DE102014225985A1 - Axial flux machine with integrated charging functionality for an electric drive system - Google Patents

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Abstract

Ein elektrisches Antriebssystem umfasst eine dreiphasige Axialflussmaschine, welche einen Rotor und zwei in Serie geschaltete Statoren aufweist, einen ersten Wechselrichter, welcher mit einem ersten der zwei Statoren gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine Gleichspannung in eine den ersten der zwei Statoren speisende dreiphasige Wechselspannung zu wandeln, und einen zweiten Wechselrichter, welcher mit einem zweiten der zwei Statoren gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine Gleichspannung in eine den zweiten der zwei Statoren speisende dreiphasige Wechselspannung zu wandeln. Die Axialflussmaschine weist drei Ladeanschlüsse zum Anschluss an ein Wechselspannungsnetz auf, welche jeweils mit einem Knotenanschluss zwischen den Induktivitäten der in Serie geschaltete Statoren verbunden sind.An electric drive system comprises a three-phase axial flow machine having a rotor and two stators connected in series, a first inverter coupled to a first of the two stators, and configured to feed a DC voltage to a three-phase supply to the first of the two stators Alternating voltage to convert, and a second inverter, which is coupled to a second of the two stators, and which is adapted to convert a DC voltage in the second of the two stators feeding three-phase AC voltage. The axial flow machine has three charging ports for connection to an alternating voltage network, which are each connected to a node connection between the inductors of the series-connected stators.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem, welches eine Axialflussmaschine mit integrierter Ladefunktionalität aufweist, insbesondere zur Verwendung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug wie einem Elektro- oder Hybridauto.The invention relates to an electric drive system having an axial flow machine with integrated charging functionality, in particular for use in an electrically powered vehicle such as an electric or hybrid car.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie z.B. Windkraftanlagen oder Solaranlagen, wie auch in Fahrzeugen, wie Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die neue Energiespeichertechnologien mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren.It is becoming apparent that in the future both stationary applications, e.g. Wind turbines or solar systems, as well as in vehicles such as hybrid or electric vehicles, increasingly electronic systems are used that combine new energy storage technologies with electric drive technology.

Die Einspeisung von mehrphasigem Strom in eine elektrische Maschine wird üblicherweise durch einen Umrichter in Form eines Pulswechselrichters bewerkstelligt. Dazu kann eine von einem Gleichspannungszwischenkreis bereitgestellte Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung, beispielsweise eine dreiphasige Wechselspannung umgerichtet werden. Der Gleichspannungszwischenkreis kann dabei von einem Strang aus seriell verschalteten Batteriemodulen gespeist werden. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Leistung und Energie erfüllen zu können, werden häufig mehrere Batteriemodule in einer Traktionsbatterie in Serie geschaltet.The feeding of multi-phase current into an electrical machine is usually accomplished by a converter in the form of a pulse-controlled inverter. For this purpose, a DC voltage provided by a DC voltage intermediate circuit can be converted into a multi-phase AC voltage, for example a three-phase AC voltage. The DC voltage intermediate circuit can be fed by a string of serially connected battery modules. In order to meet the power and energy requirements of a particular application, multiple battery modules are often connected in series in a traction battery.

Als elektrische Maschinen werden häufig Transversalflussmaschinen (TFM) oder Axialflussmaschinen (AFM) eingesetzt. AFM werden dabei insbesondere in Ausführung als Scheibenläufer mit Permanentmagneten im Rotor verwendet. Transverse flux machines (TFM) or axial flux machines (AFM) are frequently used as electrical machines. AFM are used in particular as a pancake rotor with permanent magnets in the rotor.

Dabei wird links und rechts von der Rotorscheibe jeweils ein Stator mit identischem Aufbau angeordnet. Die Rotorscheibe wird auf der Antriebswelle fixiert. Solche Synchronmaschinen in elektrischen Antriebssystemen sind beispielsweise in der Druckschrift WO 2009/115247 A1 offenbart. Der Rotor wird dabei aus einem amagnetischen Material wie etwa Kunststoff gefertigt. Der Magnetfluss zwischen Rotor und Stator verläuft parallel zur Drehachse des Rotors. Derartige AFM sind auch unter den Bezeichnungen bürstenloser Gleichstrommotor, permanenterregter Synchronmotor oder Scheibenläufermotor bekannt.In this case, a stator with identical structure is arranged to the left and right of the rotor disk. The rotor disk is fixed on the drive shaft. Such synchronous machines in electric drive systems are for example in the document WO 2009/115247 A1 disclosed. The rotor is made of an amagnetic material such as plastic. The magnetic flux between the rotor and stator runs parallel to the axis of rotation of the rotor. Such AFM are also known under the designations brushless DC motor, permanent magnet synchronous motor or pancake motor.

Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge enthalten eine Traktionsbatterie, deren Kapazität auf eine Reichweite von etwa 50 bis derzeit 300 Kilometern ausgelegt ist. Um diese Traktionsbatterie im Fahrzeug laden zu können, werden Ladegeräte benötigt. Elektrische Maschinen können beispielsweise mit integrierten Ladegeräten für die Traktionsbatterie in elektrisch betriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden, wie beispielhaft in den Druckschriften EP 2 204 894 A1 , US 4,920,475 A , US 5,099,186 A , US 5,341,075 A , US 5,504,414 A , WO 2010/012924 A1 und WO 2010/103063 A1 offenbart. Dabei können die in der elektrischen Maschinen enthaltenen Induktivitäten in Kombination mit aktiven Schaltelementen der ansteuernden Wechselrichter als Spannungswandler für das Laden der Traktionsbatterie aus einem externen Stromversorgungsnetz verwendet werden.Electric vehicles or hybrid vehicles contain a traction battery whose capacity is designed for a range of about 50 to currently 300 kilometers. Chargers are needed to charge this traction battery in the vehicle. Electric machines can be used, for example, with integrated chargers for the traction battery in electrically powered vehicles, such as in the publications EP 2 204 894 A1 . US 4,920,475 A . US 5,099,186 A . US 5,341,075 A . US 5,504,414 A . WO 2010/012924 A1 and WO 2010/103063 A1 disclosed. In this case, the inductances contained in the electrical machines can be used in combination with active switching elements of the driving inverters as a voltage converter for charging the traction battery from an external power supply network.

In allen elektrischen Maschinen, die eine integrierte Ladefunktionalität besitzen, muss darauf geachtet werden, dass die Ladeströme kein Drehmoment bilden. Bei stromerregten Maschinen wird dazu der Erregerstrom abgeschaltet, bei Synchronmaschinen mit Permanentmagneten werden sich kompensierende Ladeströme eingeprägt, die keine q-Komponente in der d-q-Ebene aufweisen.In all electrical machines that have integrated charging functionality, care must be taken to ensure that the charging currents do not generate any torque. In energized machines, the excitation current is switched off for this purpose, in synchronous machines with permanent magnets compensating charging currents are imprinted, which have no q-component in the d-q plane.

