AT522013B1 - Elektrische Antriebseinheit, Fahrzeug und Verfahren zum Verändern der - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit enthaltend: - einen Elektromotor (M1), dessen Rotor (Ro1) mindestens drei Polpaare (PP1 bis PP3) hat, die jeweils einen magnetischen Nordpol (N, P2, P4, P6) und einen magnetischen Südpol (S, P1, P3, P5) enthalten, wobei Nordpol (N, P2, P4, P6) und Südpol (S, P1, P3, P5) desselben Polpaares (PP1 bis PP3) auf einander gegenüberliegenden Seiten am Umfang des Rotors (Ro1) angeordnet sind, und dessen Stator (St1) eine Anzahl von Wicklungen (A1 bis a1x) hat, die mindestens der doppelten Anzahl von Polpaaren (PP1 bis PP3) entspricht, wobei die Wicklungen (A1 bis a1x) elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind, - eine Umrichtereinheit, die mindestens eine Anzahl von Schaltungszweigen mit jeweils mindestens zwei Schaltelementen enthält, die mit der Anzahl von Wicklungen (A1 bis a1x) übereinstimmt, und deren Ausgänge (La1 bis LC3) jeweils mit einer der Wicklungen (A1 bis a1x) verbunden sind, und - eine Ansteuereinheit, deren Ausgänge mit Steueranschlüssen der Schaltelemente verbunden sind, wobei die Ansteuereinheit eine Magnetisierungseinheit enthält, welche die Magnetisierung mindestens zweier Pole (P1, P4) der magnetischen Pole (P1 bis P6) nacheinander erhöhen oder verringern kann. Ferner betrifft die Erfindung ein zugehöriges Fahrzeug und ein zugehöriges Verfahren.

Description

Beschreibung

ELEKTRISCHE ANTRIEBSEINHEIT, FAHRZEUG UND VERFAHREN ZUM VERÄNDERN DER MAGNETISIERUNG EINES ROTORS

[0001] Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit, die einen Elektromotor, eine Umrichtereinheit und eine Ansteuereinheit für die Umrichtereinheit enthält. Der Elektromotor kann ein Motor mit variablem magnetischem Fluss oder ein Hysteresemotor sein, der ebenfalls einen variablen elektromagnetischen Fluss hat. Außerdem betrifft die Erfindung ein zugehöriges Fahrzeug. Weiterhin betrifft die Erfindung ein zugehöriges Verfahren zum Verändern der Magnetisierung eines Rotors.

[0002] Im Stand der Technik sind Elektromotoren bekannt, bei denen durch einen Umrichter ein variabler elektromagnetischer Fluss erzeugt wird. Ferner ist es bekannt, derartige Motoren durch eine feldorientierte Regelung anzusteuern. Bei solchen Ansteuerungen können jedoch teilweise hohe Ströme entstehen, die einen entsprechend dimensionierten Umrichter erfordern oder diesen schädigen können. Aus dem Stand der Technik sind hier beispielsweise die Dokumente

CN 2041498884, WO 2016032509 A1, DE102011002466 A1 oder EP 1009096 A2 bekannt.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Antriebseinheit zu schaffen, die in einfacher Art und Weise eine Belastung der Umrichter minimiert. Weiterhin sollen ein zugehöriges Fahrzeug und ein zugehöriges Verfahren angegeben werden.

[0004] Die voranstehende Aufgabe wird durch die elektrische Antriebseinheit bzw. durch die anderen Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch die elektrische Antriebseinheit gemäß Anspruch 1 und durch das Fahrzeug gemäß Anspruch 13 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der elektrischen Antriebseinheit beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

[0005] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Antriebseinheit angegeben, die Folgendes enthält:

- einen Elektromotor, dessen Rotor mindestens drei, vorzugsweise innen oder außen liegende, Polpaare hat, insbesondere können die mindestens drei Polpaare bei einem Hysteresemotor auch beim erstmaligen Einschalten oder bei jedem Einschalten erzeugt werden. Die Polpaare haben jeweils einen vorzugsweise radial nach außen gerichteten magnetischen Nordpol und einen vorzugsweise radial nach außen gerichteten magnetischen Südpol. Nordpol und Südpol desselben Polpaares sind auf einander gegenüberliegenden Seiten am Umfang des Rotors angeordnet. Der Stator des Elektromotors enthält eine Anzahl von Wicklungen, die mindestens der doppelten Anzahl von Polpaaren entspricht. Insgesamt kann der Stator insbesondere mindestens 6 Wicklungen, mindestens 12 Wicklungen oder mindestens 18 Wicklungen enthalten. Die Wicklungen sind elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar und enthalten vorzugsweise mindestens eine Windung oder mindestens zwei Windungen,

- eine Umrichtereinheit, die mindestens eine Anzahl von Schaltelementzweigen mit jeweils mindestens zwei Schaltelementen enthält, die mit der Anzahl von Wicklungen übereinstimmt. Im Falle eines Mehrphasenumrichters kann die Anzahl der Schaltungszweige ein Vielfaches der Anzahl der Wicklungen sein. Die Umrichtereinheit wird auch als Invertereinheit bezeichnet. Die Ausgänge der Umrichtereinheit sind jeweils mit einer der Wicklungen verbunden, und

- eine Ansteuereinheit, deren Ausgänge mit den Steueranschlüssen der Schaltelemente in der Umrichtereinheit verbunden sind.

[0006] Die Ansteuereinheit enthält eine Magnetisierungseinheit, welche die Magnetisierung min

destens zweier Pole der magnetischen Pole, insbesondere mindestens eines der Polpaare, nacheinander erhöht oder verringert bzw. erhöhen oder verringern kann.

[0007] Durch eine Anordnung der Pole eines Polpaares auf einer theoretischen Geraden durch die Rotationsachse kann sichergestellt sein, dass der magnetische Fluss eines Polpaares unabhängig vom magnetischen Fluss anderer Polpaare ist und insbesondere unabhängig davon geändert werden kann.

[0008] Ein wesentlicher Vorteil, der sich hierbei ergibt, ist, dass die Umrichtereinheit mit kleinerer Maximalleistung ausgelegt werden kann, als wenn alle Pole gleichzeitig magnetisiert oder ummagnetisiert werden. Eine kleinere Maximalleistung ermöglicht den Einsatz einfacher aufgebauter und kleinerer Halbleiterschaltelemente, was zu einem kleineren Bauraum und zu einem kleineren Gewicht führt. Darüber hinaus können die kleineren Halbleiterschaltelemente ebenso Vorteile hinsichtlich der Schaltgeschwindigkeiten aufweisen.

[0009] Nacheinander bedeutet hier zeitlich hintereinander, z. B. bei Polen eines Polpaares mit Pausen größer als 3 Millisekunden, größer als 10 Millisekunden oder größer als 20 Millisekunden. Bei nebeneinander angeordneten Polen voneinander verschiedener Polpaare kann die Länge der Pause im Bereich von 0,1 Millisekunden bis zu 1 Millisekunde liegen. Insbesondere kann die Pause mindestens eine Periode des Statorstroms betragen. In den Pausen können sich die Halbleiterschaltelemente des Umrichters wieder etwas Abkühlen, bzw. werden sie nicht so heiß, wie es bei einem Schaltbetrieb ohne diese Pausen der Fall wäre.

[0010] Der Einsatz von drei Polpaaren ermöglicht bereits einen Antrieb mit guten Laufeigenschaften. Mehr als drei Polpaare sind ebenfalls möglich.

[0011] Die tatsächlich verwendete Anzahl der Wicklungen hängt auch von der Anzahl der elektrischen Phasen ab. Bspw. werden drei elektrische Phasen verwendet. Bei konzentrierten Wicklungen hat jede elektrische Phase verschiedene Spannungs- bzw. Stromwerte im Vergleich zu den anderen elektrischen Phasen.

[0012] Auch Mehrpunktumrichter mit mehr als zwei Schaltelementen je Schaltungszweig können eingesetzt werden, um bspw. eine verringerte Schaltspannung zu erzielen. Der Mehrpunktumrichter kann auch mit einem Mehrphasenumrichter kombiniert werden.

[0013] Die Wicklungen können konzentrierte Wicklungen sein, d. h. um einen Spulenkern gewickelt, oder verteilte Wicklungen, d. h. übergreifend über mehrere Nuten, in denen sich jeweils andere Wicklungen befinden. Die technischen Wirkungen von verteilten Wicklungen sind u. a. eine bessere Kühlungsmöglichkeit, sinusförmigere Spannungen und Ströme und ggf. Vorteile bei der Fertigung und Wartung.

[0014] Auf Grund der vielen Wicklungen ist die Wahl der Arbeitspunkte flexibler, bspw. können Teil-Motoren bei kleineren Drehmomentanforderungen oder im Fehlerfall bei bspw. Magnetbruch verwendet werden.

[0015] Als Schaltelemente kommen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), GTO (Gate Turn Off Thyristor), MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) oder andere schnelle Leistungsschaltelemente in Frage.

[0016] Die Ansteuereinheit kann derart ausgebildet sein, dass die Magnetisierung der magnetischen Pole eines Polpaares nacheinander erhöht oder verringert werden kann oder verringert wird, insbesondere mit einer Ruhezeit, die z.B. mindestens einer Periode eines Statorstroms entsprechen kann. Wenn nicht nur die Pole verschiedener Polpaare nacheinander magnetisiert oder entmagnetisiert werden, sondern auch die Pole desselben Polpaares, können Stromspitzen weiter verringert werden, was die Leistungsanforderungen an die Umschalteinheit verringert. Beim Entmagnetisieren kann die Magnetisierung, d.h. die magnetischen Parameter, insbesondere die magnetische Polarisierung, des jeweiligen Pols oder Polpaares reduziert werden. Beim Magnetisieren kann die Magnetisierung, d.h. die magnetischen Parameter, insbesondere die magnetische Polarisierung, des jeweiligen Pols oder Polpaares erhöht werden. Beim Ummagnetisieren kann insbesondere die Magnetisierung des jeweiligen Pols oder Polpaares derart geändert wer-

den, dass sich eine Richtung des magnetischen Feldes ändert, insbesondere umkehrt.

[0017] Die Ansteuereinheit kann derart ausgebildet sein, dass beim Ändern der Magnetisierung eines ersten Poles, insbesondere eines ersten Polpaares, mindestens eine erste Komponente, insbesondere Durchmesserkomponente, mindestens eines ersten Statorstroms, der auf ein sich mit der aktuellen Drehzahl drehendes erstes, insbesondere statisches, Rotorkoordinatensystem bezogen ist, betragsmäßig verringert wird und mindestens eine zweite Komponente mindestens eines zweiten Statorstroms gleichzeitig betragsmäßig erhöht wird, wobei der zweite Statorstrom auf das erste, insbesondere statische, Rotorkoordinatensystem oder auf ein zweites, insbesondere statisches, Rotorkoordinatensystem bezogen ist, das sich ebenfalls mit der aktuellen Drehzahl des Rotors dreht.

[0018] Obwohl die betreffenden Pole also nacheinander magnetisiert bzw. entmagnetisiert werden, gibt es dennoch einen zeitlichen Uberlappbereich, in dem der eine Magnetisierungsstrom noch abklingt und der andere Magnetisierungsstrom schon ansteigt. Durch den Uberlappbereich wird der Gesamtstromfluss gleichmäßiger, insbesondere ohne Einbrüche (Ripple) zwischen Maximalwerten. Es ergibt sich trotz der Anderung der Magnetisierung ein ruhiges Laufverhalten des Elektromotors. Alternativ kann die Magnetisierung verschiedener Pole, die aufeinanderfolgend magnetisiert oder entmagnetisiert werden, ohne UÜberlappbereiche erfolgen.

[0019] Die andere Komponente des Statorstroms in dem Rotorkoordinatensystem ist die Queroder Umfangskomponente, die das Drehmoment bildet. Damit kann die Wechselstrommaschine mit einer Gleichstrommaschine verglichen werden, bzw. die dort bekannten Steuer und Regelungsverfahren können angewandt werden. In Analogie dazu ist im Sinne der Erfindung unter DKomponente der feldbildendende Erregerstrom bzw. Statorstrom zu verstehen. Unter Q-Komponente ist im Sinne der Erfindung der das Drehmoment bildendende Ankerstrom zu verstehen. Durch Verwendung von Strömen im Rotorkoordinatensystem spielt die Drehung bei der Regelung bzw. Steuerung eine untergeordnete Rolle, so dass sich die Regelung und Steuerung stark vereinfacht bzw. erst so mit vertretbarem Aufwand und guten Regelergebnissen möglich wird.

[0020] Der Betrag ist der Wert des betrachteten Stromes ohne Vorzeichen betrachtet und stimmt mit dem Ergebnis der gleichnamigen mathematischen Funktion „Absolutbetrag“ überein.

[0021] Die Ansteuereinheit kann derart ausgebildet sein, dass die Magnetisierung der magnetischen Pole im gesamten Drehzahlbereich unterhalb einer vorgegebenen Basisdrehzahl des Elektromotors im Vergleich zu einer Magnetisierung oberhalb der Basisdrehzahl erhöht wird, insbesondere auf eine maximale Magnetisierung oder eine maximal mögliche Magnetisierung, vorzugsweise um mindestens 10 Prozent oder um mindestens 20 Prozent. Die Basisdrehzahl kann vorzugsweise im Bereich von 10 bis 450 Umdrehungen pro Sekunde oder im Bereich von 50 bis200 Umdrehungen des Rotors pro Sekunde, besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 150 Umdrehungen des Rotors pro Sekunde, liegen. Im unteren Drehzahlbereich kann bspw. der Elektromotor bspw. mit der vollen Magnetisierung, d. h. mit einem Magnetfluss von 100 Prozent betrieben werden. Bei größerer Magnetisierung der Polpaare können kleiner Ströme angelegt werden. Bei den vergleichsweise langen Schaltzeiten im unteren Drehzahlbereich bzw. im Stand werden trotzdem nicht zu hohe Ströme angelegt, so dass es zu keiner Überhitzung des Inverters/ Umrichters kommen kann.

[0022] Diese Maßnahmen im unteren Drehzahlbereich sind unabhängig davon, wie die Magnetisierung an den Polen verändert wird. Demnach kann der entsprechende Unteranspruch auch eine Basis für einen unabhängigen Anspruch bilden, der den letzten Absatz des Anspruchs 1 nicht enthält, d. h. die auf die zeitliche Reihenfolge der Magnetisierung der Pole gerichteten Merkmale. Besonders gute Parameter des Elektromotors können jedoch durch die Kombination beider Maßnahmen erzielt werden.

[0023] Bei höheren Drehzahlen kann die Magnetisierung wieder verringert werden, um optimale Arbeitspunkte bzw. Arbeitsbereiche zu gewährleisten.

[0024] Die Statorwicklungen können verteilte Wicklungen sein, wobei sich eine Wicklung jeweils in mindestens zwei Statornuten erstreckt, zwischen denen mindestens eine weitere Statornut

oder mehrere weitere Statornuten angeordnet sind, in denen ein Teil einer anderen Wicklung oder Teile mehrerer anderer Wicklungen angeordnet sind.

