WO2013167309A2 - Auswahleinheit zur auswahl der konfiguration eines elektromotors, transportmaschine und zugehöriges verfahren - Google Patents

Auswahleinheit zur auswahl der konfiguration eines elektromotors, transportmaschine und zugehöriges verfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2013167309A2
WO2013167309A2 PCT/EP2013/056238 EP2013056238W WO2013167309A2 WO 2013167309 A2 WO2013167309 A2 WO 2013167309A2 EP 2013056238 W EP2013056238 W EP 2013056238W WO 2013167309 A2 WO2013167309 A2 WO 2013167309A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
configuration
electric motor
windings
unit
error
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/056238
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013167309A3 (de
Inventor
Gunter Freitag
Karl-Josef Kuhn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP13712237.0A priority Critical patent/EP2820755A2/de
Publication of WO2013167309A2 publication Critical patent/WO2013167309A2/de
Publication of WO2013167309A3 publication Critical patent/WO2013167309A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/32—Control or regulation of multiple-unit electrically-propelled vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/40—Electrical machine applications
    • B60L2220/44—Wheel Hub motors, i.e. integrated in the wheel hub
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • Selection unit for selecting the configuration of an electric motor, transport machine and associated method
  • the invention relates to a selection unit for selecting the configuration of an electric motor.
  • the electric motor can be used in a transport machine as a drive motor.
  • Electric motors are increasingly used in cars, commercial vehicles but also in motorcycles and bicycles. Frequently, a fixed configuration of the electric motor is predetermined, to which the vehicle and the control unit or a possibly used control unit are tuned. But also ships and airplanes are equipped with electric motors as propulsion to water or in the air.
  • the invention relates to a selection unit for selecting the configuration of an electric motor, comprising:
  • an input unit that can receive a signal or data indicating a driving state of a haulage machine or a rotational speed of an electric motor
  • a determination unit which determines a configuration of the electric motor as a function of the signal or data received with the input unit
  • an output unit that outputs at least one signal or data that designates or dictates the selected configuration.
  • the invention relates to a transport machine with such a selection unit.
  • the invention also relates to a method for selecting a configuration on an electric motor, comprising:
  • One embodiment relates to a selection unit for selecting the configuration of an electric motor, comprising:
  • an input unit that can receive at least one signal or data that indicates a driving state of a haulage machine or a rotational speed of an electric motor
  • a determination unit which preferably automatically determines a configuration of the electric motor depending on the signal or data received with the input unit, and an output unit which outputs a signal or data designating or defining the selected configuration.
  • a driving condition can be, for example, starting up.
  • Another driving state may be, for example, driving at medium speeds, for example in the range of 30 km / h (kilometers per hour) to 50 km / h.
  • a third driving condition may be driving at high speeds. But there are others too Driving conditions are used, which are less speed related. So also errors in the electric motor or its control can mark a certain driving condition. Instead of or in addition to the driving conditions, the rotational speed of the electric motor can also be used.
  • the determination unit contains, for example, a processor or a microprocessor.
  • the detection unit may include an electronic circuit without a microprocessor.
  • the determining unit selects a favorable configuration, in particular according to a predetermined method or according to predetermined criteria, e.g. high efficiency of the electric motor in the relevant driving condition, safe engine operation when an error occurs in the electric motor or in the control or regulation of the electric motor.
  • the selection can be made according to comparatively simple specifications. But you can also use more complex selection strategies.
  • the configuration can then be e.g. can be set directly via the output unit or another configuration unit is used, which reconfigures the electric motor.
  • the configuration can be done software-technically via the on-control signals of the half-bridges or full bridges.
  • a switch matrix may allow the setting of all theoretically possible configurations.
  • switching elements can also be used with which the practically relevant configurations can be set.
  • the reconfiguration can be done by changing the number of windings used for the operation of the electric motor. Even with a constant number of windings, the wiring of the windings can be changed, for example, by a change between star point circuit and polygonal circuit. Also, various types of polygonal circuit can be used.
  • the selection unit it is possible to determine various configurations of the electric motor based on efficiency specifications for the electric motor, for example for different speeds of rotation relative to torque values. From these configurations, the configuration belonging to a particular driving state is then selected by the selection unit. If, for example, a configuration with high efficiency of the electric motor is always selected, the range of electric vehicles can be determined on the basis of the efficient
  • the determination unit may determine a configuration with a high efficiency of the electric motor at a driving state or at a rotational speed.
  • the efficiency can be defined as the ratio of the absorbed electrical power to the delivered mechanical power.
  • not all windings or phases of a three-phase machine are used in a lower speed range of the electric motor, in order to enable high efficiency here as well. At high speeds then more windings or all windings are used, since then results in addition to the larger power and high efficiency.
  • the efficiency of the electric motor is crucial for the energy consumption and thus for the range of an electric car or electric vehicle.
  • the efficiency can be increased by selecting a suitable number of windings or windings to use.
  • the number of current-wound windings may change during a first configuration of the number of current-carrying windings differ in a second configuration. Both configurations may relate to a faultless operation of the electric motor.
  • the number of electrical phases used for driving can remain the same for different number of turns. Alternatively, however, the number of electrical phases used for driving can also differ with different numbers of windings. Thus, more arise
  • the efficiency can be changed by selecting a suitable for the driving condition or speed number of electrical phases used for driving, for example.
  • Half bridges or full bridges The number of phases used may differ in a first configuration from the number of phases used in a second configuration, preferably with the same number of windings used. In error-free operation, preferably all existing windings are used.
  • the electric motor This measure can also be done easily by means of microprocessor or microcontroller.
  • Other degrees of freedom for varying the efficiency result in combination with other measures, e.g. Change from star connection to delta connection or to polygonal circuits, whereby in multi-way circuits also different numbers of voltages can be used (English: "Span").
  • the determination unit can also switch between error-free operation of the
  • Electric motor and a fault operation differ.
  • efficiency efficiency can be decisive for the selection of the configuration.
  • safety can be decisive, for example the safety of a transport machine containing the selection unit.
  • the determination unit can not use a winding containing an error in error operation by selecting a configuration without this winding.
  • the determination of the cause of the error can take place automatically, for example by detecting winding parameters, e.g. Winding resistance, or otherwise, e.g. from a motor model that is simultaneously simulated.
  • the error may also be due to a drive of the electric motor, e.g. in a converter.
  • the detection unit selects a configuration that does not use the half bridge or full bridge of the drive affected by the fault.
  • the determination unit can select a configuration that allows it to counter or control a moment caused by the error.
  • a pendulum moment or a blocking moment can be counteracted.
  • the electric motor is thus divided into two sub-machines, in which case one sub-machine is faulty and the other sub-machine counteracts the fault and realizes an auxiliary drive.
  • the auxiliary drive can also be realized by a third sub-machine of the electric motor to separate the error compensation of the function as an auxiliary drive.
  • the transport machine is, for example, a fully electric car.
  • the transport machine is a car with hybrid drive, ie there is an electric drive and a further drive, such as an internal combustion engine.
  • the range is a decisive acceptance criterion. The range can be increased by increasing the efficient use of the motor by turning windings on or off based on choices of the selection unit.
  • the transport machine may include an electronic drive unit for controlling the windings of the electric motor in accordance with control signals.
  • the electronic switches in the control unit may be field effect transistors (FETs), such as MOSFETs (Metal Oxide FET). But also IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) or Thyristor (GTO) can be used, depending on the required switching capacity.
  • FETs field effect transistors
  • IGBT Isolated Gate Bipolar Transistor
  • GTO Thyristor
  • the switching elements may form in the drive unit a half-bridge circuit for the connection of a winding terminal or a full-bridge circuit for the connection of the two terminals of a winding. The mentioned switching elements are also suitable for the configuration.
  • a configuration can already be made via the half-bridges or the full-bridges by, for example, certain bridge circuits not being used or in which specific bridge circuits are driven with the same control signal.
  • a configuration can be maintained for more than one second, more than 10 seconds or even more than one minute.
  • the transport machine may include a control unit for generating the control signals of the drive unit according to at least one control method.
  • the regulation can be, for example, a field-oriented regulation.
  • Field-oriented controls are based on a rotation vector (Vector Control) that rotates with the rotor angular velocity.
  • Vector Control a rotation vector
  • the rotor coordinates can be used more easily for a control because the rotating field in rotor coordinates rests relative to the rotating field of the stator (synchronous machine) or has only a small speed relative to the rotating field of the stator (Asyn- chron machine).
  • the transformation into rotor coordinates for control and the inverse transformation into the stator coordinates for generating the control signals for the drive unit can be performed by powerful processors, in particular by microprocessors or by special signal processors.
  • the control can also be based on a motor model of the electric motor.
  • controller elements can be used, such as PI (Proportional Integral) or PID (Proportional, Integral, Differential) controllers.
  • the transport machine may include a configuration unit coupled to the output unit that sets the designated or defined configuration.
  • the configuration unit may thus contain the drive unit or else additional electronic switches, e.g. Transistors, or electromechanical switches, such as relays.
  • Switches can also be used which switch between the configurations used, e.g. between two configurations, three configurations or more than three configurations.
  • a switch matrix may be used that allows a variety of configurations.
  • one connection of each winding is routed to a common neutral point.
  • one winding connection of one winding is always connected in succession to a winding connection of another winding in series connection.
  • three windings speak of a triangle and more than three windings of a polygon. Spatially adjacent windings can be connected directly, or, for example, a Wiek- or two or more winding terminals of other windings lying between the connected windings are skipped.
  • span or English "span" is used.
  • the configuration unit may also include the control unit, so that depending on the configuration and the relevant engine models are included in the scheme.
  • the type of control or control can be configured.
  • the transport machine may include at least one wheel hub motor, for example two wheel hub motors on one axle of a vehicle or four wheel hub motors on the two axles. By selecting unit can be in case of error, the
  • Adjust driving characteristics or rolling properties of a freely rotating wheel In particular, blocking can be avoided and fault moments can be counteracted, e.g. Pendulum moments.
  • the wheel hub motor may, for example, contain a tooth coil winding.
  • the wheel hub motor can be realized as an external rotor or as an inner rotor.
  • the electric motor may, for example, 4 or more than 4 windings or grooves, 9 or more than 9 windings or grooves, 12 or more as 12 turns or even more than 24 turns.
  • the number of windings or grooves can be less than 100.
  • a method for selecting a configuration on an electric motor comprising:
  • the second configuration may differ from the first configuration in terms of the number of windings involved.
  • the windings are divided into distributed windings, which occupy more than two slots, and concentrated windings, which occupy only two slots.
  • a winding may contain several turns, eg more than 10 turns, more than 100 turns but eg less than 10,000 turns.
  • the windings can also be referred to as coils.
  • each winding has a winding connection or else two winding connections which, depending on the selection made, are connected with half bridges or full bridges of respectively two or four switching elements.
  • the winding terminals of two or more than two windings may also be connected to the center node of the full and half bridges. In other configurations, however, then these winding connections are again separated from each other.
  • the electric motor can be faultless in both configurations.
  • the configurations can then be selected, for example, in terms of efficiency.
  • the efficiency can be changed by selecting a suitable number of electrical phases used for the driving state or the rotational speed.
  • the number of phases used may differ in a first configuration from the number of phases used in a second configuration, preferably with the same number of windings used. In error-free operation, preferably all existing windings are used.
  • Changing the number of phases is again a simple but effective measure for changing the efficiency of an electric motor. This measure can also be carried out simply by means of a microprocessor or microcontroller. Further degrees of freedom for changing the efficiency result in combination with other measures, e.g. Change from star connection to delta connection or to polygonal circuits, whereby in multi-way circuits also different numbers of voltages can be used (English: "Span").
  • the configurations can be selected such that, depending on the driving condition, the greatest possible efficiency of the operation of the electric motor results. This increases the efficiency and thus the range of, for example, electric vehicles.
  • the electric motor may also contain an error when using the first configuration and / or when using the second configuration.
  • the configuration used can itself be error-free.
  • the individual windings can, for example, be wound back on the outside of the stator.
  • two-layered tooth coil winding can be used.
  • Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.
  • Electric drives usually have a much lower efficiency in the lower speed range than in their optimum operating range. Especially in the lower speed range, which is very common in driving practice, for example, turns on
  • Hub motor therefore in a non-optimal speed range. Therefore, more energy is converted into heat loss and not used for the actual propulsion. Electrical machines have an optimal operating point.
