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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Drehstromantriebseinrichtung, insbesondere eines Wankstabilisators, für ein Fahrzeug sowie auf eine Antriebsvorrichtung und einen Wankstabilisator.
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Zur Wankstabilisierung eines Fahrzeugs wird ein Wankstabilisator eingesetzt.
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Die
EP 1 426 208 B1 offenbart einen geteilten elektromechanischen Kraftfahrzeugstabilisator und ein Verfahren zur Wankstabilisierung bei Ausfall oder Abschaltung des aktiven Kraftfahrzeugstabilisators.
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Die gattungsbildende
DE 10 2008 000 145 A1 offenbart eine Anordnung zum Ansteuern eines Drehstromantriebs. Ein Motorsteuergerät schaltet im Störungsfall den Sternpunkt des Drehstromantriebs spannungsfrei.
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Die
DE 10 2007 021 491 A1 offenbart eine Motoranordnung mit einem mehrphasigen Motor und einem elektronischen Trennrelais-Modul, um in einem Fehlerfall eine oder mehrere Motorphasen stromlos zu schalten.
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Die US 2007 / 0030606 A1 offenbart ein Fehlerschutzsystem für eine Permanentmagnetmaschine. Um Schaden von der Maschine abzuwenden kann eine kurzgeschlossene Windung abgeklemmt oder ein Kurzschluss isoliert werden.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Ansteuern einer Drehstromantriebseinrichtung sowie eine verbesserte Antriebsvorrichtung und einen verbesserten Wankstabilisator gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Wenn bei einem Drehstromantrieb die Energieversorgung unterbrochen wird, kann der Drehstrommotor als Generator wirken. Um daraus resultierende Schäden zu verhindern, kann ein realer oder virtueller Sternpunkt des Drehstrommotors aufgetrennt werden.
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Eine Drehstromantriebseinrichtung, insbesondere für einen Wankstabilisator, für ein Fahrzeug weist einen Versorgungsleitungsanschluss zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung, einen Wandler zum Bereitstellen einer Wechselspannung unter Verwendung der Versorgungsspannung und drei Phasenleitungen zum Bereitstellen der Wechselspannung an Eingangsanschlüsse eines durch die Wechselspannung betreibbaren Drehstrommotors auf. Eine Vorrichtung zum Ansteuern einer solchen Drehstromantriebseinrichtung weist die folgenden Merkmale auf: eine Einleseeinrichtung zum Einlesen eines Unterbrechungssignals, das eine Unterbrechung einer Bereitstellung der Versorgungsspannung an dem Versorgungsleitungsanschluss anzeigt; und
eine Bereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen eines Schutzsignals unter Verwendung des Unterbrechungssignals an eine Schnittstelle zu einer Schutzeinrichtung, die ausgebildet ist, um ansprechend auf das Schutzsignal eine Auftrennung eines Sternpunkts des Drehstrommotors zu bewirken.
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Bei dem Drehstrommotor kann es sich um einen dreiphasigen Elektromotor handeln. Der Wandler kann ausgebildet sein, um eine Gleichspannung in eine zum Betreiben des Drehstrommotors erforderliche Wechselspannung umzuwandeln. Über eine Charakteristik der Wechselspannung kann eine Leistung des Drehstrommotors gesteuert werden. Somit kann der Wandler als eine Steuereinheit zum Steuern des Drehstrommotors aufgefasst werden oder Teil einer solchen Steuereinheit sein. Beispielsweise kann der Wandler als ein Wechselrichter ausgeführt sein. Der Wandler kann eine Brückenschaltung zum Wandeln der Versorgungsspannung in die Wechselspannung aufweisen. Bei der Versorgungsspannung kann es sich um eine von einem Bordnetz eines Fahrzeugs, beispielsweise von einem 48V- oder 12V-Bordnetz, bereitgestellte Gleichspannung handeln. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen können drei oder mehr Phasenleitungen zum Betreiben des Drehstrommotors vorgesehen sein. Unter der Unterbrechung der Versorgungsspannung kann verstanden werden, dass keine oder eine verminderte Versorgungsspannung an den Versorgungsleitungsanschluss bereitgestellt wird. Dies kann beispielsweise bei einer Unterbrechung einer mit dem Versorgungsleitungsanschluss verbundenen Versorgungsleitung der Fall sein. Das Unterbrechungssignal und das Schutzsignal können analoge oder digitale elektrische Signale sein. Unter einer Generatorspannung kann eine Spannung verstanden werden, die von dem Drehstrommotor generiert und in die Phasenleitungen eingespeist wird, wenn der Wandler nicht mehr mit der Versorgungsspannung versorgt wird und somit keine Wechselspannung zum Betreiben des Drehstrommotors von dem Wandler bereitgestellt wird. Die Schutzeinrichtung kann zumindest einen Schalter umfassen, der zum Auftrennen zumindest einer ausgangsseitigen Anschlussleitung des Drehstrommotors vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Schutzeinrichtung eine Steuereinrichtung zum Ansteuern eines solchen Schalters umfassen. Durch die Schutzeinrichtung kann der Sternpunkt des Drehstrommotors aufgetrennt werden, wodurch eine Generierung der Generatorspannung verhindert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Schutzsignal ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Schalteinrichtungen umfassende Schutzeinrichtung anzusteuern, wobei die Schalteinrichtungen in Ausgangsanschlüsse des Drehstrommotors miteinander verbindenden Leitungen angeordnet sind. Unter Verwendung der Schalteinrichtungen kann der Sternpunkt einfach und zuverlässig aufgetrennt werden.
