DE102022003791A1

DE102022003791A1 - Improved field weakening for permanent synchronous motors

Info

Publication number: DE102022003791A1
Application number: DE102022003791.2A
Authority: DE
Inventors: Vinaykumar Gullapudi; Shivani Srivastava
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-10-30
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2023-05-04

Abstract

Ein Verfahren zum Ändern der Reluktanz eines Magnetpfads zwischen einem Stator 102 und einem Rotor 104 und ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) 100, der auf der Grundlage des Verfahrens funktioniert, ist offenbart, mit einem Spalt 106 zwischen dem Stator 102 und dem Rotor 104, wobei Spalt 106 mit einem Ferrofluid gefüllt ist. Ein Ferrofluidtank 108 zum Speichern des Ferrofluids und eine Ferrofluidpumpe 110 zum Übertragen des Ferrofluids zwischen dem Ferrofluidtank 108 und dem Spalt 106 sind als Mittel zur Steuerung der Menge des Ferrofluids in dem Spalt 106 bereitgestellt, um Reluktanz des Magnetpfads zwischen dem Stator 102 und dem Rotor 104 zu steuern. Reluktanz wird durch Erhöhen oder Verringern einer Menge an Ferrofluid in Spalt 106 gesteuert. Reluktanz verringert sich, wenn der Spalt vollständig gefüllt ist, und erhöht sich, wenn der Spalt 106 weniger gefüllt ist. Eine verringerte Reluktanz führt zu höheren Drehzahlen des PMSM 100.A method of changing the reluctance of a magnetic path between a stator 102 and a rotor 104 and a permanent magnet synchronous motor (PMSM) 100 that operates based on the method is disclosed, with a gap 106 between the stator 102 and the rotor 104, wherein gap 106 is filled with a ferrofluid. A ferrofluid tank 108 for storing the ferrofluid and a ferrofluid pump 110 for transferring the ferrofluid between the ferrofluid tank 108 and the gap 106 are provided as means for controlling the amount of ferrofluid in the gap 106 to reduce reluctance of the magnetic path between the stator 102 and the rotor 104 to control. Reluctance is controlled by increasing or decreasing an amount of ferrofluid in gap 106 . Reluctance decreases when the gap is completely filled and increases when the gap 106 is less filled. A reduced reluctance leads to higher speeds of the PMSM 100.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet der elektrischen Maschinen. Insbesondere betrifft sie ein verbessertes Verfahren zur Feldschwächung in Permanentmagnet-Synchronmotoren.The present disclosure generally relates to the technical field of electric machines. In particular, it relates to an improved method for field weakening in permanent magnet synchronous motors.

Vektorregelungstechnik wird typischerweise zur Motorsteuerung in elektrischen Maschinen wie z. B. Induktionsmotoren und Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSMs) verwendet. In der Vergangenheit sind verschiedene Vektorregelungstechniken entwickelt worden, um Leistung der elektrischen Maschinen zu verbessern. Eine von solchen Techniken beinhaltet ein maximales Drehmoment pro Ampere (Maximum Torque Per Ampere, MTPA). Gemäß dem MTPA wird ein Phasenstrom der elektrischen Maschine auf einen minimal möglichen Wert in einem Betriebsbereich für ein gegebenes Drehmoment optimiert. Die Optimierung des Phasenstroms wird erzielt, um ohmsche Verluste in der elektrischen Maschine zu minimieren.Vector control technology is typically used for motor control in electrical machines such. B. induction motors and permanent magnet synchronous motors (PMSMs) are used. Various vector control techniques have been developed in the past to improve electric machine performance. One such technique involves maximum torque per ampere (MTPA). According to the MTPA, a phase current of the electric machine is optimized to a minimum possible value in an operating range for a given torque. The phase current optimization is achieved to minimize ohmic losses in the electrical machine.

In Elektrofahrzeugen wird typischerweise ein Feldschwächungsverfahren zum Steuern von Elektromotoren genutzt, um die Betriebsdrehzahl der PMSMs zu erhöhen. Feldschwächung ist erforderlich aufgrund der Spannungsbegrenzungen, die durch die maximal verfügbare DC-Zwischenkreisspannung bei höheren Drehzahlen entstehen, was das Ergebnis höherer Gegen-EMK ist. Höhere Betriebsdrehzahlen werden durch angemessenes Reduzieren des Flusses in der Maschine erzielt.In electric vehicles, a field weakening technique is typically used to control electric motors to increase the operating speed of the PMSMs. Field weakening is required due to the voltage limitations imposed by the maximum available DC link voltage at higher speeds, which is the result of higher back EMF. Higher operating speeds are achieved by appropriately reducing the flow in the machine.

Die häufigste Art der Implementierung von Feldschwächung ist durch Einstellen des Phasenwinkels des Stromvektors und somit Einstellen der Ankerrückwirkung, um die Gesamtspannungsanforderungen zu minimieren. Dies wird durch Erhöhen des d-Achsenstroms in negativer Richtung erzielt. Allerdings reduziert dieses Verfahren die Drehmomentfähigkeit aufgrund der reduzierten Flusswechselwirkung und deshalb muss die Stromgröße erhöht werden, um eine gegebene Drehmomentanforderung zu erfüllen, was die Kupferverluste erhöht, die die Effizienz des Motors reduzieren. Es wäre deshalb vorteilhaft, ein alternatives Verfahren zum Erhöhen der Betriebsdrehzahl der PMSMs zu haben.The most common way of implementing field weakening is by adjusting the phase angle of the current vector and thus adjusting the armature reaction to minimize the overall voltage requirements. This is achieved by increasing the d-axis current in the negative direction. However, this method reduces the torque capability due to the reduced flux interaction and therefore the current magnitude must be increased to meet a given torque requirement, increasing copper losses that reduce the efficiency of the motor. It would therefore be advantageous to have an alternative method of increasing the operating speed of the PMSMs.

Patentdokument US9787154 offenbart eine Elektromotorvorrichtung mit einer Rotorbaugruppe, die eine Vielzahl von Magneten aufweist, und einer Statorbaugruppe, die die Rotorbaugruppe umgibt. Die Vielzahl von Magneten der Rotorbaugruppe erzeugt ein abgeschwächtes Magnetfeld außerhalb eines Außenumfangs der Vielzahl von Magneten, das sich auf nahezu null aufhebt, und ein verstärktes Magnetfeld im Innern eines Innenumfangs der Vielzahl von Magneten. Die Statorbaugruppe beinhaltet eine Vielzahl von Solenoiden mit einem Halbach-Array-Effekt derart, dass die Vielzahl von Solenoiden ein abgeschwächtes Magnetfeld außerhalb eines Außenumfangs der Vielzahl von Solenoiden, das sich auf im Wesentlichen null aufheben soll, und ein verstärktes Magnetfeld im Innern eines Innenumfangs der Vielzahl von Solenoiden erzeugt. Eine Kommutierungsschaltung ist zum Steuern der Vielzahl von Solenoiden bereitgestellt. Die Statorbaugruppe umfasst eine Kammer zur Aufnahme eines Ferrofluids und die Vielzahl von Solenoiden befindet sich innerhalb der Kammer derart in das Ferrofluid eingetaucht, dass das Ferrofluid einen offenen Hohlraum innerhalb von jedem der Vielzahl von Solenoiden füllt, was zu reduzierten Kernverlusten und einem effizienteren Betrieb des Motors führt.patent document US9787154 discloses an electric motor device having a rotor assembly having a plurality of magnets and a stator assembly surrounding the rotor assembly. The plurality of magnets of the rotor assembly creates a weakened magnetic field outside an outer periphery of the plurality of magnets that cancels to near zero and an enhanced magnetic field inside an inner periphery of the plurality of magnets. The stator assembly includes a plurality of solenoids having a Halbach array effect such that the plurality of solenoids have a weakened magnetic field outside an outer periphery of the plurality of solenoids intended to cancel to substantially zero and a stronger magnetic field inside an inner periphery of the Variety of solenoids generated. A commutation circuit is provided for controlling the plurality of solenoids. The stator assembly includes a chamber for receiving a ferrofluid, and the plurality of solenoids are immersed in the ferrofluid within the chamber such that the ferrofluid fills an open cavity within each of the plurality of solenoids, resulting in reduced core losses and more efficient operation of the motor leads.

