DE102020209302A1

DE102020209302A1 - Operating a drive device

Info

Publication number: DE102020209302A1
Application number: DE102020209302.4A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2022-01-27
Also published as: WO2022018174A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (10), mit einer rotierenden elektrischen Maschine (20), die einen eine magnetische Einheit (24) aufweisenden Ständer (22) und einen Läufer (28) aufweist, wobei die magnetische Einheit (24) Nuten (30) aufweist, wobei in jeder Nut (30) ein erster Wicklungsstrang (32) und ein vom ersten Wicklungsstrang (32) elektrisch isolierter zweiter Wicklungsstrang (34) angeordnet ist, und einer Wechselrichteranordnung (36) mit einer Mehrzahl von Wechselrichtern (40, 42, 44, 46), wobei ein jeweiliger erster Wicklungsstrang (32) an einem jeweiligen ersten Wechselrichter (40, 42) und ein jeweiliger zweiter Wicklungsstrang (34) an einem jeweiligen zweiten Wechselrichter (44, 46) angeschlossen ist, wobei die Wechselrichter die Wicklungsstränge (30, 32) mit einem gleichen vorgegebenen elektrischen Strom beaufschlagen. Erfindungsgemäß wird in einem Betriebszustand, in dem einer der ersten Wechselrichter (40) nicht aktivierbar ist, der jeweilige zweite Wechselrichter (44) gesteuert, dass der jeweilige zweite Wicklungsstrang (34) mit dem doppelten vorgegebenen elektrischen Strom beaufschlagt wird.The invention relates to a method for operating a drive device (10) with a rotating electrical machine (20) which has a stator (22) with a magnetic unit (24) and a rotor (28), the magnetic unit (24) Slots (30), wherein a first phase winding (32) and a second phase winding (34) electrically insulated from the first phase winding (32) are arranged in each slot (30), and an inverter arrangement (36) with a plurality of inverters (40 , 42, 44, 46), a respective first phase winding (32) being connected to a respective first inverter (40, 42) and a respective second winding phase (34) being connected to a respective second inverter (44, 46), the inverters apply the same predetermined electrical current to the winding strands (30, 32). According to the invention, in an operating state in which one of the first inverters (40) cannot be activated, the respective second inverter (44) is controlled so that the respective second phase winding (34) is charged with twice the specified electrical current.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, insbesondere für ein Wasserfahrzeug, wobei die Antriebseinrichtung eine rotierende elektrische Maschine, die einen eine magnetische Einheit aufweisenden Ständer und einen gegenüber dem Ständer drehbar angeordneten und über einen Luftspalt von der magnetischen Einheit beabstandeten Läufer aufweist, wobei die magnetische Einheit luftspaltseitig ausgebildete Nuten aufweist, wobei in jeder Nut ein erster Wicklungsstrang angeordnet ist und ein vom ersten Wicklungsstrang elektrisch isolierter zweiter Wicklungsstrang angeordnet ist, und eine Wechselrichteranordnung aufweist, die eine Mehrzahl von Wechselrichtern aufweist. Gemäß einem ersten Aspekt ist ein jeweiliger erster Wicklungsstrang an einem jeweiligen ersten Wechselrichter der Wechselrichteranordnung angeschlossen und ein jeweiliger zweiter Wicklungsstrang an einem jeweiligen zweiten Wechselrichter der Wechselrichteranordnung angeschlossen, wobei die Wechselrichter derart gesteuert werden, dass die Wicklungsstränge mit einem gleichen vorgegebenen elektrischen Strom beaufschlagt werden. Gemäß einem zweiten Aspekt ist jeweils ein Wicklungsstrang mit einem ersten Anschluss an jeweils einem Wechselrichter angeschlossen, wobei jeweils zwei erste Wicklungsstränge zweier jeweiliger unmittelbar benachbart angeordneter Nuten und zwei zweite Wicklungsstränge dieser Nuten über jeweilige zweite Anschlüsse in Reihe geschaltet werden, und in einem ersten Betriebszustand nur eine vorgegebene Auswahl der Wechselrichter der Wechselrichteranordnung aktiviert wird, wobei in dem ersten Betriebszustand eine bereitzustellende Antriebsleistung kleiner als eine durch die aktivierten Wechselrichter bereitstellbare Teilleistung der Wechselrichteranordnung ist, die abhängig von einem jeweils durch die aktivierten Wechselrichter maximal bereitstellbaren elektrischen Strom bestimmt ist, und in einem zweiten Betriebszustand, in dem die bereitzustellende Antriebsleistung größer als die Teilleistung ist, alle Wechselrichter der Wechselrichteranordnung aktiviert werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung Antriebseinrichtungen, insbesondere für ein Wasserfahrzeug, mit einer rotierenden elektrischen Maschine, die einen eine magnetische Einheit aufweisenden Ständer und einen gegenüber dem Ständer drehbar angeordneten und über einen Luftspalt von der magnetischen Einheit beabstandeten Läufer aufweist, wobei die magnetische Einheit luftspaltseitig ausgebildete Nuten aufweist, wobei in jeder Nut ein erster Wicklungsstrang angeordnet ist und ein vom ersten Wicklungsstrang elektrisch isolierter zweiter Wicklungsstrang angeordnet ist, einer Wechselrichteranordnung, die eine Mehrzahl von Wechselrichtern aufweist, wobei gemäß dem ersten Aspekt ein jeweiliger erster Wicklungsstrang an einem jeweiligen ersten Wechselrichter der Wechselrichteranordnung angeschlossen ist und ein jeweiliger zweiter Wicklungsstrang an einem jeweiligen zweiten Wechselrichter der Wechselrichteranordnung angeschlossen ist, und einer Steuereinrichtung zum Steuern der Wechselrichter, die ausgebildet ist, die ersten und die zweiten Wechselrichter derart zu steuern, dass die ersten und die zweiten Wechselrichter die jeweiligen Wicklungsstränge mit einem gleichen vorgebbaren elektrischen Strom beaufschlagen. Ferner ist gemäß dem zweiten Aspekt jeweils ein Wicklungsstrang mit einem ersten Anschluss an einem Wechselrichter angeschlossen, wobei jeweils zwei erste Wicklungsstränge zweier jeweiliger unmittelbar benachbart angeordneter Nuten und jeweils zwei zweite Wicklungsstränge dieser Nuten über jeweilige zweite Anschlüsse in Reihe schaltbar sind, wobei die Steuereinrichtung zum Steuern der Wechselrichter ausgebildet ist, in einem ersten Betriebszustand nur eine vorgegebene Auswahl der Wechselrichter der Wechselrichteranordnung zu aktivieren, wobei in dem ersten Betriebszustand eine bereitzustellende Antriebsleistung kleiner als eine durch die aktivierten Wechselrichter bereitstellbare Teilleistung der Wechselrichteranordnung ist, die abhängig von einem jeweils durch die aktivierten Wechselrichter maximal bereitstellbaren elektrischen Strom bestimmt ist, und in einem zweiten Betriebszustand, in dem die bereitzustellende Antriebsleistung größer als die Teilleistung ist, alle Wechselrichter der Wechselrichteranordnung zu aktivieren.The invention relates to a method for operating a drive device, in particular for a watercraft, the drive device having a rotating electrical machine which has a stator having a magnetic unit and a rotor which is arranged such that it can rotate relative to the stator and is spaced apart from the magnetic unit by an air gap, the magnetic unit has slots formed on the air gap side, a first phase winding being arranged in each slot and a second phase winding electrically insulated from the first phase winding being arranged, and having an inverter arrangement which has a plurality of inverters. According to a first aspect, a respective first phase winding is connected to a respective first inverter of the inverter arrangement and a respective second phase winding is connected to a respective second inverter of the inverter arrangement, the inverters being controlled in such a way that the same predetermined electric current is applied to the phase windings. According to a second aspect, one phase winding is connected with a first connection to one inverter in each case, with two first phase windings of two respective slots arranged immediately adjacent and two second phase windings of these slots being connected in series via respective second connections, and in a first operating state only a predetermined selection of the inverters of the inverter arrangement is activated, wherein in the first operating state a drive power to be provided is less than a partial power of the inverter arrangement that can be provided by the activated inverters, which is determined as a function of a maximum electric current that can be provided by the activated inverters, and in a second operating state in which the drive power to be provided is greater than the partial power, all inverters of the inverter arrangement are activated. In addition, the invention relates to drive devices, in particular for a watercraft, with a rotating electric machine, which has a stator having a magnetic unit and a rotor which is arranged such that it can rotate relative to the stator and is spaced apart from the magnetic unit by an air gap, with the magnetic unit being formed on the air gap side Has slots, wherein a first phase winding is arranged in each slot and a second phase winding which is electrically insulated from the first phase winding is arranged, an inverter arrangement which has a plurality of inverters, wherein according to the first aspect a respective first phase winding is connected to a respective first inverter of the inverter arrangement is connected and a respective second phase winding is connected to a respective second inverter of the inverter arrangement, and a control device for controlling the inverter, ie e is designed to control the first and the second inverters in such a way that the first and the second inverters apply the same predeterminable electric current to the respective phase windings. Furthermore, according to the second aspect, one phase winding is connected with a first connection to an inverter, with two first phase windings of two respective slots arranged directly adjacent and two second phase windings of these slots being connectable in series via respective second connections, the control device for controlling the inverter is designed, in a first operating state, to activate only a predetermined selection of the inverters of the inverter arrangement, wherein in the first operating state a drive power to be provided is less than a partial power of the inverter arrangement that can be provided by the activated inverters, which depends on a respective one of the activated inverters maximum available electrical current is determined, and in a second operating state in which the drive power to be provided is greater than the partial power, all inverters de r to activate inverter arrangement.

Gattungsgemäße Antriebseinrichtungen, Wasserfahrzeuge mit derartigen Antriebseinrichtungen sowie auch Verfahren zu deren Betrieb sind im Stand der Technik bekannt. Die Antriebseinrichtung, auch elektrische Antriebseinrichtung genannt, dient unter anderem dazu, bei Fahrzeugen, insbesondere bei Wasserfahrzeugen, eine Antriebsfunktion im bestimmungsgemäßen Betrieb des Fahrzeugs beziehungsweise Fahrbetrieb realisieren zu können. Zu diesem Zweck kann die Antriebseinrichtung an eine Antriebswelle angeschlossen sein. Die Antriebswelle kann beispielsweise mit dem Läufer der elektrischen Maschine unmittelbar drehfest verbunden sein. Besonders vorteilhaft kann die gattungsgemäße Antriebseinrichtung bei Wasserfahrzeugen, insbesondere bei Unterwasserbooten, eingesetzt werden. Besonders bei Unterwasserbooten erweist sich die gattungsgemäße Antriebseinrichtung als vorteilhaft, weil mit ihr erreicht werden kann, dass eine Schiffsschraube unmittelbar mit dem Läufer beziehungsweise einer Läuferwelle des Läufers, drehfest verbunden sein kann. Ein Getriebe kann dabei vermieden werden. Zugleich ermöglicht es die Antriebseinrichtung, durch geeignetes Steuern der Wechselrichter eine Geräuschentwicklung beziehungsweise Schallabgabe durch die Antriebseinrichtung möglichst gering zu halten. Dies ist nicht nur für Wasserfahrzeuge im Allgemeinen vorteilhaft, sondern besonders auch für Unterwasserboote, wodurch deren Ortbarkeit reduziert werden kann.Generic propulsion devices, watercraft with such propulsion devices as well as methods for their operation are known in the prior art. The drive device, also known as an electric drive device, is used, among other things, to be able to implement a drive function in vehicles, in particular in watercraft, during normal operation of the vehicle or when driving. For this purpose, the drive device can be connected to a drive shaft. The drive shaft can be directly non-rotatably connected to the rotor of the electrical machine, for example. The drive device of the generic type can be used particularly advantageously in watercraft, in particular in underwater boats. The generic drive device proves to be particularly advantageous in underwater boats, because it can be used to ensure that a ship's propeller can be directly connected to the rotor or a rotor shaft of the rotor in a rotationally fixed manner. A gear can be avoided. At the same time, the drive device makes it possible to keep the development of noise or sound emission by the drive device as low as possible by suitably controlling the inverters. This isn't just for watercraft in general advantageous, but especially for underwater boats, which can reduce their localization.

Eine gattungsgemäße Antriebseinrichtung offenbart zum Beispiel die WO 2004/068694 Al, die eine elektrische Maschine für den Propulsionsantrieb eines U-Boots mit einer permanentmagnetisch erregten Synchronmaschine offenbart. Durch die Antriebseinrichtung der WO 2004/068694 A1 soll durch Redundanz eine erhöhte Verfügbarkeit der Antriebsfunktion erreicht werden können, wobei Maschinengeräusche reduziert werden können sollen. Auch wenn sich die Lehre der WO 2004/068694 A1 bewährt hat, so verbleiben dennoch Nachteile.A generic drive device disclosed for example WO 2004/068694 Al, which discloses an electric machine for the propulsion propulsion of a submarine with a permanent magnet excited synchronous machine. Through the drive device WO 2004/068694 A1 increased availability of the drive function can be achieved through redundancy, with machine noise being able to be reduced. Even if the teaching of WO 2004/068694 A1 proven, but disadvantages remain.

Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei der vorgenannten Konstruktion ein Defekt bei einem Wechselrichter zu deutlichen Einschränkungen des bestimmungsgemäßen Betriebs führen kann. Dies ist besonders für Unterwasserboote ungünstig. In diesem Zusammenhang erweist sich die vorgenannte Konstruktion dahingehend als nachteilig, als dass eine Reparatur beziehungsweise entsprechende Wartung während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs in der Regel nicht durchgeführt werden kann. Die vorgenannte Konstruktion erfordert es nämlich, dass die Antriebseinrichtung aufwendig zerlegt werden muss, um den jeweiligen Wechselrichter beziehungsweise ein jeweiliges Wechselrichtermodul austauschen oder warten zu können. Für Wasserfahrzeuge ist daher eine derartige Reparatur beziehungsweise Wartung nur auf Reede oder im Hafen möglich.This is because it has been shown that, in the case of the aforementioned construction, a defect in an inverter can lead to significant limitations in the intended operation. This is particularly unfavorable for underwater boats. In this context, the aforementioned design proves to be disadvantageous in that repairs or corresponding maintenance cannot generally be carried out during normal driving operation. This is because the aforementioned construction requires that the drive device has to be dismantled in a complex manner in order to be able to replace or maintain the respective inverter or a respective inverter module. For watercraft, such repair or maintenance is therefore only possible in the roadstead or in the port.

