KR101838861B1 - 영구 자석 동기 머신 및 자동차 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 제 1 고정자 권선 (SW1) 및 상기 제 1 고정자 권선 (SW1) 으로부터 전기적으로 절연된 제 2 고정자 권선 (SW2) 을 보유하는 고정자 (2) 및 회전자 (3) 를 포함하는 영구 자석 동기 머신 (1) 에 관련되며, 그 영구 자석 동기 머신은 제 2 고정자 권선 (SW2) 이 제 1 고정자 권선 (SW1) 보다 더 작은 전도체 단면 및 더 큰 권회 수를 갖는다는 점에 있어서 구별되고, 여기서, 제 1 고정자 권선 (SW1) 은 제 1 동작 전압 (U1) 을 갖는 모터 동작을 위해 제공되고, 제 2 고정자 권선 (SW2) 은, 제 1 동작 전압 (U1) 의 정격 전압보다 더 높은 정격 전압을 갖는 제 2 동작 전압 (U2) 에서의 모터 동작을 위해 제공된다.

Description

영구 자석 동기 머신 및 자동차 시스템{PERMANENT-MAGNET SYNCHRONOUS MACHINE AND MOTOR VEHICLE SYSTEM}
본 발명은 특허 청구항 제1항의 전제부에 따른 회전자 및 고정자를 갖는 영구 자석 동기 머신 및 자동차 시스템에 관한 것이다.
자동차 시스템, 예를 들어, 자동 조작에 적합한 제동 및 조향 시스템은, 고장이나 동력정지의 경우에라도 시스템 또는 복수의 시스템들의 조작이 유지될 수 있도록 (기능적 안전성), 용장의 전력 공급, 즉, 2개의 온-보드 (on-board) 네트워크들에 의해 전달되는 전력 공급을 요구한다. 액추에이터 기술 및 전력 전자기술들에 관한 내부 용장성이 또한 요구된다.
DE 19960611 A1 로부터, 2 x 12 V 의 동일한 전압 레벨을 갖는 2개의 독립적인 온-보드 네트워크들을 위한 일반적인 브러시리스 DC 모터를 갖는 전자기계 제동 시스템이 공지되며, 여기서, 고정자 권선은 각각 동일한 권회 수를 갖는 적어도 2개의 별개의 권선들로 세분되어, 고정자 권선의 각각의 부분이 개별 전력 전자기술 회로를 통해 상기 온-보드 네트워크들 중 하나에 연결될 수 있게 한다. 차량에서의 독립적인 온-보드 네트워크들의 수에 따른 고정자 권선의 이러한 세분에 의해, 복수의 상호 독립적인 하프-모터(half-motor)들이, 2개의 온-보드 시스템들 중 하나의 실패의 경우에 있어서 하프-모터가 감소된 출력 전력을 갖는 다른 온-보드 네트워크를 사용하여 계속 동작할 수 있도록 형성된다.
DE 19960611 A1 에 따른 이러한 타입의 브러시리스 DC 모터에 있어서, 고정자 권선의 세분은 연속적인 권선 상의 탭들에 의해 달성되며, 하지만, 여기서, 상이한 레벨들에서 동작하기 위해 전압 공급들이 요구된다. 하지만, 2개의 온-보드 네트워크들과 연관된 코일 권선들의 기계적 분리의 부족의 결과로서, 그 제어에 영향을 주는 잠재적인 고장들이 배제될 수 없어서, 참된 용장성이 달성되지 않는다.
더욱이, 2개의 온-보드 네트워크들을 위해 제공된 분할된 고정자 권선들이 상호 오버와인딩 (overwind) 또는 인터와인딩되는 별개의 권선들로서 구성됨이 제안되고, 여기서, 이들 별개의 권선들 각각에 대해, 출력 스테이지에는 6개의 회로 차단기들이 제공된다. 하지만, 오버와인딩 또는 인터와인딩에 의해, 양자의 하프-모터들에 영향을 줄 것이고 그 이용가능성을 타협하는 와이어들의 접촉과 연관된 단락 회로가 배제될 수 없다. 지금까지, 가능한 한, 양자의 하프-모터들은 동일하게 수행할 것이고 따라서 동일한 설계 및 실질적으로 동일한 제어기들의 2개의 출력 스테이지들을 사용하여 동작됨이 일관되게 요구되어 왔다. 더욱이, 장래의 어플리케이션들을 위해, 관례적으로 인가된 12 V 또는 14 V 보다 더 높은 정격 전압들을 갖는 온-보드 시스템들이 고려되며, 이를 위해, 다수의 경우들에 있어서, 어떠한 용장성도 제공되지 않아야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히, 더 높은 정격 전압들의 비-용장성 온-보드 차량 네트워크들과의 사용을 위해 개선된 기능적 안전성을 갖는 영구 자석 동기 머신 및 자동차 시스템의 개시이다.
