EP3338361A1 - Synchronmaschinenmodul, fahrzeugantrieb und fahrzeug - Google Patents

Synchronmaschinenmodul, fahrzeugantrieb und fahrzeug

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EP3338361A1
EP3338361A1 EP16775144.5A EP16775144A EP3338361A1 EP 3338361 A1 EP3338361 A1 EP 3338361A1 EP 16775144 A EP16775144 A EP 16775144A EP 3338361 A1 EP3338361 A1 EP 3338361A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
synchronous machine
machine module
rotational speed
speed
vehicle drive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16775144.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dominik Bergmann
Guillaume Pais
Christian Bachmann
Marco CYRIACKS
Iason Vittorias
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3338361A1 publication Critical patent/EP3338361A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/02—Details of starting control
    • H02P1/04—Means for controlling progress of starting sequence in dependence upon time or upon current, speed, or other motor parameter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
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    • F02B53/02—Methods of operating
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output

Definitions

  • Synchronous machine module vehicle drive and vehicle Hybrid electric drives are currently used in many fields.
  • internal combustion engines and Gene ⁇ generators are combined to produce electricity.
  • the generator should be as simple as possible and be as compact and robust as possible.
  • PMSM Permanent magnet synchronous machines
  • inductive rotary encoders so-called resolvers
  • resolvers To determine the rotor position, inductive rotary encoders, so-called resolvers, are usually used, which can determine the rotor position very accurately.
  • With knowledge of the rotor position can be a field-oriented control of the synchronous machine in speed ranges close to a standstill and over the entire operating range of the engine accomplish.
  • Typical sensorless methods such as the estimation of the rotor position via an observer model as a supplement to the field-oriented control of the synchronous
  • Typical sensorless methods such as the estimation of the rotor position via an observer model as a supplement to the field-oriented control of the synchronous
  • the instantaneous rotor position can be determined with certain accuracy at specific times in these speed ranges, but this is in most cases not sufficient.
  • the torque generating current must also be turned off during the test pulse.
  • the synchronous machine module of the invention has a Syn ⁇ chronmaschine and a speed control means for controlling a rotational speed of the synchronous machine.
  • a speed control means for controlling a rotational speed of the synchronous machine.
  • the speed control Direction has detection means for detecting a formed by the active power of the synchronous machine or dependent on size.
  • the speed control device is designed to set the speed of the synchronous machine and / or its time profile as a function of the detected variable and / or its time-dependent course.
  • the inventive step lies in the sensorless startup of a permanent-magnet synchronous machine, which is normally realized with a purely controlled speed ramp
  • the synchronous machine module according to the invention can therefore be designed inexpensively and reliably.
  • Synchronma ⁇ schin module of the time profile of the rotation speed comprises at least the temporal change of the rotational speed.
  • the speed control device is designed for the synchronous machine module according to the OF INVENTION ⁇ dung to reduce the time change of the speed when the effective power increases and / or is adapted to increase the temporal change of the rotation speed when the active power falls.
  • the detection means comprises measuring means for measuring the phase currents of the synchronous machine and / or
  • Measuring means for detecting a rotating field frequency of the synchronous machine By means of these phase currents and the set space vector, the instantaneous active power of the synchronous be easily determined.
  • measuring means for measuring the Phasenströ ⁇ me for controlling the machine are at Synchronma ⁇ machines typically present, so advantageous in terms of these measuring means no additional equipment outlay obtained.
  • the detection means comprise a high- ⁇ pass filter to be filtered out by means of which DC components of the size, in particular with a cut-off frequency between 0.5 and 5 Hz. This means filters out that this DC components omitted in the further signal processing and not used further. Only the passing high-frequency signal is used in the further course.
  • the speed of this run-up of the internal combustion engine is slowed down or accelerated by means of an adjustable gain with this high-pass-filtered torque signal. That is, with of rising active power, which the motor must supply (counter-torque increases) the rate of increase of the rotational speed ⁇ ramp is slowed down and on falling active power (resistive torque falls) correspondingly accelerated.
