DE102020106758A1

DE102020106758A1 - Electric machine

Info

Publication number: DE102020106758A1
Application number: DE102020106758.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hubert; Robert Nelles
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-10-14

Abstract

Eine Elektromaschine hat eine Statoranordnung, eine Rotoranordnung, eine Steueranordnung und eine Wechselrichteranordnung, welche Rotoranordnung einen Rotor aufweist, welche Statoranordnung eine erste Wicklungsanordnung mit ersten Wicklungsanordnungsanschlüssen und eine zweite Wicklungsanordnung mit zweiten Wicklungsanordnungsanschlüssen aufweist, welche Wechselrichteranordnung einen ersten Wechselrichter und einen zweiten Wechselrichter aufweist, welcher erste Wechselrichter mit der ersten Wicklungsanordnung verschaltet ist, welcher zweite Wechselrichter mit der zweiten Wicklungsanordnung verschaltet ist, welche Steueranordnung eine Steuervorrichtung aufweist, welche Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, den ersten Wechselrichter mit einem ersten getakteten Signal anzusteuern und den zweiten Wechselrichter mit einem zweiten getakteten Signal anzusteuern, welches erste getaktete Signal in Abhängigkeit von einem ersten Trägersignal getaktet ist, welches zweite getaktete Signal in Abhängigkeit von einem zweiten Trägersignal getaktet ist, welches erste Trägersignal und welches zweite Trägersignal die gleiche Taktfrequenz haben, und welches erste Trägersignal eine vorgegebene erste Phasenverschiebung zum zweiten Trägersignal aufweist, welche vorgegebene erste Phasenverschiebung dazu vorgesehen ist, die durch die Taktung auftretenden Oberschwingungen zumindest bereichsweise zu reduzieren.

An electric machine has a stator arrangement, a rotor arrangement, a control arrangement and an inverter arrangement, which rotor arrangement has a rotor, which stator arrangement has a first winding arrangement with first winding arrangement connections and a second winding arrangement with second winding arrangement connections, which inverter arrangement has a first inverter and a second inverter which The first inverter is connected to the first winding arrangement, which second inverter is connected to the second winding arrangement, which control arrangement has a control device, which control device is designed to control the first inverter with a first clocked signal and to control the second inverter with a second clocked signal , which first clocked signal is clocked as a function of a first carrier signal, which second clocked signal is dependent on ngigkeit is clocked by a second carrier signal, which first carrier signal and which second carrier signal have the same clock frequency, and which first carrier signal has a predefined first phase shift to the second carrier signal, which predefined first phase shift is provided to at least partially compensate the harmonics occurring due to the clocking to reduce.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromaschine.The invention relates to an electric machine.

Die US 2010/072928 A1 zeigt ein System und ein Verfahren für eine Ansteuerung einer Endstufe mit zwei dreiphasigen Wicklungen durch ein Wechselrichtermodul, welches Wechselrichtermodul in einem ersten Phasenabschnitt mit der ersten Wicklung und in einem zweiten Phasenabschnitt mit der zweiten Motorwicklung gekoppelt ist.the US 2010/072928 A1 shows a system and a method for controlling an output stage with two three-phase windings by an inverter module, which inverter module is coupled in a first phase section to the first winding and in a second phase section to the second motor winding.

Die US 2018/205340 A1 zeigt ein Fahrzeug mit einer Elektromaschine, welche Wicklungen mit einer Phasenverschiebung und eine jeweils zugeordnete Endstufe aufweisen. Die PWM-Signale der Endstufe haben eine fundamentale Wellenform mit einer Phasenverschiebung.the US 2018/205340 A1 shows a vehicle with an electric machine, which have windings with a phase shift and a respective assigned output stage. The PWM signals from the output stage have a fundamental waveform with a phase shift.

Die US 2018/0358915 A1 zeigt eine Motoranordnung mit zwei Mehrphasenwicklungen, bei welcher ein Stromwert einer Phase in Abhängigkeit von einer Strommessung in einer ersten Phase einer ersten Wicklungsgruppe und von einer Strommessung in einer zweiten Phase einer zweiten Wicklungsgruppe berechnet wird.the US 2018/0358915 A1 shows a motor arrangement with two polyphase windings, in which a current value of a phase is calculated as a function of a current measurement in a first phase of a first winding group and of a current measurement in a second phase of a second winding group.

Die DE 10 2016 211 508 A1 zeigt ein Verfahren zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, welche eine erste Spuleneinheit und eine galvanisch getrennte zweite Spuleneinheit aufweist. Es werden ein Spannungssignal, ein erstes Trägersignal und ein zweites Trägersignal eingelesen, wobei die Trägersignale zueinander phasenverschoben sind, und in Abhängigkeit von den Signalen werden zwei Pulsweitenmodulationssignale erzeugt.the DE 10 2016 211 508 A1 shows a method for controlling an electrical machine which has a first coil unit and a galvanically separated second coil unit. A voltage signal, a first carrier signal and a second carrier signal are read in, the carrier signals being phase-shifted with respect to one another, and two pulse width modulation signals are generated as a function of the signals.

Die US 2017/144567 A1 zeigt eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Wechselstrommotoren. Die Endstufen werden mit PWM-Signalen angesteuert, welche mit Trägerwellen mit Phasendifferenzen arbeiten.the US 2017/144567 A1 shows an arrangement with a plurality of AC motors. The output stages are controlled with PWM signals, which work with carrier waves with phase differences.

Die US 5,142,468 A zeigt zwei pulsbreitenmodulierte Endstufenschaltungen, die beispielsweise in einem Panzerfahrzeug zwei Lasten antreiben können.the U.S. 5,142,468 A shows two pulse-width-modulated output stage circuits that can drive two loads in an armored vehicle, for example.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Elektromaschine bereitzustellen.It is an object of the invention to provide a new electric machine.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1.This object is achieved by the subject matter of claim 1.

Eine Elektromaschine hat eine Statoranordnung, eine Rotoranordnung, eine Steueranordnung und eine Wechselrichteranordnung, welche Rotoranordnung einen Rotor aufweist, welche Statoranordnung eine erste Wicklungsanordnung mit ersten Wicklungsanordnungsanschlüssen und eine zweite Wicklungsanordnung mit zweiten Wicklungsanordnungsanschlüssen aufweist, welche Wechselrichteranordnung einen ersten Wechselrichter und einen zweiten Wechselrichter aufweist, welcher erste Wechselrichter mit der ersten Wicklungsanordnung verschaltet ist, welcher zweite Wechselrichter mit der zweiten Wicklungsanordnung verschaltet ist, welche Steueranordnung eine Steuervorrichtung aufweist, welche Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, den ersten Wechselrichter mit einem ersten getakteten Signal anzusteuern und den zweiten Wechselrichter mit einem zweiten getakteten Signal anzusteuern, welches erste getaktete Signal in Abhängigkeit von einem ersten Trägersignal getaktet ist, welches zweite getaktete Signal in Abhängigkeit von einem zweiten Trägersignal getaktet ist, welches erste Trägersignal und welches zweite Trägersignal die gleiche Taktfrequenz haben, und welches erste Trägersignal eine vorgegebene erste Phasenverschiebung zum zweiten Trägersignal aufweist, welche vorgegebene erste Phasenverschiebung dazu vorgesehen ist, die Auswirkungen der durch die Taktung auftretenden Oberschwingungen zumindest bereichsweise zu reduzieren.An electric machine has a stator arrangement, a rotor arrangement, a control arrangement and an inverter arrangement, which rotor arrangement has a rotor, which stator arrangement has a first winding arrangement with first winding arrangement connections and a second winding arrangement with second winding arrangement connections, which inverter arrangement has a first inverter and a second inverter which The first inverter is connected to the first winding arrangement, which second inverter is connected to the second winding arrangement, which control arrangement has a control device, which control device is designed to control the first inverter with a first clocked signal and to control the second inverter with a second clocked signal , which first clocked signal is clocked as a function of a first carrier signal, which second clocked signal is dependent on ngigkeit is clocked by a second carrier signal, which first carrier signal and which second carrier signal have the same clock frequency, and which first carrier signal has a predetermined first phase shift to the second carrier signal, which predetermined first phase shift is provided to at least reduce the effects of the harmonics occurring due to the clocking to reduce area by area.

