WO2023217698A1 - Elektromotoreinheit und verfahren zur verwendung - Google Patents

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electric motor
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motor unit
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Thomas Hausberger
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Voith Patent GmbH
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    • H02P2205/03—Power loop, i.e. comparison of the motor power with a power reference

Definitions

  • the invention relates to an electric motor unit and a method for using one.
  • Electric motors are typically controlled via 3-phase power converters.
  • the windings for example designed as toothed coils, are connected in parallel and/or series in such a way that a rotating field winding is provided and a rotating magnetic field is created when the corresponding current is impressed in the coils.
  • the coil currents or the voltage provided can only be set uniformly or together for all coil units.
  • the design changes such as the isolation of sound sources or the adjustment of the stator/rotor geometry, only allow the optimization of an electric motor unit at a specific working or operating point.
  • the invention is based on the object of specifying an electric motor unit which can be provided in a simple and efficient manner, allows a wide range of adjustment and configurability as well as an optimization of the energy efficiency, the control and regulation dynamics as well as the vibration properties, in particular so that the electric motor unit can be adapted Across their entire working or operating range, certain focal points can be guaranteed, such as energy efficiency, vibration properties, acoustics, dynamic reaction behavior or the like. Furthermore, it is the object of the present invention to specify a method for using an electric motor unit.
  • an electric motor unit in particular a permanent magnet-excited synchronous machine, is provided with a rotor and a stator, a control unit, a plurality of coil units, a plurality of switching units and at least one first DC voltage converter for providing an adjustable intermediate circuit voltage, the plurality of coil units are arranged distributed along a circumference of the stator.
  • Each coil unit is assigned one of the switching units, so that the individual coil units can be controlled individually and independently of one another via the respectively assigned switching units and/or combined into one or more subgroups or coordinated with one another via the respective assigned switching units can be controlled, the first DC voltage converter being controllable by means of the control unit in such a way that an adjustable intermediate circuit voltage can be applied to the individual switching units connected in parallel to one another as required.
  • the invention is based on the basic idea that by means of the individual controllability of the individual coil units, a diverse, flexible use and adjustment of the individual coil units is provided in order to enable the operating mode to be optimized for the respective application.
  • a core of the invention is the optimal control of the individual coil units in order to be able to specifically influence, shape and/or suppress, among other things, the body waves, vibrations and sound emissions of the electric drive train, in particular the electric motor unit.
  • the optimized control can be carried out by a targeted current injection in the coil units, so that selected or freely selectable normal force harmonics in the air gap (corresponding to the respective rotor angle), viewed over the circumference and acting on the stator or the stator teeth as well as the rotor or the rotor segments, can be influenced in a targeted manner, preferably while strictly adhering to a required motor torque.
  • normal force harmonics harmonic normal force components
  • structure-borne noise can in particular be influenced by current injection in coil units or in individual coil units and the resulting magnetic field and the corresponding (normal) force relationships in the stator teeth and rotor magnet segments possible.
  • the coil currents By choosing the coil currents, the attractive effect of the individual permanent magnets or permanent magnet segments on the stator or individual stator teeth can be influenced.
  • the normal force harmonics cause periodic force variations on the stator or the stator teeth as well as the rotor or the (permanent) magnet segments. These periodic force variations manifest themselves as vibrations of the electric motor unit that are dependent on the speed and operating point.
  • body sound radiation can be specifically influenced, so that, depending on the application, mechanical resonance frequencies can be excited or not excited.
  • a typical significant cause of structure-borne sound radiation namely the stator or the stator teeth with the coil units or the toothed coils, can be used as an actuator to influence the form of the vibration or sound radiation, in particular according to the principle of an active Vibration or noise suppression (so-called “active noise canceling”).
  • active noise canceling an active Vibration or noise suppression
  • this arrangement or the electric motor unit can also be used to provide torque as required, ensuring that the electric motor unit can be optimized depending on the working or operating point.
  • the present invention can also be used, based on the power electronic topology, to also reduce the noise development due to magnetostriction changes, i.e. due to the changing (body) deformation of magnetic substances , influenced and shaped in a targeted manner.
  • modularity can be provided by means of the present invention, so that individual coil units are not (at least temporarily) involved in the torque generation of the rotor, but are used exclusively to shape or compensate or influence, for example, the structure-borne sound behavior of the electric motor unit.
  • At least a first DC-DC converter/converter is provided.
  • at least the first DC voltage converter can preferably be provided as a bidirectionally acting step-down converter and have a (data) communicative connection to the control unit.
  • the first DC-DC converter can thus be controllable by the control unit.
  • the electric motor unit has at least a first rectifier in connection with the DC-DC converter in order to enable the electric motor unit to be supplied with power via, for example, a supply network.
  • the rectifier can be provided as an actively operated rectifier, which preferably has a data communication connection to the control unit. It is thus possible for the electric motor unit to be operated via a supply source, in the sense of a generator or an energy storage device such as a battery, as well as via a supply network.
  • the individual coil units can be controlled individually and independently of one another via an associated switching unit or its switching control unit. It is also possible to combine the coil units into one or more subgroups or to control them in a coordinated manner.
  • the individual coil units can thus be activated or controlled individually and expediently.
  • the majority of the coil units for example divided into several subgroups, can be provided for moving the rotor, with individual coil units of the plurality of coil units being able to be used to reduce vibrations and the like. In this sense, it is conceivable that several coil units are combined into subgroups and coordinated with one another in order to enable expedient and efficient control of the electric motor unit.
  • the switchability of the individual coil units is to be understood in particular as meaning that a coil current is impressed in the coil unit by activating the switching unit, which connects the intermediate circuit voltage to the coil unit depending on the control commands of the associated switching control unit, so that the respective coil unit can generate an appropriate magnetic field.
  • the coil units can be switched or activated or controlled in particular by actuating the associated switching unit.
  • the intermediate circuit voltage describes in particular the voltage that can be applied to or provided for the parallel connection of the plurality of switching units by means of the at least one first DC voltage converter. Based on the parallel connection of the switching unit units, including the respective associated coil units, a single intermediate circuit voltage can therefore be applied, with the current flow through the individual coil units being switchable or controllable by means of the respective switching units.
  • the rotor is preferably designed with a plurality of permanent magnets, wherein the permanent magnets can preferably be arranged, in particular embedded, as buried permanent magnets in the rotor.
  • the stator can have a plurality of stator teeth, corresponding to the number of coil units, wherein the coil units can be provided as toothed coil units.
  • the switching units can each be provided as a full bridge circuit, preferably formed from a 2-level topology, although a multi-level topology, in particular a 3- or 5-level topology, can also be used. In this way, it can be ensured in particular that each coil unit can be switched or controlled individually, independently and individually.
  • a reduction in the cogging torque which can be achieved via a model-based control method based on detailed mathematical models and the resulting improved torque control quality, as well as improved controllability or controllability of the torque can be achieved, for example mechanical vibrations and the resulting acoustic emissions can be reduced.
  • a flexible and versatile electric motor unit is available, which advantageously enables low-maintenance and efficient use.
  • the switching units each have a switching control unit, so that the switching units of the coil units can each be operated individually and the associated coil units and/or the associated subgroups can be controlled.
  • a control command can be communicated to the respective switching control units by means of the (central) control unit.
  • the continuous switching or control of the switching units can be done decentrally via the individual switching control units. This ensures efficient control of the electric motor unit.
  • the switching units can be controlled directly via the control unit and in this sense can be provided without assigned switching control units.
  • the plurality of switching units are arranged distributed along a circumference of the stator or over a circumference of the stator, preferably on the stator teeth or on the stator yoke. Based on the distributed arrangement of the switching units, especially in combination with the respective switching control units, a very compact unit can be achieved with regard to the localization of high-frequency electromagnetic interference sources. Furthermore, efficient heat distribution and heat dissipation is guaranteed over the entire circumference of the stator.
  • At least one first resistance unit in particular a braking resistance unit, is provided in connection with the at least one first DC-DC converter.
  • the resistance unit or braking resistor unit can be arranged between the at least one first rectifier and the at least one first DC-DC converter.
  • active braking of the electric motor unit can therefore be provided, especially in the case of a supply network that is not capable of absorbing current or a supply source that is not capable of absorbing current.
  • the electric motor unit has at least one sensor unit in (data) communicative (signal) connection with the control unit and/or with at least one of the plurality of switching control units, wherein the at least one sensor unit is preferably suitable for detecting magnetic fields -Characteristics, the torque of the electric motor unit, the speed of the rotor, the rotor position, acoustic signals, mechanical signals, in particular mechanical vibrations, electrical currents, electrical voltages, or the like.
  • a separate sensor unit such as, among other things, a temperature sensor, a humidity sensor or the like, can be provided in the sense of the present invention in order to be able to record influencing parameters for optimizing the operating state of the electric motor unit.
  • influencing factors and/or state parameters of the electric motor unit can be taken into account in particular by the control unit for the ongoing control or regulation task in the operation of the electric motor unit.
  • At least one coil unit in connection with the respective, assigned switching unit, acts as a sensor unit can be used, for example, to detect a rotor speed and a rotor position.
  • a sensor unit in connection with the respective, assigned switching unit, acts as a sensor unit can be used, for example, to detect a rotor speed and a rotor position.
  • no additional, external sensor unit or sensor arrangement is necessary to determine corresponding influencing factors or state parameters of the electric motor unit for further use and processing by the control unit.
  • a subgroup has a plurality of coil units connected in series and/or parallel.
  • An application-specific and useful grouping of the coil units can thus be provided in order to enable efficient handling of several combined coil units.
  • a method for using an electric motor unit comprising the following steps:
  • the control unit can be used to specify the provision of a specific intermediate circuit voltage by the DC voltage converter.
  • an appropriate change in the intermediate circuit voltage can also be initiated and specified by the control unit, for example in order to increase the torque or the speed of the rotor, to influence the dynamics of the change in torque, the magnetostrictive effects and/or the changes in shape of the magnetic flux-carrying elements.