Es besteht daher ein Bedarf an verbesserten Lösungen für das Laden von Traktionsbatterien in elektrischen Antriebssystemen, bei der die als Axialflussmaschine ausgestaltete elektrische Maschine des Antriebssystem eine integrierte Ladefunktionalität aufweist.There is therefore a need for improved solutions for charging traction batteries in electric drive systems, in which the electric machine of the drive system configured as an axial-flow machine has integrated charging functionality.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt ein elektrisches Antriebssystem, mit einer dreiphasigen Axialflussmaschine, welche einen Rotor und zwei in Serie geschaltete Statoren aufweist, einem ersten Wechselrichter, welcher mit einem ersten der zwei Statoren gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine Gleichspannung in eine den ersten der zwei Statoren speisende dreiphasige Wechselspannung zu wandeln, und einem zweiten Wechselrichter, welcher mit einem zweiten der zwei Statoren gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine Gleichspannung in eine den zweiten der zwei Statoren speisende dreiphasige Wechselspannung zu wandeln, wobei die Axialflussmaschine drei Ladeanschlüsse zum Anschluss an ein Wechselspannungsnetz aufweist, welche jeweils mit einem Knotenanschluss zwischen den Induktivitäten der in Serie geschaltete Statoren verbunden sind.The present invention, in one aspect, provides an electric drive system comprising a three-phase axial flux machine having a rotor and two stators connected in series, a first inverter coupled to a first of the two stators, and configured to provide a DC voltage in a three-phase alternating voltage feeding the first of the two stators, and a second inverter coupled to a second one of the two stators and adapted to convert a direct current voltage into a three-phase alternating voltage feeding the second of the two stators; Axialflussmaschine three charging connections for connection to an AC voltage network, which are each connected to a node connection between the inductors of the series-connected stators.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Es ist Idee der vorliegenden Erfindung, bei einem Einsatz von Axialflussmaschinen in einem elektrischen Antriebssystem den Anschluss einer externen Energieversorgung an Ladeanschlüsse der Axialflussmaschine zu ermöglichen und die Statorinduktivität der Axialflussmaschine als Drossel für das Laden von das elektrische Antriebssystem speisenden elektrischen Energiespeichern zu verwenden. Durch die Integration der Ladefunktionalität in die Axialflussmaschinen können zusätzliche Implementierungskosten sowie Systemgewicht für ein ansonsten notwendiges zusätzliches Ladegerät eingespart werden.It is an idea of the present invention, when using axial flux machines in an electric drive system, to allow the connection of an external power supply to charging terminals of the axial-flow machine and to use the stator inductance of the axial-flux machine as a choke for charging electrical energy stores feeding the electric drive system. By integrating the loading functionality into the Axial flow machines can save additional implementation costs and system weight for an otherwise necessary additional charger.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass die Batteriespannung durch die Verwendung von zwei getrennten Wechselrichtern für die zwei Statoren der Axialflussmaschine reduziert werden kann. Dadurch wird zudem die Leistungsaufnahme für jeden der Wechselrichter verringert. Dies senkt auch die Spannungsbelastung sowie die notwendige Maximalspannungsauslegung für Zwischenkreiskondensatoren, die die elektrischen Energiespeicher des elektrischen Antriebssystems an die Wechselrichter koppeln.It is particularly advantageous in this case that the battery voltage can be reduced by the use of two separate inverters for the two stators of the axial flow machine. This also reduces power consumption for each of the inverters. This also reduces the voltage load and the necessary maximum voltage design for DC link capacitors, which couple the electrical energy storage of the electric drive system to the inverters.

Ein weiterer Vorteil dieses Antriebssystems besteht darin, dass durch die Verwendung der Axialflussmaschine als intrinsisches Ladegerät die Geschwindigkeit der Ladungsaufnahme aus dem externen Energieversorgungsnetz durch entsprechende Ansteuerung der den Ladevorgang kontrollierenden Wechselrichter gesteuert werden kann.Another advantage of this drive system is that by using the axial flow machine as an intrinsic charger, the rate of charge absorption from the external power grid can be controlled by appropriate control of the charging process controlling inverter.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems kann das Antriebssystem weiterhin eine Traktionsbatterie umfassen, welche mit dem ersten Wechselrichter und dem zweiten Wechselrichter gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den ersten Wechselrichter und den zweiten Wechselrichter mit einer Gleichspannung zu versorgen.According to an embodiment of the drive system according to the invention, the drive system may further comprise a traction battery coupled to the first inverter and the second inverter and configured to supply the first inverter and the second inverter with a DC voltage.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems kann das Antriebssystem weiterhin eine erste Traktionsbatterie umfassen, welche mit dem ersten Wechselrichter gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den ersten Wechselrichter mit einer ersten Gleichspannung zu versorgen. In einer zusätzlichen Ausführungsform kann das Antriebssystem weiterhin eine zweite Traktionsbatterie umfassen, welche mit dem zweiten Wechselrichter gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den zweiten Wechselrichter mit einer von der ersten Gleichspannung unabhängigen zweiten Gleichspannung zu versorgen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn zur Speisung des Antriebssystems zwei getrennte Traktionsbatterien verwendet werden, die dadurch eine geringere Anforderung an Kapazität und Zuverlässigkeit erfüllen müssen. Im Teillastbereich kann mit dieser Anordnung zudem nur ein der beiden Traktionsbatterien zur Spannungs- und Stromversorgung der Axialflussmaschine zurückgegriffen werden, so dass sich die Lebensdauer der jeweils nicht benutzten Traktionsbatterie entsprechend verlängern lässt.According to an alternative embodiment of the drive system according to the invention, the drive system may further comprise a first traction battery coupled to the first inverter and configured to supply the first inverter with a first DC voltage. In an additional embodiment, the drive system may further include a second traction battery coupled to the second inverter and configured to provide the second inverter with a second DC voltage independent of the first DC voltage. This is particularly advantageous when two separate traction batteries are used to power the drive system, thereby requiring less capacity and reliability. In the partial load range, only one of the two traction batteries for voltage and power supply of the axial flow machine can be used with this arrangement also, so that the life of each unused traction battery can be extended accordingly.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems kann der erste Wechselrichter einen Pulswechselrichter in B6-Topologie aufweisen und/oder wobei der zweite Wechselrichter einen Pulswechselrichter in B6-Topologie aufweist.According to a further embodiment of the drive system according to the invention, the first inverter may have a pulse inverter in B6 topology and / or wherein the second inverter has a pulse inverter in B6 topology.

