Diese
Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Anmeldungen Nr. 60/494,249; 60/494,250
und 60/494,251, die alle am 11. August 2003 eingereicht wurden.These
Application claims the benefit of US Provisional Application Nos. 60 / 494,249; 60 / 494.250
and 60 / 494,251, all filed on August 11, 2003.
TECHNISCHES
GEBIETTECHNICAL
TERRITORY
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Elektromotor.
Konkreter bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung, um einen Elektromotor zu kühlen und das Gegendrehmoment
des Motors zu bewältigen.The
The present invention generally relates to an electric motor.
More specifically, the present invention relates to a method
and a device to cool an electric motor and the counter torque
to cope with the engine.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Ein
Elektromotor kann allgemein als einen Stator und einen Rotor aufweisend
beschrieben werden. Der Stator ist lagefixiert, und der Rotor bewegt
sich in Bezug auf den Stator. In Wechselstrom- oder Axialmotoren
ist der Stator typischerweise die stromführende Komponente des Motors,
die ein Magnetfeld erzeugt, um mit dem Rotor in Wechselwirkung zu
treten. Der Rotor in einem Wechselstrom- oder Axialmotor kann einen Käfigläufer oder
magnetischen Rotor aufweisen. Das durch den Stator erzeugte Feld
treibt den Rotor über
ein Magnetfeld in Bezug auf den Stator an oder dreht hin.One
Electric motor can generally be seen as having a stator and a rotor
to be discribed. The stator is fixed in position, and the rotor moves
in relation to the stator. In AC or axial motors
the stator is typically the live component of the motor,
which generates a magnetic field to interact with the rotor
to step. The rotor in an AC or axial motor can be a squirrel cage or
magnetic rotor have. The field generated by the stator
drives the rotor over
a magnetic field with respect to the stator or rotates.
Der
Betrieb eines Elektromotors erzeugt Wärme in Form von Strom/Widerstands-I2R-Verlusten, Eisenverlusten, Streuverlusten
und mechanischen Verlusten im Rotor und Stator. Der Stator und Rotor
werden gekühlt,
um eine Überhitzung
zu vermeiden, die eine Entmagnetisierung von Magneten im Motor oder
Schmelzen oder Brennen anderer Teile des Motors zur Folge haben
würde.
Die Wärmeableitung
ist der begrenzende Faktor bei der Bemessung und den Nennleistungen
des Motors. Der Motorstrom hängt
direkt mit der Leistungsabgabe sowie der vom Motor erzeugten Wärme zusammen.
In Anwendungen mit Elektromotoren, bei denen Platz wertvoll ist,
wie z.B. in Elektro- und Hybridfahrzeugen sind Motoren mit verhältnismäßig kleiner
Basisfläche
und hohen Nennleistungen erwünscht.The operation of an electric motor generates heat in the form of current / resistance I 2 R losses, iron losses, leakage and mechanical losses in the rotor and stator. The stator and rotor are cooled to avoid overheating, which would result in demagnetization of magnets in the motor or melting or burning of other parts of the motor. Heat dissipation is the limiting factor in the design and rating of the motor. The motor current is directly related to the power output as well as the heat generated by the motor. In applications with electric motors where space is valuable, such as in electric and hybrid vehicles, motors with relatively small footprint and high ratings are desired.
Es
gibt eine Vielzahl an Vortriebs- oder Antriebstechnologien, die
verwendet werden, um Fahrzeuge anzutreiben. Die Technologien beinhalten
elektrische Traktionsmotoren wie z.B. Gleichstrommotoren, Wechselstrom-Induktionsmotoren,
geschaltete Reluktanzmotoren, synchrone Reluktanzmotoren, bürstenlose Gleichstrommotoren
und entsprechende Leistungselektronik zum Steuern der Motoren. Im
Stand der Technik ist es üblich,
den (die) Traktionsmotor(en) unter Verwendung eines mechanischen
Antriebsstrangs mit Untersetzungsgetrieben und eines Differentials
mit den Vorder- oder Hinterrädern
des Fahrzeugs zu koppeln. Manchmal sind die Motoren in den Antriebsrädern ohne
Differential montiert und durch Drehzahlminderer bzw. Untersetzungsgetriebe
mit den Rädern
gekoppelt.It
There are a variety of propulsion or propulsion technologies that
used to power vehicles. The technologies include
electric traction motors such as e.g. DC motors, AC induction motors,
switched reluctance motors, synchronous reluctance motors, brushless DC motors
and corresponding power electronics for controlling the motors. in the
State of the art it is common
the traction motor (s) using a mechanical
Powertrain with reduction gears and a differential
with the front or rear wheels
to couple the vehicle. Sometimes the engines in the drive wheels are without
Differential mounted and by speed reducer or reduction gear
with the wheels
coupled.
Obgleich
solche Systeme funktionell sind, leiden sie infolge des mechanischen
Antriebsstrangs (Zahnräder,
Differentiale, Getriebe etc.) zwischen dem (den) Motoren) und den
Rädern
an einem höheren
Gewicht, einer geringeren Zuverlässigkeit
und einem geringeren Wirkungsgrad. Es ist wünschenswert, dass Wärme so effizient
wie möglich
abgeführt
und das Gewicht des Motors minimiert wird. Je effizienter die Wärmeabführung ist,
desto kleiner ist die Basisfläche
eines Motors für
eine spezifische Nennleistung. Ferner ist es wünschenswert, solche Motoren
mit einer Form zu schaffen, die für einen Einbau direkt in ein
Fahrzeugrad oder einem solchen benachbart geeignet ist. Andere wünschenswerte
Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus
der anschließenden
ausführlichen
Beschreibung und den beigefügten
Ansprüchen
ersichtlich werden, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
und dem vorhergehenden technischen Gebiet und Hintergrund vorgenommen
wird.Although
such systems are functional, they suffer as a result of the mechanical
Powertrain (gears,
Differentials, gears etc.) between the engine (s) and the
wheels
at a higher level
Weight, lower reliability
and a lower efficiency. It is desirable for heat to be so efficient
as possible
dissipated
and the weight of the engine is minimized. The more efficient the heat dissipation,
the smaller the base area
an engine for
a specific rated power. Furthermore, it is desirable to have such engines
to create a shape suitable for installation directly into a mold
Vehicle wheel or such adjacent is suitable. Other desirable ones
Features and characteristics of the present invention will become apparent
the subsequent
detailed
Description and attached
claims
become apparent in conjunction with the accompanying drawings
and the foregoing technical field and background
becomes.
KURZE ZUSAMMENFASSUNGSHORT SUMMARY
Es
wird eine Vorrichtung für
einen Axialelektromotor geschaffen. Die Vorrichtung umfasst einen
Stator mit Spulen darauf zum Erzeugen eines Magnetfeldes, einen
durch das Magnetfeld gedrehten Rotor, eine mit dem Rotor gekoppelte
Ausgangswelle und einen Ring, der einen Kühlmittelkanal aufweist, der
am Stator in Umfangsrichtung anliegt, um Wärme und ein Gegendrehmoment
vom Stator aufzunehmen. Es ist vorzuziehen, dass der Ring einwärts verlaufende
Zähne aufweist,
die mit den Spulen auf dem Stator kämmen. Der Raum zwischen den
Zähnen
und den Spulen ist vorzugsweise mit einem im Wesentlichen massiven,
thermisch leitfähigen
Material gefüllt,
um das Gegendrehmoment des Stators auf die Zähne zu übertragen und den Stator zu
kühlen.
Die Spulen sind vorzugsweise aus einem flachen Band geschaffen,
wobei ein Teil von dessen Hauptfläche zu den Zähnen senkrecht
ist. Ein Tragrahmen ist wünschenswerterweise
fest mit dem Ring und drehbar mit der Ausgangswelle gekoppelt.A device for an axial electric motor is provided. The apparatus includes a stator having coils thereon for generating a magnetic field, a rotor rotated by the magnetic field, an output shaft coupled to the rotor, and a ring having a coolant passage circumferentially abutting the stator for receiving heat and counter torque from the stator , It is preferable that the ring has inwardly extending teeth that mesh with the coils on the stator. Of the Space between the teeth and the coils is preferably filled with a substantially solid, thermally conductive material to transfer the counter-torque of the stator to the teeth and to cool the stator. The coils are preferably made of a flat band with a portion of its major surface perpendicular to the teeth. A support frame is desirably fixed to the ring and rotatably coupled to the output shaft.
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION
THE DRAWINGS
Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden in Verbindung mit den folgenden
Zeichnungsdarstellungen beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche
Elemente bezeichnen undThe
The present invention will hereinafter be described in connection with the following
Drawings described, wherein like numerals are the same
Denote elements and
1 eine partiell aufgeschnittene
vereinfachte Draufsicht eines Traktionsmotors gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; 1 a partially cutaway simplified plan view of a traction motor according to the present invention;
2 eine Seitenansicht des
Traktionsmotors von 1 ist; 2 a side view of the traction motor of 1 is;
3 eine vereinfachte Draufsicht
eines Teils des Stators des Traktionsmotors von 1–2 ist, die weitere Einzelheiten
zeigt; 3 a simplified plan view of a portion of the stator of the traction motor of 1 - 2 is that shows more details;
4 eine Seitenansicht eines
Teils des Stators und der Rotoren des Traktionsmotors von 1–2 ist,
die weitere Details zeigt; 4 a side view of a portion of the stator and the rotors of the traction motor of 1 - 2 is that shows more details;
5A und 5B Draufsichten der Innenfläche von
Rotoren des Traktionsmotors von 1–2 ist, die weitere Details
zeigen und weiteren Ausführungsformen
entsprechen, und 5C eine
Draufsicht eines vergrößerten Segments
des Rotors der 5A oder 5B ist, die noch weitere
Details zeigt; 5A and 5B Plan views of the inner surface of rotors of the traction motor of 1 - 2 which show further details and correspond to further embodiments, and 5C a plan view of an enlarged segment of the rotor of 5A or 5B is that shows even more details;
6 eine Darstellung einer
beobachteten Spannung einer gegenelektromotorischen Kraft auf die Wicklungen
des Traktionsmotors der vorliegenden Erfindung gegen die Zeit für eine bevorzugte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; 6 Figure 11 is an illustration of an observed back electromotive force tension on the windings of the traction motor of the present invention versus time for a preferred embodiment of the present invention;
7 eine Darstellung der Wellenleistung
gegen die Wellendrehzahl für
den Motor der vorliegenden Erfindung unter verschiedenen Betriebsbedingungen
ist; 7 Figure 4 is an illustration of shaft power versus shaft speed for the engine of the present invention under various operating conditions;
8 eine Darstellung eines
lastfreien Leistungsverbrauchs gegen die Drehzahl für zwei Motoren
ist, wobei einer die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung und der andere diese nicht enthält; 8th Figure 3 is an illustration of no-load power consumption versus speed for two motors, one not including the preferred embodiment of the present invention and the other;
9A und 9B Konturen des Drehmoments gegen die
Drehzahl bei konstantem Wirkungsgrad für zwei Motoren sind, wobei
einer mit einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in 9B und
der andere ohne sie in 9A ausgestattet
ist; 9A and 9B Contours of the torque against the speed at constant efficiency for two motors, one with a preferred embodiment of the present invention in 9B and the other without them in 9A Is provided;
10 eine perspektivische
Ansicht eines Rotorträgers
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist; 10 a perspective view of a rotor carrier according to a preferred embodiment of the present invention;
11 eine perspektivische
Ansicht des Rotorträgers
von 10 mit darauf montierten
Rotoren ist, die weitere Details zeigt; 11 a perspective view of the rotor carrier of 10 with rotors mounted thereon, showing more details;
12A eine vereinfachte Randansicht
ist und 12B eine vereinfachte
Draufsicht eines Teils eines Rotors von 11 ist, die noch weitere Details zeigen; 12A is a simplified edge view and 12B a simplified plan view of a portion of a rotor of 11 is that show more details;
13A–13B vereinfachte
Draufsichten eines Segments eines Stators und eines Statorträgers des Traktionsmotors
der vorliegenden Erfindung sind, wobei 13A den Stator und Statorträger getrennt
zeigt und 13B sie zusammengesetzt
zeigt; 13A - 13B are simplified plan views of a segment of a stator and a stator support of the traction motor of the present invention, wherein 13A shows the stator and stator carrier separated and 13B showing them assembled;
14 eine teilweise weggeschnittene
Querschnittansicht durch den Traktionsmotor der vorliegenden Erfindung
mit eingebauten Rotoren, Stator und Statorträger zeigt; 14 Figure 12 is a partially cutaway cross-sectional view through the traction motor of the present invention incorporating rotors, stator and stator support;
15 eine vereinfachte Darstellung
der Längs-Quer-Magnetachsen ist,
die beim Analysieren des Motors der vorliegenden Erfindung genutzt
wird; 15 is a simplified representation of the longitudinal-transverse magnetic axes, which is used in analyzing the engine of the present invention;
16A eine Darstellung des
beobachteten und berechneten Motordrehmoments gegen den Steuerungswinkel α ist und 16B eine Darstellung eines
berechneten Längsachsenflusses
gegen den Steuerungswinkel ist und 16C eine
Darstellung des berechneten Querachsenflusses gegen den Steuerungswinkel
für den
Motor der vorliegenden Erfindung ist; 16A is a representation of the observed and calculated engine torque against the control angle α and 16B is a representation of a calculated longitudinal axis flow against the control angle and 16C Figure 12 is an illustration of the calculated cross-axis flux vs. control angle for the engine of the present invention;
17 ein Flussdiagramm ist,
das ein Verfahren zum Berechnen optimierter Steuerungsparameter
für den
Motor der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; 17 Fig. 10 is a flowchart illustrating a method of calculating optimized control parameters for the engine of the present invention;
18A–B Darstellungen des Drehmoments
gegen die Drehzahl für
verschiedene Werte der optimalen Steuerungsparameter, der Längs- und
der Querachsenströme
Id, Iq sind, wobei 18A einen optimierten Iq als den Parameter aufweist und 18B einen optimierten Id als den Parameter aufweist; 18A -B representations of the torque versus speed for various values of the optimal control parameters, the longitudinal and transverse axis currents I d , I q , where 18A has an optimized I q as the parameter and 18B has an optimized I d as the parameter;
19 eine Darstellung des
beobachteten Drehmoments gegen die Drehzahl unter verschiedenen Betriebsbedingungen
für den
Motor gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist; 19 Figure 12 is an illustration of the observed torque versus speed under various operating conditions for the engine according to the preferred embodiment of the present invention;
20A–B vereinfachte Blockdiagramme
einer Prozessarchitektur eines Motorsteuerungssystems gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind, wobei 20A eine Übersicht liefert und 20B ein weiteres Detail
liefert; 20A -B are simplified block diagrams of a process architecture of an engine control system according to a preferred embodiment of the present invention, wherein 20A provides an overview and 20B provides another detail;
21A–B Darstellungen des Längsachsen-
bzw. Querachsenstroms für
den Motor der vorliegenden Erfindung unter mehreren Betriebsbedingungen
sind; und 21A B are representations of the longitudinal axis current for the engine of the present invention under a plurality of operating conditions; and
22 ein vereinfachtes schematisches
Diagramm eines computergestützten
Systems ist, das zum Ausführen
der Steuerungsprozesse der vorliegenden Erfindung geeignet ist. 22 Fig. 10 is a simplified schematic diagram of a computerized system suitable for carrying out the control processes of the present invention.
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNGDETAILED
DESCRIPTION
Die
folgende ausführliche
Beschreibung ist in ihrer Art nur beispielhaft und soll die Erfindung
oder die Anwendung und Nutzungen der Erfindung nicht beschränken. Überdies
soll sie nicht durch irgendeine angegebene oder implizierte Theorie
beschränkt
sein, die in dem vorhergehenden technischen Gebiet, Hintergrund, der
kurzen Zusammenfassung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung präsentiert
wird. Die Ausdrücke "Motor" und "Maschine" werden im Folgenden
untereinander austauschbar verwendet, um auf den Traktionsmotor/Generator
der vorliegenden Erfindung zu verweisen.The
following detailed
Description is merely exemplary in nature and is intended to be the invention
or not limit the application and uses of the invention. moreover
It should not be by any given or implied theory
limited
be in the previous technical field, background, the
short summary or the following detailed description
becomes. The terms "motor" and "machine" are hereafter
used interchangeably to access the traction motor / generator
to refer to the present invention.
Unter
Bezugnahme auf die beiden 1–2 ist 1 eine vereinfachte teilweise aufgeschnittene Draufsicht,
und 2 ist eine Seitenansicht
von Rotor- und Statorteilen des Traktionsmotors 30 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Motorteil 30 umfasst eine erste ringförmige oder
unterlegscheibenförmige
Rotorplatte 32, auf der Permanentmagne te (PMs) 33 befestigt
sind, eine zweite ringförmige
oder unterlegscheibenförmige
Rotorplatte 34, auf der PMs 35 befestigt sind,
und einen Stator 36 mit einem Kern 41 und stromführenden
Spulen (Wicklungen) 37, die durch Statorpolstücke 42 getrennt
sind. In 1 wurde der
Teil 38 des ersten Motors 32 weggeschnitten, um
die Permanentmagnete (PMs) 33 freizulegen, die oberhalb
des Stators 36 liegen, und ein Teil 40 wurde zusammen
mit den PMs 33 weggeschnitten, um den darunterliegenden
Statorkern 41, der die Wicklungen 37 mit den Statorpolstücken 42 zwischen
den Wicklungen 37 trägt,
zu zeigen. Bolzenlöcher 44, 46 sind
zweckmäßigerweise
in den Rotoren 32 bzw. 34 vorgesehen, durch die
ein (nicht dargestellter) Rotorträger oder ein Joch vorgesehen
werden kann, um die Rotoren 32, 34 mit einer (nicht
dargestellten) Motorausgangswelle zu koppeln, die um eine Mitte 48 rotiert.
Die Polstücke 42 des
Statorträgerkerns 41 sind
durch einen Winkelbetrag 47, auf den im Allgemeinen als
Statorpolteilung (SPP) verwiesen wird, getrennt in Umfangsrichtung
um den Stator 36 beabstandet. Im allgemeinen sind die Spulen 37 ähnlich um
den Stator 36 beabstandet. Die Spulen 37 sind
vorzugsweise aus flachen Bandleitern gewickelt; aber dies ist nicht wesentlich.Referring to the two 1 - 2 is 1 a simplified partially cutaway plan view, and 2 is a side view of rotor and stator parts of the traction motor 30 according to the present invention. The engine part 30 includes a first annular or washer-shaped rotor plate 32 , on the permanent magne (PMs) 33 are fixed, a second annular or washer-shaped rotor plate 34 , on the PMs 35 are attached, and a stator 36 with a core 41 and live coils (windings) 37 passing through stator pole pieces 42 are separated. In 1 became the part 38 of the first engine 32 cut away to the permanent magnets (PMs) 33 expose that above the stator 36 lie, and part 40 was together with the PMs 33 cut away to the underlying stator core 41 that's the windings 37 with the stator pole pieces 42 between the windings 37 bears, to show. bolt holes 44 . 46 are expediently in the rotors 32 respectively. 34 provided by which a (not shown) rotor carrier or a yoke can be provided to the rotors 32 . 34 to couple with an engine output shaft (not shown) which is about a center 48 rotates. The pole pieces 42 of the stator core 41 are by an angular amount 47 referenced generally as the stator pole pitch (SPP), separated circumferentially about the stator 36 spaced. In general, the coils are 37 similar to the stator 36 spaced. The spools 37 are preferably wound from flat strip conductors; but this is not essential.
Die
Rotoren 32, 34 sind gewöhnlich die mit den Fahrzeugrädern gekoppelten
beweglichen Teile, und der Stator 36 ist im Allgemeinen
am Fahrzeugrahmen in irgendeiner Weise befestigt. Dies ist die bevorzugte Anordnung,
weil sie ein Kommutieren von Stromzuleitungen zum Stator vermeidet;
aber dies ist nur zweckmäßig und
nicht wesentlich. Bei dem Motor der vorliegenden Erfindung können entweder
die Rotoren oder der Stator mit den Fahrzeugrädern gekoppelt und der andere
mit dem Fahrzeugrahmen gekoppelt werden. Beide Anordnungen sind
nützlich.
Zum Zwecke der Beschreibung wird im Folgenden angenommen, dass die
Rotoren mit dem Fahrzeugrad und der Stator mit dem Fahrzeugrahmen
gekoppelt sind; aber dies soll nicht beschränkend sein.The rotors 32 . 34 are usually the moving parts coupled to the vehicle wheels, and the stator 36 is generally attached to the vehicle frame in some way. This is the preferred arrangement because it avoids commutation of power leads to the stator; but this is only expedient and not essential. In the engine of the present invention, either the rotors or the stator may be coupled to the vehicle wheels and the other coupled to the vehicle frame. Both arrangements are useful. For the purposes of the description, it is assumed below that the rotors are coupled to the vehicle wheel and the stator to the vehicle frame; but this is not meant to be limiting.
Zum
Zwecke der Erläuterung
und klaren Veranschaulichung der wichtigen Merkmale des Motors 30 sind
das Joch oder der Rotorträger,
der die Rotoren 32, 34 mit der Motorausgangswelle
koppelt, und die Struktur, die den Stator 36 am Fahrzeugrahmen
befestigt, aus 1–2 weggelassen. (Eine bevorzugte
Anordnung ist in 14 veranschaulicht.)
Der Fachmann versteht jedoch, dass jede zweckmäßige Anordnung zum Koppeln
der Rotoren mit der Motorausgangswelle und mit den Rädern ohne
einen dazwischenliegenden mechanischen Antriebsstrang (z.B. kein
Differential, Untersetzungsgetriebe etc.) und zum Koppeln des Stators
mit dem Fahrzeugrahmen genutzt werden kann. Ferner versteht der
Fachmann auf der Basis der Beschreibung hierin, dass die Rotoren 32, 34 von
Lagern getragen werden, die die Rotoren 32, 34 bezüglich des
Stators 36 justieren bzw. ausrichten, während deren wechselseitige
Rotation ermöglicht
wird.For the purpose of explanation and clear illustration of the important features of the engine 30 are the yoke or the rotor arm, which are the rotors 32 . 34 Coupled with the motor output shaft, and the structure connecting the stator 36 attached to the vehicle frame, off 1 - 2 omitted. (A preferred arrangement is in 14 However, it will be understood by those skilled in the art that any convenient arrangement for coupling the rotors to the engine output shaft and to the wheels may be used without an intermediate mechanical drive train (eg, no differential, reduction gear, etc.) and for coupling the stator to the vehicle frame. Further, based on the description herein, those skilled in the art will understand that the rotors 32 . 34 be borne by bearings that the rotors 32 . 34 with respect to the stator 36 adjust or align while allowing their mutual rotation.
Der
erste und zweite Rotor 32, 34 mit den angebrachten
Permanentmagneten (PMs) 33, 35 sind miteinander
gekoppelt und bewegen sich zusammen, wobei sie sich unter dem Einfluss
der von den PMs 33, 35 und den Spulen 37 gelieferten
Magnetfeldern um eine Achse 48 bezüglich des Stators 36 bewegen.
Die PMs 33 werden mit ihren Magnetpolen im Wesentlichen
senkrecht zur Ebene der Rotoren 32, 34 und des
Stators 36 magnetisiert, und die Magnetisierungsrichtung
benachbarter PMs alterniert. Zum Beispiel (siehe 1) hat, falls ein PM 330 einen
Nordpol (N) in Kontakt mit dem Rotor 32 (und daher einen
(S)-Pol , der dem Stator 36 zugewandt ist) aufweist, dann
der PM 331 einen S-Pol in Kontakt mit dem Rotor 32,
der PM 332 einen N-Pol und der PM 333 einen S-Pol
und so weiter. Paare von PMs sind auf den Rotoren 32, 34 so
angeordnet, dass sie über
den Stator 36 einander zugewandt sind. Gegenüberliegende
PMs auf den Rotoren 32, 34 haben vorzugsweise
die entgegenge setzte Magnetisierungsrichtung. Zum Beispiel (siehe 2) zeigen Pfeile 430, 432, 434 die
Magnetisierungsrichtung von PMs 330, 332, 334 auf
dem Rotor 32, welche dem Stator 36 zugewandte S-Pole
aufweisen. Gegenüberliegende
PMs 350, 352, 354 auf dem Rotor 34 weisen
durch Pfeile 450, 452, 454 dargestellte
Magnetisierungsrichtungen auf, wobei die S-Pole ebenfalls dem Stator 36 zugewandt
sind. Folglich hat jedes gegenüberliegende
Paar PMs auf den Rotoren 32, 34 entgegengesetzte
Magnetisierungsrichtungen (siehe z.B. die Pfeile 434, 454 für PMs 334 bzw. 354).