  • the drive consists, for example, of:
  • an electric motor e.g. Hub motor, with more than three phases
  • FIG. 2 operating states in one rotational speed to torque diagram
  • FIG. 3 units for configuring and operating an electric motor
  • FIG. 4 shows a first configuration of an electric motor with, for example, twelve windings
  • FIG. 5 shows a second configuration of the electric motor
  • FIG. 6 shows an example of the arrangement of windings for the second configuration of the electric motor
  • FIG. 7 shows a third configuration of the electric motor, which is also suitable for a fault
  • FIG. 8 shows an example of the arrangement of windings for the third configuration of the electric motor
  • FIG. 9 shows method steps of a method for configuring an electric motor
  • Figure 12 shows an example of the arrangement of windings for a fifth configuration of the electric motor.
  • FIG. 1 shows a wheel hub motor 10 which is arranged on a vehicle axle 12. It is, for example, an internal rotor motor.
  • a radial bearing 16 is fixed with its inside on the vehicle axle 12 and mounted or fastened on its outer side in a bearing block 18.
  • a rotor base disc 20 has a circular circumference and may form the sidewall of a rotor housing.
  • permanent magnets PM1 to PMn are mounted, e.g. 12 pieces.
  • the stator housing 21 carries coils SP1 to SPn, e.g. 12 or 24 windings, which are also referred to below as Wl to Wn.
  • the wheel hub motor 10 may have a dimension along its central axis M which is smaller than its diameter, in particular smaller than half the diameter.
  • the length is given, for example, by the length of the coils SP1 or by the length of a housing.
  • the diameter is predefined, for example, by the position of the outer surfaces of the coils SP1 to SPn or by a housing.
  • wheel hub motor 10 it is also possible to use another wheel hub motor, for example with a squirrel-cage rotor (short-circuit ring rotor).
  • a wheel hub motor 10 with internal rotor and a hub motor with external rotor can be used, which contains permanent magnets or a short-circuited ring rotor.
  • the electric motor may be used in a haulage machine or other machine, e.g. in a machine tool or similar
  • the same principles apply not only to motors but also to generators.
  • FIG. 2 shows operating states at a speed n to torque M diagram.
  • the speed n is plotted on the horizontal axis of the diagram.
  • the torque M is plotted on the vertical axis of the diagram.
  • Two curves K1 and K2 are each associated with an equal efficiency, wherein the efficiency of the curve K2 is higher than the efficiency of the curve K2.
  • the curves K1 and K2 separate regions having different degrees of efficiency from each other when the hub motor is used in only one configuration.
  • the radar For example, it is tuned to an operating state B4, for which it is operated with a high degree of efficiency.
  • the area Gl encompassed by the curve Kl refers to an area having operating states that have high efficiency.
  • An area G3 lies to the left and below the curve K2 and relates to operating states with a low efficiency, see operating states Bl and B2.
  • an approach is now chosen in which not only a configuration of the electric motor is used but a plurality of configurations.
  • the same torque M of the motor can be achieved, as in the operating state B4, e.g. Driving at the moment of acceleration at high speed, i. four or five people plus any luggage.
  • the configuration of the wheel hub motor 10 will be explained in more detail with reference to the following figures 3 to 12.
  • Figure 3 shows units for configuring and operating an electric motor 54, e.g. the wheel hub motor 10, namely:
  • the motor 10, 54 may, for example. Include a tooth coil winding.
  • the motor 10, 54 can be realized as an external rotor or as an internal rotor. Instead of a tooth coil winding, other winding schemes may be used, e.g.
  • the controller 50 includes: a drive unit 56,
  • control unit 58 a control unit 58, and
  • the drive unit 56 contains, for example, a number of pulse width modulation circuits (PWM) or PWM circuit pairs which correspond to the number of half-bridge circuits in the case of power electronics 52 with half bridges or with the number of full bridge circuit in the power electronics 52 matches.
  • PWM pulse width modulation circuits
  • the control unit 58 contains, for example, for each adjustable configuration its own control / control or at least for each adjustable configuration own control parameters (time constants of the controller, gain factors of the controller, command values, manipulated variables or controlled variables) or model parameters.
  • closed-loop control there is a closed loop in which a control difference, which results from the actual value and setpoint of the controlled variable, becomes as small as possible.
  • An example of a regulation is field-oriented regulation. In the case of a controller, on the other hand, there is an open chain of effects.
  • the selection unit 60 selects a suitable configuration of the motor 54 depending on the operating state of the engine 54 or a machine including this motor 54, and causes the configuration corresponding to the selected configuration.
  • the structure of the selection unit 60 will be explained in more detail below with reference to FIG.
  • the power electronics 52 includes half bridges 62 to 66. Alternatively, instead of the half bridges 62 to 66 and full bridges can be used.
  • the electric motor 54 has twelve or more than twelve windings Wl to Wn.
  • the power electronics 52 can then, for example, twelve or more than twelve half bridges in the case of a power electronics 52 with half bridges or twelve or more full bridges in the case of Power electronics 52 with full bridges included.
  • a separate control of the windings, each with a half-bridge or each with a full bridge done.
  • FIG. 4 shows a first configuration K1 of the electric motor 54 with, for example, twelve windings W1 to W12, wherein only the windings W1 to W6 are shown for reasons of symmetry.
  • the switching bridges associated with the windings W7 to W12 are, like the switching bridges assigned to the windings W1 to W6, driven in the opposite direction of winding of the windings W7 to W12 in comparison to the winding sense of the windings W1 to W6.
  • the windings W7 to W12 associated with switching bridges inversely to the windings Wl to W6 associated switching bridges are driven, inversely means that, for example, the control signals for the upper bridge transistor / switch and the drive signals for the lower bridge transistor / - switches are reversed.
  • windings Wl to W12 are connected to each other at a neutral point SP.
  • the following circuit is present:
  • the winding Wl is connected to the center node of the half-bridge HB1, wherein the central node is connected to the working distances of both switching elements of the half-bridge, which also applies to the other half-bridges.
  • the winding W2 is connected to the middle node of the half-bridge HB2
  • the winding W3 is connected to the middle node of the half-bridge HB3
  • the winding W4 is connected to the middle node of the half-bridge HB4,
  • the winding W5 is connected to the center node of the half-bridge HB5, and
  • the winding W6 is connected to the center node of the half-bridge HB6.
  • the lower switching element of the half bridges HB1 to HB6 is in each case connected to a common minus line 100.
  • the upper switching element of the half bridges HB1 to HB6 is in each case connected to a common positive line 102.
  • Each half-bridge HB1 to HB6 is controlled by a drive signal.
  • the upper switching element e.g. Gate
  • the six phases are arranged one another with increasing phase shift between adjacent phases, i. e.g. 0 angular degrees, 60, 120, 180, 240, and 300 degrees of angle. Due to the use of six phases for controlling twelve windings W1 to W12, a first sub-machine of the electric motor 12 with its own torque characteristic as a function of speed results. The efficiency of the first part of the machine is dependent on the speed unlike other sub-machines, which, for example. Below with reference to the figures 5 to 8 will be explained in more detail.
  • the half-bridges belonging to the unillustrated windings W6 to W12 are driven like the half-bridges of the windings W1 to W6 based on the six phases. However, it can also be worked with only six half-bridges greater power when the half-bridge HB1, for example.
  • the current through the windings Wl and W7, the half-bridge HB2 controls the current through the windings W2 and W8 and so on.
  • FIG. 5 shows a second configuration K2 of the electric motor 54.
  • the configuration K2 only three phases are used to drive the half bridges HB1 to HB12, the half bridges HB8 to HB12 not being shown because of the above-mentioned symmetry of the motor 54.
  • the six half bridges HB1 to HB6 used, as explained in more detail below.
  • the windings Wl to W12 are connected to each other at a neutral point SP.
  • the circuit explained above with reference to FIG. 4 is present, i. e.g. that the winding Wl is again connected to the center node of the half-bridge HB1.
  • the lower switching element of the half bridges HB1 to HB12 is in each case again connected to the common negative line 100.
  • the upper switching element of the half bridges HB1 to HB12 is respectively connected to the common positive line 102.
  • control terminals of the half bridges HB1 to HB12 are each connected in groups of four via line pairs LI to L3, Llb, Llc and other line pairs, not shown.
  • Each half-bridge quadrature group is controlled by a drive signal line pair Sl, S2 or S3, wherein the one drive line respectively to a control terminal of the upper switching element, eg gate, and the other drive line respectively leads to a control terminal of the lower switching element of the respective half-bridge.
  • the line pair LI connects the control signals of the Hall bridges HB1 and HB2,
  • the line pair L2 connects the control signals of the Hall bridges HB3 and HB4,
  • the line pair L3 connects the control signals of the Hall bridges HB5 and HB6,
  • the line pair Llb connects the control signals of the Hall bridges HB7 and HB8,
  • an unillustrated line pair connects the control signals of the Hall bridges HB9 and HB10,
  • An unillustrated line pair connects the control signals of the Hall bridges HB11 and HB12, and
  • a line pair Llc connects the line pairs LI and Llb to the first group of four half bridges HB1, HB2, HB7 and HB8.
  • the three phases are arranged in relation to one another with increasing phase shift between adjacent phases, ie, for example, 0 angular degrees, 120 and 240 degrees of angle.
  • a second sub-machine of the electric motor 12 results, with its own torque characteristic as a function of the rotational speed.
  • the efficiency of the second part of the machine is dependent on the speed differently than in the first part of the machine or a third sub-machine explained in more detail below.
  • the half-bridges belonging to the unillustrated windings W9 to W12 are driven like the half-bridges of the windings W3 to W6 based on the three phases.
  • the half-bridge HB1 controls the current through the windings W1 and W2
  • the half-bridge HB3 controls the current through the windings W3 and W4.
  • operation can be done with only three half-bridges when a half bridge controls the current through 4 windings, e.g. the half-bridge HB1 the current through the windings Wl, W2, W7 and W8.
  • FIG. 6 shows an example of the arrangement of windings for the second configuration of the electric motor 54. Windings of equal numbers are supplied with the same sine signal or cosine signal, the three phases 1, 2, 3 being present.
  • the individual windings can, for example, be wound back on the outside of the stator.
  • two-layered tooth coil winding can be used.
  • Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.
  • FIG. 7 shows a third configuration K3 of the electric motor 54, which is also suitable for a fault.
  • the configuration K3 only three phases are also used to drive the half bridges HB1, HB3, HB5, HB7, HB9 and HB11, the half bridges HB6 to HB12 not being shown are, because of the above-mentioned symmetry of the electric motor 54.
  • the third configuration can also be used in driving situations in which a lower power of the electric motor 54 is required and in which there is no fault.
  • windings Wl to W12 are again connected together at a neutral point SP.
  • For the other ends of the windings Wl to W6 is the above with reference to FIG 4 explained
  • the lower switching element of the half bridges HB1 to HB6 is connected to the common minus line 100 again.
  • the upper switching element of the half bridges HB1 to HB6 is connected to the common positive line 102, respectively.
  • the line pairs S1, S3 and S5 are used to control the half-bridges HB1, HB3 and HB5, the one drive line each being connected to a control terminal of the upper switching element, e.g. Gate, and the other drive line respectively leads to a control terminal of the lower switching element of the respective half-bridge.
  • Phases are arranged, i. e.g. 0 angular degrees, 120 and 240 degrees of angle. Due to the use of three phases for the control of six windings W1, W3, W5, W7, Wp and Wll, a third sub-machine of the electric motor 12 results, with its own torque characteristic as a function of the rotational speed.
  • the efficiency of the third part machine is dependent from the speed unlike the first part machine or the second part machine.
  • the half bridges corresponding to the windings W7, W9 and W11, which are not shown, are driven like the half bridges of the windings W1, W3 and W5 based on the three phases. However, it can also be worked with only three half-bridges greater power when the half-bridge HB1, for example, the current through the windings Wl and W7, the half-bridge HB3 the current through the windings W3 and W9, etc. controls.
  • the configuration K3 is particularly suitable for error cases.
  • an error 104 occurs in the winding W6, e.g. Windungs gleich, it can, for example, be switched from the configuration Kl or K2 to the configuration K3.
  • the winding W6 is not used, so that the fault has no influence on the operation of the electric motor 54 or a vehicle driven therewith.
  • the error 104 could also refer to the half-bridge HB6, e.g. Short circuit or interruption in a switching unit.
  • the configuration K3 is suitable for keeping the influence of the fault 104 as small as possible and nevertheless ensuring emergency operation of the electric motor 54.
  • the windings W1 to W12 or Wn shown in FIGS. 4 to 7 can be used instead of the star circuits of the windings W1 to W12 or Wn shown in FIGS. 4 to 7, it is also possible to use polygonal circuits (ie, a delta circuit, square circuit, etc.).
