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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine, die eine Ankerwicklung und eine Feldwicklung aufweist.
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Stand der Technik
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Eine bekannte Technik zu Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine, die eine Ankerwicklung und eine Feldwicklung aufweist, verwendet eine H-Brückenschaltung zur Erregungssteuerung der Feldwicklung. Eine Konfiguration ist in dem
japanischen Patent Nr. 4254738 zur Erfassung eines Fehlers in jedem von Schaltelementen offenbart, die die H-Brückenschaltung bilden, wobei einige der Schaltelemente, die die H-Brückenschaltung bilden, Erregungsschaltelemente sind, die zum Leiten von Strom durch die Feldwicklung verwendet werden, und die anderen Schaltelemente Regenerationsschaltelemente sind, die zum Sammeln von Energie, die in der Feldwicklung akkumuliert ist, in eine Batterie verwendet werden. Eine derartige Konfiguration ermöglicht eine Bestimmung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Fehlers wie eines Kurzschlussfehlers oder eines Unterbrechungsfehlers für jedes Schaltelement der H-Brückenschaltung, und eine Fortsetzung der Leistungserzeugung unter Verwendung der Schaltelemente außer den fehlerhaften Schaltelementen.
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Während der Leistungserzeugung und eines Antriebsbetriebs der rotierenden elektrischen Maschine ist die Feldwicklung in einen gespeisten Zustand versetzt, bei dem ein Erregungsstrom, der aus einer Batterie zugeführt wird, durch die Feldwicklung fließt, oder in einen Umlaufszustand versetzt, in dem der Erregungsstrom umläuft. Das heißt, lediglich am Ende der Leistungserzeugung und des Antriebsbetriebs ist die Feldwicklung in einen Regenerationszustand versetzt, in dem die Feldenergie in die Batterie gesammelt wird. Daher stellte die vorstehend beschriebene Konfiguration begrenzte Gelegenheiten zur Fassung eines Fehlers in jedem Schaltelement, das in der H-Brückenschaltung enthalten ist, bereit.
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Ein Wechsel zwischen dem gespeisten Zustand und dem Regenerationszustand während eines Fortsetzens der Leistungserzeugung und des Antriebsbetriebs kann verursachen, dass die Feldstärke schwankend wird, was zu einer Drehmomentwelligkeit in der rotierenden elektrischen Maschine führen kann. Daher ist es nicht wünschenswert, die Feldwicklung in dem Regenerationszustand während des Fortsetzens der Leistungserzeugung und des Antriebsbetriebs zu versetzen.
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Im Hinblick auf das vorstehend Beschriebene sind beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf ein Bereitstellen eines Geräts zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine gerichtet, das in der Lage ist, Gelegenheiten zur Erfassung eines Fehlers in jedem Schaltelement zu erhöhen, das in einer H-Brückenschaltung zur Zufuhr von Leistung zu einer Feldwicklung der rotierenden elektrischen Maschine enthalten ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zu Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine bereitgestellt, die eine Ankerwicklung und eine Feldwicklung aufweist, wobei die Feldwicklung elektrisch zwischen einer Verbindung eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs eines ersten Schenkels einer H-Brückenschaltung und einer Verbindung eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs eines zweiten Schenkels der H-Brückenschaltung verbunden ist, wobei die oberen Zweige der ersten und zweiten Schenkel der H-Brückenschaltung elektrisch mit einem Hochspannungsanschluss einer Gleichstromleistungsquelle verbunden sind, die unteren Zweige der ersten und zweiten Schenkel der H-Brückenschaltung elektrisch mit einem Niedrigspannungsanschluss der Gleichstromleistungsquelle verbunden sind, wobei das Gerät aufweist: eine H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung, die konfiguriert ist, ein Schalten zwischen einem gespeisten Zustand, bei dem sowohl der obere Zweig des ersten Schenkels als auch der untere Zweig des zweiten Schenkels in einen leitenden Zustand versetzt sind und sowohl der untere Zweig des ersten Schenkels als auch der obere Zweig des zweiten Schenkels in einem nichtleitenden Zustand versetzt sind, um einen Erregungsstrom durch die Feldwicklung zu leiten, einem ersten Umlaufszustand, bei dem sowohl der obere Zweig des ersten Schenkels als auch der obere Zweig des zweiten Schenkels in den leitenden Zustand versetzt sind und sowohl der untere Zweig des ersten Schenkels als auch der untere Zweig des zweiten Schenkels in den nichtleitenden Zustand versetzt sind, um einen Umlaufsstrom durch die Feldwicklung zu leiten, und einem zweiten Umlaufszustand, bei dem sowohl der untere Zweig des ersten Schenkels als auch der untere Zweig des zweiten Schenkels in den leitenden Zustand versetzt sind und sowohl der obere Zweig des ersten Schenkels als auch der obere Zweig des zweiten Schenkels in den nichtleitenden Zustand versetzt sind, um einen Umlaufsstrom durch die Feldwicklung zu leiten, zu steuern; und eine Fehlerbestimmungseinrichtung, die konfiguriert ist, auf der Grundlage eines durch die H-Brückenschaltung in jedem des gespeisten Zustands, des ersten Umlaufszustands und des zweiten Umlaufszustands geleiteten Strom zu bestimmen, ob es einen Fehler in zumindest einem des oberen Zweigs des ersten Schenkels, des unteren Zweigs des ersten Schenkels, des oberen Zweigs des zweiten Schenkels und des unteren Zweigs des zweiten Schenkels gibt oder nicht. Die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung ist konfiguriert, durchzuführen zumindest eines von: Unterbinden eines Schaltens der H-Brückenschaltung auf den ersten Umlaufszustand, wenn durch die Fehlerbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass es einen Unterbrechungsfehler in dem oberen Zweig des zweiten Schenkels gibt, und Unterbinden eines Schaltens der H-Brückenschaltung auf den zweiten Umlaufszustand, wenn durch die Fehlerbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass es einen Unterbrechungsfehler in dem unteren Zweig des ersten Schenkels gibt.
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Mit dieser Konfiguration wird das Schalten zwischen dem ersten Umlaufszustand und dem zweiten Umlaufszustand den Strom durch jeden Zweig leiten, was die Durchführung einer Bestimmung erlaubt, ob es einen Fehler in jedem Zweig gibt oder nicht. Dies kann Gelegenheiten zur Fassung eines Fehlers in jedem Zweig erhöhen. Zusätzlich kann ein wiederholtes Wechseln zwischen dem ersten Umlaufszustand, bei dem der Umlaufstrom durch die oberen Zweige der ersten und zweiten Schenkel fließt, und dem zweiten Umlaufszustand, bei dem der Umlaufstrom durch die unteren Zweige der ersten und zweiten Schenkel fließt, ein Erwärmen der jeweiligen Zweige verteilen.
