WO2020173755A1 - Verfahren zum betreiben eines dreiphasigen elektrischen motors und dreiphasiger elektrischer motor - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines dreiphasigen elektrischen motors und dreiphasiger elektrischer motor Download PDF

Info

Publication number
WO2020173755A1
WO2020173755A1 PCT/EP2020/054194 EP2020054194W WO2020173755A1 WO 2020173755 A1 WO2020173755 A1 WO 2020173755A1 EP 2020054194 W EP2020054194 W EP 2020054194W WO 2020173755 A1 WO2020173755 A1 WO 2020173755A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electric motor
rotor
stator
control device
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2020/054194
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
David STOJAN
Benjamin WEIMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of WO2020173755A1 publication Critical patent/WO2020173755A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/62—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive for raising the temperature of the motor
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a three-phase electric motor according to the preamble of claim 1 and a three-phase electric motor operated by the method.
  • An electric motor includes a non-rotatable stator and a rotor rotatable about an axis of rotation.
  • the stator and the rotor are arranged in a housing of the electric motor through which a cooling fluid can flow.
  • the cooling fluid can thereby be used to cool the electric motor, and the cooling fluid can then be fed to other components.
  • the electric motor can be used in a fluid pump for circulating the cooling fluid in an internal combustion engine or in battery cells in an electric vehicle.
  • Electric motors are typically controlled by vector control with a rotor reference frame. In this case, the torque generated by the rotor is controlled by a control device. In order to prevent the electric motor from overheating, the waste heat generated in the electric motor is reduced to a minimum.
  • the coolant is often too cold in cold temperatures and when starting combustion engines or batteries. The cold circulating coolant in the system prevents the internal combustion engine or the batteries from heating up quickly to an optimal working temperature.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved or at least alternative embodiment of an electric motor and a method which is suitable for operating the same in order to overcome the disadvantages described.
  • This object is achieved by the subjects of independent claims.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • a described method is suitable for operating a three-phase electric motor which contains a non-rotatable stator, a rotor rotatable about an axis of rotation and a control device.
  • a cooling fluid can flow through the electric motor.
  • the controller applies a current vector to the stator, and thereby the rotor rotates through electromagnetic interaction with the stator.
  • the control device controls torque generated by the rotor through vector control relating to a rotor-related system having a d-axis and a q-axis.
  • the q-axis relates to the torque generated by the rotor
  • the d-axis relates to a magnetic flux density of the magnetic excitation in the rotor.
  • a current vector is transformed into a transformed current vector in the rotor-related system.
  • the transformed current vector is formed by a scalar q-part, which relates to the q-axis, and a scalar d-part, which relates to the d-axis.
  • the control device sets the q-part and / or the d-part of the transformed current vector to values which are necessary for generating the required torque and for reducing losses in the electric motor.
  • the control device when the electric motor is heating, the control device sets the q-part to a value which is necessary for generating the required torque. Furthermore, during the heating operation of the electric motor, the control device sets the d part to a value which lies between a value required for generating the required torque and a maximum value of the d part in order to avoid losses increase in the electric motor.
  • the maximum value of the d part depends on a maximum current vector of the current vector transformed in the electric motor for the specified q part. The losses generated generate waste heat that is transferred to the cooling fluid flowing through the electric motor.
  • the maximum current vector of the electric motor is determined by the mechanical properties of the electric motor.
  • the square of the length of the transformed current vector is the sum of the square of the q-part and the square of the d-part.
  • the length of the transformed current vector in the rotor-related system is equal to the length of the current vector in the three-phase current system.
  • the transformed current vector is thus specified indirectly by three motor currents flowing in the stator of the electric motor.
  • the preheating of the cooling fluid can be used to achieve an optimal operating temperature of an internal combustion engine or of battery cells in an electric vehicle more quickly.
  • the waste heat is generated by winding losses and losses in the steel iron of the stator due to eddy currents and hysteresis losses. Both are increased when the electric motor is heating.
  • the waste heat generated in the electric motor can be transferred to the cooling fluid by means of a thermal connection between the stator and the rotor with the cooling fluid.
  • windings of the stator can be electrically insulated by a plastic with a high thermal conductivity. It can advantageously be provided that the electric motor is a permanent magnet synchronous motor with surface-mounted
  • Permanent magnets preferably a brushless DC motor
  • the control device sets the d-part to a negative value that is less than zero and greater than or equal to the maximum negative value of the d-part.
  • the value of the d part in the permanent magnet synchronous motor of this type is set to zero.
  • the value of the d part can also lie on the negative d axis and can be varied between zero and the maximum negative value of the d part.
  • the electric motor can be a permanent magnet synchronous motor with internally mounted permanent magnets, preferably a brushless direct current motor.
  • the control device sets the d-part to a negative value that is smaller than necessary to generate the required torque and is greater than or equal to the maximum negative value of the d-part.
  • the value of the d part in the permanent magnet synchronous motor of this type is on the negative d axis to generate the reluctance part of the torque.
  • the value of the d-part can be on the negative d-axis and can be between the maximum negative value of the d-part and the negative value of the d-part, which is used to generate the required torque is required to be varied.