Zwar besteht die Möglichkeit, unter Nutzung der Redundanz mit entsprechend reduzierter Leistung den Fahrbetrieb fortführen zu können, jedoch ist dies für Wasserfahrzeuge, insbesondere Unterwasserboote, ungünstig und kann gefährliche Zustände zur Folge haben. Besonders nachteilig erweist es sich, dass die Antriebseinrichtung des gestörten Wechselrichters eine erhöhte Schallabgabe bewirken kann. Dies erweist sich nicht nur als störend während des bestimmungsgemäßen Betriebs, sondern, insbesondere bei Unterwasserbooten, kann deren Ortbarkeit in unerwünschter Weise erhöht sein.Although there is the possibility of being able to continue the driving operation using the redundancy with correspondingly reduced power, this is unfavorable for watercraft, in particular underwater boats, and can result in dangerous conditions. It has proven to be particularly disadvantageous that the drive device of the faulty inverter can cause increased noise emissions. This not only proves to be disruptive during normal operation, but also, particularly in the case of submarines, can undesirably increase their locatability.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Antriebseinrichtung, ein gattungsgemäßes Wasserfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung derart weiterzubilden, dass eine verbesserte Verfügbarkeit im Falle einer Störung eines Wechselrichters erreicht werden kann. Vorzugsweise soll eine Schallabgabe durch die Antriebseinrichtung reduziert werden können.The invention is therefore based on the object of further developing a generic drive device, a generic watercraft and a method for operating the drive device in such a way that improved availability can be achieved in the event of a fault in an inverter. It should preferably be possible to reduce sound emissions from the drive device.

Als Lösung werden mit der Erfindung Antriebseinrichtungen und Verfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt sowie ein Wasserfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.As a solution, the invention proposes drive devices and methods according to the first and the second aspect, as well as a watercraft according to the independent claims.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments result from features of the dependent claims.

In Bezug auf ein gattungsgemäßes Verfahren wird gemäß dem ersten Aspekt insbesondere vorgeschlagen, dass in einem Betriebszustand, in dem einer der ersten Wechselrichter nicht aktivierbar ist, der jeweilige zweite Wechselrichter derart gesteuert wird, dass der jeweilige zweite Wicklungsstrang mit dem doppelten vorgegebenen elektrischen Strom beaufschlagt wird, wenn der vorgegebene elektrische Strom kleiner als ein durch den jeweiligen zweiten Wechselrichter maximal bereitstellbarer elektrischer Strom ist.With regard to a generic method, it is proposed according to the first aspect in particular that in an operating state in which one of the first inverters cannot be activated, the respective second inverter is controlled in such a way that the respective second phase winding is charged with twice the specified electric current , if the specified electric current is less than a maximum electric current that can be provided by the respective second inverter.

In Bezug auf ein gattungsgemäßes Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass bei einem nicht aktivierbaren Wechselrichter, der an einen jeweiligen ersten Wicklungsstrang angeschlossen ist, im zweiten Betriebszustand derjenige Wechselrichter, der an dem jeweiligen zweiten Wicklungsstrang angeschlossen ist, derart gesteuert wird, dass dieser zweite Wicklungsstrang mit dem maximal bereitstellbaren elektrischen Strom beaufschlagt wird.With regard to a generic method according to the second aspect, the invention proposes in particular that, in the case of a non-activatable inverter that is connected to a respective first winding phase, the inverter that is connected to the respective second winding phase is controlled in this way in the second operating state is that this second phase winding is acted upon by the maximum electric current that can be provided.

In Bezug auf eine gattungsgemäße Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung ferner ausgebildet ist, in einem Betriebszustand, in dem einer der ersten Wechselrichter nicht aktivierbar ist, den jeweiligen zweiten Wechselrichter derart zu steuern, dass der jeweilige zweite Wicklungsstrang mit dem doppelten vorgebbaren elektrischen Strom beaufschlagt wird, wenn der vorgebbare elektrische Strom kleiner als ein durch den jeweiligen zweiten Wechselrichter maximal bereitstellbarer elektrischer Strom ist.With regard to a generic drive device according to the first aspect, the invention proposes in particular that the control device is also designed, in an operating state in which one of the first inverters cannot be activated, to control the respective second inverter in such a way that the respective second Phase winding is acted upon by twice the predefinable electric current when the predefinable electric current is less than a maximum electric current that can be provided by the respective second inverter.

In Bezug auf eine gattungsgemäße Antriebseinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung ferner ausgebildet ist, bei einem nicht aktivierbaren Wechselrichter, der an einen jeweiligen ersten Wicklungsstrang angeschlossen ist, im zweiten Betriebszustand denjenigen Wechselrichter, der an dem jeweiligen zweiten Wicklungsstrang angeschlossen ist, derart zu steuern, dass dieser zweite Wicklungsstrang mit dem maximal bereitstellbaren elektrischen Strom beaufschlagt wird.With regard to a generic drive device according to the second aspect, the invention proposes in particular that the control device is also designed, in the case of a non-activatable inverter that is connected to a respective first phase winding, to control in the second operating state the inverter that is connected to the respective second Phase winding is connected to control such that this second phase winding is acted upon by the maximum electric current that can be provided.

In Bezug auf ein gattungsgemäßes Wasserfahrzeug wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung gemäß der Erfindung ausgebildet ist.With regard to a generic watercraft, the invention proposes in particular that the drive device be designed according to the invention.

Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass bei einem nicht aktivierbaren Wechselrichter beziehungsweise einem nicht aktivierbaren Wechselrichtermodul der Betrieb der Antriebseinrichtung nicht nur fortgesetzt werden kann, sondern darüber hinaus auch eine Geräuschentwicklung, beispielsweise aufgrund einer unsymmetrischen Betriebssituation der Wechselrichteranordnung, deutlich reduziert werden kann, wenn mit den verbliebenen Wechselrichtern der Wechselrichteranordnung zumindest ein begrenzter Ausgleich geschaffen werden kann. Lässt sich ein Wechselrichter beziehungsweise ein Wechselrichtermodul zum Beispiel aufgrund einer Störung, eines Defekts, eines Isolationsfehlers oder eines sonstigen unerwünschten Ereignisses nicht bestimmungsgemäß aktivieren, kann somit nicht nur ein erheblich reduzierter Teilbetrieb der Antriebseinrichtung realisiert werden, ohne große Einbußen hinsichtlich der Geräuschentwicklung hinnehmen zu müssen, sondern durch die erfindungsgemäße Betriebsführung kann ein deutlich verbesserter Betrieb auch bei größerer Leistung realisiert werden, wobei Auswirkungen auf die Geräuschentwicklung durch die Antriebseinrichtung trotzdem weitgehend klein werden können. Dies ist insbesondere wichtig bei Wasserfahrzeugen wie Unterwasserbooten oder dergleichen. Anders als beim Stand der Technik ist es somit nicht mehr unbedingt erforderlich, zur Herstellung einer großen Leistungsfähigkeit der Antriebseinrichtung die Wechselrichteranordnung durch Austauschen des entsprechenden Wechselrichters beziehungsweise eines entsprechenden Wechselrichtermoduls zu reparieren. Vielmehr ist es möglich, durch eine gezielte Betriebsführung der Antriebseinrichtung, insbesondere der Wechselrichteranordnung, eine große Leistungsfähigkeit bei geringer Geräuschentwicklung aufrechtzuerhalten.The invention is based, among other things, on the idea that in the case of an inverter or an inverter module that cannot be activated, the operation of the drive device can not only be continued, but that noise development, for example due to an asymmetrical operating situation of the inverter arrangement, can also be significantly reduced. if at least a limited compensation can be created with the remaining inverters of the inverter arrangement. If an inverter or an inverter module cannot be activated as intended, for example due to a fault, a defect, an insulation fault or another undesired event, not only can the partial operation of the drive device be significantly reduced without having to accept major losses in terms of noise development, but by the operational management according to the invention, a significantly improved operation can be realized even with greater power, with the effects on the noise generated by the drive device still being able to be largely small. This is particularly important in the case of water vehicles such as underwater boats or the like. In contrast to the prior art, it is therefore no longer absolutely necessary to repair the inverter arrangement by replacing the corresponding inverter or a corresponding inverter module in order to produce a high level of performance of the drive device. Rather, it is possible to maintain a high level of performance with low noise development through targeted operational management of the drive device, in particular the inverter arrangement.

Bei einem Wasserfahrzeug braucht daher im Normalfall nicht bis zu einem nächsten Aufenthalt in einem Hafen oder auf Reede mit dem defekten Wechselrichter beziehungsweise Wechselrichtermodul weitergefahren zu werden. Die akustische Eigenschaft der Antriebseinrichtung kann daher zumindest teilweise aufrechterhalten werden.In the case of a watercraft, it is therefore normally not necessary to continue driving with the defective inverter or inverter module until the next time it is in a port or in a roadstead. The acoustic properties of the drive device can therefore be maintained at least partially.

Dabei vermeidet die Erfindung, dass einerseits in der Nut mit dem aufgrund an des nicht aktivierbaren Wechselrichters unbestromten Wicklungsstrang keine magnetische Durchflutung mehr vorliegt. Eine Erhöhung der doppelten oder vierfachen elektrischen Frequenz der Antriebseinrichtung, insbesondere der Wechselrichteranordnung, kann somit reduziert werden, wenn nicht sogar vermieden werden. Darüber hinaus brauchen andrerseits die Wechselrichter, insbesondere im Fall der Reihenschaltung von Wicklungssträngen, nicht in einen Parallelbetrieb umgeschaltet zu werden, der erfordern würde, dass alle verbliebenen Wechselrichter mit derselben Taktfrequenz betrieben werden müssten, was eine markante akustische Schallabgabe zur Folge haben könnte, die im ungestörten bestimmungsgemäßen Betrieb nicht auftreten würde.The invention avoids, on the one hand, that there is no longer any magnetic flux in the slot with the phase winding without current due to the non-activatable inverter. An increase in the double or quadruple electrical frequency of the drive device, in particular of the inverter arrangement, can thus be reduced, if not avoided altogether. In addition, on the other hand, the inverters, especially in the case of series connection of phase windings, do not need to be switched to parallel operation, which would require all the remaining inverters to be operated at the same switching frequency, which could result in a significant acoustic noise emission, which in the undisturbed normal operation would not occur.

Die Nuten der magnetischen Einheit erstrecken sich von einem axialen Ende der magnetischen Einheit beziehungsweise des Ständers bis zu einem gegenüberliegenden axialen Ende der magnetischen Einheit beziehungsweise des Ständers. Vorzugsweise sind die Nuten innenseitig an einer im Wesentlichen kreisförmigen Umfangsöffnung des Ständers beziehungsweise der magnetischen Einheit angeordnet, und zwar im Wesentlichen koaxial zu einer Drehachse eines ebenfalls in dieser Durchgangsöffnung angeordneten Läufers, wenn die rotierende elektrische Maschine ein Innenläufer ist. Bei einem Außenläufer können die Nuten entsprechend an einem Außenumfang der magnetischen Einheit angeordnet sein.The slots of the magnetic unit extend from one axial end of the magnetic unit or the stator to an opposite axial end of the magnetic unit or the stator. The grooves are preferably arranged on the inside of a substantially circular peripheral opening of the stator or of the magnetic unit, specifically substantially coaxially with an axis of rotation of a rotor also arranged in this through-opening if the rotating electrical machine is an internal rotor. In the case of an external rotor, the grooves can be arranged correspondingly on an outer circumference of the magnetic unit.

Jede Nut weist wenigstens einen ersten Wicklungsstrang und wenigstens einen vom ersten Wicklungsstrang elektrisch isolierten zweiten Wicklungsstrang auf. Ein Wicklungsstrang kann durch einen elektrischen Leiter einer Ständerwicklung des Ständers beziehungsweise der magnetischen Einheit gebildet sein. Der magnetische Leiter kann einen runden oder auch einen eckigen, insbesondere rechteckigen Querschnitt aufweisen. In der Nut können die Wicklungsstränge übereinander und/oder auch nebeneinander angeordnet sein. Ein Wicklungsstrang kann auch mehr als einen einzigen elektrischen Leiter aufweisen. Bei mehreren Leitern können diese in Reihe oder auch parallelgeschaltet sein.Each slot has at least one first phase winding and at least one second phase winding which is electrically insulated from the first phase winding. A phase winding can be formed by an electrical conductor of a stator winding of the stator or of the magnetic unit. The magnetic conductor can have a round or also an angular, in particular rectangular, cross-section. The winding strands can be arranged one above the other and/or next to one another in the slot. A phase winding can also have more than a single electrical conductor. If there are several conductors, they can be connected in series or in parallel.

Die Nuten erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Drehachse. Je nach Konstruktion kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Nuten geschrägt gegenüber der Drehachse ausgebildet sind.The grooves extend essentially parallel to the axis of rotation. Depending on the design, however, it can also be provided that the grooves are formed at an angle relative to the axis of rotation.