Das Vorsehen der ersten und zweiten Wicklungsanordnung mit dem zugeordneten ersten und zweiten Wechselrichter ermöglicht eine unabhängige Bestromung der Wicklungsanordnungen. Durch geeignete Wahl der Phasendifferenz zwischen den Trägersignalen kann die separate Bestromung der Wicklungsanordnungen derart ausgenutzt werden, dass sich die durch die beiden Wicklungsanordnungen erzeugten Oberschwingungen und damit auch die Oberschwingungen der magnetischen Flussdichte im Luftspalt zumindest teilweise in der Summe reduzieren oder komplett auslöschen. Insgesamt können mit der Elektromaschine die thermische Belastung reduziert und ggf. die Dauerleistung aufrechterhalten werden. Insbesondere kann im rotorkritischen System eine Leistungsreduzierung aufgrund steigender Rotortemperaturen verringert oder vermieden werden. Die durch die Taktung auftretenden Oberschwingungen können insbesondere Auswirkungen haben auf den Strom, die Spannung und den magnetischen Fluss.The provision of the first and second winding arrangements with the associated first and second inverters enables the winding arrangements to be energized independently. By suitable selection of the phase difference between the carrier signals, the separate energization of the winding arrangements can be used in such a way that the harmonics generated by the two winding arrangements and thus also the harmonics of the magnetic flux density in the air gap are at least partially reduced or completely eliminated. Overall, the electrical machine can reduce the thermal load and, if necessary, maintain the continuous output. In particular, in the rotor-critical system, a power reduction due to rising rotor temperatures can be reduced or avoided. The harmonics that occur as a result of the clocking can in particular have effects on the current, the voltage and the magnetic flux.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Statoranordnung eine dritte Wicklungsanordnung mit dritten Wicklungsanordnungsanschlüssen auf, die Wechselrichteranordnung weist einen dritten Wechselrichter auf, und der dritte Wechselrichter ist mit der dritten Wicklungsanordnung verschaltet.According to a preferred embodiment, the stator arrangement has a third winding arrangement with third winding arrangement connections, the inverter arrangement has a third inverter, and the third inverter is connected to the third winding arrangement.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder ersten Wicklung der ersten Wicklungsanordnung eine parallel verschaltete zweite Wicklung der zweiten Wicklungsanordnung zugeordnet, und die erste Phasenverschiebung der Trägersignale zueinander ist ausgewählt aus einer Phasenverschiebungsgruppe bestehend aus:

• 180°,
• 120°,
• 90°,
• 60°,
• 45°,
• 0°.

According to a preferred embodiment, each first winding of the first winding arrangement is assigned a second winding of the second winding arrangement connected in parallel, and the first phase shift of the carrier signals to each other is selected from a phase shift group consisting of:

• 180 °,
• 120 °,
• 90 °,
• 60 °,
• 45 °,
• 0 °.

Die parallele Verschaltung bedeutet, dass eine Bestromung in die gleiche Richtung über den jeweils zugeordneten Wechselrichter einen magnetischen Fluss in die gleiche Richtung erzeugt. Dadurch, dass sich die einzelnen Wicklungen bei einer gleichen Bestromung gleich verhalten, ist eine Phasendifferenz der Trägersignale ungleich Null erforderlich, um eine Verringerung der Oberschwingungen der magnetischen Flussdichte im Luftspalt zu erzielen. Durch die genannten Phasenverschiebungen ist es in Abhängigkeit von der Anzahl der Wicklungsanordnungen und von der Auswahl der zu reduzierenden Oberschwingung möglich, die Auswirkungen der zu reduzierende Oberschwingung zu verringern.The parallel connection means that an energization in the same direction via the respectively assigned inverter generates a magnetic flux in the same direction. Because the individual windings behave in the same way when the same current is applied, a phase difference between the carrier signals that is not equal to zero is required in order to reduce the harmonics of the magnetic flux density in the air gap. As a result of the phase shifts mentioned, it is possible, depending on the number of winding arrangements and the selection of the harmonic to be reduced, to reduce the effects of the harmonic to be reduced.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder ersten Wicklung der ersten Wicklungsanordnung eine antiparallel verschaltete zweite Wicklung der zweiten Wicklungsanordnung zugeordnet, und die erste Phasenverschiebung ist ausgewählt aus einer Phasenverschiebungsgruppe bestehend aus:

• 0°,
• 45°
• 60 °,
• 90°,
• 120°,
• 180°.

According to a preferred embodiment, each first winding of the first winding arrangement is assigned an anti-parallel connected second winding of the second winding arrangement, and the first phase shift is selected from a phase shift group consisting of:

• 0 °,
• 45 °
• 60 °,
• 90 °,
• 120 °,
• 180 °.

Durch die antiparallele Anordnung können bei den angegebenen Phasenverschiebungen bevorzugt Reduzierungen der Oberschwingungen in der magnetischen Flussdichte im Luftspalt erzielt werden.Due to the anti-parallel arrangement, with the specified phase shifts, preferably reductions in the harmonics in the magnetic flux density in the air gap can be achieved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Taktfrequenz abhängig von mindestens einem Kriterium vorgegeben aus der Kriteriengruppe bestehend aus:

- Betriebspunkt der Elektromaschine,
- Temperatur in der Elektromaschine,
- Ladezustandswert einer zur Stromversorgung der Elektromaschine verwendeten Batterie, und
- Optimierungsverfahren zur Verringerung der Verluste und/oder Geräusche durch Oberschwingungen beim Betrieb der Wechselrichteranordnung.

According to a preferred embodiment, the clock frequency is specified as a function of at least one criterion from the criteria group consisting of:

- operating point of the electric machine,
- temperature in the electric machine,
- State of charge value of a battery used to supply power to the electric machine, and
- Optimization method to reduce the losses and / or noise due to harmonics when operating the inverter arrangement.

Diese Kriterien führen zu einer verbesserten Eigenschaft der Elektromaschine.These criteria lead to improved properties of the electric machine.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Elektromaschine eine Messanordnung zur Messung eines die Oberschwingungen charakterisierenden Messwerts (z.B. Oberschwingungsstrom, Oberschwingungsverluste, oberschwingungsbedingte Geräusche) auf, und die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, den Messwert durch Anpassung der ersten Phasenverschiebung in Richtung zu einem Minimum zu verändern. Eine solche Regelung führt zu einer Reduzierung der Auswirkungen der Oberschwingungen.According to a preferred embodiment, the electric machine has a measuring arrangement for measuring a measured value characterizing the harmonics (e.g. harmonic current, harmonic losses, noise caused by harmonics), and the control device is designed to change the measured value by adapting the first phase shift towards a minimum. Such a regulation leads to a reduction in the effects of the harmonics.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Steuervorrichtung dazu ausgebildet, die erste Phasenverschiebung variabel vorzugeben. Dies ermöglicht eine Anpassung der Phasenverschiebung an den aktuellen Zustand (Arbeitspunkt) der Elektromaschine.According to a preferred embodiment, the first control device is designed to variably predefine the first phase shift. This enables the phase shift to be adapted to the current state (operating point) of the electric machine.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Steuervorrichtung dazu ausgebildet, die erste Phasenverschiebung in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt der Elektromaschine vorzugeben. Der Arbeitspunkt der Elektromaschine umfasst beispielsweise die Last, die Drehzahl, die Spannung und die Stromstärke, und die Vorgabe der Phasenverschiebung in Abhängigkeit hiervon führt zu einer vorteilhaften Elektromaschine.According to a preferred embodiment, the first control device is designed to specify the first phase shift as a function of the operating point of the electric machine. The operating point of the electric machine includes, for example, the load, the speed, the voltage and the current intensity, and the specification of the phase shift as a function of this leads to an advantageous electric machine.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Steuervorrichtung dazu ausgebildet, die erste Phasenverschiebung in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter vorzugeben aus der Parametergruppe bestehend aus:

• Drehzahl und Drehmoment,
• Zwischenkreisspannung und Modulationsgrad, und
• Messung der Spannung und des Stroms der Oberschwingungen.

