DE102018211968A1 - Schalteinrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, elektrische Maschine, Antriebsanordnung, Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (1), wobei die elektrische Maschine (1) einen Rotor (3), der drehfest auf einer Antriebswelle (4) angeordnet ist, und eine Statorwicklung (5) mit zumindest drei ersten Phasen (U, V, W) und zumindest drei zweiten Phasen (U', V', W') aufweist, wobei die Schalteinrichtung (6) eine erste Steuerschaltung (8) mit einer Sternschaltung (9) aufweist, die mit den ersten Phasen (U, V, W) verbunden/verbindbar ist, wobei die erste Steuerschaltung (8) dazu ausgebildet ist, die ersten Phasen (U, V, W) zum Antreiben des Rotors (3) anzusteuern. Es ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung (6) eine zweite Steuerschaltung (10) mit einer Mehreckschaltung (12), insbesondere einer Dreieckschaltung (12), aufweist, die mit den zweiten Phasen (U', V', W') verbunden/verbindbar ist, wobei die zweite Steuerschaltung (10) dazu ausgebildet ist, die zweiten Phasen (U', V', W') zum Antreiben des Rotors (3) anzusteuern.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine einen Rotor, der drehfest auf einer Antriebswelle angeordnet ist, und eine Statorwicklung mit zumindest drei ersten Phasen und zumindest drei zweiten Phasen aufweist, wobei die Schalteinrichtung eine erste Steuerschaltung mit einer Sternschaltung aufweist, die mit den ersten Phasen verbunden/verbindbar ist, und wobei die erste Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, die ersten Phasen zum Antreiben des Rotors anzusteuern.
  • Außerdem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit der oben genannten Schalteinrichtung.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Antriebsanordnung mit der oben genannten elektrischen Maschine.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der oben genannten elektrischen Maschine.
  • Stand der Technik
  • Eine Schalteinrichtung der eingangs genannten Art ist aus dem Stand der Technik bekannt. In Kraftfahrzeugen werden als Antriebsmaschinen vermehrt elektrische Maschinen eingesetzt. Diese weisen jeweils einen Rotor auf, der drehfest auf einer Antriebswelle angeordnet ist. Außerdem weisen die elektrischen Maschinen jeweils eine Statorwicklung zum Antreiben des Rotors auf. Dabei ist es bekannt, eine Statorwicklung vorzusehen, die zumindest sechs Phasen, beziehungsweise zumindest drei erste Phasen und zumindest drei zweite Phasen, aufweist. Mittels einer Schalteinrichtung sind die ersten Phasen und die zweiten Phasen der Statorwicklung ansteuerbar. Dazu weist die bekannte Schalteinrichtung eine erste Steuerschaltung mit einer Sternschaltung auf, die sowohl mit den ersten Phasen als auch mit den zweiten Phasen verbunden/verbindbar ist, sodass die ersten Phasen und die zweiten Phasen gemeinsam zum Antreiben des Rotors durch die Sternschaltung ansteuerbar sind.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine verbessert werden kann. Dadurch kann die Reichweite des Kraftfahrzeugs mit der elektrischen Maschine erhöht werden. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Schalteinrichtung eine zweite Steuerschaltung mit einer Mehreckschaltung, insbesondere eine Dreieckschaltung, aufweist, die mit den zweiten Phasen verbunden/verbindbar ist, wobei die zweite Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, die zweiten Phasen zum Antreiben des Rotors anzusteuern. Die elektrische Maschine wird somit durch die Schalteinrichtung in zwei Teilsysteme aufgeteilt, wobei die ersten Phasen mittels der Sternschaltung und die zweiten Phasen mittels der Mehreckschaltung verschaltet sind. Durch eine derartige Verschaltung der Phasen können wahlweise nur die ersten Phasen, nur die zweiten Phasen oder sowohl die ersten Phasen als auch die zweiten Phasen durch die Schalteinrichtung angesteuert werden. Um einen gleichen Betriebspunkt, beziehungsweise eine gleiche angeforderte Leistung oder ein gleiches angefordertes Drehmoment, zu erzeugen, ist für die mittels der Sternschaltung verschalteten