Während das zitierte Patentdokument die Verwendung eines Ferrofluids zum Reduzieren von Kernverlusten lehrt, befasst es sich nicht mit dem Problem der Flussregelung, wie z.B. zur Feldschwächung, um die Betriebsdrehzahl des PMSM zu erhöhen.While the cited patent document teaches the use of a ferrofluid to reduce core losses, it does not address the issue of flow control, such as for field weakening, to increase the PMSM's operating speed.

Deshalb besteht in der Technik ein Bedarf an einer einfachen und effizienten Methodik, um die Betriebsdrehzahl der PMSMs zu erhöhen.Therefore, there is a need in the art for a simple and efficient methodology to increase the operating speed of PMSMs.

Eine allgemeine Aufgabe dieser Offenbarung ist es, eine Technik zum Erzielen der maximalen Effizienz von elektrischen Maschinen bereitzustellen.A general object of this disclosure is to provide a technique for achieving the maximum efficiency of electric machines.

Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine alternative Technik zum Erzielen von Drehzahlregelung in einer elektrischen Maschine bereitzustellen, die Nachteile der herkömmlichen Techniken beseitigt.An object of the present disclosure is to provide an alternative technique for achieving speed control in an electric machine that overcomes disadvantages of the conventional techniques.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen Permanentmagnet-Synchronmotor bereitzustellen, der verbesserte Effizienz ohne Auswirkungen auf Lastanforderungen wie z. B. Drehmoment- und Drehzahlanforderungen aufweist.Another object of the present disclosure is to provide a permanent magnet synchronous motor that improves efficiency without affecting load requirements such as e.g. B. has torque and speed requirements.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen PMSM bereitzustellen, der die Gesamteffizienz eines E-Antriebssystems in einem Elektrofahrzeug durch Reduzieren von Kupferverlusten bei höheren Drehzahlen verbessert.Another object of the present disclosure is to provide a PMSM that improves the overall efficiency of an e-drive system in an electric vehicle by reducing copper losses at higher speeds.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen PMSM für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, der höheres Drehmoment bei höheren Drehzahlen bereitstellt und dadurch Beschleunigung bei höheren Drehzahlen verbessert.Another object of the present disclosure is to provide a PMSM for an electric vehicle that provides higher torque at higher speeds and thereby improves acceleration at higher speeds.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen PMSM für Elektrofahrzeuge bereitzustellen, der reduzierte Kühlmittelanforderung aufgrund von reduzierten Verlusten und resultierender Wärmeerzeugung aufweist, wodurch Kühlmittel zur Verwendung anderswo im Fahrzeug freigemacht wird.Another object of the present disclosure is to provide an electric vehicle PMSM that has reduced coolant requirements due to reduced losses and resulting heat generation, thereby freeing coolant for use elsewhere in the vehicle.

Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen PMSM für Elektrofahrzeuge bereitzustellen, der höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer aufgrund des reduzierten Risikos der Entmagnetisierung des Rotors aufweist.Yet another object of the present disclosure is to provide a PMSM for electric vehicles that has higher reliability and durability due to the reduced risk of rotor demagnetization.

Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen PMSM für Elektrofahrzeuge bereitzustellen, der höhere Reichweite für jede Wiederaufladung der Batterie bereitstellt.Yet another object of the present disclosure is to provide an electric vehicle PMSM that provides longer range for each recharge of the battery.

Aspekte der vorliegende Offenbarung betreffen einen verbesserten Permanentmagnet-Synchronmotor (der auch einfach als Motor oder als PMSM bezeichnet wird und die Begriffe werden hiernach austauschbar verwendet) und ein Verfahren zur Flussregelung in dem Permanentmagnet-Synchronmotor, das zu erhöhter Drehzahl und höherem Drehmoment bei höheren Drehzahlen führt. Das vorgeschlagene Verfahren zur Flussregelung unter Verwendung eines Ferrofluids kann die herkömmlichen Verfahren zum Erhöhen der Drehzahl des Motors in Anwendungen wie z. B. Elektroantrieben von Elektrofahrzeugen ersetzen.Aspects of the present disclosure relate to an improved permanent magnet synchronous motor (also referred to simply as a motor or PMSM and the terms are used interchangeably hereinafter) and a method of flux control in the permanent magnet synchronous motor that results in increased speed and torque at higher speeds leads. The proposed method of flow control using a ferrofluid can replace the conventional methods of increasing the speed of the motor in applications such as e.g. B. replace electric drives of electric vehicles.

In einem Aspekt beinhaltet der offenbarte Permanentmagnet-Synchronmotor einen Stator und einen Rotor, der mit dem Stator mit einem Spalt dazwischen zur Drehung relativ zum Stator konfiguriert ist. Ein Ferrofluid ist in dem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor bereitgestellt. Zusätzlich ist ein Mittel zur Steuerung der Menge des Ferrofluids in dem Spalt bereitgestellt, das Reluktanz des Magnetpfads zwischen dem Stator und dem Rotor steuert. Zum Beispiel wird das Mittel zur Steuerung der Menge des Ferrofluids zum Erhöhen oder Verringern einer Menge an Ferrofluid verwendet, um die Reluktanz zu steuern. Zum Beispiel reduziert sich Reluktanz, wenn der Spalt vollständig gefüllt ist, und erhöht sie sich, wenn der Spalt weniger oder teilweise gefüllt ist.In one aspect, the disclosed permanent magnet synchronous motor includes a stator and a rotor configured with the stator having a gap therebetween for rotation relative to the stator. A ferrofluid is provided in the gap between the stator and the rotor. In addition, a means is provided for controlling the amount of ferrofluid in the gap which controls reluctance of the magnetic path between the stator and rotor. For example, the means for controlling the amount of ferrofluid is used to increase or decrease an amount of ferrofluid to control reluctance. For example, reluctance reduces when the gap is completely filled and increases when the gap is less or partially filled.

