WO2013167309A2 - Selection unit for selecting the configuration of an electric motor, transport machine and associated method - Google Patents

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WO2013167309A2
WO2013167309A2 PCT/EP2013/056238 EP2013056238W WO2013167309A2 WO 2013167309 A2 WO2013167309 A2 WO 2013167309A2 EP 2013056238 W EP2013056238 W EP 2013056238W WO 2013167309 A2 WO2013167309 A2 WO 2013167309A2
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Gunter Freitag
Karl-Josef Kuhn
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/32—Control or regulation of multiple-unit electrically-propelled vehicles
    • 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
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • 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
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/40—Electrical machine applications
    • B60L2220/44—Wheel Hub motors, i.e. integrated in the wheel hub
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • Selection unit for selecting the configuration of an electric motor, transport machine and associated method
  • the invention relates to a selection unit for selecting the configuration of an electric motor.
  • the electric motor can be used in a transport machine as a drive motor.
  • Electric motors are increasingly used in cars, commercial vehicles but also in motorcycles and bicycles. Frequently, a fixed configuration of the electric motor is predetermined, to which the vehicle and the control unit or a possibly used control unit are tuned. But also ships and airplanes are equipped with electric motors as propulsion to water or in the air.
  • the invention relates to a selection unit for selecting the configuration of an electric motor, comprising:
  • an input unit that can receive a signal or data indicating a driving state of a haulage machine or a rotational speed of an electric motor
  • a determination unit which determines a configuration of the electric motor as a function of the signal or data received with the input unit
  • an output unit that outputs at least one signal or data that designates or dictates the selected configuration.
  • the invention relates to a transport machine with such a selection unit.
  • the invention also relates to a method for selecting a configuration on an electric motor, comprising:
  • One embodiment relates to a selection unit for selecting the configuration of an electric motor, comprising:
  • an input unit that can receive at least one signal or data that indicates a driving state of a haulage machine or a rotational speed of an electric motor
  • a determination unit which preferably automatically determines a configuration of the electric motor depending on the signal or data received with the input unit, and an output unit which outputs a signal or data designating or defining the selected configuration.
  • a driving condition can be, for example, starting up.
  • Another driving state may be, for example, driving at medium speeds, for example in the range of 30 km / h (kilometers per hour) to 50 km / h.
  • a third driving condition may be driving at high speeds. But there are others too Driving conditions are used, which are less speed related. So also errors in the electric motor or its control can mark a certain driving condition. Instead of or in addition to the driving conditions, the rotational speed of the electric motor can also be used.
  • the determination unit contains, for example, a processor or a microprocessor.
  • the detection unit may include an electronic circuit without a microprocessor.
  • the determining unit selects a favorable configuration, in particular according to a predetermined method or according to predetermined criteria, e.g. high efficiency of the electric motor in the relevant driving condition, safe engine operation when an error occurs in the electric motor or in the control or regulation of the electric motor.
  • the selection can be made according to comparatively simple specifications. But you can also use more complex selection strategies.
  • the configuration can then be e.g. can be set directly via the output unit or another configuration unit is used, which reconfigures the electric motor.
  • the configuration can be done software-technically via the on-control signals of the half-bridges or full bridges.
  • a switch matrix may allow the setting of all theoretically possible configurations.
  • switching elements can also be used with which the practically relevant configurations can be set.
  • the reconfiguration can be done by changing the number of windings used for the operation of the electric motor. Even with a constant number of windings, the wiring of the windings can be changed, for example, by a change between star point circuit and polygonal circuit. Also, various types of polygonal circuit can be used.
  • the selection unit it is possible to determine various configurations of the electric motor based on efficiency specifications for the electric motor, for example for different speeds of rotation relative to torque values. From these configurations, the configuration belonging to a particular driving state is then selected by the selection unit. If, for example, a configuration with high efficiency of the electric motor is always selected, the range of electric vehicles can be determined on the basis of the efficient
  • the determination unit may determine a configuration with a high efficiency of the electric motor at a driving state or at a rotational speed.
  • the efficiency can be defined as the ratio of the absorbed electrical power to the delivered mechanical power.
  • not all windings or phases of a three-phase machine are used in a lower speed range of the electric motor, in order to enable high efficiency here as well. At high speeds then more windings or all windings are used, since then results in addition to the larger power and high efficiency.
  • the efficiency of the electric motor is crucial for the energy consumption and thus for the range of an electric car or electric vehicle.
  • the efficiency can be increased by selecting a suitable number of windings or windings to use.
  • the number of current-wound windings may change during a first configuration of the number of current-carrying windings differ in a second configuration. Both configurations may relate to a faultless operation of the electric motor.
  • the number of electrical phases used for driving can remain the same for different number of turns. Alternatively, however, the number of electrical phases used for driving can also differ with different numbers of windings. Thus, more arise
  • the efficiency can be changed by selecting a suitable for the driving condition or speed number of electrical phases used for driving, for example.
  • Half bridges or full bridges The number of phases used may differ in a first configuration from the number of phases used in a second configuration, preferably with the same number of windings used. In error-free operation, preferably all existing windings are used.
  • the electric motor This measure can also be done easily by means of microprocessor or microcontroller.
  • Other degrees of freedom for varying the efficiency result in combination with other measures, e.g. Change from star connection to delta connection or to polygonal circuits, whereby in multi-way circuits also different numbers of voltages can be used (English: "Span").
  • the determination unit can also switch between error-free operation of the
  • Electric motor and a fault operation differ.
  • efficiency efficiency can be decisive for the selection of the configuration.
  • safety can be decisive, for example the safety of a transport machine containing the selection unit.
  • the determination unit can not use a winding containing an error in error operation by selecting a configuration without this winding.
  • the determination of the cause of the error can take place automatically, for example by detecting winding parameters, e.g. Winding resistance, or otherwise, e.g. from a motor model that is simultaneously simulated.
  • the error may also be due to a drive of the electric motor, e.g. in a converter.
  • the detection unit selects a configuration that does not use the half bridge or full bridge of the drive affected by the fault.
  • the determination unit can select a configuration that allows it to counter or control a moment caused by the error.
  • a pendulum moment or a blocking moment can be counteracted.
  • the electric motor is thus divided into two sub-machines, in which case one sub-machine is faulty and the other sub-machine counteracts the fault and realizes an auxiliary drive.
  • the auxiliary drive can also be realized by a third sub-machine of the electric motor to separate the error compensation of the function as an auxiliary drive.
  • the transport machine is, for example, a fully electric car.
  • the transport machine is a car with hybrid drive, ie there is an electric drive and a further drive, such as an internal combustion engine.
  • the range is a decisive acceptance criterion. The range can be increased by increasing the efficient use of the motor by turning windings on or off based on choices of the selection unit.
  • the transport machine may include an electronic drive unit for controlling the windings of the electric motor in accordance with control signals.
  • the electronic switches in the control unit may be field effect transistors (FETs), such as MOSFETs (Metal Oxide FET). But also IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) or Thyristor (GTO) can be used, depending on the required switching capacity.
  • FETs field effect transistors
  • IGBT Isolated Gate Bipolar Transistor
  • GTO Thyristor
  • the switching elements may form in the drive unit a half-bridge circuit for the connection of a winding terminal or a full-bridge circuit for the connection of the two terminals of a winding. The mentioned switching elements are also suitable for the configuration.
  • a configuration can already be made via the half-bridges or the full-bridges by, for example, certain bridge circuits not being used or in which specific bridge circuits are driven with the same control signal.
  • a configuration can be maintained for more than one second, more than 10 seconds or even more than one minute.
  • the transport machine may include a control unit for generating the control signals of the drive unit according to at least one control method.
  • the regulation can be, for example, a field-oriented regulation.
  • Field-oriented controls are based on a rotation vector (Vector Control) that rotates with the rotor angular velocity.
  • Vector Control a rotation vector
  • the rotor coordinates can be used more easily for a control because the rotating field in rotor coordinates rests relative to the rotating field of the stator (synchronous machine) or has only a small speed relative to the rotating field of the stator (Asyn- chron machine).
  • the transformation into rotor coordinates for control and the inverse transformation into the stator coordinates for generating the control signals for the drive unit can be performed by powerful processors, in particular by microprocessors or by special signal processors.
  • the control can also be based on a motor model of the electric motor.
  • controller elements can be used, such as PI (Proportional Integral) or PID (Proportional, Integral, Differential) controllers.
  • the transport machine may include a configuration unit coupled to the output unit that sets the designated or defined configuration.
  • the configuration unit may thus contain the drive unit or else additional electronic switches, e.g. Transistors, or electromechanical switches, such as relays.
  • Switches can also be used which switch between the configurations used, e.g. between two configurations, three configurations or more than three configurations.
  • a switch matrix may be used that allows a variety of configurations.
  • one connection of each winding is routed to a common neutral point.
  • one winding connection of one winding is always connected in succession to a winding connection of another winding in series connection.
  • three windings speak of a triangle and more than three windings of a polygon. Spatially adjacent windings can be connected directly, or, for example, a Wiek- or two or more winding terminals of other windings lying between the connected windings are skipped.
  • span or English "span" is used.
  • the configuration unit may also include the control unit, so that depending on the configuration and the relevant engine models are included in the scheme.
  • the type of control or control can be configured.
  • the transport machine may include at least one wheel hub motor, for example two wheel hub motors on one axle of a vehicle or four wheel hub motors on the two axles. By selecting unit can be in case of error, the
  • Adjust driving characteristics or rolling properties of a freely rotating wheel In particular, blocking can be avoided and fault moments can be counteracted, e.g. Pendulum moments.
  • the wheel hub motor may, for example, contain a tooth coil winding.
  • the wheel hub motor can be realized as an external rotor or as an inner rotor.
  • the electric motor may, for example, 4 or more than 4 windings or grooves, 9 or more than 9 windings or grooves, 12 or more as 12 turns or even more than 24 turns.
  • the number of windings or grooves can be less than 100.
  • a method for selecting a configuration on an electric motor comprising:
  • the second configuration may differ from the first configuration in terms of the number of windings involved.
  • the windings are divided into distributed windings, which occupy more than two slots, and concentrated windings, which occupy only two slots.
  • a winding may contain several turns, eg more than 10 turns, more than 100 turns but eg less than 10,000 turns.
  • the windings can also be referred to as coils.
  • each winding has a winding connection or else two winding connections which, depending on the selection made, are connected with half bridges or full bridges of respectively two or four switching elements.
  • the winding terminals of two or more than two windings may also be connected to the center node of the full and half bridges. In other configurations, however, then these winding connections are again separated from each other.
  • the electric motor can be faultless in both configurations.
  • the configurations can then be selected, for example, in terms of efficiency.
  • the efficiency can be changed by selecting a suitable number of electrical phases used for the driving state or the rotational speed.
  • the number of phases used may differ in a first configuration from the number of phases used in a second configuration, preferably with the same number of windings used. In error-free operation, preferably all existing windings are used.
  • Changing the number of phases is again a simple but effective measure for changing the efficiency of an electric motor. This measure can also be carried out simply by means of a microprocessor or microcontroller. Further degrees of freedom for changing the efficiency result in combination with other measures, e.g. Change from star connection to delta connection or to polygonal circuits, whereby in multi-way circuits also different numbers of voltages can be used (English: "Span").
  • the configurations can be selected such that, depending on the driving condition, the greatest possible efficiency of the operation of the electric motor results. This increases the efficiency and thus the range of, for example, electric vehicles.
  • the electric motor may also contain an error when using the first configuration and / or when using the second configuration.
  • the configuration used can itself be error-free.
  • the individual windings can, for example, be wound back on the outside of the stator.
  • two-layered tooth coil winding can be used.
  • Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.
  • Electric drives usually have a much lower efficiency in the lower speed range than in their optimum operating range. Especially in the lower speed range, which is very common in driving practice, for example, turns on
  • Hub motor therefore in a non-optimal speed range. Therefore, more energy is converted into heat loss and not used for the actual propulsion. Electrical machines have an optimal operating point.
  • the drive consists, for example, of:
  • an electric motor e.g. Hub motor, with more than three phases
  • FIG. 2 operating states in one rotational speed to torque diagram
  • FIG. 3 units for configuring and operating an electric motor
  • FIG. 4 shows a first configuration of an electric motor with, for example, twelve windings
  • FIG. 5 shows a second configuration of the electric motor
  • FIG. 6 shows an example of the arrangement of windings for the second configuration of the electric motor
  • FIG. 7 shows a third configuration of the electric motor, which is also suitable for a fault
  • FIG. 8 shows an example of the arrangement of windings for the third configuration of the electric motor
  • FIG. 9 shows method steps of a method for configuring an electric motor
  • Figure 12 shows an example of the arrangement of windings for a fifth configuration of the electric motor.
  • FIG. 1 shows a wheel hub motor 10 which is arranged on a vehicle axle 12. It is, for example, an internal rotor motor.
  • a radial bearing 16 is fixed with its inside on the vehicle axle 12 and mounted or fastened on its outer side in a bearing block 18.
  • a rotor base disc 20 has a circular circumference and may form the sidewall of a rotor housing.
  • permanent magnets PM1 to PMn are mounted, e.g. 12 pieces.
  • the stator housing 21 carries coils SP1 to SPn, e.g. 12 or 24 windings, which are also referred to below as Wl to Wn.
  • the wheel hub motor 10 may have a dimension along its central axis M which is smaller than its diameter, in particular smaller than half the diameter.
  • the length is given, for example, by the length of the coils SP1 or by the length of a housing.
  • the diameter is predefined, for example, by the position of the outer surfaces of the coils SP1 to SPn or by a housing.
  • wheel hub motor 10 it is also possible to use another wheel hub motor, for example with a squirrel-cage rotor (short-circuit ring rotor).
  • a wheel hub motor 10 with internal rotor and a hub motor with external rotor can be used, which contains permanent magnets or a short-circuited ring rotor.
  • the electric motor may be used in a haulage machine or other machine, e.g. in a machine tool or similar
  • the same principles apply not only to motors but also to generators.
  • FIG. 2 shows operating states at a speed n to torque M diagram.
  • the speed n is plotted on the horizontal axis of the diagram.
  • the torque M is plotted on the vertical axis of the diagram.
  • Two curves K1 and K2 are each associated with an equal efficiency, wherein the efficiency of the curve K2 is higher than the efficiency of the curve K2.
  • the curves K1 and K2 separate regions having different degrees of efficiency from each other when the hub motor is used in only one configuration.
  • the radar For example, it is tuned to an operating state B4, for which it is operated with a high degree of efficiency.
  • the area Gl encompassed by the curve Kl refers to an area having operating states that have high efficiency.
  • An area G3 lies to the left and below the curve K2 and relates to operating states with a low efficiency, see operating states Bl and B2.
  • an approach is now chosen in which not only a configuration of the electric motor is used but a plurality of configurations.
  • the same torque M of the motor can be achieved, as in the operating state B4, e.g. Driving at the moment of acceleration at high speed, i. four or five people plus any luggage.
  • the configuration of the wheel hub motor 10 will be explained in more detail with reference to the following figures 3 to 12.
  • Figure 3 shows units for configuring and operating an electric motor 54, e.g. the wheel hub motor 10, namely:
  • the motor 10, 54 may, for example. Include a tooth coil winding.
  • the motor 10, 54 can be realized as an external rotor or as an internal rotor. Instead of a tooth coil winding, other winding schemes may be used, e.g.
  • the controller 50 includes: a drive unit 56,
  • control unit 58 a control unit 58, and
  • the drive unit 56 contains, for example, a number of pulse width modulation circuits (PWM) or PWM circuit pairs which correspond to the number of half-bridge circuits in the case of power electronics 52 with half bridges or with the number of full bridge circuit in the power electronics 52 matches.
  • PWM pulse width modulation circuits
  • the control unit 58 contains, for example, for each adjustable configuration its own control / control or at least for each adjustable configuration own control parameters (time constants of the controller, gain factors of the controller, command values, manipulated variables or controlled variables) or model parameters.
  • closed-loop control there is a closed loop in which a control difference, which results from the actual value and setpoint of the controlled variable, becomes as small as possible.
  • An example of a regulation is field-oriented regulation. In the case of a controller, on the other hand, there is an open chain of effects.
  • the selection unit 60 selects a suitable configuration of the motor 54 depending on the operating state of the engine 54 or a machine including this motor 54, and causes the configuration corresponding to the selected configuration.
  • the structure of the selection unit 60 will be explained in more detail below with reference to FIG.
  • the power electronics 52 includes half bridges 62 to 66. Alternatively, instead of the half bridges 62 to 66 and full bridges can be used.
  • the electric motor 54 has twelve or more than twelve windings Wl to Wn.