  • the rotor is given the gels ⁇ tunity to follow the given stator.
  • the synchronous machine comprises a rotary engine.
  • the vehicle drive according to the invention has a synchronous machine module as described above and comprises one
  • Power generator which is connected to the supply of the synchronous machine module to this synchronous machine module.
  • the vehicle drive according to the invention comprises an internal combustion engine to which the synchronous machine module is connected for starting up the combustion engine.
  • the vehicle drive according to the invention for the operation of the internal combustion engine for mechanical feeding of the generator-operated synchronous machine is formed.
  • the vehicle drive according to the invention is designed as hyb ⁇ ridelektrischer vehicle drive.
  • the vehicle according to the invention is in particular an aircraft.
  • the vehicle according to the invention has a vehicle drive as described above and / or a synchronous machine module as described above.
  • the vehicle according to the invention is consequently simple, robust and compact in structure.
  • the aircraft is an aircraft electrical and insbeson ⁇ particular aircraft drive a hybrid drive, preferably with a Wankel engine. According to the invention, a purely controlled run-up of the internal combustion engine is possible. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.
  • Fig 1 shows an inventive hybrid electrically Betrie ⁇ plane surrounded with an inventive module and synchronous machines.
  • FIG. 2 shows a speed control device of the synchronous machine module of the aircraft according to FIG. 1 in a schematic diagram.
  • the hybrid-electric aircraft 1 has a hybrid electric drive according to the invention, which has a permanent-magnet synchronous machine module 10 according to the invention with a permanent magnetically excited synchronous machine 12 and a speed control device 15 as described below.
  • a Ver ⁇ combustion engine 20 is connected to the synchronous machine module 10, which burns fuel in the state of continuous borrowed operation of the aircraft 1 and provides kinetic energy in the form of a ro ⁇ tierenden wave in a conventional manner.
  • the rotating shaft is connected to the synchronous machine 12 of the synchronous machine module 10 angebun ⁇ .
  • the synchronous machine 12 is operated as a generator in the state of continuous operation, ie the synchronous machine 12 converts the mechanical kinetic energy of the rotating shaft into electrical energy.
  • an electric motor 30 is fed ge ⁇ which, in the illustrated case, a propeller 40 of the aircraft 1 in rotation.
  • the synchronous machine 12 is not operated as an electric generator, but functions as an electric motor, which drives the combustion engine 20, in the exemplary embodiment shown, a rotary engine. It is understood that play in other proceedingssbei ⁇ , which incidentally correspond to the illustrated embodiment, the internal combustion engine 20 instead of a Wankel engine may be another engine.
  • the engine 20 refers to the Syn ⁇ chronmaschine 12 electrical energy, for example from an electrical ⁇ 's battery (not separately shown) of the aircraft 1, and rotates the shaft for starting up the internal combustion engine.
  • the synchronous machine 12 itself must be started up with a corresponding counter-torque.
  • the speed control device 15 is used.
  • the speed control device 15 of the synchronous machine module 10 is for controlling the rotational speed of the magnetic stator of the synchronous machine 12 and thus the speed of the shaft ⁇ forms and shown in Fig. 2 in its operation.
  • the rotational speed control device 15 has detection means for detecting a variable formed or dependent on the active power, wherein the rotational speed control device 15 is designed to control the rotational speed of the synchronous machine 12, ie the rotational speed of a rotor of the synchronous machine 12, depending on the detected variable and / or its time profile and thus the rotational speed of the rotated by means of the synchronous machine 12 shaft, and / or to provide the time course of this speed as explained below:
  • the speed control device 15 in the illustrated embodiment on the one hand ammeter 110, which the phase currents that the synchronous machine 12 in elektromotori ⁇ feed, measure. The measurement of the phase currents by means of the ammeters 110 is known per se and is established for the control of synchronous machines 12.