In einer Ausführungsform kann das Mittel zur Steuerung der Menge des Ferrofluids in dem Spalt einen Ferrofluidtank zum Speichern des Ferrofluids und eine Ferrofluidpumpe zum Übertragen des Ferrofluids zwischen dem Ferrofluidtank und dem Spalt beinhalten.In one embodiment, the means for controlling the amount of ferrofluid in the gap may include a ferrofluid tank for storing the ferrofluid and a ferrofluid pump for transferring the ferrofluid between the ferrofluid tank and the gap.

In einer Ausführungsform kann die Ferrofluidpumpe eine Magnetpumpe ohne bewegliche Teile sein.In one embodiment, the ferrofluid pump may be a magnetic pump with no moving parts.

In einer Ausführungsform kann das Ferrofluid so konfiguriert werden, dass es eine Funktionsanforderung eines Kühlmittels bereitstellt.In one embodiment, the ferrofluid can be configured to provide a functional requirement of a coolant.

Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Permanentmagnet-Synchronmotors. Das Verfahren kann die folgenden Schritte beinhalten: (i) Bereitstellen eines Ferrofluids in einem Spalt zwischen einem Stator und einem Rotor des Permanentmagnet-Synchronmotors und (ii) Steuern einer Menge des Ferrofluids in dem Spalt, um Reluktanz eines Magnetpfads zwischen dem Stator und dem Rotor zu steuern. Die Reluktanz des Magnetpfads kann verringert werden, um höhere Drehzahlen des Motors zu erzielen.One aspect of the present disclosure relates to a method of operating a permanent magnet synchronous motor. The method may include the steps of: (i) providing a ferrofluid in a gap between a stator and a rotor of the permanent magnet synchronous motor, and (ii) controlling an amount of the ferrofluid in the gap to reduce reluctance of a magnetic path between the stator and the rotor to control. The reluctance of the magnetic path can be reduced to achieve higher motor speeds.

In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner den Schritt des Verwendens des Ferrofluids als Kühlmittel zum Abführen von Wärme aus dem Stator und dem Rotor beinhalten.In one embodiment, the method may further include the step of using the ferrofluid as a coolant to remove heat from the stator and the rotor.

In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellens eines Ferrofluidtanks zum Speichern des Ferrofluids und einer Ferrofluidpumpe zum Übertragen des Ferrofluids zwischen dem Spalt und dem Ferrofluidtank beinhalten.In one embodiment, the method may further include the step of providing a ferrofluid tank for storing the ferrofluid and a ferrofluid pump for transferring the ferrofluid between the gap and the ferrofluid tank.

In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner den Schritt des Pumpens des Ferrofluids zum Spalt unter Verwendung der Ferrofluidpumpe zum Verringern der Reluktanz des Magnetpfads zwischen dem Stator und dem Rotor beinhalten, um die Drehzahl des Motors zu erhöhen.In one embodiment, the method may further include the step of pumping the ferrofluid to the gap using the ferrofluid pump to reduce the reluctance of the magnetic path between the stator and the rotor to increase the speed of the motor.

Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Ändern der Reluktanz eines Magnetpfads zwischen einem Stator und einem Rotor eines Permanentmagnet-Synchronmotors. Das offenbarte Verfahren kann die folgenden Schritte beinhalten: (i) Bereitstellen eines Ferrofluids in einem Spalt zwischen einem Stator und einem Rotor des Permanentmagnet-Synchronmotors, (ii) Bereitstellen eines Ferrofluidtanks zum Speichern des Ferrofluids, (iii) Bereitstellen einer Ferrofluidpumpe zum Übertragen des Ferrofluids zwischen dem Spalt und dem Ferrofluidtank und (iv) Pumpen des Ferrofluids zum Spalt unter Verwendung der Ferrofluidpumpe zum Erhöhen oder Verringern einer Menge an Ferrofluid, um die Reluktanz zu steuern. Reluktanz reduziert sich, wenn der Spalt vollständig gefüllt ist, und erhöht sich, wenn der Spalt weniger gefüllt ist, wobei ein Verringern der Reluktanz des Magnetpfads zwischen dem Stator und dem Rotor zu höheren Drehzahlen des Motors führt.Another aspect of the present disclosure relates to a method for changing the reluctance of a magnetic path between a stator and a rotor of a permanent magnet synchronous motor. The disclosed method may include the following steps: (i) providing a ferrofluid in a gap between a stator and a rotor of the permanent magnet synchronous motor, (ii) providing a ferrofluid tank for storing the ferrofluid, (iii) providing a ferrofluid pump for transferring the ferrofluid between the gap and the ferrofluid tank, and (iv) pumping the ferrofluid to the gap using the ferrofluid pump to increase or decrease an amount of ferrofluid to control reluctance. Reluctance reduces when the gap is completely filled and increases when the gap is less filled, reducing the reluctance of the magnetic path between the stator and rotor resulting in higher speeds of the motor.

Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des erfindungsgemäßen Gegenstands werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungsfiguren deutlicher, in denen gleiche Ziffern gleiche Komponenten darstellen.Various objects, features, aspects and advantages of the inventive subject matter will become more apparent from the following detailed description of the preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawing figures in which like numerals represent like components.

Die begleitenden Zeichnungen sind beinhaltet, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen, und sind in dieser Patentschrift aufgenommen und sind Bestandteil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.

1 veranschaulicht eine beispielhafte schematische Anordnung des offenbarten Permanentmagnet-Synchronmotors mit Flussregelung auf Ferrofluidbasis in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2 veranschaulicht eine beispielhafte grafische Darstellung, die eine Verbesserung der Drehzahl des offenbarten Permanentmagnet-Synchronmotors mit Flussregelung auf Ferrofluidbasis verglichen mit herkömmlichen Verfahren zur Flussregelung zeigt, in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht beispielhafte grafische Darstellungen, die eine Verbesserung des Drehmoments des offenbarten Permanentmagnet-Synchronmotors mit Flussregelung auf Ferrofluidbasis verglichen mit herkömmlichen Verfahren zur Flussregelung zeigen, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes Flussdiagramm des vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben eines Permanentmagnet-Synchronmotors in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
5 veranschaulicht ein beispielhaftes Flussdiagramm des vorgeschlagenen Verfahrens zur Flussregelung in einem Permanentmagnet-Synchronmotor in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the present disclosure and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate example embodiments of the present disclosure and together with the description serve to explain the principles of the present disclosure.

1 12 illustrates an exemplary schematic arrangement of the disclosed ferrofluid-based permanent magnet synchronous motor with flux control, in accordance with embodiments of the present disclosure.
2 12 illustrates an exemplary graph showing an improvement in speed of the disclosed permanent magnet synchronous motor with ferrofluid-based flux control compared to conventional flux control methods, consistent with embodiments of the present disclosure.
3 12 illustrates exemplary graphs showing an improvement in torque of the disclosed permanent magnet synchronous motor with ferrofluid-based flux control compared to conventional flux control methods, in accordance with an embodiment of the present disclosure.
4 12 illustrates an exemplary flow chart of the proposed method of operating a permanent magnet synchronous motor consistent with embodiments of the present disclosure.
5 FIG. 12 illustrates an exemplary flow diagram of the proposed method for flux control in a permanent magnet synchronous motor, consistent with embodiments of the present disclosure.