Dies ist die bevorzugte Anordnung; jedoch ist die andere Anordnung,
bei der die einander zugewandeten bzw. gegenüberliegenden Magnete die gleiche
magnetische Orientierung aufweisen, ebenfalls möglich und nützlich. Die PMs 33, 35 sind
an den Rotoren 32, 34 durch beliebige geeignete
Mittel angebracht; aber ein Befestigungsmittel, das magnetische
Anziehung einschließt,
wird bevorzugt. Leim oder ein anderer Klebstoff kann genutzt werden,
um die PMs 33, 35 an den Rotoren 32, 34 anzubringen.
Es ist wünschenswert,
dass der Leim eine Scherfestigkeit gleich etwa 3 N/mm2 oder höher schafft.
Die Permanentmagnete 33, 35 bestehen zweckmäßigerweise
aus gesintertem Nd-Fe-B. Geeignet sind 655 HR der Klasse VACODYM,
das von Vaccumschmelze aus Hanau, Deutschland, geliefert wird, und
Klasse SC35UH, das von Italfit Magneti aus Udine, Italien, geliefert
wird.The first and second rotor 32 . 34 with the attached permanent magnets (PMs) 33 . 35 are coupled with each other and move together, being under the influence of those of the PMs 33 . 35 and the coils 37 supplied magnetic fields around an axis 48 with respect to the stator 36 move. The PMs 33 become with their magnetic poles substantially perpendicular to the plane of the rotors 32 . 34 and the stator 36 magnetized, and the magnetization direction of adjacent PMs alternated. For example (see 1 ) has, if a PM 330 a north pole (N) in contact with the rotor 32 (and therefore an (S) -pol, which is the stator 36 facing), then the PM 331 an S pole in contact with the rotor 32 , the PM 332 an N pole and the PM 333 an S-pole and so on. Pairs of PMs are on the rotors 32 . 34 arranged so that they pass over the stator 36 facing each other. Opposing PMs on the rotors 32 . 34 preferably have the entgegenge magnetization direction. For example (see 2 ) show arrows 430 . 432 . 434 the magnetization direction of PMs 330 . 332 . 334 on the rotor 32 which the stator 36 facing S-poles have. Opposite PMs 350 . 352 . 354 on the rotor 34 point through arrows 450 . 452 . 454 shown magnetization directions, wherein the S-poles also the stator 36 are facing. Thus, each opposing pair has PMs on the rotors 32 . 34 opposite magnetization directions (see eg the arrows 434 . 454 for PMs 334 respectively. 354 ). This is the preferred arrangement; however, the other arrangement in which the facing magnets have the same magnetic orientation is also possible and useful. The PMs 33 . 35 are at the rotors 32 . 34 attached by any suitable means; but a fastener that includes magnetic attraction is preferred. Glue or another glue can be used to make the PMs 33 . 35 on the rotors 32 . 34 to install. It is desirable that the glue provide a shear strength equal to about 3 N / mm 2 or higher. The permanent magnets 33 . 35 Conveniently consist of sintered Nd-Fe-B. Suitable are 655 HR class VACODYM supplied by Vaccumschmelze of Hanau, Germany, and class SC35UH supplied by Italfit Magneti of Udine, Italy.
3 ist eine vereinfachte
Draufsicht eines Teils 80 des Kerns 41 des Stators 36 des
Traktionsmotors 30 von 1,
die weitere Details zeigt und eine bevorzugte Art der Konstruktion
veranschaulicht. Der Kern 41 ist vorzugsweise radial laminiert,
d.h. aus vielen Lagen eines spiralförmig gewickelten Eisenstreifens 83 gebildet.
Der Streifen 83 ist vorzugsweise von der gleichen allgemeinen
Art eines Materials mit hoher Magnetisierung, das in Elektromaschinen
genutzt wird. Nicht orientierter Elektrostahl der Klasse M-15, der
von A K Steel Corporation, Middletown, OH, geliefert wird, ist ein
nicht beschränkendes
Beispiel eines geeigneten Materials. Schlitze 56, die benötigt werden,
um die Spulen 37 aufzunehmen, sind aus ausgeschnittenen
Bereichen gebildet, die im Streifen 83 gestanzt wurden,
bevor er in eine toroidale Form für den Kern 41 gewickelt
wird. Die Abstände
zwischen den ausgeschnittenen Bereichen des Streifens 83 sind
so eingeteilt, dass, während
der Streifen Lage um Lage auf einem temporären Dorn oder einer temporären Form
gewickelt wird, die ausgeschnittenen Bereiche sich in jeder neuen
Lage mit den ausgeschnittenen Bereichen der vorherigen Lage so aufreihen,
dass sie im fertiggestellten Kern Schlitze 56 ausbilden.
Die Spulen 37 werden dann zweckmäßig in die richtige Stelle
in den Schlitzen 56 gewickelt. Obgleich dieses Verfahren
zum Zusammensetzen des Kerns 41 und der Spulen 37 bevorzugt
wird, ist es nicht wesentlich. Zum Beispiel, und nicht beschränkend, besteht eine
alternative Anordnung darin, den Kern 41 in kurzen Umfangssegmenten,
ein Segment für
jede Spule, auszubilden. Die Kernsegmente können zum Beispiel unter Verwendung
pulvermetallurgischer Techniken hergestellt werden. Eine vorgewickelte
Spule wird dann auf dem Segment platziert, und sukzessive Segmente
werden eingeschnappt oder auf andere Weise aneinander angebracht,
um die toroidale Form des Stators 36 mit dem Kern 41 und
den Spulen 37 zu vervollständigen. Die Spulen können in
der gewünschten
elektrischen Konfiguration entweder vor oder nach einem Zusammenbau
miteinander elektrisch gekoppelt werden. Beide Anordnungen sind
nützlich. 3 is a simplified plan view of a part 80 of the core 41 of the stator 36 of the traction motor 30 from 1 which shows further details and illustrates a preferred type of construction. The core 41 is preferably radially laminated, that is, many layers of a spirally wound iron strip 83 educated. The stripe 83 is preferably of the same general type of high magnetization material used in electric machines. Non-oriented Class M-15 electrical steel supplied by AK Steel Corporation, Middletown, OH is a non-limiting example of a suitable material. slots 56 that are needed to the coils 37 are formed from cut out areas that are in the strip 83 were punched before turning into a toroidal shape for the core 41 is wound. The distances between the cut out areas of the strip 83 are grouped such that as the strip is wound layer upon layer on a temporary mandrel or temporary form, the cut out areas line up with the cut out areas of the previous layer in each new layer so that they will slot in the finished core 56 form. The spools 37 then be useful in the right place in the slots 56 wound. Although this method of assembling the core 41 and the coils 37 is preferred, it is not essential. For example, and not by way of limitation, an alternative arrangement is the core 41 in short circumferential segments, one segment for each coil. The core segments can be made, for example, using powder metallurgy techniques. A pre-wound coil is then placed on the segment, and successive segments are snapped or otherwise attached to each other around the toroidal shape of the stator 36 with the core 41 and the coils 37 to complete. The coils may be electrically coupled together in the desired electrical configuration either before or after assembly. Both arrangements are useful.
4 ist eine Seitenansicht
(im Wesentlichen in der Richtung des Pfeils 53 in 1–2 blickend)
eines Teils 54 des Stators 36 des Traktionsmotors 30 der 1–2,
stärker
vergrößert und
weitere Einzelheiten darstellend, die den statischen Fluss durch
den Kern 41 und die Rotoren 32, 34 veranschaulicht,
der von PMs 33, 35 erzeugt wird. PMs 331, 351 sind
insbesondere veranschaulicht. Nun auf 2 und 4 gemeinsam bezugnehmend,
sind die Spulen 37 in den Schlitzen 56 des Statorkerns 41 zwischen
den Statorpolstücken 42 montiert.
Luftspalte 49, 49' sind
zwischen den Polstücken 42 des
Statorkerns 41 und den PMs 33, 35 vorgesehen. In
der bevorzugten Ausführungsform
sind die Spulen 37 in drei Gruppen geteilt, wobei jede
durch eine von drei Phasen eines Wechselstroms angetrieben bzw.
angesteuert wird. Diese Phasen werden bezeichnet als Φa, Φb, Φc. Die Ströme Ia, Ib, Ic werden zu den
Phasen Φa, Φb bzw. Φc geliefert. Wie in der Technik üblich ist,
sind diese drei Phasen mit oder ohne einen neutralen Draht bzw.
Anschluss (engl. a neutral) "Y"-verbunden. Die um den Stator beabstandeten
Spulen sind in beabstandeten Paaren elektrisch gekoppelt. Nun auf 2 verweisend ist die Spule 371 mit
der Spule 374 in Reihe gekoppelt, ist die Spule 372 mit 375 in
Reihe gekoppelt und ist die Spule 373 mit der Spule 376 in
Reihe gekoppelt. Die Spule 371 empfängt somit Φa+,
die Spule 372 empfängt Φc–,
die Spule 373 empfängt Φb+, die Spule 374 empfängt Φa–,
die Spule 375 empfängt Φc+, und die Spule 376 empfängt Φb–.
Die Spulenanordnung wird um den Stator 36 wiederholt. Obgleich
dreiphasige Wechselstromwicklungen bevorzugt werden, ist dies nicht
wesentlich, und weniger oder mehr Phasen können je nach den Anforderungen
der Fahrzeugauslegung verwendet werden. 4 is a side view (essentially in the direction of the arrow 53 in 1 - 2 looking) of a part 54 of the stator 36 of the traction motor 30 of the 1 - 2 , more magnified and more details representing the static flow through the core 41 and the rotors 32 . 34 illustrated by PMs 33 . 35 is produced. PMs 331 . 351 are particularly illustrated. Now up 2 and 4 together taking, the coils are 37 in the slots 56 of the stator core 41 between the stator pole pieces 42 assembled. air gaps 49 . 49 ' are between the pole pieces 42 of the stator core 41 and the PMs 33 . 35 intended. In the preferred embodiment, the coils are 37 divided into three groups, each driven by one of three phases of alternating current. These phases are referred to as Φ a , Φ b , Φ c . The currents Ia, Ib, Ic are supplied to the phases Φ a , Φ b and Φ c , respectively. As is conventional in the art, these three phases are "Y" connected with or without a neutral wire. The coils spaced around the stator are electrically coupled in spaced pairs. Now up 2 referring is the coil 371 with the coil 374 coupled in series, is the coil 372 With 375 coupled in series and is the coil 373 with the coil 376 coupled in series. The sink 371 thus receives Φ a + , the coil 372 receives Φ c- , the coil 373 receives Φ b + , the coil 374 receives Φ a- , the coil 375 receives Φ c + , and the coil 376 receives Φ b- . The coil assembly is wound around the stator 36 repeated. Although three-phase AC windings are preferred, this is not essential, and fewer or more phases may be used depending on the requirements of the vehicle design.
Ein
Problem, das mit Axialflussmaschinen des hier beschriebenen Typs
verbunden ist, ist das Hängenbleiben
bzw. Cogging (engl. cogging), das sich aus der Statorauslegung mit
Kern ergibt. Ein Cogging-Drehmoment
ergibt sich aus der Wechselwirkung der Magnetränder mit den Statorschlitzen.
Das Cogging tritt als Pulsationen in der Drehmomentabgabe des Motors
auf. Wenn sie nicht kompensiert werden, können diese Pulsationen auf
den Antriebsstrang des Fahrzeugs übertragen werden, wodurch unerwünschte Vibrationen
erzeugt werden. Das Cogging bewirkt auch, dass schädliche Oberschwingungen
erzeugt werden. Wenn das Cogging schwerwiegend ist, sind diese Oberschwingungen
in den Spannungs- und Stromwellenformen des Motors sichtbar. Es
wurde entdeckt, dass das Cogging praktisch eliminiert werden kann,
indem man die PMs in zwei oder mehr Gruppen teilt, die auf den Rotoren
beabstandet sind.One
Problem with axial flow machines of the type described here
is stuck, is the getting stuck
or cogging, which results from the stator design with
Core results. A cogging torque
results from the interaction of the magnetic edges with the stator slots.
The cogging occurs as pulsations in the torque output of the engine
on. If they are not compensated, these pulsations can occur
be transmitted to the drive train of the vehicle, causing unwanted vibration
be generated. The cogging also causes harmful harmonics
be generated. If cogging is serious, these are harmonics
visible in the voltage and current waveforms of the motor. It
it was discovered that cogging can be virtually eliminated,
by dividing the PMs into two or more groups on the rotors
are spaced.
5A und 5B sind Draufsichten der Innenfläche 61, 61' des Rotors 60, 60' gemäß weiteren
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und geeignet zur Verwendung anstelle
von Rotoren 32, 34 des Traktionsmotors 30 der 1–2,
um so ein Hängenbleiben
bzw. Cogging zu reduzieren oder zu eliminieren. Die Innenfläche 61, 61' des Rotors 60, 60' ist in Richtung
auf den Stator 36 gewandt, und der Rotor 60, 60' rotiert um
eine Mitte 62, 62' analog
zur Mitte 48 in auf nahezu die gleiche Weise wie die schon
beschriebenen Rotoren 32, 34. Auf der Oberfläche 61, 61' des Rotors 60, 60' sind PMs 64, 64' montiert, die
im Wesentlichen den PMs 33, 35 der Rotoren 32, 34 ähnlich sind,
aber mit (einem unterschiedlichen Umfangsabstand, d.h. einer unterschiedlichen
PM-Teilung 51, 51'.
Wie durch PMs 640, 641, 642, 643 des
Rotors 60 und PMs 640', 641', 642', 643' des Rotors 60' veranschaulicht
ist, alterniert die magnetische Nord-Süd-Orientierung in der gleichen
Weise wie für
die PMs 33, 35 der Rotoren 32, 34.
Falls zum Beispiel der PM 640 einen S-Pol aufweist, der
von der Oberfläche 61 axial
abgewandt ist (d.h. in Richtung auf den Stator 36), hat
dann der PM 641 einen N-Pol, der PM 642 einen
S-Pol, der PM 643 einen N-Pol usw., die dem Stator 36 zugewandt
sind, und entsprechend ihre gestrichenen Äquivalente auf dem Rotor 60'. In 5A sind die PMs 64 in
geeigneter Weise in zwei Gruppen 66, 68 geteilt,
und in 5B sind die PMs 64' in geeigneter
Weise in vier Gruppen 65', 66', 67', 68' geteilt, aber eine
unterschiedliche Anzahl von Gruppen kann ebenfalls genutzt werden,
und die Beispiele in 5A–B sollen
nicht beschrän kend
sein. Die Gruppen 66, 68 sind durch Spalte 50 getrennt,
und die Gruppen 65', 66', 67', 68' sind durch
Spalte 50' getrennt. 5A and 5B are plan views of the inner surface 61 . 61 ' of the rotor 60 . 60 ' according to further embodiments of the present invention and suitable for use in place of rotors 32 . 34 of the traction motor 30 of the 1 - 2 so as to reduce or eliminate cogging. The inner surface 61 . 61 ' of the rotor 60 . 60 ' is towards the stator 36 turned, and the rotor 60 . 60 ' revolves around a middle 62 . 62 ' analogous to the middle 48 in almost the same way as the already described rotors 32 . 34 , On the surface 61 . 61 ' of the rotor 60 . 60 ' are PMs 64 . 64 ' mounted, which is essentially the PMs 33 . 35 the rotors 32 . 34 are similar, but with (a different circumferential distance, ie a different PM pitch 51 . 51 ' , As by PMs 640 . 641 . 642 . 643 of the rotor 60 and PMs 640 ' . 641 ' . 642 ' . 643 ' of the rotor 60 ' As illustrated, the north-south magnetic orientation alternates in the same manner as for the PMs 33 . 35 the rotors 32 . 34 , For example, if the PM 640 has an S-pole from the surface 61 axially facing away (ie in the direction of the stator 36 ), then has the PM 641 an N pole, the PM 642 an S-pole, the PM 643 an N pole, etc., which is the stator 36 and, accordingly, their coated equivalents on the rotor 60 ' , In 5A are the PMs 64 suitably in two groups 66 . 68 shared, and in 5B are the PMs 64 ' suitably in four groups 65 ' . 66 ' . 67 ' . 68 ' shared, but a different number of groups can also be used, and the examples in 5A -B should not be limiting. The groups 66 . 68 are through column 50 separated, and the groups 65 ' . 66 ' . 67 ' . 68 ' are through column 50 ' separated.
Wenn
der Stator 36 M Polstücke
und M Spulen aufweist und durch eine 3-Phasenversorgung angesteuert
wird, sind dann M/3 Spulen je einer Phase zugeordnet. Jeder PM überbrückt ungefähr drei
Statorpolstücke 42 und
drei Spulen 37 (siehe 2, 4). Folglich nutzt die bevorzugte
Anordnung M/3 PMs. Die Statorpolteilung (SPP) beträgt 360/M.
Die SPP ist der Winkelabstand zwischen den Mittellinien sukzessiver
Statorpolstücke 42 (d.h.
der Winkel 47 in 1).
Sind die PMs um den Umfang der Rotoren 32, 34 gleichmäßig verteilt,
beträgt
dann die PM-Teilung (PMP) 3 × (360/M).
In der Ausführungsform
von 5A gibt es M = 90
Spulen und Polstücke
auf dem Stator 36 und M/3 = 30 PMs auf den Rotoren 32, 34, 60.
Folglich ist SPP = 360/90 = 4 Grad, und für gleichmäßig verteilte PMs ist PMP =
360/30 = 12 Grad.If the stator 36 M pole pieces and M coils and is driven by a 3-phase supply, then M / 3 coils are each assigned to a phase. Each PM bridges about three stator poles 42 and three coils 37 (please refer 2 . 4 ). Thus, the preferred arrangement uses M / 3 PMs. The stator pole pitch (SPP) is 360 / M. SPP is the angular distance between the centerlines of successive stator poles 42 (ie the angle 47 in 1 ). Are the PMs around the circumference of the rotors 32 . 34 evenly distributed, the PM pitch (PMP) is 3x (360 / M). In the embodiment of 5A There are M = 90 coils and pole pieces on the stator 36 and M / 3 = 30 PMs on the rotors 32 . 34 . 60 , Thus, SPP = 360/90 = 4 degrees, and for evenly distributed PMs PMP = 360/30 = 12 degrees.
Es
wurde festgestellt, dass ein Hängenbleiben
bzw. Cogging ohne nachteilige Nebeneffekte wesentlich reduziert
werden kann durch Verkürzen
der Teilung bzw. des Abstands (engl. short-pitching) der PMs, zum Beispiel
in Gruppen 66, 68 um einen Betrag, der gleich
etwa ein Halb der SPP für
jede Gruppe ist. In der bevorzugten Ausführungsform sind Spalte 50 zwischen
den Gruppen 66, 68 jeweils ungefähr 2 × SPP/2
= 2 × 360/(2M)
= 360/90 = etwa 4 Grad für
M = 90. Dies wird erreicht, indem der Abstand zwischen den PMs reduziert und/oder
die Umfangsbreite jedes PM geringfügig verengt wird, so dass die
erforderliche Zahl (360 × 12)/n
in jede Gruppe passt, wobei n die Anzahl von Gruppen ist. In 5A gibt es für eine 90-Pol-Maschine
mit drei Polen pro PM und zwei Gruppen PMs 15 in jeder
Gruppe. Folglich ist in der Ausführungsform
von 5A für einen
Dreiphasenmotor mit einem M = 90 Pol, der einen Rotor 60 mit
verkürztem
Abstand nutzt, PMPs 51 wünschenswerterweise mehr oder weniger
gleich etwa (180 – 4)/15
= 11,73 Grad mechanisch oder 176 Grad elektrisch. Elektrische Grade
sind gleich mechanische Grade, multipliziert mit einer Anzahl von
Rotorpolpaaren (für 5A 15). Der Fachmann versteht,
dass die Spalte 50 im Abstand von PM-Gruppen eines Rotors 60 mit
verkürztem
Abstand von diesen idealen Zahlen abweichen können. Beispielsweise und nicht
beschränkend
liegen die Spalte 50 nützlicherweise
im Bereich von etwa 1 bis 7 Grad, besser zwischen etwa 2 und 6 Grad
und vorzugsweise bei etwa 4 Grad. PMPs 51 wird entsprechend
gemäß der Größe der Spalte 50 und
der Anzahl von PMs und Spalten eingestellt, die verwendet werden.It has been found that cogging without adverse side effects can be significantly reduced by shortening the pitch of the PMs, for example, in groups 66 . 68 by an amount equal to about one-half of the SPP for each group. In the preferred embodiment, columns 50 between the groups 66 . 68 about 2 × SPP / 2 = 2 × 360 / (2M) = 360/90 = about 4 degrees for M = 90. This is achieved by reducing the distance between the PMs and / or narrowing the circumferential width of each PM slightly, such that the required number (360 × 12) / n fits into each group, where n is the number of groups. In 5A There are PMs for a 90-pole machine with three poles per PM and two groups 15 in each group. Consequently, in the embodiment of FIG 5A for a three-phase motor with a M = 90 pole, a rotor 60 using shortened distance, PMPs 51 Wanting desirably more or less equal to about (180 - 4) / 15 = 11.73 degrees mechanical or 176 degrees electrical. Electrical degrees are equal to mechanical degrees multiplied by a number of rotor pole pairs (for 5A 15). The skilled person understands that the column 50 at the distance of PM groups of a rotor 60 may deviate from these ideal numbers with a shortened distance. By way of example and not limitation, the column 50 usefully in the range of about 1 to 7 degrees, more preferably between about 2 and 6 degrees, and preferably about 4 degrees. PMPs 51 will be according to the size of the column 50 and the number of PMs and columns used.
5B veranschaulicht eine
weitere Ausführungsform,
die vier Gruppen PMs 65', 66', 67', 68' nutzt, die
durch Spalte 50' beabstandet
sind. Jede Gruppe weist 8 PMs auf, so dass die Gesamtzahl von PMs 32 beträgt. Wie
in 4 bemerkt ist, gibt
es wünschenswerterweise
3 Schlitze und Spulen pro PM, so dass es insgesamt 3 × 32 = 96
Schlitze und Spulen mit der Anordnung von 5B gibt. Somit beträgt in 5B M = 96. Ein verkürzter Permanentmagnetabstand
PMPs 51' beträgt in geeigneter
Weise etwa (90 – 3,75)/8
= 10,78125 mechanische Grad oder 172,5 elektrische Grad. Der Fachmann
erkennt basierend auf der Beschreibung hierin, dass, obgleich zwei
und vier Gruppen in 5A,
B veranschaulicht sind, dies nicht beschränkend sein soll und mehr Gruppen
ebenfalls verwendet werden können.
Im Allgemeinen ist es wünschenswert,
dass eine gerade Anzahl Gruppen genutzt wird. 5B illustrates another embodiment, the four groups PMs 65 ' . 66 ' . 67 ' . 68 ' uses that through column 50 ' are spaced. Each group has 8 PMs, so the total number of PMs 32 is. As in 4 3, there are desirably 3 slots and coils per PM, so that there are a total of 3 x 32 = 96 slots and coils with the array of 5B gives. Thus, in 5B M = 96. A shortened permanent magnet distance PMPs 51 ' is suitably about (90 - 3.75) / 8 = 10.78125 mechanical degrees or 172.5 electrical degrees. The person skilled in the art, based on the description herein, recognizes that although two and four groups in FIG 5A , B are illustrated, but not by way of limitation, and more groups may also be used. In general, it is desirable to use an even number of groups.
