stator mit wenigstens einer Statorwicklung, die mit dem seitens der Erregerwicklung erzeugten Magnetfelds zum Betrieb der elektrischen Maschine interagiert.
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So ist die elektrische Maschine in einem Antriebsmodus betreibbar, bei dem in einer Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs gespeicherte elektrische Energie mittels der elektrischen Maschine in Bewegungsenergie umgewandelt und über einen Antriebsstrang auf die Räder, insbesondere die Vorder- und/oder Hinterräder des Kraftfahrzeugs, übertragen wird. In einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine wird Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine in elektrische Energie umgewandelt, die in der Traktionsbatterie gespeichert werden kann oder für andere Zwecke nutzbar ist. Hierdurch wird ein Verzögerungs- bzw. Bremsmoment des Kraftfahrzeugs bewirkt.
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Für den Betrieb der elektrischen Maschine ist die Erzeugung einer Wechselspannung erforderlich. Dies erfolgt typischerweise mittels des Leistungsmoduls, das zwischen die elektrische Maschine und der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs geschaltet ist. Das Leistungsmodul ist dazu eingerichtet, die seitens der Traktionsbatterie vorliegende elektrische Gleichspannung in eine elektrische Wechselspannung umzuwandeln und umgekehrt. Das Leistungsmodul kann auch als Gleich- bzw. Wechselrichter bezeichnet werden und umfasst zum Zweck der Spannungswandlung vorgesehene Schaltungen mit entsprechenden Halbleiterelementen.
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Im Fehlerfall der elektrischen Maschine kann die Problematik auftreten, dass das aktuell mittels der Erregerwicklung generierte Magnetfeld in Kombination mit einer hohen Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine dazu führt, dass in der Statorwicklung eine Spannung indiziert wird, die für den Normalbetrieb vorgesehene Spannungswerte weit übersteigt. Diese Werte können derart hoch sein, dass bei der eingangs beschriebenen Gegenmaßnahme des aktiven Kurzschlusses Ströme im Bereich zwischen 1.000 und 1.500 Ampere, vereinzelt sogar 2.000 Ampere, auftreten können. Demgegenüber treten im Normalbetrieb Stromstärken von nur etwa 30 Ampere auf.
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Die vorliegende Erfindung beruht mitunter auf dem Gedanken, insbesondere anstelle des aktiven Kurzschlusses, eine möglichst verzögerungsfreie und zuverlässige Entregung der Erregerwicklung durchzuführen. Das heißt, dass die in der Erregerwicklung gespeicherte elektrische Energie, von der die Höhe des aktuell mittels der Erregerwicklung generierten Magnetfelds abhängt, möglichst verzögerungsfrei reduziert und insbesondere auf Null abgesenkt wird. Diese sogenannte Entregung bewirkt, dass das aktive Kurzschlie-ßen als Gegenmaßnahme nicht mehr zwingend erforderlich ist. Die hiermit verbundenen Nachteile, etwa die entsprechende Auslegung der an dem aktiven Kurzschluss beteiligten Komponenten, werden mithin überwunden, so dass auch insbesondere Materialkosten eingespart werden können.
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Zur Realisierung der Gegenspannung ist das Entregungsmodul vorgesehen. Dieses umfasst hierzu erforderliche Schaltungen mit entsprechenden Halbleiterelementen. Erfindungsgemäß ist das Entregungsmodul separat zum Leistungsmodul angeordnet und separat von diesem betreibbar. Insbesondere ist vorgesehen, dass die mittels des Leistungsmoduls erzeugte und an die Erregerwicklung anliegende Spannung und die mittels des Entregungsmoduls erzeugte und an die Erregerwicklung anliegende Gegenspannung über separate Leitungspfade zur Erregerwicklung bzw. zum Rotor geführt werden. Das Entregungsmodul und das Leistungsmodul realisieren somit zueinander autarke und voneinander unabhängige Systeme. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass, sofern der Fehler seitens des Leistungsmoduls auftritt, die Generierung der Gegenspannung dennoch zuverlässig erfolgt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist bevorzugt vorgesehen, dass mittels wenigstens einer, insbesondere mit dem Leistungsmodul verbundenen, Fehlererfassungseinrichtung wenigstens eine Fehlerinformation erfasst wird, die eine im Zusammenhang mit der Steuerung und/oder dem Betrieb der elektrischen Maschine vorliegende Fehlfunktion beschreibt, wobei die Erzeugung der Gegenspannung nur bei Vorliegen der Fehlerinformation erfolgt. Im fehlerfreien Betrieb der elektrischen Maschine, also wenn mittels der Fehlererfassungseinrichtung aktuell kein Vorliegen eines Fehlers detektiert wird, befindet sich das Entregungsmodul bevorzugt in einem „Standby“-Zustand, in dem keine Gegenspannung generiert wird.