  • the speed control device 15 determines the real power of the synchronous machine 12 by means of a computing module 140th Furthermore, the speed control device 15, the time currently provided by the speed control device 15 speed variation 120, which in this case forms the manipulated variable, with a. From the temporal course of the temporal change in speed 120, the current rotational speed of the Syn ⁇ chronmaschine can be determined by integration over time of this time course. For this purpose, the corresponding with the zeitli ⁇ chen speed change signal of an integrator circuit 120 is passed to 130 which outputs a signal corresponding to the instantaneous speed.
  • the quotient of actual active power and current speed provides the current torque which the motor must apply for operation.
  • the quotient of current economic activity tion and current speed is also determined by means of the Re ⁇ chenmoduls 140, which receives the current speed as an input variable.
  • the thus-determined current Drehmo ⁇ element is adjusted by means of a high-pass filter 150, which has in the exemplary embodiment illustrated ones shown, a cutoff frequency of 2 Hz at ⁇ to direct components. In principle, the cutoff frequency may deviate from 2 Hz in further exemplary embodiments which are not specifically shown, but it is expedient (although not absolutely necessary) for the cutoff frequency to be of at least the same order of magnitude. This filtered
  • Torque is now amplified with an amplifier 160 and forms a command variable for the time change of the speed.
  • the filtered and amplified torque is provided with a dimension-related proportionality factor and subtracted from the rotational speed signal by means of a differentiator 170. That is, when the active power which the synchronous machine 12 has to raise, that is, the counter torque increases, the speed is reduced. By contrast, when the active power drops, the speed is increased by means of the differentiator 170.
  • the temporal change ⁇ tion of the speed is controlled such that with increasing active power, which must apply the engine 20, ie, with increasing counter-torque, against which the Verbrennungsmo ⁇ gate 20 must counteract, the temporal speed change 120 is reduced and on the other hand, when the active power drops, the time-related speed change 120 is increased.
  • a rotor of the synchronous machine 12 can follow the fed-in field of a stator of the synchronous machine 12.
  • the synchronous machine 12 can be raised in such a manner that load peaks do not result in a "tilt" of the Verbrennungsmo ⁇ tors 20th
  • the speed control device is designed, the magneti ⁇ specific stator to boot by means of a ramp, so by means of a line ⁇ ar increasing rotation frequency.

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Abstract

Das Synchronmaschinenmodul umfasst eine Synchronmaschine und eine Drehzahlsteuereinrichtung zur Steuerung einer Drehzahl der Synchronmaschine, welche Erfassungsmittel zur Erfassung einer durch die Wirkleistung gebildeten oder davon abhängenden Größe aufweist, wobei die Drehzahlsteuereinrichtung ausgebildet ist, abhängig von der erfassten Größe und/oder ihrem zeitlichen Verlauf die Drehzahl der Synchronmaschine und/oder deren zeitlichen Verlauf zu stellen. Der erfindungsgemäße Fahrzeugantrieb weist ein solches Synchronmaschinenmodul sowie einen Stromgenerator auf, welcher zur Speisung des Synchronmaschinenmoduls an dieses angebunden ist. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Flugzeug und weist einen solchen Fahrzeugantrieb und/oder ein solches Synchronmaschinenmodul auf.

Description

Beschreibung
Synchronmaschinenmodul, Fahrzeugantrieb und Fahrzeug Hybridelektrische Antriebe werden zurzeit in vielen Feldern angewandt. Insbesondere werden Verbrennungsmotoren und Gene¬ ratoren zur Stromerzeugung miteinander kombiniert. Dabei soll der Generator möglichst einfach aufgebaut sein und möglichst kompakt und robust sein.
Permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PMSM) erscheinen aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte für hybridelektrische Antriebe besonders geeignet. Allerdings ist für einen effizi¬ enten Betrieb eine genaue Bestimmung der Rotorlage erforder- lieh.