Allgemeiner
ausgedrückt
kann der verkürzte
Permanentmagnetabstand PMPs in mechanische Grad aus der Gleichung
PMPs = (γn360/M)(1/n – 1/M) =
360γ[(M–n)/M2] bestimmt werden, wobei M die Anzahl von Polen
auf dem Stator ist, n die Anzahl von Gruppen ist, in die die Permanentmagnete
geteilt sind (z.B. n = 2, 3, 4,...), und γ die Anzahl von Phasen (z.B.
2, 3, 4,...) ist. Somit ergibt für
die Anordnungen der 5A – B, jeweils
als PMPs(60) bzw. PMPs(60') gekennzeichnet, ein Auswerten
der vorhergehenden Gleichung die Werte für verkürzte Permanentmagnetabstände PMPs(60)
= (3*2*360/90)(1/2 – 1/90)
= 11,73 Grad und PMPs(60') =
(3*4*360/96)(1/4 – 1/96)
= 10,78 Grad, wie oben bemerkt wurde.More generally, the shortened permanent magnet spacing PMPs can be determined in mechanical degrees from the equation PMPs = (γn360 / M) (1 / n-1 / M) = 360γ [(M-n) / M 2 ], where M is the number of poles on the stator, n is the number of groups into which the permanent magnets are divided (eg n = 2, 3, 4, ...), and γ the number of phases (eg 2, 3, 4, ... ). Thus, results for the arrangements of 5A - B, each as PMPs ( 60 ) or PMPs ( 60 ' evaluating the previous equation the values for shortened permanent magnet spacings PMPs ( 60 ) = (3 * 2 * 360/90) (1/2 - 1/90) = 11.73 degrees and PMPs ( 60 ' ) = (3 * 4 * 360/96) (1/4 - 1/96) = 10.78 degrees, as noted above.
5C ist eine Draufsicht eines
vergrößerten Segments 60-1 der
Rotoren 60, 60' der 5A oder 5B, die weitere Details gemäß einer
weiteren Ausführungsform
zeigt. Das Segment 60-1 veranschaulicht drei benachbarte
PMs 64, d.h. PMs 64-1, 64-2, 64-3.
Es wird besonders erwähnt,
daß der
Zwischenraum 52 zwischen benachbarten PMs 64 von 5C nicht gleichmäßig ist,
sondern als Funktion mit einer radialen Distanz von radial inneren
Rändern 64-IN von
PMs 64 zu radial äußeren Rändern 64-OUT von
PMs 64 variiert. Im Beispiel von 5C ist der Zwischenraum oder die Lücke 52-1 von
Magnet zu Magnet an radial äußeren Rändern 64-OUT kleiner
als die Lücke 52-2 an
radial inneren Rändern 64-IN.
Anders gesagt sind gegenüberliegende Ränder 64-R, 64-L benachbarter
PMs (z.B. PMs 64-2, 64-3) nicht parallel, sondern
voneinander weg oder aufeinander zu schräg, wie es vom Konstrukteur
bevorzugt wird. Im Beispiel von 5C neigen
sich die gegenüberliegenden
Ränder 64R, 64L auseinander,
wenn man vom radial äußeren PM-Rand 64-OUT zum
radial inneren PM-Rand 64-IN fortschreitet; aber dies soll nicht
beschränkend
sein, und sie können
sich auch aufeinander zu neigen. Entsprechend ist die Anordnung
gegenüberliegender
Ränder 64R, 64L so,
dass sie zu einer radialen Linie 60C, die durch die Mitte 62, 62' des Rotors 60, 60' verläuft, vorzugsweise
nicht parallel sind. Es wird bevorzugt, dass gegenüberliegende
Ränder 64R, 64L nicht
parallel zueinander oder parallel zur radialen Linie 60C sind.
Dies reduziert das Hängenbleiben
bzw. Cogging ohne signifikanten Verlust von Drehmoment und ist Anordnungen
nach dem Stand der Technik, bei denen gegenüberliegende Ränder 64R, 64L bezüglich einer
radialen Linie 60C parallel sind, in der Leistungsfähigkeit
allgemein überlegen. 5C is a plan view of an enlarged segment 60-1 the rotors 60 . 60 ' of the 5A or 5B showing further details according to another embodiment. The segment 60-1 illustrates three adjacent PMs 64 , ie PMs 64-1 . 64-2 . 64-3 , It is especially mentioned that the gap 52 between adjacent PMs 64 from 5C is not uniform, but as a function with a radial distance from radially inner edges 64-IN from PMs 64 to radially outer edges 64-OUT from PMs 64 varied. In the example of 5C is the gap or the gap 52-1 from magnet to magnet at radially outer edges 64-OUT smaller than the gap 52-2 at radially inner edges 64-IN , In other words, opposite edges 64-R . 64-L neighboring PMs (eg PMs 64-2 . 64-3 ) not parallel, but away from each other or towards each other, as preferred by the designer. In the example of 5C the opposite edges tilt 64R . 64L apart when looking from the radially outer PM edge 64-OUT to the radially inner PM edge 64-IN progresses; but this is not meant to be limiting, and they may also incline towards each other. Accordingly, the arrangement of opposite edges 64R . 64L so that they become a radial line 60C passing through the middle 62 . 62 ' of the rotor 60 . 60 ' runs, preferably are not parallel. It is preferred that opposite edges 64R . 64L not parallel to each other or parallel to the radial line 60C are. This reduces cogging without significant torque loss and is a prior art arrangement with opposite edges 64R . 64L with respect to a radial line 60C are generally superior in efficiency.
Eine
Verkürzung
des Abstands der PMs und Variieren des Zwischenraums bzw. Abstands
gegenüberliegender
Ränder
benachbarter PMs, wie in 5A–5C veranschaulicht ist, erzeugt
eine signifikante Verbesserung beim Hängenbleiben bzw. Cogging und
der harmonischen Verzerrung, wie man in 6 erkennen kann, welche Spannungswellenformen 100, 101, 102 der
gegenelektromotorischen Kraft der drei Phasen eines Traktionsmotors 30 zeigt,
der Rotoren mit verkürztem
Abstand des in 5A gezeigten
Typs enthält.
Es wird beobachtet, dass die Wellenformen sehr sinusförmig sind,
was anzeigt, dass eine geringe Erzeugung von Oberschwingungen und
daher ein geringes Hängenbleiben
vorliegt. Die Verringerung des Hängenbleibens
ist ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung. Eine Verkürzung des
Abstands der PMs mittelt den Slotting-Effekt (engl. slotting effect)
der Wechselwirkung der Rotormagnete und Statorpolstücke, wodurch
das Hängenbleiben
reduziert wird. Die erfundene Anordnung mit Verkürzung des Abstands der PMs
ist besonders wirksam. Die Verwendung nicht paralleler gegenüberliegender
Magnetränder
trägt auch
zur Reduzierung beim Hängenbleiben
bzw. Cogging bei.Shortening the pitch of the PMs and varying the spacing of opposing edges of adjacent PMs, as in FIG 5A - 5C illustrates a significant improvement in cogging and harmonic distortion as shown in FIG 6 can recognize which voltage waveforms 100 . 101 . 102 the counterelectromotive force of the three phases of a traction motor 30 shows the rotors with shortened distance of the in 5A contains shown type. It is observed that the waveforms are very sinusoidal, indicating that there is little generation of harmonics and therefore little snagging. The reduction in sticking is a particular feature of the present invention. Shortening the pitch of the PMs averages the slotting effect of the interaction of the rotor magnets and stator pole pieces, thereby reducing snagging. The invented arrangement with shortening of the pitch of the PMs is particularly effective. The use of non-parallel opposing magnetic margins also helps to reduce sticking or cogging.
4 veranschaulicht einen
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung. Eines der Probleme, das
mit Axialflussmotoren verbunden ist, ist die niedrige Phaseninduktivität besonders
bei höheren
Drehzahlen. Diese beeinflusst nachteilig den Drehzahlbereich, über den
der Motor bei im Wesentlichen konstanter Leistung arbeitet. Außerdem kann
diese niedrige Induktivität
die Längsachsenstromeinspeisung
erhöhen,
die bei höheren Drehzahlen
zur Feldabschwächung
notwendig ist, wodurch sich bei höheren Drehzahlen ein niedrigerer
Wirkungsgrad ergibt. Außerdem
erhöht
der Slotting-Effekt aufgrund der Schlitze zwischen den auf den Rotoren montierten
PMs den lastfreien Drehimpuls- bzw. Spinverlust der Maschine infolge
eines durch den Magnetfluss induzierten Wirbelstroms. Diese Probleme
werden im Wesentlichen eliminiert durch den Einschluss magnetischer
Streuflussnebenschlüsse
bzw. -shunts oder -keile 63 im Statorkern 41 oberhalb
der Spulen 37 (siehe 3–4). Das Material magnetischer
Keile 63 hat zweckmäßigerweise
eine Permeabilität,
die viel höher
als diejenige von Luft, aber viel niedriger als die Permeabilität eines
Stahllaminierungsstreifens 83, der genutzt wird, um den
Kern 41 (siehe 3)
zu bilden, und sättigt
vorzugsweise nicht. Diese Wahl dieses Materials für Magnetkeile 63 minimiert
den Kurzschlussleckfluss in die Magnetkeile, während noch eine Verbesserung
in der Induktivität
der Maschine geliefert wird. Dies schafft einen Magnetpfad für einen
Leckfluss, wodurch die Induktivität bei allen Drehmomentpegeln
verbessert wird. Die Verbesserung der Induktivität der Maschine verbessert sowohl
den Bereich konstanter Leistung bei hoher Drehzahl als auch den
Wirkungsgrad bei hoher Drehzahl. Ein weiterer Vorteil bzw. Nutzen
von Magnetkeilen 63 besteht darin, die gegenelektromotorische Kraft
der Maschine zu erhöhen,
wodurch das Drehmoment verbessert wird, ohne den Magnetgehalt zu
erhöhen
und somit ohne die Kosten zu erhöhen.
Diese Verbesserung in der gegenelektromotorischen Kraft wird durch
die Verbesserung der Permeabilität
des Magnetkreises aufgrund der Addition von Magnetkeilen 63 zu Statorflusspfaden
erreicht. Die Einführung
von Magnetkeilen 63 reduziert auch den Slotting-Effekt
des Stators, was eine Hauptquelle für lastfreien Spinverlust ist.
Als Folge wird auch durch Verwenden von Keilen 63 der lastfreie
Spinverlust reduziert. Weichmagnetischer Verbundstahl wie z.B. Somaloy
500_+0,6 % LB1 Stahl, der von Hoganas AB aus Schweden verkauft wird,
ist ein nicht beschränkendes
Beispiel der Klasse von Materialien, die für die Keile 63 nützlich sind;
aber andere Materialien, die die oben angeführte allgemeine Spezifizierung
erfüllen,
können
ebenfalls verwendet werden. Obgleich die trapezförmige Gestalt der Keile 63,
die in 1 veranschaulicht
ist, erlaubt, dass sie in geeigneter Weise in Kerben 58 in
Schlitzen 56 eingesetzt und an Ort und Stelle gehalten
werden, ist dies nicht wesentlich, und jede beliebige Form der Keile
oder Streufluss-Shunts 63,
die erlaubt, dass sie zumindest teilweise über den Öffnungen von Spulenschlitzen 56 platziert
werden, ist ebenfalls nützlich.
Nicht einschränkende
Beispiele anderer Formen für
Magnetkeile 64 sind trapezförmige, rechtwinklige, langgestreckte
hexagonale, halbzylindrische Formen usw. Es ist jedoch vorzuziehen,
dass sie nicht wesentlich in einen Raum 49, 49' zwischen Polstücken 42 und
PMs 33, 35 vorragen (siehe z.B. 4). 4 illustrates another aspect of the present invention. One of the problems associated with axial flow motors is the low phase inductance, especially at higher speeds. This adversely affects the speed range over which the engine is at substantially constant power beitet. In addition, this low inductance can increase the longitudinal axis current feed required at higher speeds for field weakening, resulting in lower efficiency at higher speeds. In addition, the slotting effect due to the slots between the PMs mounted on the rotors increases the load-free spin loss of the machine due to a magnetic flux induced eddy current. These problems are substantially eliminated by the inclusion of magnetic stray flux shunts or wedges 63 in the stator core 41 above the coils 37 (please refer 3 - 4 ). The material of magnetic wedges 63 desirably has a permeability much higher than that of air, but much lower than the permeability of a steel lamination strip 83 which is used to the core 41 (please refer 3 ), and preferably does not saturate. This choice of this material for magnetic wedges 63 minimizes short-circuit leakage into the magnetic wedges while still providing an improvement in the inductance of the machine. This provides a magnetic path for leakage, thereby improving inductance at all torque levels. Improving the inductance of the machine improves both the high-speed constant-power range and the high-speed efficiency. Another advantage or benefit of magnetic wedges 63 is to increase the counter-electromotive force of the machine, whereby the torque is improved without increasing the magnetic content and thus without increasing the cost. This improvement in counter electromotive force is achieved by improving the magnetic circuit permeability due to the addition of magnetic wedges 63 reached to stator flow paths. The introduction of magnetic wedges 63 It also reduces the stator's slotting effect, which is a major source of no-load spin loss. As a result, by using wedges 63 reduces the load-free spin loss. Soft magnetic composite steel such as Somaloy 500_ + 0.6% LB1 steel, sold by Hoganas AB of Sweden, is a non-limiting example of the class of materials used for the wedges 63 useful; but other materials that meet the general specification given above may also be used. Although the trapezoidal shape of the wedges 63 , in the 1 is illustrated, allowing them to fit in notches 58 in slots 56 used and held in place, this is not essential, and any form of wedges or leakage flux shunts 63 that allows them at least partially over the openings of coil slots 56 is also useful. Non-limiting examples of other forms for magnetic wedges 64 are trapezoidal, rectangular, elongated hexagonal, semi-cylindrical shapes, etc. However, it is preferable that they are not essential in a room 49 . 49 ' between pole pieces 42 and PMs 33 . 35 protrude (see, eg 4 ).
Wieder
auf 3 Bezug nehmend,
sind zwei Beispiele von Magnetkeilen 63 dargestellt, die
in Kerben 58 von Spulenschlitzen 56 installiert
sind. Ein Magnetkeil 631 im Spulenschlitz 561 erstreckt
sich teilweise über einen
Spulenschlitz 561 zwischen einer radial einwärts gerichteten
Oberfläche 411 und
einer radial auswärts gerichteten
Oberfläche 412 eines
ringförmigen
Kerns 41. Ein Magnetkeil 632, der sich im Spulenschlitz 562 befindet,
erstreckt sich über
die Oberflächen 411, 412 hinaus.
Die Anordnung des Magnetkeils 632 ist bevorzugt, ist aber
nicht wesentlich und soll nicht beschränkend sein. Eine kleinere oder
größere Überdeckung
der Schlitze 56 kann ebenfalls genutzt werden.Back on 3 Referring to Figure 2, there are two examples of magnetic wedges 63 shown in notches 58 from coil slots 56 are installed. A magnetic wedge 631 in the coil slot 561 partially extends over a coil slot 561 between a radially inwardly directed surface 411 and a radially outward surface 412 an annular core 41 , A magnetic wedge 632 that is in the coil slot 562 located, extends over the surfaces 411 . 412 out. The arrangement of the magnetic wedge 632 is preferred but not essential and is not intended to be limiting. A smaller or larger overlap of the slots 56 can also be used.
7 zeigt Kurven 103–106 der
Wellenleistung gegen die Drehzahl des Motors 30, der Magnetkeile 63 der 3–4 enthält. Die
Kurve 103 zeigt eine berechnete und gemessene Regenerierungsoperation
bei 250 Volt, die Kurve 104 zeigt die gewünschte minimale
Motorwellenleistung, die als Funktion der Drehzahl erwünscht ist,
die Kurve 105 zeigt einen berechneten und gemessenen Motorbetrieb
bei 250 Volt, und die Kurve 106 zeigt den berechneten und
gemessenen Motorbetrieb bei 350 Volt. Es wird besonders erwähnt, dass
die gemessenen und berechneten Maschinenleistungskurven im Wesentlichen
zusammenfallen, was anzeigt, dass das magnetische Modell der Maschine
verlässlich
ist und die Zielmotorspezifikation bei allen Drehzahlen erreicht
oder überschritten
wird. Ferner kann man erkennen, dass bei höheren Drehzahlen, z.B. 600–1200 UpM,
die Leistungsabgabe für
die nominelle Spannung von 250 Volt der Maschine ungefähr konstant
wird. Für die
Anwendung des Fahrzeugantriebs ist die Aufrechterhaltung eines langen
Bereichs mit konstanter Leistung äußerst wünschenswert. Es wird ferner
besonders erwähnt,
dass von Null bis ungefähr
600 UpM (also bei 250 Volt; Kurve 105) die Leistungsabgabe
mit der Drehzahl linear zunimmt, was anzeigt, dass der Motor über diesen
Bereich ein im Wesentlichen konstantes Drehmoment liefert. Dies
ist ebenfalls wünschenswert. 7 shows curves 103 - 106 the shaft power against the speed of the motor 30 , the magnetic wedges 63 of the 3 - 4 contains. The curve 103 shows a calculated and measured regeneration operation at 250 volts, the curve 104 The desired minimum motor shaft power, which is desired as a function of speed, indicates the curve 105 shows a calculated and measured engine operation at 250 volts, and the curve 106 shows the calculated and measured engine operation at 350 volts. It is noted that the measured and calculated machine performance curves substantially coincide, indicating that the machine's magnetic model is reliable and that the target engine specification is met or exceeded at all speeds. Further, it can be seen that at higher speeds, eg 600-1200 rpm, the power output for the nominal voltage of 250 volts of the machine becomes approximately constant. For the application of vehicle propulsion, maintaining a long range of constant power is highly desirable. It is further noted that from zero to about 600 rpm (ie at 250 volts, curve 105 ) the power output increases linearly with the speed, indicating that the motor provides substantially constant torque over that range. This is also desirable.
8 zeigt Kurven 107–108 des
lastfreien Leistungsverbrauchs gegen die Drehzahl von zwei Maschinen;
Maschine A (Kurve 107) ohne Keile 63 und Maschine
B (Kurve 108) mit Keilen 63, wobei beide unter
ansonsten im Wesentlichen identischen Bedingungen arbeiten. Die
beiden Maschinen weisen eine vergleichbare gegenelektromotorische
Kraft auf. Es wird besonders erwähnt,
dass die Maschine B (Kurve 108) mit Keilen 63 viel
weniger Leistung nutzt und daher einen signifikant niedrigeren lastfreien
Spinverlust hat. Zusätzlich
zur Reduzierung des lastfreien Spinverlusts verbessert die Hinzfügung von
Magnetkeilen 63 zum Stator 36 ferner den gesamten
Wirkungsgrad der Maschine. Dies ist durch die Konturen 109, 110 für das Drehmoment
gegen die Drehzahl bei konstantem Wirkungsgrad dargestellt, die
in 9A–9B präsentiert sind. Jede der Konturen 109, 110 ist
die Ortskurve des zulässigen
Drehmoments und der zulässigen
Drehzahl bei konstantem Wirkungsgrad, wobei die höchsten Wirkungsgrade
in jedem Fall den innersten Konturen entspre chen. 9B zeigt Daten für die Maschine B mit Magnetkeilen 63,
und 9A zeigt Daten für eine ansonsten
im Wesentlichen identische Maschine A ohne die Keile 63.
Beide Motoren wurden bei 250 Volt betrieben. In 9B entspricht die innerste Kontur 109-1 einem
Wirkungsgrad von neunzig Prozent, während in 9–A
die innerste Kontur 110-1 einem Wirkungsgrad von nur siebenundachtzig
Prozent entspricht. Folglich hat die Maschine B mit den Keilen 63 allgemein
einen höheren
Wirkungsgrad. Außerdem
weisen für
nahezu jeden Wirkungsgradpegel die Drehmoment-Drehzahl-Konturen der Maschine B (mit
den Keilen 63) in 9B eine
größere Operationsfläche auf.
Dies bedeutet, dass für
nahezu jeden gegebenen Wirkungsgradpegel die Maschine B mit den
Keilen 63 über
einen größeren Drehmoment-
und Drehzahlbereich als die Maschine A ohne die Keile 63 arbeiten
kann. Dies kann man zum Beispiel erkennen, indem man die Kurven 109-2 und 110-2 vergleicht,
die beide einem Wirkungsgrad von fünfundachtzig Prozent entsprechen.
Die Fläche
der Kontur 109-2 ist
viel größer als
diejenige von 110-2. Der Einschluss von magnetischen Keilen 63 ist
ein wichtiger Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung. 8th shows curves 107 - 108 the load-free power consumption against the speed of two machines; Machine A (curve 107 ) without wedges 63 and machine B (curve 108 ) with wedges 63 both operating under otherwise substantially identical conditions. The two machines have a comparable counterelectromotive force. It is particularly noted that the machine B (curve 108 ) with wedges 63 uses much less power and therefore has a significantly lower load-free spin loss. In addition to reducing the no-load spin loss, the addition of magnetic wedges improves 63 to the stator 36 Furthermore, the overall efficiency of the machine. This is through the contours 109 . 110 for the torque against the Speed at constant efficiency shown in 9A - 9B are presented. Each of the contours 109 . 110 is the locus of the permissible torque and the permissible speed at constant efficiency, the highest efficiencies in each case the innermost contours corre sponding. 9B shows data for the machine B with magnetic wedges 63 , and 9A shows data for an otherwise substantially identical machine A without the wedges 63 , Both engines were operated at 250 volts. In 9B corresponds to the innermost contour 109-1 an efficiency of ninety percent while in 9 -A the innermost contour 110-1 an efficiency of only eighty-seven percent. Consequently, the machine has B with the wedges 63 generally a higher efficiency. In addition, for nearly each level of efficiency, the torque-speed contours of machine B (with the wedges 63 ) in 9B a larger operating area. This means that for almost any given efficiency level, the machine B with the wedges 63 over a larger torque and speed range than the machine A without the wedges 63 can work. This can be seen, for example, by looking at the curves 109-2 and 110-2 which both correspond to an efficiency of eighty-five percent. The area of the contour 109-2 is much bigger than that of 110-2 , The inclusion of magnetic wedges 63 is an important aspect of the present invention.
10 ist eine perspektivische
Ansicht eines Rotorträgers
oder -jochs 70 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und 11 ist
eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe 87 mit dem
Rotorträger
oder -joch 70 mit darauf montierten Rotoren 32, 34.
In der folgenden Diskussion versteht man, dass die Rotoren 32, 34 auch
die Konfiguration des Rotors 60, 60' der 5A–C aufweisen
können
und somit als in die Verweise auf die Rotoren 32, 34 in
Verbindung mit 10 – 14 einbezogen gelten sollen.
Der Rotorträger 70 umfasst
einen axialen Abstandsbereich 72, dessen axiale Breite 71 günstigerweise
(nicht aber notwendigerweise) den axialen Abstand der Rotoren 32, 34 bestimmt.
Im axialen Abstandshalter 72 sind zweckmäßigerweise
Löcher 73 enthalten,
um dessen Gewicht zu verringern. Der Träger 70 weist in wünschenswerter
Weise, nicht aber notwendigerweise, auch einen radialen Abstandshalter 74 auf,
der die Rotoren 32, 34 bezüglich der Rotationsachse 48 zentriert.
Der radiale Abstandshalter 74 kann als ein Teil des axialen Abstandshalters 72 hergestellt
sein. Beide Anordnungen funktionieren. Der axiale Abstandshalter 72 und
radiale Abstandshalter 74 sind miteinander verbunden und
werden bezüglich
der Rotationsachse 48 durch radiale Verstärkungsplatten
oder -stege oder -speiche(n) 67 in der richtigen Lage gehalten,
deren Zweck darin besteht, die Rotoren 32, 34 mit
dem zu koppeln, was immer vom Traktionsmotor 30 angetrieben
wird, und die beweglichen Teile (z.B. die Rotoren 32, 34)
in der richtigen Justierung bezüglich
der Rotationsachse 40 und eines (hier nicht dargestellten)
Stators 36 zu halten. Der Steg 67 hat zweckmäßigerweise,
nicht aber notwendigerweise, Löcher 77A–B, die
darin vorgesehen sind, um eine Montage zu erleichtern und das Gewicht
zu reduzieren. Der Steg 67 kann auch in Form einer oder
mehrerer Speichen, die von einem zentralen Ring ausgehen, statt
als eine massive Platte mit Löchern
ausgebildet sein, wie für
eine einfache Erläuterung
in 10–11 gezeigt ist. Beide Anordnungen
funktionieren. Der Steg 67 wird an einem Rad, einer Welle
oder einem anderen (nicht dargestellten) Teil, der vom Traktionsmotor 30 angetrieben
werden soll, in irgendeiner geeigneten Art und Weise gemäß den Anforderungen
des Fahrzeugkonstrukteurs angebracht. Die Rotoren 32, 34 haben
zweckmäßigerweise,
nicht aber notwendigerweise, Belüftungsöffnungen 75, 75' darin (siehe 11), die für eine Luftzirkulation
in einen Innenraum 65 zwischen den Rotoren 32, 34 sorgen,
wo sich der Stator 36 befindet (siehe z.B. 2, 14).