이러한 목적은 특허 청구항 제1항의 특징들을 갖는 영구 자석 동기 머신에 의해 그리고 특허 청구항 제8항의 특징들을 갖는 자동차 시스템에 의해 이행된다.
본 발명은 적어도 하나의 제 1 고정자 권선 및 상기 제 1 고정자 권선으로부터 전기적으로 절연된 제 2 고정자 권선을 보유하는 고정자 및 회전자를 포함하는 영구 자석 동기 머신에 관련되며, 본 발명에 따르면, 제 2 고정자 권선은 제 1 고정자 권선보다 더 작은 전도체 단면 및 더 큰 권회 수를 갖는 것을 특징으로 하고, 여기서, 제 1 고정자 권선은 제 1 동작 전압을 갖는 모터 동작을 위해 제공되고, 제 2 고정자 권선은, 제 1 동작 전압의 정격 전압보다 더 높은 정격 전압을 갖는 제 2 동작 전압에서의 모터 동작을 위해 제공된다.
유리하게, 이에 따라, 특히, 더 높은 정격 전압 및 비-용장성 설계의 온-보드 차량 네트워크들과 관련된 어플리케이션들에서, 개선된 기능적 안전성이 달성된다. 통상 임무에 있어서, 본 발명에 따른 동기 모터는, 2개의 온-보드 네트워크들의 실패 또는 기능장애의 경우, 동기 머신이 나머지 온전한 온-보드 네트워크를 사용하여 동작될 수 있도록 양자의 온-보드 네트워크들에 의해 공급된다.
제 1 및 제 2 고정자 권선에 대해, 공지된 방식으로 6개의 전력 반도체들로 구성될 수 있는 전용 컨버터가 그 개별 제어를 위해 제공된다. 이에 따라, 고정자 권선들의 제어를 위한 이들 컨버터들은 동일한 설계를 갖지 않지만, 특히, 전류 반송 용량에 관하여 관련 전압에 따라 적응되며, 여기서, 예를 들어, 더 낮은 전압의 경우, 개별 하프-모터에 의해 생성될 토크에 따라, 더 높은 전류의 송신이 가능해야 한다. 전력 반도체들이 대응하여 설계된다. 이에 따라, 용어 '하프-모터' 는, 예를 들어, 동력정지 또는 기능장애의 경우에 안전성 요건들을 고려하여 분할이 실행될 수 있을 때, 정확히 절반 (50%) 의 의미로 제한적으로 이해되는 것은 아니다.
바람직하게, 제 1 고정자 권선의 연결은, 특히, (더 낮은 정격 전압의) 제 1 고정자 권선이 스타-연결되고 (더 높은 정격 전압의) 제 2 고정자 권선이 델타-연결된다는 점에 있어서, 제 2 고정자 권선의 연결과는 상이하다. 이는 전도체 직경에서의 더 작은 차이를 야기하고, 더 높은 전압을 갖는 모터 측 상에서 권회 수는 더 작아지고, 이에 의해, 제조 시간의 절약을 야기하게 된다.
실시형태의 선호된 형태에 따르면, 영구 자석 동기 머신의 고정자는 적어도 제 1 및 제 2 고정자 권선들의 수용을 위해 슬롯들에 의해 분리된 복수의 고정자 폴(pole)들을 포함하고, 여기서, 제 1 고정자 권선은 고정자 폴들의 제 1 그룹 상에 배열되고, 제 2 고정자 권선은 제 1 그룹으로부터 분리된 고정자 폴들의 그룹 상에 배열된다.
각각의 고정자 폴은 제 1 고정자 권선으로서 구성된 권선 또는 제 2 고정자 권선으로서 구성된 권선을 가지며, 여기서, 전기 절연 및 이에 따른 용장성이 더 단순한 방식으로 추가로 개선된다.