Zur Bestimmung der Rotorlage werden üblicherweise induktive Drehgeber, sogenannte Resolver, genutzt, die die Rotorlage sehr genau ermitteln können. Mit Kenntnis der Rotorlage lässt sich eine feldorientierte Regelung der Synchronmaschine in Drehzahlbereichen nahe dem Stillstand und über den gesamten Betriebsbereich des Motors bewerkstelligen.
Allerdings sind Resolver samt dazugehöriger Elektronik teuer und anfällig. Sensorlose Lösungen hingegen funktionieren jedoch nur bedingt: So stellt die Kombination einer Synchronma¬ schine mit einem Verbrennungsmotor ohne eigenen Starter, der mittels der Synchronmaschine zum Start hochgeschleppt werden soll, zusätzliche Anforderungen: Hier kommt nämlich zusätz- lieh das stark schwankende Moment durch die Kompression in den Zylindern hinzu, wobei jeweils nur kurzzeitig Spitzen im Gegenmoment auftreten. Dies verhindert in vielen Fällen ein erfolgreiches rein gesteuertes Hochlaufen. Ähnlich problematisch ist der sensorlose Betrieb von Kolbenkompressoren mit einer PMSM. Übliche sensorlose Verfahren, etwa die Schätzung der Rotorlage über ein Beobachtermodell als Ergänzung zur feldorientierten Regelung der Synchronma- schine, liefern typischerweise nur für Drehzahlen ab etwa 10 der Maximaldrehzahl ausreichend genaue Informationen zur stabilen feldorientierten Regelung der Synchronmaschine bis zum Nennmoment .
Bei kleineren Drehzahlen ist aufgrund der nur kleinen induzierten Spannung eine sensorlose Schätzung der Rotorlage schwierig oder unmöglich. Über geeignete Testpulse kann in diesen Drehzahlbereichen die momentane Rotorlage mit einer gewissen Genauigkeit zu bestimmten Zeitpunkten ermittelt wer den, dies ist aber in den meisten Fällen nicht ausreichend. Der momenterzeugende Strom muss außerdem während der Testpul se abgeschaltet werden.
Ein rein gesteuerter Hochlauf in einen Drehzahlbereich hinein, in welchem die Schätzung der Rotorlage über ein Beobach termodel ausreichend genau funktioniert, ist problematisch: Das in diesem Betriebsbereich erreichbare Moment ist meist nur ein Bruchteil des normalen Nennmoments des Motors, da selbst bei kleinen Gegenmomenten ein „Kippen" des Motors nicht vermeidbar ist und damit das Moment sofort zusammen¬ bricht. Ein gezieltes Stellen des Momentes ist in dieser Be¬ triebsart ebenfalls nicht möglich. Für Anwendungen mit gerin gen Gegenmomenten bei kleinen Drehzahlen ist dies allenfalls im Einzelfall ausreichend.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Synchronmaschinenmodul bereitzustellen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Fahrzeugantrieb sowie ein verbessertes Fahrzeug bereitzustellen. Insbesondere soll der Fahrzeugantrieb robust und kompakt ausbildbar sein.
Das erfindungsgemäße Synchronmaschinenmodul weist eine Syn¬ chronmaschine und eine Drehzahlsteuereinrichtung zur Steuerung einer Drehzahl der Synchronmaschine auf. Naturgemäß wir die Drehzahl im elektromotorischen Betrieb der Synchronmaschine mittels entsprechender elektrischer Speisung, typischerweise eines Stators, gesteuert. Die Drehzahlsteuerein- richtung weist Erfassungsmittel zur Erfassung einer durch die Wirkleistung der Synchronmaschine gebildeten oder davon abhängenden Größe auf. Die Drehzahlsteuereinrichtung ist ausgebildet, abhängig von der erfassten Größe und/oder ihrem zeit- liehen Verlauf die Drehzahl der Synchronmaschine und/oder ihren zeitlichen Verlauf zu stellen.