Dies hilft dabei, gleichmäßige Innentemperaturen
aufrechtzuerhalten. Die Öffnungen 75, 75' reduzieren
auch das Gewicht der Rotoren 32, 34, was wünschenswert
ist. Zur zweckmäßigen Veranschaulichung
sind PMs 33, 35 in 11 nicht
dargestellt. 10 is a perspective view of a rotor carrier or yoke 70 according to a preferred embodiment of the present invention, and 11 is a perspective view of an assembly 87 with the rotor carrier or yoke 70 with rotors mounted on it 32 . 34 , In the following discussion it is understood that the rotors 32 . 34 also the configuration of the rotor 60 . 60 ' of the 5A -C and thus as in the references to the rotors 32 . 34 combined with 10 - 14 should apply. The rotor carrier 70 includes an axial clearance area 72 whose axial width 71 Conveniently (but not necessarily) the axial distance of the rotors 32 . 34 certainly. In the axial spacer 72 are expediently holes 73 included to reduce its weight. The carrier 70 desirably, but not necessarily, also includes a radial spacer 74 on top of the rotors 32 . 34 with respect to the axis of rotation 48 centered. The radial spacer 74 can as part of the axial spacer 72 be prepared. Both arrangements work. The axial spacer 72 and radial spacers 74 are connected together and are relative to the axis of rotation 48 by radial reinforcing plates or webs or spoke (s) 67 held in the correct position, the purpose of which is the rotors 32 . 34 to pair with whatever traction engine 30 is driven, and the moving parts (eg the rotors 32 . 34 ) in the correct adjustment with respect to the axis of rotation 40 and a stator (not shown) 36 to keep. The jetty 67 has expediently, but not necessarily, holes 77A -B, which are provided therein to facilitate assembly and reduce the weight. The jetty 67 may also be in the form of one or more spokes emanating from a central ring rather than a solid plate with holes, as for ease of explanation in FIG 10 - 11 is shown. Both arrangements work. The jetty 67 is attached to a wheel, a shaft or other part (not shown), that of the traction motor 30 is to be driven, mounted in any suitable manner according to the requirements of the vehicle designer. The rotors 32 . 34 have expediently, but not necessarily, ventilation openings 75 . 75 ' in it (see 11 ), which allows for air circulation in an interior 65 between the rotors 32 . 34 Worry where the stator is 36 located (see eg 2 . 14 ). This helps maintain uniform indoor temperatures. The openings 75 . 75 ' also reduce the weight of the rotors 32 . 34 which is desirable. For convenience of illustration, PMs 33 . 35 in 11 not shown.
12A ist eine vereinfachte
Randansicht, und 12B ist
eine vereinfachte Draufsicht eines Teils 81 der Rotoren 32, 34 von 11, die noch weitere Details
zeigt. Nun auf 11 und 12A–12B verweisend sind
die Rotoren 32, 34 mit ausgenommenen oder ausgehöhlten Bereichen 76, 76' auf ihren Außenflächen, d.h.
auf den Rotoroberflächen 78, 78', versehen,
die vom Bereich 65 zwischen den Rotoren 32, 34 abgewandt sind,
wo sich der Stator 36 befindet. (Ausgenommene oder ausgehöhlte Bereiche 76' auf der Fläche 78' des Rotors 34 sind
in 11, 12A–12B nicht sichtbar, sind
aber in 14 in Phantomdarstellung
angezeigt.) Nun auf 12A–12B verweisend befinden sich
die ausgenommenen oder ausgehöhlten
Bereiche 76, 76' mit
der Tiefe 98 auf den Außenflächen 78, 78', im Wesentlichen
direkt hinter den Permanentmagneten 33, 35, die
auf Innenflächen 79, 79' der Rotoren 32 bzw. 34 liegen,
und weisen im Wesentlichen eine ähnliche
Fläche
oder laterale Ausdehnung wie die Magnete 33, 35 auf.
Die Tiefe 98 der ausgenommenen und ausgehöhlten Bereiche 76, 76' ist so gewählt, dass
sie den Magnetfluss 84 nicht signifikant stört, der
zwischen benachbarten Permanentmagneten 331, 332, 333 etc.
auf dem Rotor 32 und analog auf dem Rotor 34 koppelt.
Zum Beispiel liegt der ausgenommene oder ausgehöhlte Bereich 761 im
Wesentlichen direkt hinter den Permanentmagneten (PM) 331,
der Bereich 762 hinter PM 332, der Bereich 763 hinter
PM 33 usw. in Umfangsrichtung um den Rotor 32.
Der Magnetfluss 84 verläuft
vom PM 331 zum PM 332 und vom PM 332 zum
PM 333 etc. durch den Rotor 32, wobei er nicht
ausgenommene oder nicht ausgehöhlte
Bereiche 851, 852 etc. zwischen den PMs 33 im Wesentlichen
ohne signifikante Störung
von den ausgenommenen oder ausgehöhlten Bereichen 761, 762, 763 etc.
durchquert. Der Rotor 34 ist in ähnlicher Weise angeordnet.
Dies reduziert das Gewicht der Rotoren 32, 34 wesentlich,
ohne die PM-Flusskopplung und Motorleistung signifikant zu opfern.
Der Gesamtfluss im Rotorkern hinter dem Magnet ist ein Minimum in
der Mitte des Magneten minimal und nimmt in Richtung auf die beiden
Magnetränder
allmählich
zu. Daher beeinflusst der ausgenommene oder ausgehöhlte Bereich
im Eisen der Rotorrückseite
den gesamten Magnetfluss nicht signifikant, noch beeinflusst er
das erreichbare Drehmoment. Eine signifikante Reduzierung der Rotormasse
wird jedoch erzielt. Dies ist ein besonderes Merkmal der vorliegenden
Erfindung. 12A is a simplified border view, and 12B is a simplified plan view of a part 81 the rotors 32 . 34 from 11 , which shows even more details. Now up 11 and 12A - 12B referring are the rotors 32 . 34 with recessed or hollowed out areas 76 . 76 ' on their outer surfaces, ie on the rotor surfaces 78 . 78 ' provided by the area 65 between the rotors 32 . 34 are turned away where the stator 36 located. (Excluded or hollowed out areas 76 ' on the surface 78 ' of the rotor 34 are in 11 . 12A - 12B not visible, but are in 14 displayed in phantom.) Now up 12A - 12B referring are the recessed or hollowed out areas 76 . 76 ' with the depth 98 on the outside surfaces 78 . 78 ' , essentially directly behind the permanent magnets 33 . 35 on interior surfaces 79 . 79 ' the rotors 32 respectively. 34 lie, and have substantially a similar area or lateral extent as the magnets 33 . 35 on. The depth 98 the recessed and hollowed out areas 76 . 76 ' is chosen to be the magnetic flux 84 does not interfere significantly between adjacent permanent magnets 331 . 332 . 333 etc. on the rotor 32 and analog on the rotor 34 coupled. For example, the recessed or hollowed out area lies 761 essentially directly behind the permanent magnets (PM) 331 , the area 762 behind PM 332 , the area 763 behind PM 33 etc. in the circumferential direction around the rotor 32 , The magnetic flux 84 runs from the PM 331 to the PM 332 and from the PM 332 to the PM 333 etc. by the rotor 32 , where he does not exclude or hollowed out areas 851 . 852 etc. between the PMs 33 in the Essentially without significant interference from the recessed or hollowed out areas 761 . 762 . 763 etc. crossed. The rotor 34 is arranged in a similar way. This reduces the weight of the rotors 32 . 34 significantly without sacrificing PM flux linkage and engine performance significantly. The total flux in the rotor core behind the magnet is a minimum in the middle of the magnet minimally and increases gradually towards the two magnetic edges. Therefore, the recessed or hollowed out area in the iron of the rotor backside does not significantly affect the entire magnetic flux, nor does it affect the achievable torque. However, a significant reduction in rotor mass is achieved. This is a special feature of the present invention.
Die
Rotoren 32, 34 sind magnetisch, um so einen magnetischen
Pfad mit niedriger Reluktanz zwischen benachbarten PMs 33 auf
dem Rotor 32 und PMs 35 auf dem Rotor 34 zu
schaffen. Armco Iron, das von A K Steel aus Middeltown, OH, geliefert
wird, ist ein nicht beschränkendes
Beispiel eines geeigneten Materials für die Rotoren 32, 34.
Im Allgemeinen müssen
die Rotoren 32, 34 nicht laminiert sein; aber
dies nicht ausgeschlossen. Die Rotorträgerstruktur oder das Joch 70 ist
vorzugsweise aus einem leichteren und gewöhnlich nicht magnetischen Material.
Aluminium, Magnesium, Titan, verschiedene nichtmagnetische Metalllegierungen,
Kunststoffe, Metall-Kunststoffverbundstoffe, Kunststoffe, die mit
nichtmagnetischen Materialien beladen bzw. versetzt sind (z.B. Glas,
Kohlenstoff, Keramikfasern oder Fragmente etc.), und deren Kombinationen sind
nicht beschränkende
Beispiele von Materialien, die für
die Trägerstruktur
oder das Joch 70 geeignet sind. Wichtig ist, dass die Trägerstruktur
oder das Joch 70 ausreichend steif ist, um so die Rotoren 32, 34 in
axialer und radialer Ausrichtung bezüglich des Stators 36 (z.B.
siehe 14) zu halten,
den Kräften
standzuhalten, die durch den Betrieb des Motors 30 erzeugt
werden, das vom Motor 30 erzeugte Drehmoment mit dem (nicht dargestellten)
Fahrzeugrad zu koppeln, im Wesentlichen korrosionsbeständig zu
sein und das minimal mögliche
Gewicht zu haben, das mit den strukturellen Anforderungen verträglich ist.
Indem strukturelle Materialien mit geringerem Gewicht für den Rotorträger 70 verwendet
werden und schwerere magnetische Materialien der Rotoren 32, 34 auf
genau die Bereiche beschränkt
werden, die eine geringe magnetische Reluktanz erfordern, werden
das gesamte Gewicht und Trägermoment
des Motors 30 minimiert, und die Gesamtleistung des Traktionsmotors 30 wird
gesteigert. Dies ist ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung.The rotors 32 . 34 are magnetic so as to provide a low reluctance magnetic path between adjacent PMs 33 on the rotor 32 and PMs 35 on the rotor 34 to accomplish. Armco Iron, supplied by AK Steel of Middeltown, OH, is a non-limiting example of a suitable material for the rotors 32 . 34 , In general, the rotors need 32 . 34 not laminated; but this is not excluded. The rotor carrier structure or the yoke 70 is preferably made of a lighter and usually non-magnetic material. Aluminum, magnesium, titanium, various non-magnetic metal alloys, plastics, metal-plastic composites, plastics loaded with non-magnetic materials (eg, glass, carbon, ceramic fibers or fragments, etc.), and combinations thereof are nonlimiting examples of materials that for the support structure or the yoke 70 are suitable. It is important that the support structure or the yoke 70 sufficiently stiff, so the rotors 32 . 34 in axial and radial alignment with respect to the stator 36 (eg see 14 ) to withstand the forces generated by the operation of the engine 30 be generated by the engine 30 coupled torque to the vehicle wheel (not shown) to be substantially corrosion resistant and to have the minimum possible weight, which is compatible with the structural requirements. By using lighter weight structural materials for the rotor arm 70 used and heavier magnetic materials of the rotors 32 . 34 be limited to exactly the areas that require a low magnetic reluctance, the total weight and moment of the motor 30 minimized, and the overall performance of the traction motor 30 is increased. This is a special feature of the present invention.
13A–13B sind
vereinfachte Draufsichten eines Segments 86 des Stators 36 und
Statorträgers 88 des
Traktionsmotors 30 der vorliegenden Erfindung, wobei 13A einen Stator 36 und
Statorträger 88 getrennt
zeigt und 13B sie zusammengesetzt
zeigt. Der Stator 36 hat einen ringförmigen Kern 41 mit Polen 42 und
mit Spulen 37, die zwischen die Pole 42 eingefügt sind.
Indem man 1–4 und 13A–B
zusammen betrachtet, erkennt man, dass die Spulen 37 über den
Statorkern 41 in der radialen Richtung (senkrecht zur Achse 48),
nicht aber in der axialen Richtung (parallel zur Achse 48)
vorragen. Dies ist ein signifikantes Entwurfsmerkmal, da es erlaubt,
dass das in Umfangsrichtung gerichtete Statorgegendrehmoment vom
Stator 36 mit Hilfe von am Statorträger 88 in Eingriff
stehenden Spulen 37 auf den Statorträger 88 übertragen
wird. Die Spulen 37 sind vorzugsweise aus einem flachen
Band gewickelt und weisen daher eine signifikante laterale Festigkeit
(in Umfangsrichtung) auf. Die Spulen 37 können somit
deutlich größeren, in
Umfangsrichtung gerichteten Kräften
standhalten als mit aus Drähten
gewickelten Spulen möglich
wäre. 13A - 13B are simplified plan views of a segment 86 of the stator 36 and stator carrier 88 of the traction motor 30 the present invention, wherein 13A a stator 36 and stator carrier 88 shows separately and 13B she shows composite. The stator 36 has an annular core 41 with Poland 42 and with coils 37 between the poles 42 are inserted. By 1 - 4 and 13A -B seen together, you realize that the coils 37 over the stator core 41 in the radial direction (perpendicular to the axis 48 ), but not in the axial direction (parallel to the axis 48 ) protrude. This is a significant design feature as it allows the circumferential stator torque from the stator 36 with the help of on the stator 88 engaged coils 37 on the stator carrier 88 is transmitted. The spools 37 are preferably wound from a flat band and therefore have a significant lateral strength (in the circumferential direction). The spools 37 can thus withstand much larger, directed in the circumferential direction forces than would be possible with coils wound from wires.
Der
ringförmig
geformte Statorträger 88 hat
vorzugsweise, nicht aber notwendigerweise, einen hohlen Innenraum 90,
durch den ein Kühlmittel 91 zirkuliert.
Vom Statorträger 88 verlaufen
einwärts
zahnartige Vorsprünge 92,
die so geformt und beabstandet sind, dass sie ganz genau zwischen
die Spulen 37 und in unmittelbare Nähe zum Kern 41 des
Stators 36 passen, wie man in 13B erkennen kann. Diese Anordnung liefert eine
geringe thermische Impedanz, so dass Wärme ohne weiteres von den Spulen 37 des
Stators 36 wie durch Pfeile 93 dargestellt und
von den Polen 42 des Kerns 41 des Stators 36 wie
durch Pfeile 95 dargestellt extrahiert bzw. abgezogen werden
kann. In der bevorzugten Ausführungsform
ist der Statorträger 88 am
Stator 36 durch thermisch leitendes Epoxid angebracht,
wie zum Beispiel ein spritzgussgeformtes oder gegossenes thermisch
leitendes Kunststoff- oder äquivalentes
Material 99, das zwischen den Vorsprüngen 92, den Spulen 37 und
Polstücken 42 des
Kerns 41 platziert wird. Dies stellt einen sehr engen thermischen
Kontakt zwischen dem Träger 88 und
dem Stator 36 sicher. Epoxidharz Stycast Type 2850 MT,
das von Emerson and Cuming aus Canton, MA, USA, geliefert wird,
ist ein nicht einschränkendes
Beispiel eines geeigneten thermisch leitfähigen Materials 99.
Der Statorträger 88 reagiert
auch auf die in Umfangsrichtung gerichteten Kräfte, die vom Motor 30 erzeugt
werden, mittels z.B. Befestigungsringen 88A, 88C und
des in 14 dargestellten
Gehäuses 113,
durch das der Motor 30 mit dem (nicht dargestellten) Fahrzeugrahmen
gekoppelt ist. Die Befestigungsringe 88A, 88C und
das Gehäuse 113 von 14 sind nicht beschränkende Beispiele
dafür,
wie der Statorträger 88 am
Fahrzeug angebracht werden kann. Der Fachmann versteht basierend
auf der Beschreibung hierin, dass dies nur eine Art der Veranschaulichung
ist und nicht beschränken
soll und die bestimmten Mittel zur festen Anbringung des Statorträgers 88
am Fahrzeug von der besonderen Fahrzeugkonfiguration abhängen.The ring-shaped stator carrier 88 preferably, but not necessarily, has a hollow interior 90 through which a coolant 91 circulated. From the stator carrier 88 run inward tooth-like projections 92 that are shaped and spaced so that they are exactly between the coils 37 and in close proximity to the core 41 of the stator 36 how to fit in 13B can recognize. This arrangement provides low thermal impedance, allowing heat to be readily dissipated from the coils 37 of the stator 36 as by arrows 93 represented and from the poles 42 of the core 41 of the stator 36 as by arrows 95 can be extracted or subtracted. In the preferred embodiment, the stator is 88 at the stator 36 by thermally conductive epoxy, such as an injection molded or molded thermally conductive plastic or equivalent material 99 that between the protrusions 92 , the coils 37 and pole pieces 42 of the core 41 is placed. This places a very close thermal contact between the carrier 88 and the stator 36 for sure. Epoxy Stycast Type 2850 MT, supplied by Emerson and Cuming of Canton, MA, USA, is a non-limiting example of a suitable thermally conductive material 99 , The stator carrier 88 also responds to the circumferential forces coming from the engine 30 be generated, for example by means of fastening rings 88A . 88C and of in 14 illustrated housing 113 through which the engine 30 is coupled to the vehicle frame (not shown). The fastening rings 88A . 88C and the case 113 from 14 are non-limiting examples of how the stator support 88 can be attached to the vehicle. It will be understood by those skilled in the art, based on the description herein, that this is only a way of illustration and not intended to be limiting, and the particular means for securely attaching the stator support 88 to the vehicle will depend on the particular vehicle configuration.
14 zeigt eine teilweise
weggeschnittene und vereinfachte Querschnittansicht durch den Aufbau 112 des
Traktionsmotors der vorliegenden Erfindung, wobei der Motor 30 mit
den Rotoren 32, 34, dem Rotorträger 70,
dem Stator 36, dem Statorträger 88 und dem Gehäuse 113 in
funktionaler Beziehung zusammengesetzt sind. Ein innerer Ringaufbau 88A ist
zweckmäßigerweise
fest am Statorträger 88 angebracht.
Ein äußerer Ring
oder eine äußere Platte 88C ist
in geeigneter Weise durch Bolzen 88D zum Beispiel durch
Eingriffgewinde 88B am Ring 88A angebracht; dies
ist aber nicht entscheidend. Jedes geeignete Mittel zur Anbringung
kann genutzt werden. Der äußere Ring
oder die äußere Platte 88C wiederum
ist durch ein geeignetes Mittel am Gehäuse 113 fest angebracht.
Auf diese Weise wird das Gegendrehmoment des Motors 30 vom
Stator 36 zum Gehäuse 113 und
schließlich
auf den Fahrzeugrahmen übertragen.
Die exakte Art und Weise der Anbringung des externen Gehäuses 113 am
Fahrzeugrahmen hängt
von der besonderen Fahrzeuggestaltung ab und ist hier weggelassen. 14 shows a partially cutaway and simplified cross-sectional view through the structure 112 of the traction motor of the present invention, wherein the engine 30 with the rotors 32 . 34 , the rotor carrier 70 , the stator 36 , the stator carrier 88 and the housing 113 are composed in a functional relationship. An inner ring construction 88A is suitably fixed to the stator 88 appropriate. An outer ring or an outer plate 88C is suitably by bolts 88D for example by engagement thread 88B on the ring 88A appropriate; but this is not crucial. Any suitable means of attachment may be used. The outer ring or the outer plate 88C Again, by a suitable means on the housing 113 firmly attached. In this way, the counter torque of the engine 30 from the stator 36 to the housing 113 and finally transferred to the vehicle frame. The exact way to attach the external housing 113 on the vehicle frame depends on the particular vehicle design and is omitted here.
Eine
zentral gelegene Ausgangswelle 114 ist in geeigneter Weise
mit dem Stegteil 67 des Rotorträgers 70 zum Beispiel
durch Bolzen 77AA gekoppelt, die an Gewindelöchern 77A angreifen;
aber dies ist nicht wesentlich. Jedes Mittel zum Koppeln des Rotorstegs 67 mit
der Ausgangswelle 114 des Motors 30 des Aufbaus 112 kann
verwendet werden. Obgleich die Konstruktion und der Betrieb des
Motors 30 und des Motoraufbaus 112 hinsichtlich
eines Rotorträgers 70,
der mit dem Rad gekoppelt ist, und eines Statorträgers 88,
der mit dem Fahrzeugrahmen gekoppelt ist, beschrieben wurden, dient
dies ferner nur der zweckmäßigen Beschreibung und
soll nicht beschränken.
Die Verbindung des Motors 30 und des Motoraufbaus 112 zwischen
dem Rad und Fahrzeugrahmen könnte
in gleicher Weise vertauscht sein, d.h. der Statorträger 88 kann
mit den Rad gekoppelt sein, und der Rotorträger 70 kann mit dem
Fahrzeugrahmen gekoppelt sein. Beide Anordnungen sind nützlich.A centrally located output shaft 114 is suitably with the web part 67 of the rotor carrier 70 for example by bolts 77AA coupled to the threaded holes 77A attack; but this is not essential. Any means for coupling the rotor bar 67 with the output shaft 114 of the motor 30 of the construction 112 can be used. Although the design and operation of the engine 30 and the engine structure 112 with regard to a rotor carrier 70 which is coupled to the wheel, and a stator carrier 88 Further, it is only for the convenience of description and is not intended to be limiting. The connection of the engine 30 and the engine structure 112 between the wheel and vehicle frame could be reversed in the same way, ie the stator 88 can be coupled with the wheel, and the rotor carrier 70 can be coupled to the vehicle frame. Both arrangements are useful.
Die
obere Hälfte
von 14, d.h. oberhalb
der Rotationsachse 48, zeigt den Innenbereich 69 des
Motoraufbaus 112, worin die Rotoren 32, 34 mit
PMs 33, 35 und Kühllöchern 75, ein Rotorträger 70 mit
Befestigungslöchern 77A und
Löchern 77B zur
Reduzierung der Masse und Justierungsbereiche 72, 74,
ein Stator 36 mit Spulen 37 und Polstücken 42 eines
Kerns 41, ein Statorträger 88 mit
einer Kühlkammer 90 und
einwärts gerichteten
Zähnen 92 zum
Angreifen an den Spulen 37 und Polstücken 42 usw. in funktionaler
Beziehung angeordnet sind. Die untere Hälfte von 14, d.h. unterhalb der Rotationsachse 48,
zeigt ein beispielhaftes Gehäuse 113,
das einen Innenbereich 69 umgibt. Innerhalb des Gehäuses 113 oder
diesem benachbart sind wünschenswerterweise
Lager 115, 115' vorgesehen,
um die Ausgangswelle 114 (und daher die Rotoren 32, 34) bezüglich des
Gehäuses 113 und
Statorträgers 88 zu
tragen und auszurichten. Die Lager 115, 115' weisen innere
Laufringe 116, 116' auf,
die mit der Ausgangswelle 114 der Maschine gekoppelt sind,
und äußere Laufringe 118, 118', die mit dem
Gehäuse 113 gekoppelt
sind, welches wiederum mit dem Statorträger 88 gekoppelt ist.