  • the waste heat generated by the electric motor can be adapted to the required conditions in both types of electric motors.
  • the control device can set the d part to a maximum value of the d part.
  • the electric motor may be another type of electric motor suitable for control by the method of the invention.
  • the invention also relates to a three-phase electric motor with a non-rotatable stator and a rotor rotatable about an axis of rotation.
  • the stator and the rotor are arranged in a housing of the electric motor and a cooling fluid can flow around them.
  • the electric motor includes a control device for controlling the electric motor by a vector control relating to a rotor-related system having a d-axis and a q-axis, the q-axis being related to the torque generated by the rotor and the d -Axis relates to a magnetic flux density of the magnetic excitation in the rotor.
  • the control device can apply a current vector to the stator, and the rotor can thereby be rotated through electromagnetic interaction with the stator.
  • a current vector is transformed into a transformed current vector in the rotor-related system, the transformed current vector being divided by a scalar q-part, which relates to the q-axis, and a scalar d-part, which relates to the d-axis, is formed.
  • the control device can set the q-part and / or the d-part of the transformed current vector to values that are required to generate the required torque and to reduce losses in the electric motor.
  • the electric motor is temporarily operated in a meat operation.
  • the control device sets the q-part to a value that is necessary for generating the required torque, and sets the d-part to a value between a value required for generating the required torque and a maximum value of the d- Part of it is due to losses in the electric motor increase.
  • the maximum value of the d-part depends on a maximum current vector of the transformed current vector.
  • the electric motor is designed to be controlled by the method according to the invention.
  • Permanent magnets preferably a brushless DC motor
  • the control device sets the dT part to a negative value that is less than zero and greater than the maximum negative value of the d part.
  • the value of the d part in the permanent magnet synchronous motor of this type is set to zero.
  • the value of the d-part is negative and can be varied between zero and the maximum negative value of the d-part.
  • the electric motor is a permanent magnet synchronous motor with internally mounted permanent magnets, preferably a brushless direct current motor.
  • the d-part is then set by the control device to a negative value which is less than zero and less than necessary to generate the required torque, but is greater than the maximum negative value of the d-part.
  • the value of the d part in the permanent magnet synchronous motor of this type is on the negative d axis to generate the reluctance part of the torque.
  • the value of the d-part is negative and can be varied between the maximum negative value of the d-part and the negative value of the d-part required to generate the required torque.
  • the electric motor can be an asynchronous motor, preferably an induction motor.
  • the control device sets the d-part to a positive value that is greater than zero and less than the maximum is the positive value of the d part in order to generate waste heat in the electric motor of this type.
  • the rotor is received on the inside by the stator or the stator is received on the inside of the rotor, so that a circumferential gap is formed between the rotor and the stator, through which the cooling fluid can flow.
  • the rotor and the stator can be arranged axially next to one another, so that an axial gap is formed between the rotor and the stator, perpendicular to the axis of rotation, through which the cooling fluid can flow.
  • the stator can advantageously contain a concentrated winding or a distributed winding.
  • the stator can be a segmented stator or a non-segmented stator.
  • the stator can contain several coils, the coils of the stator being interconnected by a star connection or by a delta connection.
  • the rotor can contain a rotor package which is formed by sheet iron and / or the stator contains a stator package which is formed by sheet iron.
  • the invention also relates to a fluid pump with the above-described electric motor.
  • the fluid pump is preferably provided for circulating a cooling fluid in an internal combustion engine or in battery cells in an electric vehicle. To avoid repetition, reference is made to the above explanations.
  • Figure 1 shows a sectional view of a three-phase electric motor 1 in a fluid pump 2.
  • the electric motor 1 includes a non-rotatable stator 3 with windings 4 and a rotor 5 rotatable about an axis of rotation R with a rotor shaft 9.
  • the stator 3 and the rotor 5 are arranged in a housing 6 of the electric motor 1 and can be flowed around by a cooling fluid F, which is marked here by arrows.
  • the fluid pump 2 contains a wheel 7 in a wheel housing 8. The wheel 7 is thereby coupled to the rotor shaft 9 and rotates with the rotor 5.
  • the electric motor 1 contains a control device 10 for controlling the electric motor 1 by a rotor-related one System related vector control.
  • the electric motor 1 can be operated temporarily in a heating mode in order to generate the waste heat in the electric motor 1 and to heat the cooling fluid F flowing through the electric motor 1.
  • the waste heat is generated by eddy current and hysteresis losses from steel iron and resistance losses in the windings 4 of the stator 3.
  • the windings 4 of the stator 3 are therefore encapsulated in a plastic body 11, which electrically insulates the windings 4 and transfers the waste heat generated in the windings 4 to the cooling fluid F.
  • the plastic body 11 has a high thermal conductivity.