[0025] Ein Teil bzw. Abschnitt einer Wicklung kann jeweils in einer ersten Gruppe aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Statornuten angeordnet sein, wobei der andere Teil bzw. andere Abschnitte der Wicklung in einer zweiten Gruppe aus aufeinanderfolgenden Statornuten angeordnet sein kann und wobei zwischen den beiden Gruppen die weitere Statornuten liegen. Die Wicklungen können sich vorzugsweise jeweils nicht in weiteren Statornuten bzw. in weiteren Statornutengruppen erstrecken.

[0026] Im Gegensatz zu konzentrierten Wicklungen, die jeweils nur um einen einzigen Spulenkern herum gewickelt werden, ergeben sich bei verteilten Wicklungen zahlreiche Vorteile: gleichmäßigere bzw. harmonischere magnetomotorische Kräfte, insbesondere mit weniger Oberwellen, ruhigere Laufeigenschaften des Elektromotors oder der Motorbremse usw.

[0027] Die für konzentrierte Wicklungen bekannte Vektorsteuerung oder Vektorregelung ist ggf. an die verteilten Wicklungen anzupassen, wobei bspw. Matrixprodukte gebildet werden können, um die Berechnungen zu vereinfachen. Ggf. können jedoch auch in geeigneter Weise phasenverschobene Ansteuersignale an der Umrichtereinheit verwendet werden.

[0028] Eine Wicklung kann bspw. aus zwei Teilwicklungen bestehen, die mit Versatz von einer Nut zueinander angeordnet sind. So kann eine Wicklung bspw. aus mindestens zwei Teilwicklungen bestehen, die jeweils in zwei Statornuten angeordnet sind, und zur Kompensation des Skineffektes jeweils mehrere Windungen enthalten, z. B. mehr als 10 Windungen aber bspw. weniger als 1000 Windungen. Die von der einen Teilwicklung verwendeten Statornuten können um eine Statornut von den Statornuten der anderen Teilwicklung versetzt sein, was ein einfaches Wicklungsschema und damit eine einfache Fertigung der Wicklungen ermöglicht.

[0029] Die Wicklungen können in den Statornuten zweilagig angeordnet sein, was eine gute Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums und ebenfalls eine einfache Fertigung ermöglicht.

[0030] In der Ansteuereinheit kann eine Transformation von den Statorströmen, die am Elektromotor anliegen, auf Statorströme eines sich mit der Drehzahl des Rotors drehenden Rotorkoordinatensystems durchgeführt werden. Eine Regelung (closed loop) oder Steuerung (open loop) kann bezüglich der transformierten Ströme durchgeführt werden, insbesondere die Regelung o0der Steuerung einer Drehzahl und/oder eines Drehmomentes und/oder die Veränderung der Magnetisierung der Pole der Polpaare. Weiterhin kann eine Rücktransformation von zu erzielenden Strömen oder Spannungen, in dem sich mit der Drehzahl des Rotors drehenden Rotorkoordinatensystems, auf Ströme oder Spannungen durchgeführt werden, die in den Statorwicklungen des Stators zu erzeugen sind. Insbesondere kann eine Park-Transformation oder eine ClarkPark-Transformation und/oder deren Rücktransformation verwendet werden, wobei die Festlegung der Begriffe Transformation und Rücktransformation geeignet zu wählen ist. Das Verwenden der Transformation erlaubt erst die Anwendung bestimmter Regelverfahren bzw. Steuerverfahren, insbesondere mit sehr guten Regel- bzw. Steuerergebnissen.

[0031] Die Lage des Rotors kann über eine Erfassungseinheit am Rotor erfasst werden, was eine genaue Ermittlung der Rotorlage und/oder der Rotordrehzahl ermöglicht. Zum Einsatz kommen bspw. sogenannte Resolver mit einer Erfassungsgenauigkeit von bspw. kleiner 2 Winkelgrad oder sogar kleiner 1 Winkelgrad. Alternativ ist auch eine geberlose Erfassung möglich bspw. über die Erfassung des Nulldurchgangs der Ströme, insbesondere der an die Statorwicklungen anzulegenden Ströme.

[0032] Die Ansteuereinheit kann mindestens zwei Unteransteuereinheiten enthalten, vorzugsweise eine Anzahl von Unteransteuereinheiten, die mit der Anzahl der Pole oder der Polpaare übereinstimmt. Jede Unteransteuereinheit kann eine separate Transformation, Steuerung und/oder Regelung und eine Rücktransformation durchführen. Alternativ können andere geeignete Verfahren eingesetzt werden.

[0033] So kann bspw. je Poolpaar eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Wicklungen als eine

Elektromaschine bzw. als ein Elektromotor separat von dem Elektromotor für ein anderes Polpaar oder für andere Polpaare angesehen und angesteuert werden. Ein Elektromotor mit drei Polpaaren kann bspw. als drei voneinander unabhängige Teilmotoren betrachtet und gesteuert werden, was die Ansteuerung vereinfacht.

[0034] Im einfachsten Fall können die elektrischen Phasen von am Rotor aufeinanderfolgenden Wicklungen bezogen auf jeden Teil-Elektromotor gleich sein oder in geeigneter Weise zueinander phasenverschoben werden. Beim Andern der Magnetisierung kann es dann zwischen den Teilmaschinen die oben erläuterten zweckmäßigen Abweichungen geben, um gesamtströme mit kleineren Werten verwenden zu können. So können bspw. zusätzliche Ruhepausen bei der Magnetisierung verwendet werden.

[0035] Die Wicklungen können in Sternschaltung verschaltet sein. Alternativ kann eine Dreieckschaltung oder Viereckschaltung verwendet werden. Die Ansteuerung ist entsprechend anzupassen. Jeder Schaltungszweig kann unabhängig von der verwendeten Schaltung mit einer eigenen Sicherung gesichert sein, insbesondere mit einer Schmelzsicherung oder einer anderen geeigneten Trenneinheit, wie einen Leistungsschutzschalter, einen Uberstromschalter oder einen Uberspannungsschalter.

[0036] Bei der Sternschaltung gibt es für alle Wicklungen einen gemeinsamen elektrischen Potentialpunkt bzw. Schaltungsknoten, in dem Ausgleichsströme fließen, deren Summe vorzugsweise 0 Ampere ist. Die Sternschaltung erlaubt im Vergleich zu der Dreiecksschaltung bei gleicher Drehzahl höhere Spannungen und dafür geringere Ströme als Dreieckschaltung. Die Dreieckschaltung wird auch als Deltaschaltung bezeichnet. Ggf. kann es auch mehrere unabhängige Gruppen von Dreiecksschaltungen in dem Elektromotor geben. Andere Verschaltungen außer Sternschaltung, Viereckschaltung und Dreiecksschaltung sind ebenfalls möglich, d. h. sowohl bei konzentrierten Wicklungen als auch bei verteilten Wicklungen.

[0037] Die Antriebseinheit kann genau drei elektrische Phasen oder mindestens drei elektrische Phasen haben. Jede elektrische Phase kann mindestens zwei elektrisch unabhängige Wicklungsgruppen der Wicklungen haben, wobei vorzugsweise die Anzahl der voneinander unabhängig ansteuerbaren Wicklungsgruppen je elektrischer Phase gleich der Anzahl der, vorzugsweise außen liegenden, magnetischen Pole des Rotors ist. Jeder Ausgang des Umrichters kann jeweils mit einer Wicklungsgruppe verbunden sein. Es kann sechs voneinander unabhängig ansteuerbare Wicklungsgruppen je elektrischer Phase geben.

[0038] Die Anzahl der Polpaare des Rotors kann eine ungerade Zahl sein, was eine unabhängige Magnetisierung der Polpaare voneinander ermöglicht.

[0039] Leitungen der gleichen elektrischen Phase können, müssen aber nicht, alle gleiche Spannungswerte und/oder gleiche Stromwerte haben, außer bspw. bei Anderungen der Magnetisierung, die einzeln je Pol oder Polpaar erfolgen soll.

[0040] Die Anzahl der elektrischen Phasen kann 3 betragen. Die Anzahl der magnetischen Polpaare des Rotors des Elektromotors kann ebenfalls 3 betragen. Mit diesen Werten ist eine gute Ansteuerbarkeit gegeben und der Aufwand für die Berechnung der Ansteuersignale ist ebenfalls vertretbar.

[0041] Der Rotor kann ein magnetisierbares Material mit einer Koerzitivfeldstärke kleiner als 150 kA/m enthalten, vorzugsweise AINiCo (Aluminium Nickel Kobalt Legierung) oder FeCrCo (Eisen Chrom Kobalt), insbesondere als homogenen Belag entlang seiner Umfangsfläche. Damit kommen preiswerte Materialien zum Einsatz, insbesondere im Vergleich zu Materialien aus der Gruppe der seltenen Erden. Andere Materialien können auch verwendet werden.

[0042] Der Elektromotor kann vorzugsweise ein Hysteresemotor oder ein Elektromotor mit variablem magnetischem Fluss sein, insbesondere ein Elektromotor mit einem Kühlkreislauf, vorzugsweise mit einem flüssigen Kühlmittel. Damit kann der Motor bei hohen Drehzahlen oder hohen Drehmomenten für längere Zeit als ohne Kühlung betrieben werden. Die Kühlung ist jedoch insbesondere beim Bremsen effektiv, wenn das Bremsmoment über die Ummagnetisierung mag-

netischer Bereiche erfolgt. Die Ummagnetisierung kann über den Motor- bzw. Generatorschlupf gesteuert werden. Das Bremsmoment ist dabei von einer Fläche, einer so genannten Hystereseschleife, der B-H-Kennlinie (magnetische Flussdichte B bspw. in Tesla, magnetische Feldstärke H bspw. in A/m (Ampere pro Meter)) des magnetischen Materials des Rotors abhängig. Beim Bremsen erwärmt sich der Motor stark. Eine Überhitzung wird jedoch durch die Kühlung wirksam verhindert. Eine Kühlflüssigkeit hat eine höheres Wärmespeichervermögen als bspw. Luft und ist daher für die Kühlung gut geeignet. Kühlungen mit einer Anderung des Aggregatzustandes des Kühlmittels sind ebenfalls möglich.

[0043] Ein Hysteresemotor hat sehr gute Bremseigenschaften im asynchronen Betrieb und ein konstantes Anlaufdrehmoment. Der Hysteresemotor kann in Umfangsrichtung des Rotors einen umlaufenden magnetischen Belag haben. Die Magnetisierung des Belages mit Polpaaren erfolgt bspw. beim erstmaligen Einschalten oder bei jedem Einschalten des Hysterese-Elektromotors. Die Koerzitivkraft des magnetischen Materials kann bspw. im Bereich von 50 bis 150 kA/m liegen, so dass durch hohe Statorströme der magnetische Zustand des Materials steuerbar ist.

[0044] Es kann auch ein Elektromotor mit variablem magnetischem Fluss verwendet werden. Im Unterschied zum Hysteresemotor können hier separat abgegrenzte Rotorbereiche mit Magnetisierung vorhanden sein, d. h. es gibt keinen umlaufenden Rotorbelag mit magnetisierbarem Material. Bei beiden Elektromotortypen kann jedoch über den Strom im Stator die Magnetisierung der Pole geändert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Andern der Magnetisierung für die genannten Pole, für die genannten Polpaare oder für alle Pole des Rotors während einer einzigen Umdrehung des Rotors durchgeführt werden. Damit kann die Magnetisierung trotz der sequentiellen Abfolge schnell erfolgen.

[0045] Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug mit mindestens einer elektrischen Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, so dass die oben genannten technischen Wirkungen auch für das Fahrzeug gelten.

[0046] Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verändern der Magnetisierung eines Rotors, enthaltend:

- Verwenden eines Elektromotors, dessen Rotor mindestens drei, vorzugsweise außen liegende, Polpaare hat oder vorzugsweise mit mindestens drei, insbesondere außen liegenden, Polpaaren betreibbar ist, die jeweils einen magnetischen Nordpol und einen magnetischen Südpol enthalten, wobei Nordpol und Südpol desselben Polpaares auf einander gegenüberliegenden Seiten am Umfang des Rotors angeordnet sind, und dessen Stator eine Anzahl von Wicklungen enthält, die mindestens der doppelten Anzahl von Polpaaren entspricht, vorzugsweise mindestens 6 Wicklungen, mindestens 12 Wicklungen oder mindestens 18 Wicklungen, wobei die Wicklungen elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind,

- ein erstes Anlegen mindestens eines ersten Statorstroms, insbesondere D-Achsen Statorstroms, zum Andern des magnetischen Zustands mindestens eines Pols an nur einen Pol oder an nur einem Teil der Pole, wobei der mindestens eine Statorstrom auf ein Koordinatensystem bezogen ist, das sich mit der Drehzahl des Rotors dreht, und

- nach dem ersten Anlegen des mindestens einen ersten Statorstroms ein zweites Anlegen mindestens eines zweiten Statorstroms, insbesondere D-Achsen Statorstroms, zum Andern des magnetischen Zustands mindestens eines anderen Pols des Elektromotors.

[0047] Für das Verfahren gelten die oben für die Antriebseinheit genannten technischen Wirkungen ebenfalls. Die oben genannten Weiterbildungen gelten insbesondere auch für das Verfahren, insbesondere zeitliche Uberlappbereiche der Magnetisierungsströme bzw. Entmagnetisierungsströme, insbesondere zum Magnetisieren bzw. Entmagnetisieren der Pole voneinander verschiedener Polpaare. Auch das Verwenden von Ruhepausen kann bei dem Verfahren verwendet werden, insbesondere während des Magnetisierens bzw. Entmagnetisierens der Pole eines Polpaares oder von nebeneinander liegenden Polen.

[0048] Das Verfahren wird bspw. ohne Verwendung eines Prozessors durchgeführt, der Pro-

grammbefehle abarbeitet, die in einem Halbleiterspeicher gespeichert sind. So kann bspw. ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit, d. h. ein Schaltkreis in dem Standardschaltungen über programmierbare Verbindungen elektrisch leitfähig miteinander verbunden werden) verwendet werden oder ein integrierter Schaltkreis, der keinen Prozessor enthält. Alternativ kann jedoch auch ein Prozessor verwendet werden, insbesondere ein Mikroprozessor oder ein Mikrocontroller.

[0049] Während des Änderns des magnetischen Zustands können jeweils weitere, sich vom ersten und zweiten Statorstrom unterscheidende Statorströme, insbesondere Q- Achsen Statorströme, an allen Polen des Elektromotors oder nur an den Polen derjenigen Polpaare angelegt werden, deren magnetischer Zustand momentan nicht geändert wird. Damit wird weiterhin ein gleichmäßiges Drehmoment erzeugt. Der Elektromotor kann auch während des Änderns der Magnetisierung rund laufen.

[0050] Eine bei dem Verfahren verwendete Ansteuereinheit kann ein Magnetisierungsmodul enthalten, das die Magnetisierung der magnetischen Pole nacheinander erhöht oder verringert bzw. erhöhen oder verringern kann.