제 1 그룹에서의 고정자 폴들의 수는 제 2 그룹에서의 고정자 폴들의 수에 대한 특정 비율을 가지며, 이는 고정자 폴들의 수에 의존한다. 따라서, 예를 들어, 고정자 상의 짝수의 고정자 폴들은 절반으로 분할될 수 있어서, 제 1 그룹 및 제 2 그룹 양자 모두가 짝수의 고정자 폴들을 포함하게 한다. 상이한 분할 비율이 선택될 수 있으며, 예를 들어, 12개 슬롯들을 갖는 고정자 및 8-폴 회전자의 경우 3/4 내지 1/4, 또는 9개 슬롯들을 갖는 고정자 및 6-폴 회전자의 경우 2/3 내지 1/3. 따라서, 동기 모터는 2개의 온-보드 네트워크들의 성능 능력에 적응될 수 있다.
본 발명의 유리한 구성에 따르면, 그 제 1 및 제 2 고정자 권선들을 갖는 고정자는 제 1 및 제 2 그룹의 고정자 폴들이 연속적인 시퀀스로 배열되도록 구성되며, 여기서, 고정자 폴들의 제 1 그룹 및 고정자 폴들의 제 2 그룹은, 바람직하게, 각각 고정자의 고정자 폴들의 절반을 구성한다.
본 발명의 추가의 유리한 구성에 따르면, 제 1 그룹의 고정자 폴들 및 제 2 그룹의 고정자 폴들이 교번하는 방식으로 배열됨이 제안된다. 따라서, 양자의 동작 전압들에서 동기 모터의 예외적으로 조용한 구동이 달성될 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 추가의 유리한 구성에 따르면, 제 1 그룹 및 제 2 그룹에서의 2개의 또는 2의 배수개의 인접한 고정자 폴들이 교번하는 방식으로 배열됨이 제안된다. 따라서, 예를 들어, 2개의 인접한 고정자 폴들은 제 1 고정자 권선의 권선을 수용하고, 연속적인 2개의 인접한 고정자 폴들은 제 2 고정자 권선의 권선을 수용하는 등등이다. 이는, 특히, 상기 동기 모터가 오직 하나의 온-보드 네트워크 전압에서만 동작되어야 한다면, 국부화된 포화에서의 동시적 감소로 동기 모터의 대칭적인 로딩을 야기한다.
더욱이, 본 발명은 본 발명에 따른 적어도 하나의 영구 자석 동기 머신이 할당되고 그리고 제 1 및 제 2 동작 전압을 갖는 적어도 2개의 독립적인 전압 공급들을 갖는 자동차 시스템에 관련되며, 여기서, 영구 자석 동기 머신의 제 1 고정자 권선의 공급을 위한 제 1 동작 전압은 영구 자석 동기 머신의 제 2 고정자 권선의 공급을 위한 제 2 동작 전압보다 더 낮은 정격 전압을 갖는다.
제 1 동작 전압의 정격 전압은, 바람직하게, 제 2 동작 전압의 정격 전압의 2배이다. 특히, 제 1 동작 전압의 정격 전압은 대략 48 V 정도이고, 제 2 동작 전압의 정격 전압은 대략 12 V 정도이다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 하기에서 명료화되고 더 상세히 설명된다.
도 1 은 상이한 정격 전압의 2개의 온-보드 네트워크 전압들을 갖고 분할된 고정자 권선들을 갖는 영구 자석 동기 머신의 구동 회로의 개략 회로 다이어그램을 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 영구 자석 동기 머신의 단면 표현을 도시한다.
도 3 은 도 1 에 따른 동기 모터의 고정자의 권선 다이어그램을 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 추가적인 영구 자석 동기 머신의 단면 표현을 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 추가적인 영구 자석 동기 머신의 단면 표현을 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 추가적인 영구 자석 동기 머신의 단면 표현을 도시한다.
도 7 은 본 발명에 따른 추가적인 영구 자석 동기 머신의 단면 표현을 도시한다.