Beim ersten Aspekt ist ein jeweiliger erster Wicklungsstrang an einem jeweiligen ersten Wechselrichter der Wechselrichteranordnung angeschlossen und ein jeweiliger zweiter Wicklungsstrang an einem jeweiligen zweiten Wechselrichter der Wechselrichteranordnung angeschlossen. Zumindest ein erster jeweiliger Anschluss eines jeweiligen Wicklungsstrangs ist somit an einen jeweiligen Wechselrichter angeschlossen. Vorzugsweise sind die jeweiligen Wicklungsstränge jedoch mit ihrem ersten Anschluss und auch mit ihrem jeweiligen zweiten Anschluss an dem jeweiligen Wechselrichter angeschlossen. In diesem Fall umfasst der jeweilige Wechselrichter zumindest eine Vollbrückenschaltung aus Schaltelementen, die im bestimmungsgemäßen Betrieb des Wechselrichters im Schaltbetrieb betrieben werden. Die Vollbrückenschaltung umfasst in der Regel zwei Reihenschaltungen aus wenigstens zwei in Reihe geschalteten Schaltelementen. Die Reihenschaltungen sind zwischenkreisseitig parallelgeschaltet. An jeweiligen Mittelabgriffen der Reihenschaltungen sind jeweils der erste und der zweite Anschluss des jeweiligen Wicklungsstrangs angeschlossen.In the first aspect, a respective first phase winding is connected to a respective first inverter of the inverter arrangement and a respective second winding phase is connected to a respective second inverter of the inverter arrangement. At least a first respective connection of a respective phase winding is thus connected to a respective inverter. However, the respective phase windings are preferably connected to the respective inverter with their first connection and also with their respective second connection. In this case, the respective Inverter at least one full-bridge circuit of switching elements that are operated in the intended operation of the inverter in switching mode. The full bridge circuit generally comprises two series circuits made up of at least two switching elements connected in series. The series connections are connected in parallel on the intermediate circuit side. The first and the second connection of the respective phase winding are connected to the respective center taps of the series circuits.

Ein Schaltelement kann durch ein oder mehrere Halbleiterschaltelemente gebildet sein. Darüber hinaus kann das Schaltelement auch ein elektromechanisches Schaltelement umfassen, beispielsweise ein Relais, ein Schütz und/oder dergleichen. Dem Grunde nach kann das Halbleiterschaltelement auch durch ein elektromechanisches Schaltelement oder jedes beliebige andere geeignete Schaltelement gebildet sein.A switching element can be formed by one or more semiconductor switching elements. In addition, the switching element can also include an electromechanical switching element, for example a relay, a contactor and/or the like. In principle, the semiconductor switching element can also be formed by an electromechanical switching element or any other suitable switching element.

Das Schaltelement, insbesondere das Halbleiterschaltelement, kann durch einen Transistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor, vorzugsweise einen Metalloxide Field Effect-Transistor (MOSFET), einen Insulated-Gate Bipolar Transistor (IGBT), aber auch durch Gate-Turn-Off-Thyristor (GTO) und/oder dergleichen oder jeglicher anderer Art von Schaltelementen gebildet sein.The switching element, in particular the semiconductor switching element, can be a transistor, in particular a field effect transistor, preferably a metal oxide field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), but also a gate turn-off thyristor (GTO). and/or the like or any other type of switching elements.

Zur Bereitstellung der gewünschten Stroms durch die Wechselrichter werden die Halbleiterschaltelemente im Schaltbetrieb betrieben. In Bezug auf ein Halbleiterschaltelement unter Nutzung eines Transistors bedeutet der Schaltbetrieb, dass in einem eingeschalteten Schaltzustand zwischen den eine Schaltstrecke bildenden Anschlüssen des Transistors ein sehr kleiner elektrischer Widerstand bereitgestellt wird, sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist. In einem ausgeschalteten Schaltzustand ist hingegen die Schaltstrecke des Transistors hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb bei Transistoren.To provide the desired current through the inverter, the semiconductor switching elements are operated in switching mode. With regard to a semiconductor switching element using a transistor, the switching operation means that in an on switching state, a very small electrical resistance is provided between the terminals of the transistor forming a contact gap, so that a high current flow is possible with a very small residual voltage. In a switched-off switching state, on the other hand, the switching gap of the transistor has a high resistance, i.e. it provides a high electrical resistance, so that even with a high electrical voltage applied to the switching gap, there is essentially no or only a very small, in particular negligible, current flow. This differs from linear operation with transistors.

Die Steuereinheit ist zumindest an die Schaltelemente, insbesondere die Halbleiterschaltelemente der Wechselrichter angeschlossen. Vorzugsweise weist jeder Wechselrichter eine eigene Kommunikationsschnittstelle auf, mittels der er mit der Steuereinrichtung in Kommunikationsverbindung steht. Dadurch kann mittels der Steuereinrichtung auch eine Aktivierung beziehungsweise eine Deaktivierung der jeweiligen Wechselrichter gesteuert werden.The control unit is connected at least to the switching elements, in particular the semiconductor switching elements of the inverter. Each inverter preferably has its own communication interface, by means of which it is in communication with the control device. As a result, activation or deactivation of the respective inverters can also be controlled by means of the control device.

Die Steuereinheit selbst kann als separate Baueinheit vorgesehen sein. Vorzugsweise ist sie jedoch Bestandteil der Wechselrichteranordnung und besonders bevorzugt in diese integriert angeordnet.The control unit itself can be provided as a separate structural unit. However, it is preferably a component of the inverter arrangement and is particularly preferably arranged integrated into it.

Während des bestimmungsgemäßen Betriebs werden die Wechselrichter derart gesteuert, dass die Wicklungsstränge mit einem gleichen vorgegebenen elektrischen Strom beaufschlagt werden. Der vorgegebene elektrische Strom kann zum Beispiel von einer einzustellenden Antriebsleistung, einem einzustellenden Antriebsdrehmoment und/oder dergleichen abhängig sein. Vorzugsweise wird der vorgegebene elektrische Strom von einem an die Steuereinrichtung angeschlossenen Steuergerät oder dergleichen vorgegeben. Die Steuereinrichtung kann zu diesem Zweck eine entsprechende Hardware-Schaltung und/oder eine entsprechend ausgebildete programmgesteuerte Recheneinheit aufweisen.During normal operation, the inverters are controlled in such a way that the winding strands are subjected to the same predetermined electrical current. The specified electric current can depend, for example, on a drive power to be set, a drive torque to be set and/or the like. The specified electrical current is preferably specified by a control device or the like connected to the control device. For this purpose, the control device can have a corresponding hardware circuit and/or a correspondingly designed program-controlled computing unit.

Gemäß dem ersten Aspekt wird vorgeschlagen, dass in einem Betriebszustand, in dem einer der ersten Wechselrichter nicht aktivierbar ist, der jeweilige zweite Wechselrichter derart gesteuert wird, dass der jeweilige zweite Wicklungsstrang, der in der gleichen Nut wie der am ersten Wechselrichter angeschlossene erste Wicklungsstrang angeordnet ist, mit dem doppelten vorgegebenen elektrischen Strom beaufschlagt wird, wenn der vorgegebene elektrische Strom kleiner als durch den jeweiligen zweiten Wechselrichter maximal bereitstellbarer elektrischer Strom ist. Dadurch kann erreicht werden, dass, solange der vorgegebene elektrische Strom kleiner als der durch den jeweiligen zweiten Wechselrichter maximal bereitstellbare Strom ist, durch Bereitstellung beziehungsweise Beaufschlagen des jeweiligen zweiten Wicklungsstrangs in der Nut, in der der erste Wicklungsstrang aufgrund des nicht aktivierbaren Wechselrichters stromlos ist, diesen Funktionsausfall kompensieren kann. Durch die Beaufschlagung dieses zweiten Wicklungsstrangs mit dem doppelten vorgegebenen elektrischen Strom kann nämlich erreicht werden, dass der entsprechende magnetische Pol trotzdem mit der gleichen magnetischen Durchflutung beaufschlagt wird. Solange also der vorgegebene elektrische Strom kleiner als der durch den zweiten Wechselrichter maximal bereitstellbare Strom ist, kann demnach nahezu eine vollständige Kompensation des Ausfalls des jeweiligen ersten Wechselrichters erreicht werden.According to the first aspect, it is proposed that in an operating state in which one of the first inverters cannot be activated, the respective second inverter is controlled in such a way that the respective second phase winding is arranged in the same slot as the first phase winding connected to the first inverter is acted upon by twice the predetermined electrical current if the predetermined electrical current is less than the maximum electrical current that can be provided by the respective second inverter. As a result, as long as the specified electrical current is less than the maximum current that can be provided by the respective second inverter, by providing or applying the respective second phase winding in the slot in which the first phase winding is currentless due to the inverter that cannot be activated, can compensate for this functional failure. By applying twice the specified electric current to this second phase winding, it can be achieved that the corresponding magnetic pole is nevertheless exposed to the same magnetic flux. Therefore, as long as the specified electric current is less than the maximum current that can be provided by the second inverter, almost complete compensation for the failure of the respective first inverter can be achieved.

Bezüglich des ersten Aspekts wird darüber hinaus vorgeschlagen, dass der jeweilige zweite Wicklungsstrang mit dem maximal bereitstellbaren elektrischen Strom beaufschlagt wird, wenn der vorgegebene elektrische Strom größer als der maximal bereitstellbare Strom ist. Dies erlaubt es, die Auswirkungen aufgrund des nicht aktivierbaren ersten Wechselrichters zumindest anteilig durch den entsprechenden Betrieb des zweiten Wechselrichters kompensieren zu können. Dadurch kann zumindest eine teilweise Kompensation erreicht werden, weil bei einer erhöhten Leistungsanforderung der durch den zweiten Wechselrichter bereitstellbare maximale elektrische Strom aus technischen Gründen in der Regel nicht weiter erhöht werden kann. Jedoch kann gegenüber einem Totalausfall eine deutliche Verbesserung weiterhin erreicht werden.With regard to the first aspect, it is also proposed that the respective second phase winding is acted upon by the maximum electric current that can be provided if the specified electric current is greater than the maximum current that can be provided. This allows the effects due to the non-activatable first Inverter to be able to compensate at least in part by the corresponding operation of the second inverter. As a result, at least partial compensation can be achieved because, for technical reasons, the maximum electric current that can be provided by the second inverter generally cannot be increased any further when there is an increased power requirement. However, compared to a total failure, a significant improvement can still be achieved.

Dadurch, dass in jeder Nut ein erster Wicklungsstrang und ein zweiter Wicklungsstrang angeordnet sind, die voneinander elektrisch isoliert sind, besteht die Möglichkeit, wenn durch die Antriebseinrichtung lediglich eine kleine Antriebsleistung angefordert wird, in einem Teilleistungsbetrieb einige der Wechselrichter, beispielsweise etwa die Hälfte der Wechselrichter zu deaktivieren, und zwar vorzugsweise entweder diejenigen Wechselrichter, die an die ersten Wicklungsstränge angeschlossen sind, oder die Wechselrichter, die an die zweiten Wicklungsstränge angeschlossen sind. Besonders im letztgenannten Fall kann erreicht werden, dass weiterhin jede der Nuten mit einer magnetischen Durchflutung beaufschlagt wird. Dadurch kann auch im Teilleistungsbetrieb ein guter Wirkungsgrad bei geringer Schallabgabe durch die Antriebseinrichtung gewährleistet werden. Dieser Betriebszustand - im Folgenden Kleinleistungsbetriebszustand genannt - kann besonders für geringe Geschwindigkeiten des Wasserfahrzeugs, beispielsweise beim Manövrieren oder bei Schleichfahrten, beispielsweise bei einem Unterwasserboot oder dergleichen, vorteilhaft eingesetzt werden. Der Kleinleistungsbetriebszustand kann sich bis zu einer Antriebsleistung erstrecken, die durch den jeweiligen, durch die Wechselrichter maximal bereitstellbaren elektrischen Strom bestimmt ist. Je nach Bedarf kann dieser Kleinleistungsbetriebszustand auch lediglich bis zu einer kleineren Leistung hiervon realisiert sein.Due to the fact that a first phase winding and a second phase winding are arranged in each slot and are electrically insulated from one another, there is the possibility, if only a small drive power is required by the drive device, in partial power operation of some of the inverters, for example about half of the inverters to deactivate, preferably either those inverters that are connected to the first phase windings, or the inverters that are connected to the second phase windings. Particularly in the latter case, it can be achieved that each of the slots continues to be subjected to a magnetic flux. As a result, a good level of efficiency with low noise emissions can be ensured by the drive device even in partial power operation. This operating state—hereinafter referred to as the low-power operating state—can be used advantageously particularly for low speeds of the watercraft, for example when maneuvering or when crawling, for example in an underwater boat or the like. The low-power operating state can extend to a drive power that is determined by the respective maximum electric current that can be provided by the inverter. Depending on requirements, this low-power operating state can also only be implemented down to a lower power level.

An den Kleinleistungsbetriebszustand kann sich ein Teilleistungsbetriebszustand anschließen, der gemäß dem zweiten Aspekt eine jeweilige Reihenschaltung von in unmittelbar benachbarten Nuten angeordneten ersten und zweiten Wicklungssträngen vorsieht. In diesem Teilleistungsbetriebszustand ist also für zwei unmittelbar benachbarte Nuten vorgesehen, dass die jeweiligen ersten Wicklungsstränge in Reihe geschaltet sind. Für die gleichen Nuten sind auch die jeweiligen zweiten Wicklungsstränge in Reihe geschaltet.The low-power operating state can be followed by a partial-power operating state which, according to the second aspect, provides a respective series connection of first and second winding strands arranged in immediately adjacent slots. In this partial power operating state, it is therefore provided for two immediately adjacent slots that the respective first winding strands are connected in series. The respective second phase windings are also connected in series for the same slots.

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung eine Schalteinheit aufweist, die ausgebildet ist, in einem ersten Schaltzustand die jeweiligen Wicklungsstränge in Reihe zu schalten. So kann vorgesehen sein, dass eine entsprechende Schalteinheit vorgesehen ist, die die entsprechenden Schaltzustände für die Wicklungsstränge bereitstellen kann, um zwischen dem Teilleistungsbetriebszustand und dem Kleinleistungsbetriebszustand umschalten zu können. Die Schalteinheit kann zum Beispiel eine elektromechanische Schalteinheit sein, die elektromechanische Schaltelemente, wie Relais, Schütze und/oder dergleichen, nutzt. Darüber hinaus kann die Schalteinheit natürlich auch elektronische Schaltelemente zum Realisieren der jeweiligen Schaltfunktionen aufweisen. Auch eine Kombination hiervon kann vorgesehen sein.According to a further development, it is proposed that the drive device has a switching unit which is designed to connect the respective phase windings in series in a first switching state. Provision can thus be made for a corresponding switching unit to be provided, which can provide the corresponding switching states for the phase windings in order to be able to switch between the partial power operating state and the low-power operating state. The switching unit can be, for example, an electromechanical switching unit that uses electromechanical switching elements such as relays, contactors and/or the like. In addition, the switching unit can of course also have electronic switching elements for realizing the respective switching functions. A combination of these can also be provided.

