WO2017186392A1 - Electric machine comprising two connected inverters - Google Patents

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WO2017186392A1
WO2017186392A1 PCT/EP2017/055516 EP2017055516W WO2017186392A1 WO 2017186392 A1 WO2017186392 A1 WO 2017186392A1 EP 2017055516 W EP2017055516 W EP 2017055516W WO 2017186392 A1 WO2017186392 A1 WO 2017186392A1
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switching element
inverter
electrical machine
semiconductor material
electrical
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PCT/EP2017/055516
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Inventor
Thomas Peuser
Klaus Ries-Mueller
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H02M1/008—Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine with at least two connected inverters. Furthermore, the invention relates to a drive train with the electric machine, a vehicle with the drive train and a method for operating the electric machine.
  • Electric machines with multiple inverters are known from the prior art. To provide a scalable electric drive, it is known to operate electrical machine depending on the requirement with multiple inverters. For this example, several inverters are connected in parallel. There is a need to provide even more efficient drives with electric machines and at least two inverters.
  • An electric machine having at least one first winding and a first inverter connected thereto and at least one second winding and a second inverter connected thereto is provided.
  • An inverter comprises at least one switching element.
  • the first inverter comprises a first switching element made of a first semiconductor material.
  • the second inverter comprises a second switching element of a second semiconductor material.
  • An electric machine which comprises at least two windings. At least one inverter is connected to each winding. closed.
  • the at least two inverters each comprise at least one switching element.
  • a first switching element of the first inverter is made of a first semiconductor material.
  • a second switching element from the second inverter is made of a second semiconductor material.
  • the electrical or chemical properties of the two semiconductor materials differ.
  • the different electrical properties relate in particular to the electrical conductivity of the material as a function of applied electric fields, electrical voltages, or electrical currents.
  • the different chemical properties relate in particular to the different chemical elements of which the materials are composed.
  • an electric machine is provided with at least two inverters connected thereto, wherein the inverters have different electrical and / or chemical properties.
  • the first switching element greater conduction and / or switching losses than the second switching element.
  • the first switching element Due to the different semiconductor materials from which the switching elements of the first and the second inverter are made, the first switching element has greater conduction losses or switching losses than the second switching element.
  • an electric machine with two inverters is provided, wherein the inverters have different line and / or switching losses.
  • the first semiconductor material has a smaller band gap than the second semiconductor material.
  • the first semiconductor material is an element semiconductor, for example silicon
  • the second semiconductor material is a compound semiconductor, in particular silicon carbide or gallium nitride.
  • Different semiconductor materials have different band gaps, so that, for example, a semiconductor material with a smaller band gap is used for the first switching element than for the second switching element. Due to the chemical composition also differ in different element semiconductors or compound semiconductors with each other, the band gaps. When using an element semiconductor in an inverter and a compound semiconductor in another inverter even larger band gap differences may arise. The greater the differences between the band gaps, the greater the differences between the electrical and chemical properties of the semiconductor materials and thus also of the individual switching elements and the inverters.
  • an electric drive or an electrical machine with connected inverters is thus provided, wherein the inverters have different electrical and / or chemical properties.
  • the electrical power of the inverters are different in size. In particular, they have a ratio of about 55% to 45%, 60% to 40%, 70% to 30%, or 80% to 20%, 90% to 10%, or vice versa.
  • the inverters of the electric machine have different electrical powers.
  • a single inverter can be operated in a power range up to a maximum power. Within this power range, there is at least one operating point where the single inverter can be operated most efficiently. It is desirable to operate this inverter as possible in this operating point. It is desirable to operate this inverter as possible in this operating point. Since at least two inverters of different high power are connected to the electric machine, at least two different operating points result, in each case one of the two inverters being operated most efficiently.
  • a third efficient operating point results from the joint operation of both inverters in their respective most efficient operating point.
  • an electric drive ie an electrical machine with connected inverters, which can be operated very efficiently in the vicinity of at least one of the three most efficient operating points due to the ability to connect and disconnect the individual inverters and their different sized rated power depending on a power demand
  • the electric machine is designed as a rotary motor. This means that the electric machine has a stator and a rotor, wherein, during operation of the electric machine, the rotor moves concentrically with respect to the stator.
  • an efficiently operable electric machine is provided.
  • the two inverters connected to the electrical machine are designed as two single-tooth control systems of the electrical machine.
  • a separate electronics and thus a separate control for each coil is provided per individual winding or single coil provided within the electrical machine.
  • the first and the second inverters are configured to convert electrical energy of at least one energy source for supplying in each case at least one winding.
  • the inverters connected to the electric machine serve to convert a DC voltage into an AC voltage to supply the electrical windings of the electrical machine.
  • the inverters are electrically connected to at least one energy source.
  • An energy source is a DC source, for example a battery, an accumulator, a fuel cell, a power grid or a different type of power module.
  • the inverters are not connected to a common power source, but several energy sources are available, which are each connected individually or jointly to one or more inverters.
  • an electric machine is provided with connected inverters, which can be supplied very varied with electrical energy.
  • the invention comprises a drive train with an electric machine.
  • a drive train is used for example for driving an electric vehicle.
  • it comprises an energy source or battery Rie and / or a DC / DC converter for supplying the electrical machine.
  • a drive train is provided with an electric machine that can be operated efficiently.
  • the invention comprises a vehicle with a described drive train.
  • the vehicle includes in particular drive wheels for driving the vehicle.
  • a vehicle is thus provided with an electric machine, which can be operated efficiently.
  • the invention relates to a method for operating an electrical machine having at least one first winding and a first inverter connected thereto and at least one second winding and a second inverter connected thereto.
  • An inverter comprises at least one switching element.
  • the first inverter comprises a first switching element of a first semiconductor material and the second inverter a second switching element of a second semiconductor material.
  • the first switching element is operated with a first operating mode and the second switching element with a second operating mode.
  • operating mode are meant, for example, different control methods, signal paths, types of modulation or switching frequencies.
  • a method for operating an electrical machine is thus provided, in which the individual switching elements are operated optimally depending on their electrical and chemical properties.
  • the first switching element is operated at a lower switching frequency than the second switching element during operation of the electric machine. Due to the different semiconductor materials used and their different electrical properties of the first and second switching element, it is possible to operate one switching element at a significantly higher frequency than the other, without causing damage to the inverters or switching elements due to overvoltage or overheating.