[0051] Wicklungsgruppen der Wicklungen mindestens einer elektrischen Phase oder aller elektrischer Phasen können unabhängig voneinander angesteuert werden. Die elektrischen Phasen werden bspw. mit A, B, C bezeichnet. Die Wicklungsgruppen der Phase A können bspw. mit A1, A2 usw. bis A6 bezeichnet werden, bzw. noch detaillierter mit A1, al, A2, a2 usw. bis A6, a6. Analoges kann für die Phase B und für die Phase C gelten.

[0052] Alle Pole können nacheinander oder die Polpaare, d.h. insbesondere die Pole paarweise, nacheinander in ihrer Magnetisierung geändert werden, insbesondere in der Magnetisierung erhöht oder in der Magnetisierung verringert werden. Dabei kann die Last an einem Gleichspannungsbus, an dem die Schaltungszweige einer Umrichtereinheit zur Ansteuerung des Elektromotors angeschlossen sind, verkleinert werden, im Vergleich zu einer Last beim gleichzeitigen Ändern der Magnetisierung für mehrere Pole oder für mehrere Polpaare, insbesondere im Vergleich zu einer Last beim gleichzeitigen Andern der Magnetisierung für alle Pole oder für mindestens die Hälfte der Pole des Elektromotors. Die Umrichtereinheit kann dadurch einfacher ausgelegt und einfacher aufgebaut werden. So können bspw. Schaltelemente für geringere Maximalströme verwendet werden. Auch die Ansteuereinheit für die Umrichtereinheit kann ggf. vereinfacht werden, bspw. bzgl. der Ausgangstransistoren.

[0053] Wenn auf das Vergrößern oder Verkleinern der Magnetisierung Bezug genommen wird, so ist insbesondere ein betragsmäßiges Vergrößern oder Verkleinern gemeint. Die Magnetisierung M ist eine physikalische Größe zur Charakterisierung des magnetischen Zustands eines Materials und berechnet sich als magnetisches Moment m (Vektor) pro Volumen V. Die Einheit der Magnetisierung M ist bspw. A/m (Ampere pro Meter).

[0054] Die Magnetisierung der magnetischen Pole kann im gesamten Drehzahlbereich unterhalb einer vorgegebenen Basisdrehzahl des Elektromotors im Vergleich zu einer Magnetisierung oberhalb der Basisdrehzahl erhöht werden, insbesondere auf einen maximalen Wert der Magnetisierung, vorzugsweise um mindestens 10 Prozent oder um mindestens 20 Prozent im Vergleich zu dem sich anschließenden Drehzahlbereich bzw. Drehzahl-/ Drehmomentenbereich mit einer anderen Magnetisierung. Die Basisdrehzahl kann vorzugsweise im Bereich von 10 bis 450 Umdrehungen pro Sekunde oder im Bereich von 50 bis 200 Umdrehungen pro Sekunde, besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 150 Umdrehungen des Rotors pro Sekunde, liegen. Dadurch werden hohe Ströme und/oder länger andauernde Ströme bspw. beim Anfahren vermieden.

[0055] Die Drehzahl kann vor dem Ändern der Magnetisierung verringert und anschließend wieder erhöht werden, was die Magnetisierung bzw. Entmagnetisierung erleichtern kann. Alternativ kann die Drehzahl vor dem Andern der Magnetisierung auf einem ersten Wert sein, der beim Andern der Magnetisierung beibehalten wird. Damit kann die Magnetisierung für einen Nutzer des Elektromotors unbemerkt durchgeführt werden. Auch bei dem Verfahren kann das Ändern der Magnetisierung für die genannten Pole, für die genannten Polpaare oder für alle Pole des

71737

Rotors während einer einzigen Umdrehung des Rotors durchgeführt werden. Damit kann die Magnetisierung trotz der sequentiellen Abfolge schnell erfolgen.

[0056] Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.

[0057] Es zeigen jeweils schematisch:

[0058] Figur 1 ein Fahrzeug, insbesondere ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, [0059] Figur 2 einen Teil einer Antriebseinheit des Fahrzeugs,

[0060] Figur3 einen Elektromotor der Antriebseinheit,

[0061] Figur 4 die magnetische Flussdichte B im Luftspalt für zwei Betriebsarten, [0062] Figur 5 verschiedene Arbeitsbereiche des Hysteresemotors,

[0063] Figur6 den Verlauf von transformierten Strömen beim Ändern der Magnetisierung der Pole verschiedener Polpaare,

[0064] Figur 7 den Verlauf von transformierten Strömen beim Ändern der Magnetisierung der beiden Pole eines Polpaares, und

[0065] Figur8 einen Hysteresemotor mit Kühlkreislauf.

[0066] Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 8 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

[0067] Die Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 100, z. B. ein Personenfahrzeug, einen Bus oder einen Lastkraftwagen. Das Fahrzeug 100 hat bspw. vier Räder 102, 104, 106, 108, die an einem Fahrzeugrahmen in bekannter Weise getragen werden. Das Fahrzeug 100 hat gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einen Verbrennungsmotor VM, der bspw. eine Hinterradachse antreibt. Die Räder 106 und 108 an der Rückseite 101 des Fahrzeugs 100 können bspw. mit Elektromotoren M1 und M2 gebremst werden, wobei der Elektromotor M2 optional ist. Alternativ können Elektromotoren auch an jedem Rad 102 bis 108 vorhanden sein.

[0068] Wenn die Elektromotoren M1 und M2 auch zum Anfahren bzw. Fahren verwendet werden, handelt es sich bei dem Fahrzeug 100 um ein Hybridfahrzeug 100. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Elektromotoren M1 und M2 und/oder der Verbrennungsmotor VM auch mit der Vorderradachse des Fahrzeugs 100 verbunden sein.

[0069] Die Elektromotoren (kurz Motoren) M1 und M2 sind bspw. Motoren mit variablem Fluss oder Hysteresemotoren, deren Aufbau und Wirkungsweise unten an Hand der Figuren 3 und 8 noch näher erläutert werden. Im Ausführungsbeispiel werden Innenläufer als Elektro-Motoren M1 und M2 verwendet, d. h. der Rotor Ro1 liegt innerhalb des Stators. Insbesondere bei Radnabenantrieben bzw. Radnabenbremsen können jedoch auch Außenläufer verwendet, d. h. der Rotor Ro1 liegt außerhalb des Stators. Das Fahrzeug 100 kann auch als vollelektrisches Fahrzeug 100 ausgebildet sein, d.h. ohne Verbrennungsmotor VM.

[0070] Alternativ können die Elektromotoren M1, M2 auch andere Motoren sein als Hysteresemotoren, z. B. Synchronmotoren, wie PMSM (Permanent Magnet Synchron Motor), oder Asynchronmotoren.

[0071] Ein Akkumulator 110 (kurz Akku) kann als Energiespeicher verwendet werden, um beim Bremsen erzeugte elektrische Energie zu speichern. Bei einem Hybridfahrzeug bzw. bei einem vollelektrischen Fahrzeug 100 kann der Akku auch zur Energieversorgung mindestens eines elektrischen Antriebsmotors verwendet werden und wird dann als Traktions-Akku bezeichnet. Der Akku 110 hat einen Minuspol M und einen Pluspol P.

[0072] Unabhängig von der Art des Fahrzeuges 100 kann eine Steuerung C vorgesehen sein, die bspw. eine, mehrere oder alle der folgenden Funktionen realisiert: x-by-wire, brake-by-wire (elektronische Bremsfunktion), steer-by-wire (elektronische Lenkfunktion), automatisches Fahren. Die Steuerung C kann auch im Zusammenhang mit der Auswahl von Arbeitsbereichen der Elektromotoren M1, M2 eine übergeordnete Rolle spielen, wobei insbesondere die Magnetisierung der Magnete bzw. magnetischen Bereiche in den Motoren M1, M2 verändert wird, was unten näher erläutert wird, siehe bspw. die Figuren 6 und 7 sowie deren zugehörige Beschreibung.

[0073] Die Elektromotoren M1, M2 werden mit Hilfe von Umrichtern UR1, UR2 betrieben, wobei der Umrichter UR1 für den Elektromotor M1 verwendet wird. Der Umrichter UR2 wird für den Elektromotor M2 verwendet. Beide Umrichter UR1, UR2 können auch in einer Umrichtereinheit zusammengefasst sein oder an bzw. in den Motor M1 bzw. M2 integriert werden.

[0074] Viele der im Folgenden erläuterten Funktion sind bereits bei der Verwendung nur eines Elektromotors, bspw. M1, und nur eines Umrichters, z.B. UR1, wirksam. In diesen Fällen sind der Elektromotor M2 und der Umrichter UR2 optional. Im Ausführungsbeispiel wirkt der Elektromotor M1 bspw. auf das linke Hinterrad 108. Der Elektromotor M2 wirkt bspw. auf das rechte Hinterrad 106.

[0075] Für den Umrichter UR1 gibt es eine Ansteuereinheit C1. Für den optionalen Umrichter UR2 gibt es eine optionale Ansteuereinheit C2. Beide Ansteuereinheiten C1 und C2 können auch in einer Ansteuereinheit zusammengefasst sein.

[0076] Damit enthält eine erste Antriebseinheit AE1 den Elektromotor M1, den Umrichter UR1 und die Ansteuereinheit C1. Eine zweite optionale Antriebseinheit AE2 enthält den Elektromotor M2, den Umrichter UR2 und die Ansteuereinheit C2.

[0077] Die Figur 2 zeigt einen Teil der Antriebseinheit AE1 des Fahrzeugs 100. Eine Plusleitung PL bildet den einen Teil eines DC-Busses DCL (direct current), der auch als DC-Link bezeichnet wird. Eine Minusleitung ML bildet den anderen Teil des DC-Busses DCL. Die Plusleitung PL ist mit dem Pluspol P des Akkus 110 verbunden. Die Minusleitung ML ist mit dem Minuspol M des Akkus 110 verbunden. Der Umrichter UR1 enthält zwischen der Plusleitung PL und der Minusleitung ML:

- einen Zwischenkreis-Kondensator Ca1 und

- 18 Schaltungszweige Z1 bis Z18, die auch als Halbbrückenzweige bzw. Brückenzweige bezeichnet werden.

[0078] Alle Schaltungszweige Z1 bis Z18 haben den gleichen Aufbau, so dass im Folgenden nur der Schaltungszweig Z1 genauer beschrieben wird. Der Schaltungszweig Z1 enthält:

ein Schaltelement SE1, ein Schaltelement SE19, eine Schmelzsicherung Fu1 und zwei FreilaufDioden D1 und D2, Die Schaltelemente SE1 und SE2 sind bspw. IGBT Bauelemente oder andere geeignete Halbleiterbauelemente. Das Schaltelement SE1 ist mit seinem Kollektor über die Schmelzsicherung Fu1 mit der Plusleitung PL verbunden. Der Emitter des Schaltelementes SE1 ist mit dem Kollektor des Schaltelementes SE2 elektrisch leitfähig verbunden. Der Emitter des Schaltelementes SE2 ist mit der Minusleitung ML verbunden. Eine erste Ausgangsleitung LA4 des Umrichters UR1 ist mit dem Schaltungsknoten verbunden, an dem auch der Emitter des Schaltelemente SE1 und der Kollektor des Schaltelementes SE2 angeschlossen sind. Damit kann mit Hilfe des Schaltungszweiges Z1 wahlweise die Plusspannung P oder die Minusspannung M an die Ausgangsleitung LA4 angelegt werden, die zu einer Wicklung (812) des Motors M1 führt, was in der Figur 3 näher gezeigt ist. Die Schaltungszweige Z2 bis Z18 sind wie der Schaltungszweig Z1 aufgebaut und in dieser Reihenfolge mit entsprechenden Ausgangsleitungen LC4, LB4, LA5, LC5, LB5, LA6, LC6, LB6, LA1, LC1, LB1, LA2, LC2, LB2, LA3, LC3 bzw. LB3 verbunden, die ebenfalls zu Wicklungen des Motors M1 führen, siehe Figur 3. Im Detail sind in der Figur 2 bspw. noch ein oberes Schaltelement SE18, ein unteres Schaltelement SE36, eine Schmelzsicherung Fu18 und zwei Freilauf-Dioden D18 und D36 des Schaltungszweiges Z18 bezeichnet. Die Ausgangsleitungen LA1 bis LAG gehören zu der Phasengruppe der elektrischen

Phase A. Die Ausgangsleitungen LB1 bis LB6 gehören zur Phasengruppe der Phase B, und die Ausgangsleitungen LC1 bis LC3 gehören zur Phasengruppe der Phase C.

[0079] Die Ansteuereinheit C1 hat Ansteuerleitungen O1 bis 036, die zu den Steueranschlüssen, z. B. zu Gate-Anschlüssen, der Schaltelemente SE1, SE18, SE19, SE36 führen. So führt eine Ansteuerleitung O1 von der Ansteuereinheit C1 zu dem Gate des Schaltelementes SE1. Eine Ansteuerleitung 018 führt von der Ansteuereinheit C1 zu dem Gate des Schaltelementes SE2. Nicht dargestellte Ansteuerleitungen 200 führen entsprechend von der Ansteuereinheit C1 zu den Gate-Anschlüssen der dazwischen liegenden oberen Schaltelemente der Schaltungszweige Z2 bis Z17. Es führt weiterhin eine Ansteuerleitung 019 von der Ansteuereinheit C1 zu dem Gate des Schaltelementes SE19. Eine Ansteuerleitung 036 führt von der Ansteuereinheit C1 zu dem Gate des Schaltelementes SE36. Weitere nicht dargestellte Ansteuerleitungen 200 führen entsprechend von der Ansteuereinheit C1 zu den Gate-Anschlüssen der dazwischen liegenden unteren Schaltelemente der Schaltungszweige Z2 bis 217.

[0080] Die Ansteuereinheit C1 führt nach den bekannten Prinzipien der Vektorregelung eine Puls-Weiten Modulation durch, um die Schaltelemente SE1, SE18, SE19, SE36 in geeigneter Weise so anzusteuern, dass vorgegebene Ströme und/oder Spannungen in den Wicklungen des Motors M1 erzeugt werden. Dabei können in der Ansteuereinheit C1 Transformationen und Rücktransformationen von Strömen bzw. Spannungen durchgeführt werden. Die Ströme werden bspw. mit nicht dargestellten Stromsensoren an den achtzehn Ausgangsleitungen LA1 bis LC3 erfasst. Alternativ können auch Spannungen erfasst werden. Die Ansteuereinheit C1 berücksichtigt auBerdem, dass die Wicklungen des Motors M1 verteilte Wicklungen sind. Weiterhin kann die Ansteuereinheit (C1) die Magnetisierung von Polen P1 bis P6 bzw. Polpaaren PP1 bis PP3 des Motors M1 ändern, was unten an Hand der Figuren 6 und 7 noch näher erläutert ist.