  • the power electronics 52 can then, for example, twelve or more than twelve half bridges in the case of a power electronics 52 with half bridges or twelve or more full bridges in the case of Power electronics 52 with full bridges included.
  • a separate control of the windings, each with a half-bridge or each with a full bridge done.
  • FIG. 4 shows a first configuration K1 of the electric motor 54 with, for example, twelve windings W1 to W12, wherein only the windings W1 to W6 are shown for reasons of symmetry.
  • the switching bridges associated with the windings W7 to W12 are, like the switching bridges assigned to the windings W1 to W6, driven in the opposite direction of winding of the windings W7 to W12 in comparison to the winding sense of the windings W1 to W6.
  • the windings W7 to W12 associated with switching bridges inversely to the windings Wl to W6 associated switching bridges are driven, inversely means that, for example, the control signals for the upper bridge transistor / switch and the drive signals for the lower bridge transistor / - switches are reversed.
  • windings Wl to W12 are connected to each other at a neutral point SP.
  • the following circuit is present:
  • the winding Wl is connected to the center node of the half-bridge HB1, wherein the central node is connected to the working distances of both switching elements of the half-bridge, which also applies to the other half-bridges.
  • the winding W2 is connected to the middle node of the half-bridge HB2
  • the winding W3 is connected to the middle node of the half-bridge HB3
  • the winding W4 is connected to the middle node of the half-bridge HB4,
  • the winding W5 is connected to the center node of the half-bridge HB5, and
  • the winding W6 is connected to the center node of the half-bridge HB6.
  • the lower switching element of the half bridges HB1 to HB6 is in each case connected to a common minus line 100.
  • the upper switching element of the half bridges HB1 to HB6 is in each case connected to a common positive line 102.
  • Each half-bridge HB1 to HB6 is controlled by a drive signal.
  • the upper switching element e.g. Gate
  • the six phases are arranged one another with increasing phase shift between adjacent phases, i. e.g. 0 angular degrees, 60, 120, 180, 240, and 300 degrees of angle. Due to the use of six phases for controlling twelve windings W1 to W12, a first sub-machine of the electric motor 12 with its own torque characteristic as a function of speed results. The efficiency of the first part of the machine is dependent on the speed unlike other sub-machines, which, for example. Below with reference to the figures 5 to 8 will be explained in more detail.
  • the half-bridges belonging to the unillustrated windings W6 to W12 are driven like the half-bridges of the windings W1 to W6 based on the six phases. However, it can also be worked with only six half-bridges greater power when the half-bridge HB1, for example.
  • the current through the windings Wl and W7, the half-bridge HB2 controls the current through the windings W2 and W8 and so on.
  • FIG. 5 shows a second configuration K2 of the electric motor 54.
  • the configuration K2 only three phases are used to drive the half bridges HB1 to HB12, the half bridges HB8 to HB12 not being shown because of the above-mentioned symmetry of the motor 54.
  • the six half bridges HB1 to HB6 used, as explained in more detail below.
  • the windings Wl to W12 are connected to each other at a neutral point SP.
  • the circuit explained above with reference to FIG. 4 is present, i. e.g. that the winding Wl is again connected to the center node of the half-bridge HB1.
  • the lower switching element of the half bridges HB1 to HB12 is in each case again connected to the common negative line 100.
  • the upper switching element of the half bridges HB1 to HB12 is respectively connected to the common positive line 102.
  • control terminals of the half bridges HB1 to HB12 are each connected in groups of four via line pairs LI to L3, Llb, Llc and other line pairs, not shown.
  • Each half-bridge quadrature group is controlled by a drive signal line pair Sl, S2 or S3, wherein the one drive line respectively to a control terminal of the upper switching element, eg gate, and the other drive line respectively leads to a control terminal of the lower switching element of the respective half-bridge.
  • the line pair LI connects the control signals of the Hall bridges HB1 and HB2,
  • the line pair L2 connects the control signals of the Hall bridges HB3 and HB4,
  • the line pair L3 connects the control signals of the Hall bridges HB5 and HB6,
  • the line pair Llb connects the control signals of the Hall bridges HB7 and HB8,
  • an unillustrated line pair connects the control signals of the Hall bridges HB9 and HB10,
  • An unillustrated line pair connects the control signals of the Hall bridges HB11 and HB12, and
  • a line pair Llc connects the line pairs LI and Llb to the first group of four half bridges HB1, HB2, HB7 and HB8.
  • the three phases are arranged in relation to one another with increasing phase shift between adjacent phases, ie, for example, 0 angular degrees, 120 and 240 degrees of angle.
  • a second sub-machine of the electric motor 12 results, with its own torque characteristic as a function of the rotational speed.
  • the efficiency of the second part of the machine is dependent on the speed differently than in the first part of the machine or a third sub-machine explained in more detail below.
  • the half-bridges belonging to the unillustrated windings W9 to W12 are driven like the half-bridges of the windings W3 to W6 based on the three phases.
  • the half-bridge HB1 controls the current through the windings W1 and W2
  • the half-bridge HB3 controls the current through the windings W3 and W4.
  • operation can be done with only three half-bridges when a half bridge controls the current through 4 windings, e.g. the half-bridge HB1 the current through the windings Wl, W2, W7 and W8.
  • FIG. 6 shows an example of the arrangement of windings for the second configuration of the electric motor 54. Windings of equal numbers are supplied with the same sine signal or cosine signal, the three phases 1, 2, 3 being present.
  • the individual windings can, for example, be wound back on the outside of the stator.
  • two-layered tooth coil winding can be used.
  • Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.
  • FIG. 7 shows a third configuration K3 of the electric motor 54, which is also suitable for a fault.
  • the configuration K3 only three phases are also used to drive the half bridges HB1, HB3, HB5, HB7, HB9 and HB11, the half bridges HB6 to HB12 not being shown are, because of the above-mentioned symmetry of the electric motor 54.
  • the third configuration can also be used in driving situations in which a lower power of the electric motor 54 is required and in which there is no fault.
  • windings Wl to W12 are again connected together at a neutral point SP.
  • For the other ends of the windings Wl to W6 is the above with reference to FIG 4 explained
  • the lower switching element of the half bridges HB1 to HB6 is connected to the common minus line 100 again.
  • the upper switching element of the half bridges HB1 to HB6 is connected to the common positive line 102, respectively.
  • the line pairs S1, S3 and S5 are used to control the half-bridges HB1, HB3 and HB5, the one drive line each being connected to a control terminal of the upper switching element, e.g. Gate, and the other drive line respectively leads to a control terminal of the lower switching element of the respective half-bridge.
  • Phases are arranged, i. e.g. 0 angular degrees, 120 and 240 degrees of angle. Due to the use of three phases for the control of six windings W1, W3, W5, W7, Wp and Wll, a third sub-machine of the electric motor 12 results, with its own torque characteristic as a function of the rotational speed.
  • the efficiency of the third part machine is dependent from the speed unlike the first part machine or the second part machine.
  • the half bridges corresponding to the windings W7, W9 and W11, which are not shown, are driven like the half bridges of the windings W1, W3 and W5 based on the three phases. However, it can also be worked with only three half-bridges greater power when the half-bridge HB1, for example, the current through the windings Wl and W7, the half-bridge HB3 the current through the windings W3 and W9, etc. controls.
  • the configuration K3 is particularly suitable for error cases.
  • an error 104 occurs in the winding W6, e.g. Windungs gleich, it can, for example, be switched from the configuration Kl or K2 to the configuration K3.
  • the winding W6 is not used, so that the fault has no influence on the operation of the electric motor 54 or a vehicle driven therewith.
  • the error 104 could also refer to the half-bridge HB6, e.g. Short circuit or interruption in a switching unit.
  • the configuration K3 is suitable for keeping the influence of the fault 104 as small as possible and nevertheless ensuring emergency operation of the electric motor 54.
  • the windings W1 to W12 or Wn shown in FIGS. 4 to 7 can be used instead of the star circuits of the windings W1 to W12 or Wn shown in FIGS. 4 to 7, it is also possible to use polygonal circuits (ie, a delta circuit, square circuit, etc.).
  • a polygon circuit the windings W1 to Wn can be the outside of the polygon form.
  • the windings can also be cross-connected, which is referred to as a so-called span (span).
  • span span
  • FIG. 8 shows an example of the arrangement of windings for the third configuration of the electric motor 54.
  • one of two submachines can be used, i. either the sub-machine assigned to the phases 1, 2, 3 from the windings W1, W3, W5, W7, W9 and W11 or the sub-machine assigned to the phases 1 ', 2' or 3 'from the windings W2, W4, W6, W8 , W10 and W12.
  • the individual windings can, for example, be wound back on the outside of the stator.
  • two-layered tooth coil winding can be used. Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.
  • Figure 9 shows process steps of a method for configuring an electric motor, e.g. the wheel hub motor 10 or the electric motor 54.
  • the method begins in a method step 201, which will also be referred to as step in the following.
  • the driving situation is automatically determined, e.g. from a central control of a vehicle.
  • the driving situation may, for example, depend on the instantaneous torque M, on the rotational speed n and / or on other variables.
  • step 203 of the selection unit 60 or 280 see Figure 10, a configuration with the highest possible efficiency for the determined in step 202 driving situation selected.
  • step 204 the selected configuration is switched over, which is possible, for example, within short times, for example in a time that is less than 100 ms or even less than 10 ms.
  • the electric motor 54 for example, can be switched off.
  • step 205 it is checked whether there is an error case, for example detecting an error signal, irregular deviations, etc. If there is no error, the method is continued in step 202 and is then in a loop from steps 202 to 205.
  • an error case for example detecting an error signal, irregular deviations, etc.
  • step 205 This loop is only exited in step 205 if an error occurs. If there is an error, then in a step 205 immediately following step 206, a configuration is selected in which the error has no effect or only the smallest possible influence on the engine operation. So a sub-machine of the engine is switched off, which contains the error.
  • a counter-regulation with the aid of another sub-machine of the electric motor 54 is possible. If the counter-regulation is possible, a corresponding configuration of the electric motor 54 is selected and the counter-regulation is activated. If a counter-regulation is not possible, the electric motor 54 is, for example, automatically switched off.
  • the counter-regulation can also be used as an alternative to switching off.
  • the process is terminated in a step 207, e.g. by switching off the vehicle.
  • step 205 is not performed, treating faults in a different manner, such as completely shutting off the electric motor 54.
  • a change in the configuration can also be carried out only in the event of an error.
  • FIG. 10 shows units of an electric car 250 containing at least one electric motor MGes or 250, in the case of wheel hub motors, at least two wheel hub motors MGes and 250, respectively.
  • Each motor MGes or 250 contains several sub-machines Ml to Mn, which are alternative to one another or can be configured at the same time.
  • Half bridges or full bridges 260 serve to drive the windings of the motor 250 in the various configurations. For example. There are more than six half bridges HB1 to HBn or full bridges.
  • a control unit 270 contains control loops or control paths for the individual configurations.
  • the control unit 270 may be processor-based or operate without a processor.
  • a selection unit 280 e.g. The selector unit 60 is used to select the configurations of the electric motor 250.
  • the selector unit 280 includes, for example:
  • a determination unit which determines the configuration belonging to the respective operating state, for example by using a processor or microprocessor MP or a microcontroller and an electronic memory M in which program instructions and data are stored.
  • the selection unit 280 may also be part of the central control of the vehicle / car 240.
  • Target size (s) 290 are given to the control unit 270 (possibly also only control) by a central control of the electric car 240, e.g. a target torque.
  • the control unit 270 outputs controlled variable (s) 292 and half bridges / full bridges 260 depending on the configured control.
  • the half bridges / full bridges 260 are connected to the winding terminals 293 via an optional switching unit.
  • at least one detection signal 294 detects the current in the windings Wl to Wn and is used for the regulation.
  • the detection signal may also be a speed signal that is detected, for example, with an additional rotation angle sensor.
  • the driving state signal 295 is input to the selecting unit 280.
  • the selection unit 280 outputs an optional selection signal 296 to the control unit 270 to configure a control appropriate to the selected configuration or appropriate parameters.
  • the number of phases to be used is taken into account. In the case of six phases, for example, a first field-oriented control for phases 1, 3 and 5 can be used. A second field-oriented control is used for phases 2, 4 and 6. These phases are respectively sinusoidal and cosinusoidal. However, other control methods are also used.
  • An optional selection signal 298 is sent from the selector 280 to a non-illustrated switching unit, and serves for example for interconnecting the windings of the electric motor 250 with each other and for connecting to the half bridges HB1 to HBn or corresponding full bridges depending on the selected configuration.
  • tooth coil windings are also possible, which is wound around the outside of the stator.
  • the number coil windings may be single-layered or two-layered, wherein the two-layered tooth coil winding can be regarded as a special case of the two-layer brushless winding.
  • Other distributed windings can also be used.
  • the two electrical phases 1 and 2 can be distributed to the individual windings in the slots as shown.
  • the individual windings for example, be externally wound back on the stator.
  • two-layered tooth coil winding can be used.
  • Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.

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Abstract

The invention relates to a selection unit (60, 280) for selecting the configuration (K1 to K3) of an electric motor (10, 54, 250), comprising: an input unit (EE), which can receive at least one signal (295) or data, which indicates a driving state (B1 to B4) of a transport machine (240) or a rotational speed (n) of an electric motor (10, 54, 250); a determination unit, which determines a configuration of the electric motor (10, 54, 250) depending on the signal (295) or data received by means of the input unit (MP); an output unit (AE2), which outputs at least one signal (298) or data, which designates or specifies the selected configuration (K1 to K3).

Description

Beschreibung description
Auswahleinheit zur Auswahl der Konfiguration eines Elektromotors, Transportmaschine und zugehöriges Verfahren Selection unit for selecting the configuration of an electric motor, transport machine and associated method
Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswahleinheit zur Auswahl der Konfiguration eines Elektromotors. Insbesondere kann der Elektromotor in einer Transportmaschine als Antriebsmotor eingesetzt werden. The invention relates to a selection unit for selecting the configuration of an electric motor. In particular, the electric motor can be used in a transport machine as a drive motor.
Elektromotoren werden zunehmend in Autos, Nutzfahrzeugen aber auch in Motorrädern und Fahrrädern verwendet. Häufig ist eine feste Konfiguration des Elektromotors vorgegeben, auf die das Fahrzeug und die Steuereinheit bzw. eine ggf. verwendete Re- gelungseinheit abgestimmt sind. Aber auch Schiffe und Flugzeuge werden mit Elektromotoren als Antrieb zu Wasser oder in der Luft ausgestattet. Electric motors are increasingly used in cars, commercial vehicles but also in motorcycles and bicycles. Frequently, a fixed configuration of the electric motor is predetermined, to which the vehicle and the control unit or a possibly used control unit are tuned. But also ships and airplanes are equipped with electric motors as propulsion to water or in the air.
Die Erfindung betrifft eine Auswahleinheit zur Auswahl der Konfiguration eines Elektromotors, enthaltend: The invention relates to a selection unit for selecting the configuration of an electric motor, comprising:
- eine Eingabeeinheit, die ein Signal oder Daten empfangen kann, welche einen Fahrzustand einer Transportmaschine oder eine Drehzahl eines Elektromotors angibt,  an input unit that can receive a signal or data indicating a driving state of a haulage machine or a rotational speed of an electric motor,
- eine Ermittlungseinheit, die abhängig von dem mit der Ein- gabeeinheit empfangenen Signal oder Daten eine Konfiguration des Elektromotors ermittelt, und  a determination unit which determines a configuration of the electric motor as a function of the signal or data received with the input unit, and
- eine Ausgabeeinheit, die mindestens ein Signal oder Daten ausgibt, das die ausgewählte Konfiguration bezeichnet oder vorgibt .  an output unit that outputs at least one signal or data that designates or dictates the selected configuration.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Transportmaschine mit einer solchen Auswahleinheit. Furthermore, the invention relates to a transport machine with such a selection unit.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Auswählen einer Konfiguration an einem Elektromotor, enthaltend: The invention also relates to a method for selecting a configuration on an electric motor, comprising:
- Erfassen eines ersten Fahrzustands oder einer ersten Drehzahl , - Auswahl einer ersten Konfiguration eines Elektromotors abhängig von dem erfassten ersten Fahrzustand, Detecting a first driving state or a first rotational speed, Selecting a first configuration of an electric motor depending on the detected first driving state,
- Erfassen eines zweiten Fahrzustands oder einer zweiten Drehzahl, und  - detecting a second driving state or a second rotational speed, and
- Auswahl einer zweiten Konfiguration eines Elektromotors abhängig von dem erfassten zweiten Fahrzustand, wobei sich die zweite Konfiguration von der ersten Konfiguration unterscheidet . Es ist Aufgabe der Ausführungsbeispiele, eine Auswahleinheit anzugeben, die eine Umkonfiguration eines Elektromotors gestattet und die insbesondere den weiteren Gebrauch des Elektromotors auch noch bei Fehlern im Elektromotor gewährleistet. Außerdem sollen eine Transportmaschine mit einer solchen Aus- wahleinheit und ein zugehöriges Verfahren angegeben werden. Selecting a second configuration of an electric motor depending on the sensed second driving condition, wherein the second configuration is different from the first configuration. It is an object of the embodiments to provide a selection unit that allows a reconfiguration of an electric motor and in particular ensures the further use of the electric motor even with errors in the electric motor. In addition, a transport machine with such a selection unit and an associated method should be specified.