  • a substantially lower switching frequency is specified than for the operation of the second module.
  • a switching frequency is predetermined for the operation of the first module, which is at least 10% less than the switching frequency, which is specified for the operation of the second module.
  • a method for operating an electrical machine is thus provided, in which the individual switching elements are operated optimally depending on their electrical and chemical properties.
  • the first switching element is operated with a first drive method, in particular pulse width modulated
  • the second switch element is operated with a second drive method, in particular in block mode.
  • PWM pulse width modulation
  • SVPWM space-vector pulse width modulation
  • block operation can be used as different drive methods, for example.
  • a method for operating an electrical machine is thus provided, in which the individual switching elements are operated optimally depending on their electrical and chemical properties.
  • the invention relates to a computer program which is set up to carry out the methods described so far. Furthermore, the invention comprises a machine-readable storage medium on which the computer program described is stored.
  • FIG. 1 A first figure.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrical machine 100, which has a first winding 110 and a second winding 160.
  • the first winding 110 is three-phase 110_1, 110_2, 110_3 and the second winding 160, 160_1, 160_2, 160_3 is designed in three-phase.
  • a first inverter 120 is connected to the first winding 110 of the electric machine 100.
  • the first inverter 120 has at least one first switching element 130.
  • FIG. 1 shows an inverter 120 which converts a DC input voltage from an energy source 700 into three alternating voltages for supplying the three phases of the first winding 110 of the electrical machine 100 by means of three half-bridges.
  • a half bridge has, for example, two first switching elements 130_1, 130_2 for this purpose.
  • a first switching element 130_1 is connected on the one hand to the positive pole of the energy source 700 and on the other hand to a second first switching element 130_2 whose second terminal is connected to the negative pole of the energy source 700.
  • an alternating voltage can be tapped which serves to supply one phase of the winding 110 of the electric machine 100.
  • the second half-bridge with the switching elements 130_3 and 130_4, and the third half-bridge with the switching elements 130_5 and 130_6 are constructed. According to the exemplary embodiment according to FIG.
  • FIG. 1 shows a drive train 300 that includes the electrical machine 100 with the two inverters 120, 170.
  • the drive train may include the connected or connectable electrical energy source 700.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows an electric machine 100 with a rotor 190 and a concentric stator 195.
  • the electric machine is equipped with so-called single-tooth drives 120_1..120_4 and 170_1..170_8.
  • These single-tooth actuators each include an inverter, which Voltage is converted into an AC voltage to supply the single-tooth windings 110_4..110_7 and 160_4..160_11.
  • the inverters of the single-tooth drivers 120_1..120_4 are equipped with a first switching element 130 made of a first semiconductor material.
  • the Einzelffyan Kunststoffmaschine 170 include inverters, which are equipped with a second switching element 180 made of a second semiconductor material.
  • this electric machine 100 is equipped with four single-tooth drives for the single-tooth windings 110_4..110_7 with, for example, semiconductor elements made of silicon carbide or gallium nitride and equipped with eight single-tooth drives for the single-tooth windings 160_4..160_11 with, for example, silicon semiconductor elements.
  • the electric machine 100 is operated with long-lasting base load with the low-loss single-tooth drives made of silicon carbide.
  • the eight additional Einzelzahnan horrungen comprising switching elements of cheaper semiconductor material, in particular silicon, additionally controlled. Overall, a cost-reduced mixed topology results compared to a topology in which, for example, all the switching elements are made of a compound semiconductor or silicon carbide.
  • FIG. 3 shows a vehicle 400 with a drive train 300.
  • the vehicle 400 includes the drive train 300 with the electrical machine 100 with the two inverters 120, 170.
  • the vehicle 400 may include the connected or connectable electrical energy source 700 or at least one drive wheel 410.
  • FIG. 4 shows a flow chart 950 of a method for operating an electric machine 100 having at least two inverters 120 and 170, wherein the first inverter 120 comprises a first switching element 130 made of a first semiconductor material and the second inverter 170 comprises a second switching element 180 made of a second semiconductor material ,
  • the method starts.
  • the electric machine 100 is operated, wherein the first switching element 130 is operated with a first mode and the second switching element 180 with a second mode.
  • the switching frequencies with which the switching elements 130, 180 are controlled be significantly different, for example. 2 kHz to 10 kHz and 50 kHz or depending on the application, for example in DC-DC converters, 10 kHz and 300 kHz.
  • different types of modulation can be used to control the switching elements 130, 180.
  • the method ends.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Electric machine (100) comprising at least one first winding (110), a first inverter (120) connected to said at least one first winding (110), a second winding (160), and a second inverter (170) connected to the second winding (160). An inverter (120, 170) comprises at least one switching element (130, 180). The first inverter (120) comprises a first switching element (130) made of a first semiconductor material. The second inverter (170) comprises a second switching element (180) made of a second semiconductor material.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Elektrische Maschine mit zwei angeschlossenen Wechselrichtern  Electric machine with two connected inverters
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit mindestens zwei angeschlossenen Wechselrichtern. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit der elektrischen Maschine, ein Fahrzeug mit dem Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betrieb der elektrischen Maschine. The invention relates to an electrical machine with at least two connected inverters. Furthermore, the invention relates to a drive train with the electric machine, a vehicle with the drive train and a method for operating the electric machine.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Maschinen mit mehreren Wechselrichtern sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zur Bereitstellung eines skalierbaren elektrischen Antriebs ist es bekannt, elektrische Maschine je nach Anforderung mit mehreren Wechselrichtern zu betreiben. Hierzu werden beispielsweise mehrere Wechselrichter parallel geschaltet. Es besteht das Bedürfnis, noch effizientere Antriebe mit elektrischen Maschinen und mindestens zwei Wechselrichtern bereitzustellen. Electric machines with multiple inverters are known from the prior art. To provide a scalable electric drive, it is known to operate electrical machine depending on the requirement with multiple inverters. For this example, several inverters are connected in parallel. There is a need to provide even more efficient drives with electric machines and at least two inverters.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Es wird eine elektrische Maschine mit mindestens einer ersten Wicklung und einem daran angeschlossenen ersten Wechselrichter und mindestens einer zweiten Wicklung und einem daran angeschlossenen zweiten Wechselrichter bereitgestellt. Ein Wechselrichter umfasst dabei mindestens ein Schaltelement. Der erste Wechselrichter umfasst ein erstes Schaltelement aus einem ersten Halbleitermaterial. Der zweite Wechselrichter umfasst ein zweites Schaltelement aus einem zweiten Halbleitermaterial. An electric machine having at least one first winding and a first inverter connected thereto and at least one second winding and a second inverter connected thereto is provided. An inverter comprises at least one switching element. The first inverter comprises a first switching element made of a first semiconductor material. The second inverter comprises a second switching element of a second semiconductor material.
