WO2023110011A1 - Arrangement for supplying current or voltage to an electric drive - Google Patents

Arrangement for supplying current or voltage to an electric drive Download PDF

Info

Publication number
WO2023110011A1
WO2023110011A1 PCT/DE2022/100892 DE2022100892W WO2023110011A1 WO 2023110011 A1 WO2023110011 A1 WO 2023110011A1 DE 2022100892 W DE2022100892 W DE 2022100892W WO 2023110011 A1 WO2023110011 A1 WO 2023110011A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electric motors
phases
power electronics
electric
electronics unit
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/100892
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thorsten Biermann
Götz Rathke
Ivo Agner
Peter WELKER
Christian Lutz
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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 Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Publication of WO2023110011A1 publication Critical patent/WO2023110011A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0092—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption with use of redundant elements for safety purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B60L2210/46—DC to AC converters with more than three phases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/40—Electrical machine applications
    • B60L2220/42—Electrical machine applications with use of more than one motor

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for supplying power or voltage to an electric drive, in particular a vehicle, comprising a multi-phase power electronics unit which converts a direct voltage or direct current provided by an energy source into an alternating voltage or alternating current, which is fed to a multi-phase power electronics unit connected electric motor, preferably a traction machine, to provide a driving force to generate a movement, in particular on a vehicle wheel, can be fed.
  • a multi-phase power electronics unit which converts a direct voltage or direct current provided by an energy source into an alternating voltage or alternating current, which is fed to a multi-phase power electronics unit connected electric motor, preferably a traction machine, to provide a driving force to generate a movement, in particular on a vehicle wheel, can be fed.
  • DE 202 13 670 U1 discloses a directly driven drive axle with two drive motors, with two asynchronous motors that work separately and whose working behavior is controlled by a common controller being arranged on the axle, with the motor shafts of the two asynchronous motors each having a planetary gear stage with the downstream output shaft driving, a vehicle wheel-bearing drive shafts are connected.
  • drive systems which include two drive motors, are supplied with energy via two separate power electronics units, each power electronics unit converting a DC voltage or direct current into an AC voltage/alternating current.
  • Each power electronics unit has its own independent components.
  • the invention is based on the object of specifying an arrangement for supplying current or voltage to an electric drive which, despite the reduction in costs and installation space, enables variable adaptation to different drive systems with at least two electric motors.
  • the arrangement explained at the outset for the current or voltage supply of an electric drive, in particular of a vehicle comprises a polyphase power electronics unit which converts a direct voltage or direct current provided by an energy source into an alternating voltage or alternating current, which an electric motor connected to the multi-phase power electronics unit, preferably a traction machine, can be supplied to provide a driving force for generating a movement, in particular on a vehicle wheel.
  • a multi-phase power electronics unit is characterized by the fact that it has only one DC input (direct current with plus and minus pole), which leads to the power switches via filter and capacitor and this power electronics unit can be connected to a separate or integrated motor/ Gear unit integrated housing is housed.
  • the power electronics unit which has at least three phases, is coupled to at least two electric motors for the simultaneous current or voltage supply.
  • Such an arrangement replaces several individual power electronics units, which reduces the costs, the installation space and the weight of the electric drive.
  • the electric motors to be driven with only one power electronics unit can vary in the number of phases (windings).
  • the electric motors can be positioned on separate axes or on one axis.
  • the phases coming from the power electronics unit are separated and combined in phase groups, with each phase group being assigned a phase designed as a winding of at least two electric motors for their current or voltage supply is. Since the phases are only separated after the output from the power electronics unit, a structurally simple power electronics unit can be used to simultaneously supply current and voltage to a number of electrical machines.
  • the current sensors which monitor each phase of the power electronics, record the total phase current of the two electric motors. Due to the rigid coupling of the rotor shafts of the electric motors, current sensors are only necessary for one phase group.
  • the power electronics unit has nxm phases, with n times m(1...n) phases of the power electronics unit being connected to the stator windings of each electric motor and the in each case m phases, which are assigned to one electric motor, are supplied with current from the power electronics unit in phase with or out of phase with the phases that are assigned to the n-1 other electric motors. Also in this embodiment, due to the rigid coupling of the rotor shafts of the electric motors, their position and speed are monitored with only one sensor system.
  • the phase offset in time between the individual n electric motors is different. This has the advantage that electric motors that have a different number of phases (windings) m (1...n) can be supplied with energy at the same time.
  • the power electronics unit has two times three phases, with three phases of the power electronics unit being connected to the stator windings of each electrical machine and the three phases associated with one electric motor being connected at 60° +/-10 0 to the three phases, which are associated with the other electric motor, are controlled in a time-shifted manner.
  • the structurally simple design of the power electronics unit with six phases enables control of two electric motors.
  • the phases assigned to the electric motors can be controlled in such a way that the electric motors can be driven at different speeds or torques. This is especially true when using the Arrangement in a vehicle is advantageous where the speed and torque of the electric motors, which are arranged on a common axis, can vary depending on the operating condition of the vehicle. This improves the driving characteristics of the vehicle.
  • the power electronics unit has three phases twice, with three phases of the power electronics unit being connected to the stator windings (phases) of one of the 3-phase electric motors and the power electronics unit controlling the two electric motors independently of one another. in particular axle- and/or wheel-selective, in the vehicle.
  • the complete functional and mechanical separation of the electric motors from each other allows independent control of electric motors with a different number of phases.
  • the electric motors are arranged next to one another and are preferably designed as a radial flux or axial flux machine with at least one stator and at least one rotor.
  • the side-by-side arrangement of the electric motors allows optimal utilization of the radial installation space available in the vehicle.
  • the axial flux machine is designed in an Fl arrangement or an I arrangement. If a rotor shaft and two external disk-shaped stators of an electric motor are arranged axially next to one another, this is referred to below as an I arrangement (2 stators, 1 rotor).
  • I arrangement 2 stators, 1 rotor.
  • a further embodiment of the electric motors has two external rotor plates which are coupled to one another and between which a disk-shaped stator is arranged over an axial area. This embodiment is referred to below as a so-called H arrangement (1 stator, 2 rotors). A distance is defined between the stator and the associated rotor, which is referred to as the air gap.
  • the electric traction machines are designed as a permanently excited synchronous machine or as a separately excited synchronous machine or as an asynchronous machine.
  • the arrangement for the current or voltage supply can therefore be used in a variety of ways for a wide variety of electric motors.
  • a further aspect of the invention relates to an electric drive of a vehicle, comprising two electric motors which each drive two vehicle wheels via a gear reduction stage.
  • the two functionally separate electric motors are connected to a common multi-phase device for supplying current or voltage to the two electric motors, the multi-phase device having more than three phases for independently setting the operating parameters of the two electric motors.
  • the use of only one current or voltage supply device allows the size of the drive to be reduced while at the same time reducing the weight.
  • the multiphase device can be used as a decoupled interface between an energy source and the electric traction machines, with the decoupling allowing the use of any number of motors to be operated, since the number of phases of the multifunction device can be varied as desired.
  • Another aspect of the invention relates to an electric drive for a vehicle, which has two electric motors arranged axially next to one another in series, which each drive two vehicle wheels via a reduction gear, the rotor shafts of both electric motors being coupled to one another in a torque-proof manner with an input shaft of a differential gear and the lead both output shafts of the differential gear to one of the reduction gears.
  • the rotors and the stators of the electric drive are arranged axially flat next to each other.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an electric drive
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the arrangement according to the invention for the electric drive according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the arrangement according to the invention for the electric drive according to FIG. 2,
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of the arrangement according to the invention for the electric drive according to FIG.
  • a first embodiment of the electric drive according to the invention is shown.
  • the electric drive 1 comprises two electric motors 2, 3, which are arranged axially in series, so that the rotor shafts 4, 5 of the two electric motors 2, 3 are coaxial with one another.
  • Each rotor shaft 4, 5 is guided to a respective reduction gear 6, 7 in the form of a stepped planetary gear which is connected to a gear output shaft 8, 9 in each case on a vehicle wheel 10, 11. grabs.
  • a decoupling unit 14 is connected to a ring gear 13 of each reduction gear 6 , 7 .
  • both electric motors 2, 3 there is a differential gear 15 in the form of a planetary gear, to which the two rotor shafts 4, 5 are coupled.
  • the rotor shafts 4, 5 of the two electric motors 2, 3 are coupled to one another in a rotationally fixed manner via a ring gear 15a of the differential gear 15.
  • This means that both electric motors 2, 3 always have an identical phase position of the time course of the current or voltage during a rotation, as shown in the diagrams 2a, 3b.
  • One revolution here corresponds to 360°.
  • the electric motors 2, 3 are designed in an I-arrangement, in which a rotor 16 is arranged on the inside and the stators 17 are arranged on the outside in an axially flat manner.
  • a power electronics unit 18 is coupled to the respective stator 17 of the electric motors 2, 3 and supplies the three-phase electric motors 2, 3 with energy.
  • This power electronics unit 18 has three phases 19, 20, 21, which are separated outside of the power electronics unit 18, with three of the separated phases 19a, 20a, 21a; 19b, 20b, 21b are each combined into a phase group A,B.
  • the first phase group A with the separate phases 19a, 20a, 21a leads to the stator 17 of the electric motor 2, while the second phase group B is connected to the stator 17 of the second electric motor 3.
  • each stator 17 comprises windings 22, 23, 24, to which the separate phases 19a, 20a, 21a; 19b, 20b, 21b of the two phase groups A, B are connected.
  • the windings represent the phases of the motor from the point of view of an electric motor. It is expedient after the separation for each phase group A, B to have the same impedances for the supply lines and phases 19a, 20a, 21a; 19b, 20b, 21b of the motors 2, 3 to choose.
  • the three-phase power electronics unit 18 includes a DC input 25 for a DC voltage or a direct current, which are routed to three circuit breakers 28, 29, 30 via an EM I filter 26 and a capacitor 27.
  • Each power switch 28, 29, 30 is connected to a gate driver block 31, 32, 33, which be controlled by a common control unit 37.
  • This control unit 37 can be designed as a microcontroller or ASIC and includes a control circuit for controlling the speed and torque of the electric motors 2, 3.
  • Each circuit breaker 28, 29, 30 has a phase 19, 20, 21 which is switched in the manner described and manner separated into the two phase groups A, B to power the two electric motors 2,3.
  • the circuit breakers 28, 29, 30 are controlled by the control unit 37 and convert the DC voltage or the direct current into an AC voltage or an alternating current, which is applied to the phases 19, 20, 21 and via an AC output to the electric motors 2, 3 are passed on.
  • a current sensor 34 , 35 , 36 is provided for each phase 19 , 20 , 21 downstream of each circuit breaker 28 , 29 , 30 , which current sensor measures the alternating current of each phase 19 , 20 , 21 and reports it back to the control unit 37 .
  • a rotor position sensor 12 which is coupled to the control unit 37 is arranged on the rotor shaft 4 , 5 of an electric motor 2 , 3 .
  • the electric motors 2, 3 are rigidly coupled and are operated in parallel, so that they always have the same phase 19, 20, 21 in a rotational direction during rotation.
  • the two electrical machines 2, 3 represent only one consumer in the form of a three-phase machine. It is sufficient to detect the speed with only one rotor position sensor 12 on an electric motor 2, 3.
  • the current sensors 34, 35, 36 detect the total phase current of the two electric motors 2, 3, it being assumed in the control implemented in the control unit 37 that the phase currents are approximately evenly distributed over the two electric motors 2, 3. This means that the regulation is based on an averaging of the phase currents.
  • the capacitor 27, which smoothes the generated AC voltage or the generated alternating current into an approximate sinusoidal signal, must be designed for the load of two electric motors 2, 3.
  • FIG. 1 An electric drive 38 with electric motors 39, 40 configured in an alternative H configuration is shown in FIG.
  • the rotor 16 surrounds the internal stators 17, which are axially flat within the rotor 16 po- are positioned.
  • the rotor shafts 4, 5 on the ring gear 15a of the differential gear 15 are also coupled to one another in a rotationally fixed manner in this case.
  • the output shafts 41, 42 of the differential gear 15 each lead to a reduction gear 6, 7 designed as a planetary gear.
  • the stators 17 of the two electric motors 39, 40 are connected to a six-phase power electronics unit 43 and are supplied by this with an alternating current or an alternating voltage. 3 phases each 19, 20, 21; 44, 45, 46 of the power electronics unit 43 are connected to the windings 22, 23, 24 of the two three-phase electric motors 39, 40.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the arrangement according to the invention for the electric drive 38 explained in FIG.
  • a power switch 47, 48, 49 each is additionally provided for the phases 44, 45, 46 and is connected to the control unit 37 via a gate driver block 50, 51, 52 each.
  • the alternating current generated is also measured with a separate current sensor 53, 54, 55 in each further phase 44, 45, 46.
  • the rotor position sensor 12 is positioned at the coupling point of both rotor shafts 4, 5 of the two electric motors 39, 40, only one rotor position sensor 12 being necessary since the two rotor shafts 4, 5 are rigidly coupled.
  • the two electric motors 39, 40 form a six-phase motor from the point of view of the electronic power unit 43.
  • the six phases 19, 20, 21; 44, 45, 46 of the power electronics unit 43 can be controlled independently of one another by the control unit 37, which is done by the for each phase 19, 20, 21; 44, 45, 46 provided gate driver block 31, 32, 33; 50, 51, 52 is made possible.
  • the timing of the three AC phases 19, 20, 21; 44, 45, 46 of each electric motor 39, 40 are offset from one another by 120°.
  • the two electric motors 39, 40 are driven out of phase and have an offset from motor 39 to motor 40 of almost 60°. This is shown in diagrams 40a and 39b in FIG.
  • 5 and 6 show two further embodiments of an electric drive 38 in which the electric motors 39, 40 are arranged in an H-arrangement in direct axial juxtaposition.
  • the rotor shafts 4, 5 of the two electric motors 39, 40 are directly connected to one another.
  • This connected rotor shaft 56 is coupled to the input shaft 57 of the differential gear 15 in a torque-proof manner.
  • the output shafts 41, 42 of the differential gear 15 each lead to a reduction gear 6, 7, which are designed as planetary gears.
  • the three-phase electronic power unit 18 acts on the stators 17 of the two electrical machines 39, 40 by separating the three phases 19, 20, 21 and connecting them as phase groups A, B, as shown in FIG electric motors 39, 40 are performed.
  • the two electric motors 39, 40 run synchronously with one another and, according to diagrams 39b and 40a, have an identical phase curve.
  • the six-phase power electronics 43 are used to control the two electric motors 39, 40, three separate phases 19, 20, 21; 44, 45, 46 are each guided to an electric motor 39, 40.
  • the phases 19, 20, 21 or 44, 45, 46 are controlled offset by 60° (diagram 40a and 39b in FIG. 6) that, as explained in connection with FIG leads to a reduction in the capacitance of the capacitor 27.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of an electric drive 58, in which the electric motors 39 and 40 are also installed in an H arrangement.
  • the rotor shafts 4, 5 of the two electric motors 39, 40 lead to a reduction gear 6, 7 designed as a spur gear chain, which reduces the installation space required by the drive 58.
  • Both electric motors 39, 40 are completely decoupled from each other and are operated by the common power electronics 43 as two independently working three-phase electric motors. ren 39, 40 recognized. The speeds and the torques of the two motors 39, 40 can thus be different depending on the respective operating state of the vehicle.
  • FIG. 8 shows an electrical equivalent circuit diagram, according to which the six-phase electronic power unit 43, as explained in FIG. 4, is designed. In contrast to FIG.