[0081] Die Figur 3 zeigt den Elektromotor M1 der Antriebseinheit AE1, AE2 in einem Querschnitt. Der Motor M1 enthält einen feststehenden Stator St1, der über ein nicht dargestelltes Gehäuse des Motors M1 mit dem Fahrzeug 100 verbunden ist, bspw. mit einem Fahrzeugrahmen des Fahrzeugs 100. Der Stator St1 hat ein Statorjoch in dem im Beispiel 36 Nuten 1 bis 36 entlang des inneren Umfangs mit gleichen Abständen zueinander angeordnet sind. Der Motor M1 enthält weiterhin einen Rotor Ro1, der in der zylinderförmigen Öffnung des Stators St1 um eine Rotationsachse RA herum drehbar gelagert ist. Zwischen dem Stator St1 und dem Rotor Ro1 gibt es einen Luftspalt LS.

[0082] Am Außenumfang des Rotors Ro1 sind im Beispiel sechs magnetisierte Bereiche MB1 bis MBS6 in dieser Reihenfolge in Umfangsrichtung aneinander liegend angeordnet. Die magnetisierten Bereiche MB1 bis MB6 sind bspw. Dauermagnete oder magnetisierte Bereiche eines Rotorbelages 818 aus magnetisierbarem Material. Im Luftspalt LS sind die nach außen gerichteten Pole P1 bis P6 der magnetisierten Bereiche MB1 bis MB6 wirksam. Gemäß Figur 3 sind die Pole P1, P3 und P5 magnetische Südpole S. Die Pole P2, P4, P6 sind magnetische Nordpole N. Pole P1 und P4 bilden ein Polpaar PP1. Die Pole P2 und P5 bilden ein Polpaar PP2, und die Pole P3 und P6 bilden eine Polpaar PP3. Die nach außen gerichteten Pole P1 bis P6 eines Polpaares PP1 bis PP3 liegen jeweils auf einer Geraden, die sich durch die Rotationsachse RA in der Bildebene der Figur 3 erstreckt, siehe bspw. die Pole P1 und P3 des Polpaares PP1.

[0083] Das Wicklungsschema des Motors M1 ist bspw. so, wie es im Folgenden erläutert wird. Alternativ kann ein anderes geeignetes Wicklungsschema verwendet werden, insbesondere dann, wenn eine andere Polpaarzahl und/oder eine andere Nutanzahl und/oder eine andere Wicklungsanzahl verwendet wird.

[0084] Im Ausführungsbeispiel gibt es die folgenden 36 Teilwicklungen TW1 bis TW36, wobei Wicklungsabschnitte derselben Teilwicklung TW1 bis TW36 durch Wicklungsabschnitte außerhalb der Nuten 1 bis 36 miteinander verbunden sind:

[0085] 1) Teilwicklung TW1 mit Wicklungsabschnitten A1 (am Boden der Nut 1) und a1 (an der Öffnung der Nut 6),

[0086] 2) Teilwicklung TW2 mit Wicklungsabschnitten A1x (am Boden der Nut 2) und a1x (an der Öffnung der Nut 7),

[0087] 3) Teilwicklung TW3 mit Wicklungsabschnitten c1 (am Boden der Nut 3) und C1 (an der Öffnung der Nut 8),

[0088] 4) Teilwicklung TW4 mit Wicklungsabschnitten c1x (am Boden der Nut 4) und C1x (an der Öffnung der Nut 9),

[0089] 5) Teilwicklung TWS5 mit Wicklungsabschnitten B1 (am Boden der Nut 5) und b1 (an der Öffnung der Nut 10),

[0090] 6) Teilwicklung TW6 mit Wicklungsabschnitten B1x (am Boden der Nut 6) und b1x (an der Öffnung der Nut 11),

[0091] 7) Teilwicklung TW7 mit Wicklungsabschnitten a2 (am Boden der Nut 7) und A2 (an der Offnung der Nut 12),

[0092] 8) Teilwicklung TW8 mit Wicklungsabschnitten a2x (am Boden der Nut 8) und A2x (an der Öffnung der Nut 13),

[0093] 9) Teilwicklung TW9 mit Wicklungsabschnitten C2 (am Boden der Nut 9) und c2 (an der Öffnung der Nut 14),

[0094] 10) Teilwicklung TW10 mit Wicklungsabschnitten C2x (am Boden der Nut 10) und c2x (an der Öffnung der Nut 15),

[0095] 11) Teilwicklung TW11 mit Wicklungsabschnitten b2 (am Boden der Nut 11) und B2 (an der Öffnung der Nut 16),

[0096] 12) Teilwicklung TW12 mit Wicklungsabschnitten b2x (am Boden der Nut 12) und B2x (an der Öffnung der Nut 17),

[0097] 13) Teilwicklung TW13 mit Wicklungsabschnitten A3 (am Boden der Nut 13) und a3 (an der Öffnung der Nut 18), usw.

[0098] 14 bis 30) weiter gemäß diesem Wicklungsschema bzw. gemäß Figur 3,

[0099] 31) Teilwicklung TW31 mit Wicklungsabschnitten a6 (am Boden der Nut 31) und A6 (an der Öffnung der Nut 36),

[00100] 32) Teilwicklung TW32 mit Wicklungsabschnitten a6x (am Boden der Nut 32) und A6x (an der Öffnung der Nut 1),

[00101] 33) Teilwicklung TW33 mit Wicklungsabschnitten C6 (am Boden der Nut 33) und c6 (an der Öffnung der Nut 2),

[00102] 34) Teilwicklung TW34 mit Wicklungsabschnitten C6x (am Boden der Nut 34) und c6x (an der Öffnung der Nut 3),

[00103] 35) Teilwicklung TW35 mit Wicklungsabschnitten b6 (am Boden der Nut 35) und B6 (an der Öffnung der Nut 4), und

[00104] 36) Teilwicklung TW36 mit Wicklungsabschnitten b6x (am Boden der Nut 36) und B6x (an der Öffnung der Nut 5).

[00105] Damit hat der Motor M1 ein zweilagiges Wicklungsschema. Die Teilwicklungen TW1 bis TW 36 enthalten bspw. alle mehrere Windungen, z. B. mehr als 10 Windungen oder mehr als 100 Windungen. Zwei Teilwicklungen sind im Ausführungsbeispiel jeweils über eine nicht dargestellte elektrisch leitfähige Verbindung verbunden, die bspw. denselben Drahtquerschnitt hat, wie eine Windung der Wicklungen. Jeweils zwei Teilwicklungen TW1, TW2; TW3, TW4 usw. sind paarweise zu einer Wicklung W1 bis W18 miteinander verbunden. Ein Ende der Wicklungen W1 bis W18 ist in dieser Reihenfolge jeweils mit einer Ausgangsleitung LA1, LC1, LB1, LA2, LC2, LB2, LA3, LC3, LB3, LA4, LC4, LB4, LA5, LC5, LB5, LA6, LC6 bzw. LB6 verbunden. Das andere Ende der Wicklungen W1 bis W18 ist jeweils mit einem einzigen Sternpunktleiter SPL des Motors M1

verbunden. Alternativ können die Wicklungen des Motors M1 aber auch in Dreieckschaltung verschaltet werden.

[00106] Beispielsweise kann es in der Wicklung W1 zu dem folgenden Stromfluss kommen. Der Strom fließt über die Ausgangsleitung LA1 (Stromrichtungspfeil S1), über den Wicklungsabschnitt A1 (Stromrichtungspfeil S2) zur Rückseite 101 des Motors M1, dort in den Wicklungsabschnitt a1 zur Vorderseite des Motors M1 und durch die in der Figur 3 dargestellte Verbindung wieder in den Wicklungsabschnitt A1. Wenn der Strom alle Windungen der Teilwicklung TW1 durchlaufen hat, fließt er über eine nicht dargestellte Verbindung vom Wicklungsabschnitt a1 kommend in den Wicklungsabschnitt A1x von der Vorderseite des Motors M1 kommend zur Rückseite 101 des Motors M1, siehe Stromrichtungspfeil S3. Von der Rückseite 101 des Motors M1 fließt der Strom dann in der Teilwicklung TW2 in den Wicklungsabschnitt a1x zur Vorderseite und dann über die in der Figur 3 gezeigte Verbindung erneut in den Wicklungsabschnitt A1x. Wenn der Strom alle Windungen der Teilwicklung TW2 durchlaufen hat, fließt er von dem Wicklungsabschnitt a1x kommend in den Sternpunktleiter SPL, siehe Stromrichtungspfeil S2. Somit kann die Wicklung W1, insbesondere stellvertretend für weitere Wicklungen, auch mit „A1 bis a1x“ bezeichnet werden.

[00107] Der Motor M1 wird in einer Normalbetriebsart ohne Änderung der Magnetisierung der Pole P1 bis P6 betrieben, bspw. mit allen Wicklungen W1 bis W16.

[00108] Bei einer Änderung der Magnetisierung werden dagegen magnetomotorische Kraftvektoren MV1, MV2 erzeugt, um die Magnetisierung der Pole P1 bis P6 nacheinander zu ändern. Alternativ könnte auch die Magnetisierung der Pole P1 bis P6 eines Polpaares PP1 bis PP4 gleichzeitig jedoch nicht gemeinsam mit Polen anderer Polpaare geändert werden.

[00109] In der Figur 3 sind zwei magnetomotorischer Kraftvektoren MV1 und MV2 dargestellt. Der magnetomotorische Kraftvektor MV1 wird erzeugt, wenn der Rotor Ro1 die in der Figur 3 gezeigte Lage hat. Beim Erzeugen des magnetomotorischer Kraftvektors MV1 wird bspw. über die Ausgangsleitungen LAG und LC6 sowie über die Ausgangsleitungen LA3 und LC3 ein Magnetisierungsstromimpuls in geeigneter Höhe erzeugt. Zur Verdeutlichung sind diese Ausgangsleitungen LA6, LC6, LA3 und LC3 in der Figur 3 breiter dargestellt als die anderen Ausgangsleitungen. Es entsteht ein D-Achsen Strom (Durchmesserstrom, Erregung) Id1 bzw. Id4 durch den der magnetomotorische Kraftvektor MV1 erzeugt wird.

[00110] Der magnetomotorische Kraftvektor MV2 wird erzeugt, wenn sich der Rotor Ro1 ausgehend von der in der Figur 3 gezeigte Lage um zwei Nuten im Uhrzeigersinn weitergedreht hat, siehe Drehbewegung 300, 302. Beim Erzeugen des magnetomotorischer Kraftvektors MV2 wird dann bspw. über die Ausgangsleitungen LC6 und LB6 sowie über die Ausgangsleitungen LC3 und LB3 ein Magnetisierungsstromimpuls in geeigneter Höhe erzeugt. Die Zeitdauer der Magnetisierung kann empirisch bestimmt werden.

[00111] Das Erzeugen der D-Achsen Ströme (Durchmesserstrom, Erregung) Id1 bzw. Id4 kann in der Ansteuereinheit C1 ausgehend von den transformierten Strömen in einem Koordinatensystem erfolgen, dass sich mit der Drehzahl n des Rotors Ro1 bzw. mit der Drehzahl n des Statordrehfeldes dreht.

[00112] Während der Magnetisierung können Q-Achsen Ströme (Querstrom, Drehmoment) Iq1 bis 1q6, die das Drehmoment des Rotors Ro1 erzeugen, unverändert bleiben. An den Polen P2, P3, P5 und P6 wird während der Magnetisierung des Pols P1 bzw. des Pols P4 keine D-Achsen Stromkomponente erzeugt, so dass es an den Polen P2, P3, P5 und P6 zu keiner Änderung der Magnetisierung kommt.

[00113] Der Rotor Ro1 dreht sich im Normalbetrieb und auch während der Magnetisierung mit gleicher Geschwindigkeit nR wie das Drehfeld nF des Stators St1, d. h. es gibt keinen Schlupf sn zwischen dem Drehfeld des Stators St1 und dem Rotor Ro1 während der Anderung der Magnetisierung.

[00114] Die Figur 4 zeigt den Verlauf der magnetische Flussdichte B im Luftspalt LS für zwei Betriebsarten des Motors M1. Ein Koordinatensystem 400 hat eine x-Achse 402, die die Nummer

der Nuten 1 bis 36 des Stators St1 zeigt, und eine y-Achse 404, auf der die Stärke der magnetischen Flussdichte B dargestellt ist, bspw. in der Einheit Tesla. Der Verlauf der Flussdichte B ist annähernd sinusförmig mit einem Sinushalbwellenteil SH1a an den Nuten 1 und 2, einer Sinushalbwelle SH2 an den Nuten 4 bis 8, einer Sinushalbwelle SH3 an den Nuten 10 bis 14, einer Sinushalbwelle SH4 an den Nuten 16 bis 20, einer Sinushalbwelle SH5 an den Nuten 22 bis 26, einer Sinushalbwelle SH6 an den Nuten 28 bis 32 und einem Sinushalbwellenteil SH1b an den Nuten 34 bis 36. Die magnetische Flussdichte B hat in den Sinushalbwellen SH1, SH3 und SH5 eine erste Richtung. In den Sinushalbwellen SH2, SH4 und SH6 ist die Richtung der magnetische Flussdichte B umgekehrt im Vergleich zu der ersten Richtung. Die Sinushalbwellen SH1 bis SH6 „bewegen“ sich an den Stator-Nuten 1 bis 36 abhängig von der aktuellen Drehrichtung nach rechts oder nach links.

[00115] Der in dem Koordinatensystem 400 gezeigte Verlauf der magnetischen Flussdichte der 3 Phasen Maschine M1 mit je 6 Wicklungsgruppen entspricht dem Verlauf der magnetischen Flussdichte an einer herkömmlichen 3 Phasenmaschine, die bspw. nur eine verteilte Wicklung je elektrischer Phase A; B, C hat.

[00116] Jedoch gestattet der Motor M1 auch einen Betrieb, in dem jeweils nur ein Drittel der Wicklungen bzw. Wicklungsgruppen genutzt wird, was in einem Koordinatensystem 430 gezeigt ist. Das Koordinatensystem 430 hat eine x-Achse 432, die die Nummer der Nuten des Stators St1 zeigt, und eine y-Achse 434, auf der die Stärke der magnetischen Flussdichte B dargestellt ist, bspw. in der Einheit Tesla. An den Statornuten 9 bis 16 gibt es eine positive Sinushalbwelle SH30 und an den Statornuten 27 bis 34 eine negative Sinushalbwelle SH60 der magnetischen Flussdichte B. In der Sinushalbwelle SH30 ist die Richtung der magnetische Flussdichte B umgekehrt im Vergleich zu der Richtung in der Sinushalbwelle SH60. Die Sinushalbwellen SH30 und SH60 „bewegen“ sich an den Stator-Nuten 1 bis 36 abhängig von der aktuellen Drehrichtung nach rechts oder nach links.

[00117] Der im Koordinatensystem 430 gezeigte Betriebsfall ermöglicht einen Betrieb an anderen Betriebspunkten bzw. in anderen Drehmoment-Drehzahlbereichen im Vergleich zu der im Koordinatensystem 400 gezeigten Betriebsart. Auch ein Betrieb bei Ausfall eines Polpaares PP1 bis PP3 wäre auf diese Art möglich.