Der erfinderische Schritt liegt darin, den sensorlosen und normalerweise mit einer rein gesteuerten Drehzahlrampe reali- sierten Hochlauf einer permanenterregten Synchronmaschine
(PMSM) mit Hilfe der leicht bestimmbaren momentanen Wirkleistung so zu verlangsamen oder zu beschleunigen, dass Lastspitzen nicht zu einem „Kippen" des Motors führen. Das erfindungsgemäße Synchronmaschinenmodul kann folglich einfach, robust und kompakt aufgebaut sein, da zusätzlicher Bauraum für den Sensor verzichtbar ist. Ferner ist das erfindungsgemäße Synchronmaschinenmodul daher kostengünstig und zuverlässig ausbildbar.
Vorzugsweise umfasst bei dem erfindungsgemäßen Synchronma¬ schinenmodul der zeitliche Verlauf der Drehzahl zumindest die zeitliche Änderung der Drehzahl. Insbesondere fällt unter den Begriff des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl eine Steigung einer zeitlichen Drehzahlrampe.
Bevorzugt ist bei dem Synchronmaschinenmodul gemäß der Erfin¬ dung die Drehzahlsteuereinrichtung ausgebildet, die zeitliche Änderung der Drehzahl zu verringern, wenn die Wirkleistung steigt und/oder ausgebildet ist, die zeitliche Änderung der Drehzahl zu erhöhen, wenn die Wirkleistung fällt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst bei dem Synchronmaschinenmodul das Erfassungsmittel Messmittel zur Messung der Phasenströme der Synchronmaschine und/oder
Messmittel zur Erfassung einer Drehfeldfrequenz der Synchronmaschine. Mittels dieser Phasenströme und den eingestellten Raumzeiger kann die momentane Wirkleistung der Synchronma- schine leicht bestimmt werden. Ohnehin sind bei Synchronma¬ schinen typischerweise Messmittel zur Messung der Phasenströ¬ me zur Regelung der Maschine vorhanden, sodass bezüglich dieser Messmittel vorteilhaft kein zusätzlicher apparativer Auf- wand anfällt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Synchronmaschinenmoduls weisen die Erfassungsmittel ein Hoch¬ passfilter auf, mittels welchem Gleichanteile der Größe her- ausgefiltert werden, insbesondere mit einer Grenzfrequenz zwischen 0,5 und 5 Hz. Dabei bedeutet herausgefiltert, dass diese Gleichanteile in der weiteren Signalverarbeitung entfallen und nicht weiter genutzt werden. Lediglich das passierende Hochfrequenzsignal wird im weiteren Verlauf genutzt.
Erfindungsgemäß wird die Geschwindigkeit dieses Hochlaufs des Verbrennungsmotors, also die zeitliche Drehzahländerung, mit diesem hochpassgefilterten Momentensignal über einen einstellbaren Gain verlangsamt oder beschleunigt. D.h. bei stei- gender Wirkleistung, die der Motor aufbringen muss (Gegenmoment steigt) wird die Anstiegsgeschwindigkeit der Drehzahl¬ rampe verlangsamt und bei fallender Wirkleistung (Gegenmoment fällt) entsprechend beschleunigt. So wird dem Rotor die Gele¬ genheit gegeben, dem vorgegeben Statorfeld zu folgen.
Bei dem erfindungsgemäßen Synchronmaschinenmodul ist oder um¬ fasst die Synchronmaschine bevorzugt ein/einen Wankelmotor.
Der erfindungsgemäße Fahrzeugantrieb weist ein Synchronma- schinenmodul wie zuvor beschrieben auf und umfasst einen
Stromgenerator, welcher zur Speisung des Synchronmaschinenmoduls an dieses Synchronmaschinenmodul angebunden ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der erfindungs- gemäße Fahrzeugantrieb einen Verbrennungsmotor, an welchem das Synchronmaschinenmodul zum Hochfahren des Verbrennungsmo¬ tors angebunden ist. Zweckmäßigerweise ist bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugantrieb für den Betriebsfall der Verbrennungsmotor zur mechanischen Speisung der generatorisch betriebenen Synchronmaschine ausgebildet .
