DE102019212055A1 - Electric drive system with a separately excited synchronous machine - Google Patents
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Abstract
Elektrisches Antriebssystem umfassend eine fremderregte Synchronmaschine, wobei die fremderregte Synchronmaschine einen Stator und einen dem Stator zugeordneten Rotor (1) aufweist, wobei der Stator zumindest drei Phasenwicklungen und der Rotor (1) zumindest zwei Rotorpole (2, 3) mit jeweils einem ersten Polende (4) und einem zweiten Polende (5) aufweist und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass während dem Betrieb der fremderregten Synchronmaschine die Rotorpole (2, 3) getrennt voneinander mit Gleich- oder Wechselstrom gespeist werden und die Stromrichtung dabei variabel einstellbar ist.An electrical drive system comprising a separately excited synchronous machine, the separately excited synchronous machine having a stator and a rotor (1) assigned to the stator, the stator at least three phase windings and the rotor (1) at least two rotor poles (2, 3) each with a first pole end ( 4) and a second pole end (5) and a control unit, the control unit being designed in such a way that the rotor poles (2, 3) are fed separately from one another with direct or alternating current during operation of the separately excited synchronous machine and the current direction can be variably adjusted is.
Description
Gebiet der ErfindungField of the Invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem umfassend eine fremderregte Synchronmaschine, wobei die fremderregte Synchronmaschine einen Stator und einen dem Stator zugeordneten Rotor aufweist, wobei der Stator zumindest drei Phasenwicklungen und der Rotor zumindest zwei Rotorpole mit jeweils einem ersten Polende und einem zweiten Polende aufweist und eine Steuereinheit.The present invention relates to an electric drive system comprising an externally excited synchronous machine, the externally excited synchronous machine having a stator and a rotor assigned to the stator, the stator having at least three phase windings and the rotor having at least two rotor poles each having a first pole end and a second pole end and one Control unit.
Stand der TechnikState of the art
Elektrische Synchronmaschinen können als rotierende elektrische Maschinen sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden. Entsprechende Synchronantriebe können vielfältig in unterschiedlichsten technischen Bereichen, so auch der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt werden. Eine solche Synchronmaschine weist grundsätzlich einen Stator mit Statorwicklungen, sogenannte Phasenwicklungen, auf, die im Bereich des Rotors ein magnetisches Drehfeld erzeugen. Eine entsprechende Ansteuerung der Phasenwicklungen bewirkt, dass das magnetische Feld rotiert. Ein im Drehfeld befindlicher Rotor mit magnetischen Polen, die entweder als Permanentmagnete (permanentmagneterregte Synchronmaschine) und/oder als elektrisch erregte Magnete (fremderregte Synchronmaschine) ausgebildet sein können, dreht sich synchron mit der Drehzahl des durch den Stator erzeugten Drehfeldes.Synchronous electrical machines can be operated as rotating electrical machines both as a motor and as a generator. Corresponding synchronous drives can be used in a wide variety of different technical areas, including automotive engineering. Such a synchronous machine basically has a stator with stator windings, so-called phase windings, which generate a rotating magnetic field in the region of the rotor. Appropriate control of the phase windings causes the magnetic field to rotate. A rotor in the rotating field with magnetic poles, which can be designed either as permanent magnets (permanent magnet-excited synchronous machine) and / or as electrically excited magnets (externally excited synchronous machine), rotates synchronously with the speed of the rotating field generated by the stator.
Bei zumindest teilweisem Antrieb eines Kraftfahrzeugs mittels einer motorisch betriebenen elektrischen Maschine, beispielsweise einer Synchronmaschine, besteht allgemein die Notwendigkeit zur Anpassung der Betriebsparameter des Elektromotors an die Fahrsituation. Bei niedrigen Geschwindigkeiten soll ein hohes Drehmoment bereitstehen, um so beispielsweise an starken Steigungen und Anfahrten beschleunigen zu können. Gleichzeitig soll das Kraftfahrzeug eine möglichst hohe Endgeschwindigkeit erreichen können. Diese Anforderungen, nämlich ein hohes Drehmoment und eine hohe Endgeschwindigkeit, sind gegensätzlich, denn um eine möglichst hohe Endgeschwindigkeit zu erreichen muss der Elektromotor eine möglichst geringe elektromagnetische Gegenkraft erzeugen und um ein hohes Drehmoment zu erzeugen muss der Elektromotor eine möglichst hohe elektromagnetische Gegenkraft erzeugen.With at least partial drive of a motor vehicle by means of a motor-driven electrical machine, for example a synchronous machine, there is generally a need to adapt the operating parameters of the electric motor to the driving situation. At low speeds, a high torque should be available so that it can accelerate on steep inclines and approaches, for example. At the same time, the motor vehicle should be able to achieve the highest possible top speed. These requirements, namely a high torque and a high top speed, are opposed, because in order to achieve the highest possible top speed, the electric motor must generate the lowest possible electromagnetic counterforce and in order to generate high torque, the electric motor must generate the highest possible electromagnetic counterforce.