  • the switching losses of the switching units for example the full bridge units, can be influenced via an adapted intermediate circuit voltage.
  • the intermediate circuit voltage can be controlled using the control unit and the DC voltage converter.
  • a control command can in particular be understood to mean the transmission of a control parameter and/or a control parameter value, a control signal, for example in the sense of energization or non-energization, setpoints for lower-level control loops or the like.
  • control unit Preferably, separate third control commands are provided by the control unit for each of the plurality of switching units. It can thus be provided that the control unit periodically sends individual third control commands to the respective switching units or the switching control units or only creates and transmits a respective third control command in the case of a new control process.
  • a switching pattern can therefore be specified for the switching unit in question, so that a specific pulse pattern is provided with regard to the current flow within the assigned coil unit and the resulting generated magnetic field.
  • a pulse pattern can be formed or required based on the individual third control commands and can be adapted, for example, with a view to a specific rotor speed.
  • the switching control units can be in (data) communicative connection with the control unit in order to be able to receive control commands or signals from the control unit.
  • At least a second control command of the control unit is received by the at least one second DC voltage converter, wherein by means of the second DC voltage converter a predeterminable intermediate circuit power according to the second control command along the plurality of switching units connected in parallel, in particular simultaneously with the intermediate circuit voltage provided by means of the first DC voltage converter, provided.
  • an operating point of the electric motor unit in particular individual coil currents and/or a torque of the electric motor unit, can be specified by means of the first control command for specifying an intermediate circuit voltage, and/or by means of the at least one third control command, preferably for energy-optimized operation and/or or dynamics-optimized of the electric motor unit and/or for the specific reduction of mechanical vibrations, in particular mechanical vibrations causing acoustic waves.
  • the third control command can in particular specify certain pulse patterns, for example a specific switching frequency, for the respective switching unit.
  • the individual third control commands received by at least one switching unit of the plurality of switching units, specify switching or non-switching of the respective switching unit, in particular a switching frequency of the respective switching unit. Furthermore, according to a further embodiment, it can be provided that the individual third control commands specify switching or non-switching of the individual switching units, so that at least temporarily
  • torque generation for driving the rotor of the electric motor unit is provided by means of several coil units;
  • a position of the rotor, a speed of the rotor and/or the like is determined by means of several coil units; wherein the coil units are controlled based on the third control commands in such a way that the individual control units are operated for one of steps 1) to 3) or are operated for several of steps 1) to 3), in particular so that at least one coil unit is simultaneously used to generate torque as required for at least one of steps 2) and/or 3) is operated.
  • the behavior in particular the acoustic or vibration properties as well as the, can be determined using targeted third control commands, individually for the respective switching units of the coil units Energy consumption can be optimized as needed across all working or operating points of the electric motor unit.
  • Mechanical waves or structure-borne sound waves can be caused in particular by the speed of the rotor, by normal force harmonics and changes in magnetostriction. Using the present invention, such effects can be counteracted in a controlled or regulated or controlled form.
  • the generation of a first control command by the control unit comprises the following steps:
  • the generation of a third control command by the control unit comprises the following steps:
  • a data structure element can be understood to mean, for example, a table, an array, a matrix or the like, preferably so that data can be stored in a sorted or ordered form and can be accessed in a targeted or selective manner.
  • the data structure element can link different intermediate circuit voltages or intermediate circuit voltage setpoints with a plurality of different other pieces of information or state parameter values in order to enable the electric motor unit to be controlled in an expedient manner.
  • An intermediate circuit voltage setpoint is to be understood in particular as meaning the intermediate circuit voltage to be provided by the first DC voltage converter in accordance with the first control command of the control unit.
  • a coil current setpoint can in particular be understood to mean a coil current according to a third control command of the control unit, which is to be impressed on the relevant coil unit via the associated switching unit.
  • a state parameter value can be understood to mean a sensor measurement value, such as the rotor position, the (current) torque or a target torque, or parameter values relating to the temperature of the electric motor unit, the energy consumption, parameters relating to the magnetic fields or magnetic field -Conditions within the electric motor unit, a maximum volume of the electric motor unit or the like.
  • the control and/or regulation of the electric motor unit can therefore be based on any complex data structure to take relevant parameters into account when using the electric motor unit.
  • the at least one state parameter or state parameter value of the electric motor unit is not limited to the at least one state parameter or state parameter value of the electric motor unit
  • an external sensor unit such as a microphone for detecting acoustic waves or a piezoelectric sensor for detecting mechanical vibrations
  • individual coil units are used as sensor units in order, for example, to be able to determine a speed or a position of the rotor or the electric motor unit.
  • Fig. 1 is a schematic circuit diagram of an exemplary embodiment of an electric motor unit.
  • the electric motor unit 1 is provided with at least a first rectifier 50, a first DC-DC converter 40 and a first resistance unit 60 connected in between.
  • the electric motor unit 1 according to FIG. 1 can have a second rectifier 52, a second DC-DC converter 40 and a second resistance unit 62.
  • the rectifiers 50; 52 are connected to a supply network.
  • the first and/or second rectifier 50; 52 can be provided as active rectifiers.
  • the first and second DC-DC converters 40; 42 are preferably designed as a bidirectional, active buck converter.
  • a control unit 30 is provided, which is in data communication (signal) connection with preferably the rectifiers 50; 52 and the DC voltage converters 40; 42.
  • the control unit can send first control commands to the first DC voltage converter 40 and second control commands to the second DC voltage converter 42 send.
  • the first DC voltage converter 40 can be provided to provide an intermediate circuit voltage Uz.
  • the second DC voltage converter 42 which is connected in parallel to the first DC voltage converter, is operated with the control objective of realizing a power source/sink in order to provide or ensure intermediate circuit power.
  • the electric motor unit 1 is formed with a rotor 10 and a stator 20.
  • the rotor 10 can have a plurality of preferably embedded permanent magnets 12.
  • the stator can preferably have a plurality of stator teeth 21 with coil units 22 connected in parallel arranged thereon.
  • Each coil unit 22 is assigned its own switching unit 24.
  • the plurality of switching units 24, including associated switching control units, are each assigned to the individual coil units 22 and are arranged distributed along the circumference of the stator.
  • the individual coil units 22 and the associated switching unit 24, including the associated switching control unit, can each be understood as associated components of the stator 20.
  • the switching units 24, together with the coil units 22, are provided in parallel connection to one another and with the first and/or second DC voltage converter 40; 42 connected.
  • the intermediate circuit voltage provided can be applied or provided to all switching units 24 in order to enable current to flow through the assigned coil units 22 as required.
  • the respective switching control unit can control or regulate the associated switching unit 24.
  • individual third control commands can be transmitted from the control unit along a (data) communicative (signal) connection to the individual switching units 24 or switching control units.
  • a method for using the electric motor unit 1 according to FIG. 1 may have the following steps: In a first step, a first control command is generated by the control unit 30 and transmitted to or received by the first DC-DC converter 40.
  • the first DC voltage converter 40 In a next step, the first DC voltage converter 40 generates an intermediate circuit voltage in accordance with the received first control command and provides this to the switching units 24 connected in parallel.
  • control unit generates or transmits at least a third control command for transmission and reception to/by at least one of the switching units 24.
  • such a third switching command can specify a specific pulse pattern or a coil current setpoint for the switching operations of the respective switching unit 24.
  • the respective switching unit is switched in accordance with the respective third control command.
  • the intermediate circuit voltage Uz provided leads to a current flow through the associated coil unit 22 as part of the switching process of the at least one switching unit 24, so that a specific magnetic field can be generated.
  • any working or operating point can be set for the electric motor unit 1, such as a specific speed and/or a torque to be provided.
  • the current ripple or ripple current which is the decisive influencing factor for body waves or body vibrations, also increases of magnetostriction.
  • a lower ripple current also supports the torque control accuracy, which is a basis for high speed control quality and positioning accuracy.
  • a low ripple current is advantageous for reducing harmonic losses in the electric motor unit.
  • the lowest possible intermediate circuit voltage Uz can be set or controlled using the control unit.
  • an optimized intermediate circuit voltage Uz can be determined and set by the control unit 30 depending on the desired or required operating point as well as other additional conditions or state parameters of the electric motor unit 1.
  • individual coil units 22 can be used, for example, to reduce mechanical vibrations or acoustic waves, while the majority of coil units 22 are used to drive the rotor 10 or are supplied with an adequate current flow.
  • control unit 30 can transmit individual third control commands or control signals to the individual switching units 24 or switching control units, along the respective (data) communicative connection.
  • a third control command having a specific switching frequency, can be sent by the control unit 30 to an individual switching unit 24 or the associated switching control unit, so that mechanical vibrations can at least be reduced by means of the associated coil unit 22 or excitation of resonances is prevented.
  • the electric motor unit 1 can run more smoothly and the radiation of acoustic waves can be avoided or reduced.
  • the independent control of the coil units 22 via the switching units 24, in particular provided as full bridge units, can be used to select the switching frequencies of the individual switching units 24 independently of one another. In this way, a frequency spread ("spread spectrum") of the body waves or body vibrations is possible.
  • the power density spectrum of the mechanical body waves or the Body vibrations can be specifically shaped. The excitation of mechanical resonance frequencies can be avoided.
  • the free choice of switching frequencies in the sense of the individual controllability of the individual switching units 24 makes it possible for the switching units 24, preferably as full-bridge units, to be operated with the same switching frequency, whereby the phase position relative to one another can be selected in such a way that the structure-borne sound waves or .Body vibrations, for example at suspension points of the electric motor unit 1, are deliberately and destructively superimposed. In this way, vibration transmission to other components can be avoided or reduced.
  • individual coil units 22 are used, at least temporarily, in the sense of a sensor unit, for example to determine the position of the rotor 10 or to determine a speed of the rotor 10.