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Somit wird der zweite Umlaufszustand in dem Fall eines Unterbrechungsfehlers in dem unteren Zweig des ersten Schenkels unterbunden, und wird der erste Umlaufszustand in dem Fall eines Unterbrechungsfehlers in dem oberen Zweig des zweiten Schenkels unterbunden, was ein Fortsetzen des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine selbst bei Vorhandensein eines Leerlauffehlers in dem unteren Zweig des ersten Schenkels oder dem oberen Zweig des zweiten Schenkels erlaubt.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zu Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine bereitgestellt, die eine Ankerwicklung und eine Feldwicklung aufweist, wobei die Feldwicklung elektrisch zwischen einer Verbindung eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs eines ersten Schenkels einer H-Brückenschaltung und einer Verbindung eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs eines zweiten Schenkels der H-Brückenschaltung verbunden ist, wobei die oberen Zweige der ersten und zweiten Schenkel der H-Brückenschaltung elektrisch mit einem Hochspannungsanschluss einer Gleichstromleistungsquelle verbunden sind, die unteren Zweige der ersten und zweiten Schenkel der H-Brückenschaltung elektrisch mit einem Niedrigspannungsanschluss der Gleichstromleistungsquelle verbunden sind, wobei das Gerät aufweist: eine H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung, die konfiguriert ist, ein Schalten zwischen einem gespeisten Zustand, bei dem sowohl der obere Zweig des ersten Schenkels als auch der untere Zweig des zweiten Schenkels in einen leitenden Zustand versetzt sind und sowohl der untere Zweig des ersten Schenkels als auch der obere Zweig des zweiten Schenkels in einem nichtleitenden Zustand versetzt sind, um einen Erregungsstrom durch die Feldwicklung zu leiten, einem ersten Umlaufszustand, bei dem sowohl der obere Zweig des ersten Schenkels als auch der obere Zweig des zweiten Schenkels in den leitenden Zustand versetzt sind und sowohl der untere Zweig des ersten Schenkels als auch der untere Zweig des zweiten Schenkels in den nichtleitenden Zustand versetzt sind, um einen Umlaufsstrom durch die Feldwicklung zu leiten, und einem zweiten Umlaufszustand, bei dem sowohl der untere Zweig des ersten Schenkels als auch der untere Zweig des zweiten Schenkels in den leitenden Zustand versetzt sind und sowohl der obere Zweig des ersten Schenkels als auch der obere Zweig des zweiten Schenkels in den nichtleitenden Zustand versetzt sind, um einen Umlaufsstrom durch die Feldwicklung zu leiten, zu steuern; und eine Fehlerbestimmungseinrichtung, die konfiguriert ist, auf der Grundlage eines durch die H-Brückenschaltung in jedem des gespeisten Zustands, des ersten Umlaufszustands und des zweiten Umlaufszustands geleiteten Strom zu bestimmen, ob es einen Fehler in zumindest einem des oberen Zweigs des ersten Schenkels, des unteren Zweigs des ersten Schenkels, des oberen Zweigs des zweiten Schenkels und des unteren Zweigs des zweiten Schenkels gibt oder nicht. Die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung ist konfiguriert, durchzuführen zumindest eines von: Versetzen des oberen Zweigs des zweiten Schenkels in den leitenden Zustand und Versetzen des oberen Zweigs des ersten Schenkels und des unteren Zweigs des zweiten Schenkels in den nichtleitenden Zustand, um dadurch die H-Brückenschaltung in den gespeisten Zustand zu versetzen und den ersten Umlaufszustand zu unterbinden, wenn durch die Fehlerbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass es einen Schaltverbindungsfehler in dem unteren Zweig des ersten Schenkels gibt, und Versetzen des unteren Zweigs des ersten Schenkels in den leitenden Zustand und Versetzen des oberen Zweigs des ersten Schenkels und des unteren Zweigs des zweiten Schenkels in den nichtleitenden Zustand, um dadurch die H-Brückenschaltung in den gespeisten Zustand zu versetzen und den zweiten Umlaufszustand zu unterbinden, wenn durch die Fehlerbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass es einen Schaltverbindungsfehler in dem oberen Zweig des zweiten Schenkels gibt.
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Mit dieser Konfiguration wird das Schalten zwischen dem ersten Umlaufszustand und dem zweiten Umlaufszustand den Strom durch jeden Zweig leiten, was die Durchführung einer Bestimmung erlaubt, ob es einen Fehler in jedem Zweig gibt oder nicht. Dies kann Gelegenheiten zur Fassung eines Fehlers in jedem Zweig erhöhen. Zusätzlich kann ein wiederholtes Wechseln zwischen dem ersten Umlaufszustand, bei dem der Umlaufstrom durch die oberen Zweige der ersten und zweiten Schenkel fließt, und dem zweiten Umlaufszustand, bei dem der Umlaufstrom durch die unteren Zweige der ersten und zweiten Schenkel fließt, ein Erwärmen der jeweiligen Zweige verteilen.
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Somit erlaubt in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in dem unteren Zweig des ersten Schenkels oder dem oberen Zweig des zweiten Schenkels diese Konfiguration ein Fließen des Erregungsstroms derart, dass die Gleichstromleistungsquelle nicht kurzschließt, was ein Fortsetzen des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine selbst bei Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem unteren Zweig des ersten Schenkels oder dem oberen Zweig des zweiten Schenkels erlaubt.
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Gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist, in dem Gerät gemäß der ersten oder zweiten Ausgestaltung, jeder des oberen Zweigs des ersten Schenkels und des unteren Zweigs des zweiten Schenkels ein Halbleiterschaltelement auf, und ist die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung konfiguriert, durchzuführen zumindest eines von: Versetzen des oberen Zweigs des zweiten Schenkels und des unteren Zweigs des ersten Schenkels in den leitenden Zustand und Versetzen des unteren Zweigs des zweiten Schenkels in den nichtleitenden Zustand, um dadurch die H-Brückenschaltung in den gespeisten Zustand zu versetzen und ein Schalten der H-Brückenschaltung auf den ersten Umlaufszustands zu unterbinden, wenn durch die Fehlerbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass es einen Unterbrechungsfehler in dem oberen Zweig des ersten Schenkels gibt; und Versetzen sowohl des oberen Zweigs des zweiten Schenkels als auch des unteren Zweigs des ersten Schenkels in den leitenden Zustand und Versetzen des oberen Zweigs des ersten Schenkels in den nichtleitenden Zustand, um dadurch die H-Brückenschaltung in den gespeisten Zustand zu versetzen und ein Schalten der H-Brückenschaltung auf den zweiten Umlaufszustands unterbinden, wenn durch die Fehlerbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass es einen Unterbrechungsfehler in dem unteren Zweig des zweiten Schenkels gibt.
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In dem Falle eines Unterbrechungsfehlers in dem oberen Zweig des ersten Schenkels oder dem unteren Zweig des zweiten Schenkels erlaubt diese Konfiguration ein Fließen des Erregungsstroms derart, dass die Gleichstromleistungsquelle nicht kurzschließt, was ein Fortsetzen des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine selbst bei Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem oberen Zweig des ersten Schenkels oder dem unteren Zweig des zweiten Schenkels erlaubt.
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Gemäß einer vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist, in dem Gerät gemäß der zweiten oder dritten Ausgestaltung, das Gerät in einem Fahrzeug untergebracht, weist die Feldwicklung eine Polarität derart auf, dass die Stärke eines Feldes, das erzeugt wird, wenn der Erregungsstrom durch die Feldwicklung über den oberen Zweig des ersten Schenkels und den unteren Zweig des zweiten Schenkels fließt, größer als die Stärke des Feldes ist, das erzeugt wird, wenn der Erregungsstrom durch die Feldwicklung über den oberen Zweig des zweiten Schenkels und den unteren Zweig des ersten Schenkels fließt, und ist die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung konfiguriert ist, Betriebe von elektrischen Lasten, die in dem Fahrzeug angebracht sind, zu begrenzen, die nicht beim Fahren des Fahrzeugs involviert sind, wenn der Erregungsstrom durch die Feldwicklung über den oberen Zweig des zweiten Schenkels und den unteren Zweig des ersten Schenkels fließt.