Kugellager 117, 117' rollen
zwischen den Laufringen 116, 118 bzw. 116', 118'. Indem die
Laufringe 116, 116' an
der Ausgangswelle 114 und die Laufringe 118, 118' am Gehäuse 113 fest
angebracht werden, werden Lücken 94, 94' zwischen PMs 33, 35 und
Statorpolstücken 42, 42' gebildet und
bei der richtigen Größe gehalten.
Das Gehäuse 113 mit
den Lagern 115, 115' soll
nur beispielhaft und nicht beschränkend sein. Der Fachmann versteht
auf der Basis der Beschreibung hierin, dass die mechanische Anordnung
zum Abstützen
der Rotoren 32, 34 bezüglich des Stators 36 sich
je nach dem besonderen Fahrzeug oder einer anderen Vorrichtung unterscheiden
kann, an die das der Motor 30 und der Aufbau 112 angebracht
sind. Demgemäß kann eine große Vielzahl
von Gehäuse-
und Trägeranordnungen
gleichermaßen
gut verwendet werden, und die folgenden Ansprüche sollen nicht als nur auf
die hierin zu Erläuterungszwecken
präsentierten
Beispiele beschränkt angesehen
werden.The upper half of 14 ie above the axis of rotation 48 , shows the interior 69 of the engine structure 112 in which the rotors 32 . 34 with PMs 33 . 35 and cooling holes 75 , a rotor carrier 70 with mounting holes 77A and holes 77B for mass reduction and adjustment ranges 72 . 74 , a stator 36 with coils 37 and pole pieces 42 a core 41 , a stator carrier 88 with a cooling chamber 90 and inward teeth 92 for engaging the coils 37 and pole pieces 42 etc. are arranged in a functional relationship. The lower half of 14 ie below the axis of rotation 48 shows an exemplary housing 113 that has an interior area 69 surrounds. Inside the case 113 or adjacent to it are desirably bearings 115 . 115 ' provided to the output shaft 114 (and therefore the rotors 32 . 34 ) with respect to the housing 113 and stator carrier 88 to wear and to align. Camps 115 . 115 ' have inner races 116 . 116 ' on that with the output shaft 114 coupled to the machine, and outer races 118 . 118 ' that with the case 113 are coupled, which in turn with the stator 88 is coupled. ball-bearing 117 . 117 ' roll between the races 116 . 118 respectively. 116 ' . 118 ' , By the races 116 . 116 ' at the output shaft 114 and the races 118 . 118 ' on the housing 113 be firmly attached, will be gaps 94 . 94 ' between PMs 33 . 35 and stator pole pieces 42 . 42 ' formed and kept at the right size. The housing 113 with the camps 115 . 115 ' is intended to be exemplary only and not restrictive. The person skilled in the art will understand on the basis of the description herein that the mechanical arrangement for supporting the rotors 32 . 34 with respect to the stator 36 may differ depending on the particular vehicle or other device to which the engine 30 and the construction 112 are attached. Accordingly, a wide variety of housing and support assemblies may equally well be used, and the following claims are not to be construed as limited to the examples presented herein for purposes of illustration.
Der
elektrische und magnetische Betrieb des Motors 30 werden
nun ausführlicher
beschrieben. In einer Y-geschalteten Dreiphasenmaschine ohne Neutraldraht
ist die Summe der drei Phasenströme
Ia, Ib, Ic Null. Daher ist die tatsächliche
Anzahl von Variablen zwei, und der dritte Phasenstrom kann aus den
anderen beiden berechnet werden. Auf diese Weise kann eine Dreiphasenmaschine
mit Phasenströmen
Ia, Ib, Ic mathematisch durch zwei Phasen dargestellt
werden. Diese Zweiphasendarstellung ist in der Technik als die d-q-
bzw. Längs-Querachsen-Darstellung
bekannt, in der das Maschinenverhalten mittels Blindströme Id, Iq beschrieben werden
kann, wobei die d- bzw. Längsachse üblicherweise
mit der Permanentmagnetachse ausgerichtet ist und die q- bzw. Querachse
unter 90 elektrische Grad zur Magnetachse liegt. Dies ist in 15 veranschaulicht, die
eine vereinfachte Darstellung der d-q-Magnetachsen liefert, die
beim Analysieren des Motors der vorliegenden Erfindung verwendet
werden. Der Steuerungswinkel α ist
der elektrische Winkel zwischen dem Phasenstrom Is und
dem Querachsenstrom Iq. Der Phasenstrom
IS ist die Vektorsumme der Längs- und
Querachsenströme
Id, Iq. Für sinusförmige Phasenströme ist Is die Spitze des Phasenstroms. Im Allgemeinen
ist für
positive Werte des Steuerungswinkels α der Längsachsenstrom Id negativ,
d.h. er ist dem PM-Feld entgegengesetzt. Bekanntlich wird in der
Technik die Operation eines Mehrphasenmotors mit PMs mittels Id, Iq und α = arctan
(-Id/Iq) repräsentiert.The electrical and magnetic operation of the engine 30 will now be described in more detail. In a Y-connected three-phase machine without neutral wire, the sum of the three phase currents I a , I b , I c is zero. Therefore, the actual number of variables is two, and the third phase current can be calculated from the other two. In this way, a three-phase machine with phase currents I a , I b , I c can be represented mathematically by two phases. This two-phase representation is known in the art as the dq or longitudinal transverse axis representation, in which the machine behavior can be described by means of reactive currents I d , I q , the d- or longitudinal axis usually being aligned with the permanent magnet axis and the q - or transverse axis is less than 90 electrical degrees to the magnetic axis. This is in 15 which provides a simplified representation of the dq magnet axes used in analyzing the motor of the present invention. The control angle α is the electrical angle between the phase current I s and the transverse axis current I q . The phase current I S is the vector sum of the longitudinal and transverse axis currents I d , I q . For sinusoidal phase currents, I s is the peak of the phase current. In general, for positive values of the control angle α, the longitudinal axis current I d is negative, ie it is opposite to the PM field. As is well known in the art, the operation of a multi-phase motor with PMs is represented by I d , I q and α = arctan (-I d / I q ).
Die
erfindungsgemäße Steuerungstechnik
kann für
eine PM-Maschine
sowohl vom Oberflächen-
als auch Innentyp implementiert werden und macht es möglich, Leistungskennzahlen
des Systems wie z.B. Wirkungsgrad, Drehmoment pro Ampere etc. zu
maximieren. Indem man eine verbesserte Feldschwächung vorsieht, kann der (in 20A–B, 22 veranschaulichte) Steuerungsregler
in einen nichtlinearen (Übersteuerungs-)bereich
des Betriebs übergehen,
wobei der Betrieb nahe am Sechsstufen- oder Rechteckwellen-Modus einer
Steuerung liegt. Eine Sechsstufen-Steuerung eines Dreiphasen-PM-Motors
ist in der Technik gut be kannt und zum Beispiel in Power Electronics,
Converters, Applications, and Design, Second Edition, von Ned Mohan beschrieben,
das von John Wiley and Sons, Inc., New York, New York, veröffentlicht
wurde. Im Sechsstufen-Steuerungsmodus
werden zeitgesteuerte Stromimpulse an Kombinationen von zwei der
drei Phasen geliefert, welche Kombination sich alle sechzig elektrische
Grad ändert,
während
der Rotor sich dreht. Indem man Übergänge in den
nichtlinearen Betriebsbereich ermöglicht, verbessert der verbesserte
Controller der vorliegenden Erfindung sowohl die Leistung als auch
den Wirkungsgrad bei hoher Drehzahl. Die erfindungsgemäße Anordnung
funktioniert besonders gut für
eine starke Flussmaschine wie z.B. die Axialflussmaschine der vorliegenden
Erfindung und arbeitet gut bei Vorliegen von Oberschwingungen wie
z.B. Schlitzoberschwingungen oder Wicklungsoberschwingungen. Der
Drehmomentbefehl T*, die Motordrehzahl ωr,
die Busspannung Vdc und gespeicherte Maschineneigenschaften werden
verwendet, um die optimalen Phasenströme für einen effizienten Betrieb
zu bestimmen. Die Strombefehle werden unter Verwendung der Strom-
und Spannungsgrenzen des Systems berechnet, während sie effizient genutzt
werden. Diese Feedforward-Strombefehle bzw. Strombefehle für positive
Rückkopplung
(engl. feedforward current commands) werden dann zur Steuerung der
Maschine genutzt, und, da sie unter Verwendung der Spannungs- und
Stromgrenzen berechnet werden, sind sie ideal geeignet, um die Maschine
sogar während
eines entregenden bzw. feldschwächenden
Betriebs mit hoher Drehzahl zu steuern. Aufgrund von Variationen
der Modellparameter der Maschine und der tatsächlichen Maschinenparameter
wird jedoch eine gewisse Abweichung erwartet, und somit wird ein
Entregungs- bzw. Feldschwächungsterm
zur Rückkopplung
vorgesehen, um den Fehler zwischen dem befohlenen Strom und dem
tatsächlichen
geforderten Strom zu korrigieren. Da der erfindungsgemäße Steuerungsansatz
die tatsächlichen
Motoreigenschaften nutzt, ist der Korrekturterm im Allgemeinen klein,
und es wird ein sanfter Übergang
in den Übersteuerungsbereich
erhalten. Bezüglich
der hierin erwähnten
Variablen wird die Konvention übernommen,
einen hochgestellten Index (*) zu einer Größe hinzuzufügen, um anzuzeigen, dass sie
eine befohlene Größe ist.
Zum Beispiel repräsentiert
T das tatsächliche
Maschinendrehmoment, und T* repräsentiert das
befohlene Drehmoment, d.h. den Drehmomentbefehl, der vom Nutzer
an den Motor-Controller gegeben wurde; Id repräsentiert
den tatsächlichen
Längsachsenstrom,
und Id* repräsentiert den befohlenen Längsachsenstrom,
d.h. den Längsachsenstrom,
der von der Controller-Logik angefordert wird, usw. für die andere
Variablen.The control technique of the present invention can be implemented for both a surface and internal type PM machine, and makes it possible to maximize system performance characteristics such as efficiency, torque per amp, etc. By providing improved field weakening, the (in 20A -B, 22 illustrated) control controller in a non-linear (overdrive) range of operation, wherein the operation is close to the six-step or square wave mode of a controller. Six-stage control of a three-phase PM motor is well known in the art and described, for example, in Power Electronics, Converters, Applications, and Design, Second Edition by Ned Mohan, by John Wiley and Sons, Inc., New York, New York, was published. In the six-stage control mode, timed current pulses are delivered to combinations of two of the three phases, which combination changes every sixty electrical degrees as the rotor rotates. By enabling transitions to the non-linear operating range, the improved controller of the present invention improves both high speed performance and efficiency. The arrangement according to the invention works particularly well for a strong flow machine such as the axial flow machine of the present invention and works well in the presence of harmonics such as slot harmonics or winding harmonics. The torque command T *, the motor speed ω r , the bus voltage Vdc and stored engine characteristics are used to determine the optimum phase currents for efficient operation. The current commands are calculated using the system's current and voltage limits while being used efficiently. These feedforward current commands are then used to control the machine, and since they are calculated using the voltage and current limits, they are ideally suited to powering the machine even during a run to control de-energizing or field weakening operation at high speed. However, due to variations in the model parameters of the machine and the actual machine parameters, some deviation is expected, and thus a de-excitation field term is provided for feedback to correct the error between the commanded current and the actual required current. Since the control approach of the invention utilizes the actual motor characteristics, the correction term is generally small and a smooth transition to the overdrive area is obtained. Regarding the variables mentioned herein, the convention is adopted to add a superscript (*) to a size to indicate that it is a commanded size. For example, T represents the actual engine torque, and T * represents the commanded torque, ie, the torque command given by the user to the engine controller; I d represents the actual longitudinal axis current, and I d * represents the commanded longitudinal axis current, ie the longitudinal axis current requested by the controller logic, etc. for the other variable.
16A zeigt Kurven 130 des
berechneten und beobachteten Drehmoments des Motors 30 als
Funktion des Steuerungswinkels α, 16B zeigt Kurven 132 des
berechneten Längsachsenflusses
als Funktion des Steuerungswinkels α, und 16C zeigt Kurven 134 eines berechneten
Querachsenflusses als Funktion des Steuerungswinkels α bei verschiedenen
Stromwerten. Der positive Strom nimmt in den Richtungen der Pfeile 131, 133, 135 zu.
Die charakteristischen Daten der Maschine (des Motors), wie sie
in 16A, 16B und 16C veranschaulicht
sind, werden verwendet, um ein nichtlineares Modell der Maschine
zu entwickeln, das sowohl Sättigungs-
als auch Quersättigungseffekte
(engl. cross saturation) einschließt. Ist das nichtlineare Modell
einmal erzeugt, wird es genutzt, um nach den optimalen Steuerungsparametern
und den Längsachsen- und
Querachsenstrombefehlen zu suchen, wobei die in 17 veranschaulichte Methodik genutzt
wird. Für jedes
Drehmoment T, jede Drehzahl ωr und Busspannung Vdc gibt
es einen eindeutigen Satz Steuerungsparameter Id,
Iq, die die Leistungskennzahlen der Maschine
maximieren. Dieses Modell sucht nach diesen Steuerungsparametern
für alle
Betriebspunkte des Drehmoments und der Drehzahl der Maschine für verschiedene Busspannungen.
Wie anschließend
erläutert
wird, werden die resultierenden optimierten Steuerungsparameter
in Nachschlagetabellen gespeichert, die vom Motorsteuerungssystem 160 (siehe 20) der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, um den Motor zu betreiben. 16A shows curves 130 the calculated and observed torque of the motor 30 as a function of the control angle α, 16B shows curves 132 the calculated longitudinal axis flux as a function of the control angle α, and 16C shows curves 134 a calculated transverse axis flux as a function of the control angle α at different current values. The positive current decreases in the directions of the arrows 131 . 133 . 135 to. Characteristic data of the engine (engine), as in 16A . 16B and 16C are used to develop a non-linear model of the machine that includes both saturation and cross-saturation effects. Once the non-linear model is generated, it is used to search for the optimal control parameters and the longitudinal and transverse axis current commands, with the in 17 illustrated methodology. For each torque T, each speed ω r and bus voltage V dc, there is a unique set of control parameters I d , I q that maximize the performance characteristics of the machine. This model searches for these control parameters for all operating points of the torque and the speed of the machine for different bus voltages. As will be explained subsequently, the resulting optimized control parameters are stored in look-up tables provided by the engine control system 160 (please refer 20 ) of the present invention are used to operate the engine.
17 veranschaulicht ein Verfahren 790 zum
Berechnen optimierter Steuerungsparameter. Dieses Verfahren ist
vorzugsweise offline und kann zum Beispiel von einem Computersystem 500 von 22 oder irgendeinem anderen
Computersystem ausgeführt
werden, das mit den benötigten
Eingabedaten versorgt wird. Die berechneten Steuerungsparameter,
die so erhalten werden, werden als Nachschlagetabelle addiert, die
zum Beispiel in einem Speicher 506 in einem Echtzeit-Maschinen-Controller 500 (siehe 22) gespeichert wird. Das
Verfahren 790 beginnt mit START 792. In einem
Anfangsschritt 794 sind die Eingaben die Werte des Drehmomentbefehls
(T*), die Rotordrehzahl (ωr), die Gleichstrom-Busspannung (Vdc)
und der maximale Inverter-Spitzenstrom (Imax),
wofür die
Steuerungsparameter (die Längs-
und die Querachsenströme)
berechnet werden sollen. Das Verfahren 790 berechnet den
optimierten Steuerungsparameter für alle Drehmoment-Drehzahl-Arbeitspunkte
(T-ωr) der Maschine für einen Bereich der Betriebsbatteriespannungen
(Vdc). All diese Steuerungsparameter werden
dann im Speicher 506 des Echtzeit-Controllers 500 wie z.B. in
Nachschlagetabellen gespeichert. Imax ist
eine obere Grenze des Phasenstroms, die gewöhnlich durch die thermische Grenze
des Inverters auferlegt wird. All die Steuerungsparameter müssen berechnet
werden, um innerhalb der Versorgungsspannung (Vdc)
und der Stromgrenze (Imax) zu arbeiten.
In Schritt 800 wird eine Standardprozedur zum Suchen von
Wurzeln bzw. Nullstellen wie z.B. das Verfahren von Bisektionen
etc. ausgeführt,
um die Steuerungsparameter Is und α = arctan
(-Id/Iq) (siehe 15) zu bestimmen, wobei
innerhalb des maxima len Inverterstroms Imax und
der Gleichstrom-Busspannung Vdc gearbeitet
wird, die benötigt
wird, um das befohlene Drehmoment T* zu erzeugen. Eine Abfrage 802 wird
dann ausgeführt,
um zu bestimmen, ob alle möglichen
Steuerungsparameter, alle Ströme
(d.h. von 0 bis Imax) und alle Steuerungswinkel
(d.h. von 0 bis 90 Grad) berücksichtigt
werden, um sicherzustellen, so dass die optimale Kombination ausgewählt wird.
Falls das Ergebnis der Abfrage 802 JA (WAHR) ist, was bedeutet,
dass alle möglichen
Kombinationen berücksichtigt
worden sind, endet dann das Verfahren 790 bei STOP 804.
Falls das Ergebnis der Abfrage 802 NEIN (FALSCH) ist, was
bedeutet, dass noch nicht alle möglichen
Kombinationen berücksichtigt
worden sind, geht dann das Verfahren 790 weiter zum Schritt 806 Drehmoment
Berechnen, in dem das Drehmoment Tcalc für die aktuelle
Wahl (von Block 800) der Steuerungsparameter Is und α berechnet
wird. Um das Drehmoment Tcalc zu berechnen,
werden die Charakterisierungsdaten der Maschine von 16A verwendet. Eine Abfrage 808 wird
dann ausgeführt, um
zu bestimmen, ob die absolute Differenz zwischen dem berechneten
Drehmoment Tcalc und dem befohlenen Drehmoment
T* geringer als eine vordefinierte kleine Zahl ε ist. In der bevorzugten Ausführungsform
wird ε so
ausgewählt,
dass das berechnete Drehmoment Tcalc innerhalb
von 0,1 % des befohlenen Drehmoments T* oder darunter liegt. Höhere oder
niedrigere Werte von ε können ebenfalls
je nach dem gewünschten
Genauigkeitsniveau verwendet werden. Falls das Ergebnis der Abfrage 808 NEIN
(FALSCH) ist, kehrt dann das Verfahren 790 zu Block 800 zurück und wählt einen
anderen Satz Steuerungsparameter Is und α für den befohlenen
Arbeitspunkt (T*, ωr) und die Spannungs- und Stromgrenzen (Vdc und Imax) aus
und wiederholt die Schritte 800 – 808, bis das Ergebnis
der Abfrage 808 JA (WAHR) ist oder STOP 804 auftritt,
d.h. das Ergebnis des Blocks 802 JA (WAHR) ist, was bedeutet,
dass alle Steuerungsparameter (Is, das zwischen
0 und Imax schwankt, und der Steue rungswinkel α, der zwischen
0 und 90 Grad schwankt) auf einen gültigen Satz von Steuerungsparametern
hin überprüft worden
sind. Falls das Ergebnis der Abfrage 808 JA (WAHR) ist,
was bedeutet, dass ein brauchbarer Satz Steuerungsparameter gefunden
worden ist, der das gewünschte
befohlene Drehmoment T* am Maschinenausgang erzeugen wird, geht
dann das Verfahren 790 weiter zu einem Schritt 810,
wo die Längsachsen- und Querachsen-Flussverkettungen Ψd bzw. Ψq, bestimmt werden. Um die Flussverkettungen
der Maschine zu berechnen, werden die Charakterisierungsdaten der 16B und 16C verwendet. Die durch die Schritte 800 – 808 ausgewählten Steuerungsparameter
(Is und α)
erzeugen das befohlene Drehmoment T*, das innerhalb der Stromgrenze
von Imax arbeitet. Die durch die Batteriespannung
Vdc auferlegte Spannungsgrenze muss jedoch
ebenfalls berücksichtigt
werden. Die nächsten
paar Schritte berechnen die Anschlussspannung der Maschine und prüfen, ob
die Maschinenspannung innerhalb der Batteriespannung Vdc bleibt.
Für eine
Busspannung von Vdc ist die für die Maschine
verfügbare
maximale Phasenspannung (2/π) × Vdc, dieser Modus wird der Sechsstufen-Modus
genannt, bei dem die volle Batteriespannung zwischen Maschinenanschlüssen angelegt
wird. In der bevorzugten Ausführungsform
wird nicht der volle Sechsstufen-Modus verwendet, sondern ungefähr 95 %
der Spannung des Sechsstufen-Modus. Das konstante Mhigh (siehe
Tabelle I) in Block 814 wird dementsprechend ausgewählt. Der
Schritt 812 Spannung Berechnen wird ausgeführt, wobei
die Maschinenphasenspannung Vs (die in Gleichung
[4] definiert wird) unter Verwendung der in Schritt 810 bestimmten
Flussverkettungen und der später
beschriebenen Gleichungen [2]–[5]
berechnet wird. Eine Abfrage 814 wird dann ausgeführt, worin
die Spitze der Phasenspannung Vs mit der
Gleichstrom-Busspannung Vdc, multipliziert
mit einer Konstante (2/π) × Mhigh, verglichen wird. Die Größe (2/π) × Vdc ist die maximale Phasenspannung, die der
Maschine für
eine Batteriespannung von Vdc zur Verfügung steht.
Dieser Modus ist als der Sechsstufen-Modus bekannt. Das konstante
Mhigh definiert die Invertergrenze im Übersteuerungsbereich, wie
später
in Verbindung mit Tabelle I und 20A–B ausführlicher
erläutert
wird. Falls Mhigh auf 1 gesetzt ist, arbeitet
der Inverter 182 (siehe 20)
im Sechsstufen-Modus. In der bevorzugten Ausführungsform ist Mhigh auf
~ 0,95 gesetzt, was bedeutet, dass der Inverter 182 bei
95% der Sechsstufen-Spannungsgrenze arbeitet. Der Inverter 182 arbeitet
im Sechsstufen-Modus, wenn die volle Busspannung Vdc an
die Anschlüsse
der Maschine 30 in 20A–B angelegt
wird. Während
der bevorzugte Wert von Mhigh = 0,95 ist,
liegen nützliche
Werte im Bereich von 0,90 ≥ Mhigh ≥ 1,0
und zweckmäßigerweise
0,92 ≥ Mhigh ≥ 0,98.
Falls das Ergebnis der Abfrage 814 JA (WAHR) ist, was bedeutet,
dass der ausgewählten
Steuerungsparameter mehr Inverterspannung als verfügbar erfordern
würden,
kehrt dann das Verfahren 790 wie durch Pfade 815, 823 dargestellt
zu Block 800 zurück,
wo ein weiterer Satz Steuerungsparameter ausgewählt wird. Falls das Ergebnis
der Abfrage 814 NEIN (FALSCH) ist, wird dann der aktuelle
Satz Steuerungsparameter das befohlene Drehmoment erreichen, ohne die
Strom- und Spannungsgrenzen Imax bzw. Vdc zu überschreiten.
Im anschließenden
Schritt 816 werden die Systemverluste (Maschine, Inverter
etc.) berechnet und in einem Schritt 818 wird der Wirkungsgrad
des Systems berechnet. Die Verluste sind dann die Summe des Inverterverlustes
(IL) und des Maschinenverlustes (ML), d.h. Σ (IL) + (ML). Der Fachmann versteht,
wie diese Verluste zu bestimmen sind. Der Wirkungsgrad η ist gegeben
durch die Gleichung η =
[(ωr × T*)/(ωr × T*
+ Σ (IL)
+ (ML))]. Eine Abfrage 820 wird dann ausgeführt, um
den aktuell berechneten Wirkungsgrad ηcalc mit
dem größten Wirkungsgradwert ηmax zu vergleichen, der mit einem vorherigen
gültigen
Satz Steuerungsparameter erhalten wurde. Falls das Ergebnis der
Abfrage 820 NEIN (FALSCH) ist, was angibt, dass der aktuelle
Wirkungs grad geringer als der vorher berechnete Wirkungsgrad ist,
kehrt dann das Verfahren 790 zu Block 800 zurück, wie
durch einen Pfad 821, 823 dargestellt ist, um einen
anderen Satz Steuerungsparameter auszuwählen. Falls das Ergebnis der
Abfrage 820 JA (WAHR) ist, geht dann das Verfahren 790 zu
Schritt 822 weiter, wo der aktuelle Satz Steuerungsparameter
IS und α gespeichert, ηmax gleich dem aktuellen Wert ηcalc gesetzt und der neue Wert von ηmax ebenfalls gespeichert wird, wie z.B.
im Speicher 506 des Systems 500 (siehe 22). Teilschritte 822A und 822B werden
in jeder beliebigen Reihenfolge ausgeführt. Nach Abschluss von Schritt 822 kehrt
das Verfahren 790 zu Block 800 zurück, wie durch
einen Pfad 823 dargestellt ist. Das Verfahren 800–823 wiederholt
sich, bis der gesamte Steuerungsbereich (Is,
das zwischen 0 und Imax schwankt, und der
Steuerungswinkel α,
der zwischen 0 und 90 Grad schwankt) auf die optimalen Steuerungsparameter überprüft ist.