  • a data structure element is stored, for example, in a memory unit of the control unit 30, with a large number of intermediate circuit voltage setpoints and/or coil current setpoints in combination with further state parameter values of the electric motor unit, such as temperatures or temperature ranges, acoustic or mechanical vibration signatures, Humidity values or ranges, various magnetic field parameters, rotor position, speed, torque and/or the like.
  • the storage unit can depend on the desired or required operating point, for example a specific required torque, taking into account other state parameters, such as the temperature along switching and coil units 22; 24, an energy consumption or a maximum acoustic volume, determine suitable operating parameters and send them to the DC-DC converter 40 in the form of first, second and / or third control commands; 42 and the switching units 24 or switching control units.
  • a specific required torque taking into account other state parameters, such as the temperature along switching and coil units 22; 24, an energy consumption or a maximum acoustic volume, determine suitable operating parameters and send them to the DC-DC converter 40 in the form of first, second and / or third control commands; 42 and the switching units 24 or switching control units.
  • Optimized operation of the electric motor unit 1 can thus be ensured within the specified limits.
  • energy-efficient and vibration-optimized operation of the electric motor unit 1 is available.
  • the present invention can be used to provide a flexible electric motor unit 1, which allows both energy-optimized operation at any operating point, i.e. in particular at any speed and/or at any torque, as well as optimization of the control dynamics of the electric motor unit 1 and/or the reduction or active shaping of mechanical and in particular acoustic vibrations or waves.
  • the coil units 22 can advantageously be individually controlled by means of the associated switching units 24, so that individual coil units can also be used as sensor units, among other things for determining the position of the rotor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektromotoreinheit (1), insbesondere Permanentmagnet-erregte Synchronmaschine, mit einem Rotor (10) und einem Stator (20), einer Steuereinheit (30), einer Vielzahl von Spuleneinheiten (22), einer Vielzahl von Schalteinheiten (24) und wenigstens einem ersten Gleichspannungskonverter (40) zur Bereitstellung einer einstellbaren Zwischenkreisspannung (Uz). Der erste Gleichspannungskonverter (40) ist mittels der Steuereinheit (30) derart steuerbar, dass an die einzelnen, parallel zueinander verschalteten Schalteinheiten (24) eine einstellbare Zwischenkreisspannung (Uz) jeweils bedarfsweise anlegbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung einer Elektromotoreinheit.

Description

Elektromotoreinheit und Verfahren zur Verwendung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Elektromotoreneinheit sowie ein Verfahren zur Verwendung einer solchen.
Um nachteilige Eigenschaften von und in Elektromotoren wie Körperwellen und Schallemissionen zu reduzieren, werden im Stand der Technik verschiedenste Maßnahmen vorgeschlagen, die insbesondere wie folgt zusammengefasst werden können bzw. auf den nachfolgenden Grundlagen basieren:
- Konstruktive Maßnahmen zur Isolation von Schallquellen bzw. der Dämpfung von Körperschallwellen;
- Anpassung der Stator- sowie der Rotorgeometrie;
- Anpassung der Schaltfrequenz sowie des Pulsmusters der Magnetspulen;
- Verwendung von Verstärkertopologien auf nicht schaltender Basis (z.B. Klasse A-Verstärker); und/oder
- aktive Kompensationsmaßnahmen durch den Einsatz zusätzlicher Aktuatoren, wie z.B. Piezoaktuatoren.
Die Ansteuerung von Elektromotoren erfolgt typischerweise über 3-phasige Stromrichter. Dabei werden die Wicklungen, beispielsweise ausgebildet als Zahnspulen, derart parallel und oder seriell verschaltet, dass eine Drehfeldwicklung bereitgestellt wird und bei entsprechender Stromeinprägung in den Spulen ein magnetisches Drehfeld entsteht. Die Spulenströme bzw. die bereitgestellte Spannung sind/ist bei dieser Form der Ansteuerung und der Verschaltung für sämtliche Spuleneinheiten lediglich einheitlich bzw. gemeinsam einstellbar.
Des Weiteren erlauben auch die konstruktiven Änderungen, wie die Isolation von Schallquellen oder die Anpassung der Stator-/Rotorgeometrie, lediglich die Optimierung einer Elektromotoreinheit an einem bestimmten Arbeits- bzw. Betriebspunkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Elektromotoreneinheit anzugeben, welche auf einfache und effiziente Weise bereitstellbar ist, eine vielfältige Einsteilbarkeit und Konfigurierbarkeit sowie eine Optimierung der (Energieeffizienz, der Steuer- bzw. Regeldynamik sowie der schwingungstechnischen Eigenschaften erlaubt, insbesondere sodass eine Adaptierbarkeit der Elektromotoreinheit über ihren gesamten Arbeits- bzw. Betriebsbereich hinweg auf bestimmte Schwerpunkte, wie die Energieeffizienz, die Schwingungseigenschaften, die Akustik, das dynamische Reaktionsverhalten oder dergleichen, gewährleistet werden kann. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verwendung einer Elektromotoreinheit anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der Motoreneinheit durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens zur Verwendung durch den Gegenstand des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung ist eine Elektromotoreinheit, insbesondere eine Permanentmagnet-erregte Synchronmaschine, mit einem Rotor und einem Stator vorgesehen, einer Steuereinheit, einer Vielzahl von Spuleneinheiten, einer Vielzahl von Schalteinheiten und wenigstens einem ersten Gleichspannungskonverter zur Bereitstellung einer einstellbaren Zwischenkreisspannung, wobei die Vielzahl von Spuleneinheiten entlang eines Umfangs des Stators verteilt angeordnet sind. Jeder Spuleneinheit ist eine der Schalteinheiten zugeordnet, sodass die einzelnen Spuleneinheiten individuell und unabhängig voneinander über die jeweilig zugeordneten Schalteinheiten ansteuerbar sind und/oder in eine oder mehrere Teilgruppen zusammengefasst bzw. aufeinander abgestimmt über die jeweilig zugeordneten Schalteinheiten ansteuerbar sind, wobei der erste Gleichspannungskonverter mittels der Steuereinheit derart steuerbar ist, dass an die einzelnen, parallel zueinander verschalteten Schalteinheiten eine einstellbare Zwischenkreisspannung jeweils bedarfsweise anlegbar ist.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass mittels der individuellen Steuerbarkeit der einzelnen Spuleneinheiten eine vielfältige, flexible Nutzung und Einsteilbarkeit der einzelnen Spuleneinheiten vorgesehen wird, um für den jeweiligen Anwendungszweck eine Optimierung des Betriebsmodus zu ermöglichen.
Insbesondere besteht ein Kern der Erfindung in der optimalen Ansteuerung der einzelnen Spuleneinheiten, um unter anderem die Körperwellen, Vibrationen sowie Schallemission des elektrischen Antriebsstranges, im Speziellen der Elektromotoreinheit, gezielt beeinflussen, formen und/oder unterdrücken zu können. Die optimierte Ansteuerung kann durch eine gezielte Stromeinprägung in den Spuleneinheiten erfolgen, sodass selektierte bzw. frei wählbare Normalkraftharmonische im Luftspalt (dem jeweiligen Rotorwinkel entsprechend), über den Umfang gesehen und auf den Stator bzw. die Statorzähne sowie den Rotor bzw. die Rotorsegmente wirkend, gezielt beeinflusst werden können, vorzugsweise bei strikter Einhaltung eines geforderten Drehmomentes des Motors.
So kann für die Anwendung der Elektromotoreinheit ein energieoptimierter Betrieb, ein Dynamik-optimierter sowie ein geräuschoptimierter Betrieb bereitgestellt werden.
Mit dieser Idee der gezielten Formung von harmonischen Normalkraftkomponenten („Normalkraftharmonische") über die jeweiligen Spulenströme ist insbesondere eine Beeinflussung des Körperschalls über eine Stromeinprägung in Spuleneinheiten bzw. bei einzelnen Spuleneinheiten und dem daraus resultierenden Magnetfeld und den korrespondierenden (Normal-) Kraftverhältnissen in den Statorzähnen und Rotormagnetsegmenten möglich. Durch die Wahl der Spulenströme kann die anziehende Wirkung der einzelnen Permanentmagnete bzw. Permanentmagnetsegmente auf den Stator bzw. einzelne Statorzähne beeinflusst werden. Die Normalkraftharmonischen verursachen in einer rotierenden Anordnung periodische Kraftvariationen auf den Stator bzw. die Statorzähne sowie den Rotor bzw. die (Permanent-)Magnetsegmente. Diese periodischen Kraftvariationen äußern sich als drehzahl- und arbeitspunktabhängige Vibrationen der Elektromotoreinheit.
Durch die gezielte Formung von Normalkraftharmonischen mittels spezifisch applizierter Spulenströme lassen sich gezielt Köperschallabstrahlungen beeinflussen, sodass, je nach Anwendungsfall, mechanische Resonanzfrequenzen angeregt bzw. nicht angeregt werden können. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein typischer maßgeblicher Verursacher von Körperschallabstrahlung, nämlich der Stator bzw. die Statorzähne mit den Spuleneinheiten bzw. den Zahnspulen, als Aktuator zur Beeinflussung der Form der Schwingungs- bzw. Schall-Abstrahlung eingesetzt werden, insbesondere nach dem Prinzip einer aktiven Schwingungs- bzw. Geräuschunterdrückung (sogenanntes „Active Noise Cancelling"). Gleichzeitig kann diese Anordnung bzw. die Elektromotoreinheit auch zur Bereitstellung eines bedarfsweisen Drehmomentes eingesetzt werden, wobei eine Arbeits- bzw. Betriebspunkt-abhängige Optimierbarkeit der Elektromotoreinheit gewährleistet ist.