  • a polygon circuit the windings W1 to Wn can be the outside of the polygon form.
  • the windings can also be cross-connected, which is referred to as a so-called span (span).
  • span span
  • FIG. 8 shows an example of the arrangement of windings for the third configuration of the electric motor 54.
  • one of two submachines can be used, i. either the sub-machine assigned to the phases 1, 2, 3 from the windings W1, W3, W5, W7, W9 and W11 or the sub-machine assigned to the phases 1 ', 2' or 3 'from the windings W2, W4, W6, W8 , W10 and W12.
  • the individual windings can, for example, be wound back on the outside of the stator.
  • two-layered tooth coil winding can be used. Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.
  • Figure 9 shows process steps of a method for configuring an electric motor, e.g. the wheel hub motor 10 or the electric motor 54.
  • the method begins in a method step 201, which will also be referred to as step in the following.
  • the driving situation is automatically determined, e.g. from a central control of a vehicle.
  • the driving situation may, for example, depend on the instantaneous torque M, on the rotational speed n and / or on other variables.
  • step 203 of the selection unit 60 or 280 see Figure 10, a configuration with the highest possible efficiency for the determined in step 202 driving situation selected.
  • step 204 the selected configuration is switched over, which is possible, for example, within short times, for example in a time that is less than 100 ms or even less than 10 ms.
  • the electric motor 54 for example, can be switched off.
  • step 205 it is checked whether there is an error case, for example detecting an error signal, irregular deviations, etc. If there is no error, the method is continued in step 202 and is then in a loop from steps 202 to 205.
  • an error case for example detecting an error signal, irregular deviations, etc.
  • step 205 This loop is only exited in step 205 if an error occurs. If there is an error, then in a step 205 immediately following step 206, a configuration is selected in which the error has no effect or only the smallest possible influence on the engine operation. So a sub-machine of the engine is switched off, which contains the error.
  • a counter-regulation with the aid of another sub-machine of the electric motor 54 is possible. If the counter-regulation is possible, a corresponding configuration of the electric motor 54 is selected and the counter-regulation is activated. If a counter-regulation is not possible, the electric motor 54 is, for example, automatically switched off.
  • the counter-regulation can also be used as an alternative to switching off.
  • the process is terminated in a step 207, e.g. by switching off the vehicle.
  • step 205 is not performed, treating faults in a different manner, such as completely shutting off the electric motor 54.
  • a change in the configuration can also be carried out only in the event of an error.
  • FIG. 10 shows units of an electric car 250 containing at least one electric motor MGes or 250, in the case of wheel hub motors, at least two wheel hub motors MGes and 250, respectively.
  • Each motor MGes or 250 contains several sub-machines Ml to Mn, which are alternative to one another or can be configured at the same time.
  • Half bridges or full bridges 260 serve to drive the windings of the motor 250 in the various configurations. For example. There are more than six half bridges HB1 to HBn or full bridges.
  • a control unit 270 contains control loops or control paths for the individual configurations.
  • the control unit 270 may be processor-based or operate without a processor.
  • a selection unit 280 e.g. The selector unit 60 is used to select the configurations of the electric motor 250.
  • the selector unit 280 includes, for example:
  • a determination unit which determines the configuration belonging to the respective operating state, for example by using a processor or microprocessor MP or a microcontroller and an electronic memory M in which program instructions and data are stored.
  • the selection unit 280 may also be part of the central control of the vehicle / car 240.
  • Target size (s) 290 are given to the control unit 270 (possibly also only control) by a central control of the electric car 240, e.g. a target torque.
  • the control unit 270 outputs controlled variable (s) 292 and half bridges / full bridges 260 depending on the configured control.
  • the half bridges / full bridges 260 are connected to the winding terminals 293 via an optional switching unit.
  • at least one detection signal 294 detects the current in the windings Wl to Wn and is used for the regulation.
  • the detection signal may also be a speed signal that is detected, for example, with an additional rotation angle sensor.
  • the driving state signal 295 is input to the selecting unit 280.
  • the selection unit 280 outputs an optional selection signal 296 to the control unit 270 to configure a control appropriate to the selected configuration or appropriate parameters.
  • the number of phases to be used is taken into account. In the case of six phases, for example, a first field-oriented control for phases 1, 3 and 5 can be used. A second field-oriented control is used for phases 2, 4 and 6. These phases are respectively sinusoidal and cosinusoidal. However, other control methods are also used.
  • An optional selection signal 298 is sent from the selector 280 to a non-illustrated switching unit, and serves for example for interconnecting the windings of the electric motor 250 with each other and for connecting to the half bridges HB1 to HBn or corresponding full bridges depending on the selected configuration.
  • tooth coil windings are also possible, which is wound around the outside of the stator.
  • the number coil windings may be single-layered or two-layered, wherein the two-layered tooth coil winding can be regarded as a special case of the two-layer brushless winding.
  • Other distributed windings can also be used.
  • the two electrical phases 1 and 2 can be distributed to the individual windings in the slots as shown.
  • the individual windings for example, be externally wound back on the stator.
  • two-layered tooth coil winding can be used.
  • Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

Beschreibung
Auswahleinheit zur Auswahl der Konfiguration eines Elektromotors, Transportmaschine und zugehöriges Verfahren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswahleinheit zur Auswahl der Konfiguration eines Elektromotors. Insbesondere kann der Elektromotor in einer Transportmaschine als Antriebsmotor eingesetzt werden.
Elektromotoren werden zunehmend in Autos, Nutzfahrzeugen aber auch in Motorrädern und Fahrrädern verwendet. Häufig ist eine feste Konfiguration des Elektromotors vorgegeben, auf die das Fahrzeug und die Steuereinheit bzw. eine ggf. verwendete Re- gelungseinheit abgestimmt sind. Aber auch Schiffe und Flugzeuge werden mit Elektromotoren als Antrieb zu Wasser oder in der Luft ausgestattet.
Die Erfindung betrifft eine Auswahleinheit zur Auswahl der Konfiguration eines Elektromotors, enthaltend:
- eine Eingabeeinheit, die ein Signal oder Daten empfangen kann, welche einen Fahrzustand einer Transportmaschine oder eine Drehzahl eines Elektromotors angibt,
- eine Ermittlungseinheit, die abhängig von dem mit der Ein- gabeeinheit empfangenen Signal oder Daten eine Konfiguration des Elektromotors ermittelt, und
- eine Ausgabeeinheit, die mindestens ein Signal oder Daten ausgibt, das die ausgewählte Konfiguration bezeichnet oder vorgibt .
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Transportmaschine mit einer solchen Auswahleinheit.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Auswählen einer Konfiguration an einem Elektromotor, enthaltend:
- Erfassen eines ersten Fahrzustands oder einer ersten Drehzahl , - Auswahl einer ersten Konfiguration eines Elektromotors abhängig von dem erfassten ersten Fahrzustand,
- Erfassen eines zweiten Fahrzustands oder einer zweiten Drehzahl, und
- Auswahl einer zweiten Konfiguration eines Elektromotors abhängig von dem erfassten zweiten Fahrzustand, wobei sich die zweite Konfiguration von der ersten Konfiguration unterscheidet . Es ist Aufgabe der Ausführungsbeispiele, eine Auswahleinheit anzugeben, die eine Umkonfiguration eines Elektromotors gestattet und die insbesondere den weiteren Gebrauch des Elektromotors auch noch bei Fehlern im Elektromotor gewährleistet. Außerdem sollen eine Transportmaschine mit einer solchen Aus- wahleinheit und ein zugehöriges Verfahren angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Auswahleinheit gemäß Anspruch 1 und durch eine Transportmaschine sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Auswahleinheit zur Auswahl der Konfiguration eines Elektromotors, enthaltend:
- eine Eingabeeinheit, die mindestens ein Signal oder Daten empfangen kann, welches einen Fahrzustand einer Transportmaschine oder eine Drehzahl eines Elektromotors angibt,
- eine Ermittlungseinheit, die vorzugsweise automatisch abhängig von dem mit der Eingabeeinheit empfangenen Signal oder Daten eine Konfiguration des Elektromotors ermittelt, und - eine Ausgabeeinheit, die ein Signal oder Daten ausgibt, das die ausgewählte Konfiguration bezeichnet oder definiert.
Ein Fahrzustand kann bspw. das Anfahren sein. Ein anderer Fahrzustand kann bspw. das Fahren mit mittleren Geschwindig- keiten sein, z.B. im Bereich von 30 Km/h (Kilometer pro Stunde) bis 50 Km/h. Ein dritter Fahrzustand kann das Fahren mit hohen Geschwindigkeiten sein. Es können aber auch andere Fahrzustände verwendet werden, die weniger geschwindigkeits - bezogen sind. So können auch Fehler im Elektromotor oder seiner Ansteuerung einen bestimmten Fahrzustand kennzeichnen. An Stelle oder zusätzlich zu den Fahrzuständen kann auch die Drehzahl des Elektromotors verwendet werden.
Die Ermittlungseinheit enthält bspw. einen Prozessor oder einen Mikroprozessor. Alternativ kann die Ermittlungseinheit eine elektronische Schaltung ohne Mikroprozessor enthalten. Abhängig von dem aktuellen Fahrzustand und/oder der Drehzahl wählt die Ermittlungseinheit eine günstige Konfiguration aus, insbesondere nach einem vorgegebenen Verfahren bzw. nach vorgegebenen Kriterien, z.B. hoher Wirkungsgrad des Elektromotors in dem betreffenden Fahrzustand, sicherer Motorbetrieb beim Auftreten eines Fehlers im Elektromotor oder auch in der Steuerung oder Regelung des Elektromotors. Die Auswahl kann nach vergleichsweise einfachen Vorgaben erfolgen. Es lassen sich aber auch komplexere Strategien für die Auswahl verwenden .
Die Konfiguration kann dann z.B. direkt über die Ausgabeeinheit eingestellt werden oder es wird eine weitere Konfigurationseinheit genutzt, die den Elektromotor umkonfiguriert. Somit kann die Konfiguration softwaretechnisch über die An- Steuersignale der Halbbrücken bzw. Vollbrücken erfolgen. Alternativ kann eine Schaltmatrix die Einstellung aller theoretisch möglichen Konfigurationen erlauben. Jedoch können auch Schaltelemente verwendet werden, mit denen sich die praktisch relevanten Konfigurationen einstellen lassen.
Das Umkonfigurieren kann durch Verändern der Anzahl der für den Betrieb des Elektromotors genutzten Wicklungen erfolgen. Auch kann bei gleich bleibender Anzahl von Wicklungen die Verschaltung der Wicklungen verändert werden, bspw. durch ei- nen Wechsel zwischen Sternpunktschaltung und Mehreckschaltung. Auch können verschiedene Arten einer Mehreckschaltung verwendet werden. Durch die Auswahleinheit ergibt sich die Möglichkeit an Hand von Wirkungsgradangaben für den Elektromotor, bspw. für voneinander verschiedene Drehzahl zu Drehmomentwerte, verschie- dene Konfigurationen des Elektromotors festzulegen. Aus diesen Konfigurationen wird dann durch die Auswahleinheit, die zu einem bestimmten Fahrzustand gehörende Konfiguration ausgewählt. Wird bspw. immer eine Konfiguration mit hohem Wirkungsgrad des Elektromotors ausgewählt, so lässt sich die Reichweite von Elektrofahrzeugen auf Grund des effizienten
Energieeinsatzes erheblich vergrößern. In Fehlerfällen können Konfigurationen gewählt werden, die einen möglichst sicheren Reservebetrieb des Elektromotors gewährleisten. Durch die Auswahleinheit werden also neue Anwendungen und neue Betriebsweisen für den Elektromotor eröffnet.
Die Ermittlungseinheit kann zu einem Fahrzustand oder zu einer Drehzahl eine Konfiguration mit hohem Wirkungsgrad des Elektromotors ermitteln. Der Wirkungsgrad kann definiert werden als das Verhältnis der aufgenommenen elektrischen Leistung zu der abgegebenen mechanischen Leistung.
Beispielweise werden in einem unteren Drehzahlbereich des Elektromotors nicht alle Wicklungen bzw. Phasen einer Drehstrommaschine verwendet, um auch hier einen hohen Wirkungsgrad zu ermöglichen. Bei hohen Drehzahlen werden dann mehr Wicklungen oder alle Wicklungen verwendet, da sich dann neben der größeren Leistung auch ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Der Wirkungsgrad des Elektromotors ist entscheidend für den Energieverbrauch und damit für die Reichweite eines Elektroautos bzw. Elektrofahrzeugs .