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Entsprechend kann das Schutzsignal ausgebildet sein, um eine eine Mehrzahl von Schalteinrichtungen umfassende Schutzeinrichtung anzusteuern, wobei die Schalteinrichtungen in Ausgangsanschlüsse des Drehstrommotors mit dem Versorgungsleitungsanschluss und/oder einem Bezugspotenzialanschluss des Wandlers verbindenden Leitungen angeordnet sind. Die Bereitstellung eines solchen Schutzsignals bietet sich bei einem Drehstrommotor mit einem virtuellen Sternpunkt an.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung die Schutzeinrichtung aufweisen. Die Schutzeinrichtung kann die genannten Schalteinrichtungen umfassen, die in den die Ausgangsanschlüsse des Drehstrommotors miteinander verbindenden Leitungen angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ kann die Schutzeinrichtung die Schalteinrichtungen umfassen, die in den die Ausgangsanschlüsse des Drehstrommotors mit dem Versorgungsleitungsanschluss und/oder einem Bezugspotenzialanschluss des Wandlers verbindenden Leitungen angeordnet sind. Das Vorsehen einer solchen zusätzlichen Schutzeinrichtung bietet sich an, wenn nicht auf ohnehin vorhandene Schalteinrichtungen zurückgegriffen werden kann, durch die der Sternpunkt aufgetrennt werden kann.
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Die Bereitstellungseinrichtung kann ausgebildet sein, um das Schutzsignal als ein Wechselsignal bereitzustellen, um eine alternierende Auftrennung und Schließung des Sternpunkts zu bewirken. Eine Frequenz des Schutzsignals kann dabei so gewählt werden, dass die Zeitabschnitte, während denen der Sternpunkt nicht aufgetrennt ist, so kurz sind, dass die währenddessen generierte Generatorspannung keine Beschädigung der Drehstromantriebseinrichtung hervorrufen kann. Vorteilhafterweise kann somit die zeitweise erzeugte Generatorspannung verwendet werden, um einen Wert der Generatorspannung zu bestimmen. Auch kann die Generatorspannung zum Betreiben der Vorrichtung verwendet werden.
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Entsprechend kann zumindest die Bereitstellungseinrichtung unter Verwendung einer von dem Drehstrommotor an den Eingangsanschlüssen bereitgestellten Generatorspannung betreibbar sein. Auf diese Weise wird ein autarker Betrieb ermöglicht.
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Die Vorrichtung kann eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Unterbrechung einer Bereitstellung der Versorgungsspannung aufweisen. In dem die Unterbrechung erfasst werden kann, kann mit einer hohen Zuverlässigkeit entschieden werden, ob die Bereitstellung des Schutzsignals und damit das Auftrennen des Sternpunktes erforderlich ist oder nicht.
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Beispielsweise kann die Erfassungseinrichtung ausgebildet sein, um die Unterbrechung durch einen Vergleich zwischen einer an dem Versorgungsleitungsanschluss anliegenden Spannung und einer Referenzspannung zu erfassen. Durch eine geeignete Wahl der Referenzspannung kann vermieden werden, dass eine Auftrennung des Sternpunktes bereits erfolgt, wenn lediglich ein geringer Abfall der Versorgungsspannung vorliegt, der zu gering ist, um eine unerwünschte Generatorspannung hervorzurufen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Einleseeinrichtung ausgebildet sein, um das Unterbrechungssignal über eine Schnittstelle zu einem Kommunikationsbus einzulesen. Zusätzlich oder alternativ kann die Bereitstellungseinrichtung ausgebildet sein, um das Schutzsignal über eine Schnittstelle zu einem Kommunikationsbus bereitzustellen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein vorhandener Kommunikationsbus der Drehstromantriebseinrichtung zur Signalübertragung verwendet werden.
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Eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für einen Wankstabilisator für ein Fahrzeug, weist eine Drehstromantriebseinrichtung mit einem Drehstrommotor, einem Versorgungsleitungsanschluss zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung, einem Wandler zum Bereitstellen einer Wechselspannung unter Verwendung der Versorgungsspannung und drei Phasenleitungen zum Bereitstellen der Wechselspannung an Eingangsanschlüsse des durch die Wechselspannung betreibbaren Drehstrommotors und zusätzlich eine genannte Vorrichtung zum Ansteuern der Drehstromantriebseinrichtung auf. Durch die Vorrichtung zum Ansteuern kann ein sehr sicherer Betrieb der Antriebsvorrichtung gewährleistet werden, insbesondere auch bei einem Ausfall der Versorgungsspannung zum Betreiben der Drehstromantriebseinrichtung.
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Ein entsprechender Wankstabilisator für ein Fahrzeug weist neben zwei Stabilisatorelementen und einem Drehstrommotor zum Bewirken einer eine Wankbewegung des Fahrzeugs beeinflussenden Relativbewegung zwischen den Stabilisatorelementen eine genannte Vorrichtung zum Ansteuern einer den Drehstrommotor umfassenden Drehstromantriebseinrichtung auf.
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Somit kann der beschriebene Ansatz vorteilhafterweise in einen Wankstabilisator für ein Fahrzeug integriert werden und genutzt werden, um eine Zuverlässigkeit des Wankstabilisators zu erhöhen.