Es wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, welche mindestens zwei Wicklungen umfasst. An jede Wicklung ist jeweils mindestens ein Wechselrichter an- geschlossen. Die mindestens zwei Wechselrichter umfassen jeweils mindestens ein Schaltelement. Ein erstes Schaltelement aus dem ersten Wechselrichter ist aus einem ersten Halbleitermaterial gefertigt. Ein zweites Schaltelement aus dem zweiten Wechselrichter ist aus einem zweiten Halbleitermaterial hergestellt. Insbesondere unterscheiden sich die elektrischen oder chemischen Eigenschaften der zwei Halbleitermaterialien. Die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften beziehen sich insbesondere auf die elektrische Leitfähigkeit des Materials in Abhängigkeit von angelegten elektrischen Feldern, elektrischen Spannungen, oder elektrischen Strömen. Die unterschiedlichen chemischen Eigenschaften beziehen sich insbesondere auf die unterschiedlichen chemischen Elemente, aus denen die Materialien zusammengesetzt sind. Vorteilhaft wird eine elektrische Maschine mit mindestens zwei daran angeschlossenen Wechselrichtern bereitgestellt, wobei die Wechselrichter unterschiedliche elektrische und/oder chemische Eigenschaften aufweisen. An electric machine is provided which comprises at least two windings. At least one inverter is connected to each winding. closed. The at least two inverters each comprise at least one switching element. A first switching element of the first inverter is made of a first semiconductor material. A second switching element from the second inverter is made of a second semiconductor material. In particular, the electrical or chemical properties of the two semiconductor materials differ. The different electrical properties relate in particular to the electrical conductivity of the material as a function of applied electric fields, electrical voltages, or electrical currents. The different chemical properties relate in particular to the different chemical elements of which the materials are composed. Advantageously, an electric machine is provided with at least two inverters connected thereto, wherein the inverters have different electrical and / or chemical properties.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Schaltelement größere Leitungs- und/oder Schaltverluste auf als das zweite Schaltelement. In another embodiment of the invention, the first switching element greater conduction and / or switching losses than the second switching element.
Aufgrund der unterschiedlichen Halbleitermaterialien aus denen die Schaltelemente des ersten und des zweiten Wechselrichters hergestellt sind, weist das erste Schaltelement größere Leitungsverluste oder Schaltverluste auf als das zweite Schaltelement. Vorteilhaft wird eine elektrische Maschine mit zwei Wechselrichtern bereitgestellt, wobei die Wechselrichter unterschiedliche Leitungsund/oder Schaltverluste aufweisen. Due to the different semiconductor materials from which the switching elements of the first and the second inverter are made, the first switching element has greater conduction losses or switching losses than the second switching element. Advantageously, an electric machine with two inverters is provided, wherein the inverters have different line and / or switching losses.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Halbleitermaterial einen geringeren Bandabstand auf als das zweite Halbleitermaterial. Insbesondere ist das erste Halbleitermaterial ein Elementhalbleiter, beispielsweise Silizium und insbesondere das zweite Halbleitermaterial ein Verbindungshalbleiter, insbesondere Siliziumcarbid oder Galliumnitrid. In another embodiment of the invention, the first semiconductor material has a smaller band gap than the second semiconductor material. In particular, the first semiconductor material is an element semiconductor, for example silicon, and in particular the second semiconductor material is a compound semiconductor, in particular silicon carbide or gallium nitride.
Unterschiedliche Halbleitermaterialien weisen unterschiedliche Bandabstände auf, so dass beispielsweise für das erste Schaltelement ein Halbleitermaterial mit einem geringeren Bandabstand verwendet wird, als für das zweite Schaltelement. Aufgrund der chemischen Zusammensetzung unterscheiden sich auch bei unterschiedlichen Elementhalbleitern oder Verbindungshalbleitern untereinander die Bandabstände. Bei der Verwendung eines Elementhalbleiters in einem Wechselrichter und eines Verbindungshalbleiters in einem anderen Wechselrichter können noch größere Bandabstandsunterschiede entstehen. Je größer die Unterschiede der Bandabstände zueinander, desto größer auch die Unterschiede der elektrischen und chemischen Eigenschaften der Halbleitermaterialien und damit auch der einzelnen Schaltelemente und der Wechselrichter. Vorteilhaft wird somit ein elektrischer Antrieb oder eine elektrische Maschine mit angeschlossenen Wechselrichtern bereitgestellt, wobei die Wechselrichter unterschiedliche elektrische und/oder chemische Eigenschaften aufweisen. Different semiconductor materials have different band gaps, so that, for example, a semiconductor material with a smaller band gap is used for the first switching element than for the second switching element. Due to the chemical composition also differ in different element semiconductors or compound semiconductors with each other, the band gaps. When using an element semiconductor in an inverter and a compound semiconductor in another inverter even larger band gap differences may arise. The greater the differences between the band gaps, the greater the differences between the electrical and chemical properties of the semiconductor materials and thus also of the individual switching elements and the inverters. Advantageously, an electric drive or an electrical machine with connected inverters is thus provided, wherein the inverters have different electrical and / or chemical properties.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrischen Leistungen der Wechselrichter unterschiedlich groß. Insbesondere weisen sie ein Verhältnis von ungefähr 55% zu 45%, 60% zu 40%, 70% zu 30%, oder 80% zu 20%, 90% zu 10%, oder jeweils umgekehrt auf. In another embodiment of the invention, the electrical power of the inverters are different in size. In particular, they have a ratio of about 55% to 45%, 60% to 40%, 70% to 30%, or 80% to 20%, 90% to 10%, or vice versa.