Abgesehen von akustischen Geräuschentwicklung durch die Motor- bzw. Rotordrehzahl und den Normalkräften bzw. Normalkraftharmonischen, kann mittels der vorliegenden Erfindung zusätzlich, auf Basis der leistungselektronischen Topologie, auch die Geräuschentwicklung aufgrund von Magnetostriktionsänderungen, d.h. durch die sich ändernde (Körper-)Verformung magnetischer Stoffe, gezielt beeinflusst und geformt werden.
Zudem kann mittels der vorliegenden Erfindung eine Modularität bereitgestellt werden, sodass gezielt einzelne Spuleneinheiten (zumindest temporär) nicht an der Drehmomentbildung des Rotors beteiligt sind, sondern ausschließlich zur Formung bzw. Kompensation bzw. Beeinflussung z.B. des Körperschallverhaltens der Elektromotoreinheit eingesetzt werden.
Angesichts dieser aktiven Kompensationsmaßnahme sind keine zusätzlichen Aktuatoren notwendig. Vielmehr können übermäßige mechanische Vibrationen bzw. Körperschallabstrahlungen, beispielsweise zur Erzielung eines ruhigeren und damit nachhaltigerem sowie wartungsärmeren Laufverhaltens und/oder zur Geräuschreduktion, mittels der Elektromotoreinheit selbst, und damit im Sinne einer integralen Lösung, bereitgestellt werden.
Anhand einzelner Spuleneinheiten der Elektromotoreinheit ist eine vorteilhafte Beeinflussung beispielsweise des akustischen Verhaltens über sämtliche Arbeits- bzw. Betriebspunkte möglich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein erster Gleichspannungswandler/-konverter vorgesehen. Insbesondere kann wenigstens der erste Gleichspannungskonverter vorzugsweise als ein bidirektional wirkender Tiefsetzsteller vorgesehen sein und eine (Daten-)kommunikative Verbindung zu der Steuereinheit aufweisen. So kann der erste Gleichspannungskonverter durch die Steuereinheit steuerbar sein.
Des Weiteren ist vorstellbar, dass die Elektromotoreinheit wenigstens einen ersten Gleichrichter in Verbindung mit dem Gleichspannungskonverter aufweist, um die Stromversorgung der Elektromotoreinheit über beispielsweise ein Versorgungsnetz zu ermöglichen. Insbesondere kann der Gleichrichter als ein aktiv betriebener Gleichrichter vorgesehen sein, der vorzugsweise eine (datenkommunikative Verbindung zu der Steuereinheit aufweist. So ist es möglich, dass die Elektromotoreinheit über eine Versorgungsquelle, im Sinne eines Generators oder eines Energiespeichers wie einer Batterie, betrieben werden kann, als auch über ein Versorgungsnetz.
Ferner sind die einzelnen Spuleneinheiten individuell und unabhängig voneinander über eine zugehörige Schalteinheit bzw. deren Schalt-Steuereinheit ansteuerbar. Zudem ist es möglich die Spuleneinheiten in eine oder mehrere Teilgruppen zusammenzufassen bzw. aufeinander abgestimmt anzusteuern. So können die einzelnen Spuleneinheiten individuell und zweckmäßig aktivierbar bzw. steuerbar sein. Insbesondere kann der Großteil der Spuleneinheiten, z.B. untergliedert in mehreren Teilgruppen, zur Bewegung des Rotors vorgesehen sein, wobei einzelne Spuleneinheiten der Vielzahl von Spuleneinheiten zur Reduktion von Vibrationen und dergleichen eingesetzt werden können. In diesem Sinne ist es vorstellbar, dass mehrere Spuleneinheiten jeweils in Teilgruppen zusammenfasst und aufeinander abgestimmt werden, um eine zweckmäßige und effiziente Steuerung der Elektromotoreinheit zu ermöglichen. Unter der Schaltbarkeit der einzelnen Spuleneinheiten ist im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere zu verstehen, dass ein Spulenstrom in der Spuleneinheit über ein Ansteuern der Schalteinheit, welche die Zwischenkreisspannung in Abhängigkeit der Steuerbefehle der zugehörigen Schalt-Steuereinheit auf die Spuleneinheit aufschaltet, eingeprägt wird, sodass die jeweilige Spuleneinheit ein zweckmäßiges Magnetfeld erzeugen kann. Die Spuleneinheiten sind hierbei insbesondere durch Betätigung der jeweils zugeordneten Schalteinheit schaltbar bzw. aktivierbar bzw. steuerbar.
Die Zwischenkreisspannung beschreibt hierbei insbesondere diejenige Spannung, die mittels des wenigstens einen ersten Gleichspannungskonverters an die Parallelschaltung der Vielzahl von Schalteinheiten angelegt bzw. für diese bereitgestellt werden kann. Anhand der Parallelschaltung der Schalteinheiteneinheiten, inklusive der jeweils zugeordneten Spuleneinheiten, ist demnach eine einzelne Zwischenkreisspannung anlegbar, wobei der Stromfluss durch die einzelnen Spuleneinheiten mittels der jeweiligen Schalteinheiten schaltbar bzw. steuerbar ist.
Die individuelle Steuerung bzw. die Sollwertvorgaben der einzelnen, parallel geschalteten Schalteinheiten, und damit auch der Spuleneinheiten, ist mittels der Steuereinheit möglich.
Der Rotor ist vorzugsweise mit einer Mehrzahl an Permanentmagneten ausgebildet, wobei die Permanentmagnete vorzugsweise als vergrabene Permanentmagnete in dem Rotor angeordnet, insbesondere eingebettet, sein können. Der Stator kann eine Vielzahl von Statorzähnen aufweisen, korrespondierend zu der Anzahl an Spuleneinheiten, wobei die Spuleneinheiten als Zahnspuleneinheiten vorgesehen sein können.
Des Weiteren können die Schalteinheiten jeweils als eine Vollbrückenschaltung vorgesehen sein, vorzugsweise ausgebildet aus einer 2-Level Topologie, wobei auch eine Multi-Level Topologie, insbesondere eine 3- oder 5-Level Topologie verwendet werden kann. Somit kann insbesondere gewährleistet werden, dass jede Spuleneinheit einzeln, unabhängig und individuell schaltbar bzw. steuerbar ist. Zusammenfassend kann anhand der Steuerbarkeit der einzelnen Spuleneinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere eine verbesserte Motordynamik, eine Reduktion des Rastmomentes, welche über eine modellbasierte Regelungsmethode basierend auf detaillierten mathematischen Modellen und der dadurch verbesserten Drehmomentenregelgüte erreicht werden kann, sowie eine verbesserte Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit des Drehmoments erzielt werden, wobei beispielsweise mechanische Schwingungen und daraus resultierende akustische Abstrahlungen reduzierbar sind.
Des Weiteren ist eine verbesserte Energieeffizienz, bei gleichzeitiger Verfügbarkeit der dynamischen Anpassung an sich ändernde Lastanforderungen, gewährleistet. Darüber hinaus ist es ferner vorstellbar, einzelne Spuleneinheiten im Sinne einer Sensoreinheit einzusetzen und damit eine Lageerkennung des Rotors bereitzustellen, insbesondere ohne zusätzliche Sensoranordnungen.
Es ist eine flexibel und vielfältig einsetzbare Elektromotoreinheit verfügbar, die eine wartungsarme sowie effiziente Verwendung auf vorteilhafte Weise ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Schalteinheiten jeweils eine Schalt-Steuereinheit auf, sodass die Schalteinheiten der Spuleneinheiten jeweils individuell betreibbar sind und jeweils die zugeordneten Spuleneinheiten und/oder die zugeordneten Teilgruppen ansteuerbar sind.
Auf diese Weise kann mittels der (zentralen) Steuereinheit ein Steuerbefehl an die jeweiligen Schalt-Steuereinheiten mitgeteilt werden. Die fortlaufende Schaltung bzw. Steuerung der Schalteinheiten kann dezentral über die einzelnen Schalt-Steuereinheiten erfolgen. Somit ist eine effiziente Steuerung der Elektromotoreinheit gewährleistet.
Alternativ können die Schalteinheiten direkt über die Steuereinheit steuerbar sein und in diesem Sinne ohne jeweils zugeordnete Schalt-Steuereinheiten vorgesehen sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Vielzahl von Schalteinheiten entlang eines Umfangs des Stators bzw. über einen Umfang des Stators, vorzugsweise an den Statorzähnen oder am Statorjoch, verteilt angeordnet. Anhand der verteilten Anordnung der Schalteinheiten, insbesondere in Kombination mit den jeweiligen Schalt-Steuereinheiten, kann eine sehr kompakte Einheit in Hinblick auf die Lokalisierung von hochfrequenten elektromagnetischen Störquellen erzielt werden. Ferner ist eine effiziente Wärmeverteilung und Wärmeabfuhr über den gesamten Umfang des Stators hinweg gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine erste Widerstandseinheit, insbesondere ein Bremswiderstandseinheit, in Verbindung mit dem wenigstens einen ersten Gleichspannungskonverter vorgesehen.
Insbesondere kann die Widerstandseinheit bzw. Bremswiderstandseinheit zwischen dem wenigstens einen ersten Gleichrichter und dem wenigstens einen ersten Gleichspannungskonverter angeordnet sein.
Vorteilhafter Weise ist somit ein aktives Abbremsen der Elektromotoreinheit bereitstellbar, insbesondere auch im Falle eines nicht Stromaufnahme-fähigen Versorgungsnetzes bzw. einer nicht Stromaufnahme-fähigen Versorgungsquelle.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Elektromotoreinheit wenigstens eine Sensoreinheit in (Daten-)kommunikativer (Signal-)Verbindung mit der Steuereinheit und/oder mit wenigstens einer der Vielzahl von Schalt- Steuereinheiten auf, wobei die wenigstens eine Sensoreinheit vorzugsweise geeignet ist zur Erfassung von Magnetfeld-Kenngrößen, des Drehmoments der Elektromotoreinheit, der Drehzahl des Rotors, der Rotorposition, akustischen Signalen, mechanischen Signalen, insbesondere mechanischen Schwingungen, elektrischen Strömen, elektrischen Spannungen, oder dergleichen.