Gemäß noch einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems kann das Antriebssystem weiterhin einen ersten Gleichspannungszwischenkreis aufweisen, welcher mit dem ersten Wechselrichter gekoppelt ist. In einer weiteren Ausführungsform kann das Antriebssystem weiterhin einen zweiten Gleichspannungszwischenkreis aufweisen, welcher mit dem zweiten Wechselrichter gekoppelt ist. Diese Gleichspannungszwischenkreise können aufgrund der Trennung der Wechselrichter für die beiden Statoren mit geringerer Maximalspannungsfestigkeit und Maximalkapazität ausgelegt werden, so dass sich Kosten und Gewicht sparen lassen.According to yet another embodiment of the drive system according to the invention, the drive system may further comprise a first DC voltage intermediate circuit, which is coupled to the first inverter. In a further embodiment, the drive system may further comprise a second DC voltage intermediate circuit, which is coupled to the second inverter. Due to the separation of the inverters for the two stators, these DC voltage intermediate circuits can be designed with lower maximum voltage stability and maximum capacity, so that costs and weight can be saved.

Gemäß noch einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems können der erste und der zweite Wechselrichter Leistungshalbleiterschalter als aktive Schaltelemente umfassen. Dabei können die Leistungshalbleiterschalter in einer möglichen Ausführungsform normal sperrende oder normal leitende n- oder p-Kanal-MOSFET-Schalter oder IGBT-Schalter umfassen. Derartige Leistungshalbleiterschalter lassen sich sehr vorteilhaft für die Implementierung einer Ladesteuerstrategie im Zusammenhang mit den Statorinduktivitäten als Ladedrosseln einsetzen.According to yet another embodiment of the drive system according to the invention, the first and the second inverters may comprise power semiconductor switches as active switching elements. In one possible embodiment, the power semiconductor switches may comprise normal-blocking or normally-conductive n- or p-channel MOSFET switches or IGBT switches. Such power semiconductor switches can be used very advantageously for the implementation of a charging control strategy in connection with the Statorinduktivitäten as charging chokes.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einer Axialflussmaschine mit integrierter Ladefunktionalität gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 a schematic representation of an electric drive system with an axial flow machine with integrated charging functionality according to an embodiment of the invention;

2 eine schematische Darstellung eines Wechselrichters für die Spannungs- und Stromversorgung der Axialflussmaschine aus 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und 2 a schematic representation of an inverter for the voltage and power supply of the axial flux from 1 according to another embodiment of the invention; and

3 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einer Axialflussmaschine mit integrierter Ladefunktionalität gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 3 a schematic representation of an electric drive system with an axial flow machine with integrated charging functionality according to another embodiment of the invention.

Axialflussmaschinen im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen bürstenlose Gleichstrommotoren, permanenterregte Synchronmotoren und Scheibenläufermotoren. Bei Axialflussmaschinen im Sinne der vorliegenden Erfindung umgeben ein oder mehrere fixierte Statoren einen permanent erregten Rotor, deren Spulen zeitlich versetzt angesteuert werden und ein momentenbildendes Drehfeld am Rotor erzeugen.Axial flux machines according to the present invention include brushless DC motors, permanent magnet synchronous motors and disc rotor motors. For axial flow machines in According to the present invention, one or more fixed stators surround a permanently excited rotor, the coils of which are actuated offset in time and generate a torque-generating rotating field on the rotor.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 100 mit einer elektrischen Maschine 10. Beispielhaft dient das System 100 in 1 zur Speisung einer dreiphasigen elektrischen Maschine 10, beispielsweise in einem elektrischen Antriebssystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Die elektrische Maschine 10 kann dabei eine Axialflussmaschine sein, welche einen Rotor mit Permanentmagneten sowie zwei Statoren aufweist, die durch zwei verschiedene Wechselrichter mit Strom versorgt werden. 1 shows a schematic representation of a system 100 with an electric machine 10 , The system is exemplary 100 in 1 for feeding a three-phase electric machine 10 For example, in an electric drive system for an electrically powered vehicle. The electric machine 10 may be an axial flow machine, which has a rotor with permanent magnets and two stators, which are powered by two different inverters with power.