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In dem Fall, dass die Feldwicklung die Polarität aufweist, wird die Feldstärke geschwächt, wenn der Erregungsstrom durch die Feldwicklung in eine Richtung entgegengesetzt zu einer normalen Richtung im Vergleich dazu fließt, wenn der Erregungsstrom durch die Feldwicklung in der normalen Richtung fließt, was bewirkt, dass die erzeugte Leistung aus der rotierenden elektrischen Maschine sich verringert. Daher werden Betriebe der elektrischen Lasten, die in dem Fahrzeug angebracht sind, das die rotierende elektrische Maschine trägt, begrenzt, wenn der Erregungsstrom durch die Feldwicklung in die entgegengesetzte Richtung fließt. Diese Konfiguration ermöglicht ein Fortsetzen des Fahrens des Fahrzeugs, selbst wenn die erzeugte Leistung aus der rotierenden elektrischen Maschine sich verringert hat.
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Gemäß einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist, in dem Gerät gemäß einer der ersten bis vierten Ausgestaltungen die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung konfiguriert ist, durchzuführen zumindest eines von: Unterbinden eines Schaltens der H-Brückenschaltung auf den zweiten Umlaufszustand, wenn durch die Fehlerbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass es einen Schaltverbindungsfehler in dem oberen Zweig des ersten Schenkels gibt, und Unterbinden eines Schaltens der H-Brückenschaltung auf den ersten Umlaufszustand, wenn durch die Fehlerbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass es einen Schaltverbindungsfehler in dem unteren Zweig des zweiten Schenkels gibt.
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In dem Falle eines Kurzschlussfehlers in dem oberen Zweig des ersten Schenkels oder dem unteren Zweig des zweiten Schenkels erlaubt diese Konfiguration ein Fließen des Erregungsstroms derart, dass das die Gleichstromleistungsquelle nicht kurzschließt, was ein Fortsetzen des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine selbst bei Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem oberen Zweig des ersten Schenkels oder dem unteren Zweig des zweiten Schenkels erlaubt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schematische elektrische Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt eine schematische elektrische Konfiguration einer H-Brückenschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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3 zeigt eine Veranschaulichung von Strompfaden in der H-Brückenschaltung in einem normalen Betrieb,
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4 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm einer Feldstromjustierung, die durch ein Steuerungsgerät durchgeführt wird,
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5 zeigt einen Betrieb des Steuerungsgeräts in dem Fall eines Kurzschlussfehlers in einem ersten Schaltelement,
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6 zeigt einen Betrieb des Steuerungsgeräts in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in einem vierten Schaltelement,
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7 zeigt einen Betrieb des Steuerungsgeräts in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in einem zweiten Schaltelement,
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8 zeigt einen Betrieb der Steuerungsgeräts in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in einem dritten Schaltelement,
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9 zeigt einen Betrieb des Steuerungsgeräts in dem Fall eines Kurzschlussfehlers in dem ersten Schaltelement,
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10 zeigt den Betrieb des Steuerungsgeräts in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in dem vierten Schaltelement,
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11 zeigt den Betrieb des Steuerungsgeräts in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in dem zweiten Schaltelement,
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12 zeigt den Betrieb des Steuerungsgeräts in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in dem dritten Schaltelement,
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13 zeigt ein Flussdiagramm einer Steuerungsverarbeitung, die in dem Steuerungsgerät durchzuführen ist, und
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14 zeigt eine schematische elektrische Konfiguration einer H-Brückenschaltung gemäß einer Modifikation der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG VON SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in verschiedenen unterschiedlichen Formen umgesetzt werden und sollte nicht auf die hier dargelegten Ausführungsbeispiele begrenzt betrachtet werden. Vielmehr sind diese Ausführungsbeispiele bereitgestellt, so dass dieser Offenbarung umfassend und vollständig ist, und wird vollständig den Umfang der vorliegenden Erfindung für den Fachmann vermitteln. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist eine rotierende elektrische Maschine 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine rotierende elektrische Feldwicklungsmaschine mit einer Mehrphasenwicklung, genauer eine rotierende elektrische Feldwicklungssynchronmaschine mit einer Drei-Phasen-Wicklung. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass die rotierende elektrische Maschine 10 ein integrierter Startergenerator (ISG) ist, der Starter- und Alternatorfunktionalitäten integriert. Insbesondere dient gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die rotierende elektrische Maschine 10 als ein Starter ebenfalls, wenn die Leerlaufstoppfunktion durchgeführt wird, die eine Funktion zum automatischen Stoppen einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs, das die rotierende elektrische Maschine 10 trägt, wenn eine vordefinierte automatische Stoppbedingung nach einem anfänglichen Starten der Kraftmaschine erfüllt ist, und zum automatischen Neustarten der Kraftmaschine ist, wenn eine vordefinierte Neustartbedingung erfüllt ist.
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Ein Rotor 11, der eine Komponente der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist, weist eine Feldwicklung 12 auf, die eine Leistungsübertragung auf eine Kurbelwelle der Kraftmaschine ermöglicht. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Rotor 11 mit der Kurbelwelle über einen Riemen gekoppelt. Ein Stator 13, der eine andere Komponente der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist, weist eine Ankerwicklung 14 auf, die darum gewickelt ist, um eine Drei-Phasen-Wicklung bereitzustellen.
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Ein Wechselrichter 20 ist elektrisch mit der Ankerwicklung 14 der rotierenden elektrischen Maschine 10 verbunden. Eine Gleichstromleistungsquelle 12 ist elektrisch mit dem Wechselrichter 20 verbunden. Der Wechselrichter 20 weist drei Reihenschaltungen von Schaltelementen auf: eine erste Reihenschaltung von hochseitigen und niedrigseitigen Schaltelementen SUp und SUn, eine zweite Reihenschaltung von hochseitigen und niedrigseitigen Schaltelementen SVp und SVn und eine dritte Reihenschaltung von hochseitigen und niedrigseitigen Schaltelementen SWp und SWn. Eine Verbindung der ersten Reihenschaltung der hochseitigen und niedrigseitigen Schaltelemente SVp und SUn ist elektrisch mit einem U-Phasen-Anschluss der Ankerwicklung 14 verbunden, eine Verbindung der zweiten Reihenschaltung der hochseitigen und niedrigseitigen Schaltelemente SVp und SVn ist elektrisch mit einem V-Phasen-Anschluss der Ankerwicklung 14 verbunden, und eine Verbindung der dritten Reihenschaltung der hochseitigen und niedrigseitigen Schaltelemente SWp und SWn ist elektrisch mit einem W-Phasen-Anschluss der Ankerwicklung 14 verbunden.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedes der Schaltelemente Sαβ (α = U, V, W, β = p, n) ein N-Kanal-MOSFET und ist elektrisch antiparallel mit einer jeweils entsprechenden Freilaufdiode Dαβ (α = U, V, W, β = p, n) verbunden. Jede Freilaufdiode Dαβ (α = U, V, W, β = p, n) kann eine Körperdiode eines entsprechenden Schaltelements Sαβ sein. Alternativ dazu kann jedes der Schaltelemente Sαβ (α = U, V, W, β = p, n) ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) sein.
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Ein positiver Anschluss der Gleichstromleistungsquelle 21 ist elektrisch mit den jeweiligen hochseitigen Anschlüssen (die Drain-Anschlüsse der jeweiligen hochseitigen Schaltelemente sind) des Wechselrichters 20 verbunden. Ein negativer Anschluss der Gleichstromleistungsquelle 21 ist elektrisch mit den jeweiligen niedrigseitigen Anschlüssen (die Source-Anschlüsse der jeweiligen niedrigseitigen Schaltelemente sind) des Wechselrichters 20 verbunden.
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Eine Gleichspannung ist an die Feldwicklung 12 über die Feldstromausgabeeinrichtung 22 anlegbar. Die Feldstromausgabeeinrichtung 22 ist konfiguriert, aus der Leistungsleitung 21 zugeführte Leistung zu verwenden, um eine Feldspannung Vf zum Anlegen an die Feldwicklung 12 zu justieren, wodurch ein Feldstrom If gesteuert wird, der durch die Feldwicklung 12 fließt. Auf diese Weise werden die Ankerwicklung 14 und die Feldwicklung 12 mit Leistung aus derselben Gleichstromleistungsquelle 21 versorgt.