Diese Aufgabe wird durch eine Auswahleinheit gemäß Anspruch 1 und durch eine Transportmaschine sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by a selection unit according to claim 1 and by a transport machine and a method according to the independent claims. Further developments are specified in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft ein Auswahleinheit zur Auswahl der Konfiguration eines Elektromotors, enthaltend: One embodiment relates to a selection unit for selecting the configuration of an electric motor, comprising:
- eine Eingabeeinheit, die mindestens ein Signal oder Daten empfangen kann, welches einen Fahrzustand einer Transportmaschine oder eine Drehzahl eines Elektromotors angibt,  an input unit that can receive at least one signal or data that indicates a driving state of a haulage machine or a rotational speed of an electric motor,
- eine Ermittlungseinheit, die vorzugsweise automatisch abhängig von dem mit der Eingabeeinheit empfangenen Signal oder Daten eine Konfiguration des Elektromotors ermittelt, und - eine Ausgabeeinheit, die ein Signal oder Daten ausgibt, das die ausgewählte Konfiguration bezeichnet oder definiert.  a determination unit which preferably automatically determines a configuration of the electric motor depending on the signal or data received with the input unit, and an output unit which outputs a signal or data designating or defining the selected configuration.
Ein Fahrzustand kann bspw. das Anfahren sein. Ein anderer Fahrzustand kann bspw. das Fahren mit mittleren Geschwindig- keiten sein, z.B. im Bereich von 30 Km/h (Kilometer pro Stunde) bis 50 Km/h. Ein dritter Fahrzustand kann das Fahren mit hohen Geschwindigkeiten sein. Es können aber auch andere Fahrzustände verwendet werden, die weniger geschwindigkeits - bezogen sind. So können auch Fehler im Elektromotor oder seiner Ansteuerung einen bestimmten Fahrzustand kennzeichnen. An Stelle oder zusätzlich zu den Fahrzuständen kann auch die Drehzahl des Elektromotors verwendet werden. A driving condition can be, for example, starting up. Another driving state may be, for example, driving at medium speeds, for example in the range of 30 km / h (kilometers per hour) to 50 km / h. A third driving condition may be driving at high speeds. But there are others too Driving conditions are used, which are less speed related. So also errors in the electric motor or its control can mark a certain driving condition. Instead of or in addition to the driving conditions, the rotational speed of the electric motor can also be used.
Die Ermittlungseinheit enthält bspw. einen Prozessor oder einen Mikroprozessor. Alternativ kann die Ermittlungseinheit eine elektronische Schaltung ohne Mikroprozessor enthalten. Abhängig von dem aktuellen Fahrzustand und/oder der Drehzahl wählt die Ermittlungseinheit eine günstige Konfiguration aus, insbesondere nach einem vorgegebenen Verfahren bzw. nach vorgegebenen Kriterien, z.B. hoher Wirkungsgrad des Elektromotors in dem betreffenden Fahrzustand, sicherer Motorbetrieb beim Auftreten eines Fehlers im Elektromotor oder auch in der Steuerung oder Regelung des Elektromotors. Die Auswahl kann nach vergleichsweise einfachen Vorgaben erfolgen. Es lassen sich aber auch komplexere Strategien für die Auswahl verwenden . The determination unit contains, for example, a processor or a microprocessor. Alternatively, the detection unit may include an electronic circuit without a microprocessor. Depending on the current driving state and / or the rotational speed, the determining unit selects a favorable configuration, in particular according to a predetermined method or according to predetermined criteria, e.g. high efficiency of the electric motor in the relevant driving condition, safe engine operation when an error occurs in the electric motor or in the control or regulation of the electric motor. The selection can be made according to comparatively simple specifications. But you can also use more complex selection strategies.
Die Konfiguration kann dann z.B. direkt über die Ausgabeeinheit eingestellt werden oder es wird eine weitere Konfigurationseinheit genutzt, die den Elektromotor umkonfiguriert. Somit kann die Konfiguration softwaretechnisch über die An- Steuersignale der Halbbrücken bzw. Vollbrücken erfolgen. Alternativ kann eine Schaltmatrix die Einstellung aller theoretisch möglichen Konfigurationen erlauben. Jedoch können auch Schaltelemente verwendet werden, mit denen sich die praktisch relevanten Konfigurationen einstellen lassen. The configuration can then be e.g. can be set directly via the output unit or another configuration unit is used, which reconfigures the electric motor. Thus, the configuration can be done software-technically via the on-control signals of the half-bridges or full bridges. Alternatively, a switch matrix may allow the setting of all theoretically possible configurations. However, switching elements can also be used with which the practically relevant configurations can be set.
Das Umkonfigurieren kann durch Verändern der Anzahl der für den Betrieb des Elektromotors genutzten Wicklungen erfolgen. Auch kann bei gleich bleibender Anzahl von Wicklungen die Verschaltung der Wicklungen verändert werden, bspw. durch ei- nen Wechsel zwischen Sternpunktschaltung und Mehreckschaltung. Auch können verschiedene Arten einer Mehreckschaltung verwendet werden. Durch die Auswahleinheit ergibt sich die Möglichkeit an Hand von Wirkungsgradangaben für den Elektromotor, bspw. für voneinander verschiedene Drehzahl zu Drehmomentwerte, verschie- dene Konfigurationen des Elektromotors festzulegen. Aus diesen Konfigurationen wird dann durch die Auswahleinheit, die zu einem bestimmten Fahrzustand gehörende Konfiguration ausgewählt. Wird bspw. immer eine Konfiguration mit hohem Wirkungsgrad des Elektromotors ausgewählt, so lässt sich die Reichweite von Elektrofahrzeugen auf Grund des effizientenThe reconfiguration can be done by changing the number of windings used for the operation of the electric motor. Even with a constant number of windings, the wiring of the windings can be changed, for example, by a change between star point circuit and polygonal circuit. Also, various types of polygonal circuit can be used. By means of the selection unit, it is possible to determine various configurations of the electric motor based on efficiency specifications for the electric motor, for example for different speeds of rotation relative to torque values. From these configurations, the configuration belonging to a particular driving state is then selected by the selection unit. If, for example, a configuration with high efficiency of the electric motor is always selected, the range of electric vehicles can be determined on the basis of the efficient
Energieeinsatzes erheblich vergrößern. In Fehlerfällen können Konfigurationen gewählt werden, die einen möglichst sicheren Reservebetrieb des Elektromotors gewährleisten. Durch die Auswahleinheit werden also neue Anwendungen und neue Betriebsweisen für den Elektromotor eröffnet. Enlarge energy input significantly. In case of faults, configurations can be selected to ensure the most reliable backup operation of the electric motor. The selection unit thus opens up new applications and new modes of operation for the electric motor.
Die Ermittlungseinheit kann zu einem Fahrzustand oder zu einer Drehzahl eine Konfiguration mit hohem Wirkungsgrad des Elektromotors ermitteln. Der Wirkungsgrad kann definiert werden als das Verhältnis der aufgenommenen elektrischen Leistung zu der abgegebenen mechanischen Leistung. The determination unit may determine a configuration with a high efficiency of the electric motor at a driving state or at a rotational speed. The efficiency can be defined as the ratio of the absorbed electrical power to the delivered mechanical power.
Beispielweise werden in einem unteren Drehzahlbereich des Elektromotors nicht alle Wicklungen bzw. Phasen einer Drehstrommaschine verwendet, um auch hier einen hohen Wirkungsgrad zu ermöglichen. Bei hohen Drehzahlen werden dann mehr Wicklungen oder alle Wicklungen verwendet, da sich dann neben der größeren Leistung auch ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Der Wirkungsgrad des Elektromotors ist entscheidend für den Energieverbrauch und damit für die Reichweite eines Elektroautos bzw. Elektrofahrzeugs . For example, not all windings or phases of a three-phase machine are used in a lower speed range of the electric motor, in order to enable high efficiency here as well. At high speeds then more windings or all windings are used, since then results in addition to the larger power and high efficiency. The efficiency of the electric motor is crucial for the energy consumption and thus for the range of an electric car or electric vehicle.
Der Wirkungsgrad kann durch die Wahl einer für den Fahrzu- stand oder die Drehzahl geeigneten Anzahl von zu verwendenden Wicklungen erhöht werden. Die Anzahl der mit Strom durchflos- senen Wicklungen kann sich bei einer ersten Konfiguration von der Anzahl der mit Strom durchflossenen Wicklungen bei einer zweiten Konfiguration unterscheiden. Beide Konfigurationen können einen fehlerfreien Betrieb des Elektromotors betreffen . The efficiency can be increased by selecting a suitable number of windings or windings to use. The number of current-wound windings may change during a first configuration of the number of current-carrying windings differ in a second configuration. Both configurations may relate to a faultless operation of the electric motor.
Die Anzahl der zur Ansteuerung verwendeten elektrischen Phasen kann bei unterschiedlicher Wicklungsanzahl gleich bleiben. Alternativ, kann sich die Anzahl der zur Ansteuerung verwendeten elektrischen Phasen aber auch bei unterschiedli- eher Wicklungsanzahl unterscheiden. Somit entstehen weitereThe number of electrical phases used for driving can remain the same for different number of turns. Alternatively, however, the number of electrical phases used for driving can also differ with different numbers of windings. Thus, more arise
Freiheitsgrade zur Änderung des Wirkungsgrades des Elektromotors . Degrees of freedom for changing the efficiency of the electric motor.
Alternativ kann der Wirkungsgrad durch die Wahl einer für den Fahrzustand oder die Drehzahl geeigneten Anzahl von zur Ansteuerung von bspw. Halbbrücken oder Vollbrücken verwendeten elektrischen Phasen verändert werden. Die Anzahl der verwendeten Phasen kann sich bei einer ersten Konfiguration von der Anzahl der verwendeten Phasen bei einer zweiten Konfiguration unterscheidet, vorzugsweise bei gleichbleibender Anzahl von verwendeten Wicklungen. Bei fehlerfreiem Betrieb werden vorzugsweise alle vorhandenen Wicklungen verwendet. Alternatively, the efficiency can be changed by selecting a suitable for the driving condition or speed number of electrical phases used for driving, for example. Half bridges or full bridges. The number of phases used may differ in a first configuration from the number of phases used in a second configuration, preferably with the same number of windings used. In error-free operation, preferably all existing windings are used.
Das Verändern der Phasenanzahl ist eine einfache aber wir- kungsvolle Maßnahme zum Verändern des Wirkungsgrades einesChanging the number of phases is a simple but effective measure for changing the efficiency of a
Elektromotors. Diese Maßnahme kann auch einfache Art und Weise mittels Mikroprozessor oder MikroController erfolgen. Weitere Freiheitsgrade zur Veränderung des Wirkungsgrades ergeben sich in Kombination mit anderen Maßnahmen, z.B. Wechsel von Sternschaltung zu Dreieckschaltung oder zu Mehreckschaltungen, wobei bei Mehreckschaltungen auch unterschiedliche Spannzahlen verwendet werden können (Englisch: "Span") . The electric motor. This measure can also be done easily by means of microprocessor or microcontroller. Other degrees of freedom for varying the efficiency result in combination with other measures, e.g. Change from star connection to delta connection or to polygonal circuits, whereby in multi-way circuits also different numbers of voltages can be used (English: "Span").
Die Ermittlungseinheit kann aber bei einem anderen Ausfüh- rungsbeispiel auch zwischen einem fehlerfreien Betrieb desHowever, in another embodiment, the determination unit can also switch between error-free operation of the
Elektromotors und einem Fehlerbetrieb unterscheiden. Im fehlerfreien Betrieb kann eine Wirkungsgradeffizienz maßgebend für die Auswahl der Konfiguration sein. Im Fehlerbetrieb kann dagegen die Sicherheit maßgebend sein, z.B. die Sicherheit einer Transportmaschine, die die Auswahleinheit enthält. Die Ermittlungseinheit kann im Fehlerbetrieb eine Wicklung nicht verwenden, die ein Fehler enthält, indem eine Konfiguration ohne diese Wicklung ausgewählt wird. Electric motor and a fault operation differ. In error-free operation, efficiency efficiency can be decisive for the selection of the configuration. In error mode, however, safety can be decisive, for example the safety of a transport machine containing the selection unit. The determination unit can not use a winding containing an error in error operation by selecting a configuration without this winding.
Das Ermitteln der Fehlerursache kann automatisch erfolgen, bspw. durch das Erfassen von Wicklungsparametern, z.B. Wicklungswiderstand, oder auf andere Art, z.B. aus einem Motormodell heraus, das gleichzeitig simuliert wird. Der Fehler kann auch in einer Ansteuerung des Elektromotors liegen, z.B. in einem Umrichter. In diesem Fall wird durch die Ermittlungs- einheit eine Konfiguration gewählt, bei der die vom Fehler betroffene Halbbrücke oder Vollbrücke des Umrichters nicht verwendet wird. The determination of the cause of the error can take place automatically, for example by detecting winding parameters, e.g. Winding resistance, or otherwise, e.g. from a motor model that is simultaneously simulated. The error may also be due to a drive of the electric motor, e.g. in a converter. In this case, the detection unit selects a configuration that does not use the half bridge or full bridge of the drive affected by the fault.
Die Ermittlungseinheit kann im Fehlerbetrieb eine Konfigura- tion auswählen, die es erlaubt, einem durch den Fehler verursachtem Moment entgegen zu regeln oder zu steuern. So kann bspw. einem Pendelmoment oder einem Blockiermoment entgegen gewirkt werden. Der Elektromotor wird in diesem Fall also in zwei Teilmaschinen aufgeteilt, wobei die eine Teilmaschine fehlerhaft ist und die andere Teilmaschine dem Fehler entgegenwirkt und einen Hilfsantrieb realisiert. Der Hilfsantrieb kann auch durch eine dritte Teilmaschine des Elektromotors realisiert werden, um die Fehlerkompensation von der Funktion als Hilfsantrieb zu trennen. In error mode, the determination unit can select a configuration that allows it to counter or control a moment caused by the error. Thus, for example, a pendulum moment or a blocking moment can be counteracted. The electric motor is thus divided into two sub-machines, in which case one sub-machine is faulty and the other sub-machine counteracts the fault and realizes an auxiliary drive. The auxiliary drive can also be realized by a third sub-machine of the electric motor to separate the error compensation of the function as an auxiliary drive.
Ein anderes Ausführungsbeispiel betrifft eine Transportmaschine enthaltend eine Auswahleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Damit gelten die für die Auswahleinheit genannten technischen Wirkungen auch für die Transportmaschi - ne . Die Transportmaschine ist z.B. ein vollelektrisch angetriebenes Auto. Alternativ ist die Transportmaschine ein Auto mit Hybridantrieb, d.h. es gibt einen elektrischen Antrieb und einen weiterem Antrieb, z.B. eine Verbrennungskraftmaschine. Bei Elektroautos ist die Reichweite ein entscheidendes Akzeptanzkriterium. Die Reichweite lässt sich über die Steigerung der effizienten Nutzung des Motors durch Zu- oder Abschalten von Wicklungen basierend auf Entscheidungen der Auswahleinheit vergrößern. Another embodiment relates to a transport machine comprising a selection unit according to one of the preceding claims. Thus, the technical effects mentioned for the selection unit also apply to the transport machine. The transport machine is, for example, a fully electric car. Alternatively, the transport machine is a car with hybrid drive, ie there is an electric drive and a further drive, such as an internal combustion engine. With electric cars the range is a decisive acceptance criterion. The range can be increased by increasing the efficient use of the motor by turning windings on or off based on choices of the selection unit.