  • the preheating of the cooling fluid F can be used to produce a to achieve a more efficient operating point of the internal combustion engine or the battery cells in the electric vehicle.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines dreiphasigen elektrischen Motors (1), der einen nicht drehbaren Stator (3), einen um eine Drehachse (R) drehbaren Rotor (5) und eine Steuervorrichtung (10) umfasst und der von einem Kühlfluid (F) durchström bar ist. Die Steuervorrichtung (10) legt einen Stromvektor an den Stator (3) an, und der Rotor (5) dreht sich dadurch durch eine elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Stator (3). Die Steuervorrichtung (10) steuert ein durch den Rotor (5) erzeugtes Drehmoment durch eine Vektorsteuerung, die sich auf ein rotorbezogenes System mit einer d-Achse und einer q- Achse bezieht. Die q-Achse bezieht sich auf das durch den Rotor (5) erzeugte Drehmoment, und die d-Achse bezieht sich auf eine magnetische Flussdichte der magnetischen Erregung in dem Rotor (5). Ein Stromvektor wird zu einem transformierten Stromvektor in dem rotorbezogenen System transformiert. Der transformierte Stromvektor wird durch einen skalaren q- Teil, der sich auf die q-Achse bezieht, und durch einen skalaren d-Teil, der sich auf die d-Achse bezieht, gebildet. Die Steuervorrichtung stellt bei Normalbetrieb des elektrischen Motors (1) den q-Teil und/oder den d-Teil des transformierten Stromvektors auf Werte ein, die zum Erzeugen des benötigten Drehmoments und zum Reduzieren von Verlusten in dem elektrischen Motor (1) erforderlich sind. Gemäß der Erfindung stellt bei Heizbetrieb des elektrischen Motors (1) die Steuervorrichtung (10) den q-Teil auf einen Wert ein, der zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlich ist; die Steuervorrichtung (10) stellt den d-Teil auf einen Wert ein, der zwischen einem zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlichen Wert und einem Maximalwert des d-Teils liegt, um Verluste im elektrischen Motor (1) zu erhöhen; der Maximalwert des d-Teils ist von einem Maximalstromvektor des durch den gegebenen q-Teil in dem elektrischen Motor (1) transformierten Stromvektors abhängig; und die erzeugten Verluste generieren Abwärme, die auf das den elektrischen Motor (1) durchströmende Kühlfluid (F) übertragen wird.

Description

Verfahren zum Betreiben eines dreiphasigen elektrischen Motors und dreiphasiger elektrischer Motor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines dreiphasigen elektrischen Motors gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und einen durch das Verfahren betriebenen dreiphasigen elektrischen Motor.
Ein elektrischer Motor enthält einen nicht drehbaren Stator und einen um eine Drehachse drehbaren Rotor. Der Stator und der Rotor sind in einem Gehäuse des elektrischen Motors, durch das ein Kühlfluid strömen kann, angeordnet. Das Kühlfluid kann dadurch zum Kühlen des elektrischen Motors verwendet werden, und das Kühlfluid kann anschließend anderen Komponenten zugeführt werden. Der elektrische Motor kann in einer Fluidpumpe zum Zirkulieren des Kühlfluids in einem Verbrennungsmotor oder in Batteriezellen in einem Elektrofahrzeug verwendet werden. Elektrische Motoren werden in der Regel durch eine Vektorsteuerung mit einem Rotorreferenzrahmen gesteuert. In diesem Fall wird das durch den Rotor erzeugte Drehmoment durch eine Steuervorrichtung gesteuert. Um ein Überhitzen des elektrischen Motors zu verhindern, wird die in dem elektrischen Motor erzeugte Abwärme auf ein Minimum reduziert. Bei kalten Temperaturen und beim Starten der Verbrennungsmotoren oder Batterien ist das Kühlmittel oftmals zu kalt. Das kalte zirkulierende Kühlmittel in dem System verhindert ein schnelles Erwärmen des Verbrennungsmotors oder der Batterien auf eine optimale Arbeitstemperatur.
Deshalb besteht die Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung einer verbesserten oder zumindest alternativen Ausführungsform eines elektrischen Motors und eines Verfahrens, das zum Betreiben desselben zum Überwinden der beschriebenen Nachteile geeignet ist. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände unabhängiger Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein beschriebenes Verfahren ist zum Betreiben eines dreiphasigen elektrischen Motors, der einen nicht drehbaren Stator, einen um eine Drehachse drehbaren Rotor und eine Steuervorrichtung enthält, geeignet. Der elektrische Motor kann dabei von einem Kühlfluid durchströmt werden. Die Steuervorrichtung legt einen Stromvektor an den Stator an, und dadurch dreht sich der Rotor durch eine elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Stator. Die Steuervorrichtung steuert ein durch den Rotor erzeugtes Drehmoment durch eine Vektorsteuerung, die sich auf ein rotorbezogenes System mit einer d-Achse und einer q-Achse bezieht. Die q-Achse bezieht sich auf das durch den Rotor erzeugte Drehmoment, und die d-Achse bezieht sich auf eine magnetische Flussdichte der magnetischen Erregung in dem Rotor. Ein Stromvektor wird zu einem transformierten Strom vektor in dem rotorbezogenen System transformiert. Der transformierte Stromvektor wird durch einen skalaren q-Teil, der sich auf die q-Achse bezieht, und durch einen skalaren d-Teil, der sich auf die d-Achse bezieht, gebildet. Bei Normalbetrieb des elektrischen Motors stellt die Steuervorrichtung den q-Teil und/oder den d-Teil des transformierten Stromvektors auf Werte ein, die zum Erzeugen des benötigten Drehmoments und zum Reduzieren von Verlusten in dem elektrischen Motor erforderlich sind.