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Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, einen erfassten Wert des Feldstroms If aus der Feldstromerfassungseinrichtung 30 zu beschaffen und den Feldstrom If auf einen Befehlswert If* zu regeln. Das Steuerungsgerät 40 ist weiterhin konfiguriert, auf der Grundlage eines Drehmomentbefehlswerts T* der rotierenden elektrischen Maschine 10 und einer Drehwinkelgeschwindigkeit ω einen d-Achsen-Strombefehl Id*, der ein Befehlswert eines d-Achsen-Stroms Id ist, und einen q-Achsen-Strombefehlswert Iq* zu berechnen, der ein Befehlsfeld eines q-Achsen-Stroms Iq ist, wobei der d-Achsen-Strom Id und der q-Achsen-Strom Iq einen Stromvektor (Id, Iq) in einem dq-Achsen-Koordinatensystem bilden.
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Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, auf der Grundlage des Befehlswerts Id* des d-Achsen-Stroms und des Befehlswerts Iq* des q-Achsen-Stroms Betriebssignale gαβ (α = U, V, W, β = p, n) zu erzeugen. Genauer ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, auf der Grundlage des Befehlswerts Id* des d-Achsen-Stroms ich Stroms und des Befehlswerts Iq* des q-Achsen-Stroms und der erfassten Werte der Phasenströme Iv, Iw, die aus einer Phasenstromerfassungseinrichtung 31 beschafft werden, Befehlsspannungen vα (α = U, V, W, β = p, n) zu berechnen und eine Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Verarbeitung auf der Grundlage eines Vergleichs auszuführen, ob die Befehlsspannungen VU*, VV*, VW* oberhalb oder unterhalb eines Trägersignals tp wie eines dreieckförmigen Wellenformsignals liegen, wodurch es die Betriebssignale gαβ (α = U, V, W, β = p, n) erzeugt.
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Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, die Betriebssignale gαβ (α = U, V, W, β = p, n) dem Wechselrichter 20 zuzuführen. Dies ermöglicht, dass sinusförmige Spannungen, die um 120 Grad phasenverschoben sind, an die U-, V, und W-Phasen-Anschlüsse der Ankerwicklung 14 angelegt werden, was zu sinusförmigen Strömen führt, die um 120 Grad phasenverschoben sind, die jeweils durch die U-, V, und W, Phasen-Wicklungen der Ankerwicklung 14 fließen.
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2 zeigt eine schematische elektrische Konfiguration der Feldstromausgabeeinrichtung 22.
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Die Feldstromausgabeeinrichtung 22 weist eine H-Brückenschaltung 23 und eine Antriebschaltung 24 auf. Die H-Brückenschaltung 23 weist eine Parallelschaltung eines ersten Schenkels und eines zweiten Schenkels auf, wobei der erste Schenkel eine Reihenschaltung eines ersten Schaltelements SW1 und eines zweiten Schaltelements SW2 aufweist, und der zweite Schenkel eine Reihenschaltung eines dritten Schaltelements SW3 und eines vierten Schaltelements SW4 aufweist. Das erste Schaltelement SW1 entspricht einem oberen Zweig des ersten Schenkels, und das zweite Schaltelement SW2 entspricht einem unteren Zweig des ersten Schenkels. Das dritte Schaltelement SW3 entspricht einem oberen Zweig des zweiten Schenkels, und das vierte Schaltelement SW4 entspricht einem unteren Zweig des zweiten Schenkels. Jedes der Schaltelemente SW1 und SW4 ist ein Halbleiterschaltelement, genauer ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOS-FET). Jedes der Schaltelemente SW1 bis SW4 ist elektrisch antiparallel zu einer Körperdiode geschaltet. Jedes der Schaltelemente SW1 bis SW4 kann nachstehend durch SW bezeichnet sein. Alternativ dazu kann jedes der Schaltelemente SW1 bis SW4 ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) sein, mit dem eine antiparallele Freilaufdiode gekoppelt ist.
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Ein Eingangsanschluss P1 der H-Brückenschaltung 23 ist elektrisch mit dem Hochspannungsanschluss der Gleichstromleistungsquelle 21 verbunden, und der Eingangsanschluss P2 der H-Brückenschaltung 23 ist elektrisch mit dem Niedrigspannungsanschluss der Gleichstromleistungsquelle 21 verbunden. Die Feldwicklung 12 ist elektrisch zwischen den Ausgangsanschlüssen P3 und P4 der H-Brückenschaltung 23 verbunden. Die H-Brückenschaltung 23 ist konfiguriert, der Feldwicklung 12 Leistung aus der Gleichstromleistungsquelle 21 zuzuführen. Die Antriebsschaltung 24 ist konfiguriert, die Schaltelemente SW1 bis SW4 entsprechend einem aus dem Steuerungsgerät 40 empfangenen Befehlssignal anzutreiben.
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Die Feldwicklung 12 weist die Polarität derart auf, dass die Stärke des Feldes, das erzeugt wird, wenn der Feldstrom If in einer Richtung von dem Ausgangsanschluss P3 zu dem Ausgangsanschluss P4 fließt, größer als die Stärke des Feldes ist, das erzeugt wird, wenn der Feldstrom If in die entgegengesetzte Richtung von dem Ausgangsanschluss P4 zu dem Ausgangsanschluss P3 fließt.
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Der Betrieb der Feldstromausgabeeinrichtung 22 ist nachstehend unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, die Feldwicklung 12 in einen gespeisten Zustand (der durch den Pfad A in 3 angegeben ist) zu versetzen, indem das erste Schaltelement SW1 und das vierte Schaltelement SW4 in einen Ein-Zustand (d.h. einen Stromleitungszustand) versetzt werden und das zweite Schaltelement SW2 und das dritte Schaltelement SW3 in einen Aus-Zustand (d.h. einen Stromblockierzustand) versetzt werden. In dem gespeisten Zustand ist, wie es in 4 gezeigt ist, die Feldwicklung 12 mit der Gleichstromleistungsquelle 21 verbunden, was einen Anstieg des Feldstroms If (Erregungsstroms) durch die Feldwicklung 12 verursacht.
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Wenn der Feldstrom If durch die Feldwicklung 12 derart ansteigt, dass er eine obere Grenze I1 (gleich If* plus einer vorbestimmten Toleranz) erreicht, die anhand des Feldstrombefehlswerts If* bestimmt wird, versetzt das Steuerungsgerät 40 die Feldwicklung 12 in einem ersten Umlaufszustand (der in 3 durch den Pfad B angegeben ist), indem es das erste Schaltelement SW1 und das dritte Schaltelement SW3 in den Ein-Zustand versetzt und das zweite Schaltelement SW2 und das vierte Schaltelement SW4 in den Aus-Zustand versetzt. In dem ersten Umlaufszustand wird die Feldwicklung 12 von der Gleichstromleistungsquelle 21 getrennt, und fließt der Feldstrom If (der als Umlaufstrom bezeichnet ist) von der Feldwicklung 12 zu dem ersten Schaltelement SW1 durch das dritte Schaltelement SW3. In dem ersten Umlaufszustand verringert sich, wie es in 4 gezeigt ist, der Feldstrom If (Umlaufstrom) aufgrund der Widerstandskomponente eines geschlossenen Kreises, der aus der Feldwicklung 12, dem dritten Schaltelement SW3 und dem ersten Schaltelement SW1 gebildet ist (d.h. Kupferverlust).