Die Transportmaschine kann eine elektronische Ansteuereinheit zur Ansteuerung der Wicklungen des Elektromotors gemäß Steu- ersignalen enthalten. Die elektronischen Schalter in der AnSteuereinheit können Feldeffekttransistoren sein (FET - Field Effect Transistor), wie MOSFET's (Metal Oxide FET). Aber auch IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) oder Thyristoren (GTO) können verwendet werden, abhängig von der benötigten Schaltleistung. Die Schaltelemente können in der Ansteuereinheit eine Halbbrückenschaltung für den Anschluss eines Wicklungsanschlusses oder eine Vollbrückenschaltung für den Anschluss der beiden Anschlüsse einer Wicklung bilden. Die genannten Schaltelemente sind auch für die Konfiguration geeig- net . So kann bereits über die Halbbrücken oder die Vollbrücken eine Konfiguration erfolgen indem bspw. bestimmte Brückenschaltungen nicht verwendet werden oder in dem bestimmte Brückenschaltungen mit demselben Steuersignal angesteuert werden. Eine Konfiguration kann über mehr als eine Sekunde, mehr als 10 Sekunden oder auch über mehr als eine Minute aufrecht erhalten werden. The transport machine may include an electronic drive unit for controlling the windings of the electric motor in accordance with control signals. The electronic switches in the control unit may be field effect transistors (FETs), such as MOSFETs (Metal Oxide FET). But also IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) or Thyristor (GTO) can be used, depending on the required switching capacity. The switching elements may form in the drive unit a half-bridge circuit for the connection of a winding terminal or a full-bridge circuit for the connection of the two terminals of a winding. The mentioned switching elements are also suitable for the configuration. Thus, a configuration can already be made via the half-bridges or the full-bridges by, for example, certain bridge circuits not being used or in which specific bridge circuits are driven with the same control signal. A configuration can be maintained for more than one second, more than 10 seconds or even more than one minute.
Die Transportmaschine kann eine Regeleinheit zum Erzeugen der Steuersignale der Ansteuereinheit gemäß mindestens einem Re- gelverfahren enthalten. Die Regelung kann z.B. eine feldorientierte Regelung sein. Feldorientierte Regelungen basieren auf einem Drehzeiger (Vector Control) der sich mit der Rotorwinkelgeschwindigkeit dreht. Bei Drehfeldmaschinen können die Rotorkoordinaten einfacher für eine Regelung verwendet wer- den, weil das Drehfeld in Rotorkoordinaten relativ zum Drehfeld des Stators ruht (Synchronmaschine) oder nur eine kleine Geschwindigkeit relativ zum Drehfeld des Stators hat (Asyn- chronmaschine ) . Die Transformation in Rotorkoordinaten zur Regelung und die Rücktransformation in die Ständerkoordinaten zur Erzeugung der Steuersignale für die Ansteuereinheit kann durch leistungsfähige Prozessoren erfolgen, insbesondere durch Mikroprozessoren oder durch spezielle Signalprozessoren . The transport machine may include a control unit for generating the control signals of the drive unit according to at least one control method. The regulation can be, for example, a field-oriented regulation. Field-oriented controls are based on a rotation vector (Vector Control) that rotates with the rotor angular velocity. In rotating field machines, the rotor coordinates can be used more easily for a control because the rotating field in rotor coordinates rests relative to the rotating field of the stator (synchronous machine) or has only a small speed relative to the rotating field of the stator (Asyn- chron machine). The transformation into rotor coordinates for control and the inverse transformation into the stator coordinates for generating the control signals for the drive unit can be performed by powerful processors, in particular by microprocessors or by special signal processors.
Der Regelung kann außerdem noch ein Motormodell des Elektromotors zu Grunde liegen. Weiterhin können Reglerelemente ver- wendet werden, wie PI-Regler (Proportional Integral) oder PID - Regler (Proportional, Integral, Differential) . The control can also be based on a motor model of the electric motor. In addition, controller elements can be used, such as PI (Proportional Integral) or PID (Proportional, Integral, Differential) controllers.
Aber auch andere Regelungen als feldorientierte Regelungen oder Steuerungen können verwendet werden. But regulations other than field-oriented regulations or controls can also be used.
Die Transportmaschine kann eine Konfigurationseinheit enthalten, die mit der Ausgabeeinheit gekoppelt ist, und die die bezeichnete oder definierte Konfiguration einstellt. Die Konfigurationseinheit kann somit die Ansteuereinheit enthalten oder auch zusätzliche elektronische Schalter, z.B. Transistoren, oder elektromechanische Schalter, wie Relais. The transport machine may include a configuration unit coupled to the output unit that sets the designated or defined configuration. The configuration unit may thus contain the drive unit or else additional electronic switches, e.g. Transistors, or electromechanical switches, such as relays.
Es können auch Umschalter verwendet werden, die zwischen den verwendeten Konfigurationen umschalten, z.B. zwischen zwei Konfigurationen, drei Konfigurationen oder mehr als drei Konfigurationen. Alternativ kann eine Schaltmatrix verwendet werden, die eine Vielzahl von Konfigurationen erlaubt. Switches can also be used which switch between the configurations used, e.g. between two configurations, three configurations or more than three configurations. Alternatively, a switch matrix may be used that allows a variety of configurations.
Bei einer Sternkonfiguration wird ein Anschluss jeder Wick- lung zu einem gemeinsamen Sternpunkt geführt. Bei einer Vieleckkonfiguration, d.h. ohne Sternpunkt, werden aufeinander folgend immer ein Wicklungsanschluss einer Wicklung mit einem Wicklungsanschluss einer anderen Wicklung in Reihenschaltung verbunden. In diesem Zusammenhang wird bei drei Wicklungen von einem Dreieck und bei mehr als drei Wicklungen von einem Vieleck gesprochen. Räumlich benachbarte Wicklungen können direkt verbunden werden, oder es wird bspw. jeweils ein Wiek- lungsanschluss bzw. werden zwei oder mehr zwischen den verbundenen Wicklungen liegende Wicklungsanschlüsse anderer Wicklungen übersprungen. Hier wird auch der Begriff Spannweite oder Englisch "Span" verwendet. In a star configuration, one connection of each winding is routed to a common neutral point. In a polygonal configuration, ie without neutral point, one winding connection of one winding is always connected in succession to a winding connection of another winding in series connection. In this context, three windings speak of a triangle and more than three windings of a polygon. Spatially adjacent windings can be connected directly, or, for example, a Wiek- or two or more winding terminals of other windings lying between the connected windings are skipped. Here also the term span or English "span" is used.
Die Konfigurationseinheit kann auch die Regeleinheit einbeziehen, so dass abhängig von der Konfiguration auch die betreffenden Motormodelle in die Regelung einbezogen werden. Insbesondere kann auch die Art der Regelung bzw. Steuerung konfiguriert werden. The configuration unit may also include the control unit, so that depending on the configuration and the relevant engine models are included in the scheme. In particular, the type of control or control can be configured.
Die Transportmaschine kann mindestens einen Radnabenmotor enthalten, bspw. zwei Radnabenmotoren an einer Achse eines Fahrzeugs oder vier Radnabenmotoren an den beiden Achsen. Durch die Auswahleinheit lassen sich auch im Fehlerfall dieThe transport machine may include at least one wheel hub motor, for example two wheel hub motors on one axle of a vehicle or four wheel hub motors on the two axles. By selecting unit can be in case of error, the
Fahreigenschaften bzw. Rolleigenschaften eines frei drehenden Rades einstellen. Insbesondere kann ein Blockieren vermieden werden und es kann Fehlermomenten entgegen geregelt werden, z.B. Pendelmomenten. Adjust driving characteristics or rolling properties of a freely rotating wheel. In particular, blocking can be avoided and fault moments can be counteracted, e.g. Pendulum moments.
Diese technischen Wirkungen sind besonders relevant, wenn keine Kupplung vorhanden ist und keine mechanische Bremse, wie es bei vielen Radnabenmotorkonzepten der Fall ist. Eine gesetzliche Genehmigung für ein Fahrzeug ohne mechanische Bremse kann bspw. maßgebend vom Verwenden der Auswahleinheit abhängen . These technical effects are particularly relevant if there is no clutch and no mechanical brake, as is the case with many wheel hub engine concepts. A legal approval for a vehicle without a mechanical brake can, for example, depend decisively on the use of the selection unit.
Der Radnabenmotor kann bspw. eine Zahnspulenwicklung enthalten. Der Radnabenmotor kann als Außenläufer oder als Innen- läufer realisiert sein. The wheel hub motor may, for example, contain a tooth coil winding. The wheel hub motor can be realized as an external rotor or as an inner rotor.
Aber auch andere Elektromotoren werden verwendet, bspw. zentraler Elektromotor für eine Achse oder sogar für ein Fahrzeug . But other electric motors are used, for example. Central electric motor for an axle or even for a vehicle.
Der Elektromotor kann z.B. 4 oder mehr als 4 Wicklungen bzw. Nuten, 9 oder mehr als 9 Wicklungen bzw. Nuten, 12 oder mehr als 12 Wicklungen bzw. Nuten oder sogar mehr als 24 Wicklungen bzw. Nutenhaben. Die Anzahl der Wicklungen bzw. Nuten kann kleiner als 100 sein. Außerdem wird ein Verfahren zum Auswählen einer Konfiguration an einem Elektromotor angegeben, enthaltend: The electric motor may, for example, 4 or more than 4 windings or grooves, 9 or more than 9 windings or grooves, 12 or more as 12 turns or even more than 24 turns. The number of windings or grooves can be less than 100. In addition, a method for selecting a configuration on an electric motor is disclosed, comprising:
- Erfassen eines ersten Fahrzustands oder einer ersten Drehzahl ,  Detecting a first driving state or a first rotational speed,
- Auswahl einer ersten Konfiguration eines Elektromotors ab- hängig von dem erfassten ersten Fahrzustand,  Selection of a first configuration of an electric motor as a function of the detected first driving state,
- Erfassen eines zweiten Fahrzustands oder einer zweiten Drehzahl ,  Detecting a second driving state or a second rotational speed,
- Auswahl einer zweiten Konfiguration eines Elektromotors abhängig von dem erfassten zweiten Fahrzustand, wobei sich die zweite Konfiguration von der ersten Konfiguration unterscheidet .  Selecting a second configuration of an electric motor depending on the sensed second driving condition, wherein the second configuration is different from the first configuration.
Damit gelten für das Verfahren, die oben für die Auswahleinheit genannten technischen Wirkungen. Thus, for the process, the technical effects mentioned above for the selection unit apply.
Die zweite Konfiguration kann sich von der ersten Konfiguration hinsichtlich der Anzahl der einbezogenen Wicklungen unterscheiden. Bei den Wicklungen unterscheidet man verteilte Wicklungen, die mehr als zwei Nuten belegen und konzentrierte Wicklungen, die nur zwei Nuten belegen. Eine Wicklung kann mehrere Windungen enthalten, z.B. mehr als 10 Windungen, mehr als 100 Windungen aber z.B. weniger als 10000 Windungen. Die Wicklungen können auch als Spulen bezeichnet werden. Im Zusammenhang mit der Auswahleinheit hat jede Wicklung einen Wicklungsanschluss oder auch zwei Wicklungsanschlüsse, die abhängig von der getroffenen Auswahl mit Halbbrücken bzw. Vollbrücken aus jeweils zwei bzw. vier Schaltelementen verbunden werden. Bei einigen Konfigurationen können auch die Wicklungsanschlüsse zweier oder mehr als zweier Wicklungen mit dem Mittelknoten der Halb- bzw. Vollbrücken verbunden werden. In anderen Konfigurationen sind dann aber diese Wicklungsanschlüsse wieder getrennt voneinander. Der Elektromotor kann in beiden Konfigurationen fehlerfrei sein. Die Konfigurationen können dann bspw. hinsichtlich des Wirkungsgrades ausgewählt werden. The second configuration may differ from the first configuration in terms of the number of windings involved. The windings are divided into distributed windings, which occupy more than two slots, and concentrated windings, which occupy only two slots. A winding may contain several turns, eg more than 10 turns, more than 100 turns but eg less than 10,000 turns. The windings can also be referred to as coils. In connection with the selection unit, each winding has a winding connection or else two winding connections which, depending on the selection made, are connected with half bridges or full bridges of respectively two or four switching elements. In some configurations, the winding terminals of two or more than two windings may also be connected to the center node of the full and half bridges. In other configurations, however, then these winding connections are again separated from each other. The electric motor can be faultless in both configurations. The configurations can then be selected, for example, in terms of efficiency.
Alternativ kann auch bei dem Verfahren der Wirkungsgrad durch die Wahl einer für den Fahrzustand oder die Drehzahl geeigneten Anzahl von verwendeten elektrischen Phasen verändert werden. Die Anzahl der verwendeten Phasen kann sich bei einer ersten Konfiguration von der Anzahl der verwendeten Phasen bei einer zweiten Konfiguration unterscheidet, vorzugsweise bei gleichbleibender Anzahl von verwendeten Wicklungen. Bei fehlerfreiem Betrieb werden vorzugsweise alle vorhandenen Wicklungen verwendet . Alternatively, in the method as well, the efficiency can be changed by selecting a suitable number of electrical phases used for the driving state or the rotational speed. The number of phases used may differ in a first configuration from the number of phases used in a second configuration, preferably with the same number of windings used. In error-free operation, preferably all existing windings are used.
Das Verändern der Phasenanzahl ist wiederum eine einfache aber wirkungsvolle Maßnahme zum Verändern des Wirkungsgrades eines Elektromotors. Diese Maßnahme kann auch einfache Art und Weise mittels Mikroprozessor oder MikroController erfol- gen. Weitere Freiheitsgrade zur Veränderung des Wirkungsgrades ergeben sich in Kombination mit anderen Maßnahmen, z.B. Wechsel von Sternschaltung zu Dreieckschaltung oder zu Mehreckschaltungen, wobei bei Mehreckschaltungen auch unterschiedliche Spannzahlen verwendet werden können (Englisch: "Span") . Changing the number of phases is again a simple but effective measure for changing the efficiency of an electric motor. This measure can also be carried out simply by means of a microprocessor or microcontroller. Further degrees of freedom for changing the efficiency result in combination with other measures, e.g. Change from star connection to delta connection or to polygonal circuits, whereby in multi-way circuits also different numbers of voltages can be used (English: "Span").
Die Konfigurationen können so ausgewählt werden, dass sich abhängig vom Fahrzustand ein möglichst großer Wirkungsgrad des Betriebs des Elektromotors ergibt. Dies erhöht die Effi- zienz und damit die Reichweite von bspw. Elektrofahrzeugen . The configurations can be selected such that, depending on the driving condition, the greatest possible efficiency of the operation of the electric motor results. This increases the efficiency and thus the range of, for example, electric vehicles.
Der Elektromotor kann aber auch beim Verwenden der ersten Konfiguration und/oder beim Verwenden der zweiten Konfiguration einen Fehler enthalten. Die verwendete Konfiguration kann jedoch selbst fehlerfrei sein. Insbesondere kann es mindestens zwei Konfigurationen für zwei voneinander verschiedene Fehlerfälle geben. In allen angesprochenen Anordnungen können die einzelnen Wicklungen bspw. außen am Stator zurückgewickelt werden. Alternativ können zweischichtige Zahnspulenwicklung verwendet werden. Einschichtige Zahnspulwicklungen können bei doppelter Nutenanzahl verwendet werden. Aber auch verteilte Wicklungen sind möglich. However, the electric motor may also contain an error when using the first configuration and / or when using the second configuration. However, the configuration used can itself be error-free. In particular, there may be at least two configurations for two different error cases. In all the arrangements mentioned, the individual windings can, for example, be wound back on the outside of the stator. Alternatively, two-layered tooth coil winding can be used. Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.
Mit anderen Worten ausgedrückt, wird ein lastoptimierter Na- benmotor angegeben. In other words, a load-optimized hub motor is specified.
Elektroantriebe haben im unteren Drehzahlbereich in der Regel einen deutlich geringeren Wirkungsgrad als in ihrem optimalen Betriebsbereich. Gerade im unteren Geschwindigkeitsbereich, der in der Fahrpraxis sehr häufig vorkommt, dreht bspw. einElectric drives usually have a much lower efficiency in the lower speed range than in their optimum operating range. Especially in the lower speed range, which is very common in driving practice, for example, turns on
Radnabenmotor daher in einem nicht optimalen Drehzahlbereich. Daher wird mehr Energie in Verlustwärme umgesetzt und nicht für den eigentlichen Vortrieb genutzt. Elektrische Maschinen haben einen optimalen Arbeitspunkt.Hub motor therefore in a non-optimal speed range. Therefore, more energy is converted into heat loss and not used for the actual propulsion. Electrical machines have an optimal operating point.
Dieser wird in der Regel entsprechend des Einsatzes identifiziert und dann wird die Maschine auf diesen Arbeitspunkt ausgelegt. Im Fahrzeugbetrieb werden aber unterschiedliche Last- und Drehzahlpunkte dynamisch angefordert . This is usually identified according to the application and then the machine is designed for this operating point. In vehicle operation but different load and speed points are dynamically requested.