Demnach kann eine separate Sensoreinheit, wie unter anderem ein Temperatursensor, ein Luftfeuchtigkeitssensor oder dergleichen, im Sinne der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, um Einflussparameter für die Optimierung des Betriebszustandes der Elektromotoreinheit erfassen zu können. Derlei Einflussfaktoren und/oder Zustandsparameter der Elektromotoreinheit können insbesondere durch die Steuereinheit für die fortlaufende Steuer- bzw. Regelaufgabe im Betrieb der Elektromotoreinheit berücksichtigt werden.
Bevorzugter Weise kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Spuleneinheit, in Verbindung mit der jeweiligen, zugeordneten Schalteinheit, als eine Sensoreinheit einsetzbar ist, um beispielsweise eine Rotordrehzahl, eine Rotorposition zu erfassen. In diesem Kontext ist keine zusätzliche, externe Sensoreinheit bzw. Sensoranordnung notwendig, um entsprechende Einflussfaktoren bzw. Zustandsparameter der Elektromotoreinheit zur weiteren Verwendung und Verarbeitung durch die Steuereinheit zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Teilgruppe eine Mehrzahl von seriell und/oder parallel verschalteten Spuleneinheiten aufweist.
Somit ist eine Anwendungs-spezifische und zweckdienliche Gruppierung der Spuleneinheiten bereitstellbar, um eine effiziente Handhabung von mehreren, zusammengefassten Spuleneinheiten zu ermöglichen.
Gemäß einem nebengeordneten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Verwendung einer Elektromotoreinheit vorgesehen, insbesondere einer erfindungsgemäßen Elektromotoreinheit, die folgenden Schritte aufweisend:
- Empfangen eines ersten Steuerbefehls einer Steuereinheit durch wenigstens einen ersten Gleichspannungskonverter;
- Bereitstellen einer vorbestimmbaren bzw. steuerbaren Zwischenkreisspannung gemäß dem ersten Steuerbefehl entlang einer Vielzahl von Schalteinheiten mittels des ersten Gleichspannungskonverters;
- Empfangen wenigstens eines dritten Steuerbefehls der Steuereinheit durch wenigstens eine Schalteinheit der Vielzahl von Schalteinheiten, insbesondere Empfangen eines individuellen dritten Steuerbefehls durch mehrere oder jede einzelne Schalteinheit der Vielzahl von Schalteinheiten;
- Schalten wenigstens einer der Schalteinheiten, welche die Zwischenkreisspannung in Abhängigkeit der dritten Steuerbefehle der zugehörigen Schalt-Steuereinheit auf die jeweilige Spuleneinheit aufschaltet, über die zugeordnete Schalt-Steuereinheit gemäß dem empfangenen dritten Steuerbefehl, sodass ein Stromfluss durch die zugeordnete Spuleneinheit gemäß dem empfangenen dritten Steuerbefehl bereitgestellt wird, zur Generierung eines Magnetfeldes mittels der zugeordneten Spuleneinheit. Indem die Zwischenkreisspannung vorbestimmbar ist, kann mittels der Steuereinheit die Bereitstellung einer bestimmten Zwischenkreisspannung durch den Gleichspannungskonverter vorgegeben werden. Demnach kann auch eine zweckmäßige Änderung der Zwischenkreisspannung durch die Steuereinheit veranlasst und vorgegeben werden, z.B. um das Drehmoment oder die Drehzahl des Rotors zu erhöhen, die Dynamik der Drehmomentenänderung, die magnetostriktiven Effekte und/oder die Formänderungen der magnetischen Flussführenden Elemente zu beeinflussen. Zudem können über eine angepasste Zwischenkreisspannung die Schaltverluste der Schalteinheiten, z.B. der Vollbrückeneinheiten, beeinflusst werden. In diesem Sinne ist die Zwischenkreisspannung mittels der Steuereinheit und dem Gleichspannungskonverter steuerbar.
Unter einem Steuerbefehl kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere die Übermittlung eines Stellparameters und/oder eines Stellparameterwertes, eines Steuersignals, beispielsweise im Sinne einer Bestromung oder Nicht- Bestromung, Sollwerte für unterlagerte Regelkreise oder dergleichen verstanden werden.
Vorzugsweise werden für jede der Vielzahl von Schalteinheiten eigene dritte Steuerbefehle durch die Steuereinheit bereitgestellt. So kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit taktweise individuelle dritte Steuerbefehle an die jeweiligen Schalteinheiten bzw. die Schalt-Steuereinheiten übersendet oder lediglich im Falle eines neuen Steuervorgangs einen jeweiligen dritten Steuerbefehl erstellt und übermittelt.
Mittels des jeweiligen dritten Steuerbefehles kann demzufolge ein Schaltmuster für die betreffende Schalteinheit vorgegeben werden, sodass ein spezifisches Pulsmuster mit Blick auf den Stromfluss innerhalb der zugeordneten Spuleneinheit und dem daraus resultierenden generierten Magnetfeld bereitgestellt wird. Ein solches Pulsmuster kann anhand der einzelnen dritten Steuerbefehle geformt bzw. gefordert werden und beispielsweise mit Blick auf eine bestimmte Rotordrehzahl adaptierbar sein. Insbesondere können die Schalt-Steuereinheiten in (daten-)kommunikativer Verbindung mit der Steuereinheit stehen, um Steuerbefehle bzw. -Signale von der Steuereinheit empfangen zu können.
Somit wird das individuelle Schalten bzw. Steuern der Schalteinheiten, insbesondere in Kombination mit den Schalt-Steuereinheiten, anhand der Steuereinheit ermöglicht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird wenigstens ein zweiter Steuerbefehl der Steuereinheit durch den wenigstens einen zweiten Gleichspannungskonverter empfangen, wobei mittels des zweiten Gleichspannungskonverters eine vorbestimmbare Zwischenkreisleistung gemäß dem zweiten Steuerbefehl entlang der Vielzahl von parallel geschalteten Schalteinheiten, insbesondere gleichzeitig zu der mittels des ersten Gleichspannungskonverters bereitgestellten Zwischenkreisspannung, bereitgestellt wird.
In einer Ausführungsform sind/ist mittels dem ersten Steuerbefehl, zur Vorgabe einer Zwischenkreisspannung, und/oder mittels des wenigstens einen dritten Steuerbefehls, ein Arbeitspunkt der Elektromotoreinheit, insbesondere individuelle Spulenströme und/oder ein Drehmoment der Elektromotoreinheit, vorgebbar, vorzugsweise zum energieoptimierten Betrieb und/oder Dynamik-optimierten der Elektromotoreinheit und/oder zur spezifischen Reduktion von mechanische Schwingungen, insbesondere von akustische Wellen verursachenden mechanischen Schwingungen.
Der dritte Steuerbefehl kann insbesondere bestimmte Pulsmuster, beispielsweise eine spezifische Schaltfrequenz, für die jeweilige Schalteinheit vorgeben.
Es ist vorstellbar, dass mittels einer spezifischen Reduktion mechanischer Schwingungen bestimmten akustischen Wellenlängen entgegengewirkt werden kann. Somit können Körperschall und Resonanzfrequenzen der Elektromotoreinheit, insbesondere des Stators und/oder Rotors, auf gezielte Weise vermieden, reduziert bzw. nicht angeregt werden.
Ferner ist es möglich, die Steuerung bzw. Schaltung der einzelnen Spuleneinheiten derart zu adaptieren, dass ein energieoptimierter Betrieb und/oder Dynamik-optimierter Betrieb und/oder schalloptimierter Betrieb am gewünschten Betriebspunkt erzielt werden kann. Sofern der Betriebs- bzw. Arbeitspunkt angepasst werden soll, z.B. zur Erhöhung des Drehmomentes bzw. im Weiteren der Drehzahl, kann eine adaptierte Steuerung bzw. Regelung zur Neueinstellung des energieoptimierten Betriebs an dem geänderten Arbeitspunkt erfolgen. Gleichzeitig oder alternativ kann die Steuer- bzw. Regeldynamik der Elektromotoreinheit hierbei berücksichtigt werden.
Somit ist eine vielfältige und effiziente Anwendung der erfindungsgemäßen Elektromotoreinheit gewährleistet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform geben die individuellen dritten Steuerbefehle, empfangen durch wenigstens eine Schalteinheit der Vielzahl von Schalteinheiten, ein Schalten oder Nicht-Schalten der jeweiligen Schalteinheit vor, insbesondere eine Schaltfrequenz der jeweiligen Schalteinheit. Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die individuellen dritten Steuerbefehle ein Schalten oder Nicht-Schalten der einzelnen Schalteinheiten vorgeben, sodass zumindest zeitweise
1) mittels mehreren Spuleneinheiten bedarfsweise eine Drehmomentbildung zum Antrieb des Rotors der Elektromotoreinheit bereitgestellt wird;
2) mittels mehreren Spuleneinheiten bedarfsweise eine Reduktion von mechanischen Wellen der Elektromotoreinheit, insbesondere von Körperschallwellen der Elektromotoreinheit, ausgeführt wird; und/oder
3) mittels mehreren Spuleneinheiten bedarfsweise eine Position des Rotors, eine Drehzahl des Rotors und/oder dergleichen bestimmt wird; wobei die Spuleneinheiten anhand der dritten Steuerbefehle derart gesteuert werden, dass die einzelnen Steuereinheiten für einen der Schritte 1) bis 3) betrieben werden oder für mehrere der Schritte 1) bis 3) betrieben werden, insbesondere sodass wenigstens eine Spuleneinheit gleichzeitig zur bedarfsweisen Drehmomentbildung für wenigstens einen der Schritte 2) und/oder 3) betrieben wird.