Abstract

The invention relates to an arrangement for supplying current or voltage to an electric drive, in particular of a vehicle, comprising a multiphase power electronics unit (18, 43), which converts a DC voltage or DC current provided by an energy source into an AC voltage or an AC current, respectively, which is able to be fed to an electric motor (2, 3; 39, 40), preferably of a traction machine, said electric motor being connected to the multiphase power electronics unit (18, 43), in order to provide a drive force for producing a movement, in particular at a vehicle wheel (10, 11). In an arrangement which, while reducing costs and installation space, enables a variable adaptation to drive systems having at least two electric motors, the power electronics unit (18, 43) having at least three phases (19, 20, 21; 44, 45, 46) is coupled to at least two electric motors (2, 3; 39, 40) for simultaneous current or voltage supply.

Description

Anordnung zur Strom- bzw. Spannunqsversorqunq eines elektrischen Antriebes Arrangement for power or voltage supply of an electric drive
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Strom- bzw. Spannungsversorgung eines elektrischen Antriebes, insbesondere eines Fahrzeuges, umfassend eine mehrphasige Leistungselektronikeinheit, welche einen von einer Energiequelle bereitgestellte/n Gleichspannung bzw. - Gleichstrom in eine Wechselspannung bzw. Wechselstrom umwandelt, welche an einen mit der mehrphasigen Leistungselektronikeinheit verbundenen elektrischen Motor, vorzugsweise einer Traktionsmaschine, zur Bereitstellung einer Antriebskraft zur Erzeugung einer Bewegung, insbesondere an einem Fahrzeugrad, zuführbar ist. The invention relates to an arrangement for supplying power or voltage to an electric drive, in particular a vehicle, comprising a multi-phase power electronics unit which converts a direct voltage or direct current provided by an energy source into an alternating voltage or alternating current, which is fed to a multi-phase power electronics unit connected electric motor, preferably a traction machine, to provide a driving force to generate a movement, in particular on a vehicle wheel, can be fed.
Aus der DE 202 13 670 U1 ist eine direkt angetriebene Antriebsachse mit zwei Antriebsmotoren bekannt, wobei an der Achse zwei getrennt arbeitende und über eine gemeinsame Steuerung in ihrem Arbeitsverhalten gesteuerten Asynchronmotoren angeordnet sind, wobei die Motorwellen der beiden Asynchronmotoren jeweils über eine Planetengetriebestufe mit den die nachgeschaltete Abtriebswelle antreibenden, ein Fahrzeugrad tragende Antriebswellen verbunden sind. DE 202 13 670 U1 discloses a directly driven drive axle with two drive motors, with two asynchronous motors that work separately and whose working behavior is controlled by a common controller being arranged on the axle, with the motor shafts of the two asynchronous motors each having a planetary gear stage with the downstream output shaft driving, a vehicle wheel-bearing drive shafts are connected.
Weiterhin ist es bekannt, dass Antriebssysteme, die zwei Antriebsmotoren umfassen, über zwei getrennte Leistungselektronikeinheiten mit Energie versorgt werden, wobei jede Leistungselektronikeinheit eine/n Gleichspannung bzw. Gleichstrom in eine Wechselspannung/Wechselstrom umwandelt. Jede Leistungselektronikeinheit verfügt dabei über jeweils eigenständige Komponenten. Furthermore, it is known that drive systems, which include two drive motors, are supplied with energy via two separate power electronics units, each power electronics unit converting a DC voltage or direct current into an AC voltage/alternating current. Each power electronics unit has its own independent components.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Strom- bzw. Spannungsversorgung eines elektrischen Antriebes anzugeben, welche trotz Reduzierung von Kosten und Bauraum eine variable Anpassung an unterschiedliche Antriebssysteme mit mindestens zwei elektrischen Motoren ermöglicht. The invention is based on the object of specifying an arrangement for supplying current or voltage to an electric drive which, despite the reduction in costs and installation space, enables variable adaptation to different drive systems with at least two electric motors.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die eingangs erläuterte Anordnung zur Strom- bzw. Spannungsversorgung eines elektrischen Antriebes, insbesondere eines Fahrzeuges, umfasst eine mehrphasige Leistungselektronikeinheit, welche eine/n von einer Energiequelle bereitgestellte/n Gleichspannung bzw. - Gleichstrom in eine Wechselspannung bzw. Wechselstrom umwandelt, welche/r an einen mit der mehrphasigen Leistungselektronikeinheit verbundenen elektrischen Motor, vorzugsweise einer Traktionsmaschine, zur Bereitstellung einer Antriebskraft zur Erzeugung einer Bewegung, insbesondere an einem Fahrzeugrad, zuführbar ist. Eine mehrphasige Leistungselektronikeinheit zeichnet sich dadurch aus, dass sie nur einen DC-Eingang (Gleichstrom mit Plus- und Minus-Pol) hat, der über Filter und Kondensator zu den Leistungsschaltern führt und diese Leistungselektronikeinheit mit einem separaten oder in einem in die Motor-/Getriebeeinheit integrierten Gehäuse untergebracht ist. Bei dieser Anordnung ist die mindestens drei Phasen aufweisende Leistungselektronikeinheit mit mindestens zwei elektrischen Motoren zur gleichzeitigen Strom- bzw. Spannungsversorgung gekoppelt. Eine solche Anordnung ersetzt mehrere einzelne Leistungselektronikeinheiten, was die Kosten, den Bauraum und das Gewicht des elektrischen Antriebs reduziert. Somit lassen sich mit nur einer Leistungselektronikeinheit mehrere elektrische Motoren antreiben. Die mit nur einer Leistungselektronikeinheit anzutreibenden elektrischen Motoren können dabei in der Anzahl der Phasen (Wicklungen) variieren. Die elektrischen Motoren können dabei auf getrennten Achsen oder auf einer Achse positioniert sein. The object is solved by the subject matter of claim 1. The arrangement explained at the outset for the current or voltage supply of an electric drive, in particular of a vehicle, comprises a polyphase power electronics unit which converts a direct voltage or direct current provided by an energy source into an alternating voltage or alternating current, which an electric motor connected to the multi-phase power electronics unit, preferably a traction machine, can be supplied to provide a driving force for generating a movement, in particular on a vehicle wheel. A multi-phase power electronics unit is characterized by the fact that it has only one DC input (direct current with plus and minus pole), which leads to the power switches via filter and capacitor and this power electronics unit can be connected to a separate or integrated motor/ Gear unit integrated housing is housed. In this arrangement, the power electronics unit, which has at least three phases, is coupled to at least two electric motors for the simultaneous current or voltage supply. Such an arrangement replaces several individual power electronics units, which reduces the costs, the installation space and the weight of the electric drive. This means that several electric motors can be driven with just one power electronics unit. The electric motors to be driven with only one power electronics unit can vary in the number of phases (windings). The electric motors can be positioned on separate axes or on one axis.
Gemäß einer Ausführungsform bei mechanisch drehgekoppelten, mit gleicher Drehzahl drehenden Rotoren der mindestens zwei elektrischen Motoren die von der Leistungselektronikeinheit abgehenden Phasen aufgetrennt und in Phasengruppen zusammengefasst, wobei jeder Phasengruppe je eine als Wicklung ausgebildete Phase mindestens zweier elektrischer Motoren zu deren Strom- bzw. Spannungsversorgung zugeordnet ist. Da die Phasen erst nach dem Ausgang aus der Leistungselektronikeinheit aufgetrennt werden, kann eine konstruktiv einfache Leistungselektronikeinheit zur gleichzeitigen Strom- und Spannungsversorgung mehrerer elektrischer Maschinen verwendet werden. Die Stromsensoren, die jede Phase der Leistungselektronik überwachen, erfassen dabei den Gesamtphasenstrom der beiden elektrischen Motoren. Infolge der starren Kopplung der Rotorwellen der elektrischen Motoren sind Stromsensoren nur für eine Phasengruppe notwendig. Auch ist nur eine Gebersensorik zur Messung der Drehzahl eines der elektrischen Motoren erforderlich. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist bei mechanisch drehgekoppelten, mit gleicher Drehzahl drehenden Rotoren der beiden elektrischen Motoren die Leistungselektronikeinheit n x m Phasen auf, wobei jeweils n mal m(1 ...n) Phasen der Leistungselektronikeinheit mit den Statorwicklungen je eines elektrischen Motors verbunden sind und die jeweils m Phasen, die dem einen elektrischen Motor zugeordnet sind, zeitlich phasengleich oder phasenversetzt zu den Phasen, die den n-1 anderen elektrischen Motoren zugeordnet sind, von der Leistungselektronikeinheit bestromt sind. Auch in dieser Ausgestaltung wird aufgrund der starren Kopplung der Rotorwellen der elektrischen Motoren deren Lage und Drehzahl mit nur einer Sensorik überwacht. Infolge der phasenversetzten Ansteuerung der elektrischen Motoren entfällt ein Mehraufwand an zur Glättung des erzeugten Wechselstrom- bzw. Wechselspannungssignals benötigten Zwischenkreiskapazitäten in der Leistungselektronikeinheit, da die Amplituden des zu glättenden Signals verringert werden. According to one embodiment, in the case of mechanically rotatably coupled rotors of the at least two electric motors rotating at the same speed, the phases coming from the power electronics unit are separated and combined in phase groups, with each phase group being assigned a phase designed as a winding of at least two electric motors for their current or voltage supply is. Since the phases are only separated after the output from the power electronics unit, a structurally simple power electronics unit can be used to simultaneously supply current and voltage to a number of electrical machines. The current sensors, which monitor each phase of the power electronics, record the total phase current of the two electric motors. Due to the rigid coupling of the rotor shafts of the electric motors, current sensors are only necessary for one phase group. Also, only one transmitter sensor system is required to measure the speed of one of the electric motors. According to a further embodiment, in the case of mechanically rotatably coupled rotors of the two electric motors rotating at the same speed, the power electronics unit has nxm phases, with n times m(1...n) phases of the power electronics unit being connected to the stator windings of each electric motor and the in each case m phases, which are assigned to one electric motor, are supplied with current from the power electronics unit in phase with or out of phase with the phases that are assigned to the n-1 other electric motors. Also in this embodiment, due to the rigid coupling of the rotor shafts of the electric motors, their position and speed are monitored with only one sensor system. As a result of the phase-shifted activation of the electric motors, there is no additional outlay on intermediate circuit capacitances in the power electronics unit, which are required to smooth the alternating current or alternating voltage signal that is generated, since the amplitudes of the signal to be smoothed are reduced.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zeitliche Phasenversatz zwischen den einzelnen n elektrischen Motoren unterschiedlich. Dies hat den Vorteil, dass gleichzeitig elektrische Motoren mit Energie versorgt werden können, die über eine unterschiedliche Anzahl von Phasen (Wicklungen) m (1...n) verfügen. According to a further embodiment, the phase offset in time between the individual n electric motors is different. This has the advantage that electric motors that have a different number of phases (windings) m (1...n) can be supplied with energy at the same time.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Leistungselektronikeinheit zweimal drei Phasen auf, wobei jeweils drei Phasen der Leistungselektronikeinheit mit den Statorwicklungen jeder elektrischen Maschine verbunden sind und die jeweils drei Phasen, die dem einen elektrischen Motor zugeordnet sind, um 60° +/-100 zu den drei Phasen, die dem anderen elektrischen Motor zugeordnet sind, zeitlich versetzt angesteuert verschoben sind. Durch die konstruktiv einfache Ausgestaltung der Leistungselektronikeinheit mit sechs Phasen wird eine Ansteuerung von zwei elektrischen Motoren ermöglicht. According to a further embodiment, the power electronics unit has two times three phases, with three phases of the power electronics unit being connected to the stator windings of each electrical machine and the three phases associated with one electric motor being connected at 60° +/-10 0 to the three phases, which are associated with the other electric motor, are controlled in a time-shifted manner. The structurally simple design of the power electronics unit with six phases enables control of two electric motors.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die den elektrischen Motoren zugeordneten Phasen derart ansteuerbar, dass die elektrischen Motoren mit unterschiedlicher Drehzahl bzw. Drehmoment antreibbar sind. Dies ist besonders bei einem Einsatz der Anordnung in einem Fahrzeug von Vorteil, wo Drehzahl und Drehmoment der elektrischen Motoren, die auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, je nach Betriebszustand des Fahrzeuges verschieden sein können. Dadurch werden die Fahreigenschaften des Fahrzeuges verbessert. According to a further embodiment, the phases assigned to the electric motors can be controlled in such a way that the electric motors can be driven at different speeds or torques. This is especially true when using the Arrangement in a vehicle is advantageous where the speed and torque of the electric motors, which are arranged on a common axis, can vary depending on the operating condition of the vehicle. This improves the driving characteristics of the vehicle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist bei mechanisch entkoppelten Rotoren der elektrischen Motoren die Leistungselektronikeinheit zweimal drei Phasen auf, wobei jeweils drei Phasen der Leistungselektronikeinheit mit den Statorwicklungen (Phasen) je einem der 3 phasigen elektrischen Motoren verbunden sind und die Leistungselektronikeinheit die beiden elektrischen Motoren unabhängig voneinander, insbesondere achs- und/oder radselektiv, in dem Fahrzeug ansteuert. Die vollständige funktionstechnische und mechanische Trennung der elektrischen Motoren voneinander erlaubt eine unabhängige Ansteuerung von elektrischen Motoren mit einer differierenden Anzahl von Phasen. According to a further embodiment, in the case of mechanically decoupled rotors of the electric motors, the power electronics unit has three phases twice, with three phases of the power electronics unit being connected to the stator windings (phases) of one of the 3-phase electric motors and the power electronics unit controlling the two electric motors independently of one another. in particular axle- and/or wheel-selective, in the vehicle. The complete functional and mechanical separation of the electric motors from each other allows independent control of electric motors with a different number of phases.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die elektrischen Motoren nebeneinander angeordnet und vorzugsweise als Radialfluss- oder Axial-Fluss-Maschine mit mindestens einem Stator und mindestens einem Rotor ausgebildet. Die Nebeneinanderanordnung der elektrischen Motoren erlaubt eine optimale Ausnutzung des im Fahrzeug zur Verfügung stehenden radialen Bauraumes. According to a further embodiment, the electric motors are arranged next to one another and are preferably designed as a radial flux or axial flux machine with at least one stator and at least one rotor. The side-by-side arrangement of the electric motors allows optimal utilization of the radial installation space available in the vehicle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Axial-Fluss-Maschine in einer Fl- Anordnung oder einer I-Anordnung ausgebildet. Sind eine Rotorwelle und zwei außenliegende scheibenförmige Statoren eines elektrischen Motors axial nebeneinander angeordnet, wird dies im Folgenden als I-Anordnung (2 Statoren, 1 Rotor) bezeichnet. Eine weitere Ausführungsform der elektrischen Motoren weist zwei außenliegende miteinander gekoppelte Rotorplatten auf, zwischen denen axial flächig ein scheibenförmiger Stator angeordnet ist. Diese Ausführungsform wird im Folgenden als sogenannte H- Anordnung bezeichnen (1 Stator, 2 Rotoren). Zwischen dem Stator und dem zugehörigen Rotor ist dabei ein Abstand definiert, der als Luftspalt bezeichnet wird. Dieser ist in den jeweiligen elektrischen Motoren symmetrisch gestaltet, kann aber zwischen den Antriebsmaschinen einer elektrischen Antriebsmaschine durchaus auch abweichend gestaltet sein, um beispielweise das Kennfeld des gesamten An- triebs zu modifizieren. Somit ist eine vielfältige Ausgestaltung des elektrischen Antriebs möglich. Auch ist die Anordnung mit nur einem Stator und einem Rotor denkbar. According to a further embodiment, the axial flux machine is designed in an Fl arrangement or an I arrangement. If a rotor shaft and two external disk-shaped stators of an electric motor are arranged axially next to one another, this is referred to below as an I arrangement (2 stators, 1 rotor). A further embodiment of the electric motors has two external rotor plates which are coupled to one another and between which a disk-shaped stator is arranged over an axial area. This embodiment is referred to below as a so-called H arrangement (1 stator, 2 rotors). A distance is defined between the stator and the associated rotor, which is referred to as the air gap. This is designed symmetrically in the respective electric motors, but can also be designed differently between the drive machines of an electric drive machine, for example in order to drive to modify. A diverse configuration of the electric drive is thus possible. The arrangement with only one stator and one rotor is also conceivable.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die elektrischen Traktionsmaschinen als permanent erregte Synchronmaschine oder als fremderregte Synchronmaschine oder als Asynchronmaschine ausgebildet. Die Anordnung zur Strom- bzw. Spannungsversorgung ist somit vielseitig für die unterschiedlichsten elektrischen Motoren verwendbar. According to a further embodiment, the electric traction machines are designed as a permanently excited synchronous machine or as a separately excited synchronous machine or as an asynchronous machine. The arrangement for the current or voltage supply can therefore be used in a variety of ways for a wide variety of electric motors.