Bevorzugt ist der erfindungsgemäße Fahrzeugantrieb als hyb¬ ridelektrischer Fahrzeugantrieb ausgebildet.
Das Fahrzeug gemäß der Erfindung ist insbesondere ein Flug- zeug. Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist einen Fahrzeugan¬ trieb wie zuvor beschrieben und/oder ein Synchronmaschinenmo¬ dul wie zuvor beschrieben auf. Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist folglich einfach, robust und kompakt aufbaubar. Zweckmäßig ist das Flugzeug ein Elektroflugzeug und insbeson¬ dere der Flugzeugantrieb ein Hybridantrieb, vorzugsweise mit einem Wankelmotor. Erfindungsgemäß ist ein rein gesteuerter Hochlauf des Verbrennungsmotors möglich. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein erfindungsgemäßes hybridelektrisch betrie¬ benes Flugzeug mit einem erfindungsgemäßen Synchronmaschinenmodul sowie
Fig. 2 eine Drehzahlsteuereinrichtung des Synchronma- schinenmoduls des Flugzeugs gemäß Fig. 1 in einer Prinzipskizze.
Das in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Fahrzeug ist ein hybridelektrisches Flugzeug 1.
Das erfindungsgemäße hybridelektrische Flugzeug 1 weist einen erfindungsgemäßen hybridelektrischen Antrieb auf, welcher ein erfindungsgemäßes Synchronmaschinenmodul 10 mit einer perma- nentmagneterregten Synchronmaschine 12 und einer Drehzahlsteuereinrichtung 15 wie nachfolgend beschrieben umfasst. An- triebsseitig ist an das Synchronmaschinenmodul 10 ein Ver¬ brennungsmotor 20 angebunden, welcher im Zustand kontinuier- liehen Betriebes des Flugzeugs 1 Kraftstoff verbrennt und in an sich bekannter Weise Bewegungsenergie in Gestalt einer ro¬ tierenden Welle bereitstellt. Die rotierende Welle ist an die Synchronmaschine 12 des Synchronmaschinenmoduls 10 angebun¬ den. Die Synchronmaschine 12 wird im Zustand kontinuierlichen Betriebes generatorisch betrieben, d.h. die Synchronmaschine 12 wandelt die mechanische Bewegungsenergie der sich drehen¬ den Welle in elektrische Energie. Mittels der elektrischen Energie der Synchronmaschine 12 wird ein Elektromotor 30 ge¬ speist, welcher im dargestellten Fall einen Propeller 40 des Flugzeugs 1 in Drehung versetzt.
Grundsätzlich kann mit der bereitgestellten elektrischen Energie in weiteren nicht eigens dargestellten Ausführungs¬ beispielen zusätzlich oder auch alternativ ein anderer Ver- braucher betrieben werden.
Zum Hochfahren des Verbrennungsmotors allerdings wird die Synchronmaschine 12 nicht als Elektrogenerator betrieben, sondern fungiert als Elektromotor, welcher den Verbrennungs- motor 20, im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Wankelmotor, hochfährt. Es versteht sich, dass in anderen Ausführungsbei¬ spielen, welche im Übrigen dem dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen, der Verbrennungsmotor 20 anstelle eines Wankelmotors ein sonstiger Verbrennungsmotor sein kann.