ersten Phasen eine höhere Betriebsspannung als für die mittels der Mehreckschaltung verschalteten zweiten Phasen notwendig. Vorzugsweise werden jeweils diejenigen der Phasen zum Antreiben des Rotors angesteuert, die den jeweiligen Betriebspunkt mit dem höheren Wirkungsgrad gewährleisten. Beispielsweise werden beim Anlaufen der elektrischen Maschine, beziehungsweise bei niedrigen Drehmomentanforderungen oder in niedrigen Drehzahlbereichen der elektrischen Maschine, die mittels der Mehreckschaltung verschalteten zweiten Phasen zum Antreiben des Rotors angesteuert. Bei einer Drehmomentanforderung, die höher ist, insbesondere höher als dass man sie durch Ansteuerung der zweiten Phasen effizient oder überhaupt gewährleisten könnte, werden die ersten Phasen, also die mittels der Sternschaltung verschalteten Phasen, zum Antreiben des Rotors angesteuert. Zur Erzeugung eines maximal durch die elektrische Maschine erzeugbaren Drehmoments werden sowohl die ersten Phasen als auch die zweiten Phasen zum Antreiben des Rotors angesteuert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die erste Steuerschaltung und/oder die zweite Steuerschaltung eine B6-Brücke mit drei Halbbrücken auf, wobei jede der Halbbrücken jeweils zwei Halbleiterschalter aufweist. Durch eine derartige Ausgestaltung der ersten Steuerschaltung und/oder der zweiten Steuerschaltung ist eine separate Ansteuerung der ersten Phasen und/oder der zweiten Phasen vorteilhaft gewährleistet.
  • Vorzugsweise sind die Halbleiterschalter als Feldeffekt-Transistoren, insbesondere MOSFET, oder Bipolar-Transistoren, insbesondere IGBT, ausgebildet. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Schalten einfach, verschleißfrei und ohne hohen Energieaufwand erfolgt.
  • Vorzugsweise weist die Schalteinrichtung ein Steuergerät auf, das mit der ersten Steuerschaltung und der zweiten Steuerschaltung zur Ansteuerung der Steuerschaltungen verbunden ist. Durch das Steuergerät werden wahlweise entweder beide der Steuerschaltungen oder nur eine der Steuerschaltungen angesteuert. Somit gewährleistet das Steuergerät die vorteilhafte Ansteuerung der ersten Phasen beziehungsweise der zweiten Phasen, wodurch der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine verbessert wird.
  • Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 5 zeichnet sich durch den Rotor, der drehfest auf der Antriebswelle angeordnet ist, die Statorwicklung, die zumindest drei erste Phasen und zumindest drei zweite Phasen aufweist, und durch die erfindungsgemäße Schalteinrichtung aus.
  • Es ergeben sich dabei die bereits genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
  • Vorzugsweise sind die Phasen kreisförmig um den Rotor angeordnet. Durch eine derartige Anordnung der Phasen um den Rotor wird erreicht, dass der Rotor durch die Phasen antreibbar ist. Insbesondere wird ein gleichförmiger Antrieb des Rotors, also ein Antrieb zumindest im Wesentlichen ohne Laufunruhe des Rotors beziehungsweise der Antriebswelle, gewährleistet.
  • Vorzugsweise ist der Winkel zwischen zwei benachbarten Phasen gleich. Daraus ergibt sich der besonders gleichförmige Antrieb des Rotors. Dabei sind die Phasen insbesondere derart angeordnet, dass benachbart zu einer der ersten Phasen jeweils zwei zweite Phasen und benachbart zu einer der zweiten Phasen jeweils zwei erste Phasen angeordnet sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Maschine ist vorgesehen, dass die ersten Phasen und/oder die zweiten Phasen generatorisch betreibbar sind. Dadurch kann der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine weiter erhöht werden. Beispielsweise werden die ersten und/oder die zweiten Phasen während eines Bremsvorgangs mit dem Kraftfahrzeug generatorisch betrieben. Einerseits wird dadurch ein generatorisches Bremsmoment erzeugt, wodurch Reibbremseinrichtungen des Kraftfahrzeugs entlastet werden, andererseits wird durch generatorisches Betreiben der Phasen elektrische Energie erzeugt, wodurch der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht wird.
  • Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße elektrische Maschine aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Antriebsanordnung ist vorgesehen, dass die sie zumindest einen ersten Energiespeicher aufweist, der elektrisch leitend mit den ersten Phasen und/oder den zweiten Phasen verbunden/verbindbar ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass elektrische Energie, die durch generatorisches Betreiben der Phasen erzeugt wird/wurde, durch den ersten Energiespeicher speicherbar ist. Dabei kann die durch den ersten Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie bei Bedarf zur Erzeugung eines Drehmoments beziehungsweise zum Antreiben des Rotors bereitgestellt werden.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Antriebsanordnung einen zweiten Energiespeicher aufweist, wobei der erste Energiespeicher elektrisch leitend mit den ersten Phasen verbunden ist und der zweite Energiespeicher elektrisch leitend mit den zweiten Phasen verbunden ist. Einerseits kann somit elektrische Energie, die durch generatorisches Betreiben der ersten Phasen erzeugt wird/wurde, durch den ersten Energiespeicher gespeichert werden, und elektrische Energie, die durch generatorisches Betreiben der zweiten Phasen erzeugt wird/wurde, durch den zweiten Energiespeicher gespeichert werden. Andererseits können die Phasen durch elektrische Energie des jeweils mit den Phasen verbundenen Energiespeichers betrieben werden. Insbesondere wird durch das Vorsehen des zweiten Energiespeichers eine Gesamtspeicherkapazität der Energiespeicher erhöht. Vorzugsweise werden Ladezustände der Energiespeicher beim Ansteuern der Steuerschaltungen durch das Steuergerät berücksichtigt. Insbesondere werden dabei die ersten Phasen beziehungsweise die zweiten Phasen nicht zum Antreiben des Rotors angesteuert, wenn der Ladezustand des jeweils mit den Phasen verbundenen Energiespeichers unter einem vorgebbaren Schwellenwert ist.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sich die Energiespeicher in ihrer Ausbildung unterscheiden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass jeweils Energiespeicher wählbar sind, die für das Betreiben der ersten Phasen beziehungsweise der zweiten Phasen vorteilhaft geeignet sind. Insbesondere unterscheiden sich die ausgewählten Energiespeicher bezüglich ihrer Energiespeicherkapazität, bezüglich der elektrischen Leistung, die durch die Energiespeicher bereitgestellt werden kann, und/oder bezüglich der Spannung, die durch die Energiespeicher bereitgestellt werden kann.
  • Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der erste Energiespeicher, also der Energiespeicher, der elektrisch leitend mit den ersten Phasen verbunden ist, als Hochenergie-Energiespeicher, und der zweite Energiespeicher, also der Energiespeicher, der elektrisch leitend mit den zweiten Phasen verbunden ist, als Hochleistungs-Energiespeicher ausgebildet ist. Dadurch kann der Gesamtwirkungsgrad der Antriebsanordnung weiter verbessert werden. Unter einem Hochenergie-Energiespeicher ist hierbei ein Energiespeicher zu verstehen, der eine größere Energiespeicherkapazität als der Hochleistungs-Energiespeicher aufweist. Unter einem Hochleistungs-Energiespeicher ist insbesondere ein Energiespeicher zu verstehen, durch den zumindest in einem vorgebbaren Zeitraum ein größerer elektrischer Strom als durch den Hochenergie-Energiespeicher bereitgestellt werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Antriebsanordnung ist vorgesehen, dass die Energiespeicher in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dadurch wird Bauraum eingespart, weil die Anzahl an Bauteilen reduziert wird. Beispielsweise ist dabei vorgesehen, dass beiden Energiespeichern nur eine gemeinsame Kühlung zugeordnet ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 zum Betreiben einer elektrischen Maschine, die einen Rotor, der drehfest auf einer Antriebswelle angeordnet ist, eine Schalteinrichtung mit einer ersten Steuerschaltung und einer zweiten Steuerschaltung, und eine Statorwicklung mit zumindest drei ersten Phasen und zumindest drei weiteren Phasen aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die ersten Phasen um Antreiben des Rotors mittels einer Sternschaltung durch die erste Steuerschaltung angesteuert werden, und dass die zweiten Phasen zum Ansteuern des Rotors mittels einer Mehreckschaltung, insbesondere einer Dreieckschaltung, durch die zweite Steuerschaltung angesteuert werden. Es ergeben sich dabei die bereits genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen:
    • 1 eine vorteilhafte elektrische Maschine in einer schematischen Darstellung,
    • 2 eine Übersicht über Drehmomente, die durch Phasen einer Statorwicklung der elektrischen Maschine erzeugt werden können.