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Die Fehlerinformation beschreibt insbesondere einen nicht-ordnungsgemä-ßen Betrieb einer zur Steuerung der elektrischen Maschine und/oder des Leistungsmoduls eingerichteten Software. So kann in einem solchen Fall beispielsweise ein Neustart der Software erforderlich sein, wobei während dieses Zeitraums eine ordnungsgemäße Steuerung der elektrischen Maschine nicht möglich ist und die Generierung der Gegenspannung erforderlich ist. Die Software ist z.B. auf einer Steuereinheit, etwa des Kraftfahrzeugs oder des Leistungsmoduls, implementiert.
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Bezüglich der Fehlerinformation ist denkbar, dass diese das Lösen einer Verbindungsleitung des Kraftfahrzeugs oder der elektrischen Maschine, über die Signale und/oder elektrische Ströme von und/oder zur elektrischen Maschine oder innerhalb der elektrischen Maschine übertragen werden, beschreibt. Das Lösen der Verbindungsleitung kann aufgrund eines fahrbewegungsbedingten Lockerns und eines anschließenden Lösens einer Steckverbindung verursacht werden. Die Verbindungsleitung kann eine Masseleitung, an die insbesondere die Erregerwicklung angeschlossen ist, oder eine Leitung zur Übertragung von Messsignalen oder eine Leitung zur Übertragung von Versorgungsströmen oder dergleichen sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zusätzlich wenigstens eine den Betrieb der elektrischen Maschine betreffende Betriebsinformation erfasst wird, wobei die Generierung der Gegenspannung zusätzlich in Abhängigkeit der Betriebsinformation erfolgt. So sind Situationen denkbar, in denen das bloße Vorliegen der Fehlerinformation die Entregung der Erregerwicklung noch nicht erforderlich macht. So hängt das aktuell mittels der Erregerwicklung generierte Magnetfeld von vielen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs bzw. der elektrischen Maschine ab, wobei in manchen Fehlersituationen das aktuell generierte Magnetfeld klein genug ist, so dass eine Beschädigung von Komponenten aufgrund eines hierdurch induzierten Stroms nicht möglich ist. In diesem Fall ist die Entregung der Erregerwicklung überflüssig. Zur Erfassung der Betriebsinformation kann ein Sensorsignal wenigstens eines Sensors des Kraftfahrzeugs oder der elektrischen Maschine, insbesondere seitens der oder einer Steuerungseinrichtung, ausgewertet werden.
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So kann die Betriebsinformation eine aktuelle Drehzahl eines Rotors der elektrischen Maschine beschreiben. Grundsätzlich gilt, dass die mittels des von der Erregerwicklung generierten Magnetfelds induzierten Strom- bzw. Spannungswerte proportional zur Drehzahl des Rotors sind, wobei bei einer niedrigen Rotordrehzahl die Entregung der Erregerwicklung nicht erforderlich ist. Der Sensor zur Erfassung der Drehzahl kann ein Rotorlagegeber sein, über den die aktuelle Rotationsstellung des Rotors erfassbar ist.
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Die Betriebsinformation kann zusätzlich oder alternativ eine aktuell in der Erregerwicklung vorliegende elektrische Stromstärke und/oder eine aktuell an die Erregerwicklung anliegende elektrische Spannung beschreiben. Auch hier gilt, dass das von der Erregerwicklung erzeugte Magnetfeld umso kleiner ist, je kleiner die entsprechende Stromstärke respektive Spannung ist. Zur Erfassung dieser Betriebsinformation können Steuerdaten der Steuereinheit erfasst und ausgewertet werden.