Die Wechselrichter der elektrischen Maschine weisen unterschiedliche elektrische Leistungen auf. Ein einzelner Wechselrichter kann in einem Leistungsbereich bis zu einer maximalen Leistung betrieben werden. Innerhalb dieses Leistungsbereichs gibt es mindestens einen Betriebspunkt, in dem der einzelnen Wechselrichter am effizientesten betrieben werden kann. Es ist anzustreben, diesen Wechselrichter möglichst in diesem Betriebspunkt zu betreiben. Es ist anzustreben, diesen Wechselrichter möglichst in diesem Betriebspunkt zu betreiben. Da an die elektrische Maschine mindestens zwei Wechselrichter unterschiedlicher großer Leistung angeschlossen sind, ergeben sich mindestens zwei unterschiedliche Betriebspunkte, bei denen jeweils einer der beiden Wechselrichter am effizientesten betrieben wird. Ein dritter effizienter Betriebspunkt ergibt sich aus dem gemeinsamen Betrieb beider Wechselrichter in ihrem jeweiligen effizientesten Betriebspunkt. Vorteilhaft wird ein elektrischer Antrieb bereitgestellt, also eine elektrische Maschine mit daran angeschlossenen Wechselrichtern, der aufgrund der Zu- und Abschaltbarkeit der einzelnen Wechselrichter und derer unterschiedlich großen Nennleistung in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung sehr effizient in der Nähe von mindestens einem der drei effizientesten Betriebspunkte betrieben werden kann. In einer Ausgestaltung der Erfindung, ist die elektrische Maschine als ein Rotationsmotor ausgebildet. Dies bedeutet, die elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf, wobei sich im Betrieb der elektrischen Maschine der Rotor konzentrisch zum Stator bewegt. Vorteilhaft wird eine effizient betreibbare elektrische Maschine bereitgestellt. The inverters of the electric machine have different electrical powers. A single inverter can be operated in a power range up to a maximum power. Within this power range, there is at least one operating point where the single inverter can be operated most efficiently. It is desirable to operate this inverter as possible in this operating point. It is desirable to operate this inverter as possible in this operating point. Since at least two inverters of different high power are connected to the electric machine, at least two different operating points result, in each case one of the two inverters being operated most efficiently. A third efficient operating point results from the joint operation of both inverters in their respective most efficient operating point. Advantageously, an electric drive is provided, ie an electrical machine with connected inverters, which can be operated very efficiently in the vicinity of at least one of the three most efficient operating points due to the ability to connect and disconnect the individual inverters and their different sized rated power depending on a power demand , In one embodiment of the invention, the electric machine is designed as a rotary motor. This means that the electric machine has a stator and a rotor, wherein, during operation of the electric machine, the rotor moves concentrically with respect to the stator. Advantageously, an efficiently operable electric machine is provided.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die zwei an die elektrische Maschine angeschlossenen Wechselrichter als zwei Einzelzahnansteuerungen der elektrischen Maschine ausgestaltet. Bei der Integration der Leistungselektronik in die elektrische Maschine wird je vorgesehener Einzelwicklung oder Einzelspule innerhalb der elektrischen Maschine jeweils eine separate Elektronik und damit eine separate Ansteuerung für die einzelne Spule vorgesehen. Vorteilhaft entfallen bei dieser Technologie verlustbehaftete Leitungsverbindungen zwischen der Leistungselektronik und der elektrischen Maschine. In another embodiment of the invention, the two inverters connected to the electrical machine are designed as two single-tooth control systems of the electrical machine. When integrating the power electronics into the electric machine, a separate electronics and thus a separate control for each coil is provided per individual winding or single coil provided within the electrical machine. Advantageously account for lossy line connections between the power electronics and the electric machine in this technology.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und der zweite Wechselrichter zur Wandlung elektrischer Energie mindestens einer Energiequelle zur Versorgung jeweils mindestens einer Wicklung eingerichtet. In another embodiment of the invention, the first and the second inverters are configured to convert electrical energy of at least one energy source for supplying in each case at least one winding.
Die an die elektrische Maschine angeschlossenen Wechselrichter dienen der Umwandung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung zur Versorgung der elektrischen Wicklungen der elektrischen Maschine. Hierzu sind die Wechselrichter mit mindestens einer Energiequelle elektrisch verbunden. Eine Energiequelle ist eine Gleichstromquelle, beispielsweise eine Batterie, ein Akkumulator, eine Brennstoffzelle, ein Stromnetz oder ein anders geartetes Energiemodul. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Wechselrichter nicht an eine gemeinsame Stromquelle angeschlossen sind, sondern mehrere Energiequellen vorhanden sind, die jeweils einzeln oder auch gemeinsamen an einen oder auch mehre Wechselrichter angeschlossen werden. Vorteilhaft wird eine elektrische Maschine mit daran angeschlossenen Wechselrichtern bereitgestellt, die sehr vielfältig mit elektrischer Energie versorgt werden kann. The inverters connected to the electric machine serve to convert a DC voltage into an AC voltage to supply the electrical windings of the electrical machine. For this purpose, the inverters are electrically connected to at least one energy source. An energy source is a DC source, for example a battery, an accumulator, a fuel cell, a power grid or a different type of power module. Alternatively, there is the possibility that the inverters are not connected to a common power source, but several energy sources are available, which are each connected individually or jointly to one or more inverters. Advantageously, an electric machine is provided with connected inverters, which can be supplied very varied with electrical energy.
Ferner umfasst die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine. Ein derartiger Antriebsstrang dient beispielsweise dem Antrieb eines elektrischen Fahrzeugs. Er umfasst insbesondere eine Energiequelle oder Batte- rie und/ oder einen DC/DC Wandler zur Versorgung der elektrischen Maschine. Vorteilhaft wird ein Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine bereitgestellt, der effizient betrieben werden kann. Furthermore, the invention comprises a drive train with an electric machine. Such a drive train is used for example for driving an electric vehicle. In particular, it comprises an energy source or battery Rie and / or a DC / DC converter for supplying the electrical machine. Advantageously, a drive train is provided with an electric machine that can be operated efficiently.