Das Folgende ist eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Offenbarung, die in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Ausführungsformen sind so detailliert, dass sie die Offenbarung klar vermitteln. Allerdings ist die angebotene Detailmenge nicht dazu gedacht, die erwarteten Variationen der Ausführungsformen zu begrenzen; im Gegenteil, die Erfindung soll alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die in den Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist, fallen.The following is a detailed description of embodiments of the disclosure that are illustrated in the accompanying drawings. The embodiments are detailed in order to clearly convey the disclosure. However, the level of detail provided is not intended to limit the expected variations of the embodiments; on the contrary, the invention is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the present disclosure as defined by the appended claims.

Hierin erläuterte Ausführungsformen betreffen einen verbesserten Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM oder einfach Motor) und ein Verfahren zur Flussregelung in einem PMSM, das zu erhöhter Drehzahl und höherem Drehmoment bei höheren Drehzahlen führt.Embodiments discussed herein relate to an improved permanent magnet synchronous motor (PMSM or simply motor) and a method of flux control in a PMSM that results in increased speed and torque at higher speeds.

Zur Erhöhung der Betriebsdrehzahl eines PMSM wird herkömmlich Feldschwächung durch Einstellen des Phasenwinkels des Stromvektors und somit Einstellen der Ankerrückwirkung genutzt, um die Gesamtspannungsanforderungen zu minimieren. Dies wird durch Erhöhen des d-Achsenstroms in negativer Richtung erzielt.Traditionally, field weakening is used to increase the operating speed of a PMSM by adjusting the phase angle of the current vector and thus adjusting the armature reaction to minimize the overall voltage requirements. This is achieved by increasing the d-axis current in the negative direction.

Für einen oberflächenmontierten PMSM können die stationären Spannungsgleichungen im d-q-Rahmen geschrieben werden als $u_{d} = - ω L i_{q}$

u_{q} = ω L i_{d} + ω ψ_{P M},

wobei L die Induktivität der Maschine ist, ψ_PM die Flussverkettung des Permanentmagneten ist.For a surface mount PMSM, the steady-state voltage equations in the dq frame can be written as

{and}_{i.e} = - ω L i_{q}

{and}_{q} = ω L i_{i.e} + ω ψ_{P M},

where L is the inductance of the machine, ψ _PM is the flux linkage of the permanent magnet.

Zur Erzielung einer minimalen Phasenspannungsanforderung wird der i_d-Wert als negativer Wert gewählt, um die Gesamt-U_q-Anforderung zu reduzieren. Allerdings reduziert dieses Verfahren die Drehmomentfähigkeit aufgrund der reduzierten Flusswechselwirkung. Dieses Verfahren erhöht auch die Stromgröße für ein gegebenes Drehmoment, was die Kupferverluste erhöht. In Elektrofahrzeugen (EFs) sind PMSMs mit niedrigeren Spannungen und höheren Strömen aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von zugelassenen Batteriespannungen konzipiert. Dies macht die Kupferverluste zu den vorherrschenden Verlusten der PMSMs, die in den EFs verwendet werden. Daher muss jegliche Erhöhung des Statorstroms vermieden oder minimiert werden.To achieve a minimum phase voltage requirement, the i _d value is chosen as a negative value to reduce the overall U _q requirement. However, this method reduces torque capability due to reduced flux interaction. This method also increases the current magnitude for a given torque, which increases copper losses. In electric vehicles (EVs), PMSMs are designed with lower voltages and higher currents due to the limited availability of approved battery voltages. This makes the copper losses the dominant losses of the PMSMs used in the EFs. Therefore, any increase in stator current must be avoided or minimized.

Die vorliegende Offenbarung stellt eine alternatives Verfahren zum Erhöhen der Drehzahl eines PMSM bereit, das auf einem Steuern der Flussverkettung in einem Spalt zwischen einem Stator und einem Rotor des Motors anstelle eines Steuerns des i_d-Werts basiert.The present disclosure provides an alternative method for increasing the speed of a PMSM based on controlling flux linkage in a gap between a stator and a rotor of the motor instead of controlling the i _d value.

In einem Aspekt basiert das vorgeschlagene Verfahren auf der Verwendung eines Ferrofluids in dem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor des Motors anstatt eines regulären Kühlmittels oder Luft. Eine Menge des Ferrofluids wird erhöht oder reduziert, um Reluktanz eines Magnetpfads zwischen dem Stator und dem Rotor zu ändern, wodurch eine Steuerung der Flussverkettung in dem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglicht wird. Die vorgeschlagene Methodik bietet den Vorteil einer breiten Steuerbarkeit der Flussgröße im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren.In one aspect, the proposed method is based on using a ferrofluid in the gap between the stator and rotor of the motor instead of regular coolant or air. A quantity of the ferrofluid is increased or decreased to change reluctance of a magnetic path between the stator and the rotor, thereby enabling control of flux linkage in the gap between the stator and the rotor. The proposed methodology offers the advantage of a broad controllability of the flux magnitude in contrast to the conventional methods.

In einem Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung ebenfalls ein Steuern der Menge an Ferrofluid in dem Spalt vor, wobei vorgeschlagen wird, dass ein Ferrofluidtank und eine Ferrofluidpumpe verwendet werden sollen, um das Ferrofluid zwischen dem Tank und dem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu bewegen. Die Ferrofluidpumpe kann eine Magnetpumpe sein, wie z. B. jene, die in der Technik bekannt sind, die ein durch einen externen magnetischen Kreis erzeugtes Magnetfeld verwenden, um das Ferrofluid in die eine oder andere Richtung zu bewegen. Somit kann die Ferrofluidpumpe keine beweglichen Teile besitzen.In one aspect, the present disclosure also provides for controlling the amount of ferrofluid in the gap, proposing that a ferrofluid tank and ferrofluid pump should be used to move the ferrofluid between the tank and the gap between the stator and the rotor . The ferrofluid pump can be a magnetic pump, such as. B. those known in the art that use a magnetic field generated by an external magnetic circuit to move the ferrofluid in one direction or the other. Thus, the ferrofluid pump cannot have any moving parts.

In einem Aspekt kann das offenbarte Verfahren in Kombination mit dem herkömmlichen Verfahren, d. h. Feldschwächung durch Erhöhen des d-Achsenstroms, d. h. i_d, in negativer Richtung, verwendet werden, um die transiente Leistung zu verbessern. Das negative i_d-Verfahren kann die transiente Reaktion verbessern und das Ferrofluidsteuerungsverfahren kann die stationäre Leistung verbessern. Der PI-Regler des i_d-Referenzgenerators wird den i_d-Referenzwert automatisch auf einen normalen Wert bei Änderung der Flussverkettung bringen.In one aspect, the disclosed method can be used in combination with the conventional method, ie field weakening by increasing the d-axis current, ie i _d , in the negative direction to improve transient performance. The negative i _d method can improve transient response and the ferrofluid control method can improve steady-state performance. The PI controller of the i _d reference generator will automatically adjust the i _d reference value to a normal value when the flux linkage changes.