Heute werden meist schaltbare Getriebe genutzt, um die Drehzahl des Antriebs im Verhältnis zur Raddrehzahl zu optimieren. Bspw. bei einem Radnabenantrieb würde sich die Komplexität des Antriebs und das Gewicht im Rad durch ein schaltbares Getriebe aber deutlich erhöhen. Today, most switchable transmissions are used to optimize the speed of the drive in relation to the wheel speed. For example. in a wheel hub drive, however, the complexity of the drive and the weight in the wheel would be significantly increased by a switchable transmission.
In klassischen Elektroantrieben werden drei Phasen implementiert, um das Drehfeld zu erzeugen. Bspw. in einem optimierten Radnabenantrieb können mehr als drei Phasen implementiert werden, so dass sich durch das gezielte Abschalten von Phasen verschiedene Teilmotorkonzepte darstellen lassen. So kann für jede Drehzahl jeweils der Teilmotor aktiviert werden, der die beste Effizienz hat. Dadurch lässt sich über ein größeres Drehzahlband eine optimale hohe Effizienz des Elektroantriebs, z.B. Radnabenantrieb, darstellen und die eingesetzte Energie optimaler verwenden. In classic electric drives, three phases are implemented to produce the rotating field. For example. In an optimized wheel hub drive, more than three phases can be implemented, so that the selective switching off of phases can represent different partial engine concepts. Thus, for each speed, the partial motor can be activated, the has the best efficiency. As a result, an optimal high efficiency of the electric drive, eg wheel hub drive, can be represented over a larger rpm band and the energy used can be used more optimally.
Der Antrieb besteht dazu bspw. aus: The drive consists, for example, of:
- einem Elektromotor, z.B. Radnabenmotor, mit mehr als drei Phasen,  an electric motor, e.g. Hub motor, with more than three phases,
- einer Leistungselektronik mit jeweils einer Endstufe pro Phase bzw. einer Leistungselektronik mit so vielen Endstufen, wie der Motor Phasen/Wicklungen hat, und  - Power electronics with one output stage per phase or power electronics with as many power amps as the motor has phases / windings, and
- einer Regelung, bestehend aus Ansteuerelektronik und Auswerte- und Regelungssoftware, die für die jeweilige Drehzahl die richtige Anzahl von Phasen berechnet und nutzt.  - A scheme consisting of control electronics and evaluation and control software that calculates and uses the right number of phases for each speed.
Durch die variable Nutzung der aktiven Motorkomponenten ergeben sich verschiedene Teilmotoren, die in einem Motor integriert sind. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad eines Elektroantriebs für E-Fahrzeuge (Elektrofahrzeuge) steigern und die Fahrreichweite von E-Fahrzeugen entsprechend erhöhen. Da die Antriebsmaschine aus verschiedenen Teilmaschinen besteht, kann die Redundanz genutzt werden. Fällt eine Phase aus können die anderen Teilmotoren den Antrieb übernehmen. Einem Pendelmoment oder Blockiermoment, das im Fehlerfall eines Kurzschlusses entsteht, könnten die jeweils funktionsfähigen Teilmaschinen entgegenwirken und so das Pendelmoment bzw. Blockiermoment verringern. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen: Figur 1 einen Radnabenmotor, Due to the variable use of the active engine components, different sub-engines result, which are integrated in one engine. This can increase the efficiency of an electric drive for electric vehicles (electric vehicles) and increase the driving range of electric vehicles accordingly. Since the drive machine consists of different sub-machines, the redundancy can be used. If one phase fails, the other partial motors can take over the drive. A pendulum moment or blocking torque, which arises in the event of a fault short circuit, could counteract each functional submachines and so reduce the pendulum moment or locking torque. In the following, embodiments of the invention will be explained with reference to the accompanying drawings. 1 shows a wheel hub motor,
Figur 2 Betriebszustände in einem Drehzahl zu Drehmoment Diagramm,  FIG. 2 operating states in one rotational speed to torque diagram,
Figur 3 Einheiten zur Konfiguration und zum Betrieb eines Elektromotors , Figur 4 eine erste Konfiguration eines Elektromotors mit bspw. zwölf Wicklungen, FIG. 3 units for configuring and operating an electric motor; FIG. 4 shows a first configuration of an electric motor with, for example, twelve windings,
Figur 5 eine zweite Konfiguration des Elektromotors,  FIG. 5 shows a second configuration of the electric motor,
Figur 6 ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für die zweite Konfiguration des Elektromotors,  FIG. 6 shows an example of the arrangement of windings for the second configuration of the electric motor,
Figur 7 eine dritte Konfiguration des Elektromotors, die auch für einen Fehlerfall geeignet ist,  FIG. 7 shows a third configuration of the electric motor, which is also suitable for a fault,
Figur 8 ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für die dritte Konfiguration des Elektromotors,  FIG. 8 shows an example of the arrangement of windings for the third configuration of the electric motor,
Figur 9 Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Konfigurieren eines Elektromotors, FIG. 9 shows method steps of a method for configuring an electric motor;
Figur 10 Einheiten eines Elektroautos,  Figure 10 units of an electric car,
Figur 11 ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für eine vierte Konfiguration des Elektromotors, und  11 shows an example of the arrangement of windings for a fourth configuration of the electric motor, and
Figur 12 ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für eine fünfte Konfiguration des Elektromotors. Figure 12 shows an example of the arrangement of windings for a fifth configuration of the electric motor.
Die Figur 1 zeigt einen Radnabenmotor 10, der auf einer Fahrzeugachse 12 angeordnet ist. Es handelt sich bspw. um einen Innenläufermotor . FIG. 1 shows a wheel hub motor 10 which is arranged on a vehicle axle 12. It is, for example, an internal rotor motor.
Ein Radiallager 16 ist mit seiner Innenseite auf der Fahrzeugachse 12 befestigt und an seiner Außenseite in einem Lagerblock 18 gelagert bzw. befestigt. Eine Lauferbasis -Scheibe 20 hat bspw. einen kreisförmigen Umfang und kann die Seitenwand eines Läufergehäuses bilden. Am Umfang der Scheibe 20 sind Permanentmagnete PM1 bis PMn angebracht, z.B. 12 Stück. A radial bearing 16 is fixed with its inside on the vehicle axle 12 and mounted or fastened on its outer side in a bearing block 18. For example, a rotor base disc 20 has a circular circumference and may form the sidewall of a rotor housing. At the periphery of the disc 20, permanent magnets PM1 to PMn are mounted, e.g. 12 pieces.
Das Statorgehäuse 21, trägt Spulen bzw. Wicklungen SP1 bis SPn, z.B. 12 oder 24 Wicklungen, die im folgenden auch mit Wl bis Wn bezeichnet werden. The stator housing 21 carries coils SP1 to SPn, e.g. 12 or 24 windings, which are also referred to below as Wl to Wn.
Am Innenläufer bzw. Rotor, genauer an der Scheibe 20 ist eine Verbund aus einer Felge 22, einem Radkranz 24 und einem Rad- flansch befestigt mit Hilfe von Radschrauben 28, 30 bzw. Radmuttern. Ein Reifen 32 wird von der Felge 22 getragen bzw. stützt sich auf der Felge 22 ab. Der Radnabenmotor 10 kann eine Abmessung entlang seiner Mittelachse M haben, die kleiner als sein Durchmesser ist, insbesondere kleiner als die Hälfte des Durchmessers. Die Länge wird bspw. durch die Länge der Spulen SP1 vorgegeben oder durch die Länge eines Gehäuses. Der Durchmesser wird bspw. durch die Lage der äußeren Flächen der Spulen SP1 bis SPn vorgeben oder durch ein Gehäuse. An Stelle des Radnabenmotors 10 kann auch ein anderer Radnabenmotor verwendet werden, z.B. mit Käfigläufer ( Kurzschluss - ringläufer) . An Stelle eines Radnabenmotors 10 mit Innenläufer kann auch ein Radnabenmotor mit Außenläufer verwendet werden, der Permanentmagnete oder einen Kurzschlussringläufer enthält. On the inner rotor or rotor, more precisely on the disc 20, a composite of a rim 22, a rim 24 and a wheel flange is fastened by means of wheel bolts 28, 30 or wheel nuts. A tire 32 is supported by the rim 22 and rests on the rim 22. The wheel hub motor 10 may have a dimension along its central axis M which is smaller than its diameter, in particular smaller than half the diameter. The length is given, for example, by the length of the coils SP1 or by the length of a housing. The diameter is predefined, for example, by the position of the outer surfaces of the coils SP1 to SPn or by a housing. Instead of the wheel hub motor 10, it is also possible to use another wheel hub motor, for example with a squirrel-cage rotor (short-circuit ring rotor). Instead of a wheel hub motor 10 with internal rotor and a hub motor with external rotor can be used, which contains permanent magnets or a short-circuited ring rotor.
Es lassen sich aber auch andere Elektromotore verwenden, insbesondere ein Asynchronmotor oder ein Synchronmotor mit einer Länge in Längsrichtung der Drehachse, wobei die Länge größer als ein Außendurchmesser des betreffenden Elektromotors ist. However, it is also possible to use other electric motors, in particular an asynchronous motor or a synchronous motor having a length in the longitudinal direction of the axis of rotation, wherein the length is greater than an outer diameter of the relevant electric motor.
Der Elektromotor kann in einer Transportmaschine oder einer anderen Maschine verwendet werden, z.B. in einer Werkzeugmaschine o.ä. Dieselben Prinzipien lassen sich nicht nur bei Motoren sondern auch bei Generatoren anwenden. The electric motor may be used in a haulage machine or other machine, e.g. in a machine tool or similar The same principles apply not only to motors but also to generators.
Die Figur 2 zeigt Betriebszustände in einem Drehzahl n zu Drehmoment M Diagramm. Die Drehzahl n ist auf der waagerechten Achse des Diagramms abgetragen. Das Drehmoment M ist da- gegen auf der vertikalen Achse des Diagramms abgetragen. FIG. 2 shows operating states at a speed n to torque M diagram. The speed n is plotted on the horizontal axis of the diagram. The torque M, on the other hand, is plotted on the vertical axis of the diagram.
Zwei Kurven Kl und K2 sind jeweils einem gleichen Wirkungsgrad zugeordnet, wobei der Wirkungsgrad der Kurve K2 höher als der Wirkungsgrad der Kurve K2 ist. Die Kurven Kl und K2 trennen Gebiete mit voneinander verschiedenen Wirkungsgradenbereichen voneinander ab, wenn der Radnabenmotor nur in einer Konfiguration verwendet wird. In diesem Fall ist der Radna- benmotor bspw. auf einen Betriebzustand B4 hin abgestimmt, für den er mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben wird. Somit betrifft das Gebiet Gl das von der Kurve Kl umfasst wird, ein Gebiet mit Betriebszuständen, die einen hohen Wirkungsgrad haben. Two curves K1 and K2 are each associated with an equal efficiency, wherein the efficiency of the curve K2 is higher than the efficiency of the curve K2. The curves K1 and K2 separate regions having different degrees of efficiency from each other when the hub motor is used in only one configuration. In this case, the radar For example, it is tuned to an operating state B4, for which it is operated with a high degree of efficiency. Thus, the area Gl encompassed by the curve Kl refers to an area having operating states that have high efficiency.
Ein Gebiet G2 zwischen den Kurven Kl und K2 betrifft dagegen Betriebszustände mit mittlerem Wirkungsgrad, z.B. einen Betriebszustand B3. A region G2 between curves K1 and K2, on the other hand, relates to medium efficiency operating states, e.g. an operating condition B3.
Ein Gebiet G3 liegt links und unterhalb der Kurve K2 und betrifft Betriebszustände mit einem kleinen Wirkungsgrad, siehe Betriebszustände Bl und B2. Mit der vorliegenden Erfindung wird nun ein Ansatz gewählt, bei dem nicht mehr nur eine Konfiguration des Elektromotors verwendet wird sondern mehrere Konfigurationen. Damit kann im Betriebszustand Bl beim Anfahren bspw. das gleiche Moment M des Motors erzielt werden, wie im Betriebszustand B4 , z.B. Fahren im Augenblick des Beschleunigens bei hoher Drehzahl, d.h. vier oder fünf Personen plus ggf. Gepäck. Das Konfigurieren des Radnabenmotors 10 wird an Hand der folgenden Figuren 3 bis 12 näher erläutert. Die Figur 3 zeigt Einheiten zur Konfiguration und zum Betrieb eines Elektromotors 54, z.B. des Radnabenmotors 10, nämlich:An area G3 lies to the left and below the curve K2 and relates to operating states with a low efficiency, see operating states Bl and B2. With the present invention, an approach is now chosen in which not only a configuration of the electric motor is used but a plurality of configurations. Thus, in the operating state Bl when starting, for example, the same torque M of the motor can be achieved, as in the operating state B4, e.g. Driving at the moment of acceleration at high speed, i. four or five people plus any luggage. The configuration of the wheel hub motor 10 will be explained in more detail with reference to the following figures 3 to 12. Figure 3 shows units for configuring and operating an electric motor 54, e.g. the wheel hub motor 10, namely:
- eine Regelung/Steuerung 50, und a control 50, and
- eine Leistungselektronik 52. Der Motor 10, 54 kann bspw. eine Zahnspulenwicklung enthalten. Der Motor 10, 54 kann als Außenläufer oder als Innenläufer realisiert sein. An Stelle einer Zahnspulenwicklung können auch andere Wicklungsschemata verwendet werden, z.B.  - A power electronics 52. The motor 10, 54 may, for example. Include a tooth coil winding. The motor 10, 54 can be realized as an external rotor or as an internal rotor. Instead of a tooth coil winding, other winding schemes may be used, e.g.
ZweiSchicht -Bruchlochwicklung, ZweiSchicht -Ganzlochwicklung, usw. Two-layer break hole winding, two-layer full-turn winding, etc.
Die Regelung/Steuerung 50 enthält ihrerseits: - eine Ansteuereinheit 56, The controller 50 includes: a drive unit 56,
- eine Regeleinheit 58, und  a control unit 58, and
- eine Auswahleinheit 60. Die Ansteuereinheit 56 enthält bspw. eine Anzahl von Pulswei- tenmodulations -Schaltungen (PWM - Puls Width Modulation) bzw. PWM-Schaltungspaaren, die mit der Anzahl von Halbbrückenschaltungen im Falle einer Leistungselektronik 52 mit Halbbrücken bzw. mit der Anzahl von Vollbrückenschaltung in der Leistungselektronik 52 übereinstimmt.  a selection unit 60. The drive unit 56 contains, for example, a number of pulse width modulation circuits (PWM) or PWM circuit pairs which correspond to the number of half-bridge circuits in the case of power electronics 52 with half bridges or with the number of full bridge circuit in the power electronics 52 matches.
Die Regeleinheit 58 enthält bspw. für jede einstellbare Konfiguration eine eigene Regelung/Steuerung oder zumindest für jede einstellbare Konfiguration eigene Regelungsparameter (Zeitkonstanten der Regler, Verstärkungsfaktoren der Regler, Führungsgrößen, Stellgrößen oder Regelgrößen) bzw. Modellparameter. Bei der Regelung liegt eine geschlossene Wirkungs- kette vor in der eine Regeldifferenz, die sich aus Istwert und Sollwert der Regelgröße ergibt, möglichst klein wird. Ein Beispiel für eine Regelung ist die feldorientierte Regelung. Bei einer Steuerung liegt dagegen eine offene Wirkungskette vor . The control unit 58 contains, for example, for each adjustable configuration its own control / control or at least for each adjustable configuration own control parameters (time constants of the controller, gain factors of the controller, command values, manipulated variables or controlled variables) or model parameters. In closed-loop control there is a closed loop in which a control difference, which results from the actual value and setpoint of the controlled variable, becomes as small as possible. An example of a regulation is field-oriented regulation. In the case of a controller, on the other hand, there is an open chain of effects.
Die Auswahleinheit 60 wählt abhängig vom Betriebszustand des Motors 54 bzw. einer Maschine, die diesen Motor 54 enthält, eine geeignete Konfiguration des Motors 54 aus und veranlasst das Konfigurieren entsprechend der ausgewählten Konfiguration. Der Aufbau der Auswahleinheit 60 wird unten an Hand der Figur 10 noch näher erläutert. The selection unit 60 selects a suitable configuration of the motor 54 depending on the operating state of the engine 54 or a machine including this motor 54, and causes the configuration corresponding to the selected configuration. The structure of the selection unit 60 will be explained in more detail below with reference to FIG.