도 1 은, 모터 동작에 있어서 차량에서의 2개의 별개의 온-보드 네트워크들에 의하여, 또는 12 V 의 정격 전압을 갖는 온-보드 네트워크 및 48 V 의 정격 전압을 갖는 제 2 온-보드 네트워크에 의해 에너지를 공급받는 영구 자석 동기 머신 (1) 의 구동 회로의 개략 회로 다이어그램을 도시한다. 제어는, 적어도 하나의 미표현된 제어 유닛을 통해 제어 신호들을 전달하는 컨버터들 (4a 및 4b) 에 의하여 예시적인 방식으로 실행된다. 영구 자석 동기 머신 (1) 의 고정자 권선은 제 1 고정자 권선 (SW1) 및 제 2 고정자 권선 (SW2) 으로 분할되고, 여기서, 제 1 하프-모터 (HM1) 및 제 2 하프-모터 (HM2) 가 구성되고, 이들 양자는 동기 머신의 회전자 (2) (도 2) 상의 토크의 발생을 위해 구성된다. 고정자 권선 (SW1) 은 스타-연결되고, 고정자 권선 (SW2) 은 델타-연결된다. 하프-모터들 (HM1 및 HM2) 의 2개의 고정자 권선들 (SW1 및 SW2) 은 또한 양자 모두 델타-연결될 수 있거나 또는 양자 모두 스타-연결될 수 있다. 하프-모터들 (HM1 및 HM2) 의 U 단자, V 단자 및 W 단자 각각은, 각각의 하프-모터 (HM1 및 HM2) 가 6개의 전력 반도체들에 의해 제어되도록, 컨버터들 (4a 또는 4b) 에서의 2개의 반도체 스위치들 (표현 안됨) 로 구성된 2개의 하프-브리지들 중 하나에 각각 연결된다.
더 높은 온-보드 네트워크 전압에 대한 고정자 권선 (SW2) 은, 더 낮은 온-보드 네트워크 전압에 대한 고정자 권선 (SW1) 과 비교하여, 감소된 전도체 단면을 갖는다. 양자의 하프-모터들 (HM1 및 HM2) 에서의 고정자 권선들의 공간 팩터는 본질적으로 동일하다. 2개의 하프-모터들 (HM1 및 HM2) 에 대한 모터 제어는, 각각의 경우에 적절히 적응된 셋포인트 토크들로, 독립적으로 실행된다.
도 2 는 영구 자석 동기 머신 (1) 의 단면 표현을 도시한다. 영구 자석 동기 머신 (1) 은 슬롯들에 의해 분리된 12개의 고정자 폴들 (P1 내지 P12) 을 갖는 고정자 (2), 및 10-폴 회전자 (2) 를 포함한다. 고정자 (2) 의 고정자 권선은 권선들 (Wu11, Wu12, Wv11, Wv12, Ww11, Ww12) 을 갖는 제 1 그룹 (SP1) 의 고정자 폴들 (P1 내지 P6) 상에 배열된 제 1 고정자 권선 (SW1), 및 권선들 (Wu21, Wu22, Wv21, Wv22, Ww21, Ww22) 을 갖는, 제 1 그룹으로부터 분리된 제 2 그룹 (SP2) 의 고정자 폴들 (P7 내지 P12) 상에 배열된 제 2 고정자 권선 (SW2) 으로 분할된다. 개별적으로 이들 고정자 폴들 (P1 내지 P12) 각각 상에서, 제 1 고정자 권선 (SW1) 또는 제 2 고정자 권선 (SW2) 의 오직 하나의 권선이 배열된다. 제 1 그룹 (SP1) 의 고정자 폴들 (P1 내지 P6) 및 제 2 그룹 (SP2) 의 고정자 폴들 (P7 내지 P12) 은, 각각, 도 2 에서 라인 D 에 의해 표현된 바와 같이, 고정자 (2) 가 고정자 폴들의 제 1 및 제 2 그룹들 (SP1 및 SP2) 에 의해 절반으로 분할되도록 연속적인 시퀀스로 배열된다. 이에 따라, 고정자 폴들의 이들 그룹들 (SP1 및 SP2) 각각에 의해, 제 1 고정자 권선 (SW1 또는 SW2) 의 개별 권선들과 결합하여, 제 1 하프-모터 (HM1) 및 제 2 하프-모터 (HM2) 가 구성된다.
각각의 하프-모터 (HM1 및 HM2) 와 연관된 고정자 권선들 (Wu11, Wu12, Wv11, Wv12, Ww11, Ww12 및 Wu21, Wu22, Wv21, Wv22, Ww21, Ww22) 은 개별 컨버터 (4a 또는 4b) 에 의하여 12 V 온-보드 네트워크 또는 48 V 온-보드 네트워크에 연결된다. 하프-모터 (HM1) 및 하프-모터 (HM2) 의 페이즈 U 에 대한 고정자 (2) 의 연관된 권선 다이어그램이 도 3 에 표현된다.