Jeder Wechselrichter der Wechselrichteranordnung ist jeweils an einen einzigen Wicklungsstrang angeschlossen, und zwar an einem ersten Anschluss des jeweiligen Wicklungsstrangs. Die zweiten Anschlüsse der Wicklungsstränge sind zur Ausbildung der jeweiligen Reihenschaltungen jeweils in vorgegebener Weise miteinander elektrisch verbunden, beispielsweise über die Schalteinheit. Das bedeutet, dass jeweils zwei in Reihe geschaltete Wicklungsstränge an ihren jeweiligen Endanschlüssen beziehungsweise ersten Anschlüssen, an Wechselrichter jeweilige angeschlossen sind. Dadurch sind beide elektrische Enden der Reihenschaltung durch jeweilige erste Anschlüsse der Wicklungsstränge gebildet und mit einem jeweiligen Wechselrichter elektrisch verbunden. Dieser Teilleistungsbetriebszustand hat den Vorteil, dass für den vorgegebenen Teilleistungsbereich weiterhin ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann. Zugleich kann durch diese Schaltungsart in Verbindung mit dem Wechselrichterbetrieb weiterhin eine geringere Geräuschentwicklung durch die Antriebseinrichtung realisiert werden.Each inverter of the inverter arrangement is connected to a single phase winding, specifically at a first connection of the respective phase winding. The second connections of the phase windings are each electrically connected to one another in a predetermined manner, for example via the switching unit, in order to form the respective series circuits. This means that in each case two winding strands connected in series are connected to inverters at their respective end connections or first connections. As a result, both electrical ends of the series circuit are formed by respective first connections of the phase windings and are electrically connected to a respective inverter. This partial power operating state has the advantage that a high level of efficiency can still be achieved for the specified partial power range. At the same time, this type of connection in connection with the inverter operation can continue to result in less noise being produced by the drive device.

Für den Teilleistungsbetriebszustand sind ferner wenigstens zwei Betriebszustände möglich, nämlich ein erster Betriebszustand und ein zweiter Betriebszustand, wie im Folgenden erläutert.Furthermore, at least two operating states are possible for the partial power operating state, namely a first operating state and a second operating state, as explained below.

Im ersten Betriebszustand wird nur eine vorgegebene Auswahl der Wechselrichter der Wechselrichteranordnung aktiviert. Dies kann eine Auswahl sein, wie sie auch für den Kleinleistungsbetriebszustand vorgesehen ist. Im ersten Betriebszustand ist eine bereitzustellende Antriebsleistung kleiner als eine durch die aktivierten Wechselrichter bereitstellbare Teilleistung der Wechselrichteranordnung, die abhängig von einem jeweils durch die aktivierten Wechselrichter maximal bereitstellbaren elektrischen Strom bestimmt ist. Der maximal bereitstellbare elektrische Strom eines Wechselrichters ist vorzugsweise der Strom, der aus technischen Gründen durch den jeweiligen Wechselrichter maximal an einem Wechselspannungsanschluss des Wechselrichters bereitgestellt werden kann, der mit einem jeweiligen Wicklungsstrang elektrisch gekoppelt ist. Auch hier kann vorgesehen sein, dass der erste Betriebszustand sich bis zu der Teilleistung erstreckt. Er kann sich jedoch auch lediglich für eine kleinere Teilleistung erstrecken.In the first operating state, only a predetermined selection of the inverters in the inverter arrangement is activated. This can be a selection that is also provided for the low-power operating state. In the first operating state, a drive power to be provided is less than a partial power of the inverter arrangement that can be provided by the activated inverters, which is determined as a function of a maximum electric current that can be provided by the activated inverters. The maximum electrical current that can be provided by an inverter is preferably the maximum current that can be provided by the respective inverter for technical reasons at an AC voltage connection of the inverter that is electrically coupled to a respective phase winding. It can also be provided here that the first Operating condition extends to the partial performance. However, it can also only extend to a smaller part of the service.

Im zweiten Betriebszustand, in dem die bereitzustellende Antriebsleistung größer als die Teilleistung ist, werden alle Wechselrichter der Wechselrichteranordnung aktiviert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass im ersten Betriebszustand lediglich die in Reihe geschalteten ersten Wicklungsstränge mit elektrischem Strom beaufschlagt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass lediglich die in Reihe geschalteten zweiten Wicklungsstränge mit elektrischem Strom beaufschlagt werden. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass zwischen diesen beiden vorgenannten Ausgestaltungen gewechselt wird. Auch Kombinationen hiervon können vorgesehen sein, insbesondere wenn in allen Nuten wenigstens ein Wicklungsstrang mit elektrischem Strom beaufschlagt wird.In the second operating state, in which the drive power to be provided is greater than the partial power, all the inverters in the inverter arrangement are activated. For example, it can be provided that in the first operating state only the first phase windings connected in series are supplied with electric current. Alternatively, it can be provided that only the second phase windings connected in series are supplied with electric current. Of course, provision can also be made for switching between these two aforementioned configurations. Combinations of these can also be provided, in particular if electrical current is applied to at least one phase winding in all slots.

Ist beispielsweise aufgrund eines - wie zuvor erläuterten angegebenen Grundes - ein Wechselrichter im zweiten Betriebszustand nicht aktivierbar, würde dies neben einer reduzierten Antriebsleistung auch zu einer deutlichen Geräuschentwicklung führen. Dies kann dadurch verbessert werden, dass bei einem nicht aktivierbaren Wechselrichter, der an einen jeweiligen ersten Wicklungsstrang angeschlossen ist, im zweiten Betriebszustand derjenige Wechselrichter, der an dem jeweiligen zweiten Wicklungsstrang angeschlossen ist, derart gesteuert wird, dass dieser zweiten Wicklungsstrang mit dem maximal bereitstellbaren elektrischen Strom beaufschlagt wird. Dadurch kann der Ausfall des nicht aktivierbaren Wechselrichters zumindest teilweise kompensiert werden, sodass die Geräuschentwicklung ebenfalls reduziert werden kann.For example, if an inverter cannot be activated in the second operating state due to a reason explained above, this would lead to a significant noise development in addition to a reduced drive power. This can be improved in that, in the case of a non-activatable inverter that is connected to a respective first phase winding, the inverter that is connected to the respective second phase winding is controlled in the second operating state in such a way that this second phase winding is supplied with the maximum electrical current is applied. As a result, the failure of the inverter that cannot be activated can be at least partially compensated for, so that the noise development can also be reduced.

Tritt das Problem des nicht aktivierbaren Wechselrichters dagegen im ersten Betriebszustand auf, braucht lediglich zwischen den an die ersten Wicklungssträngen angeschlossenen Wechselrichtern und den an die zweiten Wicklungssträngen angeschlossenen Wechselrichtern gewechselt zu werden. Im ersten Betriebszustand kann daher eine volle Redundanz in Bezug auf den Ausfall eines Wechselrichters erreicht werden. Im zweiten Betriebszustand kann dagegen der Ausfall des Wechselrichters zumindest teilweise kompensiert werden.On the other hand, if the problem of the inverter that cannot be activated occurs in the first operating state, it is only necessary to switch between the inverters connected to the first winding strands and the inverters connected to the second winding strands. In the first operating state, therefore, full redundancy can be achieved in relation to the failure of an inverter. In contrast, in the second operating state, the failure of the inverter can be at least partially compensated.

Darüber hinaus kann basierend auf dem Kleinleistungsbetriebszustand ein Vollleistungsbetriebszustand bereitgestellt werden, bei dem die Reihenschaltung im Teilleistungsbetriebszustand aufgelöst wird und jeder Wicklungsstrang an einem jeweiligen Wechselrichter betrieben wird. Vorzugsweise sind die Wicklungsstränge mit beiden Anschlüssen an dem jeweiligen Wechselrichter angeschlossen, der zum Beispiel hierzu in Vollbrückenschaltung ausgebildet ist. Dem Grunde nach besteht jedoch auch die Möglichkeit, die jeweiligen Wicklungsstränge in Sternschaltung zu betreiben, wodurch die Wechselrichter lediglich als Halbbrückenschaltung ausgebildet zu sein bräuchten.In addition, based on the low-power operating state, a full-power operating state can be provided, in which the series connection is broken in the partial-power operating state and each phase winding is operated on a respective inverter. The phase windings are preferably connected with both terminals to the respective inverter, which is designed for this purpose, for example, in a full-bridge circuit. Basically, however, there is also the possibility of operating the respective phase windings in a star connection, as a result of which the inverter only needs to be designed as a half-bridge circuit.

Es wird in Bezug auf den zweiten Aspekt ferner vorgeschlagen, dass die Auswahl derart vorgegeben wird, dass jeder Nut wenigstens ein Wicklungsstrang mit elektrischem Strom beaufschlagt wird. Dies hat den Vorteil der gleichmäßigen Beanspruchung der Antriebseinrichtung und der weiteren Reduktion der Geräuschentwicklung.In relation to the second aspect, it is also proposed that the selection be specified in such a way that at least one phase winding is charged with electric current in each slot. This has the advantage of uniform stress on the drive device and a further reduction in noise.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass zu einer jeweiligen Reihenschaltung aus zwei Wicklungssträngen jeweils eine Induktivität in Reihe geschaltet wird. Das In-Reihe-Schalten der Induktivität kann ebenfalls mittels der Schalteinheit realisiert sein. Dies erlaubt es, den Wirkungsgrad weiter zu verbessern, wobei insbesondere Taktfrequenzen der Wechselrichter nahezu unabhängig voneinander eingestellt werden können. Auch dies hat den Vorteil der weiteren Reduktion von Geräuschen und Störungen.In addition, it is proposed that an inductance is connected in series with a respective series connection of two phase windings. The inductance can also be connected in series by means of the switching unit. This makes it possible to further improve the efficiency, in particular clock frequencies of the inverters being able to be set almost independently of one another. This also has the advantage of further reducing noise and interference.

Ferner wird vorgeschlagen, dass mittels eines Schallsensors ein durch die Antriebseinrichtung abgegebener Schall erfasst wird und die Wechselrichter abhängig vom erfassten Schall gesteuert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Wechselrichter, beispielsweise in Bezug auf die Taktfrequenz, entsprechend gesteuert werden können, sodass insgesamt die Schallabgabe durch die Antriebseinrichtung weiter reduziert werden kann. Zu diesem Zweck können entsprechende Auswerte- und Steueralgorithmen durch die Steuereinrichtung realisiert werden, die beispielsweise hierfür eine Hardware-Schaltung und/oder eine programmgesteuerte Rechnereinheit aufweisen kann. Beispielsweise kann mittels der Steuereinrichtung ein Wobbeln in Bezug auf die Taktfrequenz der jeweiligen Wechselrichter realisiert werden, sodass eine Geräuschreduktion sowie auch eine Störaussendung im Bereich leitungsgebundener Funkstörungen und/oder dergleichen erreicht werden kann.It is also proposed that a sound emitted by the drive device is detected by means of a sound sensor and that the inverters are controlled as a function of the detected sound. This has the advantage that the inverters can be controlled accordingly, for example in relation to the clock frequency, so that overall the sound emitted by the drive device can be further reduced. For this purpose, corresponding evaluation and control algorithms can be implemented by the control device, which can have a hardware circuit and/or a program-controlled computer unit for this purpose, for example. For example, the control device can be used to wobble in relation to the clock frequency of the respective inverters, so that noise can be reduced and interference emissions in the area of wired radio interference and/or the like can be achieved.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Wechselrichteranordnung Wechselrichtermodule aufweist, wobei ein jeweiliges Wechselrichtermodul zwei der Wechselrichter umfasst, die zwischenkreisseitig parallelgeschaltet sind, wobei jeweils zwei in Reihe schaltbare Wicklungsstränge an die Wechselrichter eines jeweiligen Wechselrichtermoduls angeschlossen sind. Die Wechselrichtermodule können als einzeln handhabbare Baugruppen ausgebildet sein, die vorzugsweise separat geprüft bereitgestellt werden können. Zu diesem Zweck können die Wechselrichtermodule beispielsweise ein eigenes Gehäuse aufweisen. Die Gehäuse können ausgebildet sein, miteinander verbunden zu werden. Somit kann eine verbesserte Konstruktion, insbesondere in Bezug auf Wartung und Herstellung der Antriebseinrichtung erreicht werden. Die Wechselrichtermodule ermöglichen es, die Antriebseinrichtung sehr kompakt und modular aufzubauen. Zugleich kann durch die Wechselrichtermodule auch ein einfacher Anschluss an die Wicklungsstränge und eine elektrische Energieversorgung für die Wechselrichter realisiert werden. Die Wechselrichtermodule können als einzeln handhabbare Baueinheiten realisiert sein. Die Wechselrichtermodule können für sich einzeln prüfbare Baueinheiten bilden.It is also proposed that the inverter arrangement has inverter modules, with a respective inverter module comprising two of the inverters which are connected in parallel on the intermediate circuit side, with two series-connectable phase windings being connected to the inverters of a respective inverter module. The inverter modules can be designed as individually manageable assemblies that can preferably be provided and tested separately. For this purpose, the inverter modules can, for example, have their own have housing. The housings can be designed to be connected to one another. An improved construction can thus be achieved, in particular with regard to maintenance and production of the drive device. The inverter modules make it possible to construct the drive device in a very compact and modular manner. At the same time, a simple connection to the phase windings and an electrical energy supply for the inverters can also be realized by the inverter modules. The inverter modules can be implemented as individually manageable structural units. The inverter modules can form individually testable structural units.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit ausgebildet ist, in einem zweiten Schaltzustand den jeweiligen ersten und zweiten Anschluss eines jeweiligen Wicklungsstrangs mit einem einzigen jeweiligen Wechselrichter eines jeweiligen Wechselrichtermoduls zu koppeln. Dadurch kann eine einfache Umschaltfunktion realisiert werden, die wenig Verdrahtungsaufwand benötigt. Darüber hinaus können die Wicklungsstränge nahezu beliebig und unabhängig voneinander mit elektrischem Strom beaufschlagt werden.In addition, it is proposed that the switching unit is designed to couple the respective first and second connection of a respective phase winding to a single respective inverter of a respective inverter module in a second switching state. This allows a simple switching function to be implemented that requires little wiring effort. In addition, the phase windings can be supplied with electric current in almost any way and independently of one another.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Wechselrichtermodule als separat handhabbare Bauteile ausgebildet sind, wobei die Wechselrichtermodule innerhalb einer zu einer Drehachse des Läufers koaxialen Ständeröffnung in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind. Hierdurch kann die Wechselrichteranordnung auf einfache Weise in die rotierende elektrische Maschine integriert werden, sodass eine separate Konstruktion der Wechselrichteranordnung, die von der rotierenden elektrischen Maschine getrennt angeordnet ist, eingespart werden kann. Durch diese Konstruktion kann eine hohe Integration in Bezug auf die Antriebseinrichtung erreicht werden, insbesondere wenn die rotierende elektrische Maschine einen großen Außenumfang und/oder eine hohe Anzahl von Polen aufweist. Die Wechselrichtermodule können zum Beispiel nach Art von Kreissektoren ausgebildet sein und in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Wechselrichtermodule derart angeordnet, dass sie den jeweils an ihnen angeschlossenen Wicklungssträngen im Wesentlichen gegenüberliegen, sodass ein Verdrahtungsaufwand reduziert werden kann. Darüber hinaus kann durch diese Ausgestaltung auch eine Reduktion von elektromagnetischen Störungen und/oder Geräuschen erreicht werden.Furthermore, it is proposed that the inverter modules are designed as separately manageable components, the inverter modules being arranged adjacent to one another in the circumferential direction within a stator opening that is coaxial to an axis of rotation of the rotor. As a result, the inverter arrangement can be easily integrated into the rotating electrical machine, so that a separate construction of the inverter arrangement, which is arranged separately from the rotating electrical machine, can be saved. With this construction, a high degree of integration with regard to the drive device can be achieved, in particular when the rotating electrical machine has a large outer circumference and/or a large number of poles. The inverter modules can be designed, for example, in the manner of circular sectors and can be arranged adjacent to one another in the circumferential direction. The inverter modules are preferably arranged in such a way that they are essentially opposite the phase windings connected to them, so that the amount of wiring can be reduced. In addition, a reduction in electromagnetic interference and/or noise can also be achieved with this configuration.