In einem Aspekt kann das Ferrofluid ebenfalls als Kühlmittel dienen, um erzeugte Wärme aus dem Stator und dem Rotor abzuführen. Eine Kühlmittelfunktionalität des Ferrofluids wird aufgrund dessen verbessert, dass das kühlere Ferrofluid-Fluid höhere ferromagnetische Eigenschaften aufweist im Vergleich zu heißeren Ferrofluid-Fluiden. Dies führt dazu, dass sich das kühlere Ferrofluid-Fluid näher an den Rotor/Stator bewegt, wo Magnetfeldintensität höher ist, und das heißere Ferrofluid-Fluid sich von dem Rotor/Stator entfernt. Dies macht eine Entfernung des heißen Fluids und einen Austausch gegen kühleres Fluid leichter, wodurch das Ferrofluid als Ersatz für die Kühlmittelflüssigkeiten nützlich gemacht wird.In one aspect, the ferrofluid can also serve as a coolant to remove generated heat from the stator and rotor. A coolant functionality of the ferrofluid is enhanced due to the cooler ferrofluid fluid having higher ferromagnetic properties compared to hotter ferrofluid fluids. This results in the cooler ferrofluid fluid moving closer to the rotor/stator where magnetic field intensity is higher and the hotter ferrofluid fluid moving away from the rotor/stator. This makes removal of the hot fluid and replacement with cooler fluid easier, making the ferrofluid useful as a replacement for the coolant liquids.

Nun wird auf 1 Bezug genommen, in der eine beispielhafte schematische Anordnung des offenbarten Permanentmagnet-Synchronmotors mit Flussregelung auf Ferrofluidbasis offenbart ist. Der PMSM 100 kann einen Stator 102 und einen Rotor 104, der mit dem Stator 102 zur Drehung relativ zum Stator 102 mit einem Spalt 106 dazwischen konfiguriert ist, beinhalten. In einem Aspekt kann ein Ferrofluid in den Spalt 106 zwischen dem Stator 102 und dem Rotor 104 gefüllt werden. Wie wohlbekannt ist, weisen Ferrofluide relative Permeabilität ähnlich wie ferromagnetische Materialien wie z. B. Eisen auf. Deshalb kann durch Steuern der Menge des Ferrofluids, die in dem Spalt 106 vorhanden ist, die Reluktanz des Magnetpfads zwischen dem Stator 102 und dem Rotor 104 gesteuert werden. Somit behandelt die vorgeschlagene Lösung die Feldschwächung durch Steuern der Flussverkettung. Eine Verwendung des Ferrofluids zum Steuern der Flussverkettung zwischen dem Stator 102 und dem Rotor 104 kann gesteuert werden, ermöglicht breite Steuerbarkeit der Flussgröße im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren.Now will open 1 Reference is made thereto, wherein an exemplary schematic arrangement of the disclosed permanent magnet synchronous motor with flux control ferrofluid based is disclosed. The PMSM 100 may include a stator 102 and a rotor 104 configured with the stator 102 for rotation relative to the stator 102 with a gap 106 therebetween. In one aspect, a ferrofluid can be filled into the gap 106 between the stator 102 and the rotor 104 . As is well known, ferrofluids have relative permeabilities similar to ferromagnetic materials such as e.g. B. Iron on. Therefore, by controlling the amount of ferrofluid present in gap 106, the reluctance of the magnetic path between stator 102 and rotor 104 can be controlled. Thus, the proposed solution addresses field weakening by controlling flux linkage. Using the ferrofluid to control the flux linkage between the stator 102 and the rotor 104 can be controlled, allowing broad flux magnitude controllability in contrast to the conventional methods.

In einem Aspekt kann ein Mittel zur Steuerung der Menge des Ferrofluids in dem Spalt 106 bereitgestellt werden, das Reluktanz oder Permeabilität des Magnetpfads zwischen dem Stator 102 und dem Rotor 104 steuert. Zum Beispiel kann ein Mittel zur Steuerung der Menge des Ferrofluids zum Erhöhen des Ferrofluids in dem Spalt 106 verwendet werden, um die Reluktanz des Magnetpfads zu reduzieren, um höhere Drehzahlen des Motors 100 zu erzielen.In one aspect, a means for controlling the amount of ferrofluid in the gap 106 that controls reluctance or permeability of the magnetic path between the stator 102 and the rotor 104 may be provided. For example, a means of controlling the amount of ferrofluid to increase the ferrofluid in the gap 106 can be used to reduce the reluctance of the magnetic path to achieve higher motor 100 speeds.

In einer Ausführungsform kann das Mittel zur Steuerung der Menge des Ferrofluids in dem Spalt 106 einen Ferrofluidtank 108 zum Speichern des Ferrofluids und eine Ferrofluidpumpe 110, die eine Übertragung des Ferrofluids zwischen dem Ferrofluidtank 108 und dem Spalt 106, d. h. vom Ferrofluidtank 108 zum Spalt 106 und umgekehrt, ermöglichen kann, beinhalten.In one embodiment, the means for controlling the amount of ferrofluid in the gap 106 may include a ferrofluid tank 108 for storing the ferrofluid and a ferrofluid pump 110 providing transfer of the ferrofluid between the ferrofluid tank 108 and the gap 106, i. H. from ferrofluid tank 108 to gap 106 and vice versa.

In einer Ausführungsform kann die Ferrofluidpumpe 110 eine Magnetpumpe sein, die auf der Grundlage eines externen magnetischen Kreises arbeitet. Der magnetische Kreis kann betätigt werden, um das Ferrofluid in die eine oder andere Richtung zu bewegen und so die Ferrofluidpumpe 110 frei von beweglichen Teilen zu machen.In one embodiment, the ferrofluid pump 110 may be a magnetic pump that operates based on an external magnetic circuit. The magnetic circuit can be actuated to move the ferrofluid in either direction to render the ferrofluid pump 110 free of moving parts.

In einer Ausführungsform kann das Ferrofluid auch die Funktionalität eines Kühlmittels bereitstellen, um Wärme aus dem Rotor 104 und dem Stator 102 abzuführen.In one embodiment, the ferrofluid may also provide coolant functionality to remove heat from the rotor 104 and the stator 102 .

Der vorgeschlagene Ansatz führt zu reduzierten Kupferverlusten und verbesserten Drehzahl- und Drehmomentfähigkeiten. Da die Stromgröße zur Erzielung von Flussschwächung bei höheren Drehzahlen nicht erhöht wird und die Kupferverluste proportional zum Quadrat des Stroms sind, ist die Kupferverlustreduktion in der Größenordnung von 4-5 im Vergleich zu den herkömmlichen Feldschwächungsverfahren bei höheren Betriebsdrehzahlen Dies führt zu höherer Effizienz und wiederum höherer Meilenzahl/Ladung, da die bei den Kupferverlusten und Kühlung verschwendete Energie reduziert wird. Da Stromgröße nicht für den Zweck der Feldschwächung genutzt wird, kann Strom, der zur Drehmomentproduktion erforderlich ist, d. h. i_q, auch höher sein, was zu einer höheren Drehmomentverfügbarkeit führt.The proposed approach results in reduced copper losses and improved speed and torque capabilities. Since the current magnitude is not increased to achieve flux weakening at higher speeds and the copper losses are proportional to the square of the current, the copper loss reduction is on the order of 4-5 compared to the traditional field weakening methods at higher operating speeds, resulting in higher efficiency and in turn higher Mileage/charge as the energy wasted on copper losses and cooling is reduced. Since current magnitude is not used for the purpose of field weakening, current required for torque production, ie i _q , can also be higher, resulting in higher torque availability.