Der oben beschriebene Prozess sollte einen gültigen Satz Steuerungsparameter
(Is, α)
ergeben, der den Wirkungsgrad des Systems für den geforderten Arbeitspunkt
(T*, ωr) und die Spannungs- und Stromgrenze (Vdc und Imax) der
Maschine maximiert. Der von der Auswahl eines anderen Arbeitspunktes
(Block 794) aus beginnende gesamte Prozess bis zum Ende
sollte für alle
Arbeitspunkte der Maschine (z.B. die gesamte Drehmoment-Drehzahl-Ebene)
und Arbeitsbereiche der Batteriespannungen ausgeführt werden.
Sind einmal alle Steuerungsparameter erhalten, werden sie im Speicher 506 des
Echtzeit-Controllers 500 zum
Beispiel als Nachschlagetabelle 162 der 20A–B
gespeichert. 17 illustrates a method 790 to calculate optimized control parameters. This method is preferably offline and may be, for example, from a computer system 500 from 22 or any other computer system supplied with the required input data. The calculated control parameters thus obtained are added as a look-up table, for example in a memory 506 in a real-time machine controller 500 (please refer 22 ) is stored. The procedure 790 starts with START 792 , In an initial step 794 For example, the inputs are the values of the torque command (T *), the rotor speed (ω r ), the DC bus voltage (V dc ) and the maximum peak inverter current (I max ), for which the control parameters (the longitudinal and transverse axis currents) are calculated should be. The procedure 790 calculates the optimized control parameter for all torque-speed operating points (T-ω r ) of the machine for a range of operating battery voltages (V dc ). Alles these control parameters are then stored in memory 506 the real-time controller 500 such as stored in lookup tables. I max is an upper limit of the phase current usually imposed by the thermal limit of the inverter. All the control parameters must be calculated to operate within the supply voltage (V dc ) and the current limit (I max ). In step 800 For example, a standard procedure for searching for roots, such as the procedure of bisection etc., is performed to obtain the control parameters I s and α = arctan (-I d / I q ) (see 15 ), operating within the maximum inverter current I max and the DC bus voltage V dc needed to produce the commanded torque T *. A query 802 is then executed to determine if all possible control parameters, all currents (ie from 0 to I max ) and all control angles (ie from 0 to 90 degrees) are taken into account to ensure that the optimal combination is selected. If the result of the query 802 YES (TRUE) is, meaning that all possible combinations have been considered, then the procedure ends 790 at STOP 804 , If the result of the query 802 NO (FALSE) is, which means that not all possible combinations have been considered yet, then goes the procedure 790 continue to step 806 Torque calculation in which the torque T calc for the current choice (from block 800 ) of the control parameters I s and α is calculated. To calculate the torque T calc , the characterization data of the machine of 16A used. A query 808 is then executed to determine whether the absolute difference between the calculated torque T calc and the commanded torque T * is less than a predetermined small number ε. In the preferred embodiment, ε is selected such that the calculated torque T calc is within 0.1% of the commanded torque T * or less . Higher or lower values of ε can also be used depending on the desired level of accuracy. If the result of the query 808 NO (FALSE), then the procedure returns 790 to block 800 and selects another set of control parameters I s and α for the commanded operating point (T *, ω r ) and the voltage and current limits (V dc and I max ) and repeats the steps 800 - 808 until the result of the query 808 YES (TRUE) or STOP 804 occurs, ie the result of the block 802 YES (TRUE), which means that all control parameters (I s varying between 0 and I max and the control angle α varying between 0 and 90 degrees) have been checked for a valid set of control parameters. If the result of the query 808 YES (TRUE), meaning that a useful set of control parameters has been found which will produce the desired commanded torque T * at the machine output, then the procedure goes 790 continue to a step 810 where the longitudinal axis and transverse axis flux linkages Ψ d and Ψ q , respectively, are determined. To calculate the flux linkages of the machine, the characterization data of the 16B and 16C used. The through the steps 800 - 808 selected control parameters (I s and α) produce the commanded torque T *, which operates within the current limit of I max . However, the voltage limit imposed by the battery voltage V dc must also be considered. The next few steps calculate the machine's supply voltage and check that the machine voltage remains within the battery voltage V dc . For a bus voltage of V dc , the maximum phase voltage available to the machine is (2 / π) × V dc , this mode being called the six-step mode where the full battery voltage is applied between machine terminals. In the preferred embodiment, not the full six-step mode is used, but approximately 95% of the six-step mode voltage. The constant M high (see Table I) in block 814 is selected accordingly. The step 812 Stress calculation is performed using the machine phase voltage V s (defined in equation [4]) using the steps in 810 certain flux linkages and equations [2] - [5] described later. A query 814 is then performed, wherein the peak of the phase voltage V s is compared with the DC bus voltage V dc multiplied by a constant (2 / π) × M high . The quantity (2 / π) × V dc is the maximum phase voltage available to the machine for a battery voltage of V dc . This mode is known as the six-step mode. The constant M high defines the inverter limit in the overdrive range as discussed later in conjunction with Table I and 20A -B is explained in more detail. If M high is set to 1, the inverter will work 182 (please refer 20 ) in six-step mode. In the preferred embodiment, M high is set to ~ 0.95, which means that the inverter 182 operating at 95% of the six-level voltage limit. The inverter 182 operates in six-step mode when the full bus voltage V dc is applied to the terminals of the machine 30 in 20A -B is created. While the preferred value of M high = 0.95, useful values are in the range of 0.90 ≥ M high ≥ 1.0, and desirably 0.92 ≥ M high ≥ 0.98. If the result of the query 814 YES (TRUE) is, which means that the selected control parameter would require more inverter voltage than available, then the procedure returns 790 like through paths 815 . 823 shown to block 800 back where another set of control parameters is selected. If the result of the query 814 NO (FALSE), then the current set of control parameters will reach the commanded torque without exceeding the current and voltage limits I max and V dc, respectively. In the subsequent step 816 the system losses (machine, inverter etc.) are calculated and in one step 818 the efficiency of the system is calculated. The losses are then the sum of the inverter loss (IL) and the machine loss (ML), ie Σ (IL) + (ML). The person skilled in the art understands how these losses are to be determined. The efficiency η is given by the equation η = [(ω r × T *) / (ω r × T * + Σ (IL) + (ML))]. A query 820 is then performed to compare the currently calculated efficiency η calc with the greatest efficiency value η max obtained with a previous valid set of control parameters . If the result of the query 820 NO (FALSE) indicates that the current efficiency is less than the previously calculated efficiency, then the procedure returns 790 to block 800 back, as through a path 821 . 823 is shown to select a different set of control parameters. If the result of the query 820 YES (TRUE), then goes the procedure 790 to step 822 where the current set of control parameters I S and α are stored, η max is set equal to the current value η calc , and the new value of η max is also stored, such as in memory 506 of the system 500 (please refer 22 ). partial steps 822A and 822B are executed in any order. After completing step 822 the procedure returns 790 to block 800 back, as through a path 823 is shown. The procedure 800 - 823 Repeat until the entire control range (I s , which varies between 0 and I max , and the control angle α, which varies between 0 and 90 degrees) is checked for the optimal control parameters. The process described above should yield a valid set of control parameters (I s , α) that maximizes the efficiency of the system for the required operating point (T *, ω r ) and the voltage and current limits (V dc and I max ) of the machine. The one of the selection of another operating point (block 794 ) from beginning of the entire process to the end should be performed for all operating points of the machine (eg the entire torque-speed level) and working ranges of the battery voltages. Once all the control parameters have been received, they are stored in memory 506 the real-time controller 500 for example, as a lookup table 162 of the 20A -B saved.
18A und 18B zeigen Kurven 136, 138 des
Drehmoments gegen die Drehzahl für
optimale Steuerungsparameter, die Befehle für die Längs- bzw. Querachsenströme, für alle Drehmoment-Drehzahl-Arbeitspunkte
der Maschine, deren Kennlinien in 16A–C dargestellt
sind. 18A and 18B show curves 136 . 138 the torque versus the speed for optimum control parameters, the commands for the longitudinal and transverse axis currents, for all torque-speed operating points of the machine whose characteristics in 16A -C are shown.
Die
Busspannung Vdc beträgt
250 Volt. Diese veranschaulichen einen typischen Satz optimaler
Steuerungsparameter für
die PM-Maschine von 14,
der den Wirkungsgrad η des
Antriebssystems maximiert. Die Kurve 136 von 18A zeigt Konturen konstanter
Ströme
des Befehls für
den Querachsenstrom, und die Kurve 138 von 18B zeigt Konturen konstanter Ströme des Befehls
für einen
Querachsenstrom. Die Parameterwerte auf den verschiedenen Kurven
sind Iq-Werte in 18A und Id-Werte in 18B.The bus voltage Vdc is 250 volts. These illustrate a typical set of optimal control parameters for the PM machine of 14 , which maximizes the efficiency η of the drive system. The curve 136 from 18A shows contours of constant currents of the command for the transverse axis current, and the curve 138 from 18B shows contours of constant currents of the command for a cross-axis current. The parameter values on the different curves are I q values in 18A and I d values in 18B ,
Optimale
Steuerungsparameter werden für
mehrere Busspannungen und für
sowohl Motor- als auch Regenerierungsoperationen berechnet. Wie
anschließend
ausführlicher
erläutert
wird, werden diese Steuerungsparameter in Nachschlagetabellen gespeichert,
die dem Motorsteuerungssystem 160 (20A–B)
und dem System 500 (22)
zur Verfügung
stehen. Es ist wichtig, Nachschlagetabellen für Motor- und Regenerierungsoperationen
separat zu berechnen. Für
den gleichen Drehmoment-Drehzahl-Arbeitspunkt ist die Anschlussspannung
der Maschine während
einer Regenerierungsoperation aufgrund einer umgekehrten Richtung
des Stromflusses niedriger als für
eine Antriebs- bzw. Motoroperation (engl. motor operation). Als
Folge steht verglichen mit der Motoroperation während einer feldschwächenden
Regenerierungsoperation mehr Drehmoment zur Verfügung.Optimal control parameters are calculated for multiple bus voltages and for both motor and regeneration operations. As will be explained in more detail below, these control parameters are stored in look-up tables provided to the engine control system 160 ( 20A -B) and the system 500 ( 22 ) be available. It is important to separately calculate look-up tables for engine and regeneration operations. For the same torque-speed operating point, the terminal voltage of the machine is lower during a regeneration operation due to a reverse direction of the current flow than for a motor operation. As a result, more torque is available as compared to motor operation during a field weakening regeneration operation.
19 zeigt einen Plot 140 des
beobachteten Drehmoments gegen die Drehzahl unter verschiedenen Betriebsbedingungen
für die
Maschine 30 gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Kurve 142 entspricht einem
Motorbetrieb bei Vdc = 184 Volt, die Kurve 143 einer Regenerierung
bei Vdc = 184 Volt, die Kurve 144 einem Motorbetrieb bei
Vdc = 250 Volt, die Kurve 145 einer Regenerierung bei Vdc
= 250 Volt und die Kurve 146 einem Motorbetrieb bei Vdc
= 316 Volt und die Kurve 147 einer Regenerierung bei Vdc
= 316 Volt. Es ist klar, dass bei einer hohen Drehzahl während einer
Regenerierungsoperation signifikant mehr Leistung (Drehmoment × Drehzahl)
verglichen mit einem Motorbetrieb für die gleiche Busspannung Vdc
zur Verfügung
steht. 19 shows a plot 140 of the observed torque versus speed under various operating conditions for the machine 30 according to the preferred embodiment of the present invention. The curve 142 corresponds to a motor operation at Vdc = 184 volts, the curve 143 regeneration at Vdc = 184 volts, the curve 144 engine operation at Vdc = 250 volts, the curve 145 a regeneration at Vdc = 250 volts and the curve 146 engine operation at Vdc = 316 volts and the curve 147 a regeneration at Vdc = 316 volts. It will be appreciated that at a high speed during a regeneration operation, significantly more power (torque x speed) is available compared to a motor operation for the same bus voltage Vdc.
20A–B sind vereinfachte Blockdiagramme
einer Prozessarchitektur 160 eines Motorsteuerungssystems
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, worin 20A eine Übersicht
liefert, und 20B weitere
Einzelheiten liefert. Die Hardware zum Ausführen der in 20A–B
veranschaulichten Funktionen ist in 22 dargestellt.
Das Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung erreicht zwei Ziele:
zunächst
die Maschinenleistung zu maximieren und zweitens die Gleichstrom-Busspannung
Vdc bei hoher Drehzahl effektiv zu nutzen.
Das erste Ziel wird durch die optimierte Steuerungstabelle im Block 162 erreicht.
Das zweite Ziel wird durch die Feldschwächung erreicht, die durch ein
Rückkopplungsmodul
(feldschwächende
Funktion) 186 im Zusammenwirken mit dem Block 162 für optimierte
Steuerungsparameter geliefert wird. In einer Permanentmagnet-(PM)-Maschine
ist der PM-Fluss immer vorhanden. Wenn der Rotor rotiert, induziert
der rotierende Magnetfluss eine Spannung in den Statorwicklungen,
die die gegenelektromotorische Kraft (Gegen-EMF) genannt wird. Wenn
die Drehzahl höher
und höher
wird, nimmt auch die gegenelektromotorische Kraft zu. Oberhalb einer
bestimmten Drehzahl kann die gegenelektromotorische Kraft die Gleichstrom-Busspannung
Vdc übersteigen.
An diesem Punkt ist eine Steuerung des Stroms durch die Maschine
nicht länger
möglich.
Daher besteht ein Bedarf, den Magnetfluss zu reduzieren, um die
gegenelektromotorische Kraft zu reduzieren, so dass der Maschinenstrom
gesteuert werden kann. Diese Reduzierung des Magnetflusses wird
als Entregung bzw. Feldschwächung
bezeichnet. In einer PM-Maschine kann der PM-Fluss selbst nicht reduziert werden;
daher wird ein negativer Längsach senstrom
in die Maschine bei hohen Drehzahlen eingespeist, um einem Teil
des PM-Flusses entgegenzuwirken, wodurch die gegenelektromotorische
Kraft reduziert wird. Die von dem Echtzeit-Controller 501 ausgeführte Steuerungsfunktion 160 ist
besonders effektiv und erlaubt eine höhere Nutzung als eine 95 %-ige
Nutzung der Busspannung mit stabiler Steuerung und guter Steuerungsantwort.
Die folgenden Parameter werden zum Gebrauch in Verbindung mit der
Steuerungsfunktion 160 der 20A–B und des
Steuerungssystems 500 von 22 definiert:
- T*:
- Drehmomentbefehl
- ωr:
- Rotordrehzahl in Rad/s
- ωε:
- elektrische Frequenz
in Rad/s
- θr:
- die gemessene oder
geschätzte
Rotorstellung
- Vdc:
- Gleichstrom-Busspannung
- Id:
- Längsachsenstrom
- Id*:
- Befehl für den Längsachsenstrom
- Id**:
- (durch den feldschwächenden
Block 186) modifizierter Befehl für den Längsachsenstrom
- Iq:
- Querachsenstrom
- Iq*:
- Befehl für den Querachsenstrom
- ψd:
- Querachsen-Flussverkettung
(die Flussverkettung ist der eine Spule verkettende Fluss, der von
einer anderen stromführenden
Spule oder einem Permanentmagneten erzeugt wird)
- ψd*:
- Längsachsenfluss, erzeugt durch
den Befehl Id* für den Längsachsenstrom
- ψd**:
- Längsachsenfluss, erzeugt durch
den modifizierten Befehl Id** für den Längsachsenstrom
- ψq:
- Querachsenflussverkettung
- ψq*:
- Querachsenfluss, erzeugt
durch den Befehl Iq* für den Querachsenstrom
- RS:
- Widerstand pro Phase
der Maschine (engl. per phase resistance)
- U*d:
- Befehl für die Längsachsenspannung
(an den Inverter)
- U*q:
- Befehl für die Querachsenspannung
- UD*:
- Längsachsenspannung im stationären Bezugssystem
- UQ*:
- Querachsenspannung
im stationären
Bezugssystem
- Mindex:
- Modulationsindex,
der den vom Inverter genutzten Spannungsbetrag definiert. (Ein Modulationsindex 1 gibt
eine 100 % Nutzung der Gleichstrom-Busspannung an.)
- M*index:
- Befehl für den Modulationsindex
- Mref:
- Referenzmodulationsindex.
Dieser definiert den Spannungsbetrag, der vom Inverter genutzt werden
soll.
- Mlow:
- unterer Schwellenwert
für Mindex
- Mhigh:
- höherer Schwellenwert für Mindex
- PI:
- Proportional-Integral-Controller.
20A -B are simplified block diagrams of a process architecture 160 an engine control system according to a preferred embodiment of the present invention, wherein 20A provides an overview, and 20B provides more details. The hardware to run the in 20A -B illustrated functions is in 22 shown. The control system of the present invention achieves two goals: first to maximize engine power and secondly to effectively utilize the DC bus voltage V dc at high speed. The first goal is through the optimized control table in the block 162 reached. The second goal is achieved by the field weakening caused by a feedback modulus (field weakening function) 186 in cooperation with the block 162 for optimized control parameters. In a permanent magnet (PM) machine, the PM flow is always present. As the rotor rotates, the rotating magnetic flux induces a voltage in the stator windings called counterelectromotive force (back EMF). As the revs get higher and higher, so does the counterelek tromotive force too. Above a certain speed, the back electromotive force may exceed the DC bus voltage V dc . At this point, control of the flow through the machine is no longer possible. Therefore, there is a need to reduce the magnetic flux to reduce the back electromotive force so that the machine current can be controlled. This reduction in magnetic flux is referred to as de-excitation or field weakening. In a PM machine, the PM flow itself can not be reduced; therefore, a negative Längsach senstrom is fed into the machine at high speeds to counteract part of the PM flow, whereby the counter electromotive force is reduced. The of the real-time controller 501 executed control function 160 is particularly effective and allows a higher utilization than a 95% use of the bus voltage with stable control and good control response. The following parameters are for use in conjunction with the control function 160 of the 20A -B and the control system 500 from 22 Are defined: - T *:
- torque command
- ω r:
- Rotor speed in Rad / s
- ω ε :
- electrical frequency in rad / s
- θ r:
- the measured or estimated rotor position
- V dc :
- DC bus voltage
- I d :
- axis current
- I d *:
- Command for the longitudinal axis current
- I d **:
- (through the field weakening block 186 ) modified instruction for the longitudinal axis current
- I q :
- Cross-axis current
- I q *:
- Command for the transverse axis current
- ψ d:
- Cross-axis flux linkage (flux linkage is the flux chained by a coil produced by another current-carrying coil or a permanent magnet)
- ψ d *:
- Longitudinal axis flux generated by command I d * for the longitudinal axis current
- ψ d **:
- Longitudinal axis flux generated by the modified command I d ** for the longitudinal axis current
- ψ q :
- Transverse axis flux linkage
- ψ q *:
- Transverse axis flux generated by the command I q * for the cross-axis current
- R S:
- Resistance per phase of the machine (per phase resistance)
- U * d :
- Command for the longitudinal axis voltage (to the inverter)
- U * q :
- Command for the transverse axis voltage
- U D *:
- Longitudinal stress in stationary reference frame
- U Q *:
- Transverse axis voltage in the stationary reference system
- M index :
- Modulation index that defines the amount of voltage used by the inverter. (A modulation index 1 indicates a 100% usage of the DC bus voltage.)
- M * index :
- Command for the modulation index
- M ref :
- Reference modulation index. This defines the amount of voltage that should be used by the inverter.
- M low :
- lower threshold for M index
- M high :
- higher threshold for M index
- PI:
- Proportional-integral controller.
Die
Tabelle 162 für
optimierte Strombefehle empfängt
die Eingaben T*, ωr und Vdc, die oben
definiert wurden. Tabelle 162 ist zweckmäßigerweise
eine Nachschlagetabelle, die unter Verwendung von in Verbindung
mit 16–19 diskutierten Verfahren
offline bestimmt wird, wobei Beispiele von Daten optimierter Steuerungsparameter
dargestellt sind. Die gemessenen Daten definieren die Bedingungen,
die eine optimale Leistung ergeben, wie z.B. einen optimalen Wirkungsgrad,
und beinhalten ein Einspeisen eines negativen Längsachsenstroms bei hoher Drehzahl
zur Feldschwächung.
Basierend auf: (i) der tatsächlichen
Rotordrehzahl ωr, die aus der Funktion 184 für gemessene
Größen der 20A–B erhalten wird (und dem Hardwareblock 512 von 22), (ii) einem von durch
eine Nutzereingabe befohlenen Drehmoment T*, und (iii) der Gleichstrom-Busspannung
Vdc, die von der Funktion 184 für gemessene
Größen der 20A–B (und dem Hardwareblock 512 von 22) erhalten wird, liefert
die Tabelle 162 den befohlenen Längsachsenstrom Id*
und den befohlenen Querachsenstrom Iq*,
die bei der Drehzahl ωr des befohlene Drehmoment T* erreichen sollten. Id* sorgt für eine Stabilität zur Stromregulierung,
indem die Spannung der gegenelektromotorischen Kraft der Maschine
bei hoher Drehzahl verringert wird. Idealerweise reicht Id* von 162 oben aus, um die gegenelektromotorische
Kraft zu verringern und die Stabilität für den Stromregler zu liefern.
Eine etwaige Abweichung zwischen den optimierten Befehlstabellenparametern
und der tatsächlichen
Motorleistung wird durch die Funktion 186 zur feldabschwächenden
Korrektur berücksichtigt,
die später
ausführlicher
beschrieben wird. Die Funktion 186 liefert einen Fehlerkorrekturterm ΔId*, der in der SUMME-Funktion 199 zu Id*
addiert wird. Auf diesen modifizierten Längsachsenstrom wird als Id** verwiesen, d.h. es gilt Id**
= (Id* + ΔId*). Die Iq*-Ausgabe
der Funktion 162 und die Ausgabe Id**
= (Id* + ΔId*) der SUMME-Funktion 199 werden
in den Stromregler 185 eingespeist, der die notwendigen
Ansteuertaktzyklen Da, Db,
Dc für
den Inverter 182 berechnet, der wiederum die Maschine 30 ansteuert
bzw. antreibt. Eine Rückkopplung 187 (siehe 20A) wird durch den Stromregler 185 an
die feldschwächende
Funktion 186 geliefert, so dass die Ausgabe des Reglers 185 (durch
Modifizieren des befohlenen Längsachsen-Eingangsstroms)
eingestellt wird, um die Gesamtleistung zu optimieren und kleine
Variationen in den Maschineneigenschaften zu berücksichtigen.The table 162 for optimized current commands, the inputs T *, ω r and V dc defined above are received. table 162 is conveniently a look-up table using in conjunction with 16 - 19 is determined offline, with examples of data optimized control parameters are shown. The measured data defines the conditions that give optimum performance, such as optimum efficiency, and involves feeding a negative, high-velocity, longitudinal axis current to field weakening. Based on: (i) the actual rotor speed ω r resulting from the function 184 for measured sizes 20A -B (and the hardware block 512 from 22 ), (ii) one of a user input commanded torque T *, and (iii) the DC bus voltage V dc determined by the function 184 for measured sizes 20A -B (and the hardware block 512 from 22 ) returns the table 162 the commanded longitudinal axis current I d * and the commanded transverse axis current I q *, which should reach the commanded torque T * at the speed ω r . I d * provides stability for current regulation by reducing the counter electromotive force voltage of the machine at high speed. Ideally I d * of 162 from the top to reduce counterelectromotive force and provide stability to the current regulator. Any deviation between the optimized command table parameters and the actual engine power is determined by the function 186 considered for field weakening correction, which will be described in more detail later. The function 186 returns an error correction term ΔI d * that is in the SUM function 199 is added to I d *. This modified longitudinal axis current is referred to as I d **, ie I d ** = (I d * + ΔI d *). The I q * output of the function 162 and the output I d ** = (I d * + ΔI d *) of the SUM function 199 be in the current regulator 185 fed, the necessary Ansteuertaktzyklen D a , D b , D c for the inverter 182 calculated, in turn, the machine 30 controls or drives. A feedback 187 (please refer 20A ) is through the current regulator 185 to the field weakening function 186 delivered, so that the output of the regulator 185 (by modifying the commanded longitudinal axis input current) to optimize overall performance and account for small variations in machine characteristics.