Ferner umfasst die Erfindung ein Fahrzeug mit einem beschriebenen Antriebsstrang. Das Fahrzeug umfasst insbesondere Antriebsräder zum Antrieb des Fahrzeugs. Vorteilhaft wird somit ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine bereitgestellt, welches effizient betrieben werden kann. Furthermore, the invention comprises a vehicle with a described drive train. The vehicle includes in particular drive wheels for driving the vehicle. Advantageously, a vehicle is thus provided with an electric machine, which can be operated efficiently.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine mit mindestens einer ersten Wicklung und einem daran angeschlossenen ersten Wechselrichter und mindestens einer zweiten Wicklung und einem daran angeschlossenen zweiten Wechselrichter. Ein Wechselrichter umfasst mindestens ein Schaltelement. Der erste Wechselrichter umfasst ein erstes Schaltelement aus einem ersten Halbleitermaterial und der zweite Wechselrichter ein zweites Schaltelement aus einem zweiten Halbleitermaterial. Im Betrieb der elektrischen Maschine werden das erste Schaltelement mit einer ersten Betriebsart und das zweite Schaltelement mit einer zweiten Betriebsart betrieben. Furthermore, the invention relates to a method for operating an electrical machine having at least one first winding and a first inverter connected thereto and at least one second winding and a second inverter connected thereto. An inverter comprises at least one switching element. The first inverter comprises a first switching element of a first semiconductor material and the second inverter a second switching element of a second semiconductor material. During operation of the electric machine, the first switching element is operated with a first operating mode and the second switching element with a second operating mode.
Aufgrund der unterschiedlichen verwendeten Halbleitermaterialien und deren unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften des ersten und des zweiten Schaltelementes besteht die Möglichkeit, das eine Schaltelement mit einer anderen Betriebsart zu betreiben als das andere, ohne dass dadurch eine Schädigung der Wechselrichter oder Schaltelemente aufgrund von Überspannung oder Überhitzung entsteht. Unter Betriebsart sind beispielsweise unterschiedliche Ansteuermethoden, Signalpfade, Modulationsarten oder Schaltfrequenzen zu verstehen. Vorteilhaft wird somit ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine bereitgestellt, bei dem die einzelnen Schaltelemente in Abhängigkeit derer elektrischer und chemischer Eigenschaften optimiert betrieben werden. Due to the different semiconductor materials used and their different electrical properties of the first and second switching element, it is possible to operate one switching element with a different operating mode than the other, without causing damage to the inverters or switching elements due to overvoltage or overheating. By operating mode are meant, for example, different control methods, signal paths, types of modulation or switching frequencies. Advantageously, a method for operating an electrical machine is thus provided, in which the individual switching elements are operated optimally depending on their electrical and chemical properties.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird im Betrieb der elektrischen Maschine das erste Schaltelement mit einer geringeren Schaltfrequenz betrieben als das zweite Schaltelement. Aufgrund der unterschiedlichen verwendeten Halbleitermaterialien und deren unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften des ersten und des zweiten Schaltelementes besteht die Möglichkeit, das eine Schaltelement mit einer deutlich höheren Frequenz zu betreiben als das andere, ohne dass dadurch eine Schädigung der Wechselrichter oder Schaltelemente aufgrund von Überspannung oder Überhitzung entsteht. Das bedeutet, dass für den Betrieb des ersten Moduls eine wesentlich geringere Schaltfrequenz vorgegeben wird als für den Betrieb des zweiten Moduls. Insbesondere wird für den Betrieb des ersten Moduls eine Schaltfrequenz vorgegeben, die mindestens 10% geringer ist als die Schaltfrequenz, die für den Betrieb des zweiten Moduls vorgegeben wird. Vorteilhaft wird somit ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine bereitgestellt, bei dem die einzelnen Schaltelemente in Abhängigkeit derer elektrischer und chemischer Eigenschaften optimiert betrieben werden. In another embodiment of the invention, the first switching element is operated at a lower switching frequency than the second switching element during operation of the electric machine. Due to the different semiconductor materials used and their different electrical properties of the first and second switching element, it is possible to operate one switching element at a significantly higher frequency than the other, without causing damage to the inverters or switching elements due to overvoltage or overheating. This means that for the operation of the first module, a substantially lower switching frequency is specified than for the operation of the second module. In particular, a switching frequency is predetermined for the operation of the first module, which is at least 10% less than the switching frequency, which is specified for the operation of the second module. Advantageously, a method for operating an electrical machine is thus provided, in which the individual switching elements are operated optimally depending on their electrical and chemical properties.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird im Betrieb der elektrischen Maschine das erste Schaltelement mit einem ersten Ansteuerverfahren, insbesondere pulsweitenmoduliert, und das zweite Schaltelement mit einem zweiten Ansteuerverfahren, insbesondere im Blockbetrieb, betrieben. In another embodiment of the invention, during operation of the electrical machine, the first switching element is operated with a first drive method, in particular pulse width modulated, and the second switch element is operated with a second drive method, in particular in block mode.
Aufgrund der unterschiedlichen verwendeten Halbleitermaterialien und deren unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften des ersten und des zweiten Schaltelementes besteht die Möglichkeit, das eine Schaltelement mit einem ersten Ansteuerverfahren und das zweite Schaltelement mit einem zweiten Ansteuerverfahren zu betreiben, ohne dass dadurch eine Schädigung der Schaltelemente oder Wechselrichter aufgrund von unterschiedlichen Belastungen, also Überspannung oder Überhitzung, entsteht. Als unterschiedliche Ansteuerverfahren können je nach Anwendung beispielsweise die Pulsweiten-Modulation (PWM), die space-vector Pulsweiten-Modulation (SVPWM) oder der Blockbetrieb verwendet werden. Vorteilhaft wird somit ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine bereitgestellt, bei dem die einzelnen Schaltelemente in Abhängigkeit derer elektrischer und chemischer Eigenschaften optimiert betrieben werden. Due to the different semiconductor materials used and their different electrical properties of the first and second switching element, it is possible to operate the one switching element with a first driving method and the second switching element with a second driving method, without thereby damaging the switching elements or inverters due to different Loads, ie overvoltage or overheating, arise. Depending on the application, pulse width modulation (PWM), space-vector pulse width modulation (SVPWM) or block operation can be used as different drive methods, for example. Advantageously, a method for operating an electrical machine is thus provided, in which the individual switching elements are operated optimally depending on their electrical and chemical properties.
Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, die bis- her beschriebenen Verfahren auszuführen. Ferner umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist. Furthermore, the invention relates to a computer program which is set up to carry out the methods described so far. Furthermore, the invention comprises a machine-readable storage medium on which the computer program described is stored.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von einigen Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen: In the following, the invention will be explained in more detail with reference to some figures, in which:
Figur 1 FIG. 1
ein schematisch dargestellter elektrischer Antrieb mit einer elektrischen Maschine und zwei daran angeschlossenen Wechselrichtern, a schematically illustrated electric drive with an electric machine and two inverters connected thereto,
Figur 2 FIG. 2
eine schematisch dargestellte elektrische Maschine mit Einzelzahnansteuerun- gen. a schematically illustrated electrical machine with Einzelzahnansteuerun- conditions.
Figur 3 FIG. 3
ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang Figur 4 a schematically illustrated vehicle with a drive train Figure 4
ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des elektrischen Systems a schematic flow diagram of a method for operating the electrical system
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine 100, welche eine erste Wicklung 110 und eine zweite Wicklung 160 aufweist. Die erste Wicklung 110 ist dreiphasig 110_1, 110_2, 110_3 und die zweite Wicklung 160, 160_1, 160_2, 160_3 ist dreiphasig ausgelegt. An die erste Wicklung 110 der elektrischen Maschine 100, ist ein erster Wechselrichter 120 angeschlossen. Der erste Wechselrichter 120 weist mindestens ein erstes Schaltelement 130 auf. Beispielhaft ist in der Figur 1 ein Wechselrichter 120 dargestellt, der eine Eingangsgleichspannung aus einer Energiequelle 700 mittels drei Halbbrücken in drei Wechselspannungen zur Versorgung der drei Phasen der ersten Wicklung 110 der elektrischen Maschine 100 wandelt. Beispielhaft weist eine Halbbrücke hierzu beispielsweise zwei erste Schaltelemente 130_1, 130_2 auf. Ein erstes Schaltelement 130_1 ist einerseits mit dem positiven Pol der Energiequelle 700 verbunden und andererseits mit einem zweiten ersten Schaltelement 130_2, dessen zweiter Anschluss mit dem negativen Pol der Energiequelle 700 verbun- den ist. An einem Zwischenabgriff zwischen den beiden Schaltelementen 130_1 und 130_2 ist bei entsprechender Ansteuerung der Schaltelemente 130_1 und 130_2, eine Wechselspannung abgreifbar, die der Versorgung einer Phase der Wicklung 110 der elektrischen Maschine 100 dient. Analog dazu, sind die zweite Halbbrücke mit den Schaltelementen 130_3 und 130_4, sowie die dritte Halbbrü- cke mit den Schaltelementen 130_5 und 130_6 aufgebaut. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist die elektrische Maschine entsprechend mit einer zweiten Wicklung 160 mit den Phasen 160_1, 160_2 und 160_3 ausgestattet, und wird von einem zweiten Wechselrichter 170 mit den Schaltelementen 180_1..180_6.. versorgt. Der zweite Wechselrichter 170 ist analog zu dem ersten Wechselrichter 120 an den Eingangsanschlüssen mit der Energiequelle 700 verbunden. Die Schaltelemente 130 des ersten Wechselrichters sind beispielsweise aus einem ersten Halbleitermaterial und die Schaltelemente 180 des zweiten Wechselrichters sind beispielsweise aus einem zweiten Halbleitermaterial gefertigt. Daraus ergeben sich je nach gewähltem Betriebspunkt oder Betriebsart un- terschiedliche Wirkungsgrade für die beiden Wechselrichter 120 und 170. Weiter zeigt Figur 1 einen Antriebsstrang 300, der die elektrische Maschine 100 mit den zwei Wechselrichtern 120, 170 umfasst. Insbesondere kann der Antriebsstrang die angeschlossene beziehungsweise anschließbare elektrische Energiequelle 700 umfassen. FIG. 1 shows a schematic representation of an electrical machine 100, which has a first winding 110 and a second winding 160. The first winding 110 is three-phase 110_1, 110_2, 110_3 and the second winding 160, 160_1, 160_2, 160_3 is designed in three-phase. To the first winding 110 of the electric machine 100, a first inverter 120 is connected. The first inverter 120 has at least one first switching element 130. By way of example, FIG. 1 shows an inverter 120 which converts a DC input voltage from an energy source 700 into three alternating voltages for supplying the three phases of the first winding 110 of the electrical machine 100 by means of three half-bridges. By way of example, a half bridge has, for example, two first switching elements 130_1, 130_2 for this purpose. A first switching element 130_1 is connected on the one hand to the positive pole of the energy source 700 and on the other hand to a second first switching element 130_2 whose second terminal is connected to the negative pole of the energy source 700. At an intermediate tap between the two switching elements 130_1 and 130_2, with appropriate control of the switching elements 130_1 and 130_2, an alternating voltage can be tapped which serves to supply one phase of the winding 110 of the electric machine 100. Analogously, the second half-bridge with the switching elements 130_3 and 130_4, and the third half-bridge with the switching elements 130_5 and 130_6 are constructed. According to the exemplary embodiment according to FIG. 1, the electric machine is accordingly equipped with a second winding 160 with the phases 160_1, 160_2 and 160_3, and is supplied with the switching elements 180_1..180_6 .. by a second inverter 170. The second inverter 170 is connected to the power source 700 analogously to the first inverter 120 at the input terminals. The switching elements 130 of the first inverter are made of a first semiconductor material, for example, and the switching elements 180 of the second inverter are made of a second semiconductor material, for example. This results in different efficiencies for the two inverters 120 and 170, depending on the selected operating point or mode of operation. Furthermore, FIG. 1 shows a drive train 300 that includes the electrical machine 100 with the two inverters 120, 170. In particular, the drive train may include the connected or connectable electrical energy source 700.