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Danach, wenn der Feldstrom If durch die Feldwicklung 12 sich derart verringert, dass er eine untere Grenze I2 (gleich If* minus einer vorbestimmten Toleranz) erreicht, die anhand des Feldstrombefehlswerts If* bestimmt wird, versetzt das Steuerungsgerät 40 erneut die Feldwicklung 12 in den gespeisten Zustand, indem es das erste Schaltelement SW1 und das vierte Schaltelement SW4 in den Ein-Zustand versetzt und das zweite Schaltelement SW2 und das dritte Schaltelement SW3 in den Aus-Zustand versetzt. In dem gespeisten Zustand ist, wie es in 4 gezeigt ist, die Feldwicklung 12 elektrisch mit der Gleichstromleistungsquelle 21 verbunden, was einen Anstieg des Feldstroms If (Erregungsstrom) durch die Feldwicklung 12 bewirkt.
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Wenn der Feldstrom If durch die Feldwicklung 12 derart ansteigt, dass er die obere Grenze I1 erreicht, versetzt das Steuerungsgerät 40 die Feldwicklung 12 in einen zweiten Umlaufszustand (der durch den Pfad C in 3 angegeben ist), indem es das zweite Schaltelement SW2 und das vierte Schaltelement SW4 in den Ein-Zustand versetzt und das erste Schaltelement SW1 und das dritte Schaltelement SW3 in den Aus-Zustand versetzt. In dem zweiten Umlaufszustand wird die Feldwicklung 12 von der Gleichstromleistungsquelle 21 getrennt und fließt der Umlaufstrom aus der Feldwicklung 12 zu dem zweiten Schaltelement SW2 durch das vierte Schaltelement SW4. Wie es in 4 gezeigt ist, verringert sich der Feldstrom If (Umlaufstrom) aufgrund der Widerstandskomponente eines geschlossenen Kreises, der aus der Feldwicklung 12, dem vierten Schaltelement SW4 und dem zweiten Schaltelement SW2 gebildet ist (d.h. Kupferverlust).
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Danach, wenn der Feldstrom If durch die Feldwicklung 12 sich derart verringert, dass er die untere Grenze I2 erreicht, versetzt das Steuerungsgerät 40 die Feldwicklung 12 erneut in den gespeisten Zustand, indem es das erste Schaltelement SW1 und das vierte Schaltelement SW4 in den Ein-Zustand versetzt und das zweite Schaltelement SW2 und das dritte Schaltelement SW3 in den Aus-Zustand versetzt. Auf diese Weise ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, wiederholt zwischen dem gespeisten Zustand und einem der ersten und zweiten Umlaufszustände abzuwechseln, um den Feldstrom If durch die Feldwicklung 12 auf zwischen die obere Grenze I1 und die untere Grenze I2 zu justieren. Zusätzlich unterscheidet sich die Kombination der Schaltelemente, durch die der Strom fließt, zwischen den ersten und zweiten Umlaufszuständen, was eine Erwärmung der Schaltelemente SW1 bis SW4 verteilen kann.
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Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, in jedem des gespeisten Zustands, des ersten Umlaufszustands und des zweiten Umlaufszustands einen erfassten Wert des Stroms durch jedes Schaltelement SW1 bis SW4 zu beschaffen, und auf der Grundlage der erfassten Werte das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers in jedem Schaltelement SW1 bis SW4 zu bestimmen.
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Genauer ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, wenn der Strom durch das erste Schaltelement SW1 und das zweite Schaltelement SW2 größer als ein vorbestimmter Strom in dem gespeisten Zustand ist, zu bestimmen, dass es einen Kurzschlussfehler (oder einen Schaltverbindungsfehler) in dem zweiten Schaltelement SW2 gibt. Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, zu bestimmen, dass es einen Kurzschlussfehler in dem dritten Schaltelement SW3 gibt, wenn der Strom durch das dritte Schaltelement SW3 und das vierte Schaltelement SW4 größer als ein vorbestimmter Strom in dem gespeisten Zustand ist.
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Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, zu bestimmen, dass es einen Kurzschlussfehler in dem vierten Schaltelement SW4 gibt, wenn der Strom durch das dritte Schaltelement SW3 und das vierte Schaltelement SW4 größer als ein vorbestimmter Strom in dem ersten Umlaufszustand ist. Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, zu bestimmen, dass es einen Kurzschlussfehler in dem ersten Schaltelement SW1 gibt, wenn der Strom durch das erste Schaltelement SW1 und das zweite Schaltelement SW2 größer als ein vorbestimmter Strom in dem zweiten Umlaufszustand ist.
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Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, zu bestimmen, dass es einen Unterbrechungsfehler in dem ersten Schaltelement SW1 gibt, wenn der Strom durch das erste Schaltelement SW1 in den gespeisten Zustand und der Strom durch das erste Schaltelement SW1 in dem ersten Umlaufszustand beide fast null sind. Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, zu bestimmen, dass es einen Unterbrechungsfehler in dem ersten Schaltelement SW1 gibt, wenn der Strom durch das vierte Schaltelement SW4 in dem gespeisten Zustand und der Strom durch das vierte Schaltelement SW4 in dem zweiten Umlaufszustand beide fast null sind.
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Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, zu bestimmen, dass es einen Unterbrechungsfehler in dem dritten Schaltelement SW3 gibt, wenn der Strom durch das erste Schaltelement SW1 und das vierte Schaltelement SW4 innerhalb eines normalen Bereichs in dem gespeisten Zustand ist und wenn der Strom durch das erste Schaltelement SW1 und der Strom durch das dritte Schaltelement SW3 beide in dem ersten Umlaufszustand fast null sind. Das Steuerungsgerät 40 ist konfiguriert, zu bestimmen, dass es einen Unterbrechungsfehler in dem zweiten Schaltelement SW4 gibt, wenn der Strom durch das erste Schaltelement SW1 und das vierte Schaltelement SW4 innerhalb eines normalen Bereichs in dem gespeisten Zustand ist und wenn der Strom durch das zweite Schaltelement SW2 und der Strom durch das vierte Schaltelement SW4 in dem zweiten Umlaufszustand beide fast null sind.
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Mit dieser vorstehend beschriebenen Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann während eines Fortsetzens der Leistungszufuhr zu der Feldwicklung 12 das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von beiden des Unterbrechungsfehlers und des Kurzschlussfehlers in jedem der Schaltelemente SW1 bis SW4 bestimmt werden.
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Das Steuerungsgerät 40 ist weiterhin konfiguriert, auf der Grundlage davon, welches der Schaltelemente SW1 bis SW4 fehlerhaft ist und welche Art des Fehlers (ob Unterbrechungs- oder Kurzschlussfehler) in dem fehlerhaften Schaltelement aufgetreten ist, zumindest einen eines Pfads für den Feldstrom zum Fließen und eines Pfads für den Umlaufstrom zum Fließen zu bestimmen. Beispiele sind unter Bezugnahme auf 5 bis 12 beschrieben.
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Wie es in 5 gezeigt ist, ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in dem ersten Schaltelement SW1 ein Schalten der Feldwicklung 12 auf den zweiten Umlaufszustand zu unterbinden. Dies kann ein Durchschießen von Strom durch den ersten Schenkel verhindern, das auftreten würde, wenn das zweite Schaltelement SW2 bei Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem ersten Schaltelement SW1 in dem Ein-Zustand versetzt würde. Das heißt, dass bei Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem ersten Schaltelement SW1 die Feldwicklung 12 in den gespeisten Zustand versetzt wird, indem das vierte Schaltelement SW4 in den Ein-Zustand versetzt wird und das zweite Schaltelement SW2 sowie das dritte Schaltelement SW3 in den Aus-Zustand versetzt werden. Zusätzlich wird die Feldwicklung 12 in den ersten Umlaufszustand versetzt, indem das dritte Schaltelement SW3 in den Ein-Zustand versetzt wird und das zweite Schaltelement SW2 sowie das vierte Schaltelement SW4 in den Aus-Zustand versetzt werden.