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischer Antrieb eines Fahrzeuges, umfassend zwei elektrische Motoren, die über je eine Getriebereduktionsstufe zwei Fahrzeugräder antreiben. Dabei sind die zwei funktionstechnisch voneinander getrennten elektrischen Motoren mit einer gemeinsamen Multiphaseneinrichtung zur Strom- bzw. Spannungsversorgung der beiden elektrischen Motoren verbunden, wobei die Multiphaseneinrichtung mehr als drei Phasen zur unabhängigen Einstellung der Betriebsparameter der beiden elektrischen Motoren aufweist. Die Verwendung nur einer Strom- bzw. Spannungsversorgungseinrichtung ermöglicht eine Verkleinerung der Baugröße des Antriebs bei gleichzeitiger Gewichtsverringerung. Die Multiphaseneinrichtung ist dabei als entkoppelte Schnittstelle zwischen einer Energiequelle und den elektrischen Traktionsmaschinen einsetzbar, wobei durch die Entkopplung die Verwendung einer beliebigen Anzahl von Motoren betrieben werden können, da die Anzahl der Phasen der Multifunktionseinrichtung beliebig variiert werden kann. A further aspect of the invention relates to an electric drive of a vehicle, comprising two electric motors which each drive two vehicle wheels via a gear reduction stage. The two functionally separate electric motors are connected to a common multi-phase device for supplying current or voltage to the two electric motors, the multi-phase device having more than three phases for independently setting the operating parameters of the two electric motors. The use of only one current or voltage supply device allows the size of the drive to be reduced while at the same time reducing the weight. The multiphase device can be used as a decoupled interface between an energy source and the electric traction machines, with the decoupling allowing the use of any number of motors to be operated, since the number of phases of the multifunction device can be varied as desired.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug, welcher zwei axial nebeneinander in Reihe angeordnete elektrische Motoren aufweist, die über je ein Reduktionsgetriebe zwei Fahrzeugräder antreiben, wobei die Rotorwellen beider elektrischen Motoren mit einer Eingangswelle eines Differentialausgleichsgetriebes drehfest miteinander gekoppelt sind und die beiden Ausgangswellen des Differentialausgleichsgetriebes an jeweils eine der Reduktionsgetriebe führen. Dabei sind die Rotoren und die Statoren des elektrischen Antriebs axial flächig nebeneinander angeordnet. Durch diese konstruktive Maßnahme werden die Drehmomente beider elektrischer Motoren addiert. Obwohl beide elektrischen Motoren innerhalb eines radial vorgegebenen Bauraums verbleiben, kann so dennoch eine deutliche Erhöhung des Drehmomentes und der Leistung des Antriebs erzielt werden. Wird eine der bei- den elektrischen Motoren im Teillastbetrieb abgeschaltet, kann dadurch auch die Effizienz des elektrischen Antriebs wesentlich verbessert werden. Another aspect of the invention relates to an electric drive for a vehicle, which has two electric motors arranged axially next to one another in series, which each drive two vehicle wheels via a reduction gear, the rotor shafts of both electric motors being coupled to one another in a torque-proof manner with an input shaft of a differential gear and the lead both output shafts of the differential gear to one of the reduction gears. The rotors and the stators of the electric drive are arranged axially flat next to each other. This design measure adds the torques of both electric motors. Although both electric motors remain within a radially specified installation space, a significant increase in the torque and power of the drive can still be achieved. Will one of the switched off the electric motors in partial load operation, the efficiency of the electric drive can be significantly improved.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden. The invention permits numerous embodiments. One of them will be explained in more detail with reference to the figures shown in the drawing.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Antriebes, 1 shows a first exemplary embodiment of an electric drive,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung für den elektrischen Antrieb gemäß Fig. 1 , FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the arrangement according to the invention for the electric drive according to FIG. 1,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektrischen Antriebes, 3 shows a further exemplary embodiment of the electric drive,
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung für den elektrischen Antrieb gemäß Fig. 2, 4 shows a further exemplary embodiment of the arrangement according to the invention for the electric drive according to FIG. 2,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektrischen Antriebes, 5 shows a further exemplary embodiment of the electric drive,
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektrischen Antriebes, 6 shows a further exemplary embodiment of the electric drive,
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektrischen Antriebes, 7 shows a further exemplary embodiment of the electric drive,
Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung für den elektrischen Antrieb gemäß Fig. 7. 8 shows a further exemplary embodiment of the arrangement according to the invention for the electric drive according to FIG.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes dargestellt. Der elektrische Antrieb 1 umfasst zwei elektrische Motoren 2, 3, die axial in Reihe angeordnet sind, so dass die Rotorwellen 4, 5 der beiden elektrischen Motoren 2,3 koaxial zueinander liegen. Jede Rotorwelle 4, 5 ist an jeweils ein Reduktionsgetriebe 6, 7 in Form eines gestuften Planetenradgetriebes geführt, welches mit einer Getriebeausgangswelle 8, 9 jeweils an einem Fahrzeugrad 10, 11 an- greift. An einem Hohlrad 13 jedes Reduktionsgetriebes 6, 7 ist eine Abkoppeleinheit 14 angebunden. In Fig. 1 a first embodiment of the electric drive according to the invention is shown. The electric drive 1 comprises two electric motors 2, 3, which are arranged axially in series, so that the rotor shafts 4, 5 of the two electric motors 2, 3 are coaxial with one another. Each rotor shaft 4, 5 is guided to a respective reduction gear 6, 7 in the form of a stepped planetary gear which is connected to a gear output shaft 8, 9 in each case on a vehicle wheel 10, 11. grabs. A decoupling unit 14 is connected to a ring gear 13 of each reduction gear 6 , 7 .
Zwischen den beiden elektrischen Motoren 2, 3 ist ein Differentialausgleichsgetriebe 15 in Form eines Planetenradgetriebes ausgebildet, an welchem die beiden Rotorwellen 4, 5 angekoppelt sind. Die Rotorwellen 4, 5 der beiden elektrischen Motoren 2, 3 sind dabei über ein Hohlrad 15a des Differentialausgleichsgetriebes 15 drehfest miteinander gekoppelt. Dies heißt, dass beide elektrische Motoren 2, 3 bei einer Drehung immer eine identische Phasenlage des zeitlichen Verlaufes des Stromes bzw. Spannung aufweisen, wie es in den Diagrammen 2a, 3b gezeigt ist. Eine Umdrehung entspricht hier 360°. Between the two electric motors 2, 3 there is a differential gear 15 in the form of a planetary gear, to which the two rotor shafts 4, 5 are coupled. The rotor shafts 4, 5 of the two electric motors 2, 3 are coupled to one another in a rotationally fixed manner via a ring gear 15a of the differential gear 15. This means that both electric motors 2, 3 always have an identical phase position of the time course of the current or voltage during a rotation, as shown in the diagrams 2a, 3b. One revolution here corresponds to 360°.
Die elektrischen Motoren 2, 3 sind in einer I-Anordnung ausgeführt, in welcher ein Rotor 16 innenliegend und die Statoren 17 axial flächig außenliegend angeordnet sind. An den jeweiligen Stator 17 der elektrischen Motoren 2, 3 ist eine Leistungselektronikeinheit 18 angekoppelt, welche die dreiphasigen elektrischen Motoren 2, 3 mit Energie versorgt. Diese Leistungselektronikeinheit 18 weist drei Phasen 19, 20, 21 auf, welche außerhalb der Leistungselektronikeinheit 18 aufgetrennt sind, wobei jeweils drei der aufgetrennten Phasen 19a, 20a, 21 a; 19b, 20b, 21 b in jeweils einer Phasengruppe A,B zusammengefasst sind. Dabei führt die erste Phasengruppe A mit den aufgetrennten Phasen 19a, 20a, 21 a an den Stator 17 des elektrischen Motors 2, während die zweite Phasengruppe B mit dem Stator 17 des zweiten elektrischen Motors 3 verbunden ist. Jeder Stator 17 umfasst in diesem Fall je Wicklungen 22, 23, 24, an welche die aufgetrennten Phasen 19a, 20a, 21 a; 19b, 20b, 21 b der beiden Phasengruppen A, B angebunden werden. Grundsätzlich stellen die Wicklungen aus Sicht eines elektrischen Motors die Phasen des Motors dar. Es ist zweckmäßig nach der Auftrennung für jeden Phasengruppe A, B gleiche Impedanzen für die Zuleitungen und Phasen 19a, 20a, 21 a; 19b, 20b, 21 b der Motoren 2, 3 zu wählen. The electric motors 2, 3 are designed in an I-arrangement, in which a rotor 16 is arranged on the inside and the stators 17 are arranged on the outside in an axially flat manner. A power electronics unit 18 is coupled to the respective stator 17 of the electric motors 2, 3 and supplies the three-phase electric motors 2, 3 with energy. This power electronics unit 18 has three phases 19, 20, 21, which are separated outside of the power electronics unit 18, with three of the separated phases 19a, 20a, 21a; 19b, 20b, 21b are each combined into a phase group A,B. The first phase group A with the separate phases 19a, 20a, 21a leads to the stator 17 of the electric motor 2, while the second phase group B is connected to the stator 17 of the second electric motor 3. In this case, each stator 17 comprises windings 22, 23, 24, to which the separate phases 19a, 20a, 21a; 19b, 20b, 21b of the two phase groups A, B are connected. Basically, the windings represent the phases of the motor from the point of view of an electric motor. It is expedient after the separation for each phase group A, B to have the same impedances for the supply lines and phases 19a, 20a, 21a; 19b, 20b, 21b of the motors 2, 3 to choose.