Der Wirkungsgrad kann durch die Wahl einer für den Fahrzu- stand oder die Drehzahl geeigneten Anzahl von zu verwendenden Wicklungen erhöht werden. Die Anzahl der mit Strom durchflos- senen Wicklungen kann sich bei einer ersten Konfiguration von der Anzahl der mit Strom durchflossenen Wicklungen bei einer zweiten Konfiguration unterscheiden. Beide Konfigurationen können einen fehlerfreien Betrieb des Elektromotors betreffen .
Die Anzahl der zur Ansteuerung verwendeten elektrischen Phasen kann bei unterschiedlicher Wicklungsanzahl gleich bleiben. Alternativ, kann sich die Anzahl der zur Ansteuerung verwendeten elektrischen Phasen aber auch bei unterschiedli- eher Wicklungsanzahl unterscheiden. Somit entstehen weitere
Freiheitsgrade zur Änderung des Wirkungsgrades des Elektromotors .
Alternativ kann der Wirkungsgrad durch die Wahl einer für den Fahrzustand oder die Drehzahl geeigneten Anzahl von zur Ansteuerung von bspw. Halbbrücken oder Vollbrücken verwendeten elektrischen Phasen verändert werden. Die Anzahl der verwendeten Phasen kann sich bei einer ersten Konfiguration von der Anzahl der verwendeten Phasen bei einer zweiten Konfiguration unterscheidet, vorzugsweise bei gleichbleibender Anzahl von verwendeten Wicklungen. Bei fehlerfreiem Betrieb werden vorzugsweise alle vorhandenen Wicklungen verwendet.
Das Verändern der Phasenanzahl ist eine einfache aber wir- kungsvolle Maßnahme zum Verändern des Wirkungsgrades eines
Elektromotors. Diese Maßnahme kann auch einfache Art und Weise mittels Mikroprozessor oder MikroController erfolgen. Weitere Freiheitsgrade zur Veränderung des Wirkungsgrades ergeben sich in Kombination mit anderen Maßnahmen, z.B. Wechsel von Sternschaltung zu Dreieckschaltung oder zu Mehreckschaltungen, wobei bei Mehreckschaltungen auch unterschiedliche Spannzahlen verwendet werden können (Englisch: "Span") .
Die Ermittlungseinheit kann aber bei einem anderen Ausfüh- rungsbeispiel auch zwischen einem fehlerfreien Betrieb des
Elektromotors und einem Fehlerbetrieb unterscheiden. Im fehlerfreien Betrieb kann eine Wirkungsgradeffizienz maßgebend für die Auswahl der Konfiguration sein. Im Fehlerbetrieb kann dagegen die Sicherheit maßgebend sein, z.B. die Sicherheit einer Transportmaschine, die die Auswahleinheit enthält. Die Ermittlungseinheit kann im Fehlerbetrieb eine Wicklung nicht verwenden, die ein Fehler enthält, indem eine Konfiguration ohne diese Wicklung ausgewählt wird.
Das Ermitteln der Fehlerursache kann automatisch erfolgen, bspw. durch das Erfassen von Wicklungsparametern, z.B. Wicklungswiderstand, oder auf andere Art, z.B. aus einem Motormodell heraus, das gleichzeitig simuliert wird. Der Fehler kann auch in einer Ansteuerung des Elektromotors liegen, z.B. in einem Umrichter. In diesem Fall wird durch die Ermittlungs- einheit eine Konfiguration gewählt, bei der die vom Fehler betroffene Halbbrücke oder Vollbrücke des Umrichters nicht verwendet wird.
Die Ermittlungseinheit kann im Fehlerbetrieb eine Konfigura- tion auswählen, die es erlaubt, einem durch den Fehler verursachtem Moment entgegen zu regeln oder zu steuern. So kann bspw. einem Pendelmoment oder einem Blockiermoment entgegen gewirkt werden. Der Elektromotor wird in diesem Fall also in zwei Teilmaschinen aufgeteilt, wobei die eine Teilmaschine fehlerhaft ist und die andere Teilmaschine dem Fehler entgegenwirkt und einen Hilfsantrieb realisiert. Der Hilfsantrieb kann auch durch eine dritte Teilmaschine des Elektromotors realisiert werden, um die Fehlerkompensation von der Funktion als Hilfsantrieb zu trennen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel betrifft eine Transportmaschine enthaltend eine Auswahleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Damit gelten die für die Auswahleinheit genannten technischen Wirkungen auch für die Transportmaschi - ne . Die Transportmaschine ist z.B. ein vollelektrisch angetriebenes Auto. Alternativ ist die Transportmaschine ein Auto mit Hybridantrieb, d.h. es gibt einen elektrischen Antrieb und einen weiterem Antrieb, z.B. eine Verbrennungskraftmaschine. Bei Elektroautos ist die Reichweite ein entscheidendes Akzeptanzkriterium. Die Reichweite lässt sich über die Steigerung der effizienten Nutzung des Motors durch Zu- oder Abschalten von Wicklungen basierend auf Entscheidungen der Auswahleinheit vergrößern.
Die Transportmaschine kann eine elektronische Ansteuereinheit zur Ansteuerung der Wicklungen des Elektromotors gemäß Steu- ersignalen enthalten. Die elektronischen Schalter in der AnSteuereinheit können Feldeffekttransistoren sein (FET - Field Effect Transistor), wie MOSFET's (Metal Oxide FET). Aber auch IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) oder Thyristoren (GTO) können verwendet werden, abhängig von der benötigten Schaltleistung. Die Schaltelemente können in der Ansteuereinheit eine Halbbrückenschaltung für den Anschluss eines Wicklungsanschlusses oder eine Vollbrückenschaltung für den Anschluss der beiden Anschlüsse einer Wicklung bilden. Die genannten Schaltelemente sind auch für die Konfiguration geeig- net . So kann bereits über die Halbbrücken oder die Vollbrücken eine Konfiguration erfolgen indem bspw. bestimmte Brückenschaltungen nicht verwendet werden oder in dem bestimmte Brückenschaltungen mit demselben Steuersignal angesteuert werden. Eine Konfiguration kann über mehr als eine Sekunde, mehr als 10 Sekunden oder auch über mehr als eine Minute aufrecht erhalten werden.
Die Transportmaschine kann eine Regeleinheit zum Erzeugen der Steuersignale der Ansteuereinheit gemäß mindestens einem Re- gelverfahren enthalten. Die Regelung kann z.B. eine feldorientierte Regelung sein. Feldorientierte Regelungen basieren auf einem Drehzeiger (Vector Control) der sich mit der Rotorwinkelgeschwindigkeit dreht. Bei Drehfeldmaschinen können die Rotorkoordinaten einfacher für eine Regelung verwendet wer- den, weil das Drehfeld in Rotorkoordinaten relativ zum Drehfeld des Stators ruht (Synchronmaschine) oder nur eine kleine Geschwindigkeit relativ zum Drehfeld des Stators hat (Asyn- chronmaschine ) . Die Transformation in Rotorkoordinaten zur Regelung und die Rücktransformation in die Ständerkoordinaten zur Erzeugung der Steuersignale für die Ansteuereinheit kann durch leistungsfähige Prozessoren erfolgen, insbesondere durch Mikroprozessoren oder durch spezielle Signalprozessoren .
Der Regelung kann außerdem noch ein Motormodell des Elektromotors zu Grunde liegen. Weiterhin können Reglerelemente ver- wendet werden, wie PI-Regler (Proportional Integral) oder PID - Regler (Proportional, Integral, Differential) .
Aber auch andere Regelungen als feldorientierte Regelungen oder Steuerungen können verwendet werden.
Die Transportmaschine kann eine Konfigurationseinheit enthalten, die mit der Ausgabeeinheit gekoppelt ist, und die die bezeichnete oder definierte Konfiguration einstellt. Die Konfigurationseinheit kann somit die Ansteuereinheit enthalten oder auch zusätzliche elektronische Schalter, z.B. Transistoren, oder elektromechanische Schalter, wie Relais.
Es können auch Umschalter verwendet werden, die zwischen den verwendeten Konfigurationen umschalten, z.B. zwischen zwei Konfigurationen, drei Konfigurationen oder mehr als drei Konfigurationen. Alternativ kann eine Schaltmatrix verwendet werden, die eine Vielzahl von Konfigurationen erlaubt.
Bei einer Sternkonfiguration wird ein Anschluss jeder Wick- lung zu einem gemeinsamen Sternpunkt geführt. Bei einer Vieleckkonfiguration, d.h. ohne Sternpunkt, werden aufeinander folgend immer ein Wicklungsanschluss einer Wicklung mit einem Wicklungsanschluss einer anderen Wicklung in Reihenschaltung verbunden. In diesem Zusammenhang wird bei drei Wicklungen von einem Dreieck und bei mehr als drei Wicklungen von einem Vieleck gesprochen. Räumlich benachbarte Wicklungen können direkt verbunden werden, oder es wird bspw. jeweils ein Wiek- lungsanschluss bzw. werden zwei oder mehr zwischen den verbundenen Wicklungen liegende Wicklungsanschlüsse anderer Wicklungen übersprungen. Hier wird auch der Begriff Spannweite oder Englisch "Span" verwendet.
Die Konfigurationseinheit kann auch die Regeleinheit einbeziehen, so dass abhängig von der Konfiguration auch die betreffenden Motormodelle in die Regelung einbezogen werden. Insbesondere kann auch die Art der Regelung bzw. Steuerung konfiguriert werden.
Die Transportmaschine kann mindestens einen Radnabenmotor enthalten, bspw. zwei Radnabenmotoren an einer Achse eines Fahrzeugs oder vier Radnabenmotoren an den beiden Achsen. Durch die Auswahleinheit lassen sich auch im Fehlerfall die
Fahreigenschaften bzw. Rolleigenschaften eines frei drehenden Rades einstellen. Insbesondere kann ein Blockieren vermieden werden und es kann Fehlermomenten entgegen geregelt werden, z.B. Pendelmomenten.
Diese technischen Wirkungen sind besonders relevant, wenn keine Kupplung vorhanden ist und keine mechanische Bremse, wie es bei vielen Radnabenmotorkonzepten der Fall ist. Eine gesetzliche Genehmigung für ein Fahrzeug ohne mechanische Bremse kann bspw. maßgebend vom Verwenden der Auswahleinheit abhängen .
Der Radnabenmotor kann bspw. eine Zahnspulenwicklung enthalten. Der Radnabenmotor kann als Außenläufer oder als Innen- läufer realisiert sein.
Aber auch andere Elektromotoren werden verwendet, bspw. zentraler Elektromotor für eine Achse oder sogar für ein Fahrzeug .
Der Elektromotor kann z.B. 4 oder mehr als 4 Wicklungen bzw. Nuten, 9 oder mehr als 9 Wicklungen bzw. Nuten, 12 oder mehr als 12 Wicklungen bzw. Nuten oder sogar mehr als 24 Wicklungen bzw. Nutenhaben. Die Anzahl der Wicklungen bzw. Nuten kann kleiner als 100 sein. Außerdem wird ein Verfahren zum Auswählen einer Konfiguration an einem Elektromotor angegeben, enthaltend:
- Erfassen eines ersten Fahrzustands oder einer ersten Drehzahl ,
- Auswahl einer ersten Konfiguration eines Elektromotors ab- hängig von dem erfassten ersten Fahrzustand,
- Erfassen eines zweiten Fahrzustands oder einer zweiten Drehzahl ,
- Auswahl einer zweiten Konfiguration eines Elektromotors abhängig von dem erfassten zweiten Fahrzustand, wobei sich die zweite Konfiguration von der ersten Konfiguration unterscheidet .
Damit gelten für das Verfahren, die oben für die Auswahleinheit genannten technischen Wirkungen.
Die zweite Konfiguration kann sich von der ersten Konfiguration hinsichtlich der Anzahl der einbezogenen Wicklungen unterscheiden. Bei den Wicklungen unterscheidet man verteilte Wicklungen, die mehr als zwei Nuten belegen und konzentrierte Wicklungen, die nur zwei Nuten belegen. Eine Wicklung kann mehrere Windungen enthalten, z.B. mehr als 10 Windungen, mehr als 100 Windungen aber z.B. weniger als 10000 Windungen. Die Wicklungen können auch als Spulen bezeichnet werden. Im Zusammenhang mit der Auswahleinheit hat jede Wicklung einen Wicklungsanschluss oder auch zwei Wicklungsanschlüsse, die abhängig von der getroffenen Auswahl mit Halbbrücken bzw. Vollbrücken aus jeweils zwei bzw. vier Schaltelementen verbunden werden. Bei einigen Konfigurationen können auch die Wicklungsanschlüsse zweier oder mehr als zweier Wicklungen mit dem Mittelknoten der Halb- bzw. Vollbrücken verbunden werden. In anderen Konfigurationen sind dann aber diese Wicklungsanschlüsse wieder getrennt voneinander. Der Elektromotor kann in beiden Konfigurationen fehlerfrei sein. Die Konfigurationen können dann bspw. hinsichtlich des Wirkungsgrades ausgewählt werden.