According to a preferred embodiment, the first control device is designed to specify the first phase shift as a function of at least one parameter from the parameter group consisting of:

• speed and torque,
• DC link voltage and degree of modulation, and
• Measurement of voltage and current of harmonics.

Diese Parameter beeinflussen die Auswirkungen der Oberschwingungen, z.B. die Auswirkungen auf die magnetische Flussdichte im Luftspalt, und daher führt deren Berücksichtigung zu einer Verbesserung des Verhaltens der Elektromaschine. Bevorzugt kann durch die Parameter der Betriebspunkt der Elektromaschine charakterisiert werden.These parameters influence the effects of the harmonics, e.g. the effects on the magnetic flux density in the air gap, and therefore taking them into account leads to an improvement in the behavior of the electric machine. The operating point of the electric machine can preferably be characterized by the parameters.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt

1 in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer Elektromaschine mit zwei Wicklungsanordnungen,
2 in einer schematischen Darstellung eine Wechselrichteranordnung und eine Statoranordnung,
3 ein Diagramm mit Phasenströmen für die Statoranordnung von 2,
4 ein Stromzeigerdiagramm mit den Phasenbeziehungen der Phasenströme von 3,
5 in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsform der Wechselrichteranordnung und Statoranordnung,
6 ein Diagramm mit Phasenströmen für die Statoranordnung von 5,
7 ein Stromzeigerdiagramm mit den Phasenbeziehungen der Phasenströme von 6,
8 in schematischer Darstellung ein Frequenzspektrum der in der Wechselrichteranordnung auftretenden Frequenzen und deren Phasenlage,
9 ein Diagramm mit der Phasenverschiebung der Seitenbänder in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung zwischen zwei Trägersignalen,
10 schematisch eine Erzeugung der Pulsmuster in Abhängigkeit von Trägersignalen,
11 ein schematisches Diagramm einer Leiterspannungserzeugung zwischen zwei Leitern einer Wicklungsanordnung von 1 und eines resultierenden Leiterstroms,
12 in einem Diagramm unterschiedliche auftretende Spannungen in Abhängigkeit vom Aussteuergrad, und
13 in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer Elektromaschine mit drei Wicklungsanordnungen.

Further details and advantageous developments of the invention emerge from those described below and in the drawings shown, in no way to be understood as a restriction of the invention as well as from the subclaims. It shows

1 a schematic representation of the structure of an electric machine with two winding arrangements,
2 a schematic representation of an inverter arrangement and a stator arrangement,
3 a diagram with phase currents for the stator arrangement of FIG 2 ,
4th a current vector diagram with the phase relationships of the phase currents of 3 ,
5 in a schematic representation a further embodiment of the inverter arrangement and stator arrangement,
6th a diagram with phase currents for the stator arrangement of FIG 5 ,
7th a current vector diagram with the phase relationships of the phase currents of 6th ,
8th a schematic representation of a frequency spectrum of the frequencies occurring in the inverter arrangement and their phase position,
9 a diagram with the phase shift of the sidebands as a function of the phase shift between two carrier signals,
10 schematically a generation of the pulse pattern as a function of carrier signals,
11 a schematic diagram of a conductor voltage generation between two conductors of a winding arrangement of FIG 1 and a resulting conductor current,
12th Different voltages occurring in a diagram depending on the degree of modulation, and
13th in a schematic representation the structure of an electric machine with three winding arrangements.

Im Folgenden sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.In the following, parts that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols and are usually only described once. The description builds on each other across all figures in order to avoid unnecessary repetitions.

1 zeigt den schematischen Aufbau einer Elektromaschine 10. Die Elektromaschine 10 hat eine Statoranordnung 60, eine Rotoranordnung 90, eine Steueranordnung 20 und eine Wechselrichteranordnung 30. Die Rotoranordnung 90 weist einen Rotor 91 auf, und bevorzugt ist eine - nicht dargestellte - Lageranordnung vorgesehen. 1 shows the schematic structure of an electric machine 10 . The electric machine 10 has a stator arrangement 60 , a rotor assembly 90 , a control arrangement 20th and an inverter assembly 30th . The rotor assembly 90 has a rotor 91 and preferably a bearing arrangement (not shown) is provided.

Die Statoranordnung 60 hat eine erste Wicklungsanordnung 61 mit ersten Wicklungsanordnungsanschlüssen 71, 72, 73 und eine zweite Wicklungsanordnung 62 mit zweiten Wicklungsanordnungsanschlüssen 81, 82, 83. Die erste Wicklungsanordnung 61 und die zweite Wicklungsanordnung 62 sind im Ausführungsbeispiel von 1 als Dreieckschaltung geschaltet. Alternativ ist bspw. eine Sternschaltung möglich, vgl. 2 und 5. Durch eine geeignete Bestromung der ersten Wicklungsanordnung 61 und der zweiten Wicklungsanordnung 62 kann ein gewünschtes Drehmoment 92 auf den Rotor 91 erzeugt werden.The stator assembly 60 has a first winding arrangement 61 with first winding arrangement terminals 71 , 72 , 73 and a second winding arrangement 62 with second winding arrangement terminals 81 , 82 , 83 . The first winding arrangement 61 and the second winding arrangement 62 are in the embodiment of 1 switched as a delta connection. Alternatively, for example, a star connection is possible, cf. 2 and 5 . By suitably energizing the first winding arrangement 61 and the second winding arrangement 62 can achieve a desired torque 92 on the rotor 91 be generated.

Die Wechselrichteranordnung 30 hat einen ersten Wechselrichter 31 und einen zweiten Wechselrichter 32. Zusätzlich ist bevorzugt eine erste Stromerfassungsvorrichtung 33 und eine zweite Stromerfassungsvorrichtung 34 vorgesehen. Der erste Wechselrichter 31 ist mit der ersten Wicklungsanordnung 61 verschaltet, und der zweite Wechselrichter 32 ist mit der zweiten Wicklungsanordnung 62 verschaltet. Im Ausführungsbeispiel ist der erste Wechselrichter 31 über drei Leitungen mit den ersten Wicklungsanordnungsanschlüssen 71, 72, 73 verschaltet, und der zweite Wechselrichter 32 ist über drei Leitungen mit den zweiten Wicklungsanordnungsanschlüssen 81, 82, 83 verschaltet.The inverter arrangement 30th has a first inverter 31 and a second inverter 32 . In addition, a first current detection device is preferred 33 and a second current sensing device 34 intended. The first inverter 31 is with the first winding arrangement 61 connected, and the second inverter 32 is with the second winding arrangement 62 interconnected. In the exemplary embodiment is the first inverter 31 via three wires to the first winding assembly terminals 71 , 72 , 73 connected, and the second inverter 32 is via three wires to the second winding assembly terminals 81 , 82 , 83 interconnected.