Vorteilhaft weist der Läufer eine zur Drehachse koaxial ausgebildete Läuferöffnung auf, in der die Wechselrichteranordnung zumindest teilweise ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Wechselrichteranordnung im Wesentlichen vollständig in der Läuferöffnung angeordnet. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für elektrische Maschinen, die einen großen Durchmesser mit einer großen Anzahl von Polen aufweisen. Dadurch kann ein Raum innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine für die Aufnahme der Wechselrichteranordnung genutzt werden. Die Antriebseinrichtung kann auf diese Weise sehr kompakt ausgebildet sein. Die Läuferöffnung kann zum Beispiel dadurch gebildet sein, dass der Läufer im Bereich der Ständerwicklung nach Art einer Glocke ausgebildet ist und/oder beispielsweise stirnseitig eine Sacköffnung aufweist, in der die Wechselrichtermodule der Wechselrichteranordnung angeordnet werden können. Auch wenn hierbei die Nutzung von Wechselrichtermodulen vorteilhaft ist, ist dieser Gedanke jedoch nicht hierauf beschränkt. Dem Grunde nach kann die Wechselrichteranordnung natürlich auch als eine kompakte Einheit vorgesehen sein, die die einzelnen Wechselrichter umfasst.Advantageously, the rotor has a rotor opening which is formed coaxially to the axis of rotation and in which the inverter arrangement is at least partially formed. The inverter arrangement is preferably arranged essentially completely in the rotor opening. This configuration is particularly suitable for electrical machines that have a large diameter with a large number of poles. As a result, a space within the rotating electric machine can be used to accommodate the inverter arrangement. The drive device can be made very compact in this way. The rotor opening can be formed, for example, in that the rotor is designed in the manner of a bell in the area of the stator winding and/or has a blind opening, for example, at the end, in which the inverter modules of the inverter arrangement can be arranged. Even if the use of inverter modules is advantageous here, this idea is not limited to this. Basically, the inverter arrangement can of course also be provided as a compact unit that includes the individual inverters.

Vorteilhaft ist der Läufer permanenterregt ausgebildet. Auf diese Weise kann eine Synchronmaschine realisiert werden, bei der der Läufer keine elektrischen Anschlüsse benötigt. Dies hat nicht nur für den bestimmungsgemäßen Betrieb sondern auch für die Sicherheit Vorteile. Gerade bei Antrieben von Wasserfahrzeugen erweist sich dies als vorteilhaft.The rotor is advantageously designed to be permanently excited. In this way, a synchronous machine can be implemented in which the rotor does not require any electrical connections. This not only has advantages for the intended operation but also for safety. This proves to be advantageous especially in the case of drives for watercraft.

Die für die erfindungsgemäßen Verfahren angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich gleichermaßen für die erfindungsgemäßen Antriebseinrichtungen und die mit den erfindungsgemäßen Antriebseinrichtungen ausgerüsteten Wasserfahrzeuge und umgekehrt. Insbesondere können somit Verfahrensmerkmale als Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt formuliert sein.The advantages and effects specified for the method according to the invention naturally apply equally to the propulsion devices according to the invention and the watercraft equipped with the propulsion devices according to the invention and vice versa. In particular, method features can thus be formulated as device features and vice versa.

Weitere Vorteile, Wirkungen und Merkmale ergeben sich durch die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In den Ausführungsbeispielen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.Further advantages, effects and features result from the following description of exemplary embodiments. In the exemplary embodiments, the same reference symbols denote the same features and functions.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Die vorhergehend in der Beschreibung angegebenen Merkmale, Merkmalskombinationen sowie auch die in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung umfasst beziehungsweise als offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen und erzeugbar sind. Die anhand der Ausführungsbeispiele dargestellten Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen können für sich genommen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen der Erfindung darstellen, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher sollen die Ausführungsbeispiele auch andere Kombinationen als die in den erläuterten Ausführungsformen umfassen. Darüber hinaus können die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen der Erfindung ergänzt sein.

1 eine schematische Prinzipansicht einer Antriebseinrichtung für ein Unterwasserboot mit einer permanenterregten Synchronmaschine sowie einer in der Synchronmaschine integriert angeordneten Wechselrichteranordnung;
2 in einer schematischen Schnittansicht eine magnetische Einheit eines Ständers und eines Läufers der Synchronmaschine gemäß 1;
3 eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs III in 2 angeschlossen an die Wechselrichteranordnung;
4 in einer schematischen Schaltbilddarstellung ein Wechselrichtermodul der Wechselrichteranordnung gemäß 1, welches zwei zwischenkreisseitig parallelgeschaltete Wechselrichter in Vollbrückenschaltung aufweist, wobei an jeden Wechselrichter wenigstens ein Wicklungsstrang einer Ständerwicklung der Synchronmaschine gemäß 1 über eine Schalteinheit angeschlossen ist, wobei die Schalteinheit in einem ersten Schaltzustand dargestellt ist;
5 eine schematische Schaltbilddarstellung wie 4, bei der die Schalteinheit in einem zweiten Schaltzustand dargestellt ist; und
6 eine schematische Seitenansicht eines Unterwasserboots mit der Antriebseinrichtung gemäß 1.

The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. The features and combinations of features specified above in the description and also the features and combinations of features specified in the following description of exemplary embodiments and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations. The invention therefore also includes or is to be regarded as disclosed embodiments which are not explicitly shown and explained in the figures, but which result from the explained embodiments and can be generated by means of separate combinations of features. Based on the execution The features, functions and/or effects illustrated in the examples can each represent individual features, functions and/or effects of the invention that are to be considered independently of one another and which also develop the invention independently of one another. Therefore, the exemplary embodiments are also intended to include combinations other than those in the illustrated embodiments. In addition, the described embodiments can also be supplemented by further features, functions and/or effects of the invention that have already been described.

1 a schematic schematic view of a drive device for a submarine with a permanent magnet synchronous machine and an integrated in the synchronous machine arranged inverter arrangement;
2 in a schematic sectional view a magnetic unit of a stator and a rotor of the synchronous machine according to FIG 1 ;
3 an enlarged view of an area III in 2 connected to the inverter arrangement;
4 an inverter module of the inverter arrangement according to FIG 1 , which has two inverters connected in parallel on the intermediate circuit side in a full bridge circuit, with at least one phase winding of a stator winding of the synchronous machine being connected to each inverter 1 is connected via a switching unit, the switching unit being shown in a first switching state;
5 a schematic circuit diagram representation as 4 , in which the switching unit is shown in a second switching state; and
6 a schematic side view of a submersible with the drive device according to FIG 1 .

6 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Unterwasserboot 12 als Wasserfahrzeug, welches eine elektrische Antriebseinheit 10 aufweist, die dem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Unterwasserboots 12 dient. Die elektrische Antriebseinrichtung 10 weist eine permanenterregte Synchronmaschine 20 sowie eine Wechselrichteranordnung 36 auf, die vorliegend zu einer kompakten Einheit integriert ausgebildet sind (1), wie im Folgenden noch weiter erläutert werden wird. 6 shows a schematic side view of a submersible 12 as a watercraft, which has an electric drive unit 10 that is used for the intended driving operation of the submersible 12 . The electrical drive device 10 has a permanently excited synchronous machine 20 and an inverter arrangement 36, which are presently integrated into a compact unit ( 1 ), as will be explained further below.

Die Synchronmaschine 20 umfasst einen Läufer 28, der mit einem ersten Ende einer Antriebswelle 16 drehfest verbunden ist. An einem dem Läufer 28 gegenüberliegenden zweiten Ende der Antriebswelle 16 ist ein Propeller 18 drehfest befestigt. Damit kann mit der elektrischen Antriebseinrichtung 10 die Antriebswelle 16 in Verbindung mit dem Propeller 18 unmittelbar, das heißt, ohne Zwischenschaltung eines mechanischen Getriebes, drehend angetrieben werden.The synchronous machine 20 includes a rotor 28 which is non-rotatably connected to a first end of a drive shaft 16 . A propeller 18 is fastened in a rotationally fixed manner to a second end of the drive shaft 16 opposite the rotor 28 . With the electric drive device 10, the drive shaft 16 in connection with the propeller 18 can thus be driven in rotation directly, that is to say without the interposition of a mechanical transmission.

Die Wechselrichteranordnung 36 der elektrischen Antriebseinrichtung 10 ist gleichspannungszwischenkreisseitig an eine Fahrzeugbatterie 14 des Unterwasserboots 12 angeschlossen, die für den bestimmungsgemäßen Betrieb der elektrischen Antriebseinrichtung 10, insbesondere der Wechselrichteranordnung 36, elektrische Energie bereitstellt. Nicht dargestellt ist, dass darüber hinaus ein verbrennungsmotorbetriebenes Aggregat vorhanden sein kann, welches dazu dient, die Fahrzeugbatterie 14 aufzuladen und/oder für den Fahrbetrieb des Unterwasserseeboots 12 an einer Wasseroberfläche die elektrische Energie alternativ bereitzustellen.The inverter arrangement 36 of the electric drive device 10 is connected to a vehicle battery 14 of the underwater boat 12 on the DC voltage link side, which battery provides electrical energy for the intended operation of the electric drive device 10 , in particular the inverter arrangement 36 . What is not shown is that an internal combustion engine-driven unit can also be present, which is used to charge the vehicle battery 14 and/or alternatively to provide the electrical energy for driving the underwater boat 12 on a water surface.

Die elektrische Antriebseinrichtung 10 umfasst die Synchronmaschine 20 als rotierende elektrische Maschine. Die Synchronmaschine 20 weist einen Ständer 22 und einen gegenüber dem Ständer 22 drehbar angeordneten und über einen Luftspalt 26 von einer magnetischen Einheit 24 des Ständers 22 beabstandeten Läufer 28 auf. Die Synchronmaschine 20 ist vorliegend als Innenläufer ausgebildet. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Der Läufer 28 ist innerhalb einer Ständeröffnung 64 des Ständers 20 angeordnet, wobei die Ständeröffnung 64 koaxial zu einer Drehachse 60 des Läufers 28 ausgebildet ist. Die Ständeröffnung 64 ist vorliegend im Wesentlichen kreisrund ausgebildet.The electric drive device 10 includes the synchronous machine 20 as a rotating electric machine. The synchronous machine 20 has a stator 22 and a rotor 28 which is arranged such that it can rotate with respect to the stator 22 and is spaced apart from a magnetic unit 24 of the stator 22 by an air gap 26 . In the present case, the synchronous machine 20 is designed as an internal rotor. However, the invention is not limited to this. The rotor 28 is arranged within a stator opening 64 of the stator 20, the stator opening 64 being formed coaxially with an axis of rotation 60 of the rotor 28. In the present case, the stand opening 64 is of essentially circular design.

Der Läufer 28 ist vorliegend permanenterregt ausgebildet, weshalb er an einer dem Luftspalt 26 zugewandten Oberfläche in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnete Permanentmagnete aufweist, die an einem Läuferblechpaket angeordnet sind (nicht dargestellt).In the present case, the rotor 28 is designed to be permanently excited, which is why it has permanent magnets which are arranged adjacent to one another in the circumferential direction on a surface facing the air gap 26 and are arranged on a laminated rotor core (not shown).

Ständerseitig ist die magnetische Einheit 24 vorgesehen, die neben einer Ständerwicklung, die Wicklungsstränge 32, 34 umfasst, einen magnetischen Rückschluss aufweist, der vorliegend ebenfalls als Blechpaket ausgebildet ist. Je nach Anwendung kann der magnetische Rückschluss jedoch aus anders ausgebildet sein und zum Beispiel ein oder mehrere magnetisierbare Ferritelemente und/oder dergleichen aufweisen. Die Ständeröffnung 64 ist vorliegend durch die magnetische Einheit 24 bereitgestellt.On the stator side, the magnetic unit 24 is provided, which, in addition to a stator winding that includes phase windings 32, 34, has a magnetic yoke, which in the present case is also designed as a laminated core. Depending on the application, however, the magnetic yoke can be designed differently and, for example, have one or more magnetizable ferrite elements and/or the like. The stator opening 64 is presently provided through the magnetic unit 24 .