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt. Die dreiphasige Leistungselektronikeinheit 18 umfasst einen DC-Eingang 25 für eine Gleichspannung oder einen Gleichstrom, welche über ein EM I-Filter 26 und einen Kondensator 27 an drei Leistungsschalter 28, 29, 30 geführt sind. Jeder Leistungsschalter 28, 29, 30 ist mit je einem Gate-Treiberblock 31 , 32, 33 verbunden, welche von einer gemeinsamen Steuereinheit 37 angesteuert werden. Diese Steuereinheit 37 kann als Microcontroller oder ASIC ausgebildet sein und umfasst einen Regelkreis zur Regelung von Drehzahl und Drehmoment der elektrischen Motoren 2, 3. Von jedem Leistungsschalter 28, 29, 30 geht eine Phase 19, 20, 21 ab, die in der beschriebenen Art und Weise in die zwei Phasengruppen A, B aufgetrennt werden, um die zwei elektrischen Motoren 2, 3 mit Energie zu versorgen. Die Leistungsschalter 28, 29, 30 werden von der Steuereinheit 37 angesteuert und wandeln die Gleichspannung bzw. den Gleichstrom in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom um, welche an den Phasen 19, 20, 21 anliegen und über einen AC-Ausgang an die elektrischen Motoren 2, 3 weitergegeben werden. Hinter jedem Leistungsschalter 28, 29, 30 ist für jede Phase 19, 20, 21 ein Stromsensor 34, 35, 36 vorgesehen, welcher den Wechselstrom jeder Phase 19, 20, 21 misst und an die Steuereinheit 37 zurückmeldet. An der Rotorwelle 4, 5 eines elektrischen Motors 2, 3 ist ein Rotorlagesensor 12 angeordnet, der mit der Steuereinheit 37 gekoppelt ist. A first exemplary embodiment of the arrangement according to the invention is shown in FIG. The three-phase power electronics unit 18 includes a DC input 25 for a DC voltage or a direct current, which are routed to three circuit breakers 28, 29, 30 via an EM I filter 26 and a capacitor 27. Each power switch 28, 29, 30 is connected to a gate driver block 31, 32, 33, which be controlled by a common control unit 37. This control unit 37 can be designed as a microcontroller or ASIC and includes a control circuit for controlling the speed and torque of the electric motors 2, 3. Each circuit breaker 28, 29, 30 has a phase 19, 20, 21 which is switched in the manner described and manner separated into the two phase groups A, B to power the two electric motors 2,3. The circuit breakers 28, 29, 30 are controlled by the control unit 37 and convert the DC voltage or the direct current into an AC voltage or an alternating current, which is applied to the phases 19, 20, 21 and via an AC output to the electric motors 2, 3 are passed on. A current sensor 34 , 35 , 36 is provided for each phase 19 , 20 , 21 downstream of each circuit breaker 28 , 29 , 30 , which current sensor measures the alternating current of each phase 19 , 20 , 21 and reports it back to the control unit 37 . A rotor position sensor 12 which is coupled to the control unit 37 is arranged on the rotor shaft 4 , 5 of an electric motor 2 , 3 .
In dieser Anordnung sind die elektrischen Motoren 2, 3 starr gekoppelt und werden in einer Parallelschaltung betrieben, so dass diese in einer rotatorischen Richtung während der Drehung immer die gleiche Phase 19, 20, 21 aufweisen. Aus Sicht der Leistungselektronikeinheit 18 stellen die beiden elektrischen Maschinen 2, 3 nur einen Verbraucher in Form einer dreiphasigen Maschine dar. Die beiden starr miteinander gekoppelten elektrischen Motoren 2, 3 drehen mit der gleichen Drehzahl, die über den Rotorlagesensor 12 erfasst wird. Dabei genügt es, die Drehzahl mit nur einem Rotorlagesensor 12 an einem elektrischen Motor 2, 3 zu erfassen. Die Stromsensoren 34, 35, 36 erfassen den Gesamtphasenstrom der beiden elektrischen Motoren 2, 3, wobei bei der in der Steuereinheit 37 implementierten Regelung angenommen wird, dass die Phasenströme annähernd gleichmäßig über beide elektrische Motoren 2, 3 verteilt sind. Damit wird der Regelung eine Mittelwertbildung der Phasenströme zugrunde gelegt. Der Kondensator 27, welcher eine Glättung der erzeugten Wechselspannung bzw. des erzeugten Wechselstroms zu einem angenäherten Sinussignal vornimmt, muss dabei für die Belastung durch zwei elektrische Motoren 2, 3 ausgelegt sein. In this arrangement, the electric motors 2, 3 are rigidly coupled and are operated in parallel, so that they always have the same phase 19, 20, 21 in a rotational direction during rotation. From the point of view of the power electronics unit 18, the two electrical machines 2, 3 represent only one consumer in the form of a three-phase machine. It is sufficient to detect the speed with only one rotor position sensor 12 on an electric motor 2, 3. The current sensors 34, 35, 36 detect the total phase current of the two electric motors 2, 3, it being assumed in the control implemented in the control unit 37 that the phase currents are approximately evenly distributed over the two electric motors 2, 3. This means that the regulation is based on an averaging of the phase currents. The capacitor 27, which smoothes the generated AC voltage or the generated alternating current into an approximate sinusoidal signal, must be designed for the load of two electric motors 2, 3.
Ein elektrischer Antrieb 38 mit elektrischen Motoren 39, 40, die in einer alternativen H- Anordnung ausgeführt sind, ist in Fig. 3 gezeigt. Bei dieser Ausführung umgreift der Rotor 16 die innenliegenden Statoren 17, die axial flächig innerhalb des Rotors 16 po- sitioniert sind. Wie in Fig. 1 erläutert, sind auch in diesem Fall die Rotorwellen 4, 5 am Hohlrad 15a des Differentialausgleichsgetriebes 15 drehfest miteinander gekoppelt. Die Ausgangswellen 41 , 42 des Differentialausgleichsgetriebes 15 führen an je ein als Planetenradgetriebe ausgebildetes Reduktionsgetriebe 6, 7. Die Statoren 17 der beiden elektrischen Motoren 39, 40 sind mit einer sechsphasigen Leistungselektronikeinheit 43 verbunden und werden von dieser mit einem Wechselstrom bzw. einer Wechselspannung versorgt. Jeweils 3 Phasen 19, 20, 21 ; 44, 45, 46 der Leistungselektronikeinheit 43 sind an die Wicklungen 22, 23, 24 der beiden dreiphasigen elektrischen Motoren 39, 40 geführt. An electric drive 38 with electric motors 39, 40 configured in an alternative H configuration is shown in FIG. In this embodiment, the rotor 16 surrounds the internal stators 17, which are axially flat within the rotor 16 po- are positioned. As explained in FIG. 1, the rotor shafts 4, 5 on the ring gear 15a of the differential gear 15 are also coupled to one another in a rotationally fixed manner in this case. The output shafts 41, 42 of the differential gear 15 each lead to a reduction gear 6, 7 designed as a planetary gear. The stators 17 of the two electric motors 39, 40 are connected to a six-phase power electronics unit 43 and are supplied by this with an alternating current or an alternating voltage. 3 phases each 19, 20, 21; 44, 45, 46 of the power electronics unit 43 are connected to the windings 22, 23, 24 of the two three-phase electric motors 39, 40.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung für den in Fig. 3 erläuterten elektrischen Antrieb 38 dargestellte. Im Unterschied zu Fig. 2 sind sechs Phasen 19, 20, 21 ; 44, 45, 46, von denen jeweils drei direkt auf den jeweiligen elektrischen Motor 39, 40 geführt sind. Für die Phasen 44, 45, 46 sind zusätzlich je ein Leistungsschalter 47, 48, 49 vorgesehen, die über je einen Gate-Treiberblock 50, 51 , 52 mit der Steuereinheit 37 verbunden sind. Der erzeugte Wechselstrom wird in jeder weiteren Phase 44, 45, 46 ebenfalls mit einem separaten Stromsensor 53, 54, 55 gemessen. Der Rotorlagesensor 12 ist an der Koppelstelle beider Rotorwellen 4, 5 der beiden elektrischen Motoren 39, 40 positioniert, wobei nur ein Rotorlagesensor 12 notwendig ist, da die beiden Rotorwellen 4, 5 starr gekoppelt sind. FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the arrangement according to the invention for the electric drive 38 explained in FIG. In contrast to FIG. 2, six phases 19, 20, 21; 44, 45, 46, three of which are guided directly to the respective electric motor 39, 40. A power switch 47, 48, 49 each is additionally provided for the phases 44, 45, 46 and is connected to the control unit 37 via a gate driver block 50, 51, 52 each. The alternating current generated is also measured with a separate current sensor 53, 54, 55 in each further phase 44, 45, 46. The rotor position sensor 12 is positioned at the coupling point of both rotor shafts 4, 5 of the two electric motors 39, 40, only one rotor position sensor 12 being necessary since the two rotor shafts 4, 5 are rigidly coupled.
In diesem Fall bilden die beiden elektrischen Motoren 39, 40 aus Sicht der Leistungselektronikeinheit 43 einen sechsphasigen Motor. Die sechs Phasen 19, 20, 21 ; 44, 45, 46 der Leistungselektronikeinheit 43 können unabhängig voneinander durch die Steuereinheit 37 angesteuert werden, was durch den für jede Phase 19, 20, 21 ; 44, 45, 46 vorgesehenen Gate-Treiberblock 31 , 32, 33; 50, 51 , 52 ermöglicht wird. Die zeitliche Ansteuerung der drei Wechselstrom-Phasen 19, 20, 21 ; 44, 45, 46 jedes elektrischen Motors 39, 40 sind um 120° zueinander versetzt. Die beiden elektrischen Motoren 39, 40 werden phasenversetzt angesteuert und weisen einen Versatz von Motor 39 zu Motor 40 von quasi 60° auf. Dies ist zur besseren Verdeutlichung in den Diagrammen 40a bz. 39b in Fig. 3 dargestellt. Die Addition der einzelnen Drehmomente bzw. die Überlappung der einzelnen Drehmomente beider Motoren 39, 40 durch den Phasenversatz von 60°+/-10° hat zur Folge, dass sich in Summe die Drehmomentschwankungen verringern. Ebenfalls kann infolge der phasenversetzten Ansteuerung der elektrischen Motoren 39, 40 zueinander der Kondensator 27 kleiner ausgeführt werden. In this case, the two electric motors 39, 40 form a six-phase motor from the point of view of the electronic power unit 43. The six phases 19, 20, 21; 44, 45, 46 of the power electronics unit 43 can be controlled independently of one another by the control unit 37, which is done by the for each phase 19, 20, 21; 44, 45, 46 provided gate driver block 31, 32, 33; 50, 51, 52 is made possible. The timing of the three AC phases 19, 20, 21; 44, 45, 46 of each electric motor 39, 40 are offset from one another by 120°. The two electric motors 39, 40 are driven out of phase and have an offset from motor 39 to motor 40 of almost 60°. This is shown in diagrams 40a and 39b in FIG. The addition of the individual torques or the overlapping of the individual torques of both motors 39, 40 due to the phase offset of 60°+/−10° results in the torque fluctuations being reduced overall. Also due to the phase-shifted control of the electric motors 39, 40 to each other, the capacitor 27 can be made smaller.