Die erste Stromerfassungsvorrichtung 33 ist dazu ausgebildet, ein erstes Stromsignal 11 zu erzeugen, welches erste Stromsignal 11 einen ersten Strom zwischen dem ersten Wechselrichter 31 und einem der ersten Wicklungsanordnungsanschlüsse 71, 72, 73 charakterisiert. Die zweite Stromerfassungsvorrichtung 34 ist dazu ausgebildet, ein zweites Stromsignal 12 zu erzeugen, welches zweite Stromsignal 12 einen zweiten Strom zwischen dem zweiten Wechselrichter 32 und einem der zweiten Wicklungsanordnungsanschlüsse 81, 82, 83 charakterisiert.The first current sensing device 33 is designed to provide a first current signal 11 to generate which first current signal 11 a first current between the first inverter 31 and one of the first winding assembly terminals 71 , 72 , 73 characterized. The second current sensing device 34 is designed to generate a second current signal 12th to generate which second current signal 12th a second current between the second inverter 32 and one of the second winding assembly terminals 81 , 82 , 83 characterized.

Die Wechselrichter 31, 32 können auf den halben Maximalstrom der Elektromaschine ausgelegt werden, da der Maximalstrom durch beide Wechselrichter gemeinsam 31, 32 erzeugt werden kann. Die Windungsanzahl pro Wicklungsanordnung 61, 62 kann dahingehend angepasst werden, dass die Durchflutung gegenüber einer Elektromaschine mit nur einer Wicklungsanordnung vom Grundsatz her unbeeinflusst bleibt.The inverters 31 , 32 can be designed for half the maximum current of the electric machine, since the maximum current is shared by both inverters 31 , 32 can be generated. The number of turns per winding arrangement 61 , 62 can be adapted in such a way that the flow rate remains unaffected in principle compared to an electric machine with only one winding arrangement.

Die Steueranordnung 20 weist eine Steuervorrichtung 23, einen ersten Stromregler 21 und einen zweiten Stromregler 22 auf.The tax arrangement 20th has a control device 23 , a first current regulator 21 and a second current regulator 22nd on.

Der erste Stromregler 21 ist dazu ausgebildet, durch Zuführung eines ersten Stellwertsignals SW1 an den ersten Wechselrichter 31 das erste Stromsignal 11 auf ein erstes Stromsollsignal I1S zu regeln. Das erste Stromsollsignal I1S ist abhängig von der Drehstellung phi des Rotors 91.The first current regulator 21 is designed by supplying a first control value signal SW1 to the first inverter 31 the first current signal 11 to a first current setpoint signal I1S to regulate. The first current setpoint signal I1S depends on the rotary position phi of the rotor 91 .

Der zweite Stromregler 22 ist dazu ausgebildet, durch Zuführung eines zweiten Stellwertsignals SW2 an den zweiten Wechselrichter 32 das zweite Stromsignal 12 auf ein zweites Stromsollsignal I2S zu regeln. Das zweite Stromsollsignal I2S ist abhängig von der Drehstellung phi des Rotors 91.The second current regulator 22nd is designed for this by supplying a second control value signal SW2 to the second inverter 32 the second current signal 12th to a second current setpoint signal I2S to regulate. The second current setpoint signal I2S depends on the rotary position phi of the rotor 91 .

Das erste Stellwertsignal SW1 und das zweite Stellwertsignal SW2 können direkt als getaktete Signale zur Ansteuerung der Halbleiterschalter der Wechselrichter 31, 32 erzeugt werden, oder aber in einem ersten Schritt als Vorgabesignal für eine - nicht dargestellte - Takterzeugungsvorrichtung für die Ansteuerung der Halbleiterschalter erzeugt werden. Die Takterzeugungsvorrichtung erzeugt den endgültigen Stellwert.The first manipulated variable signal SW1 and the second manipulated variable signal SW2 can be sent directly as clocked signals to control the semiconductor switches of the inverters 31 , 32 are generated, or in a first step as a default signal for a - not shown - clock generating device for driving the semiconductor switches are generated. The clock generating device generates the final control value.

Die Halbleiterschalter können bevorzugt SiC-Halbleiter, GaN-Halbleiter oder Si-Halbleiter sein.The semiconductor switches can preferably be SiC semiconductors, GaN semiconductors or Si semiconductors.

Ein Rotorlagegeber 27 ist vorgesehen, um die Rotorstellung des Rotors 91 zu erfassen und ein Rotorstellungssignal phi über eine Leitung 28 der Steuervorrichtung 23 zuzuführen. Die Steuervorrichtung 23 erzeugt in Abhängigkeit vom Rotorstellungssignal phi das Stromsollsignal I1S und das Stromsollsignal 12S. Die Signale I1S und I2S können bspw. wie folgt gleichphasig erzeugt werden: $I1S=A sin (phi+2 pi i/3)$

I2S=A sin (phi+2 pi i/3)

mit

A: Amplitude
phi: elektrischer Drehwinkel im Bogenmaß
i: Phasenindex mit i = 0, 1, 2
pi: Kreiszahl pi

A rotor position encoder 27 is provided to the rotor position of the rotor 91 to detect and a rotor position signal phi via a line 28 the control device 23 to feed. The control device 23 generates the current setpoint signal as a function of the rotor position signal phi I1S and the current setpoint signal 12S . The signals I1S and I2S can be generated in phase, for example, as follows:

I1S = A sin (phi + 2 pi i / 3)

I2S = A sin (phi + 2 pi i / 3)

with

A.: amplitude
phi: electrical angle of rotation in radians
i: Phase index with i = 0, 1, 2
pi: Circle number pi

Der elektrische Drehwinkel phi(t) ist zeitabhängig und kann dargestellt werden als $phi = ω \cdot t + phi_0$

The electrical angle of rotation phi (t) is time-dependent and can be represented as

phi = ω \cdot t + phi_0

ω bezeichnet die elektrische Winkelgeschwindigkeit. phi_0 bezeichnet einen Offset-Winkel, welcher beispielsweise lastabhängig gewählt werden kann. Der Index i gibt die Phase an, und die einzelnen Phasen sind um 120 °el. zueinander phasenverschoben. Für eine gegenphasige Bestromung kann bei I2S die Amplitude A durch -A ersetzt werden.ω denotes the electrical angular velocity. phi_0 denotes an offset angle which can be selected depending on the load, for example. The index i indicates the phase, and the individual phases are around 120 ° el. out of phase with each other. For an out-of-phase current supply, at I2S the amplitude A can be replaced by -A.

Die erste Wicklungsanordnung 61 und die zweite Wicklungsanordnung 62 sind im Ausführungsbeispiel als getrennte Wicklungsanordnungen 61, 62 ausgebildet, die Wicklungsanordnungsanschlüsse 71, 72, 73 sind also nicht direkt mit den Wicklungsanschlüssen 81, 82, 83 verbunden, sondern allenfalls indirekt bei entsprechenden Schaltzuständen der Wechselrichteranordnung 30.The first winding arrangement 61 and the second winding arrangement 62 are in the exemplary embodiment as separate winding arrangements 61 , 62 formed, the winding assembly terminals 71 , 72 , 73 so are not directly related to the winding connections 81 , 82 , 83 connected, but at most indirectly with corresponding switching states of the inverter arrangement 30th .