Die magnetische Einheit 24 weist luftspaltseitig ausgebildete Nuten 30 auf. In dieser Ausgestaltung sind die Nuten 30 zum Luftspalt 26 hin offen ausgebildet. In jeder Nut 30 ist ein erster Wicklungsstrang 32 angeordnet. Darüber hinaus ist in jeder Nut 30 ein vom ersten Wicklungsstrang 32 elektrisch isolierter zweiter Wicklungsstrang 34 angeordnet. In jeder Nut sind in der vorliegenden Ausgestaltung also zwei Wicklungsstränge 32, 34 elektrisch isoliert voneinander angeordnet. Je nach Konstruktion der Synchronmaschine 20 können hier jedoch auch mehr als zwei voneinander elektrisch isolierte Wicklungsstränge angeordnet sein. Die Wicklungsstränge 32, 34 sind vorliegend durch Leiterstäbe gebildet, die in den jeweiligen Nuten angeordnet sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Leiterstäbe einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei an einem äußeren Umfang eines jeweiligen Leiterstabs eine elektrische Isolationsschicht angeordnet ist, die zum Beispiel einen Lack, ein Isolationsmaterial wie Glimmer oder dergleichen und/oder dergleichen umfassen kann. Die Nuten 30 können zumindest teilweise durch ein geeignetes Nutverschlusselement verschlossen sein (nicht dargestellt).The magnetic unit 24 has grooves 30 formed on the air gap side. In this form tion, the grooves 30 are designed to be open towards the air gap 26 . A first phase winding 32 is arranged in each slot 30 . In addition, a second winding phase 34 that is electrically insulated from the first winding phase 32 is arranged in each slot 30 . In the present embodiment, two phase windings 32, 34 are arranged in each slot so that they are electrically isolated from one another. Depending on the design of the synchronous machine 20, however, more than two winding strands that are electrically insulated from one another can also be arranged here. In the present case, the winding strands 32, 34 are formed by conductor bars which are arranged in the respective slots. For example, provision can be made for the conductor bars to have an essentially rectangular cross section, with an electrical insulation layer being arranged on the outer circumference of each conductor bar, which layer can include a lacquer, an insulation material such as mica or the like and/or the like. The grooves 30 can be at least partially closed by a suitable groove closure element (not shown).

Zu erkennen ist ferner, dass der Läufer 28 eine zur Drehachse 60 koaxial ausgebildete Läuferöffnung 66 aufweist, die vorliegend als Sacköffnung ausgebildet ist. Der Läufer 28 ist in dieser Ausgestaltung also dem Grunde nach glockenartig ausgebildet. In der Läuferöffnung 66 ist die Wechselrichteranordnung 36 vorliegend vollständig angeordnet. Je nach Konstruktion kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Wechselrichteranordnung 36 außerhalb der Läuferöffnung 66 angeordnet ist, indem dieser Teil beispielsweise auch in einem separaten Wechselrichterschrank oder dergleichen angeordnet ist. Die vorliegende Konstruktion ist ergänzend in 2 dargestellt, welche eine schematische Schnittansicht durch die Synchronmaschine 20 zeigt.It can also be seen that the rotor 28 has a rotor opening 66 which is coaxial with the axis of rotation 60 and which in the present case is designed as a blind opening. In this embodiment, the rotor 28 is basically bell-shaped. In the present case, the inverter arrangement 36 is completely arranged in the rotor opening 66 . However, depending on the design, it can also be provided that at least part of the inverter arrangement 36 is arranged outside of the rotor opening 66 by this part also being arranged in a separate inverter cabinet or the like, for example. The present construction is supplementary in 2 shown, which shows a schematic sectional view through the synchronous machine 20.

3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt III aus 2 in einer Draufsicht radial nach außen, wobei der Anschluss der Wicklungsstränge 32, 34 an jeweiligen Wechselrichter 40, 42, 44, 46 der Wechselrichteranordnung 36 gezeigt ist. Aus 3 ist ersichtlich, dass ein jeweiliger erster Wicklungsstrang 32 an einem jeweiligen ersten Wechselrichter 40, 42, der Wechselrichteranordnung 36 angeschlossen ist. Ein jeweiliger zweiter Wicklungsstrang 34 ist an einem jeweiligen zweiten Wechselrichter 44, 46 der Wechselrichteranordnung 36 angeschlossen. 3 shows a section III in a schematic representation 2 in a plan view radially outwards, the connection of the winding strands 32, 34 to the respective inverter 40, 42, 44, 46 of the inverter arrangement 36 being shown. Out 3 It can be seen that a respective first phase winding 32 is connected to a respective first inverter 40, 42 of the inverter arrangement 36. A respective second phase winding 34 is connected to a respective second inverter 44, 46 of the inverter arrangement 36.

Ferner umfasst die elektrische Antriebseinrichtung 10 eine Steuereinrichtung 68, die gemäß einem ersten Aspekt ausgebildet ist, die ersten und die zweiten Wechselrichter 40, 42, 44, 46 derart anzusteuern, dass die ersten und die zweiten Wechselrichter 40, 42, 44, 46 die jeweiligen Wicklungsstränge 32, 34 in einem ungestörten bestimmungsgemäßen Betrieb mit einem im Wesentlichen gleichen vorgebbaren elektrischen Strom beaufschlagen. Dadurch kann ein akustisch besonders ruhiger und hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit störungsarmer Betrieb der elektrischen Antriebseinrichtung 10 erreicht werden.Furthermore, the electric drive device 10 comprises a control device 68, which is designed according to a first aspect to control the first and the second inverters 40, 42, 44, 46 such that the first and the second inverters 40, 42, 44, 46 the respective Apply phase windings 32, 34 in an undisturbed normal operation with a substantially the same specifiable electric current. As a result, the electric drive device 10 can be operated acoustically particularly quietly and with little interference in terms of electromagnetic compatibility.

In Bezug auf den ersten Aspekt ist die Steuereinrichtung 68 ferner ausgebildet, in einem Betriebszustand, in dem einer der ersten Wechselrichter 40, 42 nicht aktivierbar ist, den jeweiligen zweiten Wechselrichter 44, 46 derart anzusteuern, dass der jeweilige zweite Wicklungsstrang 34 mit dem doppelten vorgegebenen elektrischen Strom beaufschlagt wird. Ein Wechselrichter ist beispielsweise nicht aktivierbar, wenn ein gestörter Betriebszustand vorliegt, der Wechselrichter nicht angesteuert werden kann, einen Hardware-Defekt aufweist, der an diesem Wechselrichter angeschlossene Wicklungsstrang 32, 34 einen Isolationsfehler aufweist und/oder dergleichen. In diesem Betriebszustand kann die hierdurch verursachte reduzierte magnetische Durchflutung somit durch den jeweiligen zweiten Wechselrichter 44, 46 kompensiert werden, indem dieser den an ihn angeschlossenen Wicklungsstrang 34 mit dem doppelten vorgebbaren elektrischen Strom beaufschlagt. Da der zweite Wicklungsstrang 34 in diesem Fall in der gleichen Nut 30 wie der erste Wicklungsstrang 32 angeordnet ist, kann somit die aufgrund der Störung auftretende reduzierte magnetische Durchflutung durch den Betrieb des zweiten Wechselrichters 44, 46 in Verbindung mit dem zweiten Wicklungsstrang 34 kompensiert werden. Diese Kompensation ist so lange möglich, wie der vorgebbare elektrische Strom kleiner als ein durch den jeweiligen zweiten Wechselrichter 44, 46 maximal bereitstellbarer elektrischer Strom ist.With regard to the first aspect, the control device 68 is also designed, in an operating state in which one of the first inverters 40, 42 cannot be activated, to control the respective second inverter 44, 46 in such a way that the respective second phase winding 34 has twice the specified electric current is applied. An inverter cannot be activated, for example, if there is a disrupted operating state, the inverter cannot be controlled, has a hardware defect, the phase winding 32, 34 connected to this inverter has an insulation fault and/or the like. In this operating state, the resulting reduced magnetic flux can be compensated for by the respective second inverter 44, 46, in that it applies twice the predeterminable electric current to the phase winding 34 connected to it. Since the second phase winding 34 is arranged in the same slot 30 as the first phase winding 32 in this case, the reduced magnetic flux that occurs due to the disturbance can be compensated for by operating the second inverter 44, 46 in conjunction with the second phase winding 34. This compensation is possible as long as the electrical current that can be predetermined is smaller than the maximum electrical current that can be provided by the respective second inverter 44, 46.

In der vorliegenden Ausgestaltung wird davon ausgegangen, dass die Wechselrichter 40, 42, 44, 46 im Wesentlichen gleich ausgebildet sind und die im Wesentlichen gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen. In alternativen Ausgestaltungen kann hiervon jedoch auch abgewichen werden.In the present embodiment, it is assumed that the inverters 40, 42, 44, 46 are of essentially the same design and have essentially the same electrical properties. In alternative configurations, however, it is also possible to deviate from this.

Ist der maximal vorgebbare elektrische Strom größer als ein durch den jeweiligen zweiten Wechselrichter 44, 46 maximal bereitstellbarer elektrischer Strom, so wird mit dem zweiten Wechselrichter lediglich der maximal bereitstellbare elektrische Strom zum Beaufschlagen des zweiten Wicklungsstrangs 34 zur Verfügung gestellt. Hier braucht demnach steuerungsseitig keine weitere Einstellungsmöglichkeit vorgesehen zu sein.If the maximum specifiable electrical current is greater than a maximum electrical current that can be provided by the respective second inverter 44, 46, the second inverter only provides the maximum electrical current that can be provided for charging the second phase winding 34. Accordingly, no further setting option needs to be provided here on the control side.

Der maximal bereitstellbare Strom kann sich auf einen Effektivwert, einen Mittelwert, einen Absolutwert und/oder dergleichen des elektrischen Stroms beziehen.The maximum current that can be provided can be based on an effective value, an average value, an abso blood value and/or the like of the electric current.

Aus 3 ist weiterhin ersichtlich, dass die Wechselrichteranordnung 36 Wechselrichtermodule 48, 50 aufweist. Ein jeweiliges Wechselrichtermodul 48, 50 umfasst zwei der Wechselrichter 40, 42, 44, 46, die zwischenkreisseitig parallelgeschaltet sind. Jeweils zwei in Reihe schaltbare Wicklungsstränge 32, 34 sind an die Wechselrichter 40, 42, 44, 46 eines jeweiligen Wechselrichtermoduls 48, 50 angeschlossen.Out 3 It can also be seen that the inverter arrangement 36 has inverter modules 48, 50. A respective inverter module 48, 50 includes two of the inverters 40, 42, 44, 46, which are connected in parallel on the intermediate circuit side. In each case two series-connectable phase windings 32, 34 are connected to the inverters 40, 42, 44, 46 of a respective inverter module 48, 50.

Darüber hinaus ist aus 3 ersichtlich, dass jeder Wechselrichter eine Vollbrückenschaltung von Schaltelementen aufweist, die vorliegend durch Transistoren, nämlich Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), gebildet sind. In alternativen Ausgestaltungen können die Schaltelemente jedoch auch durch andere Halbleiterschaltelemente gebildet sein, beispielsweise Feldeffekttransistoren wie insbesondere Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFET), aber unter Umständen auch durch Gate Turn Off Thyristoren (GTO) oder dergleichen. Natürlich können auch Kombinationen hiervon vorgesehen sein.Beyond that is off 3 It can be seen that each inverter has a full-bridge circuit of switching elements, which in the present case are formed by transistors, namely insulated gate bipolar transistors (IGBT). In alternative configurations, however, the switching elements can also be formed by other semiconductor switching elements, for example field effect transistors such as in particular metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET), but possibly also by gate turn-off thyristors (GTO) or the like. Combinations of these can of course also be provided.

Durch die Wechselrichtermodule 48, 50 kann eine kompakte Bauart der Wechselrichteranordnung 36 erreicht werden. Dies ist anhand von 1 dargestellt. In der Läuferöffnung 66 sind die Wechselrichtermodule 48, 50 umlaufend um die Drehachse 60 herum benachbart zueinander angeordnet. In Umfangsrichtung ist ein jeweiliges Wechselrichtermodul 48 benachbart zu jeweiligen Wechselrichtermodulen 50 unmittelbar angeordnet. Die Wechselrichtermodule 48, 50 sind also in Umfangsrichtung alternierend angeordnet. Darüber hinaus sind die Wechselrichtermodule 48, 50 in Umfangsrichtung vorliegend nach Art von Kreissektoren ausgebildet. Dadurch kann ein sehr kompakter Aufbau der Wechselrichteranordnung 36 innerhalb der Läuferöffnung 66 und damit auch der koaxialen Ständeröffnung 64 erreicht werden.A compact design of the inverter arrangement 36 can be achieved by the inverter modules 48, 50. This is based on 1 shown. In the rotor opening 66, the inverter modules 48, 50 are arranged circumferentially around the axis of rotation 60, adjacent to one another. A respective inverter module 48 is arranged directly adjacent to respective inverter modules 50 in the circumferential direction. The inverter modules 48, 50 are therefore arranged alternately in the circumferential direction. In addition, the inverter modules 48, 50 are designed in the circumferential direction in the manner of circular sectors. As a result, a very compact construction of the inverter arrangement 36 within the rotor opening 66 and thus also the coaxial stator opening 64 can be achieved.