Fig. 5 und 6 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele eines elektrischen Antriebes 38, bei welchen die elektrischen Motoren 39, 40 in einer H-Anordnung in einer direkten axialen Nebeneinanderanordnung ausgebildet sind. In beiden Fällen sind die Rotorwellen 4, 5 der beiden elektrische Motoren 39, 40 direkt miteinander verbunden. Diese verbundene Rotorwelle 56 ist drehfest an die Eingangswelle 57 des Differentialausgleichsgetriebes 15 gekoppelt. Die Ausgangswellen 41 , 42 des Differentialausgleichgetriebes 15 führen an jeweils ein Reduktionsgetriebe 6, 7, welche als Planetenradgetriebe ausgebildet sind. 5 and 6 show two further embodiments of an electric drive 38 in which the electric motors 39, 40 are arranged in an H-arrangement in direct axial juxtaposition. In both cases, the rotor shafts 4, 5 of the two electric motors 39, 40 are directly connected to one another. This connected rotor shaft 56 is coupled to the input shaft 57 of the differential gear 15 in a torque-proof manner. The output shafts 41, 42 of the differential gear 15 each lead to a reduction gear 6, 7, which are designed as planetary gears.
Im Falle von Fig. 5 greift die dreiphasige Leistungselektronikeinheit 18 an die Statoren 17 der beiden elektrischen Maschinen 39, 40 an, indem die drei Phasen 19, 20, 21 aufgetrennt und als Phasengruppen A, B, wie in Fig. 1 gezeigt, an die elektrischen Motoren 39, 40 geführt sind. Die beiden elektrischen Motoren 39, 40 laufen synchron zueinander und haben gemäß den Diagrammen 39b und 40a einen identischen Phasenverlauf. In the case of FIG. 5, the three-phase electronic power unit 18 acts on the stators 17 of the two electrical machines 39, 40 by separating the three phases 19, 20, 21 and connecting them as phase groups A, B, as shown in FIG electric motors 39, 40 are performed. The two electric motors 39, 40 run synchronously with one another and, according to diagrams 39b and 40a, have an identical phase curve.
In Fig. 6 wird die sechsphasige Leistungselektronik 43 zur Ansteuerung der beiden elektrischen Motoren 39, 40 verwendet, wobei jeweils drei separate Phasen 19, 20, 21 ; 44, 45, 46 an jeweils einen elektrischen Motor 39, 40 geführt sind. Die Phasen 19, 20, 21 bzw. 44, 45, 46 werden gegeneinander um 60° versetzt angesteuert (Diagramm 40a und 39b in Fig 6), dass, wie in Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert, zu einer Reduzierung der Summe der Drehmomentschwankungen und zu einer Verkleinerung der Kapazität des Kondensators 27 führt. In FIG. 6, the six-phase power electronics 43 are used to control the two electric motors 39, 40, three separate phases 19, 20, 21; 44, 45, 46 are each guided to an electric motor 39, 40. The phases 19, 20, 21 or 44, 45, 46 are controlled offset by 60° (diagram 40a and 39b in FIG. 6) that, as explained in connection with FIG leads to a reduction in the capacitance of the capacitor 27.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Antriebes 58 dargestellt, bei welchem die elektrischen Motoren 39 und 40 ebenfalls in einer H-Anordnung verbaut sind. Die Rotorwellen 4, 5 der beiden elektrischen Motoren 39, 40 führen dabei auf ein als Stirnräderkette ausgebildetes Reduktionsgetriebe 6, 7, was den von dem Antrieb 58 benötigten Bauraum reduziert. Beide elektrischen Motoren 39, 40 sind vollständig voneinander entkoppelt und werden von der gemeinsamen Leistungselektronik 43 als zwei unabhängig voneinander arbeitende drei-phasige elektrische Moto- ren 39, 40 erkannt. Die Drehzahlen und die Drehmomente der beiden Motoren 39, 40 können somit in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustandes des Fahrzeuges verschieden sein. In Fig. 8 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild gezeigt, gemäß welchem die sechsphasige Leistungselektronikeinheit 43, wie in Fig. 4 erläutert, ausgestaltet ist. Im Unterschied zu Fig. 4 werden auf Grund der mechanischen Entkopplung der Motoren 39, 40 zwei Rotorlagesensoren 59, 60 benötigt, wovon einer mit der Rotorwelle 4 des elektrischen Motors 40 und der andere mit der Rotorwelle 5 des elektrischen Motors 39 verbunden ist. In der Leistungselektronikeinheit 43 sind zwei getrennte Regelkreise 61 , 62 implementiert (Fig. 7), wobei ein Regelkreis 62 die Phasen 19, 20, 21 zum Betreiben des ersten elektrischen Motors 39 antreibt, während der andere Regelkreis 62 die weiteren Phasen 44, 45, 46 zum Betreiben des anderen elektrischen Motors 40 jeweils unabhängig voneinander ansteuert. Optional ist zu erwähnen, das für eine aktive Drehmomentensteuerung (Torque Vectoring) ein weiterer übergeordneter Regelkreis notwendig wäre. Torque Vectoring stellt in einem Fahrzeug an einer Achse unterschiedliche Drehmomente ein. Dadurch kann das Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges und damit die Agilität positiv beeinflusst werden. 7 shows a further exemplary embodiment of an electric drive 58, in which the electric motors 39 and 40 are also installed in an H arrangement. The rotor shafts 4, 5 of the two electric motors 39, 40 lead to a reduction gear 6, 7 designed as a spur gear chain, which reduces the installation space required by the drive 58. Both electric motors 39, 40 are completely decoupled from each other and are operated by the common power electronics 43 as two independently working three-phase electric motors. ren 39, 40 recognized. The speeds and the torques of the two motors 39, 40 can thus be different depending on the respective operating state of the vehicle. FIG. 8 shows an electrical equivalent circuit diagram, according to which the six-phase electronic power unit 43, as explained in FIG. 4, is designed. In contrast to FIG. 4, due to the mechanical decoupling of the motors 39, 40, two rotor position sensors 59, 60 are required, one of which is connected to the rotor shaft 4 of the electric motor 40 and the other to the rotor shaft 5 of the electric motor 39. Two separate control loops 61, 62 are implemented in the power electronics unit 43 (FIG. 7), one control loop 62 driving the phases 19, 20, 21 for operating the first electric motor 39, while the other control loop 62 drives the further phases 44, 45, 46 to operate the other electric motor 40 controls each independently. As an option, it should be mentioned that an additional higher-level control circuit would be necessary for active torque control (torque vectoring). Torque vectoring sets different torques on one axle in a vehicle. This can positively influence the self-steering behavior of the vehicle and thus its agility.
Bezugszeichenliste Reference List
1 elektrischer Antrieb 1 electric drive
2 elektrischer Motor 2 electric motor
3 elektrischer Motor 3 electric motor
4 Rotorwelle 4 rotor shaft
5 Rotorwelle 5 rotor shaft
6 Reduktionsgetriebe 6 reduction gears
7 Reduktionsgetriebe 7 reduction gears
8 Getriebeausgangswelle 8 transmission output shaft
9 Getriebeausgangswelle 9 transmission output shaft
10 Fahrzeugrad 10 vehicle wheel
11 Fahrzeugrad 11 vehicle wheel
12 Rotorlagesensor 12 rotor position sensor
13 Hohlrad des Reduktionsgetriebes 13 ring gear of the reduction gear
14 Abkoppeleinheit 14 decoupling unit
15 Differentialausgleichsgetriebe 15 differential gears
16 Rotor 16 rotors
17 Stator 17 stator
18 Dreiphasige Leistungselektronikeinheit 18 Three-phase power electronics unit
19 Phase 19 stages
20 Phase 20 stages
21 Phase 21 stages
22 Wicklung des Stators 22 winding of the stator
23 Wicklung des Stators 23 winding of the stator
24 Wicklung des Stators 24 winding of the stator
25 DC-Eingang 25 DC input
26 FMI-Filter 26 FMI filters
27 Kondensator 28 Leistungsschalter 27 condenser 28 circuit breakers
29 Leistungsschalter 29 circuit breakers
30 Leistungsschalter 30 circuit breakers
31 Gatetreiberblock 31 gate driver block
32 Gatetreiberblock 32 gate driver block
33 Gatetreiberblock 33 gate driver block
34 Stromsensor 34 current sensor
35 Stromsensor 35 current sensor
36 Stromsensor 36 current sensor
37 Steuereinheit 37 control unit
38 Elektrischer Antrieb 38 Electric drive
39 Elektrischer Motor 39 electric motor
40 Elektrischer Motor 40 electric motor
41 Ausgangswelle des Differentialausgleichsgetriebes41 Differential differential gear output shaft
42 Ausgangswelle des Differentialausgleichsgetriebes42 Differential differential gear output shaft
43 6-phasige Leistungselektronikeinheit 43 6-phase power electronics unit
44 Phase 44 phase
45 Phase 45 phase
46 Phase 46 phase
47 Leistungsschalter 47 circuit breakers
48 Leistungsschalter 48 circuit breakers
49 Leistungsschalter 49 circuit breakers
50 Gatetreiberblock 50 gate driver block
51 Gatetreiberblock 51 gate driver block
52 Gatetreiberblock 52 gate driver block
53 Stromsensor 53 current sensor
54 Stromsensor 54 current sensor
55 Stromsensor 55 current sensor
56 Verbundene Rotorwelle 57 Eingangswelle des Differentialausgleichsgetriebe56 Connected rotor shaft 57 input shaft of the differential gear
58 Elektrischer Antrieb 58 Electric drive
59 Rotorlagesensor 59 rotor position sensor
60 Rotorlagesensor 61 Regelkreis 60 rotor position sensor 61 control loop
62 Regelkreis 62 control loop