Die Statoren weisen jeweils drei Statorzweige mit in Serie geschalteten Statorinduktivitäten 1a und 1b bzw. 2a und 2b bzw. 3a und 3b auf. Zwischen den beiden zugehröigen Statorinduktivitäten 1a und 1b bzw. 2a und 2b bzw. 3a und 3b sind in den Statorzweigen jeweils Knotenanschlüsse K1, K2 und K3 angeordnet, an denen drei Ladeanschlüsse 8 für die elektrische Maschine 10 angekoppelt sind. An den Ladeanschlüssen 8 kann dann ein ein- oder dreiphasiges externes Energieversorgungsgerät bzw. Energieversorgungsnetz 9 angeschlossen werden, welches dazu ausgelegt ist, die elektrische Maschine 10 über die Ladeanschlüsse 8 mit einer ein- oder dreiphasigen Ladewechselspannung zu beaufschlagen.The stators each have three stator branches with series-connected stator inductances 1a and 1b respectively. 2a and 2 B respectively. 3a and 3b on. Between the two associated stator inductances 1a and 1b respectively. 2a and 2 B respectively. 3a and 3b In each of the stator branches, node terminals K1, K2 and K3 are arranged, at which three charging terminals 8th for the electric machine 10 are coupled. At the charging ports 8th Can then be a single or three-phase external power supply or energy supply network 9 be connected, which is designed to the electric machine 10 via the charging ports 8th to be charged with a single-phase or three-phase charging AC voltage.

An den jeweiligen Spannungsversorgungsanschlüssen 4a und 4b der elektrischen Maschine 10 sind auf beiden Seiten Wechselrichter 5a bzw. 5b angeschlossen, die dazu ausgelegt sind, eine durch elektrische Energiespeicher 7a und 7b, wie etwa Traktionsbatterien bereitgestellte Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung zum motorischen Betrieb der elektrischen Maschine 10 zu wandeln. Dabei speist ein erster Wechselrichter 5a einen ersten Stator mit den Statorinduktivitäten 1a, 2a und 3a, und ein zweiter Wechselrichter 5b speist den zweiten Stator mit den Statorinduktivitäten 1b, 2b und 3b. Die beiden Wechselrichter 5a und 5b können dabei jeweils Pulswechselrichter in B6-Topologie aufweisen, wie beispielhaft in 2 dargestellt.At the respective power supply connections 4a and 4b the electric machine 10 are inverters on both sides 5a respectively. 5b connected, which are designed by an electrical energy storage 7a and 7b , such as traction batteries provided DC voltage in a three-phase AC voltage for motor operation of the electric machine 10 to change. It feeds a first inverter 5a a first stator with the stator inductances 1a . 2a and 3a , and a second inverter 5b feeds the second stator with the stator inductances 1b . 2 B and 3b , The two inverters 5a and 5b can each have pulse inverters in B6 topology, as exemplified in 2 shown.

Der in 2 dargestellte Pulswechselrichter weist dabei Leistungshalbleiterschalter T1 bis T6 als aktive Schaltelemente auf, die in einer B6-Brücke verschaltet sind. Die Leistungshalbleiterschalter T1 bis T6 können zum Beispiel normal sperrende oder normal leitende n- oder p-Kanal-MOSFET-Schalter, welche bereits eine intrinsische Diode aufweisen, oder IGBT-Schalter umfassen. Bei der Verwendung von Leistungshalbleiterschaltern mit definierter und ausreichender Rückwärtssperrfähigkeit kann auf die entsprechenden Reihenschaltungen mit Dioden verzichtet werden.The in 2 shown pulse inverter has power semiconductor switches T1 to T6 as active switching elements, which are connected in a B6 bridge. The power semiconductor switches T1 to T6 may comprise, for example, normal-blocking or normally-conductive n- or p-channel MOSFET switches, which already have an intrinsic diode, or IGBT switches. When using power semiconductor switches with a defined and sufficient reverse blocking capability, the corresponding series connections with diodes can be dispensed with.