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Ein Verfahren zum Ansteuern einer entsprechenden Drehstromantriebseinrichtung umfasst die folgenden Schritte:
- Einlesen eines Unterbrechungssignals, das eine Unterbrechung einer Bereitstellung der Versorgungsspannung an dem Versorgungsleitungsanschluss anzeigt; und
- Bereitstellen eines Schutzsignals unter Verwendung des Unterbrechungssignals an eine Schnittstelle zu einer Schutzeinrichtung, die ausgebildet ist, um ansprechend auf das Schutzsignal einen Sternpunkt des Drehstrommotors bildende Leitungen zu unterbrechen.
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Die Schritte eines solchen Verfahrens können vorteilhafterweise unter Verwendung der bereits genannten Einrichtungen einer Vorrichtung zum Ansteuern einer Drehstromantriebseinrichtung durchgeführt werden. Eine solche Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Aktuatorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Antriebsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ansteuern einer Drehstromantriebseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 ein Schaltbild eines Drehstrommotors mit einer Schutzeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 5 ein Schaltbild einer Antriebsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Wankstabilisator 105, hier genannt Stabilisator, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Stabilisator 105 ist als zweigeteilter Drehstab mit einem ersten Stabilisatorelement 111 und einem zweiten Stabilisatorelement 111 a realisiert. Hierbei ist ein Ende des ersten Stabilisatorelements 111 mit einem ersten Radaufhängungselement 113 des Fahrzeugs 100 verbunden und ein Ende des zweiten Stabilisatorelements 111a mit einem zweiten Radaufhängungselement 113a des Fahrzeugs 100 verbunden. Beispielsweise sind die Enden der Stabilisatorelemente 111, 111a hierbei als, vorzugsweise etwa in Fahrtrichtung gebogene oder gekröpfte, Arme ausgeführt, die mittels gelenkig gelagerter Pendelstützen 117, 117a jeweils mit den Radaufhängungselementen 113, 113a verbunden sind. Bei den Radaufhängungselementen 113, 113a handelt es sich beispielsweise um gegenüberliegende Querlenker des Fahrzeugs 100. Die Stabilisatorelemente 111, 111a sind je mittels eines Aufbaulagers 119 um eine gemeinsame Drehachse D-D drehbar an einem Fahrgestell bzw. der Karosserie des Fahrzeugs 100 befestigt. Die Drehachse D-D entspricht hierbei beispielhaft einer Querachse des Fahrzeugs 100.
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Je ein einer Fahrzeugmitte des Fahrzeugs 100 zugewandtes Ende der Stabilisatorelemente 111, 111 a ist mit zumindest einem Elektromotor als Aktuator 110 mechanisch gekoppelt. Der nicht dargestellte Elektromotor ist in der Aktuatorvorrichtung angeordnet und als Drehstromantriebseinrichtung 102 ausgebildet, um unter Verwendung eines Regelungssignals die Stabilisatorelemente 111, 111a gegensinnig um die Drehachse D-D zu verdrehen. Hierbei repräsentiert das Regelungssignal bspw. ein basierend auf einer feldorientierten Regelung ermitteltes Signal. Durch das gegensinnige Verdrehen der Stabilisatorelemente 111, 111a werden die Radaufhängungselemente 113, 113a bewegt und es kann einem Wanken der Karosserie bspw. bei Kurvenfahrt entgegengewirkt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Fahrzeug 100 mit einer Vorrichtung 165 ausgestattet, die an den Elektromotor 135 angeschlossen ist und ausgebildet ist, um das Regelungssignal bereitzustellen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Antriebsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Antriebsvorrichtung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel Teil eines Wankstabilisators für das Fahrzeug 100 kann jedoch beispielsweise auch im Zusammenhang mit einer Getriebeaktuatorik des Fahrzeugs 100 eingesetzt werden. Die Antriebsvorrichtung umfasst eine Drehstromantriebseinrichtung 102 und eine Vorrichtung 104 zum Ansteuern der Drehstromantriebseinrichtung 102.
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Die Drehstromantriebseinrichtung 102 weist einen Drehstrommotor 110 und einen Wandler 112 auf. Der Wandler 112 ist ausgebildet, um über Phasenleitungen 114, 115, 116 eine Wechselspannung zum Betreiben des Drehstrommotors 110 an den Drehstrommotor 110 bereitzustellen. Der Wandler 112 weist einen Versorgungsleitungsanschluss 118 auf. Eine Energieversorgungs-einrichtung 120, beispielsweise ein Bordnetz des Fahrzeugs 100, ist ausgebildet, um eine Versorgungsspannung über eine Versorgungsleitung 122 an den Versorgungsleitungsanschluss 118 bereitzustellen. Der Wandler 112 ist ausgebildet, um unter Verwendung der Versorgungsspannung die Wechselspannung zu erzeugen und über Ausgangsanschlüsse 124, 125, 126 an die Phasenleitungen 114, 115, 116 bereitzustellen. Ein Bezugspotenzialanschluss 128 des Wandlers 112 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer Bezugspotenzialleitung 129, hier einer Masseleitung, verbunden.