Alternativ kann auch bei dem Verfahren der Wirkungsgrad durch die Wahl einer für den Fahrzustand oder die Drehzahl geeigneten Anzahl von verwendeten elektrischen Phasen verändert werden. Die Anzahl der verwendeten Phasen kann sich bei einer ersten Konfiguration von der Anzahl der verwendeten Phasen bei einer zweiten Konfiguration unterscheidet, vorzugsweise bei gleichbleibender Anzahl von verwendeten Wicklungen. Bei fehlerfreiem Betrieb werden vorzugsweise alle vorhandenen Wicklungen verwendet .
Das Verändern der Phasenanzahl ist wiederum eine einfache aber wirkungsvolle Maßnahme zum Verändern des Wirkungsgrades eines Elektromotors. Diese Maßnahme kann auch einfache Art und Weise mittels Mikroprozessor oder MikroController erfol- gen. Weitere Freiheitsgrade zur Veränderung des Wirkungsgrades ergeben sich in Kombination mit anderen Maßnahmen, z.B. Wechsel von Sternschaltung zu Dreieckschaltung oder zu Mehreckschaltungen, wobei bei Mehreckschaltungen auch unterschiedliche Spannzahlen verwendet werden können (Englisch: "Span") .
Die Konfigurationen können so ausgewählt werden, dass sich abhängig vom Fahrzustand ein möglichst großer Wirkungsgrad des Betriebs des Elektromotors ergibt. Dies erhöht die Effi- zienz und damit die Reichweite von bspw. Elektrofahrzeugen .
Der Elektromotor kann aber auch beim Verwenden der ersten Konfiguration und/oder beim Verwenden der zweiten Konfiguration einen Fehler enthalten. Die verwendete Konfiguration kann jedoch selbst fehlerfrei sein. Insbesondere kann es mindestens zwei Konfigurationen für zwei voneinander verschiedene Fehlerfälle geben. In allen angesprochenen Anordnungen können die einzelnen Wicklungen bspw. außen am Stator zurückgewickelt werden. Alternativ können zweischichtige Zahnspulenwicklung verwendet werden. Einschichtige Zahnspulwicklungen können bei doppelter Nutenanzahl verwendet werden. Aber auch verteilte Wicklungen sind möglich.
Mit anderen Worten ausgedrückt, wird ein lastoptimierter Na- benmotor angegeben.
Elektroantriebe haben im unteren Drehzahlbereich in der Regel einen deutlich geringeren Wirkungsgrad als in ihrem optimalen Betriebsbereich. Gerade im unteren Geschwindigkeitsbereich, der in der Fahrpraxis sehr häufig vorkommt, dreht bspw. ein
Radnabenmotor daher in einem nicht optimalen Drehzahlbereich. Daher wird mehr Energie in Verlustwärme umgesetzt und nicht für den eigentlichen Vortrieb genutzt. Elektrische Maschinen haben einen optimalen Arbeitspunkt.
Dieser wird in der Regel entsprechend des Einsatzes identifiziert und dann wird die Maschine auf diesen Arbeitspunkt ausgelegt. Im Fahrzeugbetrieb werden aber unterschiedliche Last- und Drehzahlpunkte dynamisch angefordert .
Heute werden meist schaltbare Getriebe genutzt, um die Drehzahl des Antriebs im Verhältnis zur Raddrehzahl zu optimieren. Bspw. bei einem Radnabenantrieb würde sich die Komplexität des Antriebs und das Gewicht im Rad durch ein schaltbares Getriebe aber deutlich erhöhen.
In klassischen Elektroantrieben werden drei Phasen implementiert, um das Drehfeld zu erzeugen. Bspw. in einem optimierten Radnabenantrieb können mehr als drei Phasen implementiert werden, so dass sich durch das gezielte Abschalten von Phasen verschiedene Teilmotorkonzepte darstellen lassen. So kann für jede Drehzahl jeweils der Teilmotor aktiviert werden, der die beste Effizienz hat. Dadurch lässt sich über ein größeres Drehzahlband eine optimale hohe Effizienz des Elektroantriebs, z.B. Radnabenantrieb, darstellen und die eingesetzte Energie optimaler verwenden.
Der Antrieb besteht dazu bspw. aus:
- einem Elektromotor, z.B. Radnabenmotor, mit mehr als drei Phasen,
- einer Leistungselektronik mit jeweils einer Endstufe pro Phase bzw. einer Leistungselektronik mit so vielen Endstufen, wie der Motor Phasen/Wicklungen hat, und
- einer Regelung, bestehend aus Ansteuerelektronik und Auswerte- und Regelungssoftware, die für die jeweilige Drehzahl die richtige Anzahl von Phasen berechnet und nutzt.
Durch die variable Nutzung der aktiven Motorkomponenten ergeben sich verschiedene Teilmotoren, die in einem Motor integriert sind. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad eines Elektroantriebs für E-Fahrzeuge (Elektrofahrzeuge) steigern und die Fahrreichweite von E-Fahrzeugen entsprechend erhöhen. Da die Antriebsmaschine aus verschiedenen Teilmaschinen besteht, kann die Redundanz genutzt werden. Fällt eine Phase aus können die anderen Teilmotoren den Antrieb übernehmen. Einem Pendelmoment oder Blockiermoment, das im Fehlerfall eines Kurzschlusses entsteht, könnten die jeweils funktionsfähigen Teilmaschinen entgegenwirken und so das Pendelmoment bzw. Blockiermoment verringern. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen: Figur 1 einen Radnabenmotor,
Figur 2 Betriebszustände in einem Drehzahl zu Drehmoment Diagramm,
Figur 3 Einheiten zur Konfiguration und zum Betrieb eines Elektromotors , Figur 4 eine erste Konfiguration eines Elektromotors mit bspw. zwölf Wicklungen,
Figur 5 eine zweite Konfiguration des Elektromotors,
Figur 6 ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für die zweite Konfiguration des Elektromotors,
Figur 7 eine dritte Konfiguration des Elektromotors, die auch für einen Fehlerfall geeignet ist,
Figur 8 ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für die dritte Konfiguration des Elektromotors,
Figur 9 Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Konfigurieren eines Elektromotors,
Figur 10 Einheiten eines Elektroautos,
Figur 11 ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für eine vierte Konfiguration des Elektromotors, und
Figur 12 ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für eine fünfte Konfiguration des Elektromotors.
Die Figur 1 zeigt einen Radnabenmotor 10, der auf einer Fahrzeugachse 12 angeordnet ist. Es handelt sich bspw. um einen Innenläufermotor .
Ein Radiallager 16 ist mit seiner Innenseite auf der Fahrzeugachse 12 befestigt und an seiner Außenseite in einem Lagerblock 18 gelagert bzw. befestigt. Eine Lauferbasis -Scheibe 20 hat bspw. einen kreisförmigen Umfang und kann die Seitenwand eines Läufergehäuses bilden. Am Umfang der Scheibe 20 sind Permanentmagnete PM1 bis PMn angebracht, z.B. 12 Stück.
Das Statorgehäuse 21, trägt Spulen bzw. Wicklungen SP1 bis SPn, z.B. 12 oder 24 Wicklungen, die im folgenden auch mit Wl bis Wn bezeichnet werden.
Am Innenläufer bzw. Rotor, genauer an der Scheibe 20 ist eine Verbund aus einer Felge 22, einem Radkranz 24 und einem Rad- flansch befestigt mit Hilfe von Radschrauben 28, 30 bzw. Radmuttern. Ein Reifen 32 wird von der Felge 22 getragen bzw. stützt sich auf der Felge 22 ab. Der Radnabenmotor 10 kann eine Abmessung entlang seiner Mittelachse M haben, die kleiner als sein Durchmesser ist, insbesondere kleiner als die Hälfte des Durchmessers. Die Länge wird bspw. durch die Länge der Spulen SP1 vorgegeben oder durch die Länge eines Gehäuses. Der Durchmesser wird bspw. durch die Lage der äußeren Flächen der Spulen SP1 bis SPn vorgeben oder durch ein Gehäuse. An Stelle des Radnabenmotors 10 kann auch ein anderer Radnabenmotor verwendet werden, z.B. mit Käfigläufer ( Kurzschluss - ringläufer) . An Stelle eines Radnabenmotors 10 mit Innenläufer kann auch ein Radnabenmotor mit Außenläufer verwendet werden, der Permanentmagnete oder einen Kurzschlussringläufer enthält.
Es lassen sich aber auch andere Elektromotore verwenden, insbesondere ein Asynchronmotor oder ein Synchronmotor mit einer Länge in Längsrichtung der Drehachse, wobei die Länge größer als ein Außendurchmesser des betreffenden Elektromotors ist.
Der Elektromotor kann in einer Transportmaschine oder einer anderen Maschine verwendet werden, z.B. in einer Werkzeugmaschine o.ä. Dieselben Prinzipien lassen sich nicht nur bei Motoren sondern auch bei Generatoren anwenden.
Die Figur 2 zeigt Betriebszustände in einem Drehzahl n zu Drehmoment M Diagramm. Die Drehzahl n ist auf der waagerechten Achse des Diagramms abgetragen. Das Drehmoment M ist da- gegen auf der vertikalen Achse des Diagramms abgetragen.
Zwei Kurven Kl und K2 sind jeweils einem gleichen Wirkungsgrad zugeordnet, wobei der Wirkungsgrad der Kurve K2 höher als der Wirkungsgrad der Kurve K2 ist. Die Kurven Kl und K2 trennen Gebiete mit voneinander verschiedenen Wirkungsgradenbereichen voneinander ab, wenn der Radnabenmotor nur in einer Konfiguration verwendet wird. In diesem Fall ist der Radna- benmotor bspw. auf einen Betriebzustand B4 hin abgestimmt, für den er mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben wird. Somit betrifft das Gebiet Gl das von der Kurve Kl umfasst wird, ein Gebiet mit Betriebszuständen, die einen hohen Wirkungsgrad haben.
Ein Gebiet G2 zwischen den Kurven Kl und K2 betrifft dagegen Betriebszustände mit mittlerem Wirkungsgrad, z.B. einen Betriebszustand B3.
Ein Gebiet G3 liegt links und unterhalb der Kurve K2 und betrifft Betriebszustände mit einem kleinen Wirkungsgrad, siehe Betriebszustände Bl und B2. Mit der vorliegenden Erfindung wird nun ein Ansatz gewählt, bei dem nicht mehr nur eine Konfiguration des Elektromotors verwendet wird sondern mehrere Konfigurationen. Damit kann im Betriebszustand Bl beim Anfahren bspw. das gleiche Moment M des Motors erzielt werden, wie im Betriebszustand B4 , z.B. Fahren im Augenblick des Beschleunigens bei hoher Drehzahl, d.h. vier oder fünf Personen plus ggf. Gepäck. Das Konfigurieren des Radnabenmotors 10 wird an Hand der folgenden Figuren 3 bis 12 näher erläutert. Die Figur 3 zeigt Einheiten zur Konfiguration und zum Betrieb eines Elektromotors 54, z.B. des Radnabenmotors 10, nämlich:
- eine Regelung/Steuerung 50, und
- eine Leistungselektronik 52. Der Motor 10, 54 kann bspw. eine Zahnspulenwicklung enthalten. Der Motor 10, 54 kann als Außenläufer oder als Innenläufer realisiert sein. An Stelle einer Zahnspulenwicklung können auch andere Wicklungsschemata verwendet werden, z.B.
ZweiSchicht -Bruchlochwicklung, ZweiSchicht -Ganzlochwicklung, usw.
Die Regelung/Steuerung 50 enthält ihrerseits: - eine Ansteuereinheit 56,
- eine Regeleinheit 58, und
- eine Auswahleinheit 60. Die Ansteuereinheit 56 enthält bspw. eine Anzahl von Pulswei- tenmodulations -Schaltungen (PWM - Puls Width Modulation) bzw. PWM-Schaltungspaaren, die mit der Anzahl von Halbbrückenschaltungen im Falle einer Leistungselektronik 52 mit Halbbrücken bzw. mit der Anzahl von Vollbrückenschaltung in der Leistungselektronik 52 übereinstimmt.