4 und 5 zeigen schematische Schaltbildanordnungen eines Wechselrichtermoduls 48 mit den Wechselrichtern 40, 42 ( 4) und eines Wechselrichtermoduls 50 mit den Wechselrichtern 44, 46 (5). Die Wechselrichter 40, 42, 44, 46 sind vorliegend im Wesentlichen identisch ausgebildet. Jeder Wechselrichter 40, 42, 44, 46 weist zwei Reihenschaltungen aus jeweils zwei Schaltelementen, vorliegend IGBT's, auf. An Mittelanschlüssen der Reihenschaltungen können die Wicklungsstränge 32, 34 angeschlossen werden. Somit kann jeder der Wicklungsstränge 32, 34 in diesem Fall individuell mit elektrischem Strom durch einen jeweiligen der Wechselrichter 40, 42, 44, 46 beaufschlagt werden. Dieser Betriebszustand ist anhand von 4 dargestellt. 4 and 5 show schematic circuit diagram arrangements of an inverter module 48 with the inverters 40, 42 ( 4 ) and an inverter module 50 with the inverters 44, 46 ( 5 ). In the present case, the inverters 40, 42, 44, 46 are of essentially identical design. Each inverter 40, 42, 44, 46 has two series circuits each consisting of two switching elements, in this case IGBTs. The phase windings 32, 34 can be connected to center terminals of the series circuits. Thus, in this case, each of the phase windings 32, 34 can be individually supplied with electric current by a respective one of the inverters 40, 42, 44, 46. This operating state is based on 4 shown.

Gemäß einem zweiten Aspekt ist ferner vorgesehen, dass jeweils ein Wicklungsstrang 32, 34 mit einem ersten Anschluss 52, 54 an einem der Wechselrichter 40, 42, 44, 46 angeschlossen ist. Dies ist aus 3 bis 5 ersichtlich. Jeweils zwei erste Wicklungsstränge 32 zweier jeweils unmittelbar benachbart angeordneter Nuten 30 und jeweils zwei zweite Wicklungsstränge 34 dieser Nuten sind über jeweilige zweite Anschlüsse in Reihe schaltbar (5).According to a second aspect, it is also provided that one phase winding 32, 34 is connected to one of the inverters 40, 42, 44, 46 with a first connection 52, 54. This is over 3 until 5 evident. Two first phase windings 32 of two slots 30 arranged directly adjacent to each other and two second phase windings 34 of each of these slots can be connected in series via respective second terminals ( 5 ).

Bei diesem zweiten Aspekt ist die Steuereinrichtung 68 ausgebildet, in einem ersten Betriebszustand nur eine vorgegebene Auswahl der Wechselrichter der Wechselrichteranordnung 36 zu aktivieren. Im ersten Betriebszustand ist eine bereitzustellende Antriebsleistung kleiner als eine durch die aktivierten Wechselrichter bereitstellbare Teilleistung der Wechselrichteranordnung 36, die abhängig von einem jeweils durch die aktivierten Wechselrichter maximal bereitstellbaren elektrischen Strom bestimmt ist. In der vorliegenden Ausgestaltung ist zum Beispiel vorgesehen, dass die Auswahl die Wechselrichter 40, 42 des Wechselrichtermoduls 48 umfassen. In diesem Betriebszustand ist in der vorliegenden Ausgestaltung vorgesehen, dass lediglich die Hälfte der Wechselrichtermodule 48, 50, nämlich die Wechselrichtermodule 48, aktiviert sind. Dagegen sind die weiteren Wechselrichtermodule 50 im deaktivierten Zustand. Alternativ können natürlich auch die Wechselrichtermodule 50 aktiviert und die Wechselrichtermodule 48 deaktiviert sein.In this second aspect, the control device 68 is designed to activate only a predetermined selection of the inverters of the inverter arrangement 36 in a first operating state. In the first operating state, a drive power to be provided is less than a partial power of the inverter arrangement 36 that can be provided by the activated inverters, which is determined as a function of a maximum electric current that can be provided by the activated inverters. In the present embodiment, it is provided, for example, that the selection includes the inverters 40, 42 of the inverter module 48. In this operating state, the present embodiment provides that only half of the inverter modules 48, 50, namely the inverter modules 48, are activated. In contrast, the other inverter modules 50 are in the deactivated state. Alternatively, of course, the inverter modules 50 can also be activated and the inverter modules 48 can be deactivated.

Durch diesen ersten Betriebszustand kann ein Teilleistungsbetrieb mit einem hohen Wirkungsgrad und geringer Geräuschentwicklung realisiert werden. Wird in diesem ersten Betriebszustand die maximale Teilleistung erreicht, kann die Steuereinrichtung 68 ausgebildet sein, in einem zweiten Betriebszustand, in dem die bereitzustellende Antriebsleistung größer als die Teilleistung ist, alle Wechselrichter 40, 42, 44, 46 der Wechselrichteranordnung 36 beziehungsweise alle Wechselrichtermodule 48, 50 zu aktivieren.This first operating state allows partial power operation to be implemented with high efficiency and low noise development. If the maximum partial power is reached in this first operating state, the control device 68 can be designed, in a second operating state in which the drive power to be provided is greater than the partial power, all inverters 40, 42, 44, 46 of the inverter arrangement 36 or all inverter modules 48, 50 to activate.

Die Steuereinrichtung 68 ist ferner ausgebildet, bei einem nicht aktivierbaren Wechselrichter 40, 42, der an jeweiligen ersten Wicklungssträngen 32 angeschlossen ist, im zweiten Betriebszustand denjenigen Wechselrichter 44, 46, der an den jeweiligen zweiten Wicklungssträngen 34 angeschlossen ist, derart zu steuern, dass diese zweiten Wicklungsstränge 34 mit dem maximal bereitstellbaren elektrischen Strom beaufschlagt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass der Leistungsausfall aufgrund des nicht aktivierbaren Wechselrichters 40, 42 zumindest teilweise ausgeglichen werden kann. Die Synchronmaschine 20 kann also auch in diesem Betriebszustand weiter betrieben werden, wobei jedoch eine vollständige Kompensation des Leistungsausfalls und in Bezug auf die Geräuschentwicklung nicht erreicht werden kann, sondern lediglich eine Teilkompensation. Dadurch kann die Synchronmaschine 20 auch im Teilleistungsbetrieb im zweiten Betriebszustand weiter betrieben werden. Tritt das Problem des nicht aktivierbaren Wechselrichters 40, 42 im ersten Betriebszustand auf, kann vorgesehen sein, dass anstelle der ersten Wechselrichter 40, 42 die zweiten Wechselrichter 44, 46 aktiviert werden. Dadurch kann eine nahezu vollständige Kompensation in Bezug auf Leistung und Geräuschentwicklung erreicht werden. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass dies natürlich umgekehrt in Bezug auf die Wechselrichter und die Wechselrichtermodule realisiert werden kann.In the case of an inverter 40, 42 which cannot be activated and which is connected to the respective first winding phases 32, the control device 68 is also designed to control the inverter 44, 46 which is connected to the respective second winding phases 34 in the second operating state in such a way that these second phase windings 34 are acted upon by the maximum electric current that can be provided. As a result, the loss of power due to the inverter 40, 42 that cannot be activated can be at least partially compensated for. the Synchronous machine 20 can therefore also continue to be operated in this operating state, although full compensation for the power failure and with regard to the noise generation cannot be achieved, but only partial compensation. As a result, the synchronous machine 20 can continue to be operated in the second operating state even in partial power operation. If the problem of the inverter 40, 42 that cannot be activated occurs in the first operating state, provision can be made for the second inverters 44, 46 to be activated instead of the first inverters 40, 42. As a result, an almost complete compensation in terms of performance and noise can be achieved. It is obvious to a person skilled in the art that this can of course be implemented in reverse with regard to the inverters and the inverter modules.

Die vorgenannten Ausführungsbeispiele können natürlich auch miteinander kombiniert werden. Zu diesem Zweck wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung 10 eine Schalteinheit 38 umfasst (4, 5). Die Schalteinheit 38 kann elektromechanische Schaltelemente aufweisen, die die gewünschte Schaltfunktion, wie im Folgenden noch beschrieben wird, realisieren können. Zumindest teilweise können ergänzend oder anstelle der elektromechanischen Schaltelemente jedoch auch elektronische Halbleiterschaltelemente vorgesehen sein.Of course, the aforementioned exemplary embodiments can also be combined with one another. For this purpose, according to a further embodiment, it is proposed that the drive device 10 includes a switching unit 38 ( 4 , 5 ). The switching unit 38 can have electromechanical switching elements that can implement the desired switching function, as will be described below. However, at least in part, electronic semiconductor switching elements can also be provided in addition to or instead of the electromechanical switching elements.

Die Schalteinheit 38 ist ausgebildet, in einem ersten Schaltzustand die jeweiligen Wicklungsstränge 32, 34 in Reihe zu schalten. Dies ist anhand von 5 exemplarisch für das Wechselrichtermodul 50 dargestellt. Die Schalteinheit 38 weist zu diesem Zweck drei nicht weiter bezeichnete Schaltelemente auf. Ein jeweiliges Schaltelement der Schalteinheit 38 ist dazu vorgesehen, den jeweiligen zweiten Anschluss 58 des zweiten Wicklungsstrangs 34 mit einem Mittelanschluss einer jeweiligen der Reihenschaltungen der jeweiligen Wechselrichter 44, 46 elektrisch zu koppeln. In 5 sind diese beiden Schaltelemente im ausgeschalteten Schaltzustand. Stattdessen sind diese beiden zweiten Anschlüsse 58 über ein drittes Schaltelement und eine jeweilige Induktivität 62 miteinander elektrisch verbunden. Dadurch braucht bei jedem der Wechselrichter 44, 46 nur eine jeweilige der Halbbrückenschaltungen beziehungsweise Reihenschaltungen aktiviert zu werden. Dies erlaubt es, Schaltverluste zu reduzieren.The switching unit 38 is designed to connect the respective phase windings 32, 34 in series in a first switching state. This is based on 5 shown as an example for the inverter module 50. For this purpose, the switching unit 38 has three switching elements that are not designated further. A respective switching element of the switching unit 38 is intended to electrically couple the respective second connection 58 of the second phase winding 34 to a central connection of a respective one of the series circuits of the respective inverters 44 , 46 . In 5 these two switching elements are in the off switching state. Instead, these two second connections 58 are electrically connected to one another via a third switching element and a respective inductor 62 . As a result, in each of the inverters 44, 46 only one of the half-bridge circuits or series circuits needs to be activated. This allows switching losses to be reduced.

In dieser Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass im ersten Schaltzustand zusätzlich zu den jeweiligen Wicklungssträngen 32, 34 eine jeweilige Induktivität 62 in Reihe geschaltet wird. Durch die Induktivität 62 kann ein Freiheitsgrad in Bezug auf das Einstellen der Taktfrequenzen der Wechselrichter 40, 42, 44, 46 erreicht werden.In this embodiment, it is also provided that in the first switching state, in addition to the respective phase windings 32, 34, a respective inductor 62 is connected in series. The inductor 62 allows a degree of freedom with regard to setting the clock frequencies of the inverters 40, 42, 44, 46.

In einem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit 38 sind dagegen die jeweiligen ersten und zweiten Anschlüsse 52, 54, 56, 58 eines jeweiligen Wicklungsstrangs 32, 34 mit dem einzigen jeweiligen Wechselrichter 40, 42, 44, 46 eines jeweiligen Wechselrichtermoduls 48, 50 gekoppelt. Die Wicklungsstränge 32, 34 können somit dem Grunde nach individuell betrieben werden. Der zweite Schaltzustand der Schalteinheit 38 ist anhand des Wechselrichtermoduls 48 in 4 dargestellt. In a second switching state of the switching unit 38, on the other hand, the respective first and second terminals 52, 54, 56, 58 of a respective phase winding 32, 34 are coupled to the single respective inverter 40, 42, 44, 46 of a respective inverter module 48, 50. The phase windings 32, 34 can therefore basically be operated individually. The second switching state of the switching unit 38 is based on the inverter module 48 in 4 shown.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ist es möglich, im Teilleistungsbereich der elektrischen Antriebseinrichtung 10 jeweils die beiden Wicklungsstränge 32, 34 in Reihe zu schalten, die an einem jeweiligen der Wechselrichtermodule 48, 50 angeschlossen sind. Dadurch kann eine Verbesserung des Wirkungsgrads erreicht werden. Durch die zusätzliche Induktivität 62 können ferner Taktfrequenzen der einzelnen Phasen nahezu unabhängig voneinander variieren. Dies erlaubt es, zum Beispiel ein Wobbeln in Bezug auf die Taktfrequenz durchzuführen, sodass eine Verschleierung von Taktfrequenzanteilen erreicht werden kann. Insbesondere können akustische Nadeln beziehungsweise Peaks bei einer bestimmten Frequenz reduziert oder sogar vermieden werden.The construction according to the invention makes it possible to connect the two phase windings 32, 34 in series in the partial power range of the electric drive device 10, which are connected to a respective one of the inverter modules 48, 50. As a result, an improvement in efficiency can be achieved. The additional inductance 62 also allows clock frequencies of the individual phases to vary almost independently of one another. This makes it possible, for example, to carry out wobbling in relation to the clock frequency, so that clock frequency components can be concealed. In particular, acoustic needles or peaks at a specific frequency can be reduced or even avoided.

Durch die Konstruktion der innenliegenden Wechselrichteranordnung 36 kann zudem erreicht werden, dass die elektrische Antriebseinrichtung 10 sehr kompakt ist. Während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs des Unterwasserbootes 12 kann dies jedoch dazu führen, dass ein defektes Wechselrichtermodul 48, 50 beziehungsweise ein entsprechender defekter Wechselrichter 40, 42, 44, 46 nur mit großem Aufwand getauscht werden kann. Gerade auf See ist dies besonders schwierig, weil für die Dauer des Wechselns beziehungsweise Wartens die elektrische Antriebseinrichtung 10 vollständig abgeschaltet sein sollte, wodurch das Wasserfahrzeug 12 dann antriebslos wäre.The design of the internal inverter arrangement 36 also makes it possible for the electric drive device 10 to be very compact. However, while the underwater boat 12 is being driven as intended, this can mean that a defective inverter module 48, 50 or a corresponding defective inverter 40, 42, 44, 46 can only be replaced with great effort. This is particularly difficult at sea because the electric drive device 10 should be completely switched off for the duration of the change or maintenance, as a result of which the watercraft 12 would then have no drive.