Insbesondere kann anhand gezielter dritter Steuerbefehle, individuell für die jeweiligen Schalteinheiten der Spuleneinheiten, das Verhalten, insbesondere die akustischen bzw. schwingungstechnischen Eigenschaften sowie der Energieverbrauch, über sämtliche Arbeits- bzw. Betriebspunkte der Elektromotoreinheit bedarfsweise optimiert werden.
Mechanische Wellen bzw. Körperschallwellen können hierbei insbesondere durch die Drehzahl des Rotors, durch Normalkraftharmonische sowie Magnetostriktionsänderungen verursacht werden. Anhand der vorliegenden Erfindung kann derlei Effekte in gesteuerter bzw. geregelter bzw. kontrollierter Form entgegengewirkt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Erzeugen eines ersten Steuerbefehls durch die Steuereinheit die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Datenstrukturelementes mit einer Vielzahl von Zwischenkreisspannungs-Sollwerten, vorzugsweise auf einer Speichereinheit der Steuereinheit, wobei den Zwischenkreisspannungs-Sollwerten jeweils wenigstens ein Zustandsparameterwert der Elektromotoreinheit zugeordnet ist;
- Empfangen wenigstens eines Zustandsparameterwertes;
- Aufruf des Datenstrukturelementes und Ermitteln des vorzugebenden Zwischenkreisspannungs-Sollwertes unter Berücksichtigung des wenigstens einen empfangenen Zustandsparameterwertes;
- Erzeugen mindestens eines ersten Steuerbefehls für den ersten Gleichspannungskonverter, beinhaltend den ermittelten Zwischenkreisspannungs-Sollwert und/oder einen Stellbefehl, welcher zu dem ermittelten Zwischenkreisspannungs-Sollwert korrespondiert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Erzeugen eines dritten Steuerbefehls durch die Steuereinheit die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines Datenstrukturelementes mit einer Vielzahl von Spulenströmen-Sollwerten, vorzugsweise auf einer Speichereinheit der Steuereinheit, wobei den Spulenströmen-Sollwerten jeweils wenigstens ein Zustandsparameterwert der Elektromotoreinheit zugeordnet ist;
- Empfangen wenigstens eines Zustandsparameterwertes; - Aufrufen des Datenstrukturelementes und Ermitteln des vorzugebenden Spulenstrom-Sollwertes einer Spuleneinheit unter Berücksichtigung des wenigstens einen empfangenen Zustandsparameterwertes;
- Erzeugen mindestens eines dritten Steuerbefehls für die Spuleneinheiten, beinhaltend den ermittelten Spulenstrom-Sollwert und/oder einen Stellbefehl, welcher zu dem ermittelten Spulenstrom- Sollwert korrespondiert.
Unter einem Datenstrukturelement kann im Sinne der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Tabelle, ein Array, eine Matrix oder dergleichen verstanden werden, vorzugsweise sodass Daten in sortierter bzw. geordneter Form hinterlegbar und gezielt bzw. selektiv abrufbar sind. So kann das Datenstrukturelement insbesondere verschiedene Zwischenkreisspannungen bzw. Zwischenkreisspannungs-Sollwerte jeweils mit einer Mehrzahl verschiedener anderer Informationen bzw. Zustandsparameterwerten verknüpfen, um eine Steuerung der Elektromotoreinheit in zweckmäßiger Weise zu ermöglichen.
Unter einem Zwischenkreisspannungs-Sollwert ist insbesondere die gemäß dem ersten Steuerbefehl der Steuereinheit durch den ersten Gleichspannungskonverters bereitzustellende Zwischenkreisspannung zu verstehen.
Unter einem Spulenstrom-Sollwert kann insbesondere ein Spulenstrom gemäß einem dritten Steuerbefehl der Steuereinheit verstanden werden, welcher an der betreffenden Spuleneinheit, über die zugehörige Schalteinheit, eingeprägt werden soll.
Unter einem Zustandsparameterwert kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Sensor-Messwert, wie z.B. die Rotorposition, das (aktuelle) Drehmoment oder eine Soll-Drehmoment, verstanden werden oder Parameterwerte betreffend die Temperatur der Elektromotoreinheit, den Energieverbrauch, Kenngrößen betreffend die Magnetfelder bzw. Magnetfeld-Bedingungen innerhalb der Elektromotoreinheit, eine maximale Lautstärke der Elektromotoreinheit oder dergleichen. Somit kann die Steuerung und/oder Regelung der Elektromotoreinheit auf eine beliebig komplexe Datenstruktur gestützt werden, zur Berücksichtigung relevanter Parameter bei der Verwendung der Elektromotoreinheit.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann der wenigstens eine Zustandsparameter bzw. Zustandsparameterwert der Elektromotoreinheit
- durch einen Benutzer der Elektromotoreinheit vorgegeben werden und/oder
- anhand wenigstens einer Sensoreinheit der Elektromotoreinheit ermittelt werden und/oder ausgehend von einem Messergebnis der Sensoreinheit abgeleitet werden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann eine externe Sensoreinheit, wie z.B. ein Mikrofon zur Erfassung akustischer Wellen oder ein piezoelektrischer Sensor zur Erfassung mechanischer Schwingungen vorgesehen sein. Des Weiteren ist es vorstellbar, dass einzelne Spuleneinheiten als Sensoreinheit eingesetzt werden, um beispielsweise eine Drehzahl oder eine Position des Rotors bzw. der Elektromotoreinheit bestimmen zu können.
Demnach ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung vorstellbar, dass spezifische Signaturen akustischer Wellen oder mechanischer Schwingungen oder dergleichen als Zustandsparameter bzw. Zustandsparameterwerte hinterlegbar sind, zur weiteren Verwendung und Berücksichtigung durch die Steuereinheit im Rahmen ihrer Steuer- bzw. Regelaufgabe.
Auf diese Weise kann eine gezielte Adaption der Spulenströme für die einzelnen Spuleneinheiten erfolgen, um einen optimierten Betrieb der Elektromotoreinheit an dem zweckmäßigen Arbeits- bzw. Betriebspunkt sicherzustellen.
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In dieser zeigt: Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Elektromotoreneinheit.
Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Elektromotoreinheit 1 mit wenigstens einem ersten Gleichrichter 50, einem ersten Gleichspannungskonverter 40 und einer dazwischen geschalteten ersten Widerstandseinheit 60 vorgesehen.
Des Weiteren kann die Elektromotoreinheit 1 gemäß Fig. 1 einen zweiten Gleichrichter 52, einen zweiten Gleichspannungskonverter 40 und eine zweite Widerstandseinheit 62 aufweisen.
Die Gleichrichter 50; 52 sind mit einem Versorgungsnetz verbunden. Insbesondere können der erste und/oder zweite Gleichrichter 50; 52 als aktive Gleichrichter vorgesehen sein.
Der erste und zweite Gleichspannungskonverter 40; 42 sind vorzugsweise als ein bidirektionaler, aktiver Tiefsetzsteller ausgebildet.
Des Weiteren ist eine Steuereinheit 30 vorgesehen, die in (Datenkommunikativer (Signal-)Verbindung mit vorzugsweise den Gleichrichtern 50; 52 und den Gleichspannungskonvertern 40; 42 steht. Insbesondere kann die Steuereinheit erste Steuerbefehle an den ersten Gleichspannungskonverter 40 und zweite Steuerbefehle an den zweiten Gleichspannungskonverter 42 übersenden.
Der erste Gleichspannungskonverter 40 kann dazu vorgesehen sein, eine Zwischenkreisspannung Uz bereitzustellen. Der zum ersten Gleichspannungskonverter parallel geschaltete zweite Gleichspannungskonverter 42 wird mit der regelungstechnischen Zielsetzung hinsichtlich der Realisierung einer Leistungsquelle/-senke betrieben, um eine Zwischenkreisleistung bereitzustellen bzw. zu gewährleisten.
Darüber hinaus ist die Elektromotoreinheit 1 mit einem Rotor 10 und einem Stator 20 ausgebildet. Der Rotor 10 kann eine Vielzahl von vorzugsweise eingebetteten Permanentmagneten 12 aufweisen.
Der Stator kann bevorzugter Weise eine Vielzahl von Statorzähnen 21 mit darauf angeordneten, parallel geschalteten Spuleneinheiten 22 aufweisen. Jeder Spuleneinheit 22 ist jeweils eine eigene Schalteinheit 24 zugeordnet.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vielzahl von Schalteinheiten 24, einschließlich zugehöriger Schalt-Steuereinheiten, jeweils den einzelnen Spuleneinheiten 22 zugeordnet und entlang des Umfangs des Stators verteilt angeordnet sind.
Demzufolge können die einzelnen Spuleneinheiten 22 und die jeweils zugeordnete Schalteinheit 24, einschließlich der jeweils zugehörigen Schalt-Steuereinheit, jeweils als zusammengehörige Komponenten des Stators 20 verstanden werden.
Die Schalteinheiten 24 sind, zusammen mit den Spuleneinheiten 22, in Parallelschaltung zueinander vorgesehen und mit dem ersten und/oder zweiten Gleichspannungskonverter 40; 42 verbunden.
Die jeweils bereitgestellte Zwischenkreisspannung kann an allen Schalteinheiten 24 angelegt bzw. bereitgestellt werden, um einen bedarfsweisen Stromfluss durch die jeweils zugeordnete Spuleneinheiten 22 zu ermöglichen.
Insbesondere kann die jeweilige Schalt-Steuereinheit die zugehörige Schalteinheit 24 steuern bzw. regeln. Hierzu können individuelle dritte Steuerbefehle von der Steuereinheit entlang einer (Daten-)kommunikativen (Signal-)Verbindung an die einzelnen Schalteinheiten 24 bzw. Schalt-Steuereinheiten übermittelt werden.
Auf diese Weise ist ein bedarfsweiser Stromfluss durch die einzelnen Spuleneinheiten 22 individuell steuer- bzw. regelbar.