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Wenn im Betrieb des Drehstrommotors 110 die Versorgungsspannung unterbrochen wird, beispielsweise aufgrund einer Unterbrechung 130 der Versorgungsleitung 122, so wirkt der Drehstrommotor 110 als Generator und speist eine Generatorspannung über Eingangsanschlüsse 132, 133, 134 des Drehstrommotors 110 in die Phasenleitungen 114, 115, 116 ein. Die Generatorspannung kann zu Schäden in der Drehstromantriebseinrichtung 102 führen.
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Die Vorrichtung 104 ist ausgebildet, um eine Generierung einer solchen in die Phasenleitungen 114, 115, 116 einspeisbaren Generatorspannung vollständig oder zumindest teilweise zu verhindern. Dazu ist die Vorrichtung 104 ausgebildet, um über eine Eingangsschnittstelle ein Unterbrechungssignal 140 zu empfangen. Das Unterbrechungssignal 140 ist ausgebildet, um eine Unterbrechung einer Bereitstellung der Versorgungsspannung, beispielsweise hervorgerufen durch die Unterbrechung 130 der Leitung 122, anzuzeigen. Die Vorrichtung 104 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Unterbrechungssignals 140 zumindest ein Schutzsignal 142, 144 zu erzeugen und bereitzustellen, das geeignet ist, um eine Schutzeinrichtung 152, 154 so anzusteuern, dass eine Generierung der Generatorspannung zumindest teilweise verhindert wird.
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Zum Einlesen des Unterbrechungssignals 140 weist die Vorrichtung 104 eine Einleseeinrichtung 160 auf, die ausgebildet ist, um das Unterbrechungssignal 140 einzulesen und das Unterbrechungssignal 140 an eine Bereitstellungseinrichtung 162 der Vorrichtung 104 bereitzustellen. Die Bereitstellungseinrichtung 162 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Unterbrechungssignals 140 zumindest eines der Schutzsignale 142, 144 zu erzeugen und über zumindest eine Ausgangsschnittstelle der Vorrichtung 104 bereitzustellen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Einleseeinrichtung 160 ferner ausgebildet, um die Unterbrechung der Versorgungsspannung zu erfassen, beispielsweise durch einen Vergleich der am Versorgungsleitungsanschluss 118 anliegenden Spannung mit einer Referenzspannung. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist eine Erfassungseinrichtung 164 zum Erfassen der Unterbrechung einer Bereitstellung der Versorgungsspannung vorgesehen. Die Erfassungseinrichtung 164 ist beispielsweise ausgebildet, um einen durch die Unterbrechung 130 hervorgerufenen Abfall der Versorgungsspannung unter die Referenzspannung zu erfassen und ansprechend darauf das Unterbrechungssignal 140 bereitzustellen. Die Erfassungseinrichtung 164 kann Teil der Vorrichtung 104 sein oder als eine separate Einheit ausgeführt sein. Beispielsweise umfasst die Erfassungseinrichtung 164 eine Messeinrichtung oder eine Vergleichsschaltung, beispielsweise einen Komparator, um die an der Versorgungsleitung 122 anliegende Versorgungsspannung auszuwerten.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 104 über zumindest eine Leitung 164 mit zumindest einem der Eingangsanschlüsse 132, 133, 134 gekoppelt, sodass die Einrichtungen 160, 162 der Vorrichtungen 104 über die Generatorspannung betrieben werden können, wenn die Versorgungsspannung ausfällt.
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Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele kann die Vorrichtung 104 ausgebildet sein, um eine oder mehrere Schutzeinrichtungen 152, 154 anzusteuern. Dabei ist lediglich eine der Schutzeinrichtungen 152, 154 erforderlich, um die Generierung der Generatorspannung zu verhindern oder auf eine tolerierbare Größe zu beschränken. Die Schutzeinrichtungen 152, 154 können in den Wandler 112 integriert sein, wie es hier beispielhaft anhand der Schutzeinrichtung 154 gezeigt ist, oder als separate Einheit ausgeführt sein, wie es hier beispielhaft anhand der Schutzeinrichtung 152 gezeigt ist. Entsprechend kann auch zumindest eine der Schutzeinrichtung 152, 154 in den Drehstrommotor 110 integriert sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst zumindest eine der Schutzeinrichtungen 152, 154 Schalteinrichtungen, die direkt unter Verwendung eines der Schutzsignale 142, 144 angesteuert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der Schutzeinrichtungen 152, 154 als eine Steuereinrichtung ausgeführt, die ausgebildet ist, um unter Verwendung eines der Schutzsignale 142, 144 ein oder mehrere Steuersignale zum Ansteuern solcher Schalteinrichtungen bereitzustellen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Drehstrommotor 110 mit einem realen Sternpunkt betrieben. An dem Sternpunkt sind Ausgangsanschlüsse 172, 173, 174 des Drehstrommotors 110 über Sternpunktleitungen miteinander verbunden. Die Schutzeinrichtung 152 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei Schalteinrichtungen auf, wobei in jeder der drei Sternpunktleitungen eine der Schalteinrichtungen angeordnet ist. Die Schalteinrichtungen werden durch das Schutzsignal 142 angesteuert. Auf diese Weise können die Sternpunktleitungen und somit der Sternpunkt ansprechend auf ein Erfassen der Unterbrechung 130 unter Verwendung des von der Vorrichtung 104 bereitgestellten Schutzsignals 142 aufgetrennt werden. Eine entsprechende Schutzeinrichtung 152 wird nachfolgend anhand von 4 detailliert beschrieben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Drehstrommotor 