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Die Betriebsinformation kann zusätzlich oder alternativ eine aktuelle Temperatur der Erregerwicklung beschreiben. Je höher die Temperatur der Erregerwicklung ist, desto größer ist deren ohmscher Widerstand und desto geringer ist das bei einer bestimmten Stromstärke bzw. Spannung generierte Magnetfeld. So kann bei einer entsprechend hohen Temperatur der Erregerwicklung das generierte Magnetfeld dennoch aufgrund dieser Temperatur derart gering sein, dass eine Entregung nicht erforderlich ist.
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Bezüglich der Betriebsinformation ist ferner denkbar, dass die Höhe der generierten Gegenspannung hiervon abhängt.
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Die Generierung der Gegenspannung kann dann erfolgen, wenn eine anhand der Betriebsinformation ermittelte und die in einer Statorwicklung induzierte Stromstärke betreffende Induktionsinformation angibt, dass die aktuell in der Statorwicklung induzierte Stromstärke, die aufgrund der aktuellen Rotordrehzahl und dem von der Erregerwicklung erzeugten Magnetfeld bewirkt wird, größer ist als ein, insbesondere fest vorgegebener, Stromstärkengrenzwert. So kann anhand der Betriebsinformation die aktuelle Drehzahl sowie die Höhe des aktuell von der Erregerwicklung generierten Magnetfelds bestimmt werden, wobei anhand dieser Werte eine erwartbare induzierte Stromstärke in der Statorwicklung bestimmbar ist. Die Entregung der Erregerwicklung kann dann initiiert werden, wenn die zu erwartende Stromstärke in der Statorwicklung größer ist als der Stromstärkengrenzwert, bei dessen Überschreiten eine Beschädigung der Halbleiterkomponenten der beteiligten Bauteile zu erwarten ist.
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Die Auswertung der Betriebsinformationen kann anhand einer Lookup-Tabelle, die insbesondere in der oder einer Steuerungseinrichtung hinterlegt ist, erfolgen. So kann die Look-up-Tabelle Wertepaare betreffend die Rotordrehzahl und die aktuelle in der Erregerwicklung vorliegende Stromstärke oder Wertetripel betreffend die Rotordrehzahl, die aktuelle in der Erregerwicklung vorliegende Stromstärke und die aktuelle Temperatur der Erregerwicklung umfassen, wobei jedem Wertepaar oder Wertetripel eine Information zugeordnet ist, ob aktuell die Gegenspannung erzeugt wird oder nicht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Gegenspannung mittels einer in einem Hochvolt-Bordnetz, in dem insbesondere eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs eingebunden ist, vorliegenden Spannung und/oder mittels einer in einem Niedrigvolt-Bordnetz, in dem eine Niedrigvolt-Batterie des Kraftfahrzeugs eingebunden ist, vorliegenden Spannung generiert wird. So kann einerseits eine Hochvolt-Batterie, nämlich die Traktionsbatterie, andererseits eine Niedrigvolt-Batterie, die insbesondere in einem 12-Volt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs eingebunden ist, als Spannungsquelle zur Erzeugung der Gegenspannung dienen.
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In einer Weiterbildung hiervon kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Hochvolt-Bordnetz und der elektrischen Maschine respektive zwischen dem Niedrigvolt-Bordnetz und der elektrischen Maschine ein Spannungsregulierungselement geschaltet ist, wobei die die Höhe der erzeugten Gegenspannung mittels des Spannungsregulierungselements eingestellt wird. Das Spannungsregulierungselement kann ein Spannungstransformator und/oder ein Hochsetzsteller, also eine Schaltung mit Halbleiterbauelementen zur Modifizierung einer Spannungsstärke, sein. Das Spannungsregulierungselement kann eine Komponente des Entregungsmoduls sein.