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Wie es in 6 gezeigt ist, ist das Steuerungsgerät 40 in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in dem vierten Schaltelement SW4 konfiguriert, ein Schalten der Feldwicklung 12 auf den ersten Umlaufszustand zu unterbinden. Dies kann ein Durchschießen von Strom durch den zweiten Schenkel verhindern, das auftreten würde, wenn das dritte Schaltelement SW3 in den Ein-Zustand bei Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem vierten Schaltelement SW4 versetzt würde. Das heißt, dass bei Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem vierten Schaltelement SW4 die Feldwicklung 12 in den gespeisten Zustand versetzt wird, indem das erste Schaltelement SW1 in den Ein-Zustand versetzt wird und das zweite Schaltelement SW2 sowie das dritte Schaltelement SW3 in den Aus-Zustand versetzt werden. Zusätzlich wird die Feldwicklung 12 in den zweiten Umlaufszustand versetzt, indem das zweite Schaltelement SW2 in den Ein-Zustand versetzt wird und das erste Schaltelement SW1 sowie das dritte Schaltelement SW3 in den Aus-Zustand versetzt werden.
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Somit wird in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in einem der Schaltelemente SW1 und SW4 das Schalten der Feldwicklung 12 auf einen der ersten und zweiten Umlaufszustände auf der Grundlage einer Bestimmung unterbunden, ob ein Kurzschlussfehler in dem ersten Schaltelement SW1 oder dem vierten Schaltelement SW4 aufgetreten ist, was ein Fortsetzen des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10 selbst bei Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in einem der Schaltelemente SW1 und SW4 erlaubt.
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Wie es in 7 gezeigt ist, ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, im Falle eines Kurzschlussfehlers in dem zweiten Schaltelement SW2 die Richtung des Erregungsstroms durch die Feldwicklung 12 umzukehren. Genauer ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, das dritte Schaltelement SW3 in den Ein-Zustand zu versetzen und das erste Schaltelement SW1 sowie das vierte Schaltelement SW4 in den Aus-Zustand zu versetzen, um den Erregungsstrom durch die Feldwicklung 12 in den gespeisten Zustand zu leiten. Zusätzlich ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, das vierte Schaltelement SW4 in den Ein-Zustand zu versetzen und das erste Schaltelement SW1 sowie das dritte Schaltelement SW3 in den Aus-Zustand zu versetzen, um den Umlaufsstrom durch die Feldwicklung 12 zu leiten.
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Wie es in 8 gezeigt ist, ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, im Falle eines Kurzschlussfehlers in dem dritten Schaltelement SW3 die Richtung des Erregungsstroms durch die Feldwicklung 12 umzukehren. Genauer ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, das zweite Schaltelement SW2 in den Ein-Zustand zu versetzen und das erste Schaltelement SW1 sowie das vierte Schaltelement SW4 in den Aus-Zustand zu versetzen, um den Erregungsstrom durch die Feldwicklung 12 in den gespeisten Zustand zu leiten. Zusätzlich ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, das erste Schaltelement SW1 in den Ein-Zustand zu versetzen und das zweite Schaltelement SW2 sowie das vierte Schaltelement SW4 in den Aus-Zustand zu versetzen, um den Umlaufsstrom durch die Feldwicklung 12 zu leiten.
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Somit wird in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in einem der Schaltelemente SW2 und SW3 die Richtung des Erregungsstroms durch die Feldwicklung 12 umgekehrt, was ein Fortsetzen des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10 selbst bei Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in einem der Schaltelemente SW2 und SW3 erlaubt.
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Wie es in 9 gezeigt ist, ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, in dem Falle eines Unterbrechungsfehlers in dem ersten Schaltelement SW1 die Richtung des Erregungsstroms durch die Feldwicklung 12 umzukehren. Genauer ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, das zweite Schaltelement SW2 und das dritte Schaltelement SW3 in den Ein-Zustand zu versetzen und das vierte Schaltelement SW4 in den Aus-Zustand zu versetzen, um den Erregungsstrom durch die Feldwicklung 12 in den gespeisten Zustand zu leiten. Zusätzlich ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, das zweite Schaltelement SW2 und das vierte Schaltelement SW4 in den Ein-Zustand zu versetzen und das dritte Schaltelement SW3 in den Aus-Zustand zu versetzen, um den Umlaufstrom durch die Feldwicklung 12 zu leiten.
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Wie es in 10 gezeigt ist, ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, in dem Falle eines Unterbrechungsfehlers in dem vierten Schaltelement SW4 die Richtung des Erregungsstroms durch die Feldwicklung 12 umzukehren. Genauer ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, das zweite Schaltelement SW2 und das dritte Schaltelement SW3 in den Ein-Zustand zu versetzen und das erste Schaltelement SW1 in den Aus-Zustand zu versetzen, um den Erregungsstrom durch die Feldwicklung 12 in dem gespeisten Zustand zu leiten. Zusätzlich ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, das zweite Schaltelement SW2 in den Aus-Zustand zu versetzen und das erste Schaltelement SW1 sowie das dritte Schaltelement SW3 in den Ein-Zustand zu versetzen, um den Umlaufstrom durch die Feldwicklung 12 zu leiten.
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Somit wird in dem Falle eines Unterbrechungsfehlers in einem der Schaltelemente SW1 und SW4 die Richtung des Erregungsstroms durch die Feldwicklung 12 umgekehrt und einer der ersten und zweiten Umlaufszustände unterbunden, was ein Fortsetzen des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10 selbst bei Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in einem der Schaltelemente SW1 und SW4 erlaubt.
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Wie es in 11 gezeigt ist, ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, in dem Falle eines Unterbrechungsfehlers in dem zweiten Schaltelement SW2 ein Schalten der Feldwicklung 12 auf den zweiten Umlaufszustand zu unterbinden. Das heißt, dass das Steuerungsgerät 40 konfiguriert ist, ein Wechseln zwischen dem gespeisten Zustand zum Leiten des Erregungsstroms durch die Feldwicklung 12 über das erste Schaltelement SW1 und das vierte Schaltelement SW4 und dem ersten Umlaufszustand zum Leiten des Umlaufsstroms durch die Feldwicklung 12 über das erste Schaltelement SW1 und das dritte Schaltelement SW3 zu steuern.
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Wie es in 12 gezeigt ist, ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, im Falle eines Unterbrechungsfehlers in dem dritten Schaltelement SW3 ein Schalten der Feldwicklung 12 auf den ersten Umlaufszustand zu unterbinden. Das heißt, dass das Steuerungsgerät 40 konfiguriert ist, ein Wechseln zwischen dem gespeisten Zustand zum Leiten des Erregungsstroms durch die Feldwicklung 12 über das erste Schaltelement SW1 und das vierte Schaltelement SW4 und dem zweiten Umlaufszustand zum Leiten des Umlaufsstroms durch die Feldwicklung 12 über das zweite Schaltelement SW2 und das vierte Schaltelement SW4 zu steuern.
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Somit wird in dem Falle eines Unterbrechungsfehlers in einem der Schaltelemente SW2 und SW3 ein Schalten der Feldwicklung 12 auf einen der ersten und zweiten Umlaufszustände unterbunden, was ein Fortsetzen des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10 selbst bei Vorhandensein eines Unterbrechungsfehlers in einem der Schaltelemente SW2 und SW3 erlaubt.