  • 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine elektrische Maschine 1, die Bestandteil einer Antriebsanordnung 2 ist. Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 3 auf, der drehfest auf einer Antriebswelle 4 angeordnet ist. Zum Antreiben des Rotors 3 weist die elektrische Maschine 1 eine Statorwicklung 5 mit vorliegend sechs Phasen auf. Zur Verdeutlichung der Verschaltung der Phasen sind diese in 1 nebeneinander dargestellt. Jedoch ist vorgesehen, dass die Phasen kreisförmig um den Rotor 3 verteilt angeordnet sind, sodass der Rotor 3 durch die Phasen angetrieben werden kann. Zum Ansteuern der Phasen weist die elektrische Maschine 1 eine Schalteinrichtung 6 auf. Vorliegend weist die Schalteinrichtung 6 eine erste Steuerschaltung 8 mit einer Sternschaltung 9 auf, die mit drei ersten Phasen U, V und W der Statorwicklung 5 verbunden ist. Außerdem weist die Schalteinrichtung 6 eine zweite Steuerschaltung 10 mit einer Dreieckschaltung 12 auf, die mit drei zweiten Phasen U', V' und W' der Statorwicklung 5 verbunden ist.
  • Alternativ zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind andere Statorwicklungen vorgesehen, die eine größere Anzahl an Phasen aufweisen, wobei zumindest drei erste der Phasen mittels einer Sternschaltung verschaltet sind und zumindest drei zweite der Phasen mittels einer Mehreckschaltung verschaltet sind. Dabei entspricht die Anzahl der Ecken der Mehreckschaltung der Anzahl der mittels der Mehreckschaltung verschalteten zweiten Phasen.
  • Zur Ansteuerung der in 1 dargestellten Phasen U, V, W, U', V' und W' weist die erste Steuerschaltung 8 drei Halbbrücken 13 und die zweite Steuerschaltung 10 drei Halbbrücken 14 auf. Jede der Halbbrücken 13 und 14 weist jeweils zwei Halbleiterschalter 15 auf. Die Halbleiterschalter 15 sind vorliegend als IGBTs ausgebildet. Alternativ dazu sind die Halbleiterschalter 15 als Feldeffekttransistoren, insbesondere MOSFETs, ausgebildet.
  • Weiterhin weist die elektrische Maschine 1 ein Steuergerät 18 auf, das dazu ausgebildet ist, die Halbleiterschalter 15 derart anzusteuern, dass wahlweise entweder sowohl die ersten Phasen U, V und W als auch die zweiten Phasen U', V' und W', oder nur die ersten Phasen U, V und W beziehungsweise nur die zweiten Phasen U', V' und W' betrieben werden. Hierzu weist die Schalteinrichtung 6 zwei Treiberstufen 19 und 20 auf, die mit dem Steuergerät 18 einerseits und mit den Halbleiterschaltern 15 andererseits verbunden sind. Vorliegend ist die Treiberstufe 19 mit Steueranschlüssen der Halbleiterschalter 15 der Halbbrücken 14 der zweiten Steuerschaltung 10 und die Treiberstufe 20 mit Steueranschlüssen der Halbleiterschalter 15 der Halbbrücken 13 der ersten Steuerschaltung 8 verbunden.