Gemäß der Erfindung stellt die Steuervorrichtung bei Heizbetrieb des elektrischen Motors den q-Teil auf einen Wert ein, der zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlich ist. Ferner stellt die Steuervorrichtung bei Heizbetrieb des elektrischen Motors den d-Teil auf einen Wert ein, der zwischen einem zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlichen Wert und einem Maximalwert des d-Teils liegt, um Verluste im elektrischen Motor zu erhöhen. Der Maximalwert des d-Teils hängt von einem Maximalstromvektor des bei dem vorgegebenen q-Teil in dem elektrischen Motor transformierten Stromvektors ab. Die erzeugten Verluste generieren Abwärme, die auf das den elektrischen Motor durchströmende Kühlfluid übertragen wird. Der Maximalstromvektor des elektrischen Motors wird durch die mechanischen Eigenschaften des elektrischen Motors bestimmt. Das Quadrat der Länge des transformierten Stromvektors ist dabei die Summe des Quadrats des q-Teils und des Quadrats des d-Teils. Bei dem dreiphasigen elektrischen Motor ist die Länge des transformierten Stromvektors in dem rotorbezogenen System gleich der Länge des Stromvektors in dem dreiphasigen Stromsystem. Somit wird der transformierte Stromvektor indirekt durch drei in dem Stator des elektrischen Motors fließende Motorströme vorgegeben.
Bei Heizbetrieb erhöhen sich die Verluste in dem elektrischen Motor, so dass die erzeugte Abwärme auf das den elektrischen Motor durchströmende Kühlfluid übertragen werden kann. Deshalb kann bei Verwendung des elektrischen Motors zum Zirkulieren des Kühlfluids in einem Verbrennungsmotor oder in Batteriezellen in einem Elektrofahrzeug das Vorwärmen des Kühlfluids dazu verwendet werden, eine optimale Betriebstemperatur eines Verbrennungsmotors oder von Batteriezellen in einem Elektrofahrzeug schneller zu erreichen. Die Abwärme wird dabei durch Wicklungsverluste und Verluste in dem Stahleisen des Stators aufgrund von Wirbelströmen und Hystereseverlusten erzeugt. Beide werden bei Heizbetrieb des elektrischen Motors erhöht. Die in dem elektrischen Motor erzeugte Abwärme kann mittels einer thermischen Verbindung zwischen dem Stator und dem Rotor mit dem Kühlfluid auf das Kühlfluid übertragen werden. Zum Übertragen der erzeugten Abwärme auf das Kühlfluid können Wicklungen des Stators durch einen Kunststoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit elektrisch isoliert werden. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der elektrische Motor ein Permanentmagnetsynchronmotor mit oberflächenmontierten
Permanentmagneten, vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, ist. Bei Heizbetrieb stellt die Steuervorrichtung dann den d-Teil auf einen negativen Wert ein, der kleiner als null und größer oder gleich dem maximalen negativen Wert des d-Teils ist. Bei Normalbetrieb wird der Wert des d-Teils im Permanentmagnetsynchronmotor dieser Art auf null eingestellt. Zum Erzeugen von Abwärme in dem elektrischen Motor dieser Art kann der Wert des d-Teils auch auf der negativen d-Achse liegen und kann zwischen null und dem maximalen negativen Wert des d-Teils variiert werden.
Alternativ kann der elektrische Motor ein Permanentmagnetsynchronmotor mit innen montierten Permanentmagneten, vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, sein. Bei Heizbetrieb stellt die Steuervorrichtung dann den d-Teil auf einen negativen Wert ein, der kleiner als erforderlich ist, um das benötigte Drehmoment zu erzeugen, und größer oder gleich dem maximalen negativen Wert des d-Teils ist. Bei Normalbetrieb liegt der Wert des d-Teils in dem Permanentmagnetsynchronmotor dieser Art auf der negativen d-Achse, um den Reluktanzteil des Drehmoments zu erzeugen. Zum Erzeugen von Abwärme in dem elektrischen Motor dieser Art kann der Wert des d-Teils auf der negativen d-Achse liegen und kann zwischen dem maximalen negativen Wert des d-Teils und dem negativen Wert des d- Teils, der zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlich ist, variiert werden.
Auf diese Weise kann die durch den elektrischen Motor erzeugte Abwärme bei beiden Arten elektrischer Motoren an die erforderlichen Bedingungen angepasst werden. Um die in dem elektrischen Motor bei Heizbetrieb erzeugte Abwärme zu maximieren, kann die Steuervorrichtung den d-Teil auf einen Maximalwert des d-Teils einstellen. Im Allgemeinen kann der elektrische Motor eine andere Art von elektrischem Motor sein, die für die Steuerung durch das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist.