Vorzugsweise kann ein Verfahren zum Verwenden der Elektromotoreinheit 1 gemäß Fig. 1 die folgenden Schritte aufweisen: In einem ersten Schritt wird ein erster Steuerbefehl durch die Steuereinheit 30 erzeugt und an den ersten Gleichspannungskonverter 40 übermittelt bzw. von diesem empfangen.
In einem nächsten Schritt erzeugt der erste Gleichspannungskonverter 40 eine Zwischenkreisspannung gemäß dem empfangenen ersten Steuerbefehl und stellt diese an den parallel geschalteten Schalteinheiten 24 bereit.
Gemäß einem weiteren Schritt erzeugt bzw. übermittelt die Steuereinheit wenigstens einen dritten Steuerbefehl zur Übermittlung und zum Empfang an/durch wenigstens eine der Schalteinheiten 24.
Insbesondere kann ein solcher dritter Schaltbefehl ein bestimmtes Pulsmuster bzw. einen Spulenstrom-Sollwert für die Schaltvorgänge der jeweiligen Schalteinheit 24 vorgeben.
Nach einem weiteren Schritt erfolgt das Schalten der jeweiligen Schalteinheit im Sinne des jeweiligen dritten Steuerbefehls.
Die bereitgestellte Zwischenkreisspannung Uz führt im Rahmen des Schaltvorgangs der wenigstens einen Schalteinheit 24 zu einem Stromfluss durch die zugeordnete Spuleneinheit 22, sodass ein spezifisches Magnetfeld generiert werden kann.
Somit kann für die Elektromotoreinheit 1 ein beliebiger Arbeits- bzw. Betriebspunkt eingestellt werden, wie z.B. eine bestimmte Drehzahl und/oder ein bereitzustellendes Drehmoment.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein mit der Höhe der Zwischenkreisspannung Uz die Stromregeldynamik innerhalb der Spuleneinheiten zu beeinflussen. Je höher die Zwischenkreisspannung Uz gewählt wird, desto schneller können Stromänderungen erfolgen bzw. umso besser ist eine Drehmomentenregeldynamik der Elektromotoreinheit 1. Jedoch steigt gleichzeitig mit der Zwischenkreisspannung Uz auch der sogenannte Stromripple bzw. Rippelstrom, welcher den maßgeblichen Einflussfaktor für Körperwellen bzw. Körperschwingungen auf Basis von Magnetostriktion darstellt. Ferner unterstützt ein geringerer Rippelstrom auch die Drehmomenten-Regelgenauigkeit, welche eine Grundlage für eine hohe Drehzahlregelgüte und der Positioniergenauigkeit ist. Darüber hinaus ist ein geringer Rippelstrom vorteilhaft für die Reduktion von Oberschwingungsverlusten in der Elektromotoreinheit.
Demgemäß ist bei einem Betrieb der Elektromotoreinheit mit einem Fokus auf akustische Vorteile eine möglichst niedrige Zwischenkreisspannung Uz anhand der Steuereinheit einstellbar bzw. steuerbar.
Insbesondere kann im Zuge einer Einstellung bzw. Optimierung des Betriebszustandes eine optimierte Zwischenkreisspannung Uz in Abhängigkeit von dem gewünschten bzw. geforderten Betriebspunkt sowie weiteren Nebenbedingungen bzw. Zustandsparametern der Elektromotoreinheit 1 durch die Steuereinheit 30 ermittelt und eingestellt werden.
Ferner können einzelne Spuleneinheiten 22 beispielsweise zur Reduktion mechanischer Schwingungen bzw. akustischer Wellen eingesetzt werden, während die Mehrzahl der Spuleneinheiten 22 zum Antrieb des Rotors 10 eingesetzt bzw. mit einem adäquaten Stromfluss beaufschlagt werden.
Hierzu kann die Steuereinheit 30 individuelle dritte Steuerbefehle bzw. Steuersignale an die einzelnen Schalteinheiten 24 bzw. Schalt-Steuereinheiten übermitteln, entlang der jeweiligen (Daten-)kommunikativen Verbindung.
Beispielsweise kann an eine einzelne Schalteinheit 24 bzw. die zugehörige Schalt- Steuereinheit ein dritter Steuerbefehl, eine spezifischen Schaltfrequenz aufweisend, durch die Steuereinheit 30 übersandt werden, sodass mechanische Schwingungen mittels der zugeordneten Spuleneinheit 22 zumindest reduzierbar sind bzw. eine Anregung von Resonanzen verhindert wird. In diesem Fall kann somit eine größere Laufruhe der Elektromotoreinheit 1 erzielt und die Abstrahlung akustischer Wellen vermieden bzw. reduziert werden.
So kann die unabhängige Ansteuerung der Spuleneinheiten 22 über die Schalteinheiten 24, insbesondere vorgesehen als Vollbrückeneinheiten, dazu genutzt werden, die Schaltfrequenzen der einzelnen Schalteinheiten 24 unabhängig voneinander zu wählen. Auf diese Weise ist eine Frequenzspreizung („Spread Spectrum") der Körperwellen bzw. Körperschwingungen möglich. Das Leistungsdichtespektrum der mechanischen Körperwellen bzw. der Körperschwingungen kann gezielt geformt werden. Die Anregung von mechanischen Resonanzfrequenzen ist vermeidbar.
Gleichfalls ist es auch möglich das Leistungsdichtespektrum der mechanischen Körperwellen bzw. Körperschwingungen zu verbreitern und dadurch können einzelne sehr ausgeprägte Spitzen im Leistungsdichtespektrum auf mehrere kleine Spitzen aufzuteilen. Auf diese Weise kann die Effektivität von etwaigen zusätzlichen, insbesondere strukturellen Dämpfungsmaßnahmen gegenüber mechanischen Körperwellen bzw. Körperschwingungen unterstützt werden.
Zudem ist durch die freie Wahl der Schaltfrequenzen im Sinne der individuellen Steuerbarkeit der einzelnen Schalteinheiten 24 die Möglichkeit vorhanden, dass die Schalteinheiten 24, vorzugsweise als Vollbrückeneinheiten, mit gleicher Schaltfrequenz betrieben werden, wobei die Phasenlage zueinander derart gewählt werden kann, dass sich die Körperschallwellen bzw. Körperschwingungen beispielsweise an Aufhängepunkten der Elektromotoreinheit 1 gezielt destruktiv überlagern. Eine Vibrationsübertragung auf weitere Bauteile kann auf diese Weise vermieden bzw. reduziert werden.
Alternativ ist es vorstellbar, dass einzelne Spuleneinheiten 22, zumindest temporär, im Sinne einer Sensoreinheit eingesetzt werden, um beispielsweise eine Positionsbestimmung des Rotors 10 vorzunehmen oder eine Drehzahl des Rotors 10 zu ermitteln.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Datenstrukturelement beispielsweise in einer Speichereinheit der Steuereinheit 30 hinterlegt ist, mit einer Vielzahl von Zwischenkreisspannungs-Sollwerten und/oder Spulenstrom- Sollwerten in Kombination mit weiteren Zustandsparameterwerten der Elektromotoreinheit, wie Temperaturen bzw. Temperaturbereichen, akustischen oder mechanischen Schwingungssignaturen, Luftfeuchtigkeitswerten bzw. - bereichen, diversen Magnetfeld-Kenngrößen, Rotorposition, Drehzahl, Drehmoment und/oder dergleichen.
Die Speichereinheit kann abhängig von dem jeweils gewünschten bzw. geforderten Betriebspunkt, beispielsweise einem bestimmten, geforderten Drehmoment, unter Berücksichtigung weiterer Zustandsparameter, wie der Temperatur entlang Schalt- und Spuleneinheiten 22; 24, einem Energieverbrauch oder einer maximalen akustischen Lautstärke, geeignete Betriebsparameter ermitteln und in Form von ersten, zweiten und/oder dritten Steuerbefehlen an die Gleichspannungskonverter 40; 42 und die Schalteinheiten 24 bzw. Schalt- Steuereinheiten übersenden.
Somit kann ein optimierter Betrieb der Elektromotoreinheit 1 innerhalb der vorgegebenen Grenzen gewährleistet werden. Insbesondere ist ein energieeffizienter und schwingungstechnisch optimierter Betrieb der Elektromotoreinheit 1 verfügbar.
Zusammenfassend kann mittels der vorliegenden Erfindung eine flexibel einsetzbare Elektromotoreinheit 1 bereitgestellt werden, die sowohl einen energieoptimierten Betrieb an einem beliebigen Arbeitspunkt, d.h. insbesondere bei beliebiger Drehzahl und/oder bei beliebigem Drehmoment, erlaubt, als auch eine Optimierung der Steuer- bzw. Regeldynamik der Elektromotoreinheit 1 und/oder die Reduktion bzw. aktive Formung von mechanischen und insbesondere akustischen Schwingungen bzw. Wellen ermöglicht.
Die Spuleneinheiten 22 sind mittels der zugeordneten Schalteinheiten 24 auf vorteilhafte Weise individuell steuerbar, sodass einzelne Spuleneinheiten auch als Sensoreinheiten eingesetzt werden können, unter anderem zur Positionsbestimmung des Rotors.
Somit kann eine verbesserte Laufruhe der Elektromotoreinheit, ein wartungsärmerer Betrieb mit verbesserter Standzeit sowie eine optimierte Steuerbarkeit und Dynamik der Elektromotoreinheit an jedem beliebigen Arbeits- bzw. Betriebspunkten bereitgestellt werden.