Nun
auf 20B verweisend werden
die Ausgabe Iq* des Blocks 162 und
die Ausgabe Id** = (Id*
+ ΔId*) des SUMME-Blocks 199 in die
SUMME-Funktionen 163 bzw. 165 eingespeist, wo
die aus der Funktion 184 für gemessene Größen erhaltenen
tatsächlichen
Werte Id, Iq subtrahiert
werden, was die Differenzen (Fehler) zwischen dem befohlenen Wert
und tatsächlichen
Werten ergibt, welche Fehler dann in PI-Funktionen 168, 170 eingespeist
werden. Die Funktionen 168, 170 sind Proportional-Integral-(PI)-Controller,
die in der Technik gut bekannt sind. Ein geeignet ausgelegter PI-Controller
wird die oben erwähnten
Stromfehler auf Null fahren, indem die an die Maschine angelegte
Spannung geeignet modifiziert wird. Die Ausgaben der PI-Funktionen 168, 170 werden
in die SUMME-Funktionen 172 bzw. 174 eingespeist,
wo die von der PI-Funktion 168 empfangenen Daten mit der
Größe (ωr Ψd* + Iq* Rs) summiert werden, die von der PI-Funktion 170 empfangenen Daten
mit der Größe (–ωr Ψd* + Id* Rs) summiert werden und die Ergebnisse in
die Übersteuerungsfunktion 176 eingespeist
werden. Die oben erwähnten
zwei Feedforward-Terme bzw. Terme für positive Rückkopplung
sind grundsätzlich
die jeweiligen Terme für
die (Längs-
und Querachsen-)drehzahlen und Widerstandsspannungen. Indem diese
beiden Terme für
positive Rückkopplung
zur Stromsteuerschleife addiert werden, wird die Dynamik der Stromregler
verbessert. Eine Übersteuerung
(engl. overmodulation) ist eine Technik, durch die der Inverter 182 von
einem Betrieb im linearen Bereich zu einem Betrieb in einem nichtlinearen
Bereich übergeht, um
die in die Maschine eingespeiste Spannung zu maximieren. Es gibt
mehrere in der Technik bekannte Übersteuerungstechniken.
Die Funktion 176 implementiert einen Algorithmus, der von
Holtz et al. in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 8,
Nr. 3, Oktober 1993, S. 546-553 beschrieben wurde. Dieser Algorithmus variiert
stetig und glatt die fundamentale Ausgangsspannung des Inverters
mit dem Modulationsindex bis zu dessen Operation im vollen Sechsstufen-Modus.
Die Funktion 176 stellt sicher, dass der Inverter 182 kontinuierlich
eine stabile Steuerung der Phasenströme Ia,
Ib, Ic sogar bei
hohen Werten des Modulationsindex Mindex liefert,
wenn der Inverter 182 nicht länger linear arbeitet. Der Modulationsindex
Mindex ist ein Maß der Wechselstrom-Spitzenausgabe
des Inverters gegen die Gleichstromeinspeisung Vdc.
Mindex = 1,0 bedeutet, dass die vom Inverter 182 gelieferte
Ausgangswechselspannung Null ist, und Mindex =
1,0 bedeutet, dass die volle Batteriespannung Vdc an
den Maschinenanschluss angelegt wird (dieser Modus ist auch bekannt
als Sechsstufen-Modus). Bis zu etwa Mindex =
0,9069, wo der Inverter 182 90,69 % der Batteriespannung an seine
abgegebenen Wechselstrom-Wellenformen liefert, ist der Betrieb des
Inverters 182 im Wesentlichen linear. Darüber hinaus
ist der nichtlinear. Der Block 176 nutzt das Programm von
Holtz et al. (ebd.), um sicherzustellen, dass eine Operation in
diesem Bereich noch stabil ist und Längs- bzw. Querachsenspannungsbefehle U*d bzw. U*q liefert,
die an eine Funktion 178 zur Transformation vom synchronen
zum stationären
Bezugssystem geliefert werden.Now up 20B Reference is made to the output I q * of the block 162 and the output I d ** = (I d * + ΔI d *) of the SUM block 199 into the SUM functions 163 respectively. 165 fed, where from the function 184 for actual quantities obtained, actual values I d , I q are subtracted, giving the differences (errors) between the commanded value and actual values, which then errors in PI functions 168 . 170 be fed. The functions 168 . 170 are proportional-integral (PI) controllers, which are well known in the art. A suitably designed PI controller will zero the above-mentioned current errors by appropriately modifying the voltage applied to the machine. The outputs of the PI functions 168 . 170 be in the SUM functions 172 respectively. 174 where fed by the PI function 168 received data with the size (ω r Ψ d * + I q * R s ) are summed by the PI function 170 received data are summed with the size (-ω r Ψ d * + I d * R s ) and the results in the override function 176 be fed. The above-mentioned two feedforward terms or terms for positive feedback are basically the respective terms for the (longitudinal and transverse axis) speeds and resistance voltages. Adding these two positive feedback terms to the current control loop improves the dynamics of the current regulators. An overmodulation is a technique by which the inverter 182 from operation in the linear region to operation in a nonlinear region to maximize the voltage fed into the machine. There are several overdrive techniques known in the art. The function 176 implements an algorithm described by Holtz et al. in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 8, No. 3, October 1993, pp. 546-553. This algorithm continuously and smoothly varies the fundamental output voltage of the inverter with the modulation index up to its operation in the full six-step mode. The function 176 make sure the inverter 182 continuously provides a stable control of the phase currents I a , I b , I c even at high values of the modulation index M index when the inverter 182 no longer works linearly. The modulation index M index is a measure of the AC peak output of the inverter against the DC injection V dc . M index = 1.0 means that of the inverter 182 delivered output AC voltage is zero, and M index = 1.0 means that the full battery voltage V dc is applied to the machine terminal (this mode is also known as six-stage mode). Up to about M index = 0.9069, where inverter 182 provides 90.69% of the battery voltage to its output AC waveforms, is the operation of the inverter 182 essentially linear. In addition, the nonlinear. The block 176 uses the program of Holtz et al. (ibid.) to ensure that an operation in this area is still stable and provides longitudinal or lateral axis voltage commands U * d and U * q , respectively, to a function 178 for transformation from the synchronous to the stationary reference system.
Die
ungefähr
sinusförmigen
Signale, die an die Maschine 30 geliefert werden, haben
eine bestimmte Frequenz. Falls ein Beobachter nahe dem Höchstwert
bzw. der Spitze der Sinuswelle sitzt und mit der gleichen Frequenz
rotiert, scheint das Signal zeitlich stationär zu sein. Darauf wird in der
Technik als das "synchrone Bezugssystem" im Gegensatz zum "stationären Bezugssystem" verwiesen, worin
der Beobachter die tatsächlich
zeitlich variierenden Wechselstromsignale sieht. Im synchronen Bezugssystem
erscheinen die synchronen Wechselstromgrößen als Gleichstromgrößen und
sind daher leichter zu steuern. Der Phasenstrom Is und
dessen Längsachsen-
und Querachsenkomponenten Id und Iq sind tatsächlich sinusförmig, erscheinen
aber im synchronen Bezugssystem als Gleichstromgrößen. Die
Funktion 178 wandelt diese Gleichstromgrößen des synchronen
Bezugssystems zurück
in im Wesentlichen sinusförmige
Wechselstromgrößen im stationären (Echtzeit-)bezugssystem.
Die Funktion 178 liefert Ausgaben UD*
und UQ*, welche an den Taktzyklus-Rechnerblock 180 geliefert
werden. D und Q sind das stationäre
Gegenstück
der Größen d und
q im synchronen Bezugssystem. Der folgende Ausdruck wird verwendet,
um Größen im synchronen
Bezugssystem in das stationäre
Bezugssystem umzuwandeln und umgekehrt worin
x eine beliebige Maschinenvariable wie z.B. die Maschinenspannung,
der Maschinenstrom etc. ist und θr die Rotorstellung ist. Der Inverter 182 ist
herkömmlich.
Der Inverter 182 arbeitet in geeigneter Weise mittels Pulsbreitenmodulation
(PWM). Der Taktzyklusrechner 180 bestimmt die Breite der
Impulse, um die gewünschte
Spannung (am Ausgang des Inverters) wie vom Stromregler befohlen
zu erzeugen. Je breiter die Impulse sind (größer der Taktzyklus ist), desto
größer ist
die Spannung und desto größer sind
daher die Ausgangsströme.
Die Funktion 180 berechnet die Invertertaktzyklen Da, Db, Dc für jede Phase
a, b, c, die als Antwort auf Eingaben UD*
und UQ* benötigt werden, so dass der Inverter 182 die
befohlenen Spannungen UD* und UQ*
an den Maschinenanschlüssen
erzeugen wird, um die gewünschten
Phasenströme
Ia, Ib, Ic zu erzeugen. Da,
Db, Dc werden in
den Inverter 182 eingespeist. Der Inverter 182 empfängt Da, Db, Dc und
Vdc und liefert die notwendigen Spannungsimpulse
an den Motor (die Maschine) 30, um die Phasenströme Ia, Ib, Ic zu
liefern. Die Funktion 184 für gemessene Größen misst
in geeigneter Weise Phasenströme
Ia, Ic, die vom
Inverter 182 zur Maschine 30 fließen, und
berechnet aus diesen beiden den Phasenstrom Ib.
In einer Y-Konfiguration ohne Neutralschaltung bzw. -draht ist die
Vektorsumme Ia, Ib,
Ic Null, so dass beliebige Zweiphasenströme ausreichen, um
den dritten zu bestimmen. Jedes beliebige Mittel oder Verfahren
zum Bestimmen von Ia, Ib,
Ic kann jedoch verwendet werden. Die Funktion 184 empfängt die
Batterie spannung Vdc und empfängt auch
in geeigneter Weise (z.B. von einem Sensor eingespeist) ωr und θr von der Maschine 30; dies ist
aber nicht wesentlich. In der Technik ist bekannt, dass beide Größen durch
eine Analyse der Phasenströme
oder andere Mittel bestimmt werden können, die keine separaten Sensoren
an der Maschine 30 benötigen.
Beide Anordnungen sind nützlich.
Die Funktion 184 nutzt diese Eingaben, um die entsprechenden
Werte von Id und Iq zu
berechnen. Die Funktion 184 wird durch den Detektorblock 512 für gemessene
Größen von 22 ausgeführt.The approximately sinusoidal signals sent to the machine 30 delivered have a certain frequency. If an observer sits close to the peak or peak of the sine wave and rotates at the same frequency, the signal appears to be stationary in time. This is referred to in the art as the "synchronous frame of reference" as opposed to the "stationary frame of reference" wherein the observer sees the actual time varying AC signals. In the synchronous reference system, the synchronous AC magnitudes appear as DC magnitudes and are therefore easier to control. The phase current I s and its longitudinal axis and transverse axis components I d and I q are actually sinusoidal, but appear in the synchronous reference system as DC magnitudes. The function 178 converts these DC magnitudes of the synchronous reference system back into substantially sinusoidal AC magnitudes in the stationary (real time) reference system. The function 178 provides outputs U D * and U Q * which are sent to the clock cycle computer block 180 to be delivered. D and Q are the stationary counterpart of the quantities d and q in the synchronous reference system. The following expression is used to convert quantities in the synchronous frame of reference to the stationary frame of reference, and vice versa where x is any machine variable such as the machine voltage, machine current, etc., and θ r is the rotor position. The inverter 182 is conventional. The inverter 182 operates in a suitable manner by means of pulse width modulation (PWM). The clock cycle calculator 180 determines the width of the pulses to produce the desired voltage (at the output of the inverter) as commanded by the current regulator. The wider the pulses the larger the voltage, the larger the output currents. The function 180 calculates the inverter clock cycles D a , D b , D c for each phase a, b, c needed in response to inputs U D * and U Q * such that the inverter 182 will generate the commanded voltages U D * and U Q * at the machine terminals to produce the desired phase currents I a , I b , I c . D a , D b , D c are in the inverter 182 fed. The inverter 182 receives D a , D b , D c and V dc and supplies the necessary voltage pulses to the motor (the machine) 30 to deliver the phase currents I a , I b , I c . The function 184 for measured quantities suitably measures phase currents I a , I c , that of the inverter 182 to the machine 30 flow, and calculates the phase current I b from these two. In a Y configuration without a neutral circuit or wire, the vector sum I a , I b , I c is zero, so that any two-phase currents are sufficient to determine the third. However, any means or method for determining I a , I b , I c may be used. The function 184 receives the battery voltage V dc and also receives in an appropriate manner (eg fed by a sensor) ω r and θ r from the machine 30 ; but this is not essential. It is known in the art that both quantities can be determined by analyzing the phase currents or other means that do not have separate sensors on the machine 30 need. Both arrangements are useful. The function 184 uses these inputs to calculate the corresponding values of I d and I q . The function 184 is through the detector block 512 for measured sizes of 22 executed.
Das
Folgende beschreibt die Funktion 186 der feldschwächenden
Korrektur. Für
jeden Strom Is und dessen Steuerungswinkel α und daher
für jeden
Längsachsen-
und Querachsenstrom erzeugt die Maschine 30 einen bestimmten
Längsachsen-
und Querachsenfluss. Die Größe dieser
Flussverkettungen ändert
sich nicht mit der Drehzahl und ist daher in ihrer Art statisch.
Diese Flusswerte sind durch Kurven 132, 134 in 16B–16C dargestellt.
Die Funktion 188 mit der Statikflußtabelle berechnet die befohlenen
Längsachsen- und
Querachsen-Flussverkettungen ψd**, ψq* oder schlägt sie nach, die sich aus den
modifizierten Längsachsen-
und Querachsenstrombefehlen Id**, Iq* ergeben, die von der Funktion 162 erhalten
wurden. Id** ist der Befehl für den Längsachsenstrom
von der Funktion 162 plus ein in der SUMME-Funktion 199 addierter
Term zur feldschwächenden
Korrektur. Die Ausgaben der Funktion 188 werden in die
Funktion 190 eingespeist, die den befohlenen Modulationsindex
M*index basierend auf Id**,
Iq*, Rs, ωr, Vdc, und ψd**, ψq* gemäß den folgenden
Gleichungen berechnet: Vd* = Id** Rs – ωe ψq* [2] Vq*
= Iq** Rs + ωe ψq** [3] Vs*
= [(Vd*)2 + (Vq*)2]1/2 [4] M*index =
(πVs*)/(2Vdc) [5] The following describes the function 186 the field weakening correction. For each current I s and its control angle α and therefore for each longitudinal axis and transverse axis current, the machine generates 30 a certain longitudinal axis and transverse axis flow. The size of these flux linkages does not change with speed and is therefore static in nature. These flow values are by curves 132 . 134 in 16B - 16C shown. The function 188 With the static flow table, the commanded longitudinal and transverse axis flux linkages compute or suggest ψ d **, ψ q * resulting from the modified longitudinal axis and lateral axis current commands I d **, I q * that are dependent on the function 162 were obtained. I d ** is the command for the longitudinal axis current from the function 162 plus one in the SUM function 199 added term for field weakening correction. The outputs of the function 188 be in the function 190 which calculates the commanded modulation index M * index based on I d **, I q *, R s , ω r , V dc , and ψ d **, ψ q * according to the following equations: V d * = I d ** R s - ω e ψ q * [2] V q * = I q ** R s + ω e ψ q ** [3] V s * = [(V d *) 2 + (V q *) 2 ] 1.2 [4] M * index = (πV s *) / (2V dc ) [5]
M*index wird verwendet, um die in der Sättigungsfunktion 198 verwendeten
Grenzen und den Referenzmodulationsindex Mref zu
berechnen, der später
in Tabelle I erläutert
wird.M * index is used to fill in the saturation function 198 used limits and the reference modulation index M ref , which will be explained later in Table I.
Die
Funktion 192 des Moduls 186 zur Feldschwächung berechnet
das Quadrat der Größe Mindex. Die Ausgaben der Funktionen 172 und 174 (welche
die Eingaben der Funktion 192 sind) sind die Längsachsen- und
die Querachsenspannungen, die vom Inverter an die Maschine angelegt
werden würden.
Unter Verwendung der äquivalenten
Gleichungen von [4] und [5] wird Mindex berechnet.
Bei der Berechnung von Mindex werden die
tatsächlichen
Spannungen, die vom Inverter angelegt werden sollen, im Gegensatz
zu den in den Gleichungen [2]–[5]
verwendeten befohlenen Spannungen verwendet. Die Ausgabe der Funktion 192 wird
in SUMME 194 eingespeist, wo |Mindex|2 von |Mref|2 subtrahiert wird, wobei Mref der
Referenzmodulationsindex (siehe Tabelle I) ist, und das Ergebnis
in die PI-Funktion 196 eingespeist. Mref definiert
den Bruchteil der verfügbaren Gleichspannung,
die vom Inverter 182 verwendet werden soll. Die PI-Funktion 196 erzeugt
die gewünschte zusätzliche
Längsachsenstromrückkopplung,
die benötigt
wird, um den Modulationsindex Mindex an
den Referenzmodulationsindex Mref anzupassen.
Die Ausgabe der PI-Funktion 196 wird in den nichtlinearen
Kompensator 198 eingespeist, wobei die obere und untere
Grenze am Rückkopplungsfehler-Strom ΔId* gemäß Tabelle I
eingestellt sind. Der Rückkopplungsfehler-Strom ΔId* modifiziert den Strom Id*,
der durch die Tabelle 162 für optimierte Befehle eingespeist
wurde. Idealerweise sollte der Rückkopplungsfehler-Strom
Null sein, da die Funktion 162 den richtigen Betrag eines
Längsachsenstroms
in die Maschine zur Feldschwächungssteuerung bei
hohen Motordrehzahlen einspeisen sollte. Die von der Funktion 162 durch
den Controller oder Stromregler 185 abgeleitete Feedforward-Steuerung
bzw. Steuerung mit positiver Rückkopplung
kann keine Stabilität
garantieren, weil es manchmal Schwankungen zwischen den in der Funktion 162 gespeicherten
Maschinenparametern und der tatsächlichen
Maschine aufgrund von Alterungseffekten, eine Schwankung in den
Betriebsbedingungen wie z.B. der Temperatur, eine Schwankung von
einer Maschine zur anderen aufgrund von Fertigungsunterschieden
etc. gibt. Daher beachtet bzw. berücksichtigt die Funktion 186 zur
Feldschwächungskorrektur
solche Schwankungen bzw. Variationen, indem der Korrekturterm ΔId* geliefert wird, der in der SUMME-Funktion 199 zu
Id* addiert wird.The function 192 of the module 186 for field weakening, the square of size M calculates index . The outputs of the functions 172 and 174 (which the inputs of the function 192 are) the longitudinal and transverse axis voltages that would be applied by the inverter to the machine. Using the equivalent equations of [4] and [5], M index is calculated. In calculating M index , the actual voltages to be applied by the inverter are used in contrast to the commanded voltages used in equations [2] - [5]. The output of the function 192 will be in SUM 194 fed, where | M index | 2 of | M ref | 2 , where M ref is the reference modulation index (see Table I), and the result is in the PI function 196 fed. M ref defines the fraction of the available DC voltage available from the inverter 182 should be used. The PI function 196 generates the desired additional longitudinal axis current feedback needed to match the modulation index M index to the reference modulation index M ref . The output of the PI function 196 gets into the nonlinear compensator 198 with the upper and lower limits set on the feedback error current ΔI d * according to Table I. The feedback error current ΔI d * modifies the current I d * given by the table 162 for optimized commands. Ideally, the feedback error current should be zero because of the function 162 should feed the proper amount of longitudinal axis current into the field weakening control machine at high engine speeds. The of the function 162 through the controller or current regulator 185 derived feedforward control or positive feedback control can not guarantee stability because there are sometimes fluctuations between those in the function 162 stored machine parameters and the actual machine due to aging effects, a fluctuation in the operating conditions such as the temperature, a fluctuation from one machine to another due to Ferti differences in distribution, etc. Therefore, the function takes into account or takes into account 186 for field weakening correction, such variations are provided by providing the correction term ΔI d * that is in the SUM function 199 is added to I d *.
Die
Größe von Mref, der in Block 194 eingespeist
wird, und die Einstellung der Id-Grenzen
im Sättigungsblock 198 aktiviert
oder deaktiviert die Spannungsschleifen. Dies wird in der folgenden
Tabelle erläutert. Es
werden drei Fälle
betrachtet. Die in Tabelle I definierten logischen Operationen werden
genutzt, um die Grenzen in den Blöcken 198 einzustellen
und den eingegebenen Mref in den Block 194 zu
definieren. Tabelle
I: Einstellungen der Grenzen The size of M ref , in block 194 is fed, and the setting of the I d boundaries in the saturation block 198 activates or deactivates the voltage loops. This is explained in the following table. Three cases are considered. The logical operations defined in Table I are used to define the boundaries in the blocks 198 set and the entered M ref in the block 194 define. Table I: Settings of limits
Fall 1 (M*index < Mlow):Case 1 (M * index <M low ):
Mref wird auf Mhigh gesetzt,
und Idsat + wird
auf Null gesetzt. Mit diesen Einstellungen ist das Fehlersignal an
den PI-Block 196 positiv, und die Ausgabe der Spannungsschleife 186 ist
Null, da die obere Sättigungsgrenze
im Sättigungsblock 198 auf
Null gesetzt ist. Folglich ist die Spannungsschleife 186 deaktiviert.
Die negative Sättigungsgrenze
des Blocks 198 hat keine Konsequenz, ist jedoch der Zweckmäßigkeit
halber auf –K2|Id*| eingestellt.M ref is set to M high and I dsat + is set to zero. With these settings, the error signal is to the PI block 196 positive, and the output of the voltage loop 186 is zero, since the upper saturation limit in the saturation block 198 set to zero. Consequently, the voltage loop 186 disabled. The negative saturation limit of the block 198 has no consequence, but is, for convenience, -K2 | I d * | set.
Fall 2 (M*index > Mlow und
M*index < Mhigh):Case 2 (M * index > M low and M * index <M high ):
Mref ist auf M*index gesetzt.
Die oberen und unteren Sättigungsgrenzen
im Block 198 sind auf K1|Id*| bzw. K2|Id*| eingestellt. Diese Einstellungen aktivieren
die Spannungsschleife 186. Die Spannungsschleife 186 wird aktiviert,
wenn M*index die untere Grenze Mlow überschreitet.
Diese untere Grenze kann auf jeden beliebigen Wert gesetzt werden.
Wenn typischerweise ein Stromregler 160 im linearen Bereich (z.B.