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Eine Verarbeitung für das Steuerungsgerät 40 zur Steuerung der Feldstromausgabeeinrichtung 22 ist nachstehend unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm gemäß 13 beschrieben. Diese Verarbeitung wird in dem Steuerungsgerät 40 zu jedem vorbestimmten Zeitintervall durchgeführt. Wie es in 1 gezeigt ist, weist das Steuerungsgerät 40 eine H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 und eine Fehlerbestimmungseinrichtung 42 auf.
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Das Steuerungsgerät 40 kann als ein Mikrocomputer mit einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU), einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einer Eingangs-Ausgangs-Schnittstelle und anderen Komponenten konfiguriert sein (die nicht gezeigt sind). Funktionen der H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 und der Fehlerbestimmungseinrichtung 42 (die nachstehend unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm gemäß Fig. 13 beschrieben sind) können dadurch implementiert sein, dass die CPU Computerprogramme ausführt, die in dem ROM gespeichert sind oder in das RAM geladen werden. Die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 und die Fehlerbestimmungseinrichtung 42 können nicht nur in Software verwirklicht werden, sondern beispielsweise ebenfalls in Hardware, beispielsweise in Logikschaltungstechnik, analoge Schaltungstechnik oder Kombinationen davon.
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In Schritt S01 bestimmt die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41, ob die H-Brückenschaltung 23 sich in einem gespeisten Zustand befindet oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die H-Brückenschaltung 23 sich in dem gespeisten Zustand befindet, bestimmt dann in Schritt S02 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41, ob der Feldstrom If gleich wie oder größer als die obere Grenze I1 ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Feldstrom If kleiner als die obere Grenze I1 ist, geht dann der Verarbeitungsablauf zu Schritt S03 über.
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Wenn in Schritt S02 bestimmt wird, dass der Feldstrom If gleich wie oder größer als die obere Grenze I1 ist, bestimmt dann in Schritt S04 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41, ob der erste Umlaufszustand unterbunden ist oder nicht. Wenn in Schritt S04 bestimmt wird, dass der Umlaufszustand nicht unterbunden ist, bestimmt dann in Schritt S05 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41, ob der zweite Umlaufszustand unterbunden ist oder nicht. Wenn in Schritt S05 bestimmt wird, dass der zweite Umlaufszustand unterbunden ist, versetzt dann in Schritt S06 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 die H-Brückenschaltung 23 in den ersten Umlaufszustand. Danach geht der Verarbeitungsablauf zu Schritt S03 über.
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Wenn in Schritt S05 bestimmt wird, dass der zweite Umlaufszustand nicht unterbunden ist, bestimmt dann in Schritt S07 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41, ob der vorhergehende Zustand der H-Brückenschaltung 23 der erste Umlaufszustand ist oder nicht. Wenn in Schritt S07 bestimmt wird, dass der vorhergehende Zustand der H-Brückenschaltung 23 der erste Umlaufszustand ist, versetzt dann in Schritt S08 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 die H-Brückenschaltung 23 in den zweiten Umlaufszustand. Danach geht der Verarbeitungsablauf zu Schritt S03 über. Wenn in Schritt S07 bestimmt wird, dass der vorhergehende Zustand der H-Brückenschaltung 23 der zweite Umlaufszustand ist, versetzt dann in Schritt S06 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 die H-Brückenschaltung 23 in den ersten Umlaufszustand. Wenn in Schritt S04 bestimmt wird, dass der erste Umlaufszustand unterbunden ist, versetzt dann in Schritt S08 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 die H-Brückenschaltung 23 in den zweiten Umlaufszustand.
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Wenn in Schritt S01 bestimmt wird, dass die H-Brückenschaltung 23 sich in einem der ersten und zweiten Umlaufszustände befindet, bestimmt dann in Schritt S09 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41, ob der Feldstrom If gleich wie oder kleiner als die untere Grenze I2 ist oder nicht. Wenn in Schritt S09 bestimmt wird, dass der Feldstrom If größer als die obere Grenze I2 ist, geht dann der Verarbeitungsablauf zu Schritt S03 über.
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Wenn in Schritt S09 bestimmt wird, dass der Feldstrom If gleich wie oder kleiner als die untere Grenze I2 ist, bestimmt dann in Schritt S10 die Fehlerbestimmungseinrichtung 42, ob es einen Unterbrechungsfehler in zumindest einem der Schaltelemente SW1 und SW4 gibt oder ob es einen Kurzschlussfehler in zumindest einem der Schaltelemente SW2 und SW3 gibt oder nicht. Falls in Schritt S10 eine negative Bestimmung gemacht wird, versetzt dann in Schritt S11 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 die H-Brückenschaltung 23 in den gespeisten Zustand. Danach geht der Verarbeitungsablauf zu Schritt S03 über. Wenn in Schritt S10 eine positive Bestimmung gemacht wird, versetzt dann in Schritt S12 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 die H-Brückenschaltung 23 in den gespeisten Zustand, bei dem die Richtung des Erregungsstroms durch die Feldwicklung 12 umgekehrt wird, um zu bewirken, dass der Erregungsstrom von dem Anschluss P4 zu dem Anschluss P3 fließt. Danach geht der Verarbeitungsablauf zu Schritt S03 über.
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In Schritt S03 bestimmt die Fehlerbestimmungseinrichtung 42 auf der Grundlage eines erfassten Werts von Strom durch jedes Schaltelement SW1 bis SW4, ob es einen Fehler in jedem Schaltelement SW1 bis SW4 gibt oder nicht. In Schritt S13 bestimmt die Fehlerbestimmungseinrichtung 42, ob es einen Kurzschlussfehler in zumindest einem der Schaltelemente SW1 und SW3 gibt oder ob es einen Unterbrechungsfehler in zumindest einem der Schaltelemente SW2 und SW4 gibt oder nicht. Wenn in Schritt S13 eine positive Bestimmung gemacht wird, unterbindet dann in Schritt S14 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 den zweiten Umlaufszustand.
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Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S13 gemacht wird, oder nach Schritt S14, bestimmt dann in Schritt S15 die Fehlerbestimmungseinrichtung 42, ob es einen Kurzschlussfehler in zumindest einem der Schaltelemente SW2 und SW4 gibt oder ob es einen Unterbrechungsfehler in zumindest einem der Schaltelemente SW1 und SW3 gibt. Wenn in Schritt S15 eine positive Bestimmung gemacht wird, unterbindet dann in Schritt S16 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 den ersten Umlaufszustand.
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Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S15 gemacht wird, oder nach Schritt S16, bestimmt dann in Schritt S17 die Fehlerbestimmungseinrichtung 42, ob es einen Kurzschlussfehler in zumindest einem der Schaltelemente SW2 und SW3 gibt oder ob es einen Unterbrechungsfehler in zumindest einem der Schaltelemente SW1 und SW4 gibt. Wenn eine positive Bestimmung in Schritt S17 gemacht wird, begrenzt dann in Schritt S18 die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung 41 Betriebe verschiedener elektrischer Lasten, die an dem Fahrzeug, das die rotierende elektrische Maschine 10 trägt, angebracht sind und mit Leistung aus der Gleichstromleistungsquelle 21 versorgt werden. Danach endet der Verarbeitungsablauf. Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S17 gemacht wird, endet der Verarbeitungsablauf.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verringert sich, da die Feldwicklung 12 die Polarität aufweist, die Feldstärke geschwächt wird, wenn der Erregungsstrom durch die Feldwicklung 12 in die entgegengesetzte Richtung (P4 -> P3) im Vergleich dazu fließt, wenn der Erregungsstrom durch die Feldwicklung 12 in der normalen Richtung (P3 -> P4) fließt, die erzeugte Leistung aus der rotierenden elektrischen Maschine 10. Daher ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, Betriebe der elektrischen Lasten, die in dem Fahrzeug angebracht sind, das die rotierende elektrische Maschine 10 trägt, zu begrenzen, wenn der Erregungsstrom durch die Feldwicklung 12 in die entgegengesetzte Richtung (P4 -> P3) fließt. Beispielsweise werden elektrische Lasten, die beim Fahren des Fahrzeugs involviert sind, vorzugsweise betrieben, wohingegen Betriebe von elektrischen Lasten, die nicht beim Fahren des Fahrzeugs involviert sind, begrenzt werden. Diese Konfiguration ermöglicht ein Fortsetzen des Fahrens des Fahrzeugs, selbst wenn die erzeugte Leistung aus der rotierenden elektrischen Maschine 10 sich verringert hat.