Um diesem Konflikt entgegenzustehen kann beispielsweise ein mechanisches Getriebe verwendet werden. Dieses verursacht jedoch neben dem zusätzlich benötigten Bauraum, zusätzliche Kosten sowie ein erhöhtes Gewicht.To counteract this conflict, for example, a mechanical gear can be used. However, in addition to the additional space required, this causes additional costs and an increased weight.
Bei permanenterregten elektrischen Maschinen sind die magnetischen Pole des Rotors durch die Magnete vorgegeben und können nur durch aufwendige Magnetisierungsströme geändert werden.In the case of permanently excited electrical machines, the magnetic poles of the rotor are predetermined by the magnets and can only be changed by complex magnetizing currents.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist eine Aufgabe der Erfindung den Stand der Technik, insbesondere im Hinblick auf elektrische Synchronmaschinen, zu verbessern.It is an object of the invention to improve the prior art, in particular with regard to electrical synchronous machines.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein elektrisches Antriebssystem umfassend eine fremderregte Synchronmaschine, wobei die fremderregte Synchronmaschine einen Stator und einen dem Stator zugeordneten Rotor aufweist, wobei der Stator zumindest drei Phasenwicklungen und der Rotor zumindest zwei Rotorpole mit jeweils einem ersten Polende und einem zweiten Polende aufweist und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass während dem Betrieb der fremderregten Synchronmaschine die Rotorpole getrennt voneinander mit Gleichstrom gespeist werden und die Stromrichtung dabei variabel einstellbar ist.The object is achieved by an electric drive system comprising an externally excited synchronous machine, the externally excited synchronous machine having a stator and a rotor assigned to the stator, the stator having at least three phase windings and the rotor having at least two rotor poles, each with a first pole end and a second pole end and a control unit, the control unit being designed such that during operation of the externally excited synchronous machine, the rotor poles are fed separately from one another with direct current and the current direction can be variably adjusted.
Erfindungsgemäß umfasst das elektrische Antriebssystem eine fremderregte Synchronmaschine und eine Steuereinheit.According to the invention, the electric drive system comprises an externally excited synchronous machine and a control unit.
Unter der Begrifflichkeit „fremderregte Synchronmaschine“ ist zum einen eine Synchronmaschine zu verstehen, deren Rotorpole als elektrisch erregte Magnete ausgebildet sind und zum anderen hybride Versionen, deren Rotorpole aus Permanentmagneten und elektrisch erregten Magneten ausgebildet sind.The term “externally excited synchronous machine” is to be understood on the one hand as a synchronous machine whose rotor poles are designed as electrically excited magnets and on the other hand as hybrid versions whose rotor poles are formed from permanent magnets and electrically excited magnets.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist die fremderregte Synchronmaschine einen Stator und einem dem Stator zugeordneten Rotor auf.According to the present invention, the externally excited synchronous machine has a stator and a rotor assigned to the stator.
Erfindungsgemäß weist der Stator zumindest drei Phasenwicklungen auf und der Rotor zumindest zwei Rotorpole mit jeweils einem ersten Polende und einem zweiten Polende auf.According to the invention, the stator has at least three phase windings and the rotor has at least two rotor poles, each with a first pole end and a second pole end.
Die Steuereinheit ist entsprechend der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet, dass während dem Betrieb der fremderregten Synchronmaschine die Rotorpole getrennt voneinander mit Gleich- oder Wechselstrom gespeist werden und die Stromrichtung dabei variabel einstellbar ist.The control unit is designed in accordance with the present invention in such a way that during operation of the externally excited synchronous machine, the rotor poles are fed separately from one another with direct or alternating current and the current direction can be variably adjusted.
Werden die Rotorpole mit Wechselstrom beaufschlagt so kann dieser beispielsweise über einen Gleichrichter gleichgerichtet werden.If alternating current is applied to the rotor poles, this can be rectified, for example, by means of a rectifier.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des elektrischen Antriebssystems wird durch zwei getrennte Rotorwicklungen und deren Ansteuerung eine besonders kosten- und bauraumeffiziente polumschaltbare fremderregte Synchronmaschine ausgebildet.Due to the construction of the electric drive system according to the invention, two separate rotor windings and their control a particularly cost-effective and space-efficient pole-changing, externally excited synchronous machine.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.