Die Erfindung ermöglicht es, bis zum nächsten Aufenthalt die Fahrt trotz des nicht aktivierbaren Wechselrichters 40, 42, 44, 46 fortzusetzen. Jedoch kann dies die akustischen Eigenschaften der Antriebseinrichtung 10 verschlechtern. Dies ergibt sich dadurch, dass einerseits der jeweilige Wicklungsstrang 32, 34, der am defekten Wechselrichter 40, 42, 44, 46 angeschlossen ist, nicht mehr mit elektrischem Strom beaufschlagt werden kann. Dies kann dazu führen, dass die doppelte und die vierfache elektrische Frequenz der elektrischen Antriebseinrichtung 10 größer werden. Andererseits kann bei einem Ausfall eines Wechselrichters in Bezug auf den vorgenannten zweiten Aspekt von der Reihenschaltung in die Einzelschaltung beziehungsweise den Einzelbetrieb der Wicklungsstränge zurückgeschaltet werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass sämtliche Wechselrichter 40, 42, 44, 46 mit der gleichen Taktfrequenz betrieben werden müssen, was zu akustisch signifikanten Geräuschabgaben führt, insbesondere in Bezug auf eine oder mehrere spezifische Frequenzen, welche ansonsten in diesem Drehzahlbereich nicht auftreten würden.The invention makes it possible to continue driving until the next stop despite the fact that the inverter 40, 42, 44, 46 cannot be activated. However, this can degrade the acoustic properties of the drive device 10 . This results from the fact that, on the one hand, the respective phase winding 32, 34 that is connected to the defective inverter 40, 42, 44, 46 can no longer be supplied with electrical current. This can lead to double and quadruple the electric frequency of the electric drive device 10 becoming greater. On the other hand, if an inverter fails in relation to the second aspect mentioned above, the Rei be switched back to the individual circuit or the individual operation of the phase windings. However, this has the disadvantage that all inverters 40, 42, 44, 46 must be operated at the same clock frequency, which leads to acoustically significant noise emissions, in particular with regard to one or more specific frequencies, which would otherwise not occur in this speed range.

Insbesondere bei propellerbetriebenen Wasserfahrzeugen ist das Drehmoment im Wesentlichen vom Quadrat der Drehzahl abhängig. Dies erlaubt es, in einem unteren Teilleistungsbereich der Antriebseinrichtung 10 nur einen Teil der elektrischen Antriebseinrichtung 10 zu aktivieren. Im Falle einer Störung eines Wechselrichters kann also der Fahrbetrieb mit dem Teil der elektrischen Antriebseinrichtung 10 weitergeführt werden, der den defekten Wechselrichter beziehungsweise das defekte Wechselrichtermodul nicht umfasst. Dadurch kann eine akustische Verschlechterung weitgehend vermieden, zumindest jedoch reduziert werden. Dies ist zum Beispiel für einen Drehzahlbereich von etwa 0% bis etwa 35...40% einer Nominaldrehzahl möglich.In the case of propeller-driven watercraft in particular, the torque essentially depends on the square of the speed. This allows only part of the electric drive device 10 to be activated in a lower partial power range of the drive device 10 . In the event of a fault in an inverter, driving operation can be continued with that part of the electric drive device 10 that does not include the defective inverter or the defective inverter module. As a result, an acoustic deterioration can be largely avoided, but at least reduced. This is possible, for example, for a speed range from about 0% to about 35...40% of a nominal speed.

Ab diesem Punkt wird bis zu einer maximal möglichen Drehzahl bei aktivierter Reihenschaltung mit beiden Teilantriebseinrichtungen gefahren, das heißt, bis zu einer Drehzahl von etwa 50...60% der Nominaldrehzahl. Bis auf den nicht aktivierbaren Wechselrichter werden die übrigen Wechselrichter wie im Normalzustand betrieben. Dadurch kann eine Verschlechterung der akustischen Signatur reduziert werden, wenn nicht sogar vollständig vermieden werden. Um der akustischen Verschlechterung im unteren Frequenzbereich in Bezug auf die Erhöhung der doppelten und vierfachen elektrischen Frequenz entgegenzuwirken, kann der entsprechende Wechselrichter beziehungsweise das entsprechende Wechselrichtermodul, welches an Wicklungsstränge angeschlossen ist, die in den gleichen Nuten wie die Wicklungsstränge des nicht aktivierbaren Wechselrichters angeordnet sind, mit dem maximal bereitstellbaren elektrischen Strom betrieben werden. Auf diese Weise kann eine Erhöhung der akustischen Signatur im unteren Drehzahlbereich nahezu vollständig kompensiert werden und erst eine akustische Verschlechterung im oberen zweiten Bereich zur Folge haben.From this point, the two partial drive units are driven up to a maximum possible speed with the series connection activated, ie up to a speed of around 50...60% of the nominal speed. With the exception of the inverter that cannot be activated, the other inverters are operated as in the normal state. As a result, a deterioration in the acoustic signature can be reduced, if not avoided completely. In order to counteract the acoustic deterioration in the lower frequency range in relation to the increase in double and quadruple the electrical frequency, the corresponding inverter or the corresponding inverter module, which is connected to winding phases that are arranged in the same slots as the winding phases of the non-activatable inverter, be operated with the maximum electrical current that can be provided. In this way, an increase in the acoustic signature in the lower speed range can be almost completely compensated for and only result in an acoustic deterioration in the upper second range.

Nach einer Umschaltung in den Parallelbetrieb beziehungsweise Einzelbetrieb der Wicklungsstränge, ab einer Drehzahl von etwa 50...60% der Nominaldrehzahl, können alle verbliebenen Wechselrichter betrieben werden. Um der akustischen Verschlechterung im unteren Frequenzbereich entgegenwirken zu können, kann das Wechselrichtermodul wird, dessen Wicklungsstränge in derselben Nut wie die des nicht aktivierbaren Wechselrichtermoduls angeordnet sind, mit dem doppelten Strom beaufschlagt werden. Dadurch kann eine akustische Verschlechterung bis zu etwa 70% der Nominaldrehzahl erreicht werden. Erst bei einer größeren Drehzahl kann es dann zu einer Verschlechterung der akustischen Signatur kommen.After switching to parallel operation or individual operation of the winding strands, from a speed of around 50...60% of the nominal speed, all remaining inverters can be operated. In order to be able to counteract the acoustic deterioration in the lower frequency range, twice the current can be applied to the inverter module whose phase windings are arranged in the same slot as those of the inverter module that cannot be activated. As a result, acoustic degradation can be achieved up to about 70% of the nominal speed. Only at a higher speed can the acoustic signature deteriorate.

Die Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.The exemplary embodiments serve exclusively to explain the invention and are not restrictive of it.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2004/068694 [0003]
WO 2004/068694 A1 [0003]

Claims

A method for operating a drive device (10), in particular for a watercraft (12), the drive device (10) having: - a rotating electric machine (20) having a magnetic unit (24) having a stand (22) and an opposite rotor (28) rotatably arranged on the stator (22) and spaced apart from the magnetic unit (24) by an air gap (26), the magnetic unit (24) having grooves (30) formed on the air gap side, wherein in each groove (30) a first phase winding (32) is arranged and a second phase winding (34) electrically insulated from the first phase winding (32) is arranged, and - an inverter arrangement (36) which has a plurality of inverters (40, 42, 44, 46), a respective first phase winding (32) being connected to a respective first inverter (40, 42) of the inverter arrangement (36) and a respective second phase winding (34) to a respective one second inverter (44, 46) of the inverter arrangement (36) is connected, wherein: - the inverters (40, 42, 44, 46) are controlled in such a way that the winding strands (30, 32) are subjected to the same predetermined electric current, characterized in that in an operating state in which one of the first inverters (40) cannot be activated, the respective second inverter (44) is controlled in such a way that the respective second phase winding (34) is charged with twice the specified electrical current if the specified electrical current is less than a maximum electrical current that can be provided by the respective second inverter (44).

procedure after claim 1 , characterized in that the respective second phase winding (44) is acted upon by the maximum electric current that can be provided when the predetermined electric current is greater than the maximum current that can be provided.

A method for operating a drive device (10), in particular for a watercraft (12), the drive device (10) having: - a rotating electric machine (20) having a magnetic unit (24) having a stand (22) and an opposite rotor (28) rotatably arranged on the stator (22) and spaced apart from the magnetic unit (24) by an air gap (26), the magnetic unit (24) having grooves (30) formed on the air gap side, wherein in each groove (30) a first phase winding (32) is arranged and a second phase winding (34) electrically insulated from the first phase winding (32) is arranged, and - an inverter arrangement (36) which has a plurality of inverters (40, 42, 44, 46), each phase winding (32, 34) having a first connection (52, 54) connected to a respective inverter (40, 42, 44, 46), wherein: - two first phase windings (32) of two respective unmi by means of slots (30) arranged adjacent to one another and two second winding strands (34) of these slots (30) are connected in series via respective second connections (56, 58), and - in a first operating state, only a predetermined selection of the inverters (40, 42) of the inverter arrangement (36) is activated, wherein in the first operating state a drive power to be provided is less than a partial power of the inverter arrangement (36) that can be provided by the activated inverters (40, 42) and which depends on a ) maximum electric current that can be provided is determined, and - in a second operating state in which the drive power to be provided is greater than the partial power, all inverters (40, 42, 44, 46) of the inverter arrangement (36) are activated, characterized in that at a non-activatable inverter (40, 42) to a respective first phase winding (32). is closed, in the second operating state that inverter (44, 46) which is connected to the respective second phase winding (34) is controlled in such a way that this second phase winding (34) is subjected to the maximum electric current that can be provided.

procedure after claim 3 , characterized in that the selection is specified in such a way that in each slot (30) at least one phase winding (32, 34) is supplied with electric current.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an inductor (52) is connected in series with a respective series connection of two phase windings (32, 34).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a sound emitted by the drive device (10) is detected by means of a sound sensor and the inverters (40, 42, 44, 46) are controlled depending on the detected sound.

Drive device (10), in particular for a watercraft (12), with: - a rotating electrical machine (20) having a magnetic unit (24) having a stator (22) and a relative to the stator (22) rotatably arranged and via a air gap (26) has a rotor (28) at a distance from the magnetic unit (24), the magnetic unit (24) having grooves (30) formed on the air gap side, a first phase winding (32) being arranged in each groove (30) and a first winding phase (32) electrically insulated second winding phase (34) is arranged, - an inverter arrangement (36) which has a plurality of inverters (40, 42, 44, 46), a respective first winding phase (32) being connected to a respective first Inverter (40, 42) of the inverter arrangement (36) is connected and a respective second phase winding (34) is connected to a respective second inverter (44, 46) of the inverter arrangement (36), and - a control device (68) for controlling the inverter (40, 42, 44, 46), which is designed to control the first and second inverters (40, 42, 44, 46) such that the first and second inverters (40, 42, 44, 46) the respectively phase winding strands (32, 34) with the same predeterminable electric current, characterized in that the control device (68) is also designed, in an operating state in which one of the first inverters (40, 42) cannot be activated, the respective second To control the inverter (44, 46) in such a way that twice the predefinable electric current is applied to the respective second phase winding (34) if the predefinable electric current is less than the maximum electric current that can be provided by the respective second inverter (44, 46). .

Drive device (10), in particular for a watercraft (12), with: - a rotating electrical machine (20) having a magnetic unit (24) having a stator (22) and a relative to the stator (22) rotatably arranged and via a air gap (26) spaced apart from the magnetic unit (24), the magnetic unit (24) having grooves (30) formed on the air gap side, a first winding phase (32) being arranged in each groove (30) and a a second winding phase (34) which is electrically insulated from the first winding phase (32) is arranged, - an inverter arrangement (36) which has a plurality of inverters (40, 42, 44, 46), one winding phase (32) each having a first connection (52, 54) is connected to an inverter (40, 42, 44, 46), with two first winding strands (32) of two respective slots (30) arranged directly adjacent and two second winding strands ( 34) of these grooves (30) can be connected in series via respective second connections (52, 54), and - a control device (68) for controlling the inverters (40, 42, 44, 46), which is designed in a first operating state to activate only a predetermined selection of the inverters (40, 42) of the inverter arrangement (36), wherein in the first operating state a drive power to be provided is less than a partial power of the inverter arrangement (36) that can be provided by the activated inverters (40, 42), which depends is determined by a maximum electrical current that can be provided by the activated inverters (40, 42), and in a second operating state in which the drive power to be provided is greater than the partial power, all inverters (40, 42, 44, 46) of the inverter arrangement ( 36) to activate, characterized in that the control device (68) is also designed with an inverter that cannot be activated (40, 42), which is connected to a respective first phase winding (32), to control in the second operating state that inverter (44, 46) which is connected to the respective second phase winding (34) in such a way that this second phase winding ( 34) is subjected to the maximum electrical current that can be provided.

drive device claim 8 , characterized in that the inverter arrangement (36) has inverter modules (48, 50), with each inverter module (48, 50) comprising two of the inverters (40, 42, 44, 46) which are connected in parallel on the intermediate circuit side, with two in each Series switchable phase windings (32, 34) are connected to the inverter (40, 42, 44, 46) of a respective inverter module (48, 50).

drive device claim 9 , characterized by a switching unit (38) which is designed to connect the respective phase windings (32, 34) in series in a first switching state.

drive device claim 9 or 10 , characterized in that the switching unit (38) is designed, in a second switching state, to connect the respective first and second connection (52, 54, 56, 58) of a respective phase winding (32, 34) to a single respective inverter (40, 42, 44, 46) of a respective inverter module (48, 50).

Drive device according to one of claims 9 until 11 , characterized in that the inverter modules (48, 50) are designed as separately manageable components, the inverter modules (48, 50) being arranged adjacent to one another in the circumferential direction within a stator opening (64) which is coaxial with an axis of rotation (60) of the rotor (28). are.

Drive device according to one of Claims 7 until 12 , characterized in that the rotor (28) has a rotor opening (66) which is coaxial with the axis of rotation (60) and in which the inverter arrangement (36) is at least partially arranged.

Drive device according to one of Claims 7 until 13 , characterized in that the rotor (22) is designed to be permanently excited.

Watercraft (12) with an electric drive device (10), characterized in that the drive device (10) according to one of Claims 7 until 14 is trained.