110 mit einem virtuellen Sternpunkt betrieben. An dem virtuellen Sternpunkt sind die Ausgangsanschlüsse 172, 173, 174 des Drehstrommotors 110 über Schalteinrichtungen mit dem Versorgungsleitungsanschluss 118 und/oder einem dem Bezugspotenzialanschluss 128 des Wandlers 102 verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der virtuelle Sternpunkt innerhalb des Wandlers 102 realisiert und bei den genannten Schalteinrichtungen handelt es sich um Schalteinrichtungen des Wandlers 102. Somit umfasst die Schutzeinrichtung 154 Schalteinrichtungen des Wandlers 102 und kann als ein Teil des Wandlers 102 aufgefasst werden. Alternativ sind Schalteinrichtungen der Schutzeinrichtung 154 zusätzlich in den Wandler 102 integriert oder als separate Einheit außerhalb des Wandlers 102 angeordnet. Die Schalteinrichtungen werden durch das Schutzsignal 144 angesteuert. Auf diese Weise kann der virtuelle Sternpunkt ansprechend auf ein Erfassen der Unterbrechung 130 unter Verwendung des von der Vorrichtung 104 bereitgestellten Schutzsignals 144 aufgetrennt werden. Eine entsprechende Schutzeinrichtung 154 wird nachfolgend anhand von 2 detailliert beschrieben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Bereitstellungseinrichtung 162 ausgebildet, um zumindest eines der Schutzsignale 142, 144 getaktet bereitzustellen, sodass eine Generierung der Generatorspannung durch die Schutzeinrichtungen 152, 154 alternierend zugelassen und verhindert wird. Entsprechend können die Schutzeinrichtungen 152, 154 ausgebildet sein, um ansprechend auf ein getaktetes oder ungetaktetes Schutzsignal 142, 144 die Auftrennung an dem Sternpunkt alternierend zu bewirken und aufzuheben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Fahrzeug 100 ein Fahrwerk und als Teil des Fahrwerks einen aktiven Wankstabilisator auf. Der Wankstabilisator umfasst zwei Stabilisatorelemente 180, 182 die über den Drehstrommotor 110 miteinander gekoppelt sind. Eine Wankbewegung des Fahrzeugs 100, die beispielsweise über eine geeignete Sensorik 184 erfasst wird, kann über eine durch den Drehstrommotor 110 bewirkte Relativbewegung der Stabilisatorelemente 180, 182 zueinander vermindert oder verhindert werden. Entsprechend kann durch den Drehstrommotor 110 eine Relativbewegung zwischen den Stabilisatorelementen180, 182 bewirkt werden, die eine gewollte Wankbewegung, beispielsweise eine durch eine Fahrassistenzeinrichtung 186 angeforderte Wankbewegung, des Fahrzeugs 100 bewirkt. Beispielsweise ist eine Motorsteuereinrichtung 188 vorgesehen, die beispielsweise unter Verwendung von Daten der Sensorik 184 und zusätzlich oder alternativ der Fahrassistenzeinrichtung 186 ein Steuersignal zum Steuern des Wandlers 112 bereitstellt, über das der Wandler 112 so angesteuert wird, dass die von dem Wandler 112 bereitgestellte Wechselspannung eine die Relativbewegung zwischen den Stabilisatorelementen 180, 182 bewirkende Bewegung des Drehstrommotors 110 bewirkt. Der Drehstrommotor 110 kann somit als Teil des Wankstabilisators aufgefasst werden. Demgemäß kann die Vorrichtung 104 in Kombination mit den Schutzeinrichtungen 152, 154 als ein Teil eines aktiven Wankstabilisators aufgefasst werden, durch die der Wankstabilisator in einen sicheren Zustand überführt werden kann.
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Die Antriebsvorrichtung wird somit gemäß einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einem elektromechanischen Wankstabilisator eingesetzt. Somit kann die gezeigte Anordnung als Ansteuerung eines auch als Drehstromantrieb bezeichneten Drehstrommotors 110 mit integrierter Sternpunktauftrennung, insbesondere für die Anwendung in einem elektromechanischen Wankstabilisator, bezeichnet werden.
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In der Anwendung von elektrischen Wankstabilisatoren kann es durch den generatorischen Betrieb beim Wegfall der Versorgungsleitung 122 zu Überspannung in der Komponente kommen. Durch diese Überspannung können Bauteile der Ansteuerung gefährdet werden. Zu einem Wegfall der Spannungsversorgung kann es beispielsweise durch Kabelbruch, defekte Stecker, defekter Energiespeicher, usw. kommen.
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Durch die Auftrennung des Sternpunktes in der Ansteuerelektronik des Motors 110 durch eine geeignete Anordnung 104, 152, 154 zur Trennung des Sternpunktes kann eine solche Gefährdung durch Überspannung verhindert werden. Die Trennung kann zum einen gezielt durch Ansteuerung der Bauteile mittels Software, durch Vorgaben einer übergeordneten Regelung (z.B. durch den Kunden) oder durch Überschreiten eines Schwellwertes, der zu einer direkten Ansteuerung der Sternpunktauftrennung führt umgesetzt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt eine entsprechende Umsetzung durch eine Auftrennung der Motorphasen im Sternpunkt durch geeignete Beschattungen 152, die beispielsweise auf den Technologien Mosfet, IGBT, Transistor oder Relais basieren können. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Beschaltung 152 ist in 4 gezeigt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt eine entsprechende Umsetzung durch eine separate Ansteuerung der einzelnen Motorphasen (virtueller Sternpunkt), beispielsweise mittels Mosfet, IGBT oder Transistor. Ein Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Schaltung ist in 5 gezeigt.