이러한 도 3 에 따르면, 페이즈 U 의 고정자 폴 (P1) 의 권선 (Wu11) 및 고정자 폴 (P2) 의 권선 (Wu12) 은 각각 10 회의 권회들로 형성되고, 여기서, 권선 (Wu11) 은 12 V 온-보드 네트워크의 온-보드 네트워크 전압 (U1) 을 공급받고, 권선 (Wu12) 은 12 V 온-보드 네트워크 상의 스타 포인트 (CT1) 로 라우팅된다. 페이즈 V 에 대한 권선들 (Wv11 및 Wv12) 및 페이즈 W 에 대한 권선들 (Ww11 및 Ww12) 은 하프-모터 (HM1) 에 대해 대응하여 권취되고 연결된다.
하프-모터 (HM2) 가 48 V 온-보드 네트워크 상에서 동작됨에 따라, 권선들 (Wu21 및 Wu22) 은, 각각, 40회 권회들을 갖는다. 권선 (Wu21) 은 고정자 폴 (P7) 상에서 권취되고, 스타-연결의 경우, 48 V 온-보드 시스템 상의 스타 포인트 (CT2) 에 연결된다. 권선 (Wu22) 은 직접적으로 연속적인 고정자 폴 (P8) 상에서 권취되고, 48 V 온-보드 네트워크의 온-보드 네트워크 전압 (U2) 에 연결된다. 하프-모터 (HM2) 에 대해, 페이즈 V 에 대한 권선들 (Wv21 및 Wv22) 및 페이즈 W 에 대한 권선들 (Ww21 및 Ww22) 은 대응하는 방식으로 권취되고 연결된다.
12개 슬롯들을 갖는 고정자 (2) 에서의 고정자 폴들의 절반의 분할은 8-폴 회전자 (3) 의 경우에 또한 가능하다. 따라서, 권선들 (Wu11, Wv11, Ww11, Wu12, Wv12 및 Ww12) 을 갖는 제 1 고정자 권선 (SW1) 은 설명된 시퀀스로 고정자 폴들 (P1 내지 P6) 상에서 권취되고, 권선들 (Wu21, Wv21, Ww21, Wu22, Wv22 및 Ww22) 을 갖는 제 2 고정자 권선 (SW2) 은 설명된 시퀀스로, 제 1 그룹으로부터 분리된 제 2 그룹의 고정자 폴들 (P7 내지 P12) 상에 배열된다.
도 4 는 고정자 (2) 및 회전자 (3) 를 갖는 영구 자석 동기 머신 (1) 을 표현하며, 여기서, 도 2 에서의 동기 모터 (1) 에 따르면, 고정자 (2) 는 12개의 고정자 폴들 (P1 내지 P12) 로 구성되고, 회전자 (3) 은 10개의 자석 폴들로 구성된다. 하지만, 도 2 에 따른 동기 모터 (1) 는 제 1 및 제 2 고정자 권선들에 의해 2개의 절반들로 분할되지 않는다.
도 4 에 따르면, 12 V 온-보드 네트워크에 연결된 제 1 고정자 권선 (SW1) 의 권선들 (Wu11, Wu12, Wv11, Wv12, Ww11, Ww12), 및 48 V 온-보드 네트워크에 연결된 제 2 고정자 권선 (SW2) 의 권선들 (Wu21, Wu22, Wv21, Wv22, Ww21, Ww22) 은 교번하는 방식으로 고정자 폴들 (P1 내지 P12) 상에서 권취된다. 이에 따라, 권선 (Wu11) 은 고정자 폴 (P1) 상에 배열되고, 권선 (Wu21) 은 고정자 폴 (P2) 상에 배열되고, 권선 (Wu12) 은 고정자 폴 (P3) 상에 배열되고, 권선 (Wu22) 은 고정자 폴 (P4) 상에 배열되고, 권선 (Wv11) 은 고정자 폴 (P5) 상에 배열되고, 권선 (Wv21) 은 고정자 폴 (P6) 상에 배열되고, 권선 (Wv12) 은 고정자 폴 (P7) 상에 배열되는 등등이다. 따라서, 고정자 폴들 (P1, P3, P5 등) 은 고정자 폴들의 제 1 그룹 (SP1) 을 구성하고, 고정자 폴들 (P2, P4, P6 등) 은, 제 1 그룹으로부터 분리된 고정자 폴들의 제 2 그룹 (SP2) 을 구성한다.