[00118] Die Figur 5 zeigt verschiedene Arbeitsbereiche B100a, B75a, B50a, B25a, B100b, B75b, B50b, B25b, eines Hysteresemotors M1 bzw. M2 in einem Koordinatensystem 500, das eine xAchse 502 zur Angabe der Drehzahl n und eine y-Achse 504 zur Angabe des Drehmoments T (torque) hat. Der gezeigte Drehzahlbereich kann bspw. im Bereich von 0 U/Min (Umdrehungen pro Minute) bis zu mehreren tausend U/Min liegen, bspw. bei 7000 U/Min.

[00119] Ein oberhalb der x-Achse 502 gezeigter Kurvenverlauf 510 betrifft den Antriebsmodus DM (driving mode). Der Kurvenverlauf 510 hat einen konstanten Teil mit einem maximalen Drehmoment FM1. Gut zu erkennen ist, dass das konstante Drehmoment FM1 auch beim Anlaufen des Motors vorhanden ist. Oberhalb einer Drehzahl n1 (bspw. 1000U/ Min oder 1500 U/Min) sinkt das Drehmoment T dann entlang einer Leistungsgrenze F1 im Feldschwächebereich auf Grund von DC Spannungsgrenzen zunächst stärker und dann weniger stark. Der Bereich zwischen dem Kurvenverlauf 510 und der x-Achse 502 entspricht dem Antriebmodus DM (driving mode) in dem der Motor M1, M2 durch eine äußere Spannung angetrieben wird. Der Antriebsmodus DM ist bspw. beim Anlaufen des Motors asynchron und wird dann synchron.

[00120] Ein unterhalb der x-Achse 502 gezeigter Kurvenverlauf 512 betrifft den Bremsmodus, wobei in Bremsmodus BM1 und BM2 unterschieden wird. Der Kurvenverlauf 512 hat einen konstanten Teil mit einem maximalen Bremsmoment FM2, das betragsmäßig geringer als das Drehmoment FM1 sein kann. Oberhalb der Drehzahl n1 sinkt das Bremsmoment T dann betragsmäßig entlang einer Leistungsgrenze F2 im Feldschwächebereich auf Grund von DC Spannungsgrenzen zunächst stärker und dann weniger stark, was sich durch ein Ansteigen des Kurvenverlaufs 512 im Koordinatensystem 500 zeigt. Der Bereich zwischen dem Kurvenverlauf 512 und der xAchse 502 entspricht dem Bremsmodus BM1 in dem der Motor M1, M2 im synchronen Generatorbetrieb (nF gleich nR) betrieben wird, wobei elektrische Energie durch so genannte Rekupera-

tion erzeugt wird. Im Bremsmodus BM1 wird der Motor M1 bzw. M2, der jetzt auch als Generator bezeichnet werden kann, wegen der Erzeugung der elektrischen Spannung auch abgebremst.

[00121] Unterhalb des Kurvenverlaufs 512 bspw. bis zu einer Rad-Schlupf-Grenze WS2 hin liegt ein Bereich, der dem Bremsmodus BM2 entspricht. Im Bremsmodus BM2 wird der Motor M1, M2 ebenfalls im Generatorbetrieb betrieben. Statorfelddrehzahl nF und Rotordrehzahl nR sind jedoch voneinander verschieden. Die Differenz der Rotordrehzahl nR und der Statorfelddrehzahl nF wird auch als Schlupf bzw. Schlupfdrehzahl sn bezeichnet. Damit ist der Bremsmodus BM2 ein asynchroner Bremsmodus. Durch die unterschiedliche Drehzahl von Statorfeld nF und Rotor nR kommt es zu Ummagnetisierungsvorgängen im Rotormaterial des Rotors Ro1. Diese Ummagnetisierung erfolgt entlang von Hystereselinien einer Hystereseschleife der Magnetflussdichte-Magnetfeld-Kennlinie (B-H-Kennlinie). Deshalb wird dieser Bremsmodus BM2 auch als Hysteresebremsmodus bezeichnet.

[00122] Im Kennlinienfeld, das im Koordinatensystem 500 bspw. für den Motor M1 dargestellt ist, wurden für den Drivemodus DM vier Arbeitsbereiche für vier verschiedene Magnetisierungen festgelegt, bspw. für eine Magnetisierung von 100 Prozent, von 75 Prozent, von 50 Prozent und von 25 Prozent. Selbstverständlich sind auch andere Abstufungen möglich, insbesondere eine andere Anzahl von Bereichen, z.B. nur zwei Bereiche, z.B. 100 Prozent und 50 Prozent, oder nur drei Bereiche, mit bspw. 100 Prozent, 66 Prozent, 33 Prozent. Es können auch mehr als vier Arbeitsbereiche B100a, B75a, B50a, B25a, mit voneinander verschiedener Magnetisierung für die Polpaare PP1 bis PP3 festgelegt werden.

[00123] Eine Grenzlinie G1a liegt zwischen einem Arbeitsbereich B100a mit 100 Prozent Magnetisierung und einem Arbeitsbereich B75a mit 75 Prozent Magnetisierung. Eine Grenzlinie G2a liegt zwischen dem Arbeitsbereich B75a und einem Arbeitsbereich B50a mit 50 Prozent Magnetisierung. Weiterhin liegt eine Grenzlinie G3a zwischen dem Arbeitsbereich B50a und einem Arbeitsbereich B25a mit 25 Prozent Magnetisierung der Polpaare PP1 bis PP3.

[00124] Im Kennlinienfeld, das im Koordinatensystem 500 bspw. für den Motor M1 dargestellt ist, wurden für den Bremsmodus BM1 ebenfalls vier Arbeitsbereiche B100b, B75b, B50b, B25b für vier verschiedene Magnetisierungen festgelegt, bspw. für eine Magnetisierung von 100 Prozent, von 75 Prozent, von 50 Prozent und von 25 Prozent. Selbstverständlich sind auch bei den Arbeitsbereichen, B100b, B75b, B50b, B25b im Bremsmodus BM1 andere Abstufungen möglich, insbesondere eine andere Anzahl von Bereichen, z. B. nur zwei Bereiche, z. B. 100 Prozent und 50 Prozent, oder nur drei Bereiche, mit bspw. 100 Prozent, 66 Prozent, 33 Prozent. Es können auch mehr als vier Arbeitsbereiche B100b, B75b, B50b, B25b mit voneinander verschiedener Magnetisierung für die Polpaare PP1 bis PP3 festgelegt werden.

[00125] Eine Grenzlinie G1b liegt zwischen einem Arbeitsbereich B100b mit 100 Prozent Magnetisierung und einem Arbeitsbereich B75b mit 75 Prozent Magnetisierung. Eine Grenzlinie G2b liegt zwischen dem Arbeitsbereich B75b und einem Arbeitsbereich B50b mit 50 Prozent Magnetisierung. Weiterhin liegt eine Grenzlinie G3b zwischen dem Arbeitsbereich B50b und einem Arbeitsbereich B25b mit 25 Prozent Magnetisierung der Polpaare PP1 bis PP3.

[00126] In der Figur 5 ist bspw. ein Betriebswechsel BW1 vom Arbeitsbereich B75a in den Arbeitsbereich B100a dargestellt, bspw. in Folge einer verringerten Drehzahl n oder einer höheren Drehmomentanforderung an den Motor M1. Beim Betriebswechsel BW1 wird die Magnetisierung der Pole P1 bis P6 nacheinander von 75 Prozent auf 100 Prozent der maximal möglichen Magnetisierung oder auf einen vorgegebenen Höchstwert erhöht, der unterhalb der maximal möglichen Magnetisierung liegt. Selbstverständlich sind auch andere Betriebswechsel BW möglich, bspw. in umgekehrter Richtung vom Arbeitsbereich B100a in den Arbeitsbereich B7b5a.

[00127] Die Figur 5 zeigt außerdem eine Basisdrehzahl nb. Der Wert der Basisdrehzahl nb stimmt bspw. mit der oben genannten Drehzahl n1 überein oder hat einen Wert in einem der Bereiche, die in der Einleitung genannt worden sind. Unterhalb der Basisdrehzahl nb wird der Motor M1 bspw. immer mit der vollen Magnetisierung betrieben, um die elektrische Last an der Umrichtereinheit UR1 nicht zu groß werden zu lassen.

[00128] Die Figur 6 zeigt den Verlauf von transformierten Strömen beim Ändern der Magnetisierung der Pole P1 bis P6 verschiedener Polpaare PP1 bis PP3 bzw. beim Andern der Magnetisierung der Pole eines Polpaares zeitlich nacheinander bzw. mit zeitlichem Versatz. Ein Koordinatensystem 600 zeigt auf einer x-Achse 602 die Zeit t, bspw. im Bereich von 0 bis 120 Millisekunden. Eine y-Achse 604 des Koordinatensystems 600 zeigt die Stärke eines betreffenden Stroms, bspw. im Bereich von 0 bis 4,5. Die Werte betreffen dabei insbesondere eine auf den Wert 1 normierte Skalisierung, bei welcher 3 einen 3-fach höheren Strom im Vergleich zu 1 bedeutet. Ein Kurvenverlauf 610 zeigt den Verlauf des Stroms 11, 14, des sich aus der Summe des Q-Achsen Stroms Iq1 bzw. Iq4, siehe Kurvenverlauf 640, sowie des D-Achsen Stroms ld1 bzw. Id4 ergibt, siehe Kurvenverlauf 670. Ein Kurvenverlauf 612 zeigt den Verlauf des Stroms 12, 15, des sich aus der Summe des Q-Achsen Stroms 1q2 bzw. Iq5, siehe Kurvenverlauf 642, sowie des DAchsen Stroms Id2 bzw. I1d5 ergibt, siehe Kurvenverlauf 672. Schließlich zeigt ein Kurvenverlauf 614 den Verlauf des Stroms 13, I6, der sich aus der Summe des Q-Achsen Stroms 1q3 bzw. Iq6, siehe Kurvenverlauf 644, sowie des D-Achsen Stroms 1d3 bzw. Id6 ergibt, siehe Kurvenverlauf 674. Alle drei Kurvenverläufe 610, 612 und 614 haben grundsätzlich den gleichen Verlauf, sind aber zeitlich zueinander versetzt. Beispielsweise ist der Strom I1 zunächst auf dem Wert 1 Ampere, steigt dann linear auf einen Wert von etwa 3 Ampere für die Anderung der Magnetisierung, woraufhin er nach etwa 20 Millisekunden wieder linear fällt auf einen Wert von etwa 0,8 Ampere, was mit einem nun verringerten Q-Achsen Strom zusammenhängt. Der Verlauf der Ströme 12 bzw. I5 sowie I3 und I6 ist entsprechend. Zwischen dem Kurvenverlauf 610 und dem Kurvenverlauf 612 gibt es eine Uberlappung OL1. Zwischen dem Kurvenverlauf 612 und dem Kurvenverlauf 614 gibt es eine Uberlappung OL2. Auf Grund der Uberlappungen OL1 und OL2 wird der Gesamtstromverlauf I_total vergleichsweise gleichmäßig, insbesondere ohne zwischenzeitliche Einbrüche während des Anderns der Magnetisierung aller Pole P1 bis P6 nacheinander oder aller Polpaare PP1 bis PP6 nacheinander.

[00129] Das Koordinatensystem 600 zeigt außerdem einen Gesamtstrom !_total, der sich aus der Summe der Ströme 11, 13 und 15 bzw. auch 11, I3 und I5 ergibt. Der Gesamtstrom !_total hat zunächst einen Wert von 3 Ampere, steigt dann linear auf etwa 4,2 Ampere an. Danach sinkt er langsamer als er angestiegen ist etwa linear auf den Wert von 3,75 Ampere ab. Anschließend sinkt er stärker linear auf einen Wert von ca. 2,25 Ampere ab.

[00130] Im Koordinatensystem 600 ist durch einen Doppelpfeil eine Überlast OLo1 des Gesamtstrom |_total dargestellt, die nur bei ca. 40 Prozent im Vergleich zu dem Wert vor der Magnetisierung der Pole P1 bis P6 liegt. Damit muss der Umrichter UR1 nur um diesen Wert stärker ausgelegt werden im Vergleich zu einer Auslegung für einen Normalbetrieb ohne Änderung der Magnetisierung. Eine Uberlast OLo2 des Stroms 11, I3 bzw. 15 liegt dennoch bei etwa 220 Prozent, verteilt sich aber auf mehrere verschiedene Schaltelemente SE1 bis SE36.

[00131] Obwohl die Ströme 11 bis I6 sowie I_total aus transformierten Strömen berechnet worden sind, geben sie doch auch die Größe der nicht transformierten Ströme wieder, d.h. von Strömen, die durch den Umrichter UR1 an den Wicklungen des Motors M1 angelegt werden und die auch an den Wicklungen erfassbar bzw. messbar sind.

[00132] Ein Koordinatensystem 630 zeigt auf einer x-Achse 632 die Zeit t, bspw. im Bereich von 0 Sekunden bis 120 Millisekunden. Eine y-Achse 634 des Koordinatensystems 630 zeigt die Stärke eines betreffenden Stroms, bspw. im Bereich von 0 Ampere bis 1,2 Ampere. Ein Kurvenverlauf 640 zeigt den Verlauf des Q-Achsen Stroms Iq1 bzw. Iq4. Ein Kurvenverlauf 642 zeigt den Verlauf des Q-Achsen Stroms 1q2, Iq5. Schließlich zeigt ein Kurvenverlauf 644 den Verlauf des Q-Achsen Stroms 1q3 bzw. Iq6. Alle drei Kurvenverläufe 640, 642 und 644 haben grundsätzlich den gleichen Verlauf, sind aber zeitlich zueinander versetzt. Beispielsweise ist der Q-Achsen Strom Id1 zunächst auf dem Wert 1 Ampere und sinkt dann linear auf den Wert von etwa 0,8 Ampere am Ende der Anderung der Magnetisierung der Pole P1 und P4 ab. Der Verlauf der QAchsen Ströme 1q2 bzw. Iq5 sowie 1q3 und Iq6 ist entsprechend.

[00133] Ein Koordinatensystem 660 zeigt auf einer x-Achse 662 die Zeit t, bspw. im Bereich von 0 Sekunden bis 120 Millisekunden. Eine y-Achse 664 des Koordinatensystems 660 zeigt die

Stärke eines betreffenden Stroms, bspw. im Bereich von 0 Ampere bis 3,5 Ampere. Ein Kurvenverlauf 670 zeigt den Verlauf des D-Achsen Stroms Id1 bzw. Id4. Ein Kurvenverlauf 672 zeigt den Verlauf des D-Achsen Stroms 1d2, 1d5.