Claims

Patentansprüche Anordnung zur Strom- bzw. Spannungsversorgung eines elektrischen Antriebes, insbesondere eines Fahrzeuges, umfassend eine mehrphasige Leistungselektronikeinheit (18, 43), welche eine/n von einer Energiequelle bereitgestell- te/n Gleichspannung bzw. Gleichstrom in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom umwandelt, welche/r an einen mit der mehrphasigen Leistungselektronikeinheit (18, 43) verbundenen elektrischen Motor (2, 3; 39, 40), vorzugsweise einer Traktionsmaschine, zur Bereitstellung einer Antriebskraft zur Erzeugung einer Bewegung, insbesondere an einem Fahrzeugrad (10, 11 ), zu- führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Phasen (19, 20, 21 ; 44, 45, 46) aufweisende Leistungselektronikeinheit (18, 43) mit mindestens zwei elektrischen Motoren (2, 3; 39, 40) zur gleichzeitigen Strom- bzw. Spannungsversorgung gekoppelt ist. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei mechanisch drehgekoppelten, mit gleicher Drehzahl drehenden Rotoren (16) der mindestens zwei elektrischen Motoren (2, 3) die von der Leistungselektronikeinheit (18) abgehenden Phasen (19, 20, 21 ) aufgetrennt und in Phasengruppen (A, B) zusammengefasst sind, wobei jeder Phasengruppe (A, B) je eine als Wicklung (22, 23, 24) ausgebildete Phase mindestens zweier elektrischer Motoren (2, 3) zu deren Strom- bzw. Spannungsversorgung zugeordnet ist. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei mechanisch drehgekoppelten, mit gleicher Drehzahl drehenden Rotoren (16) der n elektrischen Motoren (39, 40) die Leistungselektronikeinheit (43) n mal m (1 ... n) Phasen (19, 20, 21 ; 44, 45, 46) aufweist, wobei jeweils m Phasen (19, 20, 21 ; 44, 45, 46) der Leistungselektronikeinheit (18) mit den Statorwicklungen (22, 23, 24) je eines elektrischen Motors (39, 40) verbunden sind und die jeweils m Phasen (19, 20, 21 ), die einem ersten elektrischen Motors (39) zugeordnet sind, zeitlich phasengleich oder phasenversetzt zu den Phasen (44, 45, 46), die den n-1 anderen elektrischen Motoren (40) von der Leistungselektronikeinheit (43) bestromt sind. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Phasenversatz zwischen den einzelnen n elektrischen Motoren (39, 40) unterschiedlich ist. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronikeinheit (43) zweimal drei Phasen (19, 20, 21 ; 44, 45, 46) aufweist, wobei jeweils drei Phasen (19, 20, 21 ; 44, 45, 46) der Leistungselektronikeinheit (43) mit den Statorwicklungen (22, 23, 24) jeder elektrischen Maschine (39, 40) verbunden sind, wobei die jeweils drei Phasen (19, 20, 21 ) , die dem einen elektrischen Motor (39) zugeordnet sind, um 60°+/-10° zu den dem anderen elektrischen Motor (40) zugeordneten drei Phasen (44, 45, 46) zeitlich versetzt angesteuert verschoben sind. - 17 - Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die den elektrischen Motoren (39, 40) zugeordneten Phasen (19, 20, 21 ; 44, 45, 46) derart ansteuerbar sind, dass die elektrischen Motoren (39, 40) mit unterschiedlicher Drehzahl bzw. Drehmoment antreibbar sind. Anordnung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei mechanisch entkoppelten Rotoren (16) der elektrischen Motoren (39, 40) die Leistungselektronikeinheit (43) zweimal drei Phasen (19, 20, 21 ; 44, 45, 46) aufweist, wobei jeweils drei Phasen (19, 20, 21 ; 44, 45, 46) der Leistungselektronikeinheit (43) mit den Statorwicklungen (22, 23, 24) je eines der 3- phasigen elektrischen Motoren (39, 40) verbunden sind und die Leistungselektronikeinheit (43) die beiden elektrischen Motoren (39, 40) unabhängig voneinander, insbesondere achs- und/oder radselektiv, in einem Fahrzeug ansteuert. Anordnung nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Motoren (2, 3; 39, 40) nebeneinander angeordnet und vorzugsweise als Radialfluss- oder Axial-Fluss-Maschine mit mindestens einem Stator (17) und mindestens einem Rotor (16) ausgebildet sind. Elektrischer Antrieb eines Fahrzeuges, umfassend zwei elektrische Traktionsmaschinen (2, 3; 39, 40), die über je eine Getriebereduktionsstufe (6, 7) zwei Fahrzeugräder (10, 11) antreiben, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei funk- - 18 - tionstechnisch voneinander getrennten elektrischen Motoren (39, 40) mit einer gemeinsamen Multiphaseneinrichtung (43) zur Strom- bzw. Spannungsversorgung der beiden elektrischen Motoren (39, 40) verbunden sind, wobei die Multiphaseneinrichtung (43) mehr als drei Phasen (19, 20, 21 ; 44, 45, 46) zur unabhängigen Einstellung der Betriebsparameter der beiden elektrischen Motoren (39, 40) aufweist. Elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug, welcher zwei axial nebeneinander in Reihe angeordnete elektrische Motoren (2, 3) aufweist, die über je ein Reduktionsgetriebe (6, 7) zwei Fahrzeugräder (10, 11 ) antreiben, wobei die Rotorwellen (4, 5) beider elektrischen Motoren (2, 3, 39, 40) mit einer Eingangswelle (57) eines Differentialausgleichsgetriebes (15) drehfest miteinander gekoppelt sind und die beiden Ausgangswellen (41 ,42) des Differentialausgleichsgetriebes (15) an jeweils eine der Reduktionsgetriebe (6, 7) führen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (16) und die Statoren (17) des elektrischen Antriebs (1 ,38) axial flächig nebeneinander angeordnet sind. Arrangement for supplying current or voltage to an electric drive, in particular a vehicle, comprising a multiphase power electronics unit (18, 43) which converts a direct current or direct current provided by an energy source into alternating current or alternating current , which is connected to an electric motor (2, 3; 39, 40), preferably a traction machine, connected to the multi-phase power electronics unit (18, 43), for providing a driving force for generating a movement, in particular on a vehicle wheel (10, 11) Can be fed, characterized in that the at least three phases (19, 20, 21; 44, 45, 46) having power electronics unit (18, 43) with at least two electric motors (2, 3; 39, 40) for simultaneous Current or voltage supply is coupled. Arrangement according to Claim 1, characterized in that in the case of mechanically rotatably coupled rotors (16) rotating at the same speed of the at least two electric motors (2, 3), the phases (19, 20, 21) coming from the power electronics unit (18) are separated and Phase groups (A, B) are grouped together, with each phase group (A, B) being assigned a phase in the form of a winding (22, 23, 24) of at least two electric motors (2, 3) for their current or voltage supply. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the case of mechanically rotationally coupled rotors (16) rotating at the same speed of the n electric motors (39, 40), the power electronics unit (43) has n times m (1 ... n) phases (19, 20 , 21 ; 44, 45, 46), each having m phases (19, 20, 21 ; 44, 45, 46) of the electronic power unit (18) with the stator windings (22, 23, 24) of an electric motor (39, 40) are connected and each m phases (19, 20, 21), which are assigned to a first electric motor (39), in phase or phase-shifted to the phases (44, 45, 46), the n-1 other electrical Motors (40) are energized by the power electronics unit (43). Arrangement according to Claim 3, characterized in that the phase offset in time between the individual n electric motors (39, 40) is different. Arrangement according to Claim 4, characterized in that the power electronics unit (43) has two times three phases (19, 20, 21; 44, 45, 46), with three phases (19, 20, 21; 44, 45, 46) of the Power electronics unit (43) with the stator windings (22, 23, 24) of each electrical machine (39, 40) are connected, wherein the three phases (19, 20, 21) that are assigned to an electric motor (39) to 60°+/-10° to the three phases (44, 45, 46) associated with the other electric motor (40) are shifted in a time-shifted manner. - 17 - Arrangement according to claim 1, characterized in that the electric motors (39, 40) associated phases (19, 20, 21; 44, 45, 46) can be controlled in such a way that the electric motors (39, 40) with different speeds or torque can be driven. Arrangement according to Claims 1 and 6, characterized in that with mechanically decoupled rotors (16) of the electric motors (39, 40), the power electronics unit (43) has two times three phases (19, 20, 21; 44, 45, 46), wherein in each case three phases (19, 20, 21; 44, 45, 46) of the power electronics unit (43) are connected to the stator windings (22, 23, 24) of one of the 3-phase electric motors (39, 40) and the power electronics unit ( 43) controls the two electric motors (39, 40) independently of one another, in particular axle- and/or wheel-selectively, in a vehicle. Arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electric motors (2, 3; 39, 40) are arranged next to one another and preferably as a radial flux or axial flux machine with at least one stator (17) and at least one rotor (16) are trained. Electric drive of a vehicle, comprising two electric traction machines (2, 3; 39, 40) which drive two vehicle wheels (10, 11) via a gear reduction stage (6, 7) each, characterized in that the two functional - 18 - electric motors (39, 40), which are separate from each other in terms of function, are connected to a common multi-phase device (43) for supplying current or voltage to the two electric motors (39, 40), the multi-phase device (43) having more than three phases (19 , 20, 21; 44, 45, 46) for independently setting the operating parameters of the two electric motors (39, 40). Electric drive for a vehicle, which has two electric motors (2, 3) arranged axially next to each other in a row, which each drive two vehicle wheels (10, 11) via a reduction gear (6, 7), the rotor shafts (4, 5) of both electric motors (2, 3, 39, 40) are coupled to one another in a torque-proof manner with an input shaft (57) of a differential gear (15) and the two output shafts (41, 42) of the differential gear (15) are each connected to one of the reduction gears (6, 7) lead, characterized in that the rotors (16) and the stators (17) of the electric drive (1, 38) are arranged axially flat next to each other.
PCT/DE2022/100892 2021-12-15 2022-11-30 Arrangement for supplying current or voltage to an electric drive WO2023110011A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021133266.4 2021-12-15
DE102021133266.4A DE102021133266A1 (en) 2021-12-15 2021-12-15 Arrangement for power or voltage supply of an electric drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023110011A1 true WO2023110011A1 (en) 2023-06-22