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Beide Umsetzungen können sowohl direkt an der Motorphase platziert werden, als auch dezentral in einem räumlich getrennten Ansteuerungsmodul.
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Durch Einsatz der Sternpunktauftrennung kann ein sicherer Zustand in Hinblick auf elektrische Sicherheit erzielt werden, indem gemäß einem Ausführungsbeispiel eine maximale DC-Spannung von 60V nicht überschritten wird. Durch Einsatz der Sternpunktauftrennung kann ein sicherer Zustand in Hinblick auf funktionale Sicherheit erzielt werden, indem die Dämpfungseigenschaften des Stabilisators erhöht werden können, da der Drehstrommotor 110, auch als Motor bezeichnet, nicht länger generatorisch wirken kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Auftrennen des Sternpunkts durchgeführt, um aus Sicht des Bordnetzes 120 ein Rückspeisen zu unterbinden bzw. die Energiebilanz stabil zu halten. Der Einsatz von einer Sternpunktauftrennung ist abgesehen von einem Wankstabilisator auch in vielen weiteren Anwendungsgebieten sinnvoll, z.B. in der Getriebeaktuatorik.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Versorgungsleitung 122 mit einem 48V-Bordnetz (BN48) eines Fahrzeugs verbunden, sodass die an dem Versorgungsleitungsanschluss des Wandlers 112 anliegende Versorgungsspannung im Normalbetrieb bei 48V liegt. Durch eine Unterbrechung in der Versorgungsleitung 122 kann die Versorgungsspannung abrupt abfallen, beispielsweise bis auf das auf der Bezugspotenzialleitung 129 anliegende Bezugspotenzial.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei einem entsprechenden Spannungsabfall der Versorgungsspannung ein kurzzeitiges oder ein getaktetes Auftrennen am Sternpunkt durch eine geeignete Schaltung 152, 154 in der Elektronik bei Überschreitung umgesetzt. So wird bei Wegfall der Versorgung, beispielsweise vom Bordnetz BN48, gemäß einem Ausführungsbeispiel durch ein weiteres Bordnetz BN12V, also beispielsweise einem 12V-Bordnetz, oder durch die generatorische Energie des Drehstrommotors 110 eine Umsetzung sichergestellt, wie sie beispielsweise anhand der 4 und 5 näher beschrieben ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Erfassungseinrichtung 164 eine logische Schaltung, die die Versorgungsleitung 122 auf Überspannung überwacht.
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Die Erfassungseinrichtung 164 stellt gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Vergleichsschaltung dar, die beispielsweise durch eine Komparatorschaltung umgesetzt sein kann. Die Vergleichsschaltung ist gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele auf zumindest einen oder auf verschiedene Schwellwerte konfigurierbar, die beispielsweise verschiedenen Referenzspannungen zugeordnet sind. Wird die kritische Schwelle von hier beispielsweise 60V, die für die elektrischen Bauteile kritisch und aus elektrischer Sicherheit kritisch sein kann, überschritten, erfolgt eine Sternpunktauftrennung an dem dann als Energiequelle wirkenden Drehstrommotor 110. Aktiviert wird eine entsprechende Schaltung 152, 154 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausschließlich, wenn zuvor die Versorgungsleitung 122 unterbrochen worden ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann bei einem entsprechenden Spannungsabfall der Versorgungsspannung eine kurzzeitige oder eine getaktete Auftrennung am Sternpunkt durch eine intelligente Ansteuerung einer vorhandenen Motorsteuerung des Drehstrommotors 10 in SW oder HW umgesetzt werden. Neben den Schalteinrichtungen einer Brückenschaltung des Wandlers 112 beinhaltet die Motorsteuerung, die beispielsweise als ein Steuergerät ausgeführt sein kann, auch eine Recheneinheit (pC) (Berechnung der Regleralgorithmen zur Ansteuerung des Drehstrommotors 110) und eine elektrische Schaltung, die die Stellbefehle der Recheneinheit in die Steuersignale der Schalteinrichtungen des Wandlers 112 umwandelt. Tritt nun der Fall ein, dass die Versorgungsspannung des Motors 110 vom Bordnetz abgetrennt wird, die Recheneinheit und der Treiber jedoch weiter mit der entsprechenden Leistung zu Ansteuerung versorgt wird, so kann die Recheneinheit über die beschriebenen Möglichkeiten eingreifen und einen Bauteilschutz der Brückenschaltung des Wandlers 112 einleiten. Als Grundlage hierzu dient die Messung der Spannung über einen Zwischenkreis an den eingangseitigen Anschlüssen 118, 128 des Wandlers 112, wie sie jedoch für die Ansteuerung des Motors 110 auch in allen Betriebszuständen notwendig ist. Auf Basis der gemessenen Spannung und des Betriebszustandes des Motors 110 kann die Recheneinheit bei zu hoher Zwischenkreisspannung eine Auftrennung am Sternpunkt bewirken. Die Erfassung der Spannung kann über das analoge Erfassen der Zwischenkreisspannung oder über das digitale Erfassen eines, die Schwelle repräsentierenden, Signals erfolgen. Das Auslösen der Auftrennung kann basierend auf einer zyklischen Aufgabe (Task) oder vorfallsgetriggert ausgeführt werden.