게다가, 영구 자석 동기 머신 (1) 의 이 실시형태에 있어서, 제 1 고정자 권선 (SW1) 의 권선들 (Wu11, Wu12, Wv11, Wv12, Ww11, Ww12) 및 제 2 고정자 권선 (SW2) 의 권선들 (Wu21, Wu22, Wv21, Wv22, Ww21, Ww22) 은 스타-연결되고, 6개 전력 반도체들로 구성된 컨버터 (4a, 4b) 를 통해 12 V 온-보드 네트워크 또는 48 V 온-보드 네트워크에 각각 연결된다. 스타 연결보다는 델타 연결이 또한 가능하다.
게다가, 도 5 에 따른 영구 자석 동기 머신 (1) 의 고정자 권선은, 고정자 (2) 가 제 1 및 제 2 고정자 권선들에 의해 2개의 절반들로 분할되도록 분할되지 않는다. 이 경우, 고정자 권선의 분할은, 제 1 고정자 권선 (SW1) 의 2개의 권선들 (Wu11, Wu12, Wv11, Wv12, Ww11, Ww12) 이 제 2 고정자 권선 (SW2) 의 2개의 권선들 (Wu21, Wu22, Wv21, Wv22, Ww21, Ww22) 과 교번하도록 구성된다. 따라서, 도 5 에 따르면, 제 1 고정자 권선 (SW1) 의 권선들 (Wu11, Wu12) 은 인접한 고정자 폴들 (P1 및 P2) 상에 배열되고, 제 2 고정자 권선 (SW2) 의 권선들 (Wu21, Wu22) 은 다음의 인접한 고정자 폴들 (P3 및 P4) 상에 배열되고, 제 1 고정자 권선 (SW1) 의 추가적인 권선들 (Wv11, Wv12) 은 다음의 인접한 고정자 폴들 (P5 및 P6) 상에 배열되는 등등이다. 따라서, 고정자 폴들 (P1, P2, P5, P6 등) 은 고정자 폴들의 제 1 그룹 (SP1) 을 구성하고, 고정자 폴들 (P3, P4, P7, P8 등) 은, 제 1 그룹으로부터 분리된 고정자 폴들의 제 2 그룹 (SP2) 을 구성한다.
이 실시형태에 있어서, 제 1 고정자 권선 (SW1) 의 권선들 (Wu11, Wu12, Wv11, Wv12, Ww11, Ww12) 은 유사하게 스타-연결되고, 6개 회로 차단기들을 갖는 컨버터 (4a) 를 통해 12 V 온-보드 네트워크에 연결된다. 제 2 고정자 권선 (SW2) 의 권선들 (Wu21, Wu22, Wv21, Wv22, Ww21, Ww22) 은 또한 스타-연결되고, 6개 회로 차단기들을 갖는 추가적인 컨버터 (4b) 를 통해 48 V 온-보드 네트워크에 연결된다. 대안적으로, 델타 연결이 또한 각각의 경우에 가능하다.
도 5 에 따라 구성된 동기 머신의 이점은, 2개의 온-보드 네트워크들 중 하나 또는 2개의 출력 스테이지들 중 하나의 이용불가능의 경우, 제한된 국부화된 포화 및 모터의 대칭적인 로딩이다.
도 2, 도 4 및 도 5 에 따른 동기 모터들에 있어서, 고정자 (2) 의 고정자 권선들의 대칭적인 분할이 적용되었다. 비대칭적인 분할의 적용 - 도 6 에 표현됨 - 이 또한 가능하다. 따라서, 그 4 웨이 대칭을 기반으로 10-폴 회전자 (3) 및 12개의 고정자 폴들 (P1 내지 P12) 을 갖는 도 6 에 따른 회전자 (2) 는 3/4 내지 1/4 의 비율에 의해 분할될 수 있다. 권선들 (Wu11, Wu12, Wu13, Wv11, Wv12, Wv13, Ww11, Ww12 및 Ww13) 을 갖는 제 1 고정자 권선 (SW1) 은 48 V 온-보드 네트워크에 연결되고; 권선들 (Wu2, Wv2 및 Ww2) 을 갖는 제 2 고정자 권선 (SW2) 은 12 V 온-보드 네트워크에 연결된다.