Family

ID=84462508

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2022/100892 WO2023110011A1 (en) 2021-12-15 2022-11-30 Arrangement for supplying current or voltage to an electric drive

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021133266A1 (en)
WO (1) WO2023110011A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20213670U1 (en) 2002-09-02 2004-02-12 Ewald Speth Antriebstechnik Gmbh Directly driven drive axle has two independently operating asynchronous motors with common controller on axle with shafts connected via planetary gear stage to drive shafts
US20100013438A1 (en) * 2008-07-21 2010-01-21 Gm Global Technology Operations, Inc. Power processing systems and methods for use in plug-in electric vehicles
US20120235617A1 (en) * 2011-03-16 2012-09-20 Singh Brij N System for controlling rotary electric machines to reduce current ripple on a direct current bus
US20130234505A1 (en) * 2010-11-05 2013-09-12 Yoshimoto Matsuda Power Device of Electric Vehicle
US20210044225A1 (en) * 2019-08-08 2021-02-11 Lg Electronics Inc. Device for driving a plurality of motors and electric apparatus including the same
EP3866295A1 (en) * 2020-02-13 2021-08-18 Ningbo Geely Automobile Research & Development Co. Ltd. A vehicle electrical system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10330284A1 (en) 2003-07-04 2005-02-03 Siemens Ag Overvoltage limiter for a traction converter
DE102008051592A1 (en) 2008-10-14 2010-04-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle i.e. hybrid vehicle, has electrical drive units, and control unit for switching on and off electrical drive units depending on prioritization of functions associated with electrical drive units
DE102011075509A1 (en) 2011-05-09 2012-11-15 Siemens Aktiengesellschaft Energy-storage system for e.g. vehicle, has switching device selectively connecting regulator with storage unit or resistor, and controller controlling switching device depending on charging state of storage unit
DE102014209868A1 (en) 2014-05-23 2015-11-26 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Control method and circuit arrangement for operating a drive machine
DE102016117911A1 (en) 2016-09-22 2018-03-22 Volabo Gmbh Electric machine
DE102019200996A1 (en) 2019-01-28 2020-07-30 Robert Bosch Gmbh Electrical circuit arrangement and method for operating such a circuit arrangement

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20213670U1 (en) 2002-09-02 2004-02-12 Ewald Speth Antriebstechnik Gmbh Directly driven drive axle has two independently operating asynchronous motors with common controller on axle with shafts connected via planetary gear stage to drive shafts
US20100013438A1 (en) * 2008-07-21 2010-01-21 Gm Global Technology Operations, Inc. Power processing systems and methods for use in plug-in electric vehicles
US20130234505A1 (en) * 2010-11-05 2013-09-12 Yoshimoto Matsuda Power Device of Electric Vehicle
US20120235617A1 (en) * 2011-03-16 2012-09-20 Singh Brij N System for controlling rotary electric machines to reduce current ripple on a direct current bus
US20210044225A1 (en) * 2019-08-08 2021-02-11 Lg Electronics Inc. Device for driving a plurality of motors and electric apparatus including the same
EP3866295A1 (en) * 2020-02-13 2021-08-18 Ningbo Geely Automobile Research & Development Co. Ltd. A vehicle electrical system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021133266A1 (en) 2023-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO1999039426A1 (en) Electric machine
WO2010149439A2 (en) Device for supplying power to an electric drive for a motor vehicle
EP3479462B1 (en) Electrical machine system
DE60215095T2 (en) Motor drive and system
DE10339803A1 (en) Drive device for a multi-axle hybrid vehicle
DE102010025961B4 (en) Drive arrangement for a motor with a plurality of stator field windings
DE102014217298A1 (en) Drive device for a motor vehicle, motor vehicle
DE102016117911A1 (en) Electric machine
DE102018203566B4 (en) Electromechanical energy converter with an inner and an outer energy converter
DE102008052144B4 (en) Synchronous machine and method for operating a synchronous machine
DE102013005355A1 (en) Method for controlling or regulating of rotation speed of multi-phase brushless motor in vehicle drive, involves varying pulse width modulating frequency between lower and upper cut-off frequencies that are arranged around central frequency
WO2013041202A2 (en) Electric motor, in particular pole-changing motor, method for operating an electric motor, and electric motor
EP0985265A1 (en) Electronic drive system
DE4218888C2 (en) Electrical machine
WO2023110011A1 (en) Arrangement for supplying current or voltage to an electric drive
WO2023110012A1 (en) Electric drive for a vehicle
EP2994993A2 (en) Drive system
EP3403326A1 (en) Vacuum pump drive having two frequency converters
EP2800898B1 (en) Wind power generator and blade fitting method
DE102020104437A1 (en) Offset of the current fundamental waves in multi-phase drives
WO2021110203A1 (en) Electric axial-flow machine and drive system
EP1927686B1 (en) Spinning frame with electric drives
DE102011075874A1 (en) Electrical drive apparatus for use in hybrid drivetrain for driving e.g. electric car, has rotor supported at shaft in axial direction offset to another rotor and drivable by magnetic field of coil arrangement
DE102013105702A1 (en) Rotating electrical machine
EP4287467A1 (en) Electric motor system

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: 22821295

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1