Die Regeleinheit 58 enthält bspw. für jede einstellbare Konfiguration eine eigene Regelung/Steuerung oder zumindest für jede einstellbare Konfiguration eigene Regelungsparameter (Zeitkonstanten der Regler, Verstärkungsfaktoren der Regler, Führungsgrößen, Stellgrößen oder Regelgrößen) bzw. Modellparameter. Bei der Regelung liegt eine geschlossene Wirkungs- kette vor in der eine Regeldifferenz, die sich aus Istwert und Sollwert der Regelgröße ergibt, möglichst klein wird. Ein Beispiel für eine Regelung ist die feldorientierte Regelung. Bei einer Steuerung liegt dagegen eine offene Wirkungskette vor .
Die Auswahleinheit 60 wählt abhängig vom Betriebszustand des Motors 54 bzw. einer Maschine, die diesen Motor 54 enthält, eine geeignete Konfiguration des Motors 54 aus und veranlasst das Konfigurieren entsprechend der ausgewählten Konfiguration. Der Aufbau der Auswahleinheit 60 wird unten an Hand der Figur 10 noch näher erläutert.
Die Leistungselektronik 52 enthält Halbbrücken 62 bis 66. Alternativ können an stelle der Halbbrücken 62 bis 66 auch Vollbrücken verwendet werden. Beispielsweise hat der Elektromotor 54 zwölf oder mehr als zwölf Wicklungen Wl bis Wn. Die Leistungselektronik 52 kann dann bspw. zwölf oder mehr als zwölf Halbbrücken im Falle einer Leistungselektronik 52 mit Halbbrücken bzw. zwölf oder mehr Vollbrücken im Fall einer Leistungselektronik 52 mit Vollbrücken enthalten. Somit kann bei zumindest einer Konfiguration eine separate Ansteuerung der Wicklungen mit jeweils einer Halbbrücke oder mit jeweils einer Vollbrücke erfolgen.
Die Figur 4 zeigt eine erste Konfiguration Kl des Elektromotors 54 mit bspw. zwölf Wicklungen Wl bis W12, wobei aus Symmetriegründen nur die Wicklungen Wl bis W6 dargestellt sind. Die den Wicklungen W7 bis W12 zugeordneten Schaltbrücken wer- den wie die den Wicklungen Wl bis W6 zugeordneten Schaltbrücken angesteuert bei entgegengesetztem Wicklungssinn der Wicklungen W7 bis W12 im Vergleich zum Wicklungssinn der Wicklungen Wl bis W6. Bei gleichem Wicklungssinn/Beschaltung werden die Wicklungen W7 bis W12 zugeordneten Schaltbrücken invers zu den Wicklungen Wl bis W6 zugeordneten Schaltbrücken angesteuert, wobei hier invers bedeutet, dass bspw. die An- steuersignale für den oberen Brückentransistor/-schalter und die Ansteuersignale für den unteren Brückentransistor/ - Schalter vertauscht werden.
In der Konfiguration Kl werden sechs Phasen zur Ansteuerung der Halbbrücken HB1 bis HB12 verwendet, wobei die Halbbrücken HB6 bis HB12 nicht dargestellt sind, wegen der oben erwähnten Symmetrie des Motors 54. Alternativ werden nur die sechs Halbbrücken HB1 bis HB6 verwendet, wie unten noch näher erläutert ist.
Die Wicklungen Wl bis W12 sind an einem Sternpunkt SP miteinander verbunden. Für die anderen Enden der Wicklungen Wl bis W6 liegt die folgende Schaltung vor:
- die Wicklung Wl ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB1 verbunden, wobei der Mittelknoten an die Arbeitsstrecken beider Schaltelemente der Halbbrücke angeschlossen ist, was auch für die anderen Halbbrücken gilt.
- die Wicklung W2 ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB2 verbunden, - die Wicklung W3 ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB3 verbunden,
- die Wicklung W4 ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB4 verbunden,
- die Wicklung W5 ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB5 verbunden, und
- die Wicklung W6 ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB6 verbunden . Das untere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB6 ist jeweils mit einer gemeinsamen Minusleitung 100 verbunden.
Das obere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB6 ist jeweils mit einer gemeinsamen Plusleitung 102 verbunden. Jede Halbbrücke HB1 bis HB6 wird durch ein Ansteuersignal -
Leitungspaar Sl bis S6 gesteuert, wobei die eine Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des oberen Schaltelements, z.B. Gate, und die andere Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des unteren Schaltelements der betref- fenden Halbbrücke führt.
In der Konfiguration Kl sind die sechs Phasen zueinander mit zunehmender Phasenverschiebung zwischen einander benachbarten Phasen angeordnet, d.h. z.B. 0 Winkelgrad, 60, 120, 180, 240, und 300 Winkelgrad. Auf Grund der Verwendung von sechs Phasen zur Ansteuerung von zwölf Wicklungen Wl bis W12 ergibt sich eine erste Teilmaschine des Elektromotors 12 mit eigener Drehmomentkennlinie in Abhängigkeit von Drehzahl. Auch der Wirkungsgrad der ersten Teilmaschine ist abhängig von der Drehzahl anders als bei anderen Teilmaschinen, die bspw. unten an Hand der Figuren 5 bis 8 noch näher erläutert werden.
Die zu den nicht dargestellten Wicklungen W6 bis W12 gehörenden Halbbrücken werden wie die Halbbrücken der Wicklungen Wl bis W6 angesteuert basierend auf den sechs Phasen. Es kann jedoch auch mit nur sechs Halbbrücken größerer Leistung gearbeitet werden, wenn die Halbbrücke HB1 bspw. den Strom durch die Wicklungen Wl und W7, die Halbbrücke HB2 den Strom durch die Wicklungen W2 und W8 usw. steuert.
Für die Figur 4 gilt, Q = 12, p = 1 und m = 6, wobei Q die Anzahl der genutzten Nuten, p die Polpaarzahl und m die Anzahl der elektrischen Phasen sind. Weiterhin gilt:
q = Q/(2p * m) = 1,
wobei q die Anzahl der benutzen Nuten je Wicklung ist. Die Figur 5 zeigt eine zweite Konfiguration K2 des Elektromotors 54. In der Konfiguration K2 werden nur drei Phasen zur Ansteuerung der Halbbrücken HB1 bis HB12 verwendet, wobei die Halbbrücken HB8 bis HB12 nicht dargestellt sind, wegen der oben erwähnten Symmetrie des Motors 54. Alternativ werden nur die sechs Halbbrücken HB1 bis HB6 verwendet, wie unten noch näher erläutert ist.
Die Wicklungen Wl bis W12 sind an einem Sternpunkt SP miteinander verbunden. Für die anderen Enden der Wicklungen Wl bis W6 liegt die oben an Hand der Figur 4 erläuterte Schaltung vor, d.h. z.B. dass die Wicklung Wl wieder mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB1 verbunden ist.
Das untere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB12 ist wieder jeweils mit der gemeinsamen Minusleitung 100 verbunden. Das obere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB12 ist jeweils mit der gemeinsamen Plusleitung 102 verbunden.
Jedoch sind in der Konfiguration K2 die Steueranschlüsse der Halbbrücken HB1 bis HB12 in jeweils Vierergruppen verbunden über Leitungspaare LI bis L3 , Llb, Llc sowie weitere nicht dargestellte Leitungspaare.
Jedes Halbbrückenvierergruppe wird durch ein Ansteuersignal - Leitungspaar Sl, S2 bzw. S3 gesteuert, wobei die eine Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des oberen Schaltelements, z.B. Gate, und die andere Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des unteren Schaltelements der betreffenden Halbbrücke führt.
Es liegt die folgende Verschaltung vor:
- das Leitungspaar LI verbindet die Steuersignale der Hall- brücken HB1 und HB2 ,
- das Leitungspaar L2 verbindet die Steuersignale der Hall- brücken HB3 und HB4 ,
- das Leitungspaar L3 verbindet die Steuersignale der Hall- brücken HB5 und HB6 ,
- das Leitungspaar Llb verbindet die Steuersignale der Hallbrücken HB7 und HB8 ,
- ein nicht dargestelltes Leitungspaar verbindet die Steuersignale der Hallbrücken HB9 und HB10,
- ein nicht dargestelltes Leitungspaar verbindet die Steuersignale der Hallbrücken HB11 und HB12, und
- ein Leitungspaar Llc verbindet die Leitungspaare LI und Llb zu der ersten Vierergruppe aus Halbbrücken HB1, HB2, HB7 und HB8.
Für die anderen beiden Vierergruppen HB3 , HB4, HB9 und HB10 bzw. HB5 , HB6 , HB11 und HB12 gibt es ebenfalls noch nicht dargestellte Verbindungsleitungspaare analog zu dem Leitungspaar LI .
In der Konfiguration K2 sind die drei Phasen zueinander mit zunehmender Phasenverschiebung zwischen einander benachbarten Phasen angeordnet, d.h. z.B. 0 Winkelgrad, 120 und 240 Winkelgrad. Auf Grund der Verwendung von drei Phasen zur Ansteu- erung von zwölf Wicklungen Wl bis W12 ergibt sich eine zweite Teilmaschine des Elektromotors 12, mit eigener Drehmoment - kennlinie in Abhängigkeit von der Drehzahl. Auch der Wirkungsgrad der zweiten Teilmaschine ist abhängig von der Drehzahl anders als bei der ersten Teilmaschine bzw. einer unten noch näher erläutert dritten Teilmaschine. Die zu den nicht dargestellten Wicklungen W9 bis W12 gehörenden Halbbrücken werden wie die Halbbrücken der Wicklungen W3 bis W6 angesteuert basierend auf den drei Phasen. Es kann jedoch auch mit nur sechs Halbbrücken größerer Leistung gear- beitet werden, wenn die Halbbrücke HB1 bspw. den Strom durch die Wicklungen Wl und W2 , die Halbbrücke HB3 den Strom durch die Wicklungen W3 und W4 usw. steuert.
Auch kann ein Betrieb mit nur drei Halbbrücken erfolgen, wenn eine Halbbrücke den Strom durch 4 Wicklungen steuert, z.B. die Halbbrücke HB1 den Strom durch die Wicklungen Wl, W2 , W7 und W8.
Für die Figur 5 gilt, Q = 12, p = 1 und m = 3, wobei Q die Anzahl der genutzten Nuten, p die Polpaarzahl und m die Anzahl der elektrischen Phasen sind. Weiterhin gilt:
q = Q/(2p * m) = 2,
wobei q die Anzahl der benutzen Nuten je Wicklung ist. Die Figur 6 zeigt ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für die zweite Konfiguration des Elektromotors 54. Wicklungen gleicher Zahlen werden mit dem selben Sinussignal bzw. Kosinussignal bestromt, wobei es die drei Phasen 1, 2, 3 gibt .
In der in der Figur 6 gezeigten Anordnung können die einzelnen Wicklungen bspw. außen am Stator zurückgewickelt werden. Alternativ können zweischichtige Zahnspulenwicklung verwendet werden. Einschichtige Zahnspulwicklungen können bei doppelter Nutenanzahl verwendet werden. Aber auch verteilte Wicklungen sind möglich.
Die Figur 7 zeigt eine dritte Konfiguration K3 des Elektromotors 54, die auch für einen Fehlerfall geeignet ist. In der Konfiguration K3 werden ebenfalls nur drei Phasen zur Ansteu- erung der Halbbrücken HB1, HB3 , HB5 , HB7, HB9 und HB11 verwendet, wobei die Halbbrücken HB6 bis HB12 nicht dargestellt sind, wegen der oben erwähnten Symmetrie des Elektromotors 54. Alternativ werden nur die drei Halbbrücken HB1, HB3 und HB5 verwendet, wie unten noch näher erläutert ist. Die dritte Konfiguration kann aber auch in Fahrsituationen verwendet werden, in denen eine geringere Leistung des Elektromotors 54 benötigt wird und in der kein Fehlerfall vorliegt.
Die Wicklungen Wl bis W12 sind wieder an einem Sternpunkt SP miteinander verbunden. Für die anderen Enden der Wicklungen Wl bis W6 liegt die oben an Hand der Figur 4 erläuterte
Schaltung vor, d.h. z.B. dass die Wicklung Wl wieder mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB1 verbunden ist.
Das untere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB6 ist wie- der jeweils mit der gemeinsamen Minusleitung 100 verbunden. Das obere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB6 ist jeweils mit der gemeinsamen Plusleitung 102 verbunden.