Die Leistungselektronik 52 enthält Halbbrücken 62 bis 66. Alternativ können an stelle der Halbbrücken 62 bis 66 auch Vollbrücken verwendet werden. Beispielsweise hat der Elektromotor 54 zwölf oder mehr als zwölf Wicklungen Wl bis Wn. Die Leistungselektronik 52 kann dann bspw. zwölf oder mehr als zwölf Halbbrücken im Falle einer Leistungselektronik 52 mit Halbbrücken bzw. zwölf oder mehr Vollbrücken im Fall einer Leistungselektronik 52 mit Vollbrücken enthalten. Somit kann bei zumindest einer Konfiguration eine separate Ansteuerung der Wicklungen mit jeweils einer Halbbrücke oder mit jeweils einer Vollbrücke erfolgen. The power electronics 52 includes half bridges 62 to 66. Alternatively, instead of the half bridges 62 to 66 and full bridges can be used. For example, the electric motor 54 has twelve or more than twelve windings Wl to Wn. The power electronics 52 can then, for example, twelve or more than twelve half bridges in the case of a power electronics 52 with half bridges or twelve or more full bridges in the case of Power electronics 52 with full bridges included. Thus, in at least one configuration, a separate control of the windings, each with a half-bridge or each with a full bridge done.
Die Figur 4 zeigt eine erste Konfiguration Kl des Elektromotors 54 mit bspw. zwölf Wicklungen Wl bis W12, wobei aus Symmetriegründen nur die Wicklungen Wl bis W6 dargestellt sind. Die den Wicklungen W7 bis W12 zugeordneten Schaltbrücken wer- den wie die den Wicklungen Wl bis W6 zugeordneten Schaltbrücken angesteuert bei entgegengesetztem Wicklungssinn der Wicklungen W7 bis W12 im Vergleich zum Wicklungssinn der Wicklungen Wl bis W6. Bei gleichem Wicklungssinn/Beschaltung werden die Wicklungen W7 bis W12 zugeordneten Schaltbrücken invers zu den Wicklungen Wl bis W6 zugeordneten Schaltbrücken angesteuert, wobei hier invers bedeutet, dass bspw. die An- steuersignale für den oberen Brückentransistor/-schalter und die Ansteuersignale für den unteren Brückentransistor/ - Schalter vertauscht werden. FIG. 4 shows a first configuration K1 of the electric motor 54 with, for example, twelve windings W1 to W12, wherein only the windings W1 to W6 are shown for reasons of symmetry. The switching bridges associated with the windings W7 to W12 are, like the switching bridges assigned to the windings W1 to W6, driven in the opposite direction of winding of the windings W7 to W12 in comparison to the winding sense of the windings W1 to W6. With the same sense of winding / wiring, the windings W7 to W12 associated with switching bridges inversely to the windings Wl to W6 associated switching bridges are driven, inversely means that, for example, the control signals for the upper bridge transistor / switch and the drive signals for the lower bridge transistor / - switches are reversed.
In der Konfiguration Kl werden sechs Phasen zur Ansteuerung der Halbbrücken HB1 bis HB12 verwendet, wobei die Halbbrücken HB6 bis HB12 nicht dargestellt sind, wegen der oben erwähnten Symmetrie des Motors 54. Alternativ werden nur die sechs Halbbrücken HB1 bis HB6 verwendet, wie unten noch näher erläutert ist. In the configuration K1, six phases are used to drive the half-bridges HB1 to HB12, with the half-bridges HB6 to HB12 not shown because of the above-mentioned symmetry of the motor 54. Alternatively, only the six half-bridges HB1 to HB6 are used, as will be described in more detail below is explained.
Die Wicklungen Wl bis W12 sind an einem Sternpunkt SP miteinander verbunden. Für die anderen Enden der Wicklungen Wl bis W6 liegt die folgende Schaltung vor: The windings Wl to W12 are connected to each other at a neutral point SP. For the other ends of the windings W1 to W6, the following circuit is present:
- die Wicklung Wl ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB1 verbunden, wobei der Mittelknoten an die Arbeitsstrecken beider Schaltelemente der Halbbrücke angeschlossen ist, was auch für die anderen Halbbrücken gilt.  - The winding Wl is connected to the center node of the half-bridge HB1, wherein the central node is connected to the working distances of both switching elements of the half-bridge, which also applies to the other half-bridges.
- die Wicklung W2 ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB2 verbunden, - die Wicklung W3 ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB3 verbunden, the winding W2 is connected to the middle node of the half-bridge HB2, the winding W3 is connected to the middle node of the half-bridge HB3,
- die Wicklung W4 ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB4 verbunden,  the winding W4 is connected to the middle node of the half-bridge HB4,
- die Wicklung W5 ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB5 verbunden, und - The winding W5 is connected to the center node of the half-bridge HB5, and
- die Wicklung W6 ist mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB6 verbunden . Das untere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB6 ist jeweils mit einer gemeinsamen Minusleitung 100 verbunden.  - The winding W6 is connected to the center node of the half-bridge HB6. The lower switching element of the half bridges HB1 to HB6 is in each case connected to a common minus line 100.
Das obere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB6 ist jeweils mit einer gemeinsamen Plusleitung 102 verbunden. Jede Halbbrücke HB1 bis HB6 wird durch ein Ansteuersignal -The upper switching element of the half bridges HB1 to HB6 is in each case connected to a common positive line 102. Each half-bridge HB1 to HB6 is controlled by a drive signal.
Leitungspaar Sl bis S6 gesteuert, wobei die eine Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des oberen Schaltelements, z.B. Gate, und die andere Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des unteren Schaltelements der betref- fenden Halbbrücke führt. Line pair Sl controlled to S6, wherein the one control line respectively to a control terminal of the upper switching element, e.g. Gate, and the other drive line in each case leads to a control terminal of the lower switching element of the respective half-bridge.
In der Konfiguration Kl sind die sechs Phasen zueinander mit zunehmender Phasenverschiebung zwischen einander benachbarten Phasen angeordnet, d.h. z.B. 0 Winkelgrad, 60, 120, 180, 240, und 300 Winkelgrad. Auf Grund der Verwendung von sechs Phasen zur Ansteuerung von zwölf Wicklungen Wl bis W12 ergibt sich eine erste Teilmaschine des Elektromotors 12 mit eigener Drehmomentkennlinie in Abhängigkeit von Drehzahl. Auch der Wirkungsgrad der ersten Teilmaschine ist abhängig von der Drehzahl anders als bei anderen Teilmaschinen, die bspw. unten an Hand der Figuren 5 bis 8 noch näher erläutert werden. In the configuration K1, the six phases are arranged one another with increasing phase shift between adjacent phases, i. e.g. 0 angular degrees, 60, 120, 180, 240, and 300 degrees of angle. Due to the use of six phases for controlling twelve windings W1 to W12, a first sub-machine of the electric motor 12 with its own torque characteristic as a function of speed results. The efficiency of the first part of the machine is dependent on the speed unlike other sub-machines, which, for example. Below with reference to the figures 5 to 8 will be explained in more detail.
Die zu den nicht dargestellten Wicklungen W6 bis W12 gehörenden Halbbrücken werden wie die Halbbrücken der Wicklungen Wl bis W6 angesteuert basierend auf den sechs Phasen. Es kann jedoch auch mit nur sechs Halbbrücken größerer Leistung gearbeitet werden, wenn die Halbbrücke HB1 bspw. den Strom durch die Wicklungen Wl und W7, die Halbbrücke HB2 den Strom durch die Wicklungen W2 und W8 usw. steuert. The half-bridges belonging to the unillustrated windings W6 to W12 are driven like the half-bridges of the windings W1 to W6 based on the six phases. However, it can also be worked with only six half-bridges greater power when the half-bridge HB1, for example. The current through the windings Wl and W7, the half-bridge HB2 controls the current through the windings W2 and W8 and so on.
Für die Figur 4 gilt, Q = 12, p = 1 und m = 6, wobei Q die Anzahl der genutzten Nuten, p die Polpaarzahl und m die Anzahl der elektrischen Phasen sind. Weiterhin gilt: For Figure 4, Q = 12, p = 1 and m = 6, where Q is the number of slots used, p is the pole pair number and m is the number of electrical phases. Furthermore:
q = Q/(2p * m) = 1, q = Q / (2p * m) = 1,
wobei q die Anzahl der benutzen Nuten je Wicklung ist. Die Figur 5 zeigt eine zweite Konfiguration K2 des Elektromotors 54. In der Konfiguration K2 werden nur drei Phasen zur Ansteuerung der Halbbrücken HB1 bis HB12 verwendet, wobei die Halbbrücken HB8 bis HB12 nicht dargestellt sind, wegen der oben erwähnten Symmetrie des Motors 54. Alternativ werden nur die sechs Halbbrücken HB1 bis HB6 verwendet, wie unten noch näher erläutert ist. where q is the number of grooves used per winding. FIG. 5 shows a second configuration K2 of the electric motor 54. In the configuration K2, only three phases are used to drive the half bridges HB1 to HB12, the half bridges HB8 to HB12 not being shown because of the above-mentioned symmetry of the motor 54. Alternatively only the six half bridges HB1 to HB6 used, as explained in more detail below.
Die Wicklungen Wl bis W12 sind an einem Sternpunkt SP miteinander verbunden. Für die anderen Enden der Wicklungen Wl bis W6 liegt die oben an Hand der Figur 4 erläuterte Schaltung vor, d.h. z.B. dass die Wicklung Wl wieder mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB1 verbunden ist. The windings Wl to W12 are connected to each other at a neutral point SP. For the other ends of the windings W1 to W6, the circuit explained above with reference to FIG. 4 is present, i. e.g. that the winding Wl is again connected to the center node of the half-bridge HB1.
Das untere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB12 ist wieder jeweils mit der gemeinsamen Minusleitung 100 verbunden. Das obere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB12 ist jeweils mit der gemeinsamen Plusleitung 102 verbunden. The lower switching element of the half bridges HB1 to HB12 is in each case again connected to the common negative line 100. The upper switching element of the half bridges HB1 to HB12 is respectively connected to the common positive line 102.
Jedoch sind in der Konfiguration K2 die Steueranschlüsse der Halbbrücken HB1 bis HB12 in jeweils Vierergruppen verbunden über Leitungspaare LI bis L3 , Llb, Llc sowie weitere nicht dargestellte Leitungspaare. However, in the configuration K2, the control terminals of the half bridges HB1 to HB12 are each connected in groups of four via line pairs LI to L3, Llb, Llc and other line pairs, not shown.
Jedes Halbbrückenvierergruppe wird durch ein Ansteuersignal - Leitungspaar Sl, S2 bzw. S3 gesteuert, wobei die eine Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des oberen Schaltelements, z.B. Gate, und die andere Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des unteren Schaltelements der betreffenden Halbbrücke führt. Each half-bridge quadrature group is controlled by a drive signal line pair Sl, S2 or S3, wherein the one drive line respectively to a control terminal of the upper switching element, eg gate, and the other drive line respectively leads to a control terminal of the lower switching element of the respective half-bridge.
Es liegt die folgende Verschaltung vor: The following interconnection exists:
- das Leitungspaar LI verbindet die Steuersignale der Hall- brücken HB1 und HB2 , the line pair LI connects the control signals of the Hall bridges HB1 and HB2,
- das Leitungspaar L2 verbindet die Steuersignale der Hall- brücken HB3 und HB4 ,  the line pair L2 connects the control signals of the Hall bridges HB3 and HB4,
- das Leitungspaar L3 verbindet die Steuersignale der Hall- brücken HB5 und HB6 ,  the line pair L3 connects the control signals of the Hall bridges HB5 and HB6,
- das Leitungspaar Llb verbindet die Steuersignale der Hallbrücken HB7 und HB8 ,  the line pair Llb connects the control signals of the Hall bridges HB7 and HB8,
- ein nicht dargestelltes Leitungspaar verbindet die Steuersignale der Hallbrücken HB9 und HB10,  an unillustrated line pair connects the control signals of the Hall bridges HB9 and HB10,
- ein nicht dargestelltes Leitungspaar verbindet die Steuersignale der Hallbrücken HB11 und HB12, und - An unillustrated line pair connects the control signals of the Hall bridges HB11 and HB12, and
- ein Leitungspaar Llc verbindet die Leitungspaare LI und Llb zu der ersten Vierergruppe aus Halbbrücken HB1, HB2, HB7 und HB8.  a line pair Llc connects the line pairs LI and Llb to the first group of four half bridges HB1, HB2, HB7 and HB8.
Für die anderen beiden Vierergruppen HB3 , HB4, HB9 und HB10 bzw. HB5 , HB6 , HB11 und HB12 gibt es ebenfalls noch nicht dargestellte Verbindungsleitungspaare analog zu dem Leitungspaar LI . For the other two groups of four HB3, HB4, HB9 and HB10 or HB5, HB6, HB11 and HB12 there are also not yet shown connecting line pairs analogous to the line pair LI.
In der Konfiguration K2 sind die drei Phasen zueinander mit zunehmender Phasenverschiebung zwischen einander benachbarten Phasen angeordnet, d.h. z.B. 0 Winkelgrad, 120 und 240 Winkelgrad. Auf Grund der Verwendung von drei Phasen zur Ansteu- erung von zwölf Wicklungen Wl bis W12 ergibt sich eine zweite Teilmaschine des Elektromotors 12, mit eigener Drehmoment - kennlinie in Abhängigkeit von der Drehzahl. Auch der Wirkungsgrad der zweiten Teilmaschine ist abhängig von der Drehzahl anders als bei der ersten Teilmaschine bzw. einer unten noch näher erläutert dritten Teilmaschine. Die zu den nicht dargestellten Wicklungen W9 bis W12 gehörenden Halbbrücken werden wie die Halbbrücken der Wicklungen W3 bis W6 angesteuert basierend auf den drei Phasen. Es kann jedoch auch mit nur sechs Halbbrücken größerer Leistung gear- beitet werden, wenn die Halbbrücke HB1 bspw. den Strom durch die Wicklungen Wl und W2 , die Halbbrücke HB3 den Strom durch die Wicklungen W3 und W4 usw. steuert. In the configuration K2, the three phases are arranged in relation to one another with increasing phase shift between adjacent phases, ie, for example, 0 angular degrees, 120 and 240 degrees of angle. Due to the use of three phases for the control of twelve windings W1 to W12, a second sub-machine of the electric motor 12 results, with its own torque characteristic as a function of the rotational speed. The efficiency of the second part of the machine is dependent on the speed differently than in the first part of the machine or a third sub-machine explained in more detail below. The half-bridges belonging to the unillustrated windings W9 to W12 are driven like the half-bridges of the windings W3 to W6 based on the three phases. However, it is also possible to work with only six half-bridges of greater power if the half-bridge HB1, for example, controls the current through the windings W1 and W2, and the half-bridge HB3 controls the current through the windings W3 and W4.
Auch kann ein Betrieb mit nur drei Halbbrücken erfolgen, wenn eine Halbbrücke den Strom durch 4 Wicklungen steuert, z.B. die Halbbrücke HB1 den Strom durch die Wicklungen Wl, W2 , W7 und W8. Also, operation can be done with only three half-bridges when a half bridge controls the current through 4 windings, e.g. the half-bridge HB1 the current through the windings Wl, W2, W7 and W8.
Für die Figur 5 gilt, Q = 12, p = 1 und m = 3, wobei Q die Anzahl der genutzten Nuten, p die Polpaarzahl und m die Anzahl der elektrischen Phasen sind. Weiterhin gilt: For Figure 5, Q = 12, p = 1 and m = 3, where Q is the number of slots used, p is the pole pair number and m is the number of electrical phases. Furthermore:
q = Q/(2p * m) = 2, q = Q / (2p * m) = 2,
wobei q die Anzahl der benutzen Nuten je Wicklung ist. Die Figur 6 zeigt ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für die zweite Konfiguration des Elektromotors 54. Wicklungen gleicher Zahlen werden mit dem selben Sinussignal bzw. Kosinussignal bestromt, wobei es die drei Phasen 1, 2, 3 gibt . where q is the number of grooves used per winding. FIG. 6 shows an example of the arrangement of windings for the second configuration of the electric motor 54. Windings of equal numbers are supplied with the same sine signal or cosine signal, the three phases 1, 2, 3 being present.
In der in der Figur 6 gezeigten Anordnung können die einzelnen Wicklungen bspw. außen am Stator zurückgewickelt werden. Alternativ können zweischichtige Zahnspulenwicklung verwendet werden. Einschichtige Zahnspulwicklungen können bei doppelter Nutenanzahl verwendet werden. Aber auch verteilte Wicklungen sind möglich. In the arrangement shown in FIG. 6, the individual windings can, for example, be wound back on the outside of the stator. Alternatively, two-layered tooth coil winding can be used. Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.