Ferner betrifft die Erfindung einen dreiphasigen elektrischen Motor mit einem nicht drehbaren Stator und einen um eine Drehachse drehbaren Rotor. Der Stator und der Rotor sind in einem Gehäuse des elektrischen Motors angeordnet und können von einem Kühlfluid umströmt werden. Der elektrische Motor enthält eine Steuervorrichtung zum Steuern des elektrischen Motors durch eine sich auf ein rotorbezogenes System mit einer d-Achse und mit einer q-Achse beziehende Vektorsteuerung, wobei sich die q-Achse auf das durch den Rotor erzeugte Drehmoment bezieht und sich die d-Achse auf eine magnetische Flussdichte der magnetischen Erregung in dem Rotor bezieht. Die Steuervorrichtung kann einen Stromvektor an den Stator anlegen, und der Rotor kann dadurch durch eine elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Stator gedreht werden. Ein Stromvektor wird zu einem transformierten Stromvektor in dem rotorbezogenen System transformiert, wobei der transformierte Stromvektor durch einen skalaren q-Teil, der sich auf die q-Achse bezieht, und durch einen skalaren d-Teil, der sich auf die d-Achse bezieht, gebildet wird. Bei Normalbetrieb des elektrischen Motors kann die Steuervorrichtung den q-Teil und/oder den d-Teil des transformierten Stromvektors auf Werte einstellen, die zum Erzeugen des benötigten Drehmoments und zum Reduzieren von Verlusten in dem elektrischen Motor erforderlich sind.
Gemäß der Erfindung wird der elektrische Motor vorübergehend in einem Fleizbetrieb betrieben. Im Fleizbetrieb stellt die Steuervorrichtung den q-Teil auf einen Wert ein, der zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlich ist, und stellt den d-Teil auf einen Wert ein, der zwischen einem zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlichen Wert und einem Maximalwert des d-Teils liegt, um Verluste im elektrischen Motor zu erhöhen. Der Maximalwert des d-Teils hängt von einem Maximalstromvektor des transformierten Stromvektors ab. Der elektrische Motor ist zur Steuerung durch das erfindungsgemäße Verfahren konzipiert.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der elektrische Motor ein Permanentmagnetsynchronmotor mit oberflächenmontierten
Permanentmagneten, vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, ist. Bei Heizbetrieb wird der d-T eil durch die Steuervorrichtung auf einen negativen Wert eingestellt, der kleiner als null und größer als der maximale negative Wert des d-Teils ist. Bei Normalbetrieb wird der Wert des d-Teils in dem Permanentmagnetsynchronmotor dieser Art auf null eingestellt. Zum Erzeugen von Abwärme in dem elektrischen Motor ist der Wert des d- Teils negativ und kann zwischen null und dem maximalen negativen Wert des d-Teils variiert werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der elektrische Motor ein Permanentmagnetsynchronmotor mit innen montierten Permanentmagneten, vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, ist. Bei Heizbetrieb wird der d-Teil dann durch die Steuervorrichtung auf einen negativen Wert eingestellt, der kleiner als null und kleiner als erforderlich ist, um das benötigte Drehmoment zu erzeugen, aber größer als der maximale negative Wert des d-Teils ist. Bei Normalbetrieb liegt der Wert des d-Teils in dem Permanentmagnetsynchronmotor dieser Art auf der negativen d-Achse, um den Reluktanzteil des Drehmoments zu erzeugen. Zum Erzeugen von Abwärme in dem elektrischen Motor dieser Art ist der Wert des d-Teils negativ und kann zwischen dem maximalen negativen Wert des d-Teils und dem negativen Wert des d-Teils, der zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlich ist, variiert werden. Alternativ kann der Elektromotor ein Asynchronmotor, vorzugsweise ein Induktionsmotor, sein. Bei Heizbetrieb wird der d-Teil durch die Steuervorrichtung auf einen positiven Wert eingestellt, der größer als null und kleiner als der maximale positive Wert des d-Teils ist, um Abwärme in dem elektrischen Motor dieser Art zu erzeugen.
Es kann vorgesehen sein, dass der Rotor innen von dem Stator aufgenommen ist oder der Stator innen von dem Rotor aufgenommen ist, so dass zwischen dem Rotor und dem Stator ein Umfangsspalt gebildet ist, der von dem Kühlfluid durchströmt werden kann. Alternativ können der Rotor und der Stator axial nebeneinander angeordnet sein, so dass zwischen dem Rotor und dem Stator ein axialer Spalt senkrecht zu der Drehachse gebildet ist, der von dem Kühlfluid durchströmt werden kann.
Vorteilhafterweise kann der Stator eine konzentrierte Wicklung oder eine verteilte Wicklung enthalten. Der Stator kann ein segmentierter Stator oder ein nicht segmentierter Stator sein. Der Stator kann mehrere Spulen enthalten, wobei die Spulen des Stators durch eine Sternschaltung oder durch eine Dreieckschaltung miteinander verschaltet sind. Der Rotor kann ein Rotorpaket enthalten, das durch Eisenblech gebildet ist, und/oder der Stator enthält ein Statorpaket, das durch Eisenblech gebildet ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Fluidpumpe mit dem oben beschriebenen elektrischen Motor. Die Fluidpumpe ist dabei vorzugsweise zum Zirkulieren eines Kühlfluids in einem Verbrennungsmotor oder in Batteriezellen in einem Elektrofahrzeug vorgesehen. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird an dieser Stelle auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus den abhängigen Ansprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung über die Zeichnungen erhalten.