12개 고정자 폴들 (P1 내지 P12) 의 분할이 도 6 에서 볼 수 있다. 따라서, 고정자 폴 (P1, P2 또는 P3) 은 제 1 고정자 권선 (SW1) 의 권선 (Wu11, Wu12 또는 Wu13) 을 반송하고, 고정자 폴 (P4) 은 제 2 고정자 권선 (SW2) 의 권선 (Wu2) 을 반송하고, 고정자 폴 (P5, P6 또는 P7) 은 제 1 고정자 권선 (SW1) 의 고정자 권선 (Wv11, Wv12 또는 Wv13) 을 반송하고, 고정자 폴 (P8) 은 다시 제 2 고정자 권선 (SW2) 의 고정자 권선 (Wv2) 을 반송하는 등등이다. 따라서, 고정자 폴들 (P1, P2, P3, P5, P6, P7, P9, P10 및 P11) 은 고정자 폴들의 제 1 그룹 (SP1) 을 구성하고, 고정자 폴들 (P4, P8 및 P12) 은, 제 1 그룹으로부터 분리된 고정자 폴들의 제 2 그룹 (SP2) 을 구성한다.
게다가, 본 발명에 따른 동기 모터 (1) 의 이 실시형태에 있어서, 제 1 고정자 권선 (SW1) 의 권선들 (Wu11, Wu12, Wu13, Wv11, Wv12, Wv13, Ww11, Ww12 및 Ww13) 은, 제 2 고정자 권선 (SW2) 의 3개의 권선들 (Wu2, Wv2 및 Ww) 과 동일한 방식으로 스타-연결되고, 6개 전력 반도체들을 포함하는 관련 컨버터 (4a, 4b) 에 의해 각각 제어된다. 2개의 고정자 권선들 (SW1 및 SW2) 은 또한 델타-연결될 수 있거나, 또는 하나의 고정자 권선이 스타-연결되고 다른 고정자 권선이 델타-연결되도록 상이한 방식으로 연결될 수 있다.
3/4 내지 1/4 의 비율로 12개 슬롯들을 갖는 고정자 (2) 의 분할이 또한, 8-폴 회전자 (3) 의 경우에 가능하다. 따라서, 권선들 (Wu11, Wv11, 및 Ww11) 을 갖는 제 1 고정자 권선 (SW1) 은 설명된 시퀀스로 연속적인 고정자 폴들 (P1 내지 P3) 상에서 권취되고, 권선들 (Wu21, Wv21, Ww21, Wu22, Wv22, Ww22, Wu23, Wv23 및 Ww23) 을 갖는 제 2 고정자 권선 (SW2) 은 설명된 시퀀스로, 제 1 그룹으로부터 분리된 제 2 그룹의 고정자 폴들 (P4 내지 P12) 상에 배열된다.
도 7 에 따른 영구 자석 동기 머신 (1) 에 있어서, 1/3 내지 2/3 의 비율로 제 1 고정자 권선 (SW1) 과 제 2 고정자 권선 (SW2) 간의 고정자 폴들의 비대칭적 분할이 유사하게 적용된다. 이러한 동기 모터 (1) 는 6-폴 회전자 및 9개 슬롯들을 갖는 고정자를 포함한다. 따라서, 권선들 (Wu11, Wv11 및 Ww11) 을 갖는 제 1 고정자 권선 (SW1) 은 설명된 시퀀스로 연속적인 고정자 폴들 (P1, P2 및 P3) 상에서 권취되고, 따라서, 고정자 폴들의 제 1 그룹 (SP1) 을 구성한다. 권선들 (Wu21, Wv21, Ww21, Wu22, Wv22 및 Ww22) 을 갖는 제 2 고정자 권선 (SW2) 은 연속적인 고정자 폴들 (P3 내지 P12) 상에서 권취되고, 따라서, 고정자 폴들의 제 2 그룹 (SP2) 을 구성한다.
다양한 옵션들이 2개의 고정자 권선들 (SW1 및 SW2) 의 연결을 위해 이용가능하다.
따라서, 권선들 (Wu11, Wv11 및 Ww11) 을 갖는 제 1 고정자 권선은 스타-연결되거나 델타-연결된다. 스타 연결은 제 2 고정자 권선 (SW2) 에 대해 채용되며, 여기서, 일 페이즈의 권선들, 즉, 권선들 (Wu21 및 Wv21), 권선들 (Ww21 및 Wu22), 및 권선들 (Wv22 및 Ww22) 은 직렬로 또는 병렬로 연결된다.