[00134] Schließlich zeigt ein Kurvenverlauf 674 den Verlauf des D-Achsen Stroms I1d3 bzw. Id6. Alle drei Kurvenverläufe 670, 672 und 674 haben grundsätzlich den gleichen Verlauf, sind aber zeitlich zueinander versetzt. Beispielsweise ist der D-Achsen Strom Id1 zunächst auf dem Wert 0 Ampere, steigt dann linear auf einen Wert von 3 Ampere für die Anderung der Magnetisierung, woraufhin er nach etwa 20 Millisekunden wieder linear auf den Wert Null Ampere fällt. Der Verlauf der D-Achsen Ströme Id2 bzw. Id5 sowie Id3 und Id6 ist entsprechend. Zwischen dem Kurvenverlauf 670 und dem Kurvenverlauf 672, gibt es eine Uberlappung OL1b, welche die im Koordinatensystem 600 gezeigte Uberlappung OL1 verursacht. Zwischen dem Kurvenverlauf 672 und dem Kurvenverlauf 674 gibt es eine Überlappung OL2b, welche die im Koordinatensystem 600 gezeigte Überlappung OL2 verursacht. Auf Grund der Überlappungen OL1b und Ol2b wird der Gesamtstromverlauf I_total vergleichsweise gleichmäßig, insbesondere ohne zwischenzeitliche Einbrüche während des Anderns der Magnetisierung aller Pole P1 bis P6 nacheinander oder aller Polpaare PP1 bis PP6 nacheinander.

[00135] Die in der Figur 6 gezeigten Änderungen der Magnetisierung werden während einer einzigen Umdrehung des Rotors Ro1 durchgeführt.

[00136] Die Figur 7 zeigt den Verlauf von transformierten Strömen beim Ändern der Magnetisierung der beiden Pole eines Polpaares PP1 bis PP3. Ein Koordinatensystem 700 hat eine x-Achse 702 auf der die Zeit t aufgetragen ist, bspw. in Zeitschritten von 1 bis 350. Die Zeitschritte entsprechen Winkelgraden bei der Umdrehung des Rotors Ro1, insbesondere bei einer einzigen Umdrehung des Rotors Ro1. Eine y-Achse 704 des Koordinatensystems 700 zeigt den Stromwert, bspw. im Bereich von -1,5 bis 1,5. Die Werte betreffen dabei eine normierte Skalisierung, bei welcher 1 eine Spitzenamplitude des d-Stroms in einer Wicklungsgruppe betrifft.

[00137] Ein Kurvenverlauf 710 zeigt einen Strom A1 Id für die Änderung der Magnetisierung des Pols P1. Zum Zeitschritt 0 hat der Strom A1 Id einen Wert von etwa 0,75 Ampere, steigt dann bis zum Zeitschritt 25 auf den Wert von 0 Ampere an, um danach bis zum Zeitschritt 40 wieder auf 0 Ampere zu fallen. Zwischen dem Zeitschritt 1 und dem Zeitschritt 40 entspricht der Strom A1 Id in etwa einer positiven Sinushalbwelle, siehe D-Achsen Stromimpuls 720 für Pol P1. Vom Zeitschritt 40 bis zum Zeitschritt 170 bleibt der Strom A1 Id auf dem Wert von 0 Ampere, d.h. es gibt eine Ruhepause RP zwischen der Anderung der Magnetisierung des Pols P1 und der nun folgenden Anderung der Magnetisierung des Pols P4, d.h. der Pole desselben Polpaares PP1.

[00138] Zum Zeitschritt 170 beginnt der Strom A1 Id sinusförmig vom Wert 0 Ampere auf den Wert -1 Ampere zu fallen, den er etwa im Zeitschritt 190 erreicht. Danach steigt der Strom A1 Id bis zum Zeitschritt 220 wieder auf den Wert 0 Ampere. Betragsmäßig ausgedrückt steigt der Betrag des Strom A1 Id bis zum Erreichen des Minimums der Sinushalbwelle des Stromimpulses 722 und dann sinkt der Betrag wieder auf den Wert von 0 Ampere, siehe D-Achsen Stromimpuls 722 für Pol P4. Danach bleibt der Strom A1 Id vom Zeitschritt 220 bis zum Zeitschritt 350 auf 0 Ampere.

[00139] Ein Kurvenverlauf 712 zeigt den Strom A1 Iq. Der Strom A1 Iq ist ein Q-Achsen Strom, bspw. am Polpaar PP1 bzw. am Pol P1. Damit erzeugt der Strom A1 ein Drehmoment T. Der Strom A1 Iq hat einen sinusförmigen Verlauf mit einer Periode von etwa 120 Zeitschritten. Das Maximum des Stroms A1 Iq liegt bei etwa 0,3 Ampere und das Minimum liegt bei etwa - 0,3 Ampere. Zum Zeitschritt 0 hat der Strom A1 Iq ein Maximum.

[00140] Ein Kurvenverlauf 714 zeigt den Verlauf des Gesamtstroms A1 I, der sich aus der Summe der Kurvenverläufe 710 und 712 ergibt. Der Verlauf des Gesamtstroms A1 | wird beim Auftreten der Stromimpulse 720, 722 maßgeblich durch diese bestimmt. In den Zeiten, in denen die Stromimpulse 720, 722 nicht anliegen, stimmt der Wert des Gesamtstroms A1 | mit dem Wert des Stroms A1 Iq überein.

[00141] Eine Ruheperiode RP liegt zwischen dem Stromimpuls 720 und dem Stromimpuls 722.

Die Länge der Ruheperiode RP liegt bspw. im Bereich von 3,75 Millisekunden bis 7,5 Millisekunden. In Zeitschritten ausgedrückt dauert die Ruheperiode RP etwa 140 Zeitschritte und ist damit etwas länger als die Periodendauer des Stroms A1 Iq. Die Pulsdauer PD des Stromimpulses 720 bzw. des Stromimpulses 722 liegt bspw. zwischen 1,25 und 2,5 Millisekunden.

[00142] Ein Koordinatensystem 730 hat eine x-Achse 732 auf der die Zeit t aufgetragen ist, bspw. in Zeitschritten von 1 bis 350. Eine y-Achse 734 des Koordinatensystems 730 zeigt den Stromwert, bspw. im Bereich von - 5 Ampere bis 5 Ampere. Ein Kurvenverlauf 740 zeigt die Summe der Ströme A1 Id bis A6 Id (kurz A1-6 Id), d.h. die zum Andern der Magnetisierung für alle Pole P1 bis P6 erforderlichen Ströme. Der Kurvenverlauf 740 enthält den Stromimpulsen 720 und 722 entsprechende Stromimpulse 750 und 752 zum Andern der Magnetisierung des Pols P1 bzw. des Pols P2. Der Maximalwert des Stromimpulses 750 beträgt jedoch 2 Ampere und der Minimalwert des Stromimpulses 752 beträgt - 2 Ampere, was auf den Beitrag des Stroms A3 Iq zurückzuführen ist, der ebenfalls für die Magnetisierung der Pole P1 und P4 verwendet wird.

[00143] Zwischen dem Zeitschritt 50 und dem Zeitschritt 100 gibt es einen D-Achsen Stromimpuls 754 für das Andern der Magnetisierung des Pols P2. Der Stromimpuls 754 ist eine negative Sinushalbwelle mit einem Minimum von - 2 Ampere, was auf die D-Achsen Ströme A2 Id und A4 Id zurückzuführen ist. Zwischen dem Stromimpuls 750 und dem Stromimpuls 754 liegt eine Ruheperiode RP2, deren Länge etwa 10 Zeitschritte ist, d.h. bspw. eine Zeitdauer im Bereich von 0,1 Millisekunden bis 1 Millisekunde.

[00144] Zwischen dem Zeitschritt 120 und dem Zeitschritt 160 gibt es einen D-Achsen Stromimpuls 756 für das Andern der Magnetisierung des Pols P3. Der Stromimpuls 756 ist eine positive Sinushalbwelle mit einem Maximum von 2 Ampere, was auf die D-Achsen Ströme A3 Id und A6 Id zurückzuführen ist. Zwischen dem Stromimpuls 754 und dem Stromimpuls 756 liegt eine Ruheperiode RP, deren Länge der Länge der Ruheperiode RP2 entspricht.

[00145] Der Stromimpuls 752 zur Änderung der Magnetisierung des Pols P4 wurde bereits erwähnt. Auch zwischen dem Stromimpuls 756 und dem Stromimpuls 752 liegt eine Ruheperiode RP, deren Länge der Länge der Ruheperiode RP2 entspricht.

[00146] Zwischen dem Zeitschritt 230 und dem Zeitschritt 280 gibt es einen D-Achsen Stromimpuls 758 für das Andern der Magnetisierung des Pols P5. Der Stromimpuls 758 ist eine positive Sinushalbwelle mit einem Maximum von 2 Ampere, was auf die D-Achsen Ströme A2 Id und A5 Id zurückzuführen ist. Zwischen dem Stromimpuls 752 und dem Stromimpuls 758 liegt eine Ruheperiode RP, deren Länge der Länge der Ruheperiode RP2 entspricht.

[00147] Zwischen dem Zeitschritt 290 und dem Zeitschritt 340 gibt es einen D-Achsen Stromimpuls 760 für das Andern der Magnetisierung des Pols P6. Der Stromimpuls 760 ist eine negative Sinushalbwelle mit einem Minimum von - 2 Ampere, was auf die D-Achsen Ströme A2 Id und A5 Id zurückzuführen ist. Zwischen dem Stromimpuls 758 und dem Stromimpuls 760 liegt eine Ruheperiode RP, deren Länge der Länge der Ruheperiode RP2 entspricht.

[00148] Ein Kurvenverlauf 742 zeigt die Summe der Ströme A1 Iq bis A6 Iq (kurz A1-6 Iq). Damit erzeugt der Strom A1-6 Iq das Drehmoment T des Elektromotors M1. Der Strom A1-6 Iq hat einen sinusförmigen Verlauf mit einer Periode von etwa 120 Zeitschritten. Das Maximum des Stroms A1-6 Iq liegt bei etwa 2 Ampere und das Minimum liegt bei etwa - 2 Ampere. Zum Zeitschritt 0 hat der Strom A1-6 Iq ein Maximum.

[00149] Ein Kurvenverlauf 744 zeigt den Verlauf des Gesamtstroms A1-6 I, der sich aus der Summe der Kurvenverläufe 740 und 742 ergibt. Der Verlauf des Gesamtstroms A1-6 | wird beim Auftreten der Stromimpulse 750 bis 760 maßgeblich durch diese bestimmt. In den Zeiten, in denen die Stromimpulse 750 bis 760 nicht anliegen, stimmt der Wert des Gesamtstroms A1-6 | mit dem Wert des Stroms A1-6 Iq überein.

[00150] Die Figur 8 zeigt den Hysteresemotor M1. Der Hysteresemotor M2 ist wie der Hysteresemotor M1 aufgebaut. Der Hysteresemotor M1 enthält:

- den Stator St1, bspw. aus weichmagnetischem Material,

- den Rotor Ro1, der bspw. aus hartmagnetischem Material besteht, oder zumindest einen hartmagnetischen Rotorbelag 818 hat,

- eine Rotorachse 801 mit einer Wellenmittelachse 800,

- Kugellager 802, 804 an den Enden der Rotorachse 801, wobei die Kugellager 802, 804 den Rotor Ro1 drehbar bezüglich des Stators St1 lagern,

- Wicklungen 812, die in Radialschlitzen 820 im Stator St1 angeordnet sind,

- einen Kühlkanal 814 oder mehrere Kühlkanäle 814, die entlang der Rotormittelachse 800 oder auch näher am Außenumfang des Rotors Ro1 angeordnet sind bzw. sein können, und

- einen Luftspalt 816 zwischen Stator St1 und Rotor Ro1.

[00151] Der Motor M1 kann mit einer Motorhalterung 810 am Chassis bzw. Rahmen des Fahrzeugs 100 befestigt sein. Ein Motorritzel 830 kann Teil eines Getriebes sein, über das der Rotor Ro1 mit dem Rad 108 drehbar verbunden ist.

[00152] Der Rotorbelag 818 kann teilweise oder vollständig aus einem hartmagnetischen Material bestehen, z.B. aus AINiCo. Eine Magnetisierung des Rotorbelages 818 erfolgt bspw. mit dem Einschalten des Statorfeldes, bspw. bei jedem Einschalten oder beim erstmaligen Einschalten.

[00153] Alternativ wird der Motor M1 bzw. auch der Motor M2 als Außenläufer ausgeführt, insbesondere bei einer Radnabenbremse oder bei einem Radnabenantrieb. Der Hysteresemotor kann auch mit separaten Dauermagneten ausgeführt werden, die am Rotor Ro1befestigt sind und deren Koerzitivfeldstärke so gewählt ist, dass sie durch das Statorfeld ummagnetisiert werden können.

[00154] Damit sich der Motor M1 bzw. M2 beim Bremsen mit großen Hystereseverlustleistungen nicht überhitzt, ist ein Kühlkreislauf 821 für ein flüssiges Kühlmedium vorgesehen. Alternativ kann ein gasförmiges Kühlmedium verwendet werden, bspw. Pressluft. Es sind auch Kühlkreisläufe mit Anderung des Aggregatzustands des Kühlmediums möglich.

[00155] Der Kühlkreislauf 821 enthält: - eine Pumpe 822,

- eine eingangsseitig mit dem Ausgang der Pumpe 822 verbundene Einlassleitung 824, wobei der Ausgang der Einlassleitung 824 mit dem Einlass des Kühlkanals 814 bzw. mit den Einlässen der Kühlkanäle 814 verbunden ist,

- eine mit dem Eingang der Pumpe 822 verbundene Auslassleitung 826, deren Eingang mit dem Ausgang des Kühlkanals 814 bzw. mit den Ausgängen der Kühlkanäle 814 verbunden ist, und

- einen in die Auslassleitung 826 geschalteten Wärmeaustauscher WT bzw. kurz Wärmetauscher WT.

[00156] Die Pumpe 822 wird insbesondere beim Bremsen mit Hilfe des Motors EM1 eingeschaltet und ermöglicht einen großen Wärmetransfer H (heat) von Wärme, die im Rotor Ro1 erzeugt wird hin zum Wärmetauscher WT.

[00157] Mit anderen Worten gilt das Folgende: Es wird ein Elektromotor M1, M2 mit variablem Fluss angegeben, der sequentiell magnetisiert oder entmagnetisiert werden kann. Der Elektromotor M1, M2 hat mehrere elektrische Phasen A, B, C, insbesondere mehr als drei. Der Elektromotor M1, M2 kann ein Hysteresemotor sein, der insbesondere auch als Motorbremse verwendet werden kann.

[00158] Mit Bezug zu der Figur 1 gilt: Die Zuverlässigkeit kann erhöht werden, wenn in jedem Schaltungszweig Z1 bis Z18 des Umrichters UR1, UR2 eine Schmelzsicherung Fu1, Fu18 oder eine andere Uberstromsicherung angeordnet wird. Es kann ein 18 phasiger Inverter verwendet werden, der 18 Schaltungszweige Z1 bis Z18 und damit 18 Ausgänge hat. Es kann eine Sternschaltung der Wicklungen des Stators verwendet werden. Alternativ kann auch eine Dreieckschaltung oder Viereckschaltung verwendet werden. Der Elektromotor M1. M2 kann ein Hystere-

semotor oder ein Motor mit variablem Fluss sein.