Jedoch werden in der Konfiguration K3 nur die Halbbrücken HB1, HB3, HB5 , HB7 , HB9 und HB11 verwendet.
Die Leitungspaare Sl, S3 bzw. S5 werden zur Steuerung der Halbbrücken HB1, HB3 und HB5 genutzt, wobei die eine Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des oberen Schalt- elements, z.B. Gate, und die andere Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des unteren Schaltelements der betreffenden Halbbrücke führt.
In der Konfiguration K3 sind die drei Phasen zueinander mit zunehmender Phasenverschiebung zwischen einander benachbarten
Phasen angeordnet, d.h. z.B. 0 Winkelgrad, 120 und 240 Winkelgrad. Auf Grund der Verwendung von drei Phasen zur Ansteu- erung von sechs Wicklungen Wl, W3 , W5, W7, Wp und Wll ergibt sich eine dritte Teilmaschine des Elektromotors 12, mit eige- ner Drehmomentkennlinie in Abhängigkeit von der Drehzahl.
Auch der Wirkungsgrad der dritten Teilmaschine ist abhängig von der Drehzahl anders als bei der ersten Teilmaschine bzw. der zweiten Teilmaschine.
Die zu den nicht dargestellten Wicklungen W7, W9 und Wll ge- hörenden Halbbrücken werden wie die Halbbrücken der Wicklungen Wl, W3 bzw. W5 angesteuert basierend auf den drei Phasen. Es kann jedoch auch mit nur drei Halbbrücken größerer Leistung gearbeitet werden, wenn die Halbbrücke HB1 bspw. den Strom durch die Wicklungen Wl und W7, die Halbbrücke HB3 den Strom durch die Wicklungen W3 und W9 usw. steuert.
Die Konfiguration K3 ist insbesondere geeignet für Fehlerfälle. Tritt bspw. ein Fehler 104 in der Wicklung W6 auf, z.B. Windungsschluss , so kann bspw. von der Konfiguration Kl bzw. K2 auf die Konfiguration K3 umgeschaltet werden. In der Konfiguration K3 wird die Wicklung W6 nicht verwendet, so dass der Fehler keinen Einfluss auf den Betrieb des Elektromotors 54 bzw. eines damit angetriebenen Fahrzeugs hat. Der Fehler 104 könnte sich auch auf die Halbbrücke HB6 beziehen, z.B. Kurzschluss oder Unterbrechung in einer Schalteinheit. Auch in diesem Fall ist die Konfiguration K3 geeignet, den Einfluss des Fehlers 104 so klein wie möglich zu halten und dennoch einen Notbetrieb des Elektromotors 54 zu gewähr- leisten.
An Stelle der in den Figuren 4 bis 7 gezeigten Sternschaltungen der Wicklungen Wl bis W12 bzw. Wn können auch Vieleckschaltungen (Mesh) verwendet werden, d.h. z.B. eine Dreieck- Schaltung, Viereckschaltung usw. Bei einer Vieleckschaltung können die Wicklungen Wl bis Wn die Außenseite des Vielecks bilden. Alternativ können die Wicklungen jedoch auch sich überkreuzend verschaltet werden, was als sogenannte Spanne bezeichnet wird (Span) . Für die Figur 7 gilt, Q = 6, p = 1 und m = 3 , wobei Q die Anzahl der genutzten Nuten, p die Polpaarzahl und m die Anzahl der elektrischen Phasen sind. Weiterhin gilt:
q = Q/(2p * m) = 1,
wobei q die Anzahl der benutzen Nuten je Wicklung ist.
Die Figur 8 zeigt ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für die dritte Konfiguration des Elektromotors 54,
Im Fehlerfall kann eine von zwei Teilmaschinen verwendet wer- den, d.h. entweder die den Phasen 1, 2, 3 zugeordnete Teilmaschine aus den Wicklungen Wl, W3 , W5, W7, W9 und Wll oder die den Phasen 1', 2' bzw. 3' zugeordnete Teilmaschine aus den Wicklungen W2 , W4 , W6 , W8, W10 und W12. In der in der Figur 8 gezeigten Anordnung können die einzelnen Wicklungen bspw. außen am Stator zurückgewickelt werden. Alternativ können zweischichtige Zahnspulenwicklung verwendet werden. Einschichtige Zahnspulwicklungen können bei doppelter Nutenanzahl verwendet werden. Aber auch verteilte Wicklungen sind möglich.
Die Figur 9 zeigt Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Konfigurieren eines Elektromotors, z.B. des Radnabenmotors 10 oder des Elektromotors 54.
Das Verfahren beginnt in einem Verfahrensschritt 201, der im Folgenden kurz auch als Schritt bezeichnet wird. In einem dem Schritt 201 unmittelbar folgenden Schritt 202 wird die Fahrsituation automatisch ermittelt, z.B. von einer zentralen Steuerung eines Fahrzeugs. Die Fahrsituation kann bspw. vom momentanen Drehmoment M, von der Drehzahl n und/oder von anderen Größen abhängen.
Danach wird in einem Schritt 203 von der Auswahleinheit 60 bzw. 280, siehe Figur 10, eine Konfiguration mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad für die im Schritt 202 ermittelte Fahrsituation ausgewählt. Dann wird in einem folgenden Schritt 204 auf die ausgewählte Konfiguration umgeschaltet, was bspw. innerhalb kurzer Zeiten möglich ist, z.B. in einer Zeit die kleiner als 100 ms oder sogar kleiner als 10 ms ist. Während des Umschaltens kann der Elektromotor 54 bspw. stromlos geschaltet werden.
In einem optionalen Schritt 205 wird geprüft, ob ein Fehlerfall vorliegt, bspw. Erfassen eines Fehlersignals, irregulä- rer Abweichungen usw. Liegt kein Fehler vor, so wird das Verfahren in dem Schritt 202 fortgesetzt und befindet sich dann in einer Schleife aus den Schritten 202 bis 205.
Diese Schleife wird im Schritt 205 nur dann verlassen, wenn ein Fehlerfall vorliegt. Liegt ein Fehler vor, so wird in einem dem Schritt 205 unmittelbar folgenden Schritt 206 eine Konfiguration ausgewählt, in der der Fehler keine Wirkung oder nur einen möglichst kleinen Einfluss auf den Motorbetrieb hat. Es wird also eine Teilmaschine des Motors abge- schaltet, die den Fehler enthält.
Kann eine solche Teilmaschine nicht abgeschaltet werden, so wird optional geprüft, ob ein Gegenregeln mit Hilfe einer anderen Teilmaschine des Elektromotors 54 möglich ist. Ist das Gegenregeln möglich, so wird eine entsprechende Konfiguration des Elektromotors 54 gewählt und die Gegenregelung wird aktiviert. Ist ein Gegenregeln nicht möglich, so wird der Elektromotor 54 bspw. automatisch ausgeschaltet. Das Gegenregeln kann auch alternativ zum Abschalten verwendet werden.
Das Verfahren wird in einem Schritt 207 beendet, z.B. durch Ausschalten des Fahrzeugs.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Schritt 205 nicht durchgeführt, wobei Fehlerfälle auf andere Art behandelt werden, bspw. vollständiges Abschalten des Elektromotors 54. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch nur im Fehlerfall eine Änderung der Konfiguration durchgeführt werden. Die Figur 10 zeigt Einheiten eines Elektroautos 250, dass mindestens einen Elektromotor MGes bzw. 250 enthält, im Falle von Radnabenmotoren, mindestens zwei Radnabenmotoren MGes bzw. 250. Jeder Motor MGes bzw. 250 enthält mehrere Teil -Maschinen Ml bis Mn, die alternativ zueinander oder auch gleichzeitig konfiguriert werden können.
Halbbrücken oder Vollbrücken 260 dienen zur Ansteuerung der Wicklungen des Motors 250 in den verschiedenen Konfigurationen. Bspw. gibt es mehr als sechs Halbbrücken HB1 bis HBn bzw. Vollbrücken.
Eine Regelungseinheit 270 enthält Regelkreise oder Steuer- strecken für die einzelnen Konfigurationen. Die Regelungseinheit 270 kann prozessorbasiert sein oder ohne Prozessor arbeiten .
Eine Auswahleinheit 280, die z.B. der Auswahleinheit 60 ent- spricht, dient der Auswahl der Konfigurationen des Elektromotors 250. Die Auswahleinheit 280 enthält bspw.:
- eine Eingabeeinheit EE, über die der Betriebszustand bspw. von einer zentralen Steuerung des Elektroautos 240 übermittelt wird,
- eine Ermittlungseinheit, die die zum jeweiligen Betriebszustand gehörende Konfiguration ermittelt, bspw. unter Verwendung eines Prozessors bzw. Mikroprozessor MP oder eines Mik- rocontrollers und eines elektronischen Speichers M, in dem Programmbefehle und Daten gespeichert sind.
- Ausgabeeinheiten AE1, AE2, wobei die Ausgabeeinheit AE1 mit der Regeleinheit 270 gekoppelt ist und die Ausgabeeinheit AE2 bspw. mit einer nicht dargestellten Umschalteinheit. An Stelle des Mikroprozessors MP und des Speichers M kann auch eine elektronische Schaltung ohne Mikroprozessor verwendet werden, z.B. ein FPGA (Field Programmabie Gate Array) .
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Auswahleinheit 280 auch Bestandteil der zentralen Steuerung des Fahrzeugs / Autos 240 sein. Sollgröße (n) 290 werden der Regelungseinheit 270 (ggf. auch nur Steuerung) vorgegeben von einer zentralen Steuerung des Elektroautos 240, z.B. ein Solldrehmoment. Die Regeleinheit 270 gibt abhängig von der konfigurierten Regelung Regelgröße (n) 292 and die Halbbrücken/Vollbrücken 260 aus.
Die Halbbrücken/Vollbrücken 260 sind über eine optionale Umschalteinheit mit den Wicklungsanschlüsse 293 verbunden. Mindestens ein Erfassungssignal 294 erfasst bspw. den Strom in den Wicklungen Wl bis Wn und wird zum Regeln verwendet. Das Erfassungssignal kann auch ein Drehzahlsignal sein, dass bspw. mit einem zusätzlichen Drehwinkelsensor erfasst wird. Das Fahrzustandssignal 295 wird in die Auswahleinheit 280 eingegeben . Die Auswahleinheit 280 gibt ein optionales Auswahlsignal 296 an die Regeleinheit 270 aus, um einen für die ausgewählte Konfiguration geeignete Regelung/Steuerung bzw. geeignete Parameter zu konfigurieren. Bspw. wird hier auch die Anzahl der zu verwendenden Phasen berücksichtigt. Bei sechs Phasen kann bspw. eine erste feldorientierte Regelung für die Phasen 1, 3 und 5 verwendet werden. Eine zweite feldorientierte Regelung wird für die Phasen 2, 4 und 6 verwendet. Diese Phasen sind jeweils sinusförmig bzw. kosinusförmig . Andere Regelverfahren werden jedoch ebenfalls verwendet.
Ein optionales Auswahlsignal 298 wird von der Auswahleinheit 280 an eine nicht dargstellte Umschalteinheit gesendet und dient bspw. zum Verschalten der Wicklungen des Elektromotors 250 untereinander und zum Verbinden mit den Halbbrücken HB1 bis HBn bzw. entsprechenden Vollbrücken abhängig von der ausgewählten Konfiguration.
48 48 48 48 48
2 2 2 2 2
3 4 6 1 2
4 3 2 12 6
Q = 36
P = 2
m = 3
q = 3
Q = 24 16 24 24 24
p 2 2 2 2 2
m = 3 4 6 1 2
q 2 1 1 6 3
Q 12 12 12 12 8 6 m
Fig.5/6 Fig.11 Fig.4 Fig.12 Fig.7/8 wobei Q die Anzahl der genutzten Nuten, p die Polpaarzahl und m die Anzahl der elektrischen Phasen sind. Weiterhin gilt: q = Q/ (2p * m) ,
wobei q die Anzahl der benutzen Nuten je Wicklung ist.
Andere Konfigurationen sind ebenfalls möglich, insbesondere mit nicht ganzzahligem q.
Neben Zahnspulenwicklungen sind auch Wicklungen möglich, bei denen außen um den Stator herumgewickelt wird. Die Zahlspulenwicklungen können einschichtig oder zweischichtig sein, wobei die zweischichtige Zahnspulenwicklung als Sonderfall der Zweischicht -Bruchlochwicklung angesehen werden kann. Andere verteilte Wicklungen können ebenfalls verwendet werden.