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Wird eine übergeordnete Regelung (z.B. eine kundenspezifische Regelung) gewählt, so wird die Umsetzung der Auftrennung des Sternpunktes gemäß einem Ausführungsbeispiel aus einem der bereits beschriebenen Methodiken verwendet. Der Unterschied besteht gemäß einem Ausführungsbeispiel darin, dass die Vorgabe zu einer geringeren oder gar keiner Rekuperation auf einem Kommunikationsbus als Info an einen Steller gesendet wird.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ansteuern einer Drehstromantriebseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann beispielsweise unter Verwendung der anhand von 2 beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden. Bei der Drehstromantriebseinrichtung kann es sich um die anhand von 2 beschriebene Schaltung handeln.
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Das Verfahren umfasst einen optionalen Schritt 201 in dem eine Unterbrechung der an dem Wandler anliegenden Versorgungsspannung erfasst wird. Dazu wird beispielsweise ein Vergleich zwischen der aktuell verfügbaren Versorgungsspannung und einer vorbestimmten Referenzspannung durchgeführt. Wird eine entsprechende Unterbrechung erkannt, so wird das Unterbrechungssignal bereitgestellt. Das Unterbrechungssignal kann gemäß einem Ausführungsbeispiel somit als die Versorgungsspannung oder ein einen Wert der Versorgungsspannung anzeigendes Signal aufgefasst werden.
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In einem Schritt 203 wird das Unterbrechungssignal eingelesen und in einem Schritt 205 wird unter Verwendung des Unterbrechungssignals ein Schutzsignal bereitgestellt, über das eine Generierung einer die Drehstromantriebseinrichtung gegebenenfalls gefährdenden Generatorspannung zumindest teilweise unterbunden werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren optional einen Schritt 207 durch den die Generierung der Generatorspannung verhindert wird, indem ansprechend oder unter Verwendung des Unterbrechungssignals eine Auftrennung an einem realen oder virtuellen Sternpunkt des Drehstrommotors durchgeführt wird.
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4 ein Schaltbild eines Drehstrommotors 110 mit einer Schutzeinrichtung 152 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Drehstrommotor 110 handelt es sich um eine Synchronmaschine. Die Anschlüsse 132, 133, 134 können auch mit U, V, W bezeichnet werden. Die Ausgangsanschlüsse 172, 173, 174 des Drehstrommotors 110 sind im Normalbetrieb des Drehstrommotors 110 über einen gemeinsamen Sternpunkt 301 elektrisch ku rzgesch lossen.
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Die Schutzeinrichtung 152 umfasst drei Schalteinrichtungen 322, 323, 324 die in die Ausgangsanschlüsse 172, 173, 174 mit dem Sternpunkt 301 verbindenden Leitungen angeordnet sind. Steuereingänge der Schalteinrichtungen 322, 323, 324 sind mit einer ein Schutzsignal 142 führenden Leitung verbunden. Somit ist das Schutzsignal 142 geeignet um die Schalteinrichtungen 322, 323, 324 zu schalten. Bei dem Schutzsignal 142 kann es sich um ein Signal handeln, das von der anhand von 2 beschriebenen Vorrichtung bereitgestellt wird, wenn eine Unterbrechung einer Versorgungsspannung zum Betreiben des Drehstrommotors 110 erkannt wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Schutzsignal 142 ausgebildet, um eine Öffnung der Schalteinrichtungen 322, 323, 324 und somit ein Auftrennen des Sternpunkts 301, also eine elektrische Trennung der Ausgangsanschlüsse 172, 173, 174 voneinander zu bewirken. Durch ein solches Auftrennen wird ein Generatorbetrieb des Drehstrommotors 110 verhindert.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Schalteinrichtungen 322, 323, 324 als Leistungsschalter ausgeführt. Beispielsweise sind die Schalteinrichtungen 322, 323, 324 als MOSFETs ausgeführt und das Schutzsignal 142 wird an die Gate-Anschlüsse angelegt.
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5 zeigt ein Schaltbild einer Antriebsvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Antriebsvorrichtung 400 weist eine Drehstromantriebseinrichtung mit einem Drehstrommotor 110 und einem Wandler 112 auf, wie sie anhand von 2 beschrieben ist. Der Wander 112 umfasst eine Leistungselektronik und einen Sternpunktbildner zum Bilden des virtuellen Sternpunkts 401, die durch eine gemeinsame Vollbrückenschaltung realisiert werden. Die Vollbrückenschaltung ist als eine H-Schaltung ausgeführt und umfasst drei Vollbrücken 422, 423, 424 die jeweils vier Schalteinrichtungen 431, 432, 433, 434, hier MOS-FETs, umfassen. Optional umfasen die Vollbrücken 422, 423, 424 weitere elektronische Bauteile, beispielsweise Freilaufdioden.