Die verbesserte Leistung des Motors 100 geht aus grafischen Darstellungen 200 und 300 in 2 and 3 hervor, wobei, wie in 2 gezeigt, eine Erhöhung der Permeabilität, die auf der X-Achse in Millidarcy (md) grafisch dargestellt ist, zu einer höheren Drehzahl durch das vorgeschlagene Verfahren, gezeigt durch Kurve 202, im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren zur Feldschwächung (Field Weakening, FW), gezeigt durch Kurve 204, führt. Gleichzeitig, wie in 3 gezeigt, führt die Erhöhung der Permeabilität zu einem höheren Drehmoment durch das vorgeschlagene Verfahren, gezeigt durch Kurve 302, im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren zur Feldschwächung, gezeigt durch Kurve 304. Es ist zu verstehen, dass es möglich ist, einen der Vorteile, d. h. höhere Drehzahl und höheres Drehmoment, oder eine Kombination der beiden zu wählen.The improved performance of engine 100 is apparent from plots 200 and 300 in 2 and 3, where, as in 2 An increase in permeability plotted on the X-axis in millidarcy (md) at higher speed by the proposed method, shown by curve 202, compared to the conventional field weakening (FW) method is shown. , shown by curve 204. At the same time, as in 3 As shown, the increase in permeability results in higher torque by the proposed method, shown by curve 302, compared to the conventional field weakening method, shown by curve 304. It can be understood that it is possible to increase one of the advantages, ie higher Speed and higher torque, or choose a combination of the two.

Die vorstehend genannten Vorteile erhärten sich durch die nachstehende Analyse, wobei die Beziehung von Luftspaltflussdichte wie nachstehend berechnet werden kann: $B_{g} = \frac{I_{m}^{'}}{g_{e}} B_{r}, I_{m}^{'} = \frac{I_{m}}{μ_{r}}, g_{e} = K_{c} g + I_{m}^{'}$

wobei B_g Luftspaltflussdichte ist, l_m Magnetlänge ist, g Luftspaltlänge ist, B_r Restflussdichte des Magneten ist, K_c Carter-Effektkoeffizient ist und µ_r, die relative Magnetpermeabilität ist.The above benefits are substantiated by the analysis below, where the relationship of air gap flux density can be calculated as follows:

B_{G} = \frac{I_{m}^{'}}{G_{e}} B_{right}, I_{m}^{'} = \frac{I_{m}}{µ_{right}}, G_{e} = K_{c} G + I_{m}^{'}

where B _g is air gap flux density, l _m is magnet length, g is air gap length, B _r is magnet residual flux density, K _{c is} Carter effect coefficient and µ _r is the relative magnet permeability.

Für einen beispielhaften PMSM kann die Flussschwankung in Bezug auf Luftspaltlänge berechnet werden als $B_{g 2} = B_{g 1} \frac{I_{m} + K_{c} g_{1} μ_{r}}{I_{m} + K_{c} g_{2} μ_{r}}$

For an example PMSM, the flux variation with respect to air gap length can be calculated as

B_{G 2} = B_{G 1} \frac{I_{m} + K_{c} G_{1} µ_{right}}{I_{m} + K_{c} G_{2} µ_{right}}

Mithilfe der nachstehenden Daten kann gesehen werden, dass Fluss das 0,8-Fache des Anfangswerts für ein Inkrement der Luftspaltlänge bis das Doppelte des Anfangswerts wird. l _m 1 mm K _c 1.2 g ₁ 0.25 mm g ₂ 0.5 mm µ _r 1.05 Using the data below it can be seen that flux becomes 0.8 times the initial value for an increment of air gap length up to twice the initial value. l _m 1 mm K _c 1.2 g ₁ 0.25mm g ₂ 0.5mm µ _r 1.05

Ein Ersetzen der vorstehenden Werte in der Flussrelation ergibt $B_{g 2} = 0.8067 B_{g 1}$

Substituting the above values in the flow relation yields

B_{G 2} = 0.8067 B_{G 1}

Der Drehmomentausdruck für SPMSM ist nachstehend gegeben: $D r e h m o m e n t = \frac{3}{2} P (ψ_{P M} i_{q})$

The torque expression for SPMSM is given below:

D right e H m O m e n t = \frac{3}{2} P (ψ_{P M} i_{q})

Im herkömmlichen Verfahren zur Feldschwächung reduziert sich die Drehmomentfähigkeit des PMSM. Der Hauptgrund dafür ist die begrenzte Menge an i_q aufgrund von erhöhtem i_d, was das Drehmoment signifikant reduziert. Dagegen wird im vorgeschlagenen Verfahren ψ_PM reduziert und wird i_q nicht bewirkt. Das Gesamtdrehmoment wird reduziert, jedoch ist die Reduktion im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren kleiner.In the conventional method of field weakening, the torque capability of the PMSM is reduced. The main reason for this is the limited amount of i _q due to increased i _d , which significantly reduces the torque. In contrast, in the proposed method, ψ _PM is reduced and i _q is not effected. The overall torque is reduced, but the reduction is smaller compared to the conventional method.

Der Drehmomentausdruck für den IPMSM ist nachstehend gegeben: $D r e h m o m e n t = \frac{3}{2} P (ψ_{P M} i_{q} + (L_{d} - L_{q}) i_{d} i_{q})$

The torque expression for the IPMSM is given below:

D right e H m O m e n t = \frac{3}{2} P (ψ_{P M} i_{q} + (L_{i.e} - L_{q}) i_{i.e} i_{q})

Der erste Term ist das elektromagnetische (EM) Drehmoment und der zweite Term ist das Reluktanzdrehmoment. Im herkömmlichen Verfahren reduziert sich die Drehmomentfähigkeit des PMSM. Der Hauptgrund dafür ist die begrenzte Menge an i_q aufgrund von erhöhtem i_d, was das EM Drehmoment signifikant reduziert. Das Reluktanzdrehmoment kann sich auf der Grundlage der proportionalen Änderungen der Stromkomponenten erhöhen oder verringern. Im Vergleich zu dem Vorstehendem wird im vorgeschlagenen Verfahren ψ_PM reduziert und wird i_q nicht bewirkt. Das Gesamtdrehmoment wird reduziert, jedoch ist die Reduktion im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren kleiner. Das Reluktanzdrehmoment verringert sich etwas, da die Induktivität der Maschine sich im vorgeschlagenen Verfahren verringert, auch wenn die Stromwerte gleichbleiben können.The first term is electromagnetic (EM) torque and the second term is reluctance torque. In the conventional method, the torque capacity of the PMSM is reduced. The main reason for this is the limited amount of i _q due to increased i _d , which significantly reduces the EM torque. The reluctance torque can increase or decrease based on the proportional changes in the current components. Compared to the above, in the proposed method, ψ _PM is reduced and i _q is not effected. The overall torque is reduced, but the reduction is smaller compared to the conventional method. The reluctance torque decreases somewhat because the inductance of the machine decreases in the proposed method, although the current values can remain the same.