Es versteht sich, dass die oben erwähnten Merkmale, die nachfolgend noch zu erläutern sind, nicht nur in der angeführten jeweiligen Kombination verwendet werden können, sondern auch in anderen Kombinationen oder alleine, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen gezeigt und in der folgenden Beschreibung ausführlicher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszahlen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines dreiphasigen elektrischen Motors 1 in einer Fluidpumpe 2. Der elektrische Motor 1 enthält einen nicht drehbaren Stator 3 mit Wicklungen 4 und einen um eine Drehachse R drehbaren Rotor 5 mit einer Rotorwelle 9. Der Stator 3 und der Rotor 5 sind in einem Gehäuse 6 des elektrischen Motors 1 angeordnet und können von einem Kühlfluid F, das hier durch Pfeile markiert ist, umströmt werden. Die Fluidpumpe 2 enthält ein Rad 7 in einem Radgehäuse 8. Das Rad 7 ist dadurch mit der Rotorwelle 9 gekoppelt und dreht sich mit dem Rotor 5. Der elektrische Motor 1 enthält eine Steuervorrichtung 10 zum Steuern des elektrischen Motors 1 durch eine sich auf ein rotorbezogenes System beziehende Vektorsteuerung. Der elektrische Motor 1 kann vorübergehend in einem Fleizmodus betrieben werden, um die Abwärme in dem elektrischen Motor 1 zu erzeugen und um das den elektrische Motor 1 durchströmende Kühlfluid F zu erwärmen. Die Abwärme wird dabei durch Wirbelstrom- und Hystereseverluste von Stahleisen und Widerstandsverluste in den Wicklungen 4 des Stators 3 erzeugt. Die Wicklungen 4 des Stators 3 sind daher in einem Kunststoffkörper 11 eingekapselt, der die Wicklungen 4 elektrisch isoliert und die in den Wicklungen 4 erzeugte Abwärme auf das Kühlfluid F überträgt. Dazu weist der Kunststoffkörper 11 eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Durch Verwendung der Fluidpumpe 2 zum Zirkulieren des Kühlfluids F in einem Verbrennungsmotor oder in Batteriezellen in einem Elektrofahrzeug kann das Vorwärmen des Kühlfluids F dazu verwendet werden, einen effizienteren Betriebspunkt des Verbrennungsmotors oder der Batteriezellen in dem Elektrofahrzeug zu erreichen.
*****

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines dreiphasigen elektrischen Motors (1 ), der einen nicht drehbaren Stator (3), einen um eine Drehachse (R) drehbaren Rotor (5) und eine Steuervorrichtung (10) umfasst und der von einem Kühlfluid (F) durchströmbar ist,
wobei die Steuervorrichtung (10) einen Stromvektor an den Stator (3) anlegt und sich der Rotor (5) dadurch durch eine elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Stator (3) dreht, wobei die Steuervorrichtung (10) ein durch den Rotor (5) erzeugtes Drehmoment durch eine Vektorsteuerung steuert, die sich auf ein rotorbezogenes System mit einer d-Achse und einer q-Achse bezieht,
wobei sich die q-Achse auf das durch den Rotor (5) erzeugte Drehmoment bezieht und sich die d-Achse auf eine magnetische Flussdichte der magnetischen Erregung in dem Rotor (5) bezieht, wobei der Stromvektor zu einem transformierten Stromvektor in dem rotorbezogenen System transformiert wird,
wobei der transformierte Stromvektor durch einen skalaren q-Teil, der sich auf die q-Achse bezieht, und durch einen skalaren d-Teil, der sich auf die d-Achse bezieht, gebildet wird,
wobei die Steuervorrichtung bei Normalbetrieb des elektrischen Motors (1 ) den q-Teil und/oder den d-Teil des transformierten Stromvektors auf Werte einstellt, die zum Erzeugen des benötigten Drehmoments und zum Reduzieren von Verlusten in dem elektrischen Motor (1 ) erforderlich sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung (10) bei Fleizbetrieb des elektrischen Motors (1 ) den q-Teil auf einen Wert einstellt, der zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlich ist; und dass die Steuervorrichtung (10) bei Heizbetrieb des elektrischen Motors (1 ) den d-T eil auf einen Wert einstellt, der zwischen einem zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlichen Wert und einem Maximalwert des d-Teils liegt, um Verluste im elektrischen Motor (1 ) zu erhöhen; und
dass der Maximalwert des d-Teils von einem Maximalstromvektor des transformierten Stromvektors bei dem vorgegebenen q-Teil in dem elektrischen Motor (1 ) abhängig ist, und
dass die erzeugten Verluste Abwärme generieren, die auf das den elektrischen Motor (1 ) durchströmende Kühlfluid (F) übertragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Motor (1 ) ein Permanentmagnetsynchronmotor mit oberflächenmontierten Permanentmagneten, vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, ist und die Steuervorrichtung (10) bei Heizbetrieb den d-T eil auf einen negativen Wert einstellt, der kleiner als null und größer oder gleich dem maximalen negativen Wert des d-Teils ist, oder
dass der elektrische Motor (1 ) ein Permanentmagnetsynchronmotor mit innen montierten Permanentmagneten, vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, ist und die Steuervorrichtung (10) bei Heizbetrieb den d-T eil auf einen negativen Wert einstellt, der kleiner als null und kleiner als erforderlich ist, um das benötigte Drehmoment zu erzeugen, und größer oder gleich dem maximalen negativen Wert des d-Teils ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuervorrichtung (10) bei Heizbetrieb den d-T eil auf einen Maximalwert des d-Teils einstellt.