[00159] Mit Bezug auf die Figur 3 gilt: Die Polpaaranzahl sollte ungerade sein und größer oder gleich 3 sein, z. B. p = 3, 5, 7 usw. Dies sichert, dass der Fluss durch jedes Polpaar PP1 bis PP3 hindurch geht und andere Pole bzw. die Pole anderer Polpaare nicht beeinflusst. Die Wahl einer ungeraden Anzahl von Polpaaren führt zu einer kleinen gegenseitigen Induktanz der Pole P1 bis P6 verschiedener Polpaare zueinander, insbesondere zu einer gegenseitigen bzw. wechselseitigen Induktanz von 0 Henry. Dadurch wird eine Magnetisierung/ Entmagnetisierung jedes Polpaares PP1 bis PP3 unabhängig von den anderen Polpaaren möglich. Als Magnetmaterial sind bspw. AINICo oder FeCrCo geeignet.

[00160] Eine Vorrichtung kann demnach alle oder einen Teil der folgenden Merkmale enthalten:

[00161] 1) Polpaaranzahl sollte ungerade sein und größer oder gleich 3 sein, z.B. p = 3, 5, 7 USW.

[00162] 2) Es wird ein mehrphasiges Statorwicklungsschema verwendet mit mindestens drei Phasen (A, B, C), vorzugsweise elektrischen Phasen, worin jede Phase mindestens zwei elektrisch unabhängige Wicklungsgruppen der Wicklungen bzw. Wicklungen hat, insbesondere elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbare Wicklungsgruppen.

[00163] 3) Der Leistungsumrichter bzw. Leistungsinverter hat eine Anzahl von Phasenanschlüssen bzw. Schaltungszweigen Z1 bis Z18, die gleich dem Produkt aus Phasenanzahl und Gruppenanzahl ist, wobei jeder Phasenanschluss bzw. jeder Schaltungszweig Z1 bis Z18 mit der entsprechenden Gruppe verbunden ist, d. h. genauer mit den Wicklungen der betreffenden Gruppe.

[00164] Es können Rotormagnete mit kleiner Koerzitivkraft verwendet werden, deren magnetischer Zustand durch den Statorstrom steuerbar bzw. einstellbar ist.

[00165] Mit Bezug auf die Figur 5 gilt: Die magnetische Flussdichte B im Luftspalt 816, LS hat eine Verteilung, die beim Betrieb aller Wicklungsgruppen bzw. Wicklungen der Flussdichte einer herkömmlichen 3-Phasenmaschine (Elektromotor) entsprechen kann. Insbesondere können bspw. 36 Schlitze bzw. Nuten 1 bis 36 im Stator St1 verwendet werden. Werden bspw. nur ein Drittel der Wicklungsgruppen aktiviert, so ergibt sich eine Verteilung der magnetischen Flussdichte bei der im Vergleich zum gleichzeitigen Betrieb aller Spulen sinusförmige Halbwellen erzeugt werden, die mit Abstand zueinander entlang der Umfangsrichtung des Rotors Ro1 bzw. auch des Stators angeordnet sind. Die vorhanden sinusförmigen Halbwellen können etwas stärker ausgeprägt sein im Vergleich zur Aktivierung aller Wicklungsgruppen.

[00166] Nochmals mit Bezug auf die Figur 3 gilt: Die Idee ist es, jeweils Polpaare so über einen Mehrphaseninverter (im Beispiel mit 18 phasigen Halbbrücken) sequentiell zu bestromen und anzusteuern, dass die jeweiligen Ströme überlagert einen kleineren Maximalstrom ergeben, als eine herkömmliche Ansteuerung der Wicklung. Es wird also durch die Halbbrücken beispielsweise immer jeweils ein Polpaar PP1 bis PP3 bestromt und durch das Timing der Halbbrücken entsprechend an die nächste Wicklung sequentiell weiter gegeben.

[00167] Konkret bedeutet das, dass bspw. Phase A6 und C6 und Phase A3 und C3 aktiv sind. Dann schritthaltend mit der Drehung des Rotors Ro1 Phase C6 und B6 sowie Phase C3 und B3.

[00168] Dabei gilt bspw.: Die Pole P1 und P4 werden durch den D-Achsen Strom magnetisiert, der ihrer Rotation folgt. Die Pole P2, P3, P5 und P6 werden im Wesentlichen mit Q-Achsen Strom betrieben. Der Q-Achsen Strom wird gleichzeitig an allen Polen P1 bis P6 erzeugt, um das Drehmoment T zu erzeugen.

[00169] Ähnlich wird danach oder vorher für die anderen Pole bzw. Polpaare PP2 und PP3 vorgegangen, um eine gleichmäßige Magnetisierung zu erhalten.

[00170] Mit Bezug auf die Figur 5 gilt: Das Diagramm bezieht sich bspw. auf das Antriebsmoment FM1 bzw. Bremsmoment FM2 an einer Hinterachse eines Fahrzeugs 100. Alternativ kann bei

entsprechender baulicher Auslegung des Fahrzeuges 100 auch auf die Vorderachse Bezug genommen werden. Das Drehmoment T bzw. Bremsmoment FM2 wird bspw. in kN (Kilonewton) angegeben. Oberhalb der x-Achse 502 ist ein Antriebsbereich dargestellt, der sich bspw. in vier Arbeitsbereiche unterteilt, in denen der Fluss 100 Prozent, 75 Prozent, 50 Prozent oder 25 Prozent abhängig von der Magnetisierung der Polpaare PP1 bis PP3 beträgt.

[00171] Unterhalb der x-Achse 502 gibt es einen Bereich mit synchronem Bremsen, der sich bspw. ebenfalls in vier Arbeitsbereiche unterteilt, in denen der Fluss 100 Prozent, 75 Prozent, 50 Prozent oder 25 Prozent abhängig von der Magnetisierung der Polpaare PP1 bis PP2 beträgt. Auch beim Bremsen kann daher eine Magnetisierung bzw. Entmagnetisierung der Pole P1 bis P6 der Polpaare PP1 bis PP2 zweckmäßig durchgeführt werden.

[00172] Unterhalb des synchronen Bremsbereiches gibt es noch einen Bereich mit Bremsen im Hysteresemodus, der insbesondere für einen Hysteresemotor relevant ist. Die Bremsleistung wird hier in Wärme umgewandelt, die über einen Kühlkreislauf 821 abgeführt wird.

[00173] Weiterhin gibt es eine Basisdrehzahl nb, die bspw. größer als 100 Umdrehungen pro Minute oder sogar größer als 500 Umdrehungen pro Minute ist. Von der Drehzahl 0 bis zur Basisdrehzahl nb wird in allen Betriebsmodi ein maximaler Fluss von 100 Prozent verwendet. Damit wird unterhalb der Basisdrehzahl immer die volle Magnetisierung verwendet, was eine kurze Dauer des hohen Stroms durch jedes einzelne Schaltelement SE1, SE2, SE18, SE19, SE36 sicherstellt.

[00174] Eine volle Magnetisierung bei kleiner Motordrehzahl erlaubt kleinere Ströme über die vergleichsweise lange Schaltdauer im Bereich von 20 Millisekunden bis 50 Millisekunden der Schaltelemente SE1, SE18, SE19, SE36.

[00175] Mit Bezug auf die Figur 6 gilt: Wenn der Arbeitspunkt auf dem Drehmoment-Drehzahl Diagramm die Grenze zwischen den Gebieten bzw. Bereichen mit für die Effizienz des Elektromotors M1, M2 optimalen Fluss überquert, wird der magnetische Zustand der Rotormagnete geändert durch sich drehende D-Achsen Stromimpulse.

[00176] Es könnten alle Pole P1 bis P6 eines Elektromotors M1, M2 mit variablem Fluss gleichzeitig magnetisiert oder entmagnetisiert werden. Dies würde jedoch zu einer UÜberlast OLo1, OLo2 im Bereich von bspw. 200 Prozent bis 250 Prozent in der Batterie (Akkumulator) und im Inverter bzw. Umrichter UR1, UR?2 führen für einen Zeitraum von bspw. 20 bis 50 Millisekunden.

[00177] Bei der hier vorgeschlagenen Lösung werden die Polpaare PP1 bis PP3 hintereinander magnetisiert oder entmagnetisiert, so dass die Batterielast drastisch reduziert wird. Die Zeitdauer des Spitzenstroms, der an jedes einzelne Halbleiterschaltelement angelegt wird, reduziert sich ebenfalls drastisch. Sobald der Zustand des ersten Polpaares PP1 eingestellt worden ist, wird das nächste Polpaar magnetisiert oder entmagnetisiert. Einander benachbarte Polpaare, insbesondere in Drehrichtung benachbarte Polpaare, können mit Uberlappung OL1, OL2 magnetisiert oder entmagnetisiert werden, wobei sichergestellt wird, dass ein Uberlasten OLo1, OLo2 vermieden werden.

[00178] Mit Bezug auf die Figur 7 gilt weiterhin: Die typische minimale Feldfrequenz bei der Basisdrehzahl nb ist bspw. 200 Hz (Hertz). Die typische maximale Feldfrequenz bei der Basisdrehzahl nb ist bspw. 400 Hz.

[00179] Bei der minimalen Feldfrequenz beträgt die Dauer des D-Achsen Stromimpulses durch ein einzelnes Schaltelement SE1, SE18, SE19, SE36 bspw. 2,5 Millisekunden. Bei der maximalen Feldfrequenz beträgt die Dauer des D-Achsen Stromimpulses durch ein einzelnes Schaltelement SE1, SE18, SE19, SE36 bspw. 1,25 Millisekunden.

[00180] Bei der minimalen Feldfirequenz beträgt die Ruheperiode RP des einzelnen Schalters bspw. 7,5 Millisekunden. Bei der maximalen Feldfrequenz beträgt die Ruheperiode RP des einzelnen Schalters bspw. 3,75 Millisekunden.

[00181] Der Spitzenstrom des D-Achsen Stromimpulses durch ein einzelnes Schaltelement SE1, SE18, SE19, SE36 beträgt beim Magnetisieren bzw. Entmagnetisieren (insbesondere teilweise)

unabhängig von der Feldfrequenz bspw. 320 Prozent des Q-Achsen Stromes. Der RMS (Root Mean Square, quadratisches Mittel, d.h. Quadratwurzel des Quotienten aus der Summe der Quadrate der beachteten Zahlen und ihrer Anzahl) des D-Achsen Stromimpulses beträgt beim Magnetisieren bzw. Entmagnetisieren (insbesondere teilweise) unabhängig von der Feldfirequenz bspw. 185 Prozent des Q-Achsen Stromes.

[00182] Ein Verfahren kann demnach die alle oder einen Teil der folgenden Merkmale enthalten: [00183] 1) Q-Achsen Strom wird an alle Polpaare PP1 bis PP3 angelegt, [00184] 2) Jede Gruppe von Spulen in der Phase A, B, C wird unabhängig angesteuert,

[00185] 3) D-achsen Strom zum Ändern des magnetischen Zustands wird nur an einen Teil der Polpaare angelegt,

[00186] 4) die Magnetisierung der Polpaare PP1 bis PP3 wird sequentiell durchgeführt auf eine Art und Weise, die die resultierende Last am DC-Link reduziert bzw. verringert, und

[00187] 5) Die Grenze zwischen voller und teilweiser Magnetisierung im Drehmoment-Drehzahl Diagramm wird außerhalb des Bereiches der Drehzahl 0 bis zu einer Basisdrehzahl nb gelegt (dies könnte auch den Gegenstand eines abhängigen oder eines unabhängigen Verfahrens bilden).

[00188] Es ergeben sich die folgenden Vorteile und technischen Wirkungen:

[00189] 1) verringerte Lastspitze am Akku und am DC-Link während der Magnetisierung bzw. Entmagnetisierung,

[00190] 2) verkleinerter DC-Link mit verringerter elektrisch wirksamer Kapazität C, [00191] 3) verringerte Dauer des Spitzenstroms durch jedes Halbleiter-Schaltelement, [00192] 4) verteilte Wärmeabstrahlung von den Halbleiter-Schaltelementen,

[00193] 5) höhere Zuverlässigkeit im Falle eines Phasenfehlers, und

[00194] 6) bessere Voraussetzungen für eine Integration des Umrichters in die oder an den Motorwicklungen.

[00195] Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D. h. die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 bis 36 Nut 100

100 Fahrzeug

101 Rückseite

102 bis 108 Rad

110 Akkumulator

200 nicht dargestellte Ansteuerleitungen 300, 302 Drehbewegung

400 Koordinatensystem 402 x-Achse

404 y-Achse

430 Koordinatensystem 432 x-Achse

434 y-Achse

500 Koordinatensystem 502 x-Achse

504 y-Achse

510 Kurvenverlauf

512 Kurvenverlauf

600 Koordinatensystem 602 x-Achse

604 y-Achse

610 Kurvenverlauf 11, 14 612 Kurvenverlauf 12, 15 614 Kurvenverlauf 13, 16 616 Kurvenverlauf IGes 630 Koordinatensystem 632 x-Achse

634 y-Achse

640 Kurvenverlauf Iq1, 1q4 642 Kurvenverlauf 192, 1q5 644 Kurvenverlauf 193, 1q6 660 Koordinatensystem 662 x-Achse

664 y-Achse

670 Kurvenverlauf Id1, 1d4 672 Kurvenverlauf 1d2, 1d5 674 Kurvenverlauf 1d3, 1d6

700 Koordinatensystem

702 x-Achse

704 y-Achse

710 Kurvenverlauf A1 Id

712 Kurvenverlauf A1 Iq

714 Kurvenverlauf A1 |

720 D-Achsen Stromimpuls für Pol P1 722 D-Achsen Stromimpuls für Pol P4 730 Koordinatensystem

732 x-Achse

734 y-Achse

740 Kurvenverlauf A1bis A6 Id 742 Kurvenverlauf A1 bis A6 Iq 744 Kurvenverlauf A1 bis A6 | 750 bis 760 D-Achsen Stromimpuls 800 Wellenmittelachse

802, 804 Kugellager

810 Motorhalterung

812 Wicklung

814 Kühlkanal

816 Luftspalt

818 Rotorbelag

820 Radialschlitze

821 Kühlkreislauf

822 Pumpe

824 Einlassleitung

826 Auslassleitung

830 Motorritzel

A,B,C Phase

A1 bis A6 Wicklungsabschnitt

al bis a6 Wicklungsabschnitt

A1x bis AG6x Wicklungsabschnitt

alx bis a6x Wicklungsabschnitt

AE1, AE2 Antriebseinheit

B1 bis B6 Wicklungsabschnitt

b1 bis b1 Wicklungsabschnitt

B1x bis B6x Wicklungsabschnitt

b1x bis b1x Wicklungsabschnitt

B100a, B75a, B50a, B25a Arbeitsbereich

B100b, B75b, B50b, B25b Arbeitsbereich

BM1 synchroner Bremsmodus BM2 dissipativer Bremsmodus BW1 Bereichswechsel

C Steuereinheit

Cal Kondensator

C1, C2 Ansteuereinheit

C1 bis C6 Wicklungsabschnitt

c1 bis c6 Wicklungsabschnitt

C1x bis C6x Wicklungsabschnitt

c1x bis c6x Wicklungsabschnitt

D1, D18, D19, D36 Freilauf-Diode

DCL DC-Bus

DM Antriebsmodus

F1 Leistungsgrenze

F2 Leistungsgrenze

FM1 maximales Antriebsmoment FM2 maximales Bremsmoment Fu1, Fu18 Schmelzsicherung