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbespiel der Erfindung. Insbesondere zeigt die Figur 2 eine elektrische Maschine 100 mit einem Rotor 190 und einem konzentrischen Stator 195. Die elektrische Maschine ist mit sogenannten Einzel- zahnansteuerungen 120_1..120_4 und 170_1..170_8 ausgestattet ist. Diese Ein- zelzahnansteuerungen umfassen jeweils einen Wechselrichter, der eine Gleich- Spannung in eine Wechselspannung wandelt, zur Versorgung der Einzelzahnwicklungen 110_4..110_7 und 160_4..160_11. Erfindungsgemäß sind die Wechselrichter der Einzelzahnansteuerungen 120_1..120_4 mit einem ersten Schaltelement 130 aus einem ersten Halbleitermaterial ausgestattet. Die Einzelzahnansteuerungen 170 umfassen Wechselrichter, die mit einem zweiten Schaltelement 180 aus einem zweiten Halbleitermaterial ausgestattet sind. Beispielsweise ist diese elektrische Maschine 100 mit vier Einzelzahnansteuerungen für die Einzelzahnwicklungen 110_4..110_7 mit beispielsweise Halbleiterelementen aus Si- liziumcarbid oder Galliumnitrid ausgestattet und mit acht Einzelzahnansteuerungen für die Einzelzahnwicklungen 160_4..160_11 mit beispielsweise Halbleiterelementen aus Silizium ausgestattet. Insbesondere wird die elektrische Maschine 100 bei lang andauernder Grundlast mit den verlustarmen Einzelzahnansteuerungen aus Siliziumcarbid betrieben. Falls eine besonders hohe Leistung erforderlich ist werden beispielsweise die acht zusätzlichen Einzelzahnansteuerungen, die Schaltelemente aus günstigerem Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium umfassen, zusätzlich angesteuert. Insgesamt ergibt sich eine kostenreduzierte Mischtopologie im Vergleich zu einer Topologie bei der beispielsweise sämtliche Schaltelemente aus einem Verbindungshalbleiter oder Siliziumcarbid hergestellt sind. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention. In particular, FIG. 2 shows an electric machine 100 with a rotor 190 and a concentric stator 195. The electric machine is equipped with so-called single-tooth drives 120_1..120_4 and 170_1..170_8. These single-tooth actuators each include an inverter, which Voltage is converted into an AC voltage to supply the single-tooth windings 110_4..110_7 and 160_4..160_11. According to the invention, the inverters of the single-tooth drivers 120_1..120_4 are equipped with a first switching element 130 made of a first semiconductor material. The Einzelzahnansteuerungen 170 include inverters, which are equipped with a second switching element 180 made of a second semiconductor material. For example, this electric machine 100 is equipped with four single-tooth drives for the single-tooth windings 110_4..110_7 with, for example, semiconductor elements made of silicon carbide or gallium nitride and equipped with eight single-tooth drives for the single-tooth windings 160_4..160_11 with, for example, silicon semiconductor elements. In particular, the electric machine 100 is operated with long-lasting base load with the low-loss single-tooth drives made of silicon carbide. If a particularly high power is required, for example, the eight additional Einzelzahnansteuerungen comprising switching elements of cheaper semiconductor material, in particular silicon, additionally controlled. Overall, a cost-reduced mixed topology results compared to a topology in which, for example, all the switching elements are made of a compound semiconductor or silicon carbide.
Figur 3 zeigt ein Fahrzeug 400 mit einem Antriebsstrang 300. Das Fahrzeug 400 umfasst den Antriebsstrang 300 mit der elektrischen Maschine 100 mit den zwei Wechselrichtern 120, 170. Insbesondere kann das Fahrzeug 400 die angeschlossene beziehungsweise anschließbare elektrische Energiequelle 700 oder mindestens ein Antriebsrad 410 umfassen. FIG. 3 shows a vehicle 400 with a drive train 300. The vehicle 400 includes the drive train 300 with the electrical machine 100 with the two inverters 120, 170. In particular, the vehicle 400 may include the connected or connectable electrical energy source 700 or at least one drive wheel 410.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm 950 eines Verfahrens zum Betrieb einer elektrischen Maschine 100 mit mindestens zwei Wechselrichtern 120 und 170, wobei der erste Wechselrichter 120 ein erstes Schaltelement 130 aus einem ersten Halbleitermaterial umfasst und der zweite Wechselrichter 170 ein zweites Schaltelement 180 aus einem zweiten Halbleitermaterial umfasst. Mit Schritt 960 startet das Verfahren. In Schritt 970 wird die elektrische Maschine 100 betrieben, wobei das erste Schaltelement 130 mit einer ersten Betriebsart und das zweite Schaltelement 180 mit einer zweiten Betriebsart betrieben wird. Beispielsweise können sich die Schaltfrequenzen, mit denen die Schaltelemente 130, 180 angesteuert werden, signifikant unterscheiden, bspw. 2 kHz bis 10 kHz und 50 kHz oder je nach Einsatz, beispielsweise bei Gleichspannungswandlern, 10 kHz und 300 kHz. Alternativ oder zusätzlich können unterschiedliche Modulationsarten zur Ansteuerung der Schaltelemente 130, 180 angewendet werden. Mit Schritt 980 endet das Verfahren. FIG. 4 shows a flow chart 950 of a method for operating an electric machine 100 having at least two inverters 120 and 170, wherein the first inverter 120 comprises a first switching element 130 made of a first semiconductor material and the second inverter 170 comprises a second switching element 180 made of a second semiconductor material , At step 960, the method starts. In step 970, the electric machine 100 is operated, wherein the first switching element 130 is operated with a first mode and the second switching element 180 with a second mode. For example, the switching frequencies with which the switching elements 130, 180 are controlled be significantly different, for example. 2 kHz to 10 kHz and 50 kHz or depending on the application, for example in DC-DC converters, 10 kHz and 300 kHz. Alternatively or additionally, different types of modulation can be used to control the switching elements 130, 180. At step 980, the method ends.

Claims

Ansprüche claims
1. Elektrische Maschine (100) mit mindestens einer ersten Wicklung (110) und einem daran angeschlossenen ersten Wechselrichter (120) 1. Electrical machine (100) with at least one first winding (110) and a first inverter (120) connected thereto
und mindestens einer zweiten Wicklung (160) und einem daran angeschlossenen zweiten Wechselrichter (170), wobei ein Wechselrichter (120, 170) mindestens ein Schaltelement (130, 180) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wechselrichter (120) ein erstes Schaltelement (130) aus einem ersten Halbleitermaterial umfasst und der zweite Wechselrichter (170) ein zweites Schaltelement (180) aus einem zweiten Halbleitermaterial umfasst.  and at least one second winding (160) and a second inverter (170) connected thereto, wherein an inverter (120, 170) comprises at least one switching element (130, 180), characterized in that the first inverter (120) comprises a first switching element (120). 130) comprises a first semiconductor material and the second inverter (170) comprises a second switching element (180) made of a second semiconductor material.
2. Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (130) größere Lei- tungs- und/ oder Schaltverluste aufweist als das zweite Schaltelement (180). 2. Electrical machine (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first switching element (130) has greater conduction losses and / or switching losses than the second switching element (180).
3. Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das erste Halbleitermaterial einen geringeren Bandabstand aufweist als das zweite Halbleitermaterial, wobei insbesondere das erste Halbleitermaterial ein Elementhalbleiter oder Silizium ist und insbesondere das zweite Halbleitermaterial ein Verbindungshalbleiter oder Sil i - ziumcarbid ist. 3. Electrical machine (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first semiconductor material has a smaller band gap than the second semiconductor material, wherein in particular the first semiconductor material is an elemental semiconductor or silicon and in particular the second semiconductor material is a compound semiconductor or silicon carbide is.
4. Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leistungen der Wechselrichter (120, 170) unterschiedlich groß sind, insbesondere ein Verhältnis von ungefähr 55/45%, 60/40%, 70/30%, 80/20% oder 90/10% oder jeweils umgekehrt aufweisen. 4. Electrical machine (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical powers of the inverters (120, 170) are of different sizes, in particular a ratio of approximately 55/45%, 60/40%, 70/30%, 80/20% or 90/10% or vice versa.
5. Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrische Maschine (100) ein Rotationsmotor ist. 5. Electrical machine (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical machine (100) is a rotary motor.
Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Wechselrichter (120, 170) als zwei Einzelzahnansteuerungen (220, 270) ausgestaltet sind. Electric machine (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the two inverters (120, 170) as two Einzelzahnansteuerungen (220, 270) are configured.
7. Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Wechselrichter (120,7. Electrical machine (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second inverter (120, 120)
170) zur Wandlung elektrischer Energie mindestens einer Energiequelle (700) zur Versorgung jeweils mindestens einer Wicklung (110, 160) eingerichtet sind. 170) for converting electrical energy of at least one energy source (700) for supplying in each case at least one winding (110, 160) are set up.
8. Antriebsstrang (300) mit einer elektrischen Maschine (100) nach einem der8. powertrain (300) with an electric machine (100) according to one of
Ansprüche 1 bis 7. Claims 1 to 7.
9. Fahrzeug (400) mit einem Antriebsstrang (300) nach Anspruch 8. 9. vehicle (400) with a drive train (300) according to claim 8.
10. Verfahren (950) zum Betrieb einer elektrischen Maschine (100) mit mindestens einer ersten Wicklung (110) und einem daran angeschlossenen ersten Wechselrichter (120) 10. Method (950) for operating an electrical machine (100) with at least one first winding (110) and a first inverter (120) connected thereto
und mindestens einer zweiten Wicklung (160) und einem daran angeschlossenen zweiten Wechselrichter (170),  and at least one second winding (160) and a second inverter (170) connected thereto,
wobei ein Wechselrichter (120, 170) mindestens ein Schaltelement (130, wherein an inverter (120, 170) comprises at least one switching element (130, 130)
180) umfasst, 180),
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wechselrichter (120) ein erstes Schaltelement (130) aus einem ersten Halbleitermaterial umfasst und der zweite Wechselrichter (170) ein zweites Schaltelement (180) aus einem zweiten Halbleitermaterial umfasst  characterized in that the first inverter (120) comprises a first switching element (130) of a first semiconductor material and the second inverter (170) comprises a second switching element (180) of a second semiconductor material
und im Betrieb (920) der elektrischen Maschine (100) das erste Schaltelement (130) mit einer ersten Betriebsart und das zweite Schaltelement (180) mit einer zweiten Betriebsart betrieben wird.  and in operation (920) of the electric machine (100) the first switching element (130) is operated with a first mode of operation and the second switching element (180) with a second mode of operation.
11. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine (100) nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der elektrischen Maschine (100) das erste Schaltelement (130) mit einer geringeren Schaltfrequenz betrieben wird als das zweite Schaltelement (180). 11. A method for operating an electrical machine (100) according to claim 10, characterized in that during operation of the electrical machine (100) the first switching element (130) is operated at a lower switching frequency than the second switching element (180).
12. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der elektrischen Maschine (100) das erste Schaltelement (130) mit einem ersten Ansteuerverfahren, insbesondere pulsweitenmoduliert, und das zweite Schaltelement (180) mit einem zweiten Ansteuerverfahren, insbesondere im Blockbetrieb, betrieben wird. 12. A method for operating an electrical machine (100) according to one of claims 10 to 11, characterized in that during operation of the electric machine (100), the first switching element (130) with a first drive method, in particular pulse width modulated, and the second switching element (180 ) is operated with a second drive method, in particular in block operation.
13. Computerprogramm, das eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12 auszuführen. A computer program configured to perform the method of any of claims 10-12.
14. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist. 14. A machine-readable storage medium on which the computer program according to claim 13 is stored.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112701991A (en) * 2019-10-22 2021-04-23 保时捷股份公司 Method for controlling an electric machine and drive system for a vehicle

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019130306A1 (en) * 2019-11-11 2021-05-12 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Electric machine
DE102022205304A1 (en) 2022-05-25 2023-11-30 Vitesco Technologies GmbH Vehicle drive inverter with hybrid transistor technology and power-dependent transistor usage

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0886371A1 (en) * 1997-06-20 1998-12-23 Alcatel Method to control parallel connected converters to supply an asynchronous motor and corresponding circuit
US20100141190A1 (en) * 2006-06-15 2010-06-10 Lenze Drives Gmbh Driving with inverters with low switching losses
US20120099353A1 (en) * 2009-09-16 2012-04-26 Mitsubishi Electric Corporation Power converting apparatus
EP2896532A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-22 Siemens Aktiengesellschaft Redundant drive system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0886371A1 (en) * 1997-06-20 1998-12-23 Alcatel Method to control parallel connected converters to supply an asynchronous motor and corresponding circuit
US20100141190A1 (en) * 2006-06-15 2010-06-10 Lenze Drives Gmbh Driving with inverters with low switching losses
US20120099353A1 (en) * 2009-09-16 2012-04-26 Mitsubishi Electric Corporation Power converting apparatus
EP2896532A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-22 Siemens Aktiengesellschaft Redundant drive system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112701991A (en) * 2019-10-22 2021-04-23 保时捷股份公司 Method for controlling an electric machine and drive system for a vehicle
US12003201B2 (en) 2019-10-22 2024-06-04 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for controlling an electric machine and drive system for a vehicle

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