Zum Hochfahren des Verbrennungsmotors 20 bezieht die Syn¬ chronmaschine 12 elektrische Energie, etwa aus einer elektri¬ schen Batterie (nicht eigens gezeigt) des Flugzeugs 1, und dreht die Welle zum Hochfahren des Verbrennungsmotors. Dazu muss die Synchronmaschine 12 selbst mit einem entsprechenden Gegenmoment hochgefahren werden. Zum Hochfahren der Synchronmaschine 12 dient die Drehzahlsteuereinrichtung 15. Die Drehzahlsteuereinrichtung 15 des Synchronmaschinenmoduls 10 ist zur Steuerung der Drehzahl des magnetischen Statorfeldes der Synchronmaschine 12 und somit der Drehzahl der Welle ausge¬ bildet und in Fig. 2 in ihrer Funktionsweise gezeigt. Die Drehzahlsteuereinrichtung 15 weist Erfassungsmittel zur Erfassung einer durch die Wirkleistung gebildeten oder davon abhängenden Größe auf, wobei die Drehzahlsteuereinrichtung 15 ausgebildet ist, abhängig von der erfassten Größe und/oder ihrem zeitlichen Verlauf die Drehzahl der Synchronmaschine 12, d.h. die Drehzahl eines Rotors der Synchronmaschine 12 und somit die Drehzahl der mithilfe der Synchronmaschine 12 gedrehten Welle, und/oder den zeitlichen Verlauf dieser Drehzahl zu stellen wie nachfolgend erläutert: Dazu weist die Drehzahlsteuereinrichtung 15 im gezeigten Ausführungsbeispiel einerseits Strommesser 110 auf, welche die Phasenströme, die die Synchronmaschine 12 im elektromotori¬ schen Betrieb speisen, messen. Die Messung der Phasenströme mittels der Strommesser 110 ist an sich bekannt und ist zur Regelung von Synchronmaschinen 12 etabliert. Mittels der gemessenen Phasenströme sowie des eingestellten Raumzeigers wird vorliegend mittels eines Rechenmoduls 140 erfindungsge¬ mäß zudem die Wirkleistung der Synchronmaschine 12 bestimmt. Weiterhin bezieht die Drehzahlsteuereinrichtung 15 die gegenwärtig durch die Drehzahlsteuereinrichtung 15 bereitgestellte zeitliche Drehzahländerung 120, die vorliegend die Stellgröße bildet, mit ein. Aus dem zeitlichen Verlauf der zeitlichen Drehzahländerung 120 kann mittels Integration über die Zeit dieses zeitlichen Verlaufs die aktuelle Drehzahl der Syn¬ chronmaschine bestimmt werden. Dazu wird das mit der zeitli¬ chen Drehzahländerung 120 korrespondierende Signal einer Integratorschaltung 130 übergeben, welche ein mit der momentanen Drehzahl korrespondierendes Signal ausgibt.
Der Quotient aus aktueller Wirkleistung und aktueller Drehzahl liefert das aktuelle Drehmoment, welches der Motor zum Betrieb aufbringen muss. Der Quotient aus aktueller Wirkleis- tung und aktueller Drehzahl wird ebenfalls mittels des Re¬ chenmoduls 140 bestimmt, welches dazu die aktuelle Drehzahl als Eingangsgröße erhält. Das so ermittelte aktuelle Drehmo¬ ment wird mittels eines Hochpasses 150, welcher im darge- stellten Ausführungsbeispiel eine Grenzfrequenz von 2 Hz auf¬ weist, um Gleichanteile bereinigt. Grundsätzlich kann die Grenzfrequenz in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen von 2 Hz abweichen, zweckmäßig (wenngleich nicht zwingend erforderlich) liegt die Grenzfrequenz aber zu- mindest in derselben Größenordnung. Dieses so gefilterte
Drehmoment wird nun mit einem Verstärker 160 verstärkt und bildet eine Führungsgröße für die zeitliche Änderung der Drehzahl. Dazu wird das gefilterte und verstärkte Drehmoment mit einem dimensionsbehafteten Proportionalitätsfaktor verse- hen und von dem Drehzahlsignal mittels einer Differenzierers 170 abgezogen. D.h., wenn die Wirkleistung, die die Synchronmaschine 12 aufbringen muss, mithin das Gegenmoment, steigt, so wird die Drehzahl reduziert. Bei fallender Wirkleistung hingegen wird die Drehzahl mittels des Differenzierers 170 erhöht.