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Die aktuell mittels des Leistungsmoduls erzeugte und an die Erregerwicklung anliegende Spannung kann mittels der Gegenspannung zum Teil oder komplett kompensiert werden. So ist eine komplette Kompensation der mittels des Leistungsmoduls erzeugten Spannung nicht zwangsläufig erforderlich, da grundsätzlich eine Reduzierung dieser Spannung auf einen niedrigeren Spannungswert ausreichend ist, um Beschädigungen zu vermeiden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorangehenden Beschreibung ausgebildeten und eingerichteten Steuerungseinrichtung und einer fremderregten elektrischen Maschine, wobei ein Stromfluss in wenigstens einer Erregerwicklung der elektrischen Maschine mittels eines mit der Erregerwicklung verbundenen Leistungsmoduls steuer- und/oder generierbar ist. Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe bei diesem Kraftfahrzeug dadurch, dass mittels eines mit der Erregerwicklung verbundenen Entregungsmoduls, das separat zum Leistungsmodul angeordnet und separat vom Leistungsmodul betreibbar ist, eine Gegenspannung erzeugbar ist, die an die Erregerwicklung anliegt und mittels der die aktuell mittels des Leistungsmoduls erzeugte und an die Erregerwicklung anliegende Spannung zumindest teilweise kompensierbar ist, so dass die Erregerwicklung entregbar ist. Sämtliche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile und Merkmale sind gleichermaßen auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragbar und umgekehrt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug kann vorgesehen sein, dass das Leistungsmodul und das Entregungsmodul über wenigstens einen gemeinsamen elektrischen Schleifkontakt oder über jeweils separate elektrische Schleifkontakte mit der Erregerwicklung elektrisch verbunden ist, wobei der Schleifkontakt oder die Schleifkontakte jeweils wenigstens einen Schleifring und wenigstens eine Bürste aufweisen. Um eine möglichst kurze Reaktionszeit hinsichtlich der Generierung der Gegenspannung zu gewährleisten, liegt die zum Anlegen der Gegenspannung vorgesehene Bürste bevorzugt permanent an dem entsprechenden Schleifring an.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Figur.
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Die einzige Figur zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, anhand dem ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert wird.
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Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine als fremderregte Synchronmaschine ausgebildete elektrische Maschine 2, die über einen nur äußerst schematisch angedeuteten Antriebsstrang 3 mit Rädern 4 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist. Der Antriebsstrang 3 umfasst nicht näher gezeigte Wellen und Differentiale, über die ein Drehmoment von der elektrischen Maschine 2 auf die Räder 4 übertragbar ist und umgekehrt. Beim Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend beispielhaft ein Frontantrieb ausgebildet.
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Die elektrische Maschine 2 umfasst einen mehrere Erregerwicklungen 5 aufweisenden Rotor 6 und einen mehrere Statorwicklungen 7 aufweisenden Stator 8. Ein Stromfluss in den Erregerwicklungen 5 wird mittels eines mit den Erregerwicklungen 5 verbundenen Leistungsmoduls 9 gesteuert. Das Leistungsmodul 9 agiert hierbei als ein Gleichrichter, mittels dem eine seitens einer Traktionsbatterie 10 des Kraftfahrzeugs 1 vorliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelbar ist und umgekehrt.
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Zur Übertragung der elektrischen Spannung auf die Erregerwicklungen 5 ist ein Schleifkontakt vorgesehen. Dieser ist dadurch realisiert, dass an einer Welle 11, die mit dem Rotor 6 verbunden ist, Schleifringe 12 angeordnet sind, die mit Bürsten 13 in Kontakt stehen.
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Ferner vorgesehen ist ein Entregungsmodul 14, mittels dem eine Gegenspannung erzeugbar ist, die an die Erregerwicklungen 5 angelegt wird und die die aktuell mittels des Leistungsmoduls neu erzeugte und an die Erregerwicklungen 5 anliegende Spannung zumindest teilweise kompensiert. Das Entregungsmodul 14 umfasst zu diesem Zweck entsprechende Schaltkreise mit Halbleiterelementen. Das Entregungsmodul 14 ist separat zum Leistungsmodul 9 angeordnet und separat von diesem betreibbar. Die Gegenspannung wird über an den Schleifringen 12 anliegende Bürsten 15 auf die Erregerwicklungen 5 übertragen. Alternativ zu den Bürsten 15 kann vorgesehen sein, dass die seitens des Entregungsmoduls erzeugte Gegenspannung gleichermaßen wie die seitens des Leistungsmoduls 9 erzeugte Spannung über die Bürsten 13 auf die Erregerwicklungen 5 übertragen wird, wobei die entsprechenden Leitungen in der Figur durch gestrichelte Linien angedeutet sind.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Gegenspannung mittels einer in einem Niedrigvolt-Bordnetz 25, in dem eine Niedrigvolt-Batterie 16 des Kraftfahrzeugs 1 eingebunden ist, vorliegenden Spannung generiert wird. Das Niedrigvolt-Bordnetz 25 ist vorliegend ein 12-Volt-Bordnetz, in dem nicht näher gezeigte Verbraucher des Kraftfahrzeugs 1 eingebunden sind.