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Modifikationen
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Es ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend offenbarten spezifischen Ausführungsbeispiele begrenzt ist und dass Modifikationen und andere Ausführungsbeispiele innerhalb des Umfangs der beigefügten Patentansprüche enthalten sein sollen.
- (M1) Die H-Brückenschaltung 23, die wie in 2 konfiguriert ist, wurde beschrieben. Alternativ dazu kann die H-Brückenschaltung 23a verwendet werden, die konfiguriert ist, wie es in 14 gezeigt ist. Die H-Brückenschaltung 23a ist ähnlich zu der Konfiguration der H-Brückenschaltung 23 mit der Ausnahme, dass eine Freilaufdiode D2 anstelle des zweiten Schaltelements SW2 als der untere Zweig des ersten Schenkels vorgesehen ist und eine Freilaufdiode D3 anstelle des dritten Schaltelements SW3 als der obere Zweig des zweiten Schenkels vorgesehen ist.
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In dieser Konfiguration kann die H-Brückenschaltung 23a in den gespeisten Zustand versetzt werden, bei dem der Erregungsstrom durch die Feldwicklung 12 fließt, indem die Schaltelemente SW1 und SW4 in den Ein-Zustand versetzt werden. Zusätzlich kann die H-Brückenschaltung 23a in den ersten Umlaufszustand, bei dem der Umlaufsstrom durch die Feldwicklung 12 fließt, versetzt werden, indem das Schaltelement SW1 in den Ein-Zustand versetzt wird und das Schaltelement SW4 in den Aus-Zustand versetzt wird. Die H-Brückenschaltung 23a kann in den zweiten Umlaufszustand, bei dem der Umlaufstrom durch die Feldwicklung 12 fließt, versetzt werden, indem das Schaltelement SW1 in den Aus-Zustand versetzt wird und das Schaltelement SW4 in den Ein-Zustand versetzt wird.
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Auch in dieser Konfiguration wird ein Schalten zwischen dem ersten Umlaufszustand und dem zweiten Umlaufszustand den Strom durch jeden Zweig leiten, was das Durchführen einer Bestimmung erlaubt, ob es einen Fehler in jedem Zweig gibt oder nicht. Das heißt, dass Gelegenheiten zur Erfassung eines Fehlers in jedem Zweig gewährleistet werden können. Zusätzlich kann ein wiederholtes Wechseln zwischen dem ersten Umlaufszustand, bei dem der Umlaufstrom durch das Schaltelement SW1 und die Freilaufdiode D3 fließt, und dem zweiten Umlaufszustand, bei dem der Umlaufstrom durch das Schaltelement SW4 und die Freilaufdiode D2 fließt, ein Erwärmen der Schaltelemente SW1 und SW4 verteilen.
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Das Steuerungsgerät 40 ist weiterhin konfiguriert, im Falle eines Kurzschlussfehlers in dem ersten Schaltelement SW1 ein Schalten der H-Brückenschaltung 23a auf den zweiten Umlaufszustand zu unterbinden, und in dem Falle eines Kurzschlussfehlers in dem vierten Schaltelement SW4 ein Schalten der H-Brückenschaltung 23a auf den ersten Umlaufszustand zu unterbinden. Dies erlaubt das Fließen des Erregungsstroms derart, dass die Gleichstromleistungsquelle 21 nicht kurzschließt, was ein Fortsetzen des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10 selbst bei Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in einem der ersten und vierten Schaltelemente SW1 und SW4 erlaubt.
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Das Steuerungsgerät 40 ist weiterhin konfiguriert, im Falle eines Unterbrechungsfehlers in der Freilaufdiode D2 ein Schalten der H-Brückenschaltung 23a auf den zweiten Umlaufszustand zu unterbinden, und in dem Falle eines Unterbrechungsfehlers in der Freilaufdiode D3 ein Schalten der H-Brückenschaltung 23a auf den ersten Umlaufszustand zu unterbinden. Dies erlaubt ein Fortsetzen des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10.
- (M2) Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die Feldwicklung 12 die Polarität auf. Alternativ dazu kann die Feldwicklung 12 keine Polarität aufweisen. In einer derartigen Modifikation können die Schritte S17 und S18 von dem Flussdiagramm gemäß 13 entfernt werden.
- (M3) In einer Modifikation kann in der H-Brückenschaltung ein Schaltelement als einer des unteren Zweigs des ersten Schenkels und des oberen Zweigs des zweiten Schenkels vorgesehen sein, und kann eine Freilaufdiode als das andere des unteren Zweigs des ersten Schenkels und des oberen Zweigs des zweiten Schenkels vorgesehen sein.
- (M4) In einer Modifikation können die Schritte S10 bis S12, die Schritte S13, S14, die Schritte S15 und S16 oder die Schritte S17 und S18 von dem Flussdiagramm gemäß 13 entfernt werden.
- (M5) Gemäß einer Modifikation kann das Steuerungsgerät 40 konfiguriert sein, eine Ausgangsspannung (zwischen den Anschlüssen P3 bis P4) der H-Brückenschaltung 23 auf eine vorbestimmte Spannung zu justieren, wodurch der Feldstrom If auf den Feldstrombefehlswert If* justiert wird.
- (M6) Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Steuerungsgerät 40 konfiguriert, wenn es als Fehlerbestimmungseinrichtung fungiert, einen erfassten Wert von Strom durch jedes Schaltelement SW1 bis SW4 zu beschaffen, und auf der Grundlage der erfassten Werte zu bestimmen, ob es einen Fehler in jedem Schaltelement SW1 bis SW4 gibt. Gemäß einer Modifikation kann das Steuerungsgerät 40 konfiguriert sein, wenn es als Fehlerbestimmungseinrichtung fungiert, einen erfassten Wert von Feldstrom If durch die Feldwicklung 12 zu beschaffen und auf der Grundlage des erfassten Werts zu bestimmen, ob es einen Fehler in jedem Schaltelement SW1 bis SW4 gibt.
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In einem Gerät (40) zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine (10) steuert eine H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung ein Schalten zwischen einem gespeisten Zustand, bei dem ein Erregungsstrom durch eine Feldwicklung über einen oberen Zweig (SW1) eines ersten Schenkels einer H-Brückenschaltung (23) und einem unteren Zweig (SW4) des zweiten Schenkels fließt, einem ersten Umlaufszustand, bei dem ein Umlaufsstrom durch die Feldwicklung über die oberen Zweige der ersten und zweiten Schenkel fließt, und einem zweiten Umlaufszustand, bei dem ein Umlaufstrom durch die Feldwicklung über die unteren Zweige der ersten und zweiten Schenkel fließt. Die H-Brückenschaltungssteuerungseinrichtung (41) führt auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses einer Fehlerbestimmungseinrichtung (42) zumindest eines durch von (i) Unterbinden des ersten Umlaufszustands, wenn es einen Unterbrechungsfehler in dem oberen Zweig (SW3) des zweiten Schenkels gibt, und (ii) Unterbinden des zweiten Umlaufszustands, wenn es einen Unterbrechungsfehler in dem unteren Zweig (SW2) des ersten Schenkels gibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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