Die Wechselrichter 5a und 5b sind eingangsseitig über jeweils einen Gleichspannungszwischenkreis 6a bzw. 6b mit jeweils einer Traktionsbatterie 7a bzw. 7b gekoppelt. Die erste Traktionsbatterie 7a ist dazu ausgelegt, den ersten Wechselrichter 5a mit einer ersten Gleichspannung zu versorgen, die Traktionsbatterie 7b ist dazu ausgelegt, den zweiten Wechselrichter 5b mit einer zweiten, von der ersten Gleichspannung unabhängigen Gleichspannung zu versorgen. Die Traktionsbatterien 7a und 7b können dabei beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien oder andere Akkumulatortypen aufweisen.The inverters 5a and 5b are input side via each a DC voltage intermediate circuit 6a respectively. 6b each with a traction battery 7a respectively. 7b coupled. The first traction battery 7a is designed to be the first inverter 5a to supply with a first DC voltage, the traction battery 7b is designed to be the second inverter 5b to supply with a second, independent of the first DC voltage DC voltage. The traction batteries 7a and 7b may have, for example, lithium-ion batteries or other accumulator types.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren elektrischen Antriebssystems 100, welches sich von dem in 1 dargestellten Antriebssystem 100 im Wesentlichen darin unterscheidet, dass eine einzelne Traktionsbatterie 7 sowohl mit dem ersten Wechselrichter 5a als auch mit dem zweiten Wechselrichter 5b gekoppelt ist, und dazu ausgelegt ist, beide Wechselrichter 5a, 5b mit einer Gleichspannung zu versorgen. 3 shows a schematic representation of another electric drive system 100 which is different from the one in 1 illustrated drive system 100 Essentially, it differs in that a single traction battery 7 both with the first inverter 5a as well as with the second inverter 5b coupled, and is designed to use both inverters 5a . 5b to supply with a DC voltage.

Mit beiden Antriebssystemen 100 ist es möglich, die Axialflussmaschine 10 als Ladedrossel für die Ladung der Traktionsbatterien 7 bzw. 7a und 7b einzusetzen, wenn ein externes Wechselspannungsnetz 9 an die Ladeanschlüsse 8 angeschlossen wird. Die Ladeströme fließen dabei durch die Statorinduktivitäten 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b und durch die Dioden in den Wechselrichtern 5a und 5b bis in die Traktionsbatterie(n) 7 bzw. 7a, 7b. Die Ladeleistung der Traktionsbatterie(n) 7 bzw. 7a, 7b wird über den maximalen Dauerstrom durch die Maschine 10 bzw. den Wechselrichter 5a, 5b gesteuert. Es kann zudem auf einen Wasserkühlkreis des elektrischen Antriebssystems 100, beispielsweise in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, zurückgegriffen werden, um die Komponenten des Antriebssystems 100 zu kühlen. Dadurch können höhere Ladeleistungen erzielt werden.With both drive systems 100 is it possible to use the axial flow machine 10 as charging choke for the charge of the traction batteries 7 respectively. 7a and 7b to use if an external AC mains 9 to the charging ports 8th is connected. The charging currents flow through the stator inductances 1a . 1b . 2a . 2 B . 3a . 3b and through the diodes in the inverters 5a and 5b into the traction battery (s) 7 respectively. 7a . 7b , The charging power of the traction battery (s) 7 respectively. 7a . 7b is above the maximum continuous current through the machine 10 or the inverter 5a . 5b controlled. It can also be applied to a water cooling circuit of the electric drive system 100 For example, in an electrically powered vehicle, recourse is made to the components of the drive system 100 to cool. As a result, higher charging power can be achieved.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (9)