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Alternativ kann die Gegenspannung mittels einer in einem Hochvolt-Bordnetz 17, in dem die Traktionsbatterie 12 des Kraftfahrzeugs 1 eingebunden ist, vorliegenden Spannung generiert werden. Die entsprechende Verbindungsleitung ist in der Figur durch die gestrichpunktete Linie angedeutet. Zur Einstellung der Höhe der mittels des Entregungsmoduls 14 generierten Gegenspannung weist dieses ein Spannungsregulierungselement 18 auf, das vorliegend beispielhaft ein Spannungstransformator ist. Das Spannungsregulierungselement 18 kann auch ein Hochsetzsteller sein.
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Nachfolgend wird anhand des in der Figur gezeigten Kraftfahrzeugs 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, wobei zu dessen Durchführung eine Steuerungseinrichtung 19 des Kraftfahrzeugs 1 vorgesehen und eingerichtet ist.
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So ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass bei Auftreten eines im Zusammenhang mit der Steuerung und/oder dem Betrieb der elektrischen Maschine 2 bzw. dem Leistungsmodul 9 vorliegenden Fehlfunktion die Gegenspannung generiert wird, die, bezogen auf das Leistungsmodul 9, unabhängig von der mittels dem Leistungsmodul 9 bereitgestellten Spannungsversorgung zu den Erregerwicklungen 5 geführt wird. Die Gegenspannung bewirkt eine Entregung der Erregerwicklungen 5, so dass ein mittels den Erregerwicklungen 5 generiertes Magnetfeld reduziert wird. Hierdurch wird verhindert, dass über dieses Magnetfeld induzierte Ströme in den Statorwicklungen 7 auftreten, die derart hoch sind, dass eine Beschädigung der hiermit verbundenen Komponenten auftreten könnte.
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Wesentlich ist hierbei, dass das Leistungsmodul 9 und das Entregungsmodul 14 separat bzw. autark voneinander vorgesehen sind, so dass insbesondere eine seitens des Leistungsmoduls 9 vorliegende Störung nicht dazu führt, dass die Generierung der Gegenspannung und mithin die Entregung der Erregerwicklungen 5 ausbleibt. Die mittels des Leistungsmoduls 9 und mittels des Entregungsmoduls 14 generierte Spannung ist über separate Leitungspfade 20 zu den Erregerwicklungen 5 bzw. den Schleifringen 12 führbar.
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Zur Erfassung einer einen fehlerhaften Zustand im Zusammenhang mit der Steuerung und/oder dem Betrieb der elektrischen Maschine 2 bzw. dem Leistungsmodul 9 betreffende Fehlerinformation ist die als eine Fehlererfassungseinrichtung fungierende Steuerungseinrichtung 19 vorgesehen. Die Steuerungseinrichtung 19 agiert mithin als eine Fehlerdiagnoseeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, bei der Erfassung eines Fehlers und dem Vorliegen der entsprechenden Fehlerinformation das Entregungsmoduls 14 anzusteuern, so dass gegebenenfalls die Gegenspannung generiert wird.
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Die Steuerungseinrichtung 19 ist mit dem Leistungsmodul 9 respektive einer Steuereinheit 21 des Leistungsmoduls 9, auf der eine zum Betrieb der zur Steuerung des Leistungsmoduls 9 eingerichtete Software implementiert ist, verbunden. So ist eine erste Fehlerinformation darauf gerichtet, dass aktuell ein nicht-ordnungsgemäßer Betrieb der Software der Steuereinheit 21 vorliegt, wobei z.B. ein Neustart dieser Software erfolgt bzw. erforderlich ist.