Die Figur 11 zeigt ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für eine vierte Konfiguration des Elektromotors mit Q = 12, p = 1 und m = 2. Die zwei elektrischen Phasen 1 und 2 können wie dargestellt auf die einzelnen Wicklungen in den Nuten verteilt werden.
Die Figur 12 zeigt ein Beispiel für die Anordnung von Wick- lungen für eine fünfte Konfiguration des Elektromotors mit Q = 12, p = 1 und m =4, d.h. vier Phasen, wobei manche Nuten frei bleiben. Auch in den Anordnungen der Figuren 11 und 12 können die einzelnen Wicklungen bspw. außen am Stator zurückgewickelt werden. Alternativ können zweischichtige Zahnspulenwicklung verwendet werden. Einschichtige Zahnspulwicklungen können bei doppelter Nutenanzahl verwendet werden. Aber auch verteilte Wicklungen sind möglich.
Die an Hand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele können insbesondere mit den in der Einleitung genannten Ausfüh- rungsbeispielen kombiniert werden. Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Es können andere Elektromotoren, andere Polpaarzahlen (Rotor) und andere Wicklungsanzahlen oder Wicklungsschemata verwendet werden. Die Elektromotoren können Gleichstrom- oder Wechsel - strommotore sein, insbesondere Wechselstrommotoren mit mindestens dreiphasigem Drehfeld.

Claims

Ansprüche
1. Auswahleinheit (60, 280) zur Auswahl der Konfiguration (Kl bis K3) eines Elektromotors (10, 54, 250), enthaltend:
- eine Eingabeeinheit (EE) , die mindestens ein Signal (295) oder Daten empfangen kann, welche einen Fahrzustand (Bl bis B4) einer Transportmaschine (240) oder eine Drehzahl (n) eines Elektromotors (10, 54, 250) angibt,
- eine Ermittlungseinheit, die abhängig von dem mit der Ein- gabeeinheit (MP) empfangenen Signal (295) oder Daten eine
Konfiguration des Elektromotors (10, 54, 250) ermittelt,
- eine Ausgabeeinheit (AE2), die mindestens ein Signal (298) oder Daten ausgibt, das die ausgewählte Konfiguration (Kl bis K3 ) bezeichnet oder vorgibt.
2. Auswahleinheit (60, 280) nach Anspruch 1, wobei die Ermittlungseinheit (MP) zu einem Fahrzustand (Bl bis B4 ) oder zu einer Drehzahl (n) eine Konfiguration mit hohem Wirkungsgrad des Elektromotors (10, 54, 250) ermittelt.
3. Auswahleinheit (60, 280) nach Anspruch 2, wobei der Wirkungsgrad durch die Wahl einer für den Fahrzustand (Bl bis B4) oder die Drehzahl (n) geeigneten Anzahl von zu verwendenden Wicklungen (Wl bis Wn) erhöht wird, und wobei sich die Anzahl bei einer ersten Konfiguration (Kl, K2) von der Anzahl bei einer zweiten Konfiguration (K3) unterscheidet,
oder wobei der Wirkungsgrad durch die Wahl einer für den Fahrzustand (Bl bis B4 ) oder die Drehzahl (n) geeigneten Anzahl von Phasen (m) verändert wird, und wobei sich die Anzahl bei einer ersten Konfiguration (Kl, K3 ) von der Anzahl bei einer zweiten Konfiguration (K2) unterscheidet, vorzugsweise bei gleichbleibender Anzahl von verwendeten Wicklungen (Wl bis Wn) .
4. Auswahleinheit (60, 280) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ermittlungseinheit (MP) , zwischen einem fehlerfreien Betrieb des Elektromotors (10, 54, 250) und einem Fehlerbetrieb unterscheidet (205) .
5. Auswahleinheit (60, 280) nach Anspruch 4, wobei die Er- mittlungseinheit (MP) im Fehlerbetrieb eine Wicklung (W6) nicht verwendet, die eine Fehler (104) enthält.
6. Auswahleinheit (60, 280) nach Anspruch 4, wobei die Ermittlungseinheit (MP) im Fehlerbetrieb eine Konfiguration auswählt, die es erlaubt, einem durch den Fehler (104) verursachtem Moment (M) entgegen zu regeln oder zu steuern.
7. Transportmaschine (240) enthaltend eine Auswahleinheit (60, 280) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
8. Transportmaschine (240) nach Anspruch 7, enthaltend eine elektronische Ansteuereinheit (56, 260) zur Ansteuerung der Wicklungen (Wl bis Wn) des Elektromotors (10, 54, 250) gemäß von Steuersignalen.
9. Transportmaschine (240) nach Anspruch 8, enthaltend eine Regeleinheit (50, 270) zum Erzeugen der Steuersignale gemäß mindestens einem Regelverfahren.
10. Transportmaschine (240) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, enthaltend eine Konfigurationseinheit, die mit der Ausgabeeinheit (AE2) gekoppelt ist, und die die bezeichnete oder vorgegebene Konfiguration (Kl bis K3 ) einstellt.
11. Transportmaschine (240) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, enthaltend mindestens einen Radnabenmotor (10) .
12. Verfahren zum Auswählen einer Konfiguration (Kl bis K3 ) eines Elektromotors (10, 54, 250), enthaltend:
- Erfassen eines ersten Fahrzustands (Bl bis B4) oder einer ersten Drehzahl (n) , - Auswahl einer ersten Konfiguration (Kl, K2 ) eines Elektromotors (10, 54, 250) abhängig von dem erfassten ersten Fahrzustand (Bl bis B4),
- Erfassen eines zweiten Fahrzustands (Bl bis B4) oder einer zweiten Drehzahl (n) ,
- Auswahl einer zweiten Konfiguration (K3) des Elektromotors (10, 54, 250) abhängig von dem erfassten zweiten Fahrzustand (Bl bis B4), wobei sich die zweite Konfiguration (K3) von der ersten Konfiguration unterscheidet.
13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei sich die zweite Konfiguration (K3) von der ersten Konfiguration (Kl, K2) hinsichtlich der Anzahl der einbezogenen Wicklungen (Wl bis Wn) unterscheidet ,
sich die zweite Konfiguration (K2) von der ersten Konfiguration (Kl, K3 ) hinsichtlich der Anzahl von Phasen (m) unterscheidet, vorzugsweise bei gleichbleibender Anzahl von verwendeten Wicklungen (Wl bis Wn) .
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Elektromotor (10, 54, 250) in beiden Konfigurationen (Kl bis K3 ) fehlerfrei ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Konfigurationen (Kl bis K3 ) so ausgewählt werden, dass sich abhängig vom Fahrzustand (Bl bis B4 ) ein möglichst großer Wirkungsgrad beim Betrieb des Elektromotors (10, 54, 250) ergibt .
PCT/EP2013/056238 2012-05-07 2013-03-25 Auswahleinheit zur auswahl der konfiguration eines elektromotors, transportmaschine und zugehöriges verfahren Ceased WO2013167309A2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13712237.0A EP2820755A2 (de) 2012-05-07 2013-03-25 Auswahleinheit zur auswahl der konfiguration eines elektromotors, transportmaschine und zugehöriges verfahren

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012207534.8 2012-05-07
DE102012207534A DE102012207534A1 (de) 2012-05-07 2012-05-07 Auswahleinheit zur Auswahl der Konfiguration eines Elektromotors, Transportmaschine und zugehöriges Verfahren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013167309A2 true WO2013167309A2 (de) 2013-11-14
WO2013167309A3 WO2013167309A3 (de) 2014-04-10

Family

ID=47997487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/056238 Ceased WO2013167309A2 (de) 2012-05-07 2013-03-25 Auswahleinheit zur auswahl der konfiguration eines elektromotors, transportmaschine und zugehöriges verfahren

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2820755A2 (de)
DE (1) DE102012207534A1 (de)
WO (1) WO2013167309A2 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014203550A1 (de) * 2014-02-27 2015-08-27 Robert Bosch Gmbh Elektrisches Antriebssystem
DE102015200742A1 (de) 2015-01-20 2016-07-21 Zf Friedrichshafen Ag Steuerung einer Drehfeldmaschine
DE102017215203A1 (de) * 2017-08-30 2019-02-28 Continental Automotive Gmbh Master-Slave Ansteuerung eines Doppelinverters
EP3618268B1 (de) 2018-08-29 2024-07-24 ABB Schweiz AG Steuerung einer elektrischen maschine
DE102019213705B4 (de) * 2019-09-10 2022-05-19 Volkswagen Aktiengesellschaft Stabilisierungssystem für ein Fahrzeug

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10054368A1 (de) * 2000-10-30 2002-05-16 Tiit Gmbh Training In Ind Tech Elektronisch geregelte Elektroantriebe in den Radnaben eines Kraftfahrzeuges für Antrieb und Bremsung
US6876176B2 (en) * 2000-12-02 2005-04-05 Ford Global Technologies, Llc Toroidally wound induction motor-generator with selectable number of poles and vector control
US7977842B2 (en) * 2006-10-05 2011-07-12 Lin Panchien Adaptive winding system and control method for electric machines
DE102010001593A1 (de) * 2010-02-04 2011-08-04 Continental Automotive GmbH, 30165 Schaltungsanordnung und Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben der Schaltungsanordnung
GB2472297B (en) * 2010-07-19 2014-04-23 Protean Electric Ltd Electric motor
US20120068657A1 (en) * 2010-09-20 2012-03-22 Remy Technologies, L.L.C. Electric machine system including an electric machine having switched stator windings

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013167309A3 (de) 2014-04-10
DE102012207534A1 (de) 2013-11-07
EP2820755A2 (de) 2015-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007063856B3 (de) Steuersystem für eine mehrphasige rotierende elektrische Maschine
EP2499737B1 (de) Verfahren zum plausibilisieren des drehmomentes einer elektrischen maschine und maschinenregler zur regelung einer elektrischen maschine und zur durchführung des verfahrens
DE102016220010B4 (de) Steuervorrichtung für rotierende elektrische maschine und elektrische servolenkungsvorrichtung hiermit
EP2588340B1 (de) Verfahren zum betrieb eines antriebsaggregates in einem kraftfahrzeug mit einer mindestens dreiphasigen elektrischen maschine und steuergerät für einen wechselrichter
DE112015000861T5 (de) Antriebssteuerung und Verfahren zur Antriebssteuerung eines Elektromotors
DE112015001258T5 (de) Steuerung und Steuerungsverfahren für Elektromotor
EP2694320B1 (de) Verfahren zum betreiben eines fahrzeugs
DE112012003822B4 (de) Steuersystem für eine elektrische Drehmaschine und Steuerverfahren für eine drehende elektrische Maschine
DE102011051233A1 (de) Motoransteuervorrichtung und -verfahren und elektrisches Lenkhilfesystem, welches dieselben verwendet
WO2013167309A2 (de) Auswahleinheit zur auswahl der konfiguration eines elektromotors, transportmaschine und zugehöriges verfahren
EP1836764B1 (de) Stromversorgungsvorrichtung für einen elektromotor, verfahren zum betreiben eines elektromotors
DE112017001144T5 (de) Leistungsumwandlungsvorrichtung, motorantriebseinheit und elektrische servolenkungsvorrichtung
DE102011051234A1 (de) Motoransteuervorrichtung und -verfahren und elektrisches Lenkhilfesystem, welches dieselbe verwendet
WO2012069229A2 (de) Ansteuerverfahren und -vorrichtung für eine elektrische maschine
DE112013005863T5 (de) Motorsteuerung
DE102020132585A1 (de) Elektrische maschine mit induktiver positionssensor-anordnung und verfahren zu deren zusammenbau und ausrichtung
DE102004030460B3 (de) Elektromotorischer Antrieb für ein Fahrzeug
DE102018203355A1 (de) Steuersystem für eine induktionsmaschine und elektrisches fahrzeug
AT522014B1 (de) Verfahren für den Notbetrieb einer Umrichterschalteinheit und zugehöriges Fahrzeug
DE112021006863T5 (de) Fahrzeuglenk-Steuervorrichtung, Steer-By-Wire-System, und Verfahren zum Steuern eines Steer-By-Wire-Systems
EP2574520A2 (de) Flurförderzeug mit notbetriebsfähigem elektrischen Antrieb
DE102017115740A1 (de) System einer rotierenden elektrische Maschine
DE112020006119T5 (de) Steuervorrichtung und verfahren für einen doppelt gewickelten motor
DE112019001069T5 (de) Motorregelvorrichtung und Elektrofahrzeug
DE112019005725T5 (de) Motor und elektrische servolenkung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13712237

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013712237

Country of ref document: EP