Die Wicklungen 74 und 84 sind im Ausführungsbeispiel an gleicher Stelle um den Rotor 91 herum angeordnet, sie sind jedoch bevorzugt gegensinnig gewickelt, wie dies durch den Punkt an den Wicklungen 74 und 84 gekennzeichnet ist. Dies kann auch als antiparallele Verschaltung bezeichnet werden, da beispielsweise der Stromfluss durch die Wicklung 74 umgekehrt sein muss wie durch die Wicklung 84, um einen magnetischen Fluss in die gleiche Richtung zu erzeugen. Um mit der Wicklung 84 einen magnetischen Fluss zu erzeugen, welcher dem magnetischen Fluss der Wicklung 74 entspricht, muss das Signal zwischen den Wicklungsanordnungsanschlüssen 81 und 82 gegenphasig sein zum Signal an den Wicklungsanordnungsanschlüssen 71, 72. Gleiches gilt für die Wicklungen 76 und 86 sowie für die Wicklungen 75 und 85.The windings 74 and 84 are in the exemplary embodiment in the same place around the rotor 91 arranged around, but they are preferably wound in opposite directions, as indicated by the point on the windings 74 and 84 is marked. This can also be referred to as an anti-parallel connection because, for example, the current flow through the winding 74 must be reversed as by the winding 84 to create a magnetic flux in the same direction. To deal with the winding 84 to generate a magnetic flux, which is the magnetic flux of the winding 74 the signal must be between the winding assembly terminals 81 and 82 be out of phase with the signal at the winding assembly terminals 71 , 72 . The same applies to the windings 76 and 86 as well as for the windings 75 and 85 .

Das Vorsehen der Stromregler 21, 22 ist insbesondere bei leistungsstarken Elektromaschinen 10 vorteilhaft.The provision of the current regulator 21 , 22nd is particularly important in the case of powerful electrical machines 10 advantageous.

2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Wechselrichteranordnung 30 und deren Verschaltung mit der Statoranordnung 60. Die Statoranordnung 60 ist mit einer als Sternschaltung geschalteten Wicklungsanordnung 61 und einer als Sternschaltung geschalteten Wicklungsanordnung 62 ausgebildet. 2 shows schematically an embodiment of the inverter arrangement 30th and their interconnection with the stator arrangement 60 . The stator assembly 60 is with a winding arrangement connected as a star connection 61 and a winding arrangement connected as a star connection 62 educated.

Die Wechselrichteranordnung 30 wird durch einen Gleichstromzwischenkreis 36 mit einer Leitung 37, einer Leitung 38 und einem Zwischenkreiskondensator 35 zwischen der Leitung 37 und der Leitung 38 gespeist.The inverter arrangement 30th is through a DC link 36 with one line 37 , one line 38 and an intermediate circuit capacitor 35 between the line 37 and the line 38 fed.

Der Gleichstromzwischenkreis 36 wird bspw. durch eine - nicht dargestellte - Traktionsbatterie und/oder durch einen Gleichrichter mit einer Spannung versorgt.The DC link 36 is supplied with a voltage, for example, by a traction battery (not shown) and / or by a rectifier.

Im Ausführungsbeispiel sind der erste Wechselrichter 31 und der zweite Wechselrichter 32 örtlich zusammen ausgebildet.In the exemplary embodiment, the first inverter 31 and the second inverter 32 locally trained together.

Der erste Wechselrichter 31 hat einen ersten Brückenzweig mit einem Anschluss 47A, einen zweiten Brückenzweig mit einem Anschluss 48A und einen dritten Brückenzweig mit einem Anschluss 49A.
Der Anschluss 47A ist über einen Schalter 41A mit der Leitung 37 und über einen Schalter 42A mit der Leitung 38 verbunden.
Der Anschluss 48A ist über einen Schalter 43A mit der Leitung 37 und über einen Schalter 44A mit der Leitung 38 verbunden.
Der Anschluss 49A ist über einen Schalter 45A mit der Leitung 37 und über einen Schalter 46A mit der Leitung 38 verbunden.The first inverter 31 has a first branch of the bridge with a connection 47A , a second branch of the bridge with a connection 48A and a third branch of the bridge with a connection 49A .
The connection 47A is through a switch 41A with the line 37 and a switch 42A with the line 38 tied together.
The connection 48A is through a switch 43A with the line 37 and a switch 44A with the line 38 tied together.
The connection 49A is through a switch 45A with the line 37 and a switch 46A with the line 38 tied together.

Der zweite Wechselrichter 32 hat einen ersten Brückenzweig mit einem Anschluss 47B, einen zweiten Brückenzweig mit einem Anschluss 48B und einen dritten Brückenzweig mit einem Anschluss 49B.
Der Anschluss 47B ist über einen Schalter 41 B mit der Leitung 37 und über einen Schalter 42B mit der Leitung 38 verbunden.
Der Anschluss 48B ist über einen Schalter 43B mit der Leitung 37 und über einen Schalter 44B mit der Leitung 38 verbunden.
Der Anschluss 49B ist über einen Schalter 45B mit der Leitung 37 und über einen Schalter 46B mit der Leitung 38 verbunden.The second inverter 32 has a first branch of the bridge with a connection 47B , a second branch of the bridge with a connector 48B and a third branch of the bridge with a connection 49B .
The connection 47B is through a switch 41 B with the line 37 and a switch 42B with the line 38 tied together.
The connection 48B is through a switch 43B with the line 37 and a switch 44B with the line 38 tied together.
The connection 49B is through a switch 45B with the line 37 and a switch 46B with the line 38 tied together.

Der Anschluss 47A ist mit dem Wicklungsanordnungsanschluss 71 verbunden, der Anschluss 48A mit dem Wicklungsanordnungsanschluss 72 und der Anschluss 49A mit dem Wicklungsanordnungsanschluss 73. Der Anschluss 47B ist mit dem Wicklungsanordnungsanschluss 81 verbunden, der Anschluss 48B mit dem Anschluss 82 und der Anschluss 49B mit dem Anschluss 83.The connection 47A is with the winding arrangement connector 71 connected, the connector 48A with the winding arrangement connector 72 and the connection 49A with the winding arrangement connector 73 . The connection 47B is with the winding arrangement connector 81 connected, the connector 48B with the connector 82 and the connection 49B with the connector 83 .

Die erste Wicklungsanordnung 61 und die zweite Wicklungsanordnung 62 sind wie angedeutet antiparallel verschaltet. Durch die gewählte Verschaltung müssen die einander zugeordneten Wicklungen 74, 84 bzw. 75, 85 bzw. 76, 86 gegenphasig bestromt werden. Dies kann bspw. dadurch erfolgen, dass die Schalter 45A und 45B für die Anschlüsse 49A, 49B entsprechend gegenphasig geschaltet werden. Aufgrund der zueinander antiparallelen Wicklungen 74, 84 wird bei einer gegenphasigen Bestromung ein magnetischer Fluss in die gleiche Richtung erzeugt.The first winding arrangement 61 and the second winding arrangement 62 are connected in anti-parallel as indicated. Due to the selected interconnection, the windings assigned to one another must 74 , 84 respectively. 75 , 85 respectively. 76 , 86 are energized in phase opposition. This can be done, for example, by the fact that the switch 45A and 45B for the connections 49A , 49B be switched accordingly in phase opposition. Because of the anti-parallel windings 74 , 84 a magnetic flux is generated in the same direction when the current is in phase opposition.

3 zeigt die Ströme 171, 172, 173, 181, 182 und I83 durch die Wicklungsanordnungsanschlüsse 71, 72, 73, 81, 82 und 83. Es ist zu sehen, dass die Ströme 171 und 181 gegenphasig verlaufen, ebenso die Ströme 172, 182 sowie die Ströme 173, 183. 3 shows the currents 171 , 172 , 173 , 181 , 182 and I83 through the winding assembly terminals 71 , 72 , 73 , 81 , 82 and 83 . It can be seen that the currents 171 and 181 run out of phase, as do the currents 172 , 182 as well as the currents 173 , 183 .