4 zeigt ein beispielhaftes Verfahrensflussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben eines Permanentmagnet-Synchronmotors, wie z. B. in 1 gezeigter Motor 100. Das Verfahren 400 kann den Schritt 402 des Bereitstellens eines Ferrofluids in einem Spalt, wie z. B. dem in 1 gezeigten Spalt 106, zwischen einem Stator und einem Rotor, wie z. B. dem Stator 102 und dem Rotor 104, die in 1 gezeigt sind, des Permanentmagnet-Synchronmotors 100 und den Schritt 404 des Steuerns der Menge des Ferrofluids in dem Spalt 106 zum Steuern der Reluktanz eines Magnetpfads zwischen dem Stator 102 und dem Rotor 104 beinhalten. In einem Aspekt kann die Reluktanz des Magnetpfads verringert werden, um höhere Drehzahlen des Motors zu erzielen. 4 shows an exemplary method flow diagram for a method for operating a permanent magnet synchronous motor, such as. Am 1 motor 100 is shown. The method 400 may include the step 402 of providing a ferrofluid in a gap, such as. B. the in 1 shown gap 106, between a stator and a rotor, such as. B. the stator 102 and the rotor 104, which in 1 1, of the permanent magnet synchronous motor 100 and the step 404 of controlling the amount of ferrofluid in the gap 106 to control the reluctance of a magnetic path between the stator 102 and the rotor 104. In one aspect, the reluctance of the magnetic path can be reduced to achieve higher motor speeds.

In einer Ausführungsform kann das Verfahren 400 ferner den Schritt des Verwendens des Ferrofluids als Kühlmittel zum Abführen von Wärme aus dem Stator 102 und dem Rotor 104 beinhalten.In an embodiment, the method 400 may further include the step of using the ferrofluid as a coolant to remove heat from the stator 102 and the rotor 104 .

In einer Ausführungsform kann das Verfahren 400 ferner den Schritt des Bereitstellens eines Ferrofluidtanks, wie z. B. des in 1 gezeigten Ferrofluidtanks 108, zum Speichern des Ferrofluids und einer Ferrofluidpumpe, wie z. B. der in 1 gezeigten Ferrofluidpumpe 110, zum Übertragen des Ferrofluids zwischen dem Spalt 106 und dem Ferrofluidtank 108 beinhalten.In an embodiment, the method 400 may further include the step of providing a ferrofluid tank, such as a tank. B. des in 1 shown Fer rofluid tanks 108, for storing the ferrofluid and a ferrofluid pump, such as. B. the in 1 ferrofluid pump 110, shown, for transferring ferrofluid between gap 106 and ferrofluid tank 108.

In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner den Schritt 406 des Pumpens des Ferrofluids zum Spalt 106 unter Verwendung der Ferrofluidpumpe 110 zum Verringern der Reluktanz des Magnetpfads zwischen dem Stator 102 und dem Rotor 104 beinhalten, um die Drehzahl des Motors 100 zu erhöhen.In an embodiment, the method may further include the step 406 of pumping the ferrofluid to the gap 106 using the ferrofluid pump 110 to reduce the reluctance of the magnetic path between the stator 102 and the rotor 104 to increase the speed of the motor 100 .

Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Ändern der Reluktanz eines Magnetpfads zwischen einem Stator und einem Rotor eines Permanentmagnet-Synchronmotors, wie z. B. in 1 gezeigter Motor 100. Das Verfahren 500 kann die Schritte 502 des Bereitstellens eines Ferrofluids in einem Spalt, wie z. B. in 1 gezeigter Spalt 106, zwischen einem Stator und einem Rotor, wie z. B. dem Stator 102 und dem Rotor 104, die in 1 gezeigt sind, des Motors 100 beinhalten. Schritt 504 des Verfahrens 400 kann dazu dienen, einen Ferrofluidtank, wie z. B. den in 1 gezeigten Ferrofluidtank 108, zum Speichern des Ferrofluids bereitzustellen, und Schritt 506 kann dazu dienen, eine Ferrofluidpumpe, wie z. B. die in 1 gezeigte Ferrofluidpumpe 110, zum Übertragen des Ferrofluids zwischen dem Spalt 106 und dem Ferrofluidtank 108 bereitzustellen. Schritt 508 des Verfahrens 500 kann dazu dienen, das Ferrofluid unter Verwendung der Ferrofluidpumpe 110 zwischen dem Spalt 106 und dem Ferrofluidtank 108 zu pumpen, um die Menge an Ferrofluid in dem Spalt zu erhöhen oder zu verringern. Reluktanz reduziert sich, wenn der Spalt 106 vollständig gefüllt ist, und erhöht sich, wenn der Spalt 106 weniger gefüllt ist. Somit verringert ein Erhöhen des Ferrofluids in dem Spalt die Reluktanz des Magnetpfads zwischen dem Stator 102 und dem Rotor 104, wobei ein Verringern der Reluktanz des Magnetpfads zwischen dem Stator 102 und dem Rotor 104 zu höheren Drehzahlen des Motors 100 führen kann.Another aspect of the present disclosure relates to a method for changing the reluctance of a magnetic path between a stator and a rotor of a permanent magnet synchronous motor, such as. Am 1 motor 100 is shown. Method 500 may include the steps 502 of providing a ferrofluid in a gap, such as a gap. Am 1 shown gap 106, between a stator and a rotor, such as. B. the stator 102 and the rotor 104, which in 1 are shown of the engine 100 include. Step 504 of the method 400 may serve to prepare a ferrofluid tank, such as a tank. B. the in 1 ferrofluid tank 108, shown, for storing the ferrofluid, and step 506 may serve to provide a ferrofluid pump, such as a ferrofluid pump. B. the in 1 ferrofluid pump 110, shown, for transferring the ferrofluid between gap 106 and ferrofluid tank 108. Step 508 of method 500 may serve to pump the ferrofluid using ferrofluid pump 110 between gap 106 and ferrofluid tank 108 to increase or decrease the amount of ferrofluid in the gap. Reluctance reduces when gap 106 is completely filled and increases when gap 106 is less filled. Thus, increasing the ferrofluid in the gap reduces the reluctance of the magnetic path between the stator 102 and the rotor 104, and reducing the reluctance of the magnetic path between the stator 102 and the rotor 104 may result in higher motor 100 speeds.