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Der Eingangsanschluss 132 des Drehstrommotors 110 ist über die Schalteinrichtung 431 der Vollbrücke 422 mit dem Versorgungsleitungsanschluss 118 des Wandlers 112 und über die Schalteinrichtung 432 der Vollbrücke 422 und einen Widerstand mit dem Bezugspotenzialanschluss 128 des Wandlers 112 verbunden. Der Ausgangsanschluss 172 des Drehstrommotors 110 ist über die Schalteinrichtung 433 der Vollbrücke 422 mit dem Versorgungsleitungsanschluss 118 und über die Schalteinrichtung 434 der Vollbrücke 422 und einen Widerstand mit dem Bezugspotenzialanschluss 128 verbunden.
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Der Eingangsanschluss 133 des Drehstrommotors 110 ist über die Schalteinrichtung 431 der Vollbrücke 423 mit dem Versorgungsleitungsanschluss 118 des Wandlers 112 und über die Schalteinrichtung 432 der Vollbrücke 423 und einen Widerstand mit dem Bezugspotenzialanschluss 128 des Wandlers 112 verbunden. Der Ausgangsanschluss 173 des Drehstrommotors 110 ist über die Schalteinrichtung 433 der Vollbrücke 423 mit dem Versorgungsleitungsanschluss 118 und über die Schalteinrichtung 434 der Vollbrücke 423 und einen Widerstand mit dem Bezugspotenzialanschluss 128 verbunden.
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Der Eingangsanschluss 134 des Drehstrommotors 110 ist über die Schalteinrichtung 431 der Vollbrücke 424 mit dem Versorgungsleitungsanschluss 118 des Wandlers 112 und über die Schalteinrichtung 432 der Vollbrücke 424 und einen Widerstand mit dem Bezugspotenzialanschluss 128 des Wandlers 112 verbunden. Der Ausgangsanschluss 174 des Drehstrommotors 110 ist über die Schalteinrichtung 433 der Vollbrücke 424 mit dem Versorgungsleitungsanschluss 118 und über die Schalteinrichtung 434 der Vollbrücke 424 und einen Widerstand mit dem Bezugspotenzialanschluss 128 verbunden.
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Steuereingänge der Schalteinrichtungen 433, 434 der Vollbrücken 422, 423, 424 werden gemäß einem Ausführungsbeispiel über ein Schutzsignal, beispielsweise das anhand von 2 beschriebene Schutzsignal 144 oder ein davon abgeleitetes Signal angesteuert. Somit können der anhand von 2 beschriebenen Schutzeinrichtung 154 die Schalteinrichtungen 433, 434 der Vollbrücken 422, 423, 424 zugeordnet werden. Werden die Schalteinrichtungen 433, 434 der Vollbrücken 422, 423, 424 so angesteuert, dass die Schalteinrichtungen 433, 434 geöffnet sind, also keine Verbindungen zwischen den Ausgangsanschlüssen 172, 173, 174 und dem Versorgungsleitungsanschluss 118 und keine Verbindungen zwischen den Ausgangsanschlüssen 172, 173, 174 und dem Bezugspotenzialanschluss 128 bestehen, so ist der virtuelle Sternpunkt 401 des Drehstrommotors 110 aufgetrennt. Durch ein solches Auftrennen wird ein Generatorbetrieb des Drehstrommotors 110 verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 102
- Drehstromantriebseinrichtung
- 104
- Vorrichtung zum Ansteuern der Drehstromantriebseinrichtung
- 105
- Wankstabilisator
- 110
- Drehstrommotor
- 111
- erstes Stabilisatorelement
- 111a
- zweites Stabilisatorelement
- 112
- Wandler
- 113a
- Radaufhängungselemente
- 113b
- Radaufhängungselemente
- 114
- Phasenleitung
- 115
- Phasenleitung
- 116
- Phasenleitung
- 117
- Pendelstützen
- 117a
- Pendelstützen
- 118
- Versorgungsleitungsanschluss
- 120
- Energieversorgungseinrichtung
- 122
- Versorgungsleitung
- 124
- Ausgangsanschluss
- 125
- Ausgangsanschluss
- 126
- Ausgangsanschluss
- 128
- Bezugspotenzialanschluss
- 129
- Bezugspotenzialleitung
- 130
- Unterbrechung
- 132
- Eingangsanschluss
- 133
- Eingangsanschluss
- 134
- Eingangsanschluss
- 140
- Unterbrechungssignal
- 142
- Schutzsignal
- 144
- Schutzsignal
- 152
- Schutzeinrichtung
- 154
- Schutzeinrichtung
- 160
- Einleseeinrichtung
- 162
- Bereitstellungseinrichtung
- 164
- Erfassungseinrichtung
- 165
- Vorrichtung
- 172
- Ausgangsanschluss
- 173
- Ausgangsanschluss
- 174
- Ausgangsanschluss
- 180
- Stabilisatorelement
- 182
- Stabilisatorelement
- 184
- Sensorik
- 186
- Fahrassistenzeinrichtung
- 188
- Motorsteuereinrichtung
- 201
- Schritt des Erfassens
- 203
- Schritt des Einlesens
- 205
- Schritt des Bereitstellens
- 207
- Schritt des Verhinderns
- 301
- Sternpunkt
- 322
- Schalteinrichtung
- 323
- Schalteinrichtung
- 324
- Schalteinrichtung
- 400
- Antriebsvorrichtung
- 401
- virtueller Sternpunkt
- 422
- Vollbrücke
- 423
- Vollbrücke
- 424
- Vollbrücke
- 431
- Schalteinrichtung
- 432
- Schalteinrichtung
- 433
- Schalteinrichtung
- 434
- Schalteinrichtung