4. Dreiphasiger elektrischer Motor (1 ) mit einem nicht drehbaren Stator (3) und einem um eine Drehachse (R) drehbaren Rotor (5), wobei der Stator (3) und der Rotor (5) in einem Gehäuse (6) des elektrischen Motors (1 ) angeordnet sind und von einem Kühlfluid (F) umströmt werden können,
wobei der elektrische Motor (1 ) eine Steuervorrichtung (10) zum Steuern des elektrischen Motors (1 ) durch eine sich auf ein rotorbezogenes System mit einer d-Achse und mit einer q-Achse beziehende Vektorsteuerung enthält,
wobei sich die q-Achse auf das durch den Rotor (5) erzeugte Drehmoment bezieht und sich die d-Achse auf eine magnetische Flussdichte der magnetischen Erregung in dem Rotor (5) bezieht, wobei die Steuervorrichtung (10) einen Stromvektor an den Stator (3) anlegen kann und der Rotor (5) dadurch durch eine elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Stator (3) gedreht werden kann,
wobei der Stromvektor zu einem transformierten Stromvektor in dem rotorbezogenen System transformiert wird,
- wobei der transformierte Stromvektor durch einen skalaren q-Teil, der sich auf die q-Achse bezieht, und durch einen skalaren d-Teil, der sich auf die d-Achse bezieht, gebildet wird,
wobei die Steuervorrichtung (10) bei Normalbetrieb des elektrischen Motors (1 ) den q-Teil und/oder den d-Teil des transformierten Stromvektors auf Werte einstellen kann, die zum Erzeugen des benötigten Drehmoments und zum Reduzieren von Verlusten in dem elektrischen Motor (1 ) erforderlich sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Motor (1 ) vorübergehend in einem Fleizbetrieb betrieben ist, wobei die Steuervorrichtung (10) bei Fleizbetrieb den q-Teil auf einen Wert einstellt, der zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlich ist, und den d-Teil auf einen Wert einstellt, der zwischen einem zum Erzeugen des benötigten Drehmoments erforderlichen Wert und einem Maximalwert des d-Teils liegt, um Verluste im elektrischen Motor (1 ) zu erhöhen, wobei der Maximalwert des d-Teils von einem Maximalstromvektor des transformierten Stromvektors abhängig ist.
5. Elektrischer Motor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrische Motor (1 ) ein Permanentmagnetsynchronmotor mit oberflächenmontierten Permanentmagneten, vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, ist und der d-Teil bei Heizbetrieb durch die Steuervorrichtung (10) auf einen negativen Wert eingestellt wird, der kleiner als null und größer als der maximale negative Wert des d-Teils ist, oder
dass der elektrische Motor (1 ) ein Permanentmagnetsynchronmotor mit innen montierten Permanentmagneten, vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, ist und der d-Teil bei Heizbetrieb durch die Steuervorrichtung (10) auf einen negativen Wert eingestellt wird, der kleiner als null und kleiner als erforderlich ist, um das benötigte Drehmoment zu erzeugen, aber größer als der maximale negative Wert des d-Teils ist.
6. Elektrischer Motor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Elektromotor (1 ) ein Asynchronmotor, vorzugsweise ein Induktionsmotor, ist und der d-Teil bei Heizbetrieb durch die Steuervorrichtung (10) auf einen positiven Wert eingestellt wird, der größer als der d-Teil bei Normalbetrieb ist.
7. Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) innen von dem Stator (3) aufgenommen ist oder der Stator (3) innen von dem Rotor (5) aufgenommen ist, so dass zwischen dem Rotor (5) und dem Stator (3) ein Umfangsspalt gebildet wird, der von dem Kühlfluid (F) durchströmt werden kann, oder
der Rotor (5) und der Stator (3) axial nebeneinander angeordnet sind, so dass zwischen dem Rotor (5) und dem Stator (3) ein axialer Spalt senkrecht zu der Drehachse (R) gebildet ist, der von dem Kühlfluid (F) durchströmt werden kann.
8. Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator (3) eine konzentrierte Wicklung (4) oder eine verteilte Wicklung (4) enthält.
9. Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator (3) ein segmentierter Stator oder ein nicht segmentierter Stator ist.
10. Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stator (3) mehrere Spulen enthält, wobei die Spulen des Stators (3) durch eine Sternschaltung oder durch eine Dreieckschaltung miteinander verschaltet sind.
11. Elektrischer Motor nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (5) ein Rotorpaket enthält, das durch Eisenblech gebildet ist, und/oder der Stator ein Statorpaket enthält, das durch Eisenblech gebildet ist.
12. Fluidpumpe (2) mit einem elektrischen Motor (1 ), dadurch gekennzeichnet,
dass der Motor (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 11 ausgestaltet ist.