Somit stellt die vorliegende Offenbarung eine Alternative zum herkömmlichen Verfahren zur Feldschwächung bereit, um höhere Drehzahlen in PMSMs zu erzielen. Das offenbarte Verfahren, das auf dem Steuern der Menge eines Ferrofluids in dem Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor des Motors basiert, führt zu verbesserter Leistung des Motors in Bezug auf Drehzahl und Drehmoment, was zu reduzierten Kupferverlusten und resultierender Wärmeerzeugung führt. Reduzierte Verluste führen auch zu einer höheren Reichweite von EFs, in denen der vorgeschlagene PMSM für Elektroantriebe verwendet wird.Thus, the present disclosure provides an alternative to the traditional field weakening method to achieve higher speeds in PMSMs. The disclosed method, based on controlling the amount of a ferrofluid in the gap between the motor's stator and rotor, results in improved performance of the motor in terms of speed and torque, resulting in reduced copper losses and resultant heat generation. Reduced losses also result in increased range for EVs using the proposed PMSM for electric propulsion.

Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom Grundumfang davon abzuweichen. Der Umfang der Erfindung ist durch die folgenden Patentansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Versionen oder Beispiele begrenzt, die beinhaltet sind, um einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung in Kombination mit Informationen und Wissen, das dem Durchschnittsfachmann zur Verfügung steht, herzustellen und zu verwenden.While the foregoing describes various embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof. The scope of the invention is determined by the following claims. The invention is not limited to the described embodiments, versions or examples, which are included to enable a person of ordinary skill in the art to make and use the invention in combination with information and knowledge available to those of ordinary skill in the art.

Die vorliegende Offenbarung stellt eine Technik zum Erzielen der maximalen Effizienz von elektrischen Maschinen bereit.The present disclosure provides a technique for achieving maximum efficiency in electric machines.

Die vorliegende Offenbarung stellt eine alternative Technik zum Erzielen von Drehzahlregelung in einer elektrischen Maschine bereit, die Nachteile der herkömmlichen Techniken beseitigt.The present disclosure provides an alternative technique for achieving speed control in an electric machine that overcomes disadvantages of conventional techniques.

Die vorliegende Offenbarung stellt einen Permanentmagnet-Synchronmotor bereit, der verbesserte Effizienz ohne Auswirkungen auf Lastanforderungen wie z. B. Drehmoment- und Drehzahlanforderungen aufweist.The present disclosure provides a permanent magnet synchronous motor that improves efficiency without impacting load requirements such as e.g. B. has torque and speed requirements.

Die vorliegende Offenbarung stellt einen PMSM bereit, der die Gesamteffizienz des E-Antriebssystems in einem Elektrofahrzeug durch Reduzieren von Kupferverlusten bei höheren Drehzahlen verbessert.The present disclosure provides a PMSM that improves the overall efficiency of the e-drive system in an electric vehicle by reducing copper losses at higher speeds.

Die vorliegende Offenbarung stellt einen PMSM für Elektrofahrzeuge bereit, der höheres Drehmoment bei höheren Drehzahlen bereitstellt und dadurch Beschleunigung bei höheren Drehzahlen verbessert.The present disclosure provides an electric vehicle PMSM that provides higher torque at higher speeds and thereby improves acceleration at higher speeds.

Die vorliegende Offenbarung stellt einen PMSM für Elektrofahrzeuge bereit, der reduzierte Kühlmittelanforderung aufgrund von reduzierten Verlusten und resultierender Wärmeerzeugung aufweist, wodurch Kühlmittel zur Verwendung anderswo im Fahrzeug freigemacht wird.The present disclosure provides an electric vehicle PMSM that has reduced coolant requirements due to reduced losses and resultant heat generation, thereby freeing coolant for use elsewhere in the vehicle.

Die vorliegende Offenbarung stellt einen PMSM für Elektrofahrzeuge bereit, der höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer aufgrund des reduzierten Risikos der Entmagnetisierung des Rotors aufweist.The present disclosure provides an electric vehicle PMSM that has increased reliability and durability due to the reduced risk of rotor demagnetization.

Die vorliegende Offenbarung stellt einen PMSM für Elektrofahrzeuge bereit, der höhere Reichweite für jede Wiederaufladung der Batterie bereitstellt.The present disclosure provides an electric vehicle PMSM that provides increased range for each recharge of the battery.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US 9787154 [0005]

Claims

A permanent magnet synchronous motor (100) comprising: a stator (102); a rotor (104) configured with the stator (102) with a gap (106) therebetween for rotation relative to the stator (102), a ferrofluid filled in the gap (106) between the stator (102) and the rotor (104), and means for controlling an amount of ferrofluid in the gap (106) to control reluctance of a magnetic path between the stator (102) and the rotor (104), whereby the reluctance of the magnetic path is reduced to achieve higher speeds of the permanent magnet synchronous motor.

Permanent magnet synchronous motor (100) according to claim 1 wherein the means for controlling the amount of ferrofluid in the gap (106) comprises a ferrofluid tank (108) for storing the ferrofluid and a ferrofluid pump (110) for transferring the ferrofluid between the ferrofluid tank (108) and the gap (106).

Permanent magnet synchronous motor (100) according to claim 1 , wherein the ferrofluid pump (110) is a magnetic pump with no moving parts.

Permanent magnet synchronous motor (100) according to claim 1 , wherein the ferrofluid is configured to provide a functional requirement of a coolant.

Method (400) for operating a permanent magnet synchronous motor (100), the method comprising the following steps: Providing (402) a ferrofluid in a gap (106) between a stator (102) and a rotor (104) of the permanent magnet synchronous motor (100), controlling (404) the amount of ferrofluid in the gap (106) to reduce reluctance to control the magnetic path between the stator (102) and the rotor (104), wherein the reluctance of the magnetic path is reduced to achieve higher speeds of the permanent magnet synchronous motor (100).

Method (400) according to claim 5 , the method comprising the step of using the ferrofluid as a coolant to remove heat from the stator (102) and the rotor (104).

Method (400) according to claim 5 , the method further comprising the step of providing a ferrofluid tank (108) for storing the ferrofluid.

Method (400) according to claim 7 , the method further comprising the step of providing a ferrofluid pump (110) for transferring the ferrofluid between the gap (106) and the ferrofluid tank (108).

Method (400) according to claim 8 , the method further comprising the step of pumping the ferrofluid to the gap (106) using the ferrofluid pump (110) to reduce the reluctance of the magnetic path between the stator (102) and the rotor (104).

A method (500) for changing the reluctance of a magnetic path between a stator (102) and a rotor (104) of a permanent magnet synchronous motor (100), the method comprising the following steps: Providing (502) a ferrofluid in a gap (106) between a stator (102) and a rotor (104) of the permanent magnet synchronous motor (100), providing (504) a ferrofluid tank (108) for storing the ferrofluid, providing (506) a ferrofluid pump (110) for transferring the ferrofluid between the gap (106) and the ferrofluid tank (108), pumping (508) the ferrofluid to the gap (106) using the ferrofluid pump (110) to increase the amount of ferrofluid in the gap (106) and thereby increase reluctance of the magnetic path between the stator (102) and the rotor (104). reduce, wherein reducing the reluctance of the magnetic path between the stator (102) and the rotor (104) results in higher speeds of the permanent magnet synchronous motor (100).