  • Die in 1 dargestellte Antriebsanordnung 2 weist zwei Energiespeicher 16 und 17 auf, wobei der erste Energiespeicher 16 elektrisch leitend mit den Halbbrücken 13 der ersten Steuerschaltung 8 verbunden ist, und der zweite Energiespeicher 17 elektrisch leitend mit den Halbbrücken 14 der zweiten Steuerschaltung 10 verbunden ist. Somit stellt der erste Energiespeicher 16 elektrische Energie zum Betreiben der ersten Phasen U, V und W und der zweite Energiespeicher 17 elektrische Energie zum Betreiben der zweiten Phasen U', V' und W' bereit. Vorliegend sind die ersten Phasen U, V und W und die zweiten Phasen U', V' und W' auch generatorisch betreibbar. Demnach kann durch die ersten Phasen U, V und W erzeugte elektrische Energie durch den ersten Energiespeicher 16 und durch die zweiten Phasen U', V' und W' erzeugte elektrische Energie durch den zweiten Energiespeicher 17 gespeichert werden.
  • Durch die Verschaltung der ersten Phasen U, V und W mittels der Sternschaltung 9 und die Verschaltung der zweiten Phasen U', V' und W' mittels der Dreieckschaltung 12 ergeben sich zwei Teilsysteme der elektrischen Maschine 1, die jeweils eine gleiche Leistung beziehungsweise einen gleichen Betriebspunkt durch unterschiedliche an den jeweiligen Phasen U, V und W beziehungsweise U', V' und W' angelegte Betriebsspannungen realisieren können. Die mittels der Dreieckschaltung 12 verschalteten zweiten Phasen U', V' und W' erzeugen bei gleicher angelegter Betriebsspannung eine höhere Leistung als die mittels der Sternschaltung 9 verschalteten ersten Phasen U, V und W. Dies wird ausgenutzt, um gezielt die Phasen U, V und W und/oder U', V' und W' zum Antreiben des Rotors 3 anzusteuern, die einen angeforderten Betriebszustand mit dem höheren Wirkungsgrad gewährleisten können. Um einen möglichst vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine 1, beziehungsweise der ersten Phasen U, V und W und/oder der zweiten Phasen U', V' und W' zu gewährleisten, ist vorliegend der erste Energiespeicher 16 als Hochenergie-Energiespeicher und der zweite Energiespeicher 17 als Hochleistung-Energiespeicher ausgebildet.
  • Mit Bezug auf 2 sollen im Folgenden vorteilhafte Betriebszustände der elektrischen Maschine 1 erläutert werden. Hierzu zeigt 2 eine Auftragung des durch die elektrische Maschine 1 erzeugten Drehmoments M [NM] (NM = Newtonmeter) über der Drehzahl n [RPM] (RPM = rounds per minute = Umdrehungen pro Minute) des Rotors 3. Dabei zeigt die Kennlinie T1 das durch die ersten Phasen U, V und W erzeugte Drehmoment M1. Die Kennlinie T2 zeigt das durch die zweiten Phasen U', V' und W' erzeugte Drehmoment M2. Wie aus 2 ersichtlich ist, wird durch die zweiten Phasen U', V' und W' in einem niedrigen Drehzahlbereich Δn1 ein geringeres Drehmoment erzeugt als durch die ersten Phasen U, V und W. Um den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine zu erhöhen, werden bei dem geringen angeforderten Drehmoment, beispielsweise beim Anlaufen der elektrischen Maschine 1, beziehungsweise in niedrigen Drehzahlbereichen, die mittels der Dreieckschaltung 12 verschalteten zweiten Phasen U', V' und W' zum Antreiben des Rotors 3 angesteuert. Wenn die Drehmomentanforderung höher ist, als dass sie durch die zweiten Phasen U', V' und W' gewährleistet werden könnte, werden die ersten Phasen U, V und W, also die mittels der Sternschaltung 9 verschalteten Phasen, zum Antreiben des Rotors 3 angesteuert. Bei Anforderung eines maximal erzeugbaren Drehmoments werden sowohl die ersten Phasen U, V und W als auch die zweiten Phasen U', V' und W' zum Antreiben des Rotors 3 angesteuert. Dabei ist ein durch die ersten Phasen U, V und W und die zweiten Phasen U', V' und W' gemeinsam erzeugbares maximales Drehmoment M3 in 2 anhand der gestrichelten Kennlinie T3 dargestellt.