Elektrisches Antriebssystem (100), mit: einer dreiphasigen Axialflussmaschine (10), welche einen Rotor und zwei in Serie geschaltete Statoren (1a, 2a, 3a; 1b, 2b, 3b) aufweist; einem ersten Wechselrichter (5a), welcher mit einem ersten der zwei Statoren (1a, 2a, 3a) gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine Gleichspannung in eine den ersten der zwei Statoren (1a, 2a, 3a) speisende dreiphasige Wechselspannung zu wandeln; und einem zweiten Wechselrichter (5b), welcher mit einem zweiten der zwei Statoren (1b, 2b, 3b) gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, eine Gleichspannung in eine den zweiten der zwei Statoren (1b, 2b, 3b) speisende dreiphasige Wechselspannung zu wandeln, wobei die Axialflussmaschine (10) drei Ladeanschlüsse (8) zum Anschluss an ein Wechselspannungsnetz (9) aufweist, welche jeweils mit einem Knotenanschluss (K1, K2, K3) zwischen den Induktivitäten der in Serie geschaltete Statoren (1a, 2a, 3a; 1b, 2b, 3b) verbunden sind.Electric drive system ( 100 ), comprising: a three-phase axial flow machine ( 10 ), one rotor and two stators connected in series ( 1a . 2a . 3a ; 1b . 2 B . 3b ) having; a first inverter ( 5a ), which is connected to a first of the two stators ( 1a . 2a . 3a ) and which is adapted to supply a DC voltage to a first one of the two stators ( 1a . 2a . 3a ) to convert three-phase alternating voltage supply; and a second inverter ( 5b ) which is connected to a second of the two stators ( 1b . 2 B . 3b ) and which is adapted to feed a DC voltage into one of the second of the two stators ( 1b . 2 B . 3b ) alternating three-phase AC voltage, wherein the axial flux machine ( 10 ) three charging ports ( 8th ) for connection to an AC voltage network ( 9 ), each with a node terminal (K1, K2, K3) between the inductors of the series-connected stators ( 1a . 2a . 3a ; 1b . 2 B . 3b ) are connected. Antriebssystem (100) nach Anspruch 1, weiterhin mit: einer Traktionsbatterie (7), welche mit dem ersten Wechselrichter (5a) und dem zweiten Wechselrichter (5b) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den ersten Wechselrichter (5a) und den zweiten Wechselrichter (5b) mit einer Gleichspannung zu versorgen.Drive system ( 100 ) according to claim 1, further comprising: a traction battery ( 7 ), which with the first inverter ( 5a ) and the second inverter ( 5b ) and which is adapted to the first inverter ( 5a ) and the second inverter ( 5b ) to supply with a DC voltage. Antriebssystem (100) nach Anspruch 1, weiterhin mit: einer ersten Traktionsbatterie (7a), welche mit dem ersten Wechselrichter (5a) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den ersten Wechselrichter (5a) mit einer ersten Gleichspannung zu versorgen.Drive system ( 100 ) according to claim 1, further comprising: a first traction battery ( 7a ), which with the first inverter ( 5a ) and which is adapted to the first inverter ( 5a ) with a first DC voltage supply. Antriebssystem (100) nach Anspruch 3, weiterhin mit: einer zweiten Traktionsbatterie (7b), welche mit dem zweiten Wechselrichter (5b) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den zweiten Wechselrichter (5b) mit einer von der ersten Gleichspannung unabhängigen zweiten Gleichspannung zu versorgen.Drive system ( 100 ) according to claim 3, further comprising: a second traction battery ( 7b ), which with the second inverter ( 5b ) and which is adapted to the second inverter ( 5b ) to provide a second DC voltage independent of the first DC voltage. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Wechselrichter (5a) einen Pulswechselrichter in B6-Topologie aufweist und/oder wobei der zweite Wechselrichter (5b) einen Pulswechselrichter in B6-Topologie aufweist.Drive system ( 100 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the first inverter ( 5a ) has a pulse inverter in B6 topology and / or wherein the second inverter ( 5b ) has a pulse inverter in B6 topology. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin mit: einem ersten Gleichspannungszwischenkreis (6a), welcher mit dem ersten Wechselrichter (5a) gekoppelt ist.Drive system ( 100 ) according to one of claims 1 to 5, further comprising: a first DC voltage intermediate circuit ( 6a ), which with the first inverter ( 5a ) is coupled. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin mit: einem zweiten Gleichspannungszwischenkreis (6b), welcher mit dem zweiten Wechselrichter (5b) gekoppelt ist.Drive system ( 100 ) according to one of claims 1 to 6, further comprising: a second DC voltage intermediate circuit ( 6b ), which with the second inverter ( 5b ) is coupled. Antriebssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste und der zweite Wechselrichter (5a; 5b) Leistungshalbleiterschalter als aktive Schaltelemente umfassen.Drive system ( 100 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the first and the second inverter ( 5a ; 5b ) Comprise power semiconductor switches as active switching elements. Antriebssystem (100) nach Anspruch 8, wobei die Leistungshalbleiterschalter normal sperrende oder normal leitende n- oder p-Kanal-MOSFET-Schalter oder IGBT-Schalter umfassen.Drive system ( 100 ) according to claim 8, wherein the power semiconductor switches comprise normal-blocking or normally-conducting n- or p-channel MOSFET switches or IGBT switches.
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