Die Figur 7 zeigt eine dritte Konfiguration K3 des Elektromotors 54, die auch für einen Fehlerfall geeignet ist. In der Konfiguration K3 werden ebenfalls nur drei Phasen zur Ansteu- erung der Halbbrücken HB1, HB3 , HB5 , HB7, HB9 und HB11 verwendet, wobei die Halbbrücken HB6 bis HB12 nicht dargestellt sind, wegen der oben erwähnten Symmetrie des Elektromotors 54. Alternativ werden nur die drei Halbbrücken HB1, HB3 und HB5 verwendet, wie unten noch näher erläutert ist. Die dritte Konfiguration kann aber auch in Fahrsituationen verwendet werden, in denen eine geringere Leistung des Elektromotors 54 benötigt wird und in der kein Fehlerfall vorliegt. FIG. 7 shows a third configuration K3 of the electric motor 54, which is also suitable for a fault. In the configuration K3, only three phases are also used to drive the half bridges HB1, HB3, HB5, HB7, HB9 and HB11, the half bridges HB6 to HB12 not being shown are, because of the above-mentioned symmetry of the electric motor 54. Alternatively, only the three half-bridges HB1, HB3 and HB5 are used, as will be explained in more detail below. However, the third configuration can also be used in driving situations in which a lower power of the electric motor 54 is required and in which there is no fault.
Die Wicklungen Wl bis W12 sind wieder an einem Sternpunkt SP miteinander verbunden. Für die anderen Enden der Wicklungen Wl bis W6 liegt die oben an Hand der Figur 4 erläuterteThe windings Wl to W12 are again connected together at a neutral point SP. For the other ends of the windings Wl to W6 is the above with reference to FIG 4 explained
Schaltung vor, d.h. z.B. dass die Wicklung Wl wieder mit dem Mittelknoten der Halbbrücke HB1 verbunden ist. Circuit before, i. e.g. that the winding Wl is again connected to the center node of the half-bridge HB1.
Das untere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB6 ist wie- der jeweils mit der gemeinsamen Minusleitung 100 verbunden. Das obere Schaltelement der Halbbrücken HB1 bis HB6 ist jeweils mit der gemeinsamen Plusleitung 102 verbunden. The lower switching element of the half bridges HB1 to HB6 is connected to the common minus line 100 again. The upper switching element of the half bridges HB1 to HB6 is connected to the common positive line 102, respectively.
Jedoch werden in der Konfiguration K3 nur die Halbbrücken HB1, HB3, HB5 , HB7 , HB9 und HB11 verwendet. However, in the configuration K3, only the half bridges HB1, HB3, HB5, HB7, HB9 and HB11 are used.
Die Leitungspaare Sl, S3 bzw. S5 werden zur Steuerung der Halbbrücken HB1, HB3 und HB5 genutzt, wobei die eine Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des oberen Schalt- elements, z.B. Gate, und die andere Ansteuerleitung jeweils an einen Steueranschluss des unteren Schaltelements der betreffenden Halbbrücke führt. The line pairs S1, S3 and S5 are used to control the half-bridges HB1, HB3 and HB5, the one drive line each being connected to a control terminal of the upper switching element, e.g. Gate, and the other drive line respectively leads to a control terminal of the lower switching element of the respective half-bridge.
In der Konfiguration K3 sind die drei Phasen zueinander mit zunehmender Phasenverschiebung zwischen einander benachbartenIn configuration K3, the three phases are mutually adjacent with increasing phase shift between each other
Phasen angeordnet, d.h. z.B. 0 Winkelgrad, 120 und 240 Winkelgrad. Auf Grund der Verwendung von drei Phasen zur Ansteu- erung von sechs Wicklungen Wl, W3 , W5, W7, Wp und Wll ergibt sich eine dritte Teilmaschine des Elektromotors 12, mit eige- ner Drehmomentkennlinie in Abhängigkeit von der Drehzahl.Phases are arranged, i. e.g. 0 angular degrees, 120 and 240 degrees of angle. Due to the use of three phases for the control of six windings W1, W3, W5, W7, Wp and Wll, a third sub-machine of the electric motor 12 results, with its own torque characteristic as a function of the rotational speed.
Auch der Wirkungsgrad der dritten Teilmaschine ist abhängig von der Drehzahl anders als bei der ersten Teilmaschine bzw. der zweiten Teilmaschine. The efficiency of the third part machine is dependent from the speed unlike the first part machine or the second part machine.
Die zu den nicht dargestellten Wicklungen W7, W9 und Wll ge- hörenden Halbbrücken werden wie die Halbbrücken der Wicklungen Wl, W3 bzw. W5 angesteuert basierend auf den drei Phasen. Es kann jedoch auch mit nur drei Halbbrücken größerer Leistung gearbeitet werden, wenn die Halbbrücke HB1 bspw. den Strom durch die Wicklungen Wl und W7, die Halbbrücke HB3 den Strom durch die Wicklungen W3 und W9 usw. steuert. The half bridges corresponding to the windings W7, W9 and W11, which are not shown, are driven like the half bridges of the windings W1, W3 and W5 based on the three phases. However, it can also be worked with only three half-bridges greater power when the half-bridge HB1, for example, the current through the windings Wl and W7, the half-bridge HB3 the current through the windings W3 and W9, etc. controls.
Die Konfiguration K3 ist insbesondere geeignet für Fehlerfälle. Tritt bspw. ein Fehler 104 in der Wicklung W6 auf, z.B. Windungsschluss , so kann bspw. von der Konfiguration Kl bzw. K2 auf die Konfiguration K3 umgeschaltet werden. In der Konfiguration K3 wird die Wicklung W6 nicht verwendet, so dass der Fehler keinen Einfluss auf den Betrieb des Elektromotors 54 bzw. eines damit angetriebenen Fahrzeugs hat. Der Fehler 104 könnte sich auch auf die Halbbrücke HB6 beziehen, z.B. Kurzschluss oder Unterbrechung in einer Schalteinheit. Auch in diesem Fall ist die Konfiguration K3 geeignet, den Einfluss des Fehlers 104 so klein wie möglich zu halten und dennoch einen Notbetrieb des Elektromotors 54 zu gewähr- leisten. The configuration K3 is particularly suitable for error cases. For example, if an error 104 occurs in the winding W6, e.g. Windungsschluss, it can, for example, be switched from the configuration Kl or K2 to the configuration K3. In the configuration K3, the winding W6 is not used, so that the fault has no influence on the operation of the electric motor 54 or a vehicle driven therewith. The error 104 could also refer to the half-bridge HB6, e.g. Short circuit or interruption in a switching unit. In this case too, the configuration K3 is suitable for keeping the influence of the fault 104 as small as possible and nevertheless ensuring emergency operation of the electric motor 54.
An Stelle der in den Figuren 4 bis 7 gezeigten Sternschaltungen der Wicklungen Wl bis W12 bzw. Wn können auch Vieleckschaltungen (Mesh) verwendet werden, d.h. z.B. eine Dreieck- Schaltung, Viereckschaltung usw. Bei einer Vieleckschaltung können die Wicklungen Wl bis Wn die Außenseite des Vielecks bilden. Alternativ können die Wicklungen jedoch auch sich überkreuzend verschaltet werden, was als sogenannte Spanne bezeichnet wird (Span) . Für die Figur 7 gilt, Q = 6, p = 1 und m = 3 , wobei Q die Anzahl der genutzten Nuten, p die Polpaarzahl und m die Anzahl der elektrischen Phasen sind. Weiterhin gilt: Instead of the star circuits of the windings W1 to W12 or Wn shown in FIGS. 4 to 7, it is also possible to use polygonal circuits (ie, a delta circuit, square circuit, etc.). In a polygon circuit, the windings W1 to Wn can be the outside of the polygon form. Alternatively, however, the windings can also be cross-connected, which is referred to as a so-called span (span). For Figure 7, Q = 6, p = 1 and m = 3, where Q is the number of slots used, p is the pole pair number and m is the number of electrical phases. Furthermore:
q = Q/(2p * m) = 1, q = Q / (2p * m) = 1,
wobei q die Anzahl der benutzen Nuten je Wicklung ist. where q is the number of grooves used per winding.
Die Figur 8 zeigt ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für die dritte Konfiguration des Elektromotors 54, FIG. 8 shows an example of the arrangement of windings for the third configuration of the electric motor 54.
Im Fehlerfall kann eine von zwei Teilmaschinen verwendet wer- den, d.h. entweder die den Phasen 1, 2, 3 zugeordnete Teilmaschine aus den Wicklungen Wl, W3 , W5, W7, W9 und Wll oder die den Phasen 1', 2' bzw. 3' zugeordnete Teilmaschine aus den Wicklungen W2 , W4 , W6 , W8, W10 und W12. In der in der Figur 8 gezeigten Anordnung können die einzelnen Wicklungen bspw. außen am Stator zurückgewickelt werden. Alternativ können zweischichtige Zahnspulenwicklung verwendet werden. Einschichtige Zahnspulwicklungen können bei doppelter Nutenanzahl verwendet werden. Aber auch verteilte Wicklungen sind möglich. In the event of an error, one of two submachines can be used, i. either the sub-machine assigned to the phases 1, 2, 3 from the windings W1, W3, W5, W7, W9 and W11 or the sub-machine assigned to the phases 1 ', 2' or 3 'from the windings W2, W4, W6, W8 , W10 and W12. In the arrangement shown in FIG. 8, the individual windings can, for example, be wound back on the outside of the stator. Alternatively, two-layered tooth coil winding can be used. Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.
Die Figur 9 zeigt Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Konfigurieren eines Elektromotors, z.B. des Radnabenmotors 10 oder des Elektromotors 54. Figure 9 shows process steps of a method for configuring an electric motor, e.g. the wheel hub motor 10 or the electric motor 54.
Das Verfahren beginnt in einem Verfahrensschritt 201, der im Folgenden kurz auch als Schritt bezeichnet wird. In einem dem Schritt 201 unmittelbar folgenden Schritt 202 wird die Fahrsituation automatisch ermittelt, z.B. von einer zentralen Steuerung eines Fahrzeugs. Die Fahrsituation kann bspw. vom momentanen Drehmoment M, von der Drehzahl n und/oder von anderen Größen abhängen. The method begins in a method step 201, which will also be referred to as step in the following. In a step 202 immediately following step 201, the driving situation is automatically determined, e.g. from a central control of a vehicle. The driving situation may, for example, depend on the instantaneous torque M, on the rotational speed n and / or on other variables.
Danach wird in einem Schritt 203 von der Auswahleinheit 60 bzw. 280, siehe Figur 10, eine Konfiguration mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad für die im Schritt 202 ermittelte Fahrsituation ausgewählt. Dann wird in einem folgenden Schritt 204 auf die ausgewählte Konfiguration umgeschaltet, was bspw. innerhalb kurzer Zeiten möglich ist, z.B. in einer Zeit die kleiner als 100 ms oder sogar kleiner als 10 ms ist. Während des Umschaltens kann der Elektromotor 54 bspw. stromlos geschaltet werden. Thereafter, in a step 203 of the selection unit 60 or 280, see Figure 10, a configuration with the highest possible efficiency for the determined in step 202 driving situation selected. Then, in a following step 204, the selected configuration is switched over, which is possible, for example, within short times, for example in a time that is less than 100 ms or even less than 10 ms. During switching, the electric motor 54, for example, can be switched off.
In einem optionalen Schritt 205 wird geprüft, ob ein Fehlerfall vorliegt, bspw. Erfassen eines Fehlersignals, irregulä- rer Abweichungen usw. Liegt kein Fehler vor, so wird das Verfahren in dem Schritt 202 fortgesetzt und befindet sich dann in einer Schleife aus den Schritten 202 bis 205. In an optional step 205, it is checked whether there is an error case, for example detecting an error signal, irregular deviations, etc. If there is no error, the method is continued in step 202 and is then in a loop from steps 202 to 205.
Diese Schleife wird im Schritt 205 nur dann verlassen, wenn ein Fehlerfall vorliegt. Liegt ein Fehler vor, so wird in einem dem Schritt 205 unmittelbar folgenden Schritt 206 eine Konfiguration ausgewählt, in der der Fehler keine Wirkung oder nur einen möglichst kleinen Einfluss auf den Motorbetrieb hat. Es wird also eine Teilmaschine des Motors abge- schaltet, die den Fehler enthält. This loop is only exited in step 205 if an error occurs. If there is an error, then in a step 205 immediately following step 206, a configuration is selected in which the error has no effect or only the smallest possible influence on the engine operation. So a sub-machine of the engine is switched off, which contains the error.
Kann eine solche Teilmaschine nicht abgeschaltet werden, so wird optional geprüft, ob ein Gegenregeln mit Hilfe einer anderen Teilmaschine des Elektromotors 54 möglich ist. Ist das Gegenregeln möglich, so wird eine entsprechende Konfiguration des Elektromotors 54 gewählt und die Gegenregelung wird aktiviert. Ist ein Gegenregeln nicht möglich, so wird der Elektromotor 54 bspw. automatisch ausgeschaltet. Das Gegenregeln kann auch alternativ zum Abschalten verwendet werden. If such a sub-machine can not be switched off, it is optionally checked whether a counter-regulation with the aid of another sub-machine of the electric motor 54 is possible. If the counter-regulation is possible, a corresponding configuration of the electric motor 54 is selected and the counter-regulation is activated. If a counter-regulation is not possible, the electric motor 54 is, for example, automatically switched off. The counter-regulation can also be used as an alternative to switching off.
Das Verfahren wird in einem Schritt 207 beendet, z.B. durch Ausschalten des Fahrzeugs. The process is terminated in a step 207, e.g. by switching off the vehicle.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Schritt 205 nicht durchgeführt, wobei Fehlerfälle auf andere Art behandelt werden, bspw. vollständiges Abschalten des Elektromotors 54. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch nur im Fehlerfall eine Änderung der Konfiguration durchgeführt werden. Die Figur 10 zeigt Einheiten eines Elektroautos 250, dass mindestens einen Elektromotor MGes bzw. 250 enthält, im Falle von Radnabenmotoren, mindestens zwei Radnabenmotoren MGes bzw. 250. Jeder Motor MGes bzw. 250 enthält mehrere Teil -Maschinen Ml bis Mn, die alternativ zueinander oder auch gleichzeitig konfiguriert werden können. In another embodiment, step 205 is not performed, treating faults in a different manner, such as completely shutting off the electric motor 54. In a further embodiment, a change in the configuration can also be carried out only in the event of an error. FIG. 10 shows units of an electric car 250 containing at least one electric motor MGes or 250, in the case of wheel hub motors, at least two wheel hub motors MGes and 250, respectively. Each motor MGes or 250 contains several sub-machines Ml to Mn, which are alternative to one another or can be configured at the same time.
Halbbrücken oder Vollbrücken 260 dienen zur Ansteuerung der Wicklungen des Motors 250 in den verschiedenen Konfigurationen. Bspw. gibt es mehr als sechs Halbbrücken HB1 bis HBn bzw. Vollbrücken. Half bridges or full bridges 260 serve to drive the windings of the motor 250 in the various configurations. For example. There are more than six half bridges HB1 to HBn or full bridges.
Eine Regelungseinheit 270 enthält Regelkreise oder Steuer- strecken für die einzelnen Konfigurationen. Die Regelungseinheit 270 kann prozessorbasiert sein oder ohne Prozessor arbeiten . A control unit 270 contains control loops or control paths for the individual configurations. The control unit 270 may be processor-based or operate without a processor.
Eine Auswahleinheit 280, die z.B. der Auswahleinheit 60 ent- spricht, dient der Auswahl der Konfigurationen des Elektromotors 250. Die Auswahleinheit 280 enthält bspw.: A selection unit 280, e.g. The selector unit 60 is used to select the configurations of the electric motor 250. The selector unit 280 includes, for example:
- eine Eingabeeinheit EE, über die der Betriebszustand bspw. von einer zentralen Steuerung des Elektroautos 240 übermittelt wird, an input unit EE via which the operating state is transmitted, for example, from a central control of the electric car 240,
- eine Ermittlungseinheit, die die zum jeweiligen Betriebszustand gehörende Konfiguration ermittelt, bspw. unter Verwendung eines Prozessors bzw. Mikroprozessor MP oder eines Mik- rocontrollers und eines elektronischen Speichers M, in dem Programmbefehle und Daten gespeichert sind. a determination unit which determines the configuration belonging to the respective operating state, for example by using a processor or microprocessor MP or a microcontroller and an electronic memory M in which program instructions and data are stored.
- Ausgabeeinheiten AE1, AE2, wobei die Ausgabeeinheit AE1 mit der Regeleinheit 270 gekoppelt ist und die Ausgabeeinheit AE2 bspw. mit einer nicht dargestellten Umschalteinheit. An Stelle des Mikroprozessors MP und des Speichers M kann auch eine elektronische Schaltung ohne Mikroprozessor verwendet werden, z.B. ein FPGA (Field Programmabie Gate Array) . - Output units AE1, AE2, wherein the output unit AE1 is coupled to the control unit 270 and the output unit AE2, for example, with a switching unit, not shown. Instead of the microprocessor MP and the memory M, it is also possible to use an electronic circuit without a microprocessor, eg an FPGA (Field Programmable Gate Array).