Besonders bevorzugt umfasst die Steuereinheit eine Halbleiterbrückenschaltung, die der Anzahl an Rotorpolen vermehrt um mindestens eins entsprechend viele Halbbrücken aufweist, wobei die ersten Polenden der Rotorpole jeweils steuerwirksam mit jeweils einem Halbbrücken der Steuereinheit verbunden sind und sämtliche zweiten Polenden der Rotorpole in Sternschaltung mit einer gemeinsamen Halbbrücke steuerwirksam verbunden sind.The control unit particularly preferably comprises a semiconductor bridge circuit which has a number of half bridges corresponding to the number of rotor poles increased by at least one, the first pole ends of the rotor poles in each case being connected with a half bridge of the control unit for control purposes, and all second pole ends of the rotor poles in star connection with a common half bridge are tax-effective.
Bevorzugt sind sowohl die Ströme wie auch die Stromrichtung in den Rotorpolen über die Pulsweite der drei Halbbrücken getrennt voneinander regelbar.Both the currents and the current direction in the rotor poles can preferably be regulated separately from one another via the pulse width of the three half bridges.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung weist das elektrische Antriebsystem einen Kühlkreislauf auf, wobei der Kühlkreislauf derart ausgeführt ist, dass primär, d.h. zuerst, die Sternschaltung am gemeinsamen Halbbrückenzweig gekühlt wird.In a preferred embodiment variant of the present invention, the electric drive system has a cooling circuit, the cooling circuit being designed such that primarily, i.e. First, the star connection on the common half-bridge branch is cooled.
FigurenlisteFigure list
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- Fig. zeigt schematisch einen Rotor einer fremderregten Synchronmaschine sowie eine Halbleiterbrückenschaltung einer Steuereinheit.
- Fig. Shows schematically a rotor of an externally excited synchronous machine and a semiconductor bridge circuit of a control unit.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Das elektrische Antriebssystem weist eine fremderregte Synchronmaschine und eine Steuereinheit auf.The electric drive system has an externally excited synchronous machine and a control unit.
Die fremderregte Synchronmaschine umfasst einen Stator und einen dem Stator zugeordneten Rotor
In dem in Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Rotor
Die Steuereinheit weist eine Ansteuerelektronik und eine Halbleiterbrückenschaltung
Die drei Halbbrücken
Parallel zu den Halbbrücken
Die ersten Polenden
Während dem Betrieb der fremderregten Synchronmaschine können die beiden Rotorpole
Durch eine Veränderung der Bestromungsrichtung (positiv oder negativ) eines der beiden Rotorpole
Für das in Fig. dargestellte Ausführungsbeispiel verändert eine Umschaltung von zwei Polpaaren auf ein Polpaar während dem Betrieb der Synchronmaschine somit das Drehzahl-/Drehmoment-Verhalten der Synchronmaschine. So kann beispielsweise in Betriebssituationen mit geringer Drehzahlanforderung, jedoch hoher Drehmomentanforderung auf Polpaarzahl zwei geschaltet werden - derart wird ein hohes Drehmoment beispielsweise zum Anfahren eines Kraftfahrzeugs erreicht. In Betriebssituationen mit geringer Drehmomentanforderung, jedoch hoher Drehzahlanforderung kann auf Polpaarzahl eins umgeschaltet werden - derart wird eine hohe Drehzahl erreicht.For the exemplary embodiment shown in FIG. 1, switching from two pole pairs to one pole pair during the operation of the synchronous machine thus changes the speed / torque behavior of the synchronous machine. For example, in operating situations with a low speed requirement but a high torque requirement, the number of poles can be switched to two - in this way a high torque is achieved, for example, for starting a motor vehicle. In operating situations with low torque requirements but high speed requirements, the number of pole pairs can be switched to one - this way a high speed is achieved.
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- Rotorrotor
- 22nd
- Erster RotorpolFirst rotor pole
- 33rd
- Zweiter RotorpolSecond rotor pole
- 44th
- Erstes PolendeFirst pole end
- 55
- Zweites PolendeSecond pole end
- 66
- HalbleiterbrückenschaltungSemiconductor bridge circuit
- 77
- Erste HalbbrückeFirst half bridge
- 88th
- Zweite HalbbrückeSecond half bridge
- 99
- Dritte HalbbrückeThird half bridge
- 1010th
- SternschaltungStar connection
- 1111
- Erstes HalbleiterelementFirst semiconductor element
- 1212th
- Zweites HalbleiterelementSecond semiconductor element
- 1313
- MittelabgriffCenter tap
Claims (4)
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DE102019212055.5A DE102019212055A1 (en) | 2019-08-12 | 2019-08-12 | Electric drive system with a separately excited synchronous machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019212055.5A DE102019212055A1 (en) | 2019-08-12 | 2019-08-12 | Electric drive system with a separately excited synchronous machine |
Publications (1)
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ID=71615492
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DE102019212055.5A Ceased DE102019212055A1 (en) | 2019-08-12 | 2019-08-12 | Electric drive system with a separately excited synchronous machine |
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Citations (4)
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-
2019
- 2019-08-12 DE DE102019212055.5A patent/DE102019212055A1/en not_active Ceased
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