4 zeigt ein Stromzeigerdiagramm, aus dem die Phasenbeziehungen der einzelnen Ströme 171, 172, 173, 181, 182 und I83 mit der gegenphasigen Ansteuerung deutlich werden. 4th shows a current vector diagram from which the phase relationships of the individual currents 171 , 172 , 173 , 181 , 182 and I83 become clear with the out-of-phase control.

5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Wechselrichteranordnung 30 und deren Verschaltung mit der Statoranordnung 60. 5 shows schematically a further embodiment of the inverter arrangement 30th and their interconnection with the stator arrangement 60 .

Die Statoranordnung 60 ist mit einer als Sternschaltung geschalteten Wicklungsanordnung 61 und einer als Sternschaltung geschalteten Wicklungsanordnung 62 ausgebildet.The stator assembly 60 is with a winding arrangement connected as a star connection 61 and a winding arrangement connected as a star connection 62 educated.

Die Wicklungen 74, 75, 76, 84, 85, 86 sind paarweise parallel vorgesehen, und die Wicklungen 74, 84 bzw. 75, 85 bzw. 76, 86 werden jeweils gleichphasig angesteuert. Alternativ ist es - wie beispielsweise im Ausführungsbeispiel von 2 - möglich, die Wicklungen 74, 84 paarweise gegensinnig gewickelt (antiparallel) vorzusehen, ebenso die Wicklungen 75, 85 und 76, 86.The windings 74 , 75 , 76 , 84 , 85 , 86 are provided in pairs in parallel, and the windings 74 , 84 respectively. 75 , 85 respectively. 76 , 86 are each controlled in phase. Alternatively it is - as for example in the embodiment of FIG 2 - possible the windings 74 , 84 To be provided in pairs, wound in opposite directions (anti-parallel), as are the windings 75 , 85 and 76 , 86 .

6 zeigt die Ströme 171, 172, 173, 181, 182 und I83 durch die Wicklungsanordnungsanschlüsse 71, 72, 73, 81, 82 und 83. Die Ströme 171 und 181 verlaufen gleichphasig, ebenso die Ströme 172, I82 sowie die Ströme 173, 183. 6th shows the currents 171 , 172 , 173 , 181 , 182 and I83 through the winding assembly terminals 71 , 72 , 73 , 81 , 82 and 83 . The currents 171 and 181 run in phase, as do the currents 172 , I82 as well as the currents 173 , 183 .

7 zeigt ein Stromzeigerdiagramm, aus dem die Phasenbeziehungen der einzelnen Ströme 171, 172, 173, 181, I82 und I83 mit der gleichphasigen Ansteuerung deutlich werden. 7th shows a current vector diagram from which the phase relationships of the individual currents 171 , 172 , 173 , 181 , I82 and I83 become clear with the in-phase control.

8 zeigt schematisch im oberen Bereich ein Frequenzspektrum der bei einer dreiphasigen Elektromaschine im realen Betrieb auftretenden Frequenzen der Leiterspannung U71 zwischen den Wicklungsanordnungsanschlüssen 71 und 72 und deren Amplitude A. 8th shows schematically in the upper area a frequency spectrum of the line voltage frequencies occurring in a three-phase electric machine in real operation U71 between the winding assembly terminals 71 and 72 and their amplitude A.

Die Grundschwingungsfrequenz der Grundschwingung 95 ist abhängig von der Drehzahl und von der Polzahl bzw. deren Vielfachen.The fundamental frequency of the fundamental 95 depends on the speed and the number of poles or their multiples.

Die getaktete Umschaltung der Halbleiterschalter findet beispielsweise bei einer Taktfrequenz f_c (englisch: carrier frequency) statt, und hierdurch entstehen Oberschwingungen im Bereich der Vielfachen der Taktfrequenz f_c, beispielsweise bei 2 f_c und 3 f_c. Der Abstand der Oberschwingungen von der Taktfrequenz f_c bzw. deren Vielfachen ist von der Grundschwingungsfrequenz abhängig. Die Oberschwingungen um die Taktfrequenz f_c herum werden als erstes Seitenband bezeichnet, und die Oberschwingungen um die zweifache Taktfrequenz 2 f_c herum entsprechend als zweites Seitenband. Wie zu sehen ist, treten im Bereich des ersten und zweiten Seitenbands die größten Amplituden auf. Die Seitenbänder bei höheren Frequenzen sind weniger stark ausgeprägt und haben aufgrund der wirksamen Oberschwingungsimpedanzen nur geringe Auswirkungen.The clocked switching of the semiconductor switches takes place, for example, at a clock frequency f_c (carrier frequency), and this creates harmonics in the range of multiples of the clock frequency f_c, for example at 2 f_c and 3 f_c. The distance between the harmonics and the clock frequency f_c or its multiple depends on the fundamental frequency. The harmonics around the clock frequency f_c are referred to as the first sideband, and the harmonics around twice the clock frequency 2 f_c around accordingly as a second sideband. As can be seen, the largest amplitudes occur in the area of the first and second sidebands. The sidebands at higher frequencies are less pronounced and have little effect due to the effective harmonic impedances.

Die Oberschwingungen führen zu zusätzlichen Verlusten sowohl im Blechpaket (Eisenverluste) und der Wicklungsanordnung (Kupferverluste) der Elektromaschine 10 als auch in den Permanentmagneten der Rotoranordnung (Wirbelstromverluste). Diese Verluste reduzieren ggf. im rotorkritischen System die Dauerleistung signifikant und führen zudem zur Reduktion der Reichweite batteriebetriebener Fahrzeuge.The harmonics lead to additional losses in both the laminated core (iron losses) and the winding arrangement (copper losses) of the electrical machine 10 as well as in the permanent magnets of the rotor assembly (eddy current losses). These losses may significantly reduce the continuous output in the rotor-critical system and also lead to a reduction in the range of battery-operated vehicles.

Der erste Wechselrichter 31 und der zweite Wechselrichter 32 arbeiten mit einer vorgegebenen Taktfrequenz f_c, welche beispielsweise im Bereich 2 kHz - 30 kHz liegt.The first inverter 31 and the second inverter 32 operate with a predetermined clock frequency f_c, which is, for example, in the range 2 kHz - 30 kHz.

Die Höhe der Taktfrequenz f_c wird bevorzugt abhängig vom Betriebspunkt der Elektromaschine 10 vorgegeben. Die Anpassung des Frequenzbereichs kann beispielsweise in einer oder mehreren Stufen oder aber kontinuierlich mit der Drehzahl und/oder dem Drehmoment erfolgen. Bevorzugt kann die Anpassung der Taktfrequenz f_c zusätzlich oder alternativ in Abhängigkeit von der Rotortemperatur der Elektromaschine oder vom Ladezustand der Batterie eines batteriebetriebenen Fahrzeugs erfolgen. Die Taktfrequenz f_c kann auch in Abhängigkeit von einem Optimierungsverfahren zur Verringerung der Verluste und/oder Geräusche durch die Oberschwingungen festgelegt werden, wobei beispielhaft ein Optimierungsverfahren nach Lagrange angewandt werden kann. Hierzu können beispielsweise die Auswirkungen der Oberschwingungen auf Verluste, Geräusche und Temperatur gemessen werden, und die Taktfrequenz kann variiert werden, um hierdurch die gemessenen Oberschwingungen zu reduzieren.The level of the clock frequency f_c is preferably dependent on the operating point of the electric machine 10 given. The adaptation of the frequency range can take place, for example, in one or more stages or else continuously with the speed and / or the torque. Preferably, the adjustment of the clock frequency f_c can additionally or alternatively take place as a function of the rotor temperature of the electric machine or the state of charge of the battery of a battery-operated vehicle. The clock frequency f_c can also be determined as a function of an optimization method for reducing the losses and / or noise caused by the harmonics, with a Lagrange optimization method being used, for example. For this purpose, for example, the effects of the harmonics on losses, noise and temperature can be measured, and the clock frequency can be varied in order to reduce the measured harmonics.