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Auswahleinheit 280 auch Bestandteil der zentralen Steuerung des Fahrzeugs / Autos 240 sein. Sollgröße (n) 290 werden der Regelungseinheit 270 (ggf. auch nur Steuerung) vorgegeben von einer zentralen Steuerung des Elektroautos 240, z.B. ein Solldrehmoment. Die Regeleinheit 270 gibt abhängig von der konfigurierten Regelung Regelgröße (n) 292 and die Halbbrücken/Vollbrücken 260 aus. In another embodiment, the selection unit 280 may also be part of the central control of the vehicle / car 240. Target size (s) 290 are given to the control unit 270 (possibly also only control) by a central control of the electric car 240, e.g. a target torque. The control unit 270 outputs controlled variable (s) 292 and half bridges / full bridges 260 depending on the configured control.
Die Halbbrücken/Vollbrücken 260 sind über eine optionale Umschalteinheit mit den Wicklungsanschlüsse 293 verbunden. Mindestens ein Erfassungssignal 294 erfasst bspw. den Strom in den Wicklungen Wl bis Wn und wird zum Regeln verwendet. Das Erfassungssignal kann auch ein Drehzahlsignal sein, dass bspw. mit einem zusätzlichen Drehwinkelsensor erfasst wird. Das Fahrzustandssignal 295 wird in die Auswahleinheit 280 eingegeben . Die Auswahleinheit 280 gibt ein optionales Auswahlsignal 296 an die Regeleinheit 270 aus, um einen für die ausgewählte Konfiguration geeignete Regelung/Steuerung bzw. geeignete Parameter zu konfigurieren. Bspw. wird hier auch die Anzahl der zu verwendenden Phasen berücksichtigt. Bei sechs Phasen kann bspw. eine erste feldorientierte Regelung für die Phasen 1, 3 und 5 verwendet werden. Eine zweite feldorientierte Regelung wird für die Phasen 2, 4 und 6 verwendet. Diese Phasen sind jeweils sinusförmig bzw. kosinusförmig . Andere Regelverfahren werden jedoch ebenfalls verwendet. The half bridges / full bridges 260 are connected to the winding terminals 293 via an optional switching unit. For example, at least one detection signal 294 detects the current in the windings Wl to Wn and is used for the regulation. The detection signal may also be a speed signal that is detected, for example, with an additional rotation angle sensor. The driving state signal 295 is input to the selecting unit 280. The selection unit 280 outputs an optional selection signal 296 to the control unit 270 to configure a control appropriate to the selected configuration or appropriate parameters. For example. Here, too, the number of phases to be used is taken into account. In the case of six phases, for example, a first field-oriented control for phases 1, 3 and 5 can be used. A second field-oriented control is used for phases 2, 4 and 6. These phases are respectively sinusoidal and cosinusoidal. However, other control methods are also used.
Ein optionales Auswahlsignal 298 wird von der Auswahleinheit 280 an eine nicht dargstellte Umschalteinheit gesendet und dient bspw. zum Verschalten der Wicklungen des Elektromotors 250 untereinander und zum Verbinden mit den Halbbrücken HB1 bis HBn bzw. entsprechenden Vollbrücken abhängig von der ausgewählten Konfiguration. An optional selection signal 298 is sent from the selector 280 to a non-illustrated switching unit, and serves for example for interconnecting the windings of the electric motor 250 with each other and for connecting to the half bridges HB1 to HBn or corresponding full bridges depending on the selected configuration.
48 48 48 48 48 48 48 48 48 48
2 2 2 2 2  2 2 2 2 2
3 4 6 1 2  3 4 6 1 2
4 3 2 12 6  4 3 2 12 6
Q = 36 Q = 36
P = 2  P = 2
m = 3 m = 3
q = 3 q = 3
Q = 24 16 24 24 24 Q = 24 16 24 24 24
p 2 2 2 2 2 p 2 2 2 2 2
m = 3 4 6 1 2 m = 3 4 6 1 2
q 2 1 1 6 3 q 2 1 1 6 3
Q 12 12 12 12 8 6 m Q 12 12 12 12 8 6 m
Fig.5/6 Fig.11 Fig.4 Fig.12 Fig.7/8 wobei Q die Anzahl der genutzten Nuten, p die Polpaarzahl und m die Anzahl der elektrischen Phasen sind. Weiterhin gilt: q = Q/ (2p * m) , Fig. 5/6 Fig.11 Fig.4 Fig.12 Fig.7 / 8 where Q is the number of slots used, p is the number of pole pairs and m is the number of electrical phases. Furthermore: q = Q / (2p * m),
wobei q die Anzahl der benutzen Nuten je Wicklung ist. where q is the number of grooves used per winding.
Andere Konfigurationen sind ebenfalls möglich, insbesondere mit nicht ganzzahligem q. Other configurations are also possible, especially with non-integer q.
Neben Zahnspulenwicklungen sind auch Wicklungen möglich, bei denen außen um den Stator herumgewickelt wird. Die Zahlspulenwicklungen können einschichtig oder zweischichtig sein, wobei die zweischichtige Zahnspulenwicklung als Sonderfall der Zweischicht -Bruchlochwicklung angesehen werden kann. Andere verteilte Wicklungen können ebenfalls verwendet werden. In addition to tooth coil windings are also possible, which is wound around the outside of the stator. The number coil windings may be single-layered or two-layered, wherein the two-layered tooth coil winding can be regarded as a special case of the two-layer brushless winding. Other distributed windings can also be used.
Die Figur 11 zeigt ein Beispiel für die Anordnung von Wicklungen für eine vierte Konfiguration des Elektromotors mit Q = 12, p = 1 und m = 2. Die zwei elektrischen Phasen 1 und 2 können wie dargestellt auf die einzelnen Wicklungen in den Nuten verteilt werden. Figure 11 shows an example of the arrangement of windings for a fourth configuration of the electric motor with Q = 12, p = 1 and m = 2. The two electrical phases 1 and 2 can be distributed to the individual windings in the slots as shown.
Die Figur 12 zeigt ein Beispiel für die Anordnung von Wick- lungen für eine fünfte Konfiguration des Elektromotors mit Q = 12, p = 1 und m =4, d.h. vier Phasen, wobei manche Nuten frei bleiben. Auch in den Anordnungen der Figuren 11 und 12 können die einzelnen Wicklungen bspw. außen am Stator zurückgewickelt werden. Alternativ können zweischichtige Zahnspulenwicklung verwendet werden. Einschichtige Zahnspulwicklungen können bei doppelter Nutenanzahl verwendet werden. Aber auch verteilte Wicklungen sind möglich. FIG. 12 shows an example of the arrangement of windings for a fifth configuration of the electric motor with Q = 12, p = 1 and m = 4, ie four phases, with some slots remaining free. Also in the arrangements of Figures 11 and 12, the individual windings, for example, be externally wound back on the stator. Alternatively, two-layered tooth coil winding can be used. Single-layered tooth coil windings can be used with twice the number of grooves. But also distributed windings are possible.
Die an Hand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele können insbesondere mit den in der Einleitung genannten Ausfüh- rungsbeispielen kombiniert werden. Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Es können andere Elektromotoren, andere Polpaarzahlen (Rotor) und andere Wicklungsanzahlen oder Wicklungsschemata verwendet werden. Die Elektromotoren können Gleichstrom- oder Wechsel - strommotore sein, insbesondere Wechselstrommotoren mit mindestens dreiphasigem Drehfeld. The exemplary embodiments explained with reference to the figures can be combined in particular with the exemplary embodiments mentioned in the introduction. The embodiments are not to scale and are not restrictive. Modifications in the context of expert action are possible. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. Other electric motors, other pole pair numbers (rotor) and other winding numbers or winding schemes may be used. The electric motors may be DC or AC motors, in particular AC motors with at least three-phase rotating field.

Claims

Ansprüche claims
1. Auswahleinheit (60, 280) zur Auswahl der Konfiguration (Kl bis K3) eines Elektromotors (10, 54, 250), enthaltend: A selection unit (60, 280) for selecting the configuration (K1 to K3) of an electric motor (10, 54, 250), comprising:
- eine Eingabeeinheit (EE) , die mindestens ein Signal (295) oder Daten empfangen kann, welche einen Fahrzustand (Bl bis B4) einer Transportmaschine (240) oder eine Drehzahl (n) eines Elektromotors (10, 54, 250) angibt, an input unit (EE) capable of receiving at least one signal (295) or data indicating a driving state (Bl to B4) of a haulage machine (240) or a rotational speed (n) of an electric motor (10, 54, 250),
- eine Ermittlungseinheit, die abhängig von dem mit der Ein- gabeeinheit (MP) empfangenen Signal (295) oder Daten eine a determination unit which, depending on the signal (295) received with the input unit (MP), or data
Konfiguration des Elektromotors (10, 54, 250) ermittelt,Configuration of the electric motor (10, 54, 250) determined
- eine Ausgabeeinheit (AE2), die mindestens ein Signal (298) oder Daten ausgibt, das die ausgewählte Konfiguration (Kl bis K3 ) bezeichnet oder vorgibt. an output unit (AE2) which outputs at least one signal (298) or data designating or specifying the selected configuration (K1 to K3).
2. Auswahleinheit (60, 280) nach Anspruch 1, wobei die Ermittlungseinheit (MP) zu einem Fahrzustand (Bl bis B4 ) oder zu einer Drehzahl (n) eine Konfiguration mit hohem Wirkungsgrad des Elektromotors (10, 54, 250) ermittelt. Second selection unit (60, 280) according to claim 1, wherein the determining unit (MP) to a driving state (Bl to B4) or to a rotational speed (n) determines a configuration with high efficiency of the electric motor (10, 54, 250).
3. Auswahleinheit (60, 280) nach Anspruch 2, wobei der Wirkungsgrad durch die Wahl einer für den Fahrzustand (Bl bis B4) oder die Drehzahl (n) geeigneten Anzahl von zu verwendenden Wicklungen (Wl bis Wn) erhöht wird, und wobei sich die Anzahl bei einer ersten Konfiguration (Kl, K2) von der Anzahl bei einer zweiten Konfiguration (K3) unterscheidet, A selection unit (60, 280) according to claim 2, wherein the efficiency is increased by selecting a suitable number of windings (Wl to Wn) to be used for the running condition (Bl to B4) or the number of revolutions (n), and wherein the number in a first configuration (K1, K2) differs from the number in a second configuration (K3),
oder wobei der Wirkungsgrad durch die Wahl einer für den Fahrzustand (Bl bis B4 ) oder die Drehzahl (n) geeigneten Anzahl von Phasen (m) verändert wird, und wobei sich die Anzahl bei einer ersten Konfiguration (Kl, K3 ) von der Anzahl bei einer zweiten Konfiguration (K2) unterscheidet, vorzugsweise bei gleichbleibender Anzahl von verwendeten Wicklungen (Wl bis Wn) . or wherein the efficiency is changed by the selection of a number of phases (m) suitable for the driving state (Bl to B4) or the rotational speed (n), and wherein the number in a first configuration (K1, K3) depends on the number a second configuration (K2), preferably with a constant number of windings used (Wl to Wn).
4. Auswahleinheit (60, 280) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ermittlungseinheit (MP) , zwischen einem fehlerfreien Betrieb des Elektromotors (10, 54, 250) und einem Fehlerbetrieb unterscheidet (205) . 4. Selection unit (60, 280) according to one of the preceding claims, wherein the determination unit (MP), between a error-free operation of the electric motor (10, 54, 250) and a fault operation is different (205).
5. Auswahleinheit (60, 280) nach Anspruch 4, wobei die Er- mittlungseinheit (MP) im Fehlerbetrieb eine Wicklung (W6) nicht verwendet, die eine Fehler (104) enthält. 5. Selection unit (60, 280) according to claim 4, wherein the determination unit (MP) in error operation does not use a winding (W6) which contains an error (104).
6. Auswahleinheit (60, 280) nach Anspruch 4, wobei die Ermittlungseinheit (MP) im Fehlerbetrieb eine Konfiguration auswählt, die es erlaubt, einem durch den Fehler (104) verursachtem Moment (M) entgegen zu regeln oder zu steuern. 6. Selection unit (60, 280) according to claim 4, wherein the determination unit (MP) selects a configuration in the error mode, which allows to control or control a caused by the error (104) Moment (M).
7. Transportmaschine (240) enthaltend eine Auswahleinheit (60, 280) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 7. Transport machine (240) containing a selection unit (60, 280) according to one of the preceding claims.
8. Transportmaschine (240) nach Anspruch 7, enthaltend eine elektronische Ansteuereinheit (56, 260) zur Ansteuerung der Wicklungen (Wl bis Wn) des Elektromotors (10, 54, 250) gemäß von Steuersignalen. 8. Transport machine (240) according to claim 7, comprising an electronic drive unit (56, 260) for driving the windings (Wl to Wn) of the electric motor (10, 54, 250) in accordance with control signals.
9. Transportmaschine (240) nach Anspruch 8, enthaltend eine Regeleinheit (50, 270) zum Erzeugen der Steuersignale gemäß mindestens einem Regelverfahren. 9. Transport machine (240) according to claim 8, comprising a control unit (50, 270) for generating the control signals according to at least one control method.
10. Transportmaschine (240) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, enthaltend eine Konfigurationseinheit, die mit der Ausgabeeinheit (AE2) gekoppelt ist, und die die bezeichnete oder vorgegebene Konfiguration (Kl bis K3 ) einstellt. 10. Transport machine (240) according to one of claims 7 to 9, comprising a configuration unit, which is coupled to the output unit (AE2), and which sets the designated or predetermined configuration (Kl to K3).
11. Transportmaschine (240) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, enthaltend mindestens einen Radnabenmotor (10) . 11. Transport machine (240) according to one of claims 6 to 9, comprising at least one wheel hub motor (10).
12. Verfahren zum Auswählen einer Konfiguration (Kl bis K3 ) eines Elektromotors (10, 54, 250), enthaltend: 12. A method of selecting a configuration (K1 to K3) of an electric motor (10, 54, 250) comprising:
- Erfassen eines ersten Fahrzustands (Bl bis B4) oder einer ersten Drehzahl (n) , - Auswahl einer ersten Konfiguration (Kl, K2 ) eines Elektromotors (10, 54, 250) abhängig von dem erfassten ersten Fahrzustand (Bl bis B4), Detecting a first driving state (Bl to B4) or a first rotational speed (n), Selecting a first configuration (K1, K2) of an electric motor (10, 54, 250) as a function of the detected first driving state (B1 to B4),
- Erfassen eines zweiten Fahrzustands (Bl bis B4) oder einer zweiten Drehzahl (n) ,  Detecting a second driving state (Bl to B4) or a second rotational speed (n),
- Auswahl einer zweiten Konfiguration (K3) des Elektromotors (10, 54, 250) abhängig von dem erfassten zweiten Fahrzustand (Bl bis B4), wobei sich die zweite Konfiguration (K3) von der ersten Konfiguration unterscheidet.  - Selection of a second configuration (K3) of the electric motor (10, 54, 250) depending on the detected second driving state (Bl to B4), wherein the second configuration (K3) differs from the first configuration.
13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei sich die zweite Konfiguration (K3) von der ersten Konfiguration (Kl, K2) hinsichtlich der Anzahl der einbezogenen Wicklungen (Wl bis Wn) unterscheidet , 13. The method according to claim 11, wherein the second configuration (K3) differs from the first configuration (Kl, K2) with regard to the number of included windings (Wl to Wn),
sich die zweite Konfiguration (K2) von der ersten Konfiguration (Kl, K3 ) hinsichtlich der Anzahl von Phasen (m) unterscheidet, vorzugsweise bei gleichbleibender Anzahl von verwendeten Wicklungen (Wl bis Wn) . the second configuration (K2) differs from the first configuration (Kl, K3) in terms of the number of phases (m), preferably with a constant number of windings (Wl to Wn) used.
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Elektromotor (10, 54, 250) in beiden Konfigurationen (Kl bis K3 ) fehlerfrei ist. 14. The method of claim 11 or 12, wherein the electric motor (10, 54, 250) is error-free in both configurations (Kl to K3).
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Konfigurationen (Kl bis K3 ) so ausgewählt werden, dass sich abhängig vom Fahrzustand (Bl bis B4 ) ein möglichst großer Wirkungsgrad beim Betrieb des Elektromotors (10, 54, 250) ergibt . 15. The method according to any one of claims 10 to 12, wherein the configurations (Kl to K3) are selected so that depending on the driving condition (Bl to B4) the greatest possible efficiency results in the operation of the electric motor (10, 54, 250).
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