Bezugszeichen liste
1 Elektromotoreneinheit
10 Rotor
20 Stator
21 Statorzähne
22 Spuleneinheiten 24 Schalteinheiten
30 Steuereinheit
40 erster Gleichspannungskonverter
42 zweiter Gleichspannungskonverter
50 erster Gleichrichter
52 zweiter Gleichrichter
60 erste Widerstandeinheit
62 zweite Widerstandseinheit
Uz Zwischenkreisspannung

Claims

Ansprüche Elektromotoreinheit (1), insbesondere Permanentmagnet-erregte Synchronmaschine, mit einem Rotor (10) und einem Stator (20), einer Steuereinheit (30), einer Vielzahl von Spuleneinheiten (22), einer Vielzahl von Schalteinheiten (24) und wenigstens einem ersten Gleichspannungskonverter (40) zur Bereitstellung einer einstellbaren Zwischenkreisspannung (Uz), wobei die Vielzahl von Spuleneinheiten (22) entlang eines Umfangs des Stators (20) verteilt angeordnet sind, wobei jeder Spuleneinheit (22) eine der Schalteinheiten (24) zugeordnet ist, sodass die einzelnen Spuleneinheiten (22) individuell und unabhängig voneinander über die jeweilig zugeordneten Schalteinheiten (24) ansteuerbar sind und/oder in eine oder mehrere Teilgruppen zusammengefasst über die jeweilig zugeordneten Schalteinheiten (24) ansteuerbar sind, wobei der erste Gleichspannungskonverter (40) mittels der Steuereinheit (30) derart steuerbar ist, dass an die einzelnen, parallel zueinander verschalteten Schalteinheiten (24) eine einstellbare Zwischenkreisspannung (Uz) jeweils bedarfsweise anlegbar ist, wobei die unabhängige Ansteuerung der einzelnen Spuleneinheiten (22) mechanische Schwingungen reduziert. Elektromotoreinheit (1) nach Anspruch 1, dad u rch geken nzeich net, dass die Schalteinheiten (24) jeweils eine Schalt-Steuereinheit aufweisen, sodass die Schalteinheiten (24) der Spuleneinheiten (22) jeweils individuell betreibbar sind und jeweils die zugeordneten Spuleneinheiten (22) und/oder die zugeordneten Teilgruppen ansteuerbar sind. Elektromotoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass die Vielzahl von Schalteinheiten (24) entlang eines Umfangs des Stators (20), vorzugsweise an den Statorzähnen oder am Statorjoch, verteilt angeordnet sind. Elektromotoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass wenigstens eine erste Widerstandseinheit (60), insbesondere ein Bremswiderstandseinheit, in Verbindung mit dem wenigstens einen ersten Gleichspannungskonverter (40) vorgesehen ist. Elektromotoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektromotoreinheit (1) wenigstens eine Sensoreinheit in (Daten-) kommunikativer (Signal-)Verbindung mit der Steuereinheit (30) und/oder mit wenigstens einer der Vielzahl von Schalt-Steuereinheiten aufweist, wobei die wenigstens eine Sensoreinheit vorzugsweise geeignet ist zur Erfassung von Magnetfeld-Kenngrößen, des Drehmoments der Elektromotoreinheit, der Drehzahl des Rotors, der Rotorposition, akustischen Signalen, mechanischen Signalen, insbesondere mechanischen Schwingungen, elektrischen Spannungen, elektrischen Strömen, oder dergleichen. Elektromotoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Teilgruppe eine Mehrzahl von seriell und/oder parallel verschalteten Spuleneinheiten (22) aufweist. Verfahren zur Verwendung einer Elektromotoreinheit, insbesondere eine Elektromotoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die folgenden Schritte aufweisend:
- Empfangen eines ersten Steuerbefehls einer Steuereinheit (30) durch wenigstens einen ersten Gleichspannungskonverter (40);
- Bereitstellen einer vorbestimmbaren Zwischenkreisspannung (Uz) gemäß dem ersten Steuerbefehl entlang einer Vielzahl von Schalteinheiten (24) mittels des ersten Gleichspannungskonverters (40);
- Empfangen wenigstens eines dritten Steuerbefehls der Steuereinheit (30) durch wenigstens eine Schalteinheit (24) der Vielzahl von Schalteinheiten (24), insbesondere Empfangen eines individuellen dritten Steuerbefehls durch mehrere oder jede einzelne Schalteinheit (24) der Vielzahl von Schalteinheiten (24);
- Schalten wenigstens einer der Schalteinheiten (24) über die zugehörigen Schalt-Steuereinheiten gemäß dem empfangenen dritten Steuerbefehl, sodass ein geforderter Stromfluss durch die zugeordnete Spuleneinheit (22) gemäß dem empfangenen dritten Steuerbefehl bereitgestellt wird, zur Generierung eines Magnetfeldes mittels der zugeordneten Spuleneinheit (22) wobei mittels dem ersten Steuerbefehl, zur Vorgabe einer Zwischenkreisspannung (Uz), und/oder mittels des wenigstens einen dritten Steuerbefehls, ein Arbeitspunkt der Elektromotoreinheit (1), insbesondere geforderte individuelle Spulenströme und/oder ein Drehmoment der Elektromotoreinheit (1), vorgebbar sind/ist, vorzugsweise zum energieoptimierten Betrieb und/oder Dynamik-optimierten Betrieb der Elektromotoreinheit (1) und zur spezifischen Reduktion von mechanischen Schwingungen, insbesondere von akustische Wellen verursachenden mechanischen Schwingungen. Verfahren nach Anspruch 7, dad u rch geken nzeich net, dass wenigstens ein zweiter Steuerbefehl der Steuereinheit (22) durch den wenigstens einen zweiten Gleichspannungskonverter (42) empfangen wird, wobei mittels des zweiten Gleichspannungskonverters (42) eine vorbestimmbare Zwischenkreisleistung gemäß dem zweiten Steuerbefehl entlang der Vielzahl von parallel geschalteten Schalteinheiten (24), insbesondere gleichzeitig zu der mittels des ersten Gleichspannungskonverters (40) bereitgestellten Zwischenkreisspannung (Uz), bereitgestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dad u rch geken nzeich net, dass die individuellen dritten Steuerbefehle, empfangen durch wenigstens eine Schalteinheit (24) der Vielzahl von Schalteinheiten (24), ein Schalten oder Nicht-Schalten der jeweiligen Schalteinheit (24) vorgeben, insbesondere eine Schaltfrequenz der jeweiligen Schalteinheit (24) vorgeben. Verfahren nach Anspruch 9, dad u rch geken nzeich net, dass die individuellen dritten Steuerbefehle ein Schalten oder Nicht-Schalten der einzelnen Schalteinheiten (24) vorgeben, sodass zumindest zeitweise 1) mittels mehreren Spuleneinheiten (22) bedarfsweise eine Drehmomentbildung zum Antrieb des Rotors der Elektromotoreinheit (1) bereitgestellt wird;
2) mittels mehreren Spuleneinheiten (22) bedarfsweise eine Reduktion von mechanischen Wellen der Elektromotoreinheit, insbesondere von Körperschallwellen der Elektromotoreinheit (1), ausgeführt wird; und/oder
3) mittels mehreren Spuleneinheiten (22) bedarfsweise eine Position des Rotors (10), eine Drehzahl des Rotors (10) und/oder dergleichen bestimmt wird; wobei die Spuleneinheiten (22) anhand der dritten Steuerbefehle derart gesteuert werden, dass die einzelnen Steuereinheiten (24) für einen der Schritte 1) bis 3) betrieben werden oder für mehrere der Schritte 1) bis 3) betrieben werden, insbesondere sodass wenigstens eine Spuleneinheit (22) gleichzeitig zur bedarfsweisen Drehmomentbildung für wenigstens einen der Schritte 2) und/oder 3) betrieben wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Erzeugen eines ersten Steuerbefehls durch die Steuereinheit (30) die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines Datenstrukturelementes mit einer Vielzahl von Zwischenkreisspannungs-Sollwerten, vorzugsweise auf einer Speichereinheit der Steuereinheit (30), wobei den Zwischenkreisspannungs-Sollwerten jeweils wenigstens ein Zustandsparameterwert der Elektromotoreinheit (1) zugeordnet ist;
- Empfangen wenigstens eines Zustandsparameterwertes;
- Aufruf des Datenstrukturelementes und Ermitteln des vorzugebenden Zwischenkreisspannungs-Sollwertes unter Berücksichtigung des wenigstens einen empfangenen Zustandsparameterwertes;
- Erzeugen mindestens eines ersten Steuerbefehls für den ersten Gleichspannungskonverter (40), beinhaltend den ermittelten Zwischenkreisspannungs-Sollwert und/oder einen Stellbefehl, welcher zu dem ermittelten Zwischenkreisspannungs-Sollwert korrespondiert. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Erzeugen eines dritten Steuerbefehls durch die Steuereinheit (30) die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines Datenstrukturelementes mit einer Vielzahl von Spulenströmen-Sollwerten, vorzugsweise auf einer Speichereinheit der Steuereinheit (30), wobei den Spulenströmen-Sollwerten jeweils wenigstens ein Zustandsparameterwert der Elektromotoreinheit (1) zugeordnet ist;
- Empfangen wenigstens eines Zustandsparameterwertes;
- Aufrufen des Datenstrukturelementes und Ermitteln des vorzugebenden Spulenstrom-Sollwertes einer Spuleneinheit (22) unter Berücksichtigung des wenigstens einen empfangenen Zustandsparameterwertes;
- Erzeugen mindestens eines dritten Steuerbefehls für die Spuleneinheiten (22), beinhaltend den ermittelten Spulenstrom-Sollwert und/oder einen Stellbefehl, welcher zu dem ermittelten Spulenstrom-Sollwert korrespondiert. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der wenigstens eine Zustandsparameterwert der Elektromotoreinheit (1)
- durch einen Benutzer der Elektromotoreinheit (1) vorgegeben wird, insbesondere eine Drehzahl, ein Drehmoment, eine maximale akustische Lautstärke oder dergleichen; und/oder
- anhand wenigstens einer Sensoreinheit der Elektromotoreinheit (1) ermittelt wird und/oder ausgehend von einem Messergebnis der Sensoreinheit abgeleitet wird.
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