13. Fluidpumpe nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fluidpumpe (2) zum Zirkulieren eines Kühlfluids in einem Verbrennungsmotor oder in Batteriezellen in einem Elektrofahrzeug vorgesehen ist.
*****
PCT/EP2020/054194 2019-02-27 2020-02-18 Verfahren zum betreiben eines dreiphasigen elektrischen motors und dreiphasiger elektrischer motor Ceased WO2020173755A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019104984.9 2019-02-27
DE102019104984.9A DE102019104984A1 (de) 2019-02-27 2019-02-27 Verfahren zum Betreiben eines dreiphasigen elektrischen Motors und dreiphasiger elektrischer Motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020173755A1 true WO2020173755A1 (de) 2020-09-03

Family

ID=69631581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/054194 Ceased WO2020173755A1 (de) 2019-02-27 2020-02-18 Verfahren zum betreiben eines dreiphasigen elektrischen motors und dreiphasiger elektrischer motor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019104984A1 (de)
WO (1) WO2020173755A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4672594A1 (de) 2024-06-24 2025-12-31 KNORR-BREMSE Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Drehstrommaschine, hydraulikpumpe und ein verfahren zum betreiben derselben

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004352090A (ja) * 2003-05-29 2004-12-16 Favess Co Ltd 車両の操舵制御装置
US20080272731A1 (en) * 2007-05-03 2008-11-06 Schulz Steven E Method and system for resolver alignment in electric motor system
JP2014023338A (ja) * 2012-07-20 2014-02-03 Aida Engineering Ltd 永久磁石モータとその駆動方法、並びに、永久磁石モータの制御装置
WO2018159341A1 (ja) * 2017-03-01 2018-09-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ロボットの制御方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009021823A1 (de) * 2009-05-18 2010-12-09 Bombardier Transportation Gmbh Überstrombegrenzung bei der Regelung von stromrichtergespeisten Drehstrommaschinen
DE102012208419A1 (de) * 2012-05-21 2013-11-21 Zf Friedrichshafen Ag Konzept zum Ansteuern einer gemeinsam mit einem Verbrennungsmotor in einen Kühlkreislauf eingebundenen elektrischen Maschine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004352090A (ja) * 2003-05-29 2004-12-16 Favess Co Ltd 車両の操舵制御装置
US20080272731A1 (en) * 2007-05-03 2008-11-06 Schulz Steven E Method and system for resolver alignment in electric motor system
JP2014023338A (ja) * 2012-07-20 2014-02-03 Aida Engineering Ltd 永久磁石モータとその駆動方法、並びに、永久磁石モータの制御装置
WO2018159341A1 (ja) * 2017-03-01 2018-09-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ロボットの制御方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4672594A1 (de) 2024-06-24 2025-12-31 KNORR-BREMSE Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Drehstrommaschine, hydraulikpumpe und ein verfahren zum betreiben derselben

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019104984A1 (de) 2020-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69801475T2 (de) Kraftfahrzeuggenerator
DE102016204445B4 (de) Rotierende elektrische Maschine des Axialspalttyps
DE10056556B4 (de) Dynamo-elektrische Maschine
DE102005044327B4 (de) Elektrische Maschine mit Permanentmagneten
DE3044422C2 (de) Heizanlage für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges
DE102015217587B4 (de) Elektrische rotierende Maschinen
DE10230404B4 (de) Rotierende elektrische Maschine
DE102012211315A1 (de) Temperaturkompensation für verbesserte Feldschwächungsgenauigkeit
DE112018003744T5 (de) Rotierende elektrische Maschine
DE102017202925B4 (de) Rotierende elektrische Maschine
DE112018006726T5 (de) Rotierende elektrische Maschine
DE102016203311A1 (de) Elektrische maschine und verfahren zum betrieb einer solchen elektrischen maschine
EP3358725A1 (de) Elektrische maschine mit unabhängiger rotorkühlvorrichtung, generatoranordnung sowie windkraftanlage
DE102004038882A1 (de) Verbesserte Kühlung und Behandlung eines Gegendrehmoments für einen Axialflussmotor
DE102006013196A1 (de) Tandem-artiger rotierender Generator, welcher zwei Spannungen erzeugt.
DE102015101860A1 (de) Elektronisches System mit einem Motor-Generator und Verfahren zum Steuern eines Elektromotors-Generators
EP2430730A2 (de) Elektrisches antriebssystem
DE69927327T3 (de) Kühlungseinrichtung für Brennkraftmaschinen
EP2264888A2 (de) Anordnung zum Betreiben einer elektrischen Maschine
WO2018115521A1 (de) Rotations-induktionsheizung mit gleichstromerreger
DE102016205714B4 (de) Rotierende elektrische Maschine
DE69617101T2 (de) Verfahren und System zur Steuerung eines Synchronmotors
DE102021003612A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines batterieelektrischen Fahrzeugs
DE102021110666A1 (de) Synchronmaschine mit hybrider rotorerregung
DE102019104984A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines dreiphasigen elektrischen Motors und dreiphasiger elektrischer Motor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20706203

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20706203

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1