1 브러시리스 DC 모터
2 DC 모터 (1) 의 고정자
3 DC 모터 (1) 의 회전자
4a, 4b DC 모터 (1) 의 제어를 위한 컨버터들
CT1 12 V 온-보드 네트워크의 스타 포인트
CT2 48 V 온-보드 네트워크의 스타 포인트
D 고정자 (2) 의 분할선
HM1 DC 모터 (1) 의 제 1 하프-모터
HM2 DC 모터 (1) 의 제 2 하프-모터
Pi 고정자 (2) 의 고정자 폴들 (i = 1, …, 12)
SP1 고정자 폴들의 제 1 그룹
SP2 고정자 폴들의 제 2 그룹
SW1 제 1 고정자 권선
SW2 제 2 고정자 권선
U1 12 V 온-보드 네트워크의 온-보드 네트워크 전압
U2 48 V 온-보드 네트워크의 온-보드 네트워크 전압
Wuij i번째 고정자 권선의 페이즈 U 상의 j번째 권선
Wvij i번째 고정자 권선의 페이즈 V 상의 j번째 권선
Wwij i번째 고정자 권선의 페이즈 W 상의 j번째 권선

Claims (9)

  1. 영구 자석 동기 머신 (1) 으로서,
    상기 영구 자석 동기 머신 (1) 은 적어도 하나의 제 1 고정자 권선 (SW1) 및 상기 제 1 고정자 권선 (SW1) 으로부터 전기적으로 절연된 제 2 고정자 권선 (SW2) 을 보유하는 고정자 (2) 및 회전자 (3) 를 포함하고,
    상기 제 2 고정자 권선 (SW2) 은 상기 제 1 고정자 권선 (SW1) 보다 더 작은 전도체 단면 및 더 큰 권회 수를 갖고, 상기 제 1 고정자 권선 (SW1) 은 제 1 동작 전압 (U1) 을 갖는 모터 동작을 위해 제공되고, 상기 제 2 고정자 권선 (SW2) 은, 상기 제 1 동작 전압 (U1) 의 정격 전압보다 더 높은 정격 전압을 갖는 제 2 동작 전압 (U2) 에서의 모터 동작을 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 머신 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고정자 권선 (SW1) 의 연결은, 상기 제 2 고정자 권선 (SW2) 의 연결과는 상이한 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 머신 (1).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 고정자 권선 (SW1) 이 스타-연결되고 상기 제 2 고정자 권선 (SW2) 이 델타-연결되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 머신 (1).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자 (2) 는 적어도 상기 제 1 고정자 권선 및 상기 제 2 고정자 권선의 수용을 위해 슬롯들에 의해 분리된 복수의 고정자 폴들 (P1, P2, …, P12) 을 포함하고, 상기 제 1 고정자 권선 (SW1) 은 고정자 폴들의 제 1 그룹 (SP1) 상에 배열되고, 상기 제 2 고정자 권선 (SW2) 은 상기 제 1 그룹 (SP1) 으로부터 분리된 고정자 폴들의 그룹 (SP2) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 머신 (1).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정자 (2) 의 제 1 및 제 2 고정자 권선들 (SW1, SW2) 을 갖는 상기 고정자 (2) 는 상기 제 1 그룹 및 제 2 그룹의 고정자 폴들이 연속적인 시퀀스로 각각 배열되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 머신 (1).
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 그룹 (SP1) 의 고정자 폴들 (P1, …, P6) 및 제 2 그룹 (SP2) 의 고정자 폴들 (P7, …, P12) 은, 각각, 상기 고정자 (2) 의 고정자 폴들 (P1, P2, …, P12) 의 절반을 구성하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 머신 (1).
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 그룹 (SP1) 의 고정자 폴들 (P1, P3, P5, …) 및 제 2 그룹의 고정자 폴들 (P2, P4, P6, …) 이 교번하는 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 머신 (1).
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 그룹 (SP1) 및 제 2 그룹 (SP2) 에서의 2개의 또는 2의 배수개의 인접한 고정자 폴들이 교번하는 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 머신 (1).
  9. 자동차 시스템으로서,
    상기 자동차 시스템은 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 영구 자석 동기 머신을 할당받고 그리고 제 1 동작 전압 및 제 2 동작 전압 (U1, U2) 을 갖는 적어도 2개의 독립적인 전압 공급들을 가지며,
    상기 영구 자석 동기 머신의 제 1 고정자 권선 (SW1) 의 공급을 위한 상기 제 1 동작 전압 (U1) 은 상기 영구 자석 동기 머신의 제 2 고정자 권선 (SW2) 의 공급을 위한 제 2 동작 전압 (U2) 보다 더 낮은 정격 전압을 갖는, 자동차 시스템.
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