Mittels des gefilterten Drehmoments wird die zeitliche Ände¬ rung der Drehzahl derart gesteuert, dass bei steigender Wirkleistung, die der Verbrennungsmotor 20 aufbringen muss, d.h., bei steigendem Gegenmoment, gegen welches der Verbrennungsmo¬ tor 20 gegenarbeiten muss, die zeitliche Drehzahländerung 120 verringert wird und bei sinkender Wirkleistung dagegen die zeitliche Drehzahländerung 120 erhöht wird. Auf diese Weise kann ein Rotor der Synchronmaschine 12 dem eingespeisten Feld eines Stators der Synchronmaschine 12 folgen. Mittels dieser Erhöhung oder Verringerung der zeitlichen Drehzahländerung 120 kann die Synchronmaschine 12 derart hochgefahren werden, dass Lastspitzen nicht zu einem „Kippen" des Verbrennungsmo¬ tors 20 führen.
Die Drehzahlsteuereinrichtung ist ausgebildet, das magneti¬ sche Statorfeld mittels einer Rampe, also mittels einer line¬ ar steigenden Rotationsfrequenz, hochzufahren.

Claims

Patentansprüche
1. Synchronmaschinenmodul mit einer Synchronmaschine (12) und mit einer Drehzahlsteuereinrichtung (15) zur Steuerung einer Drehzahl der Synchronmaschine (12), welche Erfassungsmittel (110; 150) zur Erfassung einer durch die Wirkleistung gebildeten oder davon abhängenden Größe aufweist, wobei die Drehzahlsteuereinrichtung (15) ausgebildet ist, abhängig von der erfassten Größe und/oder ihrem zeitlichen Verlauf die Dreh- zahl der Synchronmaschine (12) und/oder deren zeitlichen Verlauf (120) zu stellen.
2. Synchronmaschinenmodul nach Anspruch 1, bei welchem der zeitliche Verlauf der Drehzahl (120) zumindest die zeitliche Änderung der Drehzahl umfasst.
3. Synchronmaschinenmodul nach Anspruch 2, bei welchem die Drehzahlsteuereinrichtung (15) ausgebildet ist, die zeitliche Änderung der Drehzahl (120) zu verringern, wenn die Wirkleis- tung steigt und/oder ausgebildet ist, die zeitliche Änderung der Drehzahl (120) zu erhöhen, wenn die Wirkleistung fällt.
4. Synchronmaschinenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Erfassungsmittel (110; 150) Messmit- tel zur Messung der Phasenströme der Synchronmaschine
und/oder Messmittel zur Erfassung einer Drehfeldfrequenz der Synchronmaschine umfasst.
5. Synchronmaschinenmodul nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, bei welchem die Erfassungsmittel (110; 150) ein
Hochpassfilter (150) aufweisen, mittels welchem Gleichanteile der Größe herausgefiltert werden, insbesondere mit einer Grenzfrequenz zwischen 0,5 und 5 Hz.
6. Synchronmaschinenmodul, bei welchem die Synchronmaschine (12) ein Wankelmotor (20) ist.
7. Fahrzeugantrieb mit einem Synchronmaschinenmodul nach ei¬ nem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Synchronma¬ schinenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche so wie einen Stromgenerator, welcher zur Speisung des Synchronmaschinenmoduls (10) an dieses angebunden ist.
8. Fahrzeugantrieb nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend einen Verbrennungsmotor, welcher zur Speisung des Synchronmaschinenmoduls (10) an dieses mechanisch angebunden ist .
9. Fahrzeugantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet als hybridelektrischer Fahrzeugantrieb.
10. Fahrzeug, insbesondere Flugzeug, aufweisend einen Fahr¬ zeugantrieb und/oder ein Synchronmaschinenmodul (10) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche.
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