  • Dadurch, dass die ersten Phasen U, V und W und die zweiten Phasen U', V' und W' separat angesteuert und generatorisch betrieben werden können, ergeben sich weitere Betriebszustände der elektrischen Maschine 1. Beispielsweise werden entweder die ersten Phasen U, V und W oder die zweiten Phasen U', V' und W' motorisch betrieben, während die anderen der Phasen, also die dann nicht motorisch betriebenen Phasen, generatorisch betrieben werden. Dadurch kann, insbesondere in Betriebspunkten mit niedrigem Wirkungsgrad, elektrische Energie aus einem der Energiespeicher 16 oder 17 in den anderen der Energiespeicher 16 oder 17 überführt werden. Auch hierdurch wird der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine 1 erhöht.

Claims (1)

  1. Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (1), wobei die elektrische Maschine (1) einen Rotor (3), der drehfest auf einer Antriebswelle (4) angeordnet ist, und eine Statorwicklung (5) mit zumindest drei ersten Phasen (U, V, W) und zumindest drei zweiten Phasen (U', V', W') aufweist, wobei die Schalteinrichtung (6) eine erste Steuerschaltung (8) mit einer Sternschaltung (9) aufweist, die mit den ersten Phasen (U, V, W) verbunden/verbindbar ist, wobei die erste Steuerschaltung (8) dazu ausgebildet ist, die ersten Phasen (U, V, W) zum Antreiben des Rotors (3) anzusteuern. Es ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtung (6) eine zweite Steuerschaltung (10) mit einer Mehreckschaltung (12), insbesondere einer Dreieckschaltung (12), aufweist, die mit den zweiten Phasen (U', V', W') verbunden/verbindbar ist, wobei die zweite Steuerschaltung (10) dazu ausgebildet ist, die zweiten Phasen (U', V', W') zum Antreiben des Rotors (3) anzusteuern.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4304036A1 (de) * 2022-07-04 2024-01-10 Rolls-Royce plc Elektrisches energiesystem

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012203528A1 (de) * 2012-03-06 2013-09-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit elektrischer Maschine und Verfahren zum Betreiben dieser
DE102014224432A1 (de) * 2014-11-28 2016-06-02 Continental Teves Ag & Co. Ohg Permanenterregte Synchronmaschine und Kraftfahrzeugsystem
DE102016204843B3 (de) * 2016-03-23 2017-05-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug
DE102016015314A1 (de) * 2016-12-22 2017-07-20 Daimler Ag Elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug und Verfahren zu dessen Betrieb

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012203528A1 (de) * 2012-03-06 2013-09-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit elektrischer Maschine und Verfahren zum Betreiben dieser
DE102014224432A1 (de) * 2014-11-28 2016-06-02 Continental Teves Ag & Co. Ohg Permanenterregte Synchronmaschine und Kraftfahrzeugsystem
DE102016204843B3 (de) * 2016-03-23 2017-05-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug
DE102016015314A1 (de) * 2016-12-22 2017-07-20 Daimler Ag Elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug und Verfahren zu dessen Betrieb

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4304036A1 (de) * 2022-07-04 2024-01-10 Rolls-Royce plc Elektrisches energiesystem

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