G1la, G2a, G3a Grenzlinie

G1b, G2b, G3b Grenzlinie

H Wärmetransfer

l_total Gesamtstrom/Gesamtstromverlauf ld1 bis 1d6 D-Achsen Strom

Iq1 bis Iq6 Q-Achsen Strom

LA1 bis LA6, LB1 bis LB6, LC1 bis LC3 Ausgangsleitung

LS Luftspalt

M Minusanschluss

M1, M2 Elektromotor

MB1 bis MB6 magnetisierter Bereich ML Minusleitung

MV1, MV2 magnetomotorischer Kraftvektor N Nordpol

n Drehzahl

n1 Drehzahl

nF Statorfelddrehzahl

nR Rotordrehzahl

nb Basisdrehzahl

O1, 018, 019, 036 Ansteuerleitung OL1, OL2 Überlappung

OLo1, OLo2 Überlast

P Plusanschluss

P1 bis P6 Pol

PD Pulsdauer

PL Plusleitung

Po2a, Po2b Position

PP1 bis PP3 Polpaar

RA Rotationsachse Ro1 Rotor

RP, RP2 Ruheperiode

Ss Südpol

S1 bis S4 Stromrichtungspfeil SE1, SE18, SE19, SE36 Schaltelement SH30, SH60 Sinushalbwelle SH1a, SH1b Sinushalbwellenteil SH2 bis SH6 Sinushalbwelle

sn Schlupfdrehzahl SPL Sternpunktleiter

St1 Stator

t Zeit

T Drehmoment (torque) TW1 bis TW36 Teilwicklung

UR1, UR2 Umrichter

VM Verbrennungsmotor W1 bis W18 Wicklung

WS2 Rad-Schlupf-Grenze WT Wärmetauscher

Z1 bis Z18 Schaltungszweig

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Elektrische Antriebseinheit (AE1) enthaltend:

   - einen Elektromotor (M1), dessen Rotor (Ro1) mindestens drei Polpaare (PP1, PP2, PP3) hat, die jeweils einen magnetischen Nordpol (P2, P4, P6) und einen magnetischen Südpol (P1, P3, P5) enthalten, wobei Nordpol (P2, P4, P6) und Südpol (P1, P3, P5) desselben Polpaares (PP1, PP2, PP3) auf einander gegenüberliegenden Seiten am Umfang des Rotors (Ro1) angeordnet sind, und dessen Stator (St1) eine Anzahl von Wicklungen (W1-W18) hat, die mindestens der doppelten Anzahl von Polpaaren (PP1, PP2, PP3) entspricht, wobei die Wicklungen (W1W18) elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind,

   - eine Umrichtereinheit (UR1), die mindestens eine Anzahl von Schaltungszweigen (Z1 bis Z18) mit jeweils mindestens zwei Schaltelementen (SE1, SE19) enthält, die mit der Anzahl von Wicklungen (W1-W18) übereinstimmt, und deren Ausgänge (LA1 bis LC3) Jeweils mit einer der Wicklungen (W1- W18) verbunden sind, und

   - eine Ansteuereinheit (C1), deren Ausgänge (O1 bis 036) mit Steueranschlüssen der Schaltelemente (SE1, SE18, SE19, SE36) verbunden sind,

   wobei die Ansteuereinheit (C1) eine Magnetisierungseinheit enthält, welche die Magnetisierung mindestens zweier Pole (P1, P4) der magnetischen Pole (P1 bis P6) nacheinander erhöhen oder verringern kann.

   2. Elektrische Antriebseinheit (AE1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (C1) derart ausgebildet ist, dass die Magnetisierung der magnetischen Pole (P1 bis P6) eines Polpaares (PP1, PP2, PP3) nacheinander erhöht oder verringert werden kann oder verringert wird, insbesondere mit einer Ruhezeit (RP), die mindestens einer Periode eines Statorstroms (A1 Id, A1 I) entspricht.

   3. Elektrische Antriebseinheit (AE1) nach Anspruch 1 oder 2,

   dadurch gekennzeichnet, dass ”

   die Ansteuereinheit (C1) derart ausgebildet ist, dass beim Andern der Magnetisierung eines ersten Poles (P1) oder eines ersten Polpaares (PP1), mindestens eine erste Komponente mindestens eines ersten Statorstroms (ld1, Id4), der auf ein sich mit der aktuellen Drehzahl (n) drehendes erstes Rotorkoordinatensystem bezogen ist, betragsmäßig verringert wird und mindestens eine zweite Komponente mindestens eines zweiten Statorstroms (1d2, 1d5) gleichzeitig betragsmäßig erhöht wird, wobei der zweite Statorstrom (1d2, Id5) auf das erste Rotorkoordinatensystem oder auf ein zweites Rotorkoordinatensystem bezogen ist, das sich ebenfalls mit der aktuellen Drehzahl (n) des Rotors (Ro1) dreht.

   4. Elektrische Antriebseinheit (AE1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (C1) derart ausgebildet ist, dass die Magnetisierung der magnetischen Pole (P1 bis P6) im gesamten Drehzahlbereich unterhalb einer vorgegebenen Basisdrehzahl (nb) des Elektromotors (M1) im Vergleich zu einer Magnetisierung oberhalb der Basisdrehzahl (nb) erhöht wird oder erhöht ist.

   5. Elektrische Antriebseinheit (AE1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   die Wicklungen (W1-W18) verteilte Wicklungen sind, wobei sich eine Wicklung (W1-W18) jeweils in mindestens zwei Statornuten (1, 2, 6, 7) erstreckt, zwischen denen mindestens eine weitere Statornut (3 bis 5) oder mehrere weitere Statornuten (3 bis 5) angeordnet sind, in denen ein Teil (C1) einer anderen Wicklung (W1-W18) oder Teile (C1, B1) mehrerer anderer Wicklungen ( W1-W18) angeordnet sind,

   wobei vorzugsweise ein Teil (A1, A1x) einer Wicklung ( W1-W18) jeweils in einer ersten

   10.

   üsterreichisches AT 522 013 B1 2020-11-15

   Gruppe aus mindestens zwei aufeinanderfolgenden Statornuten (1, 2) angeordnet ist, wobei der andere Teil (a1, a1x) der Wicklung (W1-W18) in einer zweiten Gruppe aus aufeinanderfolgenden Statornuten (6, 7) angeordnet ist und wobei zwischen den beiden Gruppen die weitere Statornuten (1 bis 36) liegen,

   wobei sich die Wicklungen (W1-W18) vorzugsweise jeweils nicht in weiteren Statornuten (1 bis 36) erstrecken.

   Elektrische Antriebseinheit (AE1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (W1-W18) in den Statornuten (1 bis 36) zweilagig angeordnet sind.

   Elektrische Antriebseinheit (AE1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   in der Ansteuereinheit (C1) eine Transformation (M1aR) von den Statorströmen, die am Elektromotor (M1) anliegen, auf Statorströme (11g, 11d) eines sich mit der Drehzahl (n) des Rotors (Ro1) drehenden Rotorkoordinatensystems durchgeführt wird,

   dass eine Regelung (R1q, R1d) oder Steuerung bezüglich der transformierten Ströme (119g, I11d) durchgeführt wird, insbesondere einer Drehzahl (n), eines Drehmomentes (T) und/oder die Veränderung der Magnetisierung der Pole (P1 bis P6) der Polpaare (PP1 bis PP6),

   und dass eine Rücktransformation von zu erzielenden Strömen oder Spannungen, in dem sich mit der Drehzahl (n) des Rotors (Ro1) drehenden Rotorkoordinatensystem, auf Ströme oder Spannungen durchgeführt wird, die in den Statorwicklungen des Stators (St1) zu erzeugen sind,

   wobei insbesondere eine Park-Transformation oder eine Clark-Park-Transformation und/oder deren Rücktransformation verwendet wird oder werden.

   Elektrische Antriebseinheit (AE1) nach Anspruch 7,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   die Ansteuereinheit (C1) mindestens zwei Unteransteuereinheiten enthält, vorzugsweise eine Anzahl von Unteransteuereinheiten, die mit der Anzahl der Pole (P1 bis P6) oder der Polpaare (PP1 bis PP6) übereinstimmt, wobei jede Unteransteuereinheit eine separate Transformation (M1aR), Steuerung und/oder Regelung (R1g, R1d) und eine Rücktransformation (M1aT) durchführt.

   Elektrische Antriebseinheit (AE1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   die Wicklungen (W1-W18) in Sternschaltung verschaltet sind, oder

   dass die Wicklungen (W1-W18) in Dreieckschaltung oder Viereckschaltung verschaltet sind, wobei vorzugsweise jeder Schaltungszweig (Z1 bis Z18) mit einem eigenen Trennelement oder mit einer eigenen Sicherung (Fu1, Fu18) gesichert ist.

   Elektrische Antriebseinheit (AE1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   die Antriebseinheit (AE1) mindestens drei elektrische Phasen (A, B, C) hat, wobei jede elektrische Phase (A, B, C) mindestens zwei elektrisch unabhängige Wicklungsgruppen der Wicklungen (W1-W18) hat,

   wobei vorzugsweise die Anzahl der voneinander unabhängig ansteuerbaren Wicklungsgruppen je elektrischer Phase (A, B, C) gleich der Anzahl der magnetischen Pole (P1 bis P6) des Rotors (Ro1) ist, und

   wobei jeder Ausgang (LA1 bis LC3) des Umrichters (UR1) jeweils mit einer Wicklungsgruppen verbunden ist,

   wobei vorzugsweise die Anzahl der voneinander unabhängig ansteuerbaren Wicklungsgruppen je elektrischer Phase (A, B, C) sechs ist,

   und wobei vorzugsweise die Anzahl der Polpaare (PP1 bis PP3) des Rotors (Ro1) eine ungerade Zahl ist.

   11.

   12.

   13.

   14.

   15.

   16.

   17.

   üsterreichisches AT 522 013 B1 2020-11-15

   Elektrische Antriebseinheit (AE1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   es drei elektrische Phasen (A, B, C) und drei magnetische Polpaare (PP1 bis PP3) des Rotors (Ro1) des Elektromotors (M1) gibt.

   Elektrische Antriebseinheit (AE1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   der Rotor (Ro1) ein magnetisierbares Material mit einer Koerzitivfeldstärke kleiner als 150 kA/m enthält, vorzugsweise AINIiCo oder FeCrCo, insbesondere als homogenen Belag entlang seiner Umfangsfläche,

   wobei der Elektromotor (M1) vorzugsweise ein Hysteresemotor (EM1) oder ein Elektromotor (M1) mit variablem magnetischem Fluss ist, insbesondere ein Elektromotor (M1) mit einem Kühlkreislauf (821), vorzugsweise mit einem flüssigen Kühlmittel.

   Fahrzeug (100) mit mindestens einer elektrischen Antriebseinheit (AE1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

   Verfahren zum Verändern der Magnetisierung eines Rotors (Ro1), enthaltend:

   - Verwenden eines Elektromotors (M1), dessen Rotor (Ro1) mindestens drei Polpaare (PP1 bis PP3) enthält, die jeweils einen magnetischen Nordpol (P2, P4, P6) und einen magnetischen Südpol (P1, P2, P3, P5) enthalten, wobei Nordpol (P2, P4, P6) und Südpol (P1, P2, P3, P5) desselben Polpaares (PP1, PP2, PP3) auf einander gegenüberliegenden Seiten am Umfang des Rotors (Ro1) angeordnet sind, und dessen Stator (St1) mindestens zwei Wicklungen (W1-W18) je Polpaar (PP1, PP2, PP3) enthält, wobei die Wicklungen (W1-W18) elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind, und

   - ein erstes Anlegen mindestens eines ersten Statorstroms (Id1) zum Ändern des magnetischen Zustands mindestens eines Pols (P1) an nur einem Pol (P1) oder an nur einen Teil der Pole (P1, P4), wobei der mindestens eine Statorstrom (ld1) auf ein Rotorkoordinatensystem bezogen ist, das sich mit der Drehzahl (n) des Rotors (Ro1) dreht, und

   - nach dem ersten Anlegen des mindestens einen ersten Statorstroms (ld1) ein zweites Anlegen mindestens eines zweiten Statorstroms (ld2) zum Andern des magnetischen Zustands mindestens eines anderen Pols (P2) des Elektromotors (M1).

   Verfahren nach Anspruch 14,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   während des Anderns des magnetischen Zustands weitere, sich vom ersten und zweiten Statorstrom (ld1, Id2) unterscheidende Statorströme (I1q bis I6q) an allen Polen (P1 bis P6) des Elektromotors (M1) oder nur an den Polen (P2, P3, P5, P6) derjenigen Polpaare (PP2, PP3) angelegt werden, deren magnetischer Zustand momentan nicht geändert wird.

   Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   Wicklungsgruppen der Wicklungen (W1-W18) mindestens einer elektrischen Phase (A) oder aller elektrischen Phasen (A, B, C) unabhängig voneinander angesteuert werden können.

   Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   alle Pole (P1 bis P6) nacheinander oder die Polpaare (PP1, PP2, PP3) nacheinander in ihrer Magnetisierung geändert werden, insbesondere in der Magnetisierung erhöht oder in der Magnetisierung verringert werden, insbesondere derart, dass die Last an einem Gleichspannungsbus (DCL), an dem die Schaltungszweige (Z1 bis Z18) einer Umrichtereinheit (UR1) zur Ansteuerung des Elektromotors (M1) angeschlossen sind, verkleinert wird im Vergleich zu einer Last beim gleichzeitigen Andern der Magnetisierung für alle Pole (P1 bis P6) oder für mindestens die Hälfte der Pole (P1 bis P6).

   18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung der magnetischen Pole (P1 bis P6) im gesamten Drehzahlbereich unterhalb einer vorgegebenen Basisdrehzahl (nb) des Elektroamotors (M1) im Vergleich zu einer Magnetisierung oberhalb der Basisdrehzahl (nb) erhöht wird oder erhöht worden ist, insbesondere auf einen maximalen Wert.

   19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) vor dem Andern der Magnetisierung verringert wird und anschließend wieder erhöht wird, oder ” dass die Drehzahl (n) vor dem Andern der Magnetisierung auf einem ersten Wert ist, der beim Andern der Magnetisierung beibehalten wird.

   20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Antriebseinheit (AE1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder ein Fahrzeug (100) nach Anspruch 13 zur Ausführung des Verfahrens verwendet wird.

   21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern der Magnetisierung für die genannten Pole (P1), für die genannten Polpaare (P1) oder für alle Pole (P1 bis P6) des Rotors (Ro1) während einer einzigen Umdrehung des Rotors durchgeführt wird.

   Hierzu 8 Blatt Zeichnungen