Im unteren Bereich ist die Phasenlage ph der Harmonischen der Leiterspannung in Abhängigkeit von der jeweiligen Frequenz f dargestellt.In the lower area, the phase position ph of the harmonic of the line voltage is shown as a function of the respective frequency f.

9 zeigt in einem Diagramm die Phasenverschiebung eines ersten Seitenbands 121, eines zweiten Seitenbands 122, eines dritten Seitenbands 123 und eines vierten Seitenbands 124 für eine Elektromaschine 10 entsprechend 1, aufgetragen über die Phasenverschiebung zwischen den in den beiden Wechselrichtern 31, 32 verwendeten Trägersignalen im Bogenmaß (rad). Hierbei entspricht eine Phasenverschiebung von 0° im Bogenmaß 0, und eine Phasenverschiebung von 360° im Bogenmaß 2 pi. Es ist zu sehen, dass sich die Seitenbänder unterschiedlich verhalten und eine unterschiedliche Anzahl von Minima und Maxima aufweisen. Daher ist es bspw. bei einer Elektromaschine 10 mit zwei Wicklungsanordnungen 61, 62 schwierig oder ggf. nicht möglich, alle Auswirkungen der Harmonischen der Seitenbänder durch eine vorgegebene Phasenverschiebung der Trägersignale zu verringern oder auszulöschen. Über eine geeignete Phasenverschiebung können jedoch die Auswirkungen der Seitenbänder z. B. mit den größten Amplituden bzw. mindestens eines anderen ausgewählten Seitenbands deutlich verringert werden. Bevorzugt wird in Abhängigkeit vom Einfluss des ersten oder zweiten Seitenbands die Phasendifferenz derart eingestellt, dass die Auswirkungen des entweder ersten Seitenbands oder des zweiten Seitenbands in der magnetischen Flussdichte im Luftspalt verringert wird. Dies führt zu einer Reduktion der frequenz- und flussdichteabhängigen Ummagnetisierungsverluste im Rotor und zu dessen geringeren Erwärmung. 9 shows in a diagram the phase shift of a first sideband 121 , a second sideband 122 , a third sideband 123 and a fourth sideband 124 for an electric machine 10 corresponding 1 , plotted against the phase shift between the two inverters 31 , 32 used carrier signals in radians. This corresponds to a phase shift of 0 ° in radians 0 , and a phase shift of 360 degrees in radians 2 pi. It can be seen that the sidebands behave differently and have a different number of minima and maxima. Therefore it is, for example, in an electric machine 10 with two winding arrangements 61 , 62 difficult or possibly not possible to reduce or cancel out all effects of the harmonics of the sidebands by a predetermined phase shift of the carrier signals. However, through a suitable phase shift, the effects of the sidebands can e.g. B. can be significantly reduced with the largest amplitudes or at least one other selected sideband. The phase difference is preferably set as a function of the influence of the first or second sideband in such a way that the effects of either the first sideband or the second sideband in the magnetic flux density in the air gap is reduced. This leads to a reduction in the frequency- and flux-density-dependent magnetic reversal losses in the rotor and to its lower heating.

Bei einer Elektromaschine 10 mit parallel verschalteten Wicklungen führt beispielsweise eine Phasenverschiebung der Trägersignale von 180° zu einer Phasenverschiebung des ersten Seitenbands um 180°. Die Phasenlage des zweiten Seitenbands wird dagegen nicht oder nur geringfügig beeinflusst. Bei einer Phasenverschiebung der Trägersignale von 90° treten dagegen beim zweiten Seitenband der Leiterspannungen Phasenverschiebungen von 180° auf.With an electric machine 10 with windings connected in parallel, for example, a phase shift of the carrier signals of 180 ° leads to a phase shift of the first sideband by 180 °. In contrast, the phase position of the second sideband is not or only slightly influenced. With a phase shift of the carrier signals of 90 °, on the other hand, phase shifts of 180 ° occur in the second sideband of the conductor voltages.

10 zeigt beispielhaft die Erzeugung zweier getakteter Signale 145, 146 mit einer vorgegebenen Taktfrequenz. Zur Erzeugung der getakteten Signale 145, 146 sind Trägersignale 141 bzw. 142 vorgesehen, welche als Dreiecksignale ausgebildet sind und beide die gleiche Frequenz f_c aufweisen. Die Linien 143, 144 geben Referenzsignale vor. Sobald die Trägersignale 141, 142 unter den entsprechenden Signalen 143 bzw. 144 liegen, ist das getaktete Signal 145 bzw. 146 auf HIGH, und ansonsten auf LOW. Die Trägersignale 141, 142 sind den getakteten Signalen 145, 146 inhärent, die getakteten Signale 145, 146 können also ohne vorherige Erzeugung der Trägersignale 141, 142 direkt erzeugt werden, beispielsweise durch einen Mikrocontroller. Die Phase der Trägersignale zueinander lässt sich direkt aus den getakteten Signalen 145, 146 bestimmen. 10 shows an example of the generation of two clocked signals 145 , 146 with a predetermined clock frequency. To generate the clocked signals 145 , 146 are carrier signals 141 respectively. 142 provided, which are designed as triangular signals and both have the same frequency f_c. The lines 143 , 144 provide reference signals. Once the carrier signals 141 , 142 under the appropriate signals 143 respectively. 144 is the clocked signal 145 respectively. 146 to HIGH, and otherwise to LOW. The carrier signals 141 , 142 are the clocked signals 145 , 146 inherently, the clocked signals 145 , 146 can therefore without prior generation of the carrier signals 141 , 142 can be generated directly, for example by a microcontroller. The phase of the carrier signals to one another can be determined directly from the clocked signals 145 , 146 determine.

Im Ausführungsbeispiel haben das Trägersignal 141 und das Trägersignal 142 eine Phasendifferenz von 180°, und die Wechsel zwischen den Schaltzuständen sind entsprechend an unterschiedlichen Stellen.In the exemplary embodiment, have the carrier signal 141 and the carrier signal 142 a phase difference of 180 °, and the changes between the switching states are correspondingly at different points.

11 zeigt beispielhaft die Grundschwingung der Leiterspannung U71, welche sich zwischen den Wicklungsanordnungsanschlüssen 71 und 72 von 1 durch das entsprechende getaktete Spannungssignal S71 ergibt. Durch die Leiterspannung U71 wird ein Leiterstrom 171 erzeugt. 11 shows an example of the fundamental oscillation of the line voltage U71 which are located between the winding assembly terminals 71 and 72 from 1 by the corresponding clocked voltage signal S71 results. By the conductor voltage U71 becomes a conductor current 171 generated.

12 zeigt normiert unterschiedliche Spannungen in Abhängigkeit vom Aussteuergrad des getakteten Signals. Hier ist der Aussteuergrad der Modulationsgrad, welcher auf die Raumzeigermodulation (englisch space vector modulation) normiert ist. Die Linie 170 zeigt die resultierende Gesamtspannung, die Linie 171 die Grundschwingungsspannung, die Linie 172 den quadratischen Mittelwert aller Oberschwingungsspannungen, die Linie 173 den quadratischen Mittelwert der Spannungen des ersten dominanten Seitenbands und die Linie 174 den quadratischen Mittelwert der Spannungen des zweiten dominanten Seitenbands. 12th shows normalized different voltages depending on the modulation level of the clocked signal. Here, the degree of modulation is the degree of modulation, which is standardized to the space vector modulation. The line 170 shows the resulting total stress, the line 171 the fundamental voltage, the line 172 the root mean square of all harmonic voltages, the line 173 the root mean square of the first dominant sideband voltages and the line 174 is the root mean square of the voltages of the second dominant sideband.