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Eine zweite Fehlerinformation ist darauf gerichtet, dass sich aktuell eine Verbindungsleitung des Kraftfahrzeugs 1 oder der elektrischen Maschine 2 gelöst hat. Über die Verbindungsleitung können Signale respektive elektrische Ströme von und/oder zur elektrischen Maschine 2 übertragen werden bzw. innerhalb der elektrischen Maschine 2 übertragen werden.
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Da jedoch das bloße Vorliegen der Fehlerinformation noch nicht zwangsläufig die Generierung der Gegenspannung erforderlich macht, werden bei Vorliegen der Fehlerinformation zusätzlich Betriebsinformationen betreffend den Betrieb der elektrischen Maschine 2 erfasst. Zur Erfassung der Betriebsinformationen sind mit der Steuerungseinrichtung 19 verbundene Sensoren 22 vorgesehen.
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So betrifft bzw. beschreibt eine erste Betriebsinformation die aktuelle Drehzahl des Rotors 6, wobei die Erfassung dieser Betriebsinformation mittels des als ein Rotorlagegeber 23 ausgebildeten Sensors 22 erfolgt. Über den Rotorlagegeber 23 werden Messdaten betreffend die aktuelle Rotationsstellung des Rotors 6 erfasst und an die Steuerungseinrichtung 19 übertragen.
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Eine zweite Betriebsinformationen betrifft bzw. beschreibt eine aktuelle Temperatur der Erregerwicklungen 5, die über einen als Temperatursensor 24 ausgebildeten Sensor 22 erfasst wird. Über den Temperatursensor 24 werden Messdaten betreffend die aktuelle Temperatur des Rotors 6 bzw. der Erregerwicklungen 5 erfasst und an die Steuerungseinrichtung 19 übertragen.
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Schließlich beschreibt eine dritte Betriebsinformation eine aktuell in den Erregerwicklungen 5 vorliegende elektrische Stromstärke respektive aktuell an die Erregerwicklungen 5 anliegende elektrische Spannung. Diese Betriebsinformation wird seitens der Steuerungseinrichtung 19 über Steuerdaten der Steuereinheit 21 erfasst. Alternativ kann zu diesem Zweck kann ein separater Strom- bzw. Spannungssensor der Erregerwicklungen 5 vorgesehen sein.
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Die Generierung der Gegenspannung erfolgt dann, wenn eine Induktionsinformation angibt, dass die aktuell in den Statorwicklungen 7 induzierte Stromstärke größer ist als ein, beispielhaft fest vorgegebener, Stromstärkengrenzwert. Die Induktionsinformation wird anhand der Betriebsinformationen ermittelt. So ist die in den Statorwicklungen 7 induzierte Stromstärke umso größer, je größer die aktuelle Drehzahl, das aktuell von der den Erregerwicklungen 5 erzeugte Magnetfeld und je kleiner die aktuelle Temperatur der Erregerwicklungen 5 ist. Sofern die zu erwartende induzierte Stromstärke größer ist als der vorgegebene Stromstärkengrenzwert, ist zu erwarten, dass eine Beschädigung der mit den Statorwicklungen 7 verbundenen Komponenten eintritt. In diesem Fall erfolgt eine Ansteuerung des Entregermoduls 14 derart mittels der Steuerungseinrichtung 19, dass die Gegenspannung generiert wird. Sofern die zu erwartende induzierte Stromstärke kleiner ist als der vorgegebene Stromstärkengrenzwert, ist zu erwarten, dass aufgrund der induzierten Stromstärke eine Beschädigung der mit den Statorwicklungen 7 verbundenen Komponenten nicht eintritt. In diesem Fall erfolgt keine entsprechende Ansteuerung des Entregermoduls 14.
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Die Höhe der generierten Gegenspannung hängt ebenfalls von den Betriebsinformationen ab. So ist die generierte Gegenspannung derart, dass die seitens des Leistungsmoduls 9 aktuell erzeugte und an die Erregerwicklungen 5 anliegende Spannung komplett kompensiert, zumindest jedoch derart reduziert wird, dass die zu erwartende, in den Statorwicklungen 7 induzierte Stromstärke kleiner oder gleich dem Stromstärkengrenzwert ist.