Während die Grundschwingungsspannung 171 weitgehend linear mit dem Modulations- oder Aussteuergrad zunimmt, sind die Oberschwingungsspannungen nicht linear zum Modulations- oder Aussteuergrad.While the fundamental voltage 171 increases largely linearly with the degree of modulation or modulation, the harmonic voltages are not linear to the degree of modulation or modulation.

Aufgrund der unterschiedlichen Formen wird die Gesamtspannung 170 bspw. im Bereich eines Modulationsgrads von ca. 0,6 vergleichsweise stark vom zweiten dominanten Seitenband 174 beeinflusst, während dieses bei einem kleinen und auch großen Modulationsgrad weniger relevant ist. Im Ergebnis ist es vorteilhaft, die Reduzierung der Oberschwingungen abhängig vom Arbeitspunkt der Elektromaschine 10 vorzugeben. Geeignete Parameter für die Vorgabe der Phasenverschiebung sind insbesondere:

- Drehzahl und Drehmoment,
- Zwischenkreisspannung und Modulationsgrad, und
- Messung der Spannung und des Stroms der Oberschwingungen.

Because of the different shapes, the total tension will be 170 For example, in the range of a degree of modulation of approx. 0.6, it is comparatively strong from the second dominant sideband 174 influences, while this is less relevant with a small and also large degree of modulation. As a result, it is advantageous to reduce the harmonics depending on the operating point of the electric machine 10 to pretend. Suitable parameters for specifying the phase shift are in particular:

- speed and torque,
- DC link voltage and degree of modulation, and
- Measurement of voltage and current of harmonics.

Die Bestimmung der Amplitude der Oberschwingungen der Spannungen und Ströme kann bspw. durch Messung des Absolutwerts bei anschließender Fourieranalyse erfolgen.The amplitude of the harmonics of the voltages and currents can be determined, for example, by measuring the absolute value with subsequent Fourier analysis.

13 zeigt eine weitere Ausführungsform der Elektromaschine 10, bei der die Statoranordnung 60 drei Wicklungsanordnungen 61, 62, 63 aufweist, welche jeweils über einen zugeordneten Wechselrichter 31, 32, 33 bestromt werden können. Die dritte Wicklungsanordnung 63 weist dritte
Wicklungsanordnungsanschlüssen 81B, 82B, 83B auf. Während bei einer Elektromaschine 10 die Oberschwingungen der magnetischen Flussdichte im
Luftspalt zur Reduktion bzw. gegenseitigen Auslöschung eine Phasendifferenz von ungefähr 180° haben sollten, ist bei drei separaten Wicklungsanordnungen 61, 62, 63 eine Reduktion bei einer Phasendifferenz von jeweils 120° gegeben. Die Verluste im Rotor durch die Oberschwingungen in der Spannung bei Speisung durch den Wechselrichter werden reduziert. Der Rotor der Elektromaschine 10 wird thermisch entlastet. In vorgegebenen Anwendungsfällen ist die thermische Entlastung wichtiger als die Effizienz des Gesamtsystems. 13th shows a further embodiment of the electric machine 10 , in which the stator assembly 60 three winding arrangements 61 , 62 , 63 has, which each have an associated inverter 31 , 32 , 33 can be energized. The third winding arrangement 63 instructs third
Winding arrangement terminals 81B , 82B , 83B on. While with an electric machine 10 the harmonics of the magnetic flux density im
Air gap for reduction or mutual cancellation should have a phase difference of approximately 180 °, is with three separate winding arrangements 61 , 62 , 63 a reduction given a phase difference of 120 ° in each case. The losses in the rotor due to the harmonics in the voltage when fed by the inverter are reduced. The rotor of the electric machine 10 is thermally relieved. In given applications, the thermal relief is more important than the efficiency of the overall system.

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.A wide variety of alterations and modifications are of course possible within the scope of the present invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 2010072928 A1 [0002]
US 2018205340 A1 [0003]
US 2018/0358915 A1 [0004]
DE 102016211508 A1 [0005]
US 2017144567 A1 [0006]
US 5142468 A [0007]

Claims

Electric machine (10) with a stator arrangement (60), a rotor arrangement (90), a control arrangement (20) and an inverter arrangement (30), which rotor arrangement (90) has a rotor (91), which stator arrangement (60) has a first winding arrangement (61) with first winding arrangement connections (71, 72, 73) and a second winding arrangement (62) with second winding arrangement connections (81, 82, 83), which inverter arrangement (30) has a first inverter (31) and a second inverter (32), which first inverter (31) is connected to the first winding arrangement (61), which second inverter (32) is connected to the second winding arrangement (62) is, which control arrangement (20) has a control device (23), which control device (23) is designed to control the first inverter (31) with a first clocked signal (145) and to control the second inverter (32) with a second clocked signal (146), which first clocked signal (145) is dependent is clocked by a first carrier signal (141), which second clocked signal (146) is clocked as a function of a second carrier signal (142), which first carrier signal (141) and which second carrier signal (142) have the same clock frequency (f_c), and which first carrier signal (141) has a predetermined first phase shift to the second carrier signal (142), which predetermined first phase shift is provided to reduce the effects of the harmonics occurring due to the clocking at least in some areas.

Electric machine (10) after Claim 1 , in which the stator arrangement (60) has a third winding arrangement (63) with third winding arrangement connections (81B, 82B, 83B), which inverter arrangement (30) has a third inverter (33) which interconnects the third inverter (33) with the third winding arrangement is.

Electric machine (10) after Claim 1 or 2 , in which each first winding (74, 75, 76) of the first winding arrangement (61) is assigned a second winding (84, 85, 86) connected in parallel of the second winding arrangement (62), and in which the first phase shift is selected from one Phase shift group consisting of: • 180 °, • 120 °, • 90 °, • 60 °, • 45 °, • 0 °.

Electric machine (10) after Claim 1 or 2 , in which each first winding (74, 75, 76) of the first winding arrangement (61) is assigned an anti-parallel connected second winding (84, 85, 86) of the second winding arrangement (62), and in which the first phase shift is selected from one Phase shift group consisting of: • 0 °, • 45 ° • 60 °, • 90 °, • 120 °, • 180 °.

Electric machine (10) according to one of the preceding claims, in which the clock frequency (f_c) is predetermined as a function of at least one criterion from the criteria group consisting of: - operating point of the electric machine (10), - temperature in the electric machine (10), - State of charge value of a battery used to power the electric machine (10), and - Optimization procedure to reduce the losses or noise caused by harmonics.

Electric machine (10) according to one of the preceding claims, which has a measuring arrangement for measuring a measured value characterizing the harmonics, and in which the control device (23) is designed to change the measured value by adapting the first phase shift towards a minimum.

Electric machine (10) according to one of the preceding claims, in which the first control device (23) is designed to variably predefine the first phase shift.

Electric machine (10) after Claim 7 , in which the first control device (23) is designed to specify the first phase shift as a function of the operating point of the electric machine (10).

Electric machine (10) after Claim 7 or 8th , in which the first control device (23) is designed to specify the first phase shift as a function of at least one parameter from the parameter group consisting of: • speed and torque, • intermediate circuit voltage and degree of modulation, and • Measurement of voltage and current of harmonics.