M*index < 0,9069)
arbeitet, hat der Inverter 182 einen angemessenen Spannungsspielraum,
und Hilfe von der Spannungsschleife 186 ist im Allgemeinen
nicht erforderlich. Daher kann die untere Grenze Mlow beim Übergangswert
zwischen dem linearen und dem nichtlinearen Bereich oder geringfügig niedriger
eingestellt werden. Dies erlaubt einen sanften Übergang vom linearen in den
nichtlinearen Bereich.M ref is set to M * index . The upper and lower saturation limits in the block 198 are on K1 | I d * | or K2 | I d * | set. These settings activate the voltage loop 186 , The voltage loop 186 is activated when M * index exceeds the lower limit M low . This lower limit can be set to any value. Typically, when a current regulator 160 operates in the linear range (eg M * index <0.9069), the inverter has 182 adequate voltage margin, and help from the voltage loop 186 is generally not required. Therefore, the lower limit M low can be set at the transition value between the linear and nonlinear range or slightly lower. This allows a smooth transition from the linear to the non-linear range.
Der
Befehl Id* für den Längsachsenstrom wird im Block 162 berechnet,
um die Systemleistung zu maximieren, während die Busspannung richtig
genutzt wird. Daher sollte idealerweise unter stationären Bedingungen
M*index eng mit Mindex zusammenpassen,
und von der Spannungsschleife 186 wäre keine Hilfe erforderlich.
Mit anderen Worten wäre
die Ausgabe ΔId* des Sättigungsblocks 198 Null.
Die Spannungsschleife 186 würde jedoch während einer Übergangsoperation
benötigt
werden, um die zusätzlichen
instationären
bzw. Übergangsspannungen
(z.B. von den induktiven Abfällen)
zu überwinden.
Aufgrund der Differenzen zwischen den tatsächlichen Charakteristiken der
Maschine und den gemessenen Charakteristiken, die in 16A–C veranschaulicht sind, wird
auch erwartet, dass der tatsächliche
Modulationsindex Mindex von dem befohlenen Modulationsindex
M*index verschieden ist. Der Abweichungspegel
wird vom Fehler zwischen den gemessenen und den tatsächlichen
Maschinencharakteristiken abhängen.
In solch einem Fall korrigiert die Spannungsschleife den Fehler
und würde
eine stabile Steuerung ermöglichen.
Daher können
die Konstanten K1 und K2 auf niedrige Werte gesetzt werden. Typische
Werte von 0,1 bzw. 0,4 oder niedriger wären ausreichend. Wenn man eine
positive Sättigungsgrenze
ungleich Null zulässt,
hilft dies signifikant dabei, den Modulationsindex nahe zum befohlenen
Wert zu bringen, wenn die Ausgabe des PI-Blocks 196 einmal
positiv wird.The command I d * for the longitudinal axis current is in the block 162 to maximize system performance while properly using the bus voltage. Therefore, under steady state conditions, M * index should ideally fit closely with M index , and from the voltage loop 186 No help would be required. In other words, the output would be ΔI d * of the saturation block 198 Zero. The voltage loop 186 however, would be needed during a transient operation to overcome the additional transient voltages (eg, from the inductive wastes). Due to the differences between the actual characteristics of the machine and the measured characteristics, which in 16A Also, it is expected that the actual modulation index M index will be different from the commanded modulation index M * index . The deviation level will depend on the error between the measured and actual machine characteristics. In such a case, the voltage loop corrects the error and would allow stable control. Therefore, the constants K1 and K2 can be set to low values. Typical values of 0.1 or 0.4 or lower would be sufficient. Allowing a non-zero positive saturation limit significantly helps to bring the modulation index close to the commanded value when the PI block output 196 once it becomes positive.
Fall 3 (M*index > Mhigh):Case 3 (M * index > M high ):
Falls
M*index eine bestimmte vordefinierte Grenze
Mhigh überschreitet
(siehe auch 17), wird
dann Mref auf Mhigh gesetzt.
Der Wert Mhigh stellt grundsätzlich die
obere Grenze des Betriebs im Übersteuerungsbereich
ein. In unserem Experiment stellen wir diesen Wert auf die 95 %
der Sechsstufen-Operation ein. Eine Spannungssteuerung zur vollen
Sechsstufen-Operation würde
man jedoch nicht empfehlen, da der Spannungsspielraum zwischen einer
Sechsstufen-Operation und 95 % einer Sechsstufen-Operation von der
Stromschleife benötigt
wird, um einen etwaigen instationären Betrieb zu berücksichtigen.
Die Sättigungsgrenzen
des Blocks 198 werden daher gegenüber den Werten des Falls 2 unverändert beibehalten.If M * index exceeds a certain predefined limit M high (see also 17 ), then M ref is set to M high . The value M high basically represents the upper limit of the operation in Übersteuerungsbe rich. In our experiment we set this value to the 95% of the six-step operation. However, voltage control for full six-step operation would not be recommended since the voltage margin between a six-step operation and 95% of a six-step operation from the current loop is needed to account for any transient operation. The saturation limits of the block 198 are therefore compared to the values of the case 2 keep unchanged.
Die
Gesamtoperation der Funktion 160 des Steuerungssystems
der 20A–B (ausgeführt vom
System 500 von 22)
wird nun beschrieben. Die Spannungsschleife der Steuerungsfunktion 160 mit
den Funktionen 188, 190, 192, 194, 196,198 und
die in Tabelle I beschriebene Entscheidungstabelle modifizieren
direkt den Längsachsenstrom
der Maschine, um die Maschinenspannung zu steuern. Basierend auf
dem Drehmomentbefehl T*, der Maschinendrehzahl ωr und
der Gleichstrom-Busspannung
Vdc erzeugt (z.B. schlägt nach) die Tabelle 162 für optimale
Strombefehle die Längsachsen-
und Querachsenstrombefehle Id*, Iq*, die die Maschine am effizientesten antreiben
sollten, um diese Leistungserwartungen zu erfüllen. Der Längsachsenbefehl kann durch
eine feldschwächende
Korrektur ΔId* von der Funktion 186 modifiziert
werden. Die berechneten Strombefehle werden als nächstes mit
den gemessenen Strömen
Id, Iq verglichen,
und PI-geschützte
Reglerfunktionen 160, 170 arbeiten an den Fehlersignalen,
um Spannungsbefehle zu erzeugen und daher den Fehler zwischen dem
befohlenen und dem tatsächlichen
Strom gegen Null zu treiben. Die Terme für positive Rückkopplung
der Spannung (+ωr Ψd* + Iq* Rs) und (-ωr Ψd* + Iq* Rs), welche im Grunde die Drehzahlspannung und
der Widerstandsabfall sind, werden zur Ausgabe der PI-Regler 168, 170 addiert,
um die transiente Leistung des Stromreglers zu verbessern. Ein Anti-Überlaufstrom-Regler
(engl. anti-windup current regulator) kann hier ebenfalls genutzt
werden, um ein Stromüberschießen zu minimieren;
aber dies ist nicht wesentlich. Anti-Überlauf-Schemata sind in der
Technik bekannt, welche den Integratorterm der PI-Reglerfunktionen 168, 170 modifizieren,
um deren Sättigung
zu verhindern. Das Anti-Überlauf-Schema,
das zum Beispiel in PID Controller: Theory, Design, and Tuning von
K. Astrom, T. Hagglund, veröffenlicht
in Instrument Society of America, Research Triangle Park, North
Carolina präsentiert
wird, kann implementiert werden. Die Ausgabe der Stromregler (Funktionen 168–174)
wird in eine Übersteuerungsfunktion 176 eingespeist,
die das Schema wie von Holtz et al. (ebd.) beschrieben implementiert,
und daher in eine Funktion 178 zur Umwandlung zwischen
einem synchronen und stationären
Bezugssystem, wobei die Spannungsbefehle im synchronen Bezugssystem
in Spannungsbefehle im stationären
Bezugssystem umgewandelt werden. Die Funktion 178 nutzt
die gemessene oder geschätzte
Rotorstellung θr für
die Transformation. Die Ausgaben der Transformationsfunktion 178 werden
in eine Taktzyklus-Rechnerfunktion 160 eingespeist, worin
die Taktzyklen, die benötigt
werden, um die geeigneten Torsteuersignale an einen Inverter 182 anzulegen,
erzeugt und zum Inverter 182 durchgeleitet werden, der
dann die geeigneten Spannungen an der Maschine anlegt, um die gewünschten
Ströme
Ia, Ib, Ic (Ia, Ib, Ic sind Darstellungen im stationären Bezugssystem
der befohlenen Ströme
Id* und Iq* im synchronen
Bezugssystem) in der Maschine 30 zu erzeugen.The overall operation of the function 160 of the control system of 20A -B (executed by the system 500 from 22 ) will now be described. The voltage loop of the control function 160 with the functions 188 . 190 . 192 . 194 . 196 . 198 and the decision table described in Table I directly modify the longitudinal axis flow of the machine to control the machine voltage. Based on the torque command T *, the engine speed ω r and the DC bus voltage V dc generates (eg, beats) the table 162 for optimal current commands, the longitudinal and transverse axis current commands I d *, I q *, which should most efficiently drive the machine to meet these performance expectations. The longitudinal axis command can be replaced by a field-weakening correction ΔI d * of the function 186 be modified. The calculated current commands are next compared to the measured currents I d , I q , and PI protected controller functions 160 . 170 operate on the error signals to generate voltage commands and therefore drive the error between the commanded and the actual current to zero. The terms for positive feedback of the voltage (+ ω r Ψ d * + I q * R s ) and (-ω r Ψ d * + I q * R s ), which are basically the speed voltage and the resistance drop, become the output the PI controller 168 . 170 added to improve the transient performance of the current controller. An anti-windup current regulator can also be used to minimize over-current; but this is not essential. Anti-overflow schemes are known in the art which provide the integrator term of the PI controller functions 168 . 170 modify to prevent their saturation. The anti-overflow scheme presented in, for example, PID Controller: Theory, Design, and Tuning by K. Astrom, T. Hagglund, published in Instrument Society of America, Research Triangle Park, North Carolina, can be implemented. The output of the current controller (functions 168 - 174 ) becomes an override function 176 fed the scheme as described by Holtz et al. (ibid.), and therefore into a function 178 for converting between a synchronous and stationary reference system, wherein the voltage commands in the synchronous reference system are converted into voltage commands in the stationary reference system. The function 178 uses the measured or estimated rotor position θ r for the transformation. The outputs of the transformation function 178 become a clock cycle calculator function 160 wherein the clock cycles needed to provide the appropriate gating signals to an inverter 182 create, generated and to the inverter 182 which then applies the appropriate voltages to the machine to produce the desired currents I a , I b , I c (I a , I b , I c are representations in the stationary reference system of the commanded currents I d * and I q * im synchronous reference system) in the machine 30 to create.
Das
Modul 186 zur feldschwächenden
Korrektur modifiziert den Befehl Id* für den Längsachsenstrom, um
die Spannung für
den Betrieb bei hoher Drehzahl einzustellen. In einer PM-Maschine
wird der PM-Fluss der
Maschine nicht tatsächlich
reduziert; vielmehr wird ein negativer entmagnetisierender Längsachsenstrom angelegt,
um den gesamten Maschinenfluss zu reduzieren, wodurch die gegenelektromotorische
Kraft reduziert und ein Fortsetzen der Steuerung über den
Phasenstrom erlaubt wird. Für
Maschinen mit starkem Fluss wie z.B. die Axialflussmaschine der
vorliegenden Erfindung hat der Längsachsenstrom
einen starken Einfluss auf die Maschinenspannung, weshalb der Längsachsenstrom
so gesteuert wird, um zu kontrollieren, dass die Maschinenspannung
gut arbeitet. Um die instationäre
sowie die stationäre
Leistung zu verbessern, Stabilität sicherzustellen
und für
einen sanften Übergang
in den Übersteuerungsbereich
des Inverters 182 zu sorgen, ist das PI-gestützte Rückkopplungssteuermodul 186 vorgesehen.The module 186 for field weakening correction modifies the longitudinal axis current command I d * to set the voltage for high speed operation. In a PM machine, the PM flow of the machine is not actually reduced; rather, a negative demagnetizing longitudinal axis current is applied to reduce the overall machine flux, thereby reducing the back electromotive force and allowing control of the phase current to continue. For high flow machines such as the axial flow machine of the present invention, the longitudinal axis current has a strong influence on the machine voltage, therefore the longitudinal axis current is controlled to control that the machine voltage works well. To improve transient and steady state performance, ensure stability and smooth transition into the override range of the inverter 182 is the PI-based feedback control module 186 intended.
Die
Ausgaben der Regler (Funktionen 168–174) für befohlene
Ströme
werden in die Funktion 192 zur Berechnung von Modulationsindizes
eingespeist, wo die Größe des Modulationsindex
Mindex berechnet wird. Die einzelnen Längsachsen-
und Querachsenspannungen und auch die Gesamtspannungen lässt man
die Spannungsgrenze für
die Sechsstufen-Operation
erreichen. Während
einer Sechstufen-Operation wird die gesamte Busspannung an den Maschinenanschluss
angelegt, d.h. der Taktzyklus ist 1. Eine ausführliche Erläuterung einer Sechstufen-Operation
kann man in dem Text von Mohan (ebd.) finden, der später erläutert wird. Die
Größe des Modulationsindex
Mindex wird in Block 194 mit der
Größe Mref verglichen, um den Fehler zu bestimmen.
Mref ist keine feste Referenz, sondern hängt von
den Betriebsbedingungen ab. Um Mref zu bestimmen, muss
man den Modulationsindexbefehl M*index kennen.
M*index wird aus den Id**-
und Iq*-Werten berechnet, die an die Funktion 188 zur
Berechnung von Flussverkettungen geliefert werden. Die Flussverkettungen
werden dann in die Berechnungsfunktion 190 eingespeist,
die auf der Basis der Flussverkettungen, der Busspannung Vdc, der Maschinendrehzahl ωr, den Phasenbefehlsströmen Id*,
Iq* und des Phasenwiderstands Rs gemäß Gleichungen
[2]–[5]
M*index bestimmt.The outputs of the controller (functions 168 - 174 ) for commanded currents are in the function 192 for the calculation of modulation indices, where the size of the modulation index M index is calculated. The individual longitudinal axis and transverse axis voltages as well as the total voltages allow to reach the voltage limit for the six-step operation. During a six-stage operation, the entire bus voltage is applied to the machine terminal, ie the clock cycle is 1. A detailed explanation of a six-stage operation can be found in the text of Mohan (ibid.) Which will be explained later. The size of the modulation index M index is in block 194 compared with the size M ref to determine the error. M ref is not a fixed reference, but depends on the operating conditions. To determine M ref, one must know the modulation index instruction M * index . M * index is calculated from the I d ** and I q * values given to the function 188 for the calculation of flux linkages. The flux linkages then become the calculation function 190 determined based on the flux linkages, the bus voltage V dc , the engine speed ω r , the phase command currents I d *, I q * and the phase resistance R s according to equations [2] - [5] M * index .
Wenn
M*index unter dem linearen Arbeitsbereich
des Inverters 182 liegt, ist die gleichgerichtete Anschlussspannung
der Maschine niedriger als die Gleichstrom-Busspannung, und die
feldschwächende
Schleife (d.h. die Funktion 186) wird nicht benötigt. In
solch einem Fall wird Mref auf die obere
Grenze der Spannungsschleife wie in Tabelle I gezeigt eingestellt.
Der positive Sättigungsflusspegel
(Idsat +) in Funktion 198 ist
ebenfalls auf Null gesetzt. Daher ist die Spannungsschleife 168 gesperrt
(d.h. der Modulationsindexfehler ist positiv, so dass ΔId* = 0 gilt), und der Befehl Id*
für den
Längsachsenstrom
von der optimierten Funktion 162 wird unverändert in
den Stromregler 168, 170 eingespeist. Übersteigt
M*index einmal die Linear-Nichtlinear-Schwelle
Mlow und tritt in den nichtlinearen Übersteuerungsbereich
des Inverters 182 ein, wird die Modulationsindexreferenz Mref gleich M*index gesetzt.
Die Strombefehle Id*, Iq*
werden berechnet, um die Systemleistung zu maximieren, während die
Busspannung geeignet genutzt wird. Idealerweise sollte daher unter
stationären
Bedingungen M*index eng mit Mindex zusammenpassen,
und es wird von der Rückkopplungsschleife 186 wenig
oder keine Hilfe benötigt.
Mit anderen Worten wäre
die Ausgabe ΔId* der Sättigungsfunktion 198 ungefähr Null.
Jedoch wird im Allgemeinen eine gewisse Hilfe von der Schleife 186 während instationärer Operationen
für die Übergangsspannung
benötigt.
Aufgrund von Variationen bzw. Schwankungen der tatsächlichen
Maschinencharakteristiken gegen die gemessenen Charakteristiken
der 16A–C kann
der tatsächliche
Modulationsindex Mindex auch von dem befohlenen
Modulationsindex M*index geringfügig verschieden
sein. In solch einem Fall wird die Rückkopplungsschleife 186 den
Fehler korrigieren und eine stabile Steuerung erlauben. Die Einstellung
von Mref = M*index erlaubt
einen sehr sanften Übergang
des Inverters 182 in den Übersteuerungsbereich. Falls
M*index eine bestimmte vordefinierte Grenze
Mhigh übersteigt,
wird dann Mref gleich Mhigh gesetzt,
was im Grunde die obere Grenze des Betriebs des Übersteuerungsbereichs ist.
Der Wert Mhigh ist in geeigneter Weise etwa
95 % der Sechsstufen-Grenze der Operation, aber größere oder
kleinere Werte können
ebenfalls verwendet werden. Eine Spannungssteuerung auf die volle
Sechsstufen-Grenze ist jedoch im allgemeinen nicht wünschenswert,
da der Spannungsspielraum zwischen der vollen Sechsstufen-Grenze
und 95 % von der Stromschleife (Funktionen 163, 165, 168, 170, 172, 174, 176, 178 und 180)
benötigt
wird, um eine instationäre
bzw. transiente Operation zu berücksichtigen.
Selbst unter stationären
Bedingungen kann jedoch eine gewisse Schwankung zwischen dem befohlenen
und tatsächlichen
Modulationsindex aufgrund von Schwankungen zwischen dem Modell und
der tatsächlichen
Maschine und aufgrund von Messfehlern auftreten. Diese Differenzen
werden durch die Rückkopplungsschleifenfunktion 186 korrigiert.
Die oberen und unteren Grenzen der Sättigungsfunktion 198 werden
ebenfalls eingestellt, indem M*index überprüft wird. Übersteigt
M*index einmal Mlower,
werden die oberen (Idsat +)
und unteren (Idsat –)
Sättigungsgrenzen
der Funktion 198 auf (K1|Id*|) bzw. (–K2|Id*|) eingestellt. Die befohlenen und tatsächlichen
Modulationsindizes sollten nahe beieinander liegen, so dass K1 und K2 mit typischen
Werten von K1 = etwa 0,1 und K2 =
etwa 0,4 klein sind; aber größere oder
kleinere Werte können ebenfalls
verwendet werden. Indem man eine positive Sättigungsgrenze ungleich Null
zulässt,
hilft dies signifikant dabei, den Modulationsindex nahe an den befohlenen
Wert zu bringen, wenn die Ausgabe der PI-Funktion 196 einmal
positiv wird. Wie früher
bemerkt wurde, wird diese positive Grenze auf Null gesetzt, wenn
der Stromregler (Funktionen 163, 165, 168, 170, 172, 174, 176, 178 und 180)
im linearen Bereich arbeiten, wodurch eine Rückkopplungsschleife 186 gesperrt
wird. Das oben beschriebene Steuerungssystem zum Betreiben der Maschine 30 liefert
ein ausgezeichnetes stationäres
und instationäres
Ansprechverhalten.If M * index is below the linear working range of the inverter 182 is the rectified terminal voltage of the machine is lower than the DC bus voltage, and the field weakening loop (ie the function 186 ) is not needed. In such a case, M ref is set to the upper limit of the voltage loop as shown in Table I. The positive saturation flux level (I dsat + ) in function 198 is also set to zero. Therefore, the voltage loop 168 locked (ie the modulation index error is positive, so that ΔI d * = 0), and the command I d * for the longitudinal axis current from the optimized function 162 is unchanged in the current regulator 168 . 170 fed. Once M * index exceeds the linear nonlinear threshold M low , it enters the non-linear overdrive range of the inverter 182 on, the modulation index reference M ref is set equal to M * index . The current commands I d *, I q * are calculated to maximize system performance while suitably utilizing the bus voltage. Ideally, therefore, under steady state conditions, M * index should closely match M index , and it will be from the feedback loop 186 little or no help needed. In other words, the output ΔI d * would be the saturation function 198 about zero. However, there is generally some help from the loop 186 during transient operations needed for the transient voltage. Due to variations of the actual machine characteristics against the measured characteristics of the machine 16A -C, the actual modulation index M index may also be slightly different from the commanded modulation index M * index . In such a case, the feedback loop becomes 186 correct the error and allow stable control. The setting of M ref = M * index allows a very smooth transition of the inverter 182 in the override area. If M * index exceeds a certain predefined limit M high , then M ref is set equal to M high , which is basically the upper limit of the operation of the override range. The value M high is suitably about 95% of the six-step limit of the operation, but larger or smaller values may also be used. However, voltage control to the full six-step limit is generally undesirable since the voltage margin between the full six-step boundary and 95% of the current loop (functions 163 . 165 . 168 . 170 . 172 . 174 . 176 . 178 and 180 ) is needed to account for a transient operation. Even under steady state conditions, however, there may be some variation between the commanded and actual modulation index due to variations between the model and the actual machine and due to measurement errors. These differences are made by the feedback loop function 186 corrected. The upper and lower limits of the saturation function 198 are also set by checking M * index . If M * index exceeds M lower , the upper (I dsat + ) and lower (I dsat - ) saturation limits of the function become 198 is set to (K 1 | I d * |) or (-K 2 | I d * |). The commanded and actual modulation indices should be close to each other such that K 1 and K 2 are small with typical values of K 1 = about 0.1 and K 2 = about 0.4; but larger or smaller values can also be used. By allowing a positive non-zero saturation limit, this significantly aids in bringing the modulation index close to the commanded value when the output of the PI function 196 once it becomes positive. As noted earlier, this positive limit is set to zero when the current controller (functions 163 . 165 . 168 . 170 . 172 . 174 . 176 . 178 and 180 ) operate in the linear range, creating a feedback loop 186 is locked. The control system described above for operating the machine 30 provides excellent steady state and transient response.
21A–B zeigen Plots 202, 206 von
Befehlen für
Längsachsen-
bzw. Querachsenströme
für den
Motor der vorliegenden Erfindung unter mehreren Betriebsbedingungen.
Diese Plots zeigen die Anti-Überlauf-Effekt
eines Reglers für
synchrone Ströme
(Funktionen 163, 165, 168, 170, 172, 174, 176 und 180 (das
Anti-Überlaufschema
ist jedoch in 20 nicht
dargestellt)) bei 1200 UpM als Antwort auf ein bei 250 Vdc (Kurven 204, 208) und
350 Vdc (Kurven 203 und 207)
instationäres
100 %-Drehmoment (d.h. 0–500
N-m). Für
die Kurve 204 ist die Stromskala 100 A/div, und
für die
Kurven 203, 204, 207 ist die Stromskala 120 A/div.
Im vergrößerten Teil 209 der
Kurve 203 zeigt die sich verhältnismäßig langsam ändernde
Spur 203-1 Id**, und die sich schnell ändernde Spur 203-2 zeigt
den gemessenen Längsachsenstrom
Id. Die Spur 203-2 approximiert
Id, der sich tatsächlich in Form von Treppenstufen
auf und ab bewegt. Die Spuren 204, 207, 208 zeigen
ein ähnliches Verhalten.
Der tatsächliche
Strom folgt dem Strombefehl genau, wie man in 21A–B
erkennen kann. Für dieses
Experiment war 1200 UpM die maximale Drehzahl des Antriebs. Bei
der maximalen Drehzahl ist die gegenelektromotorische Kraft der
Maschine viel höher
als die Busspannungen von 250 V und 350 V. Die Feedforward-Steuerung
bzw. Steuerung mit positiver Rückkopplung
(Befehlsausgabe der Funktion 162 an den Stromregler oder
die Controller-Funktion 185), die zusammen mit der Spannungsrückkopplungsschleifenfunktion 186 arbeitet,
stellen die stabile Leistung des Antriebs sogar während des
Stufenbefehls von Null auf das Spitzendrehmoment der Maschine von
500 N-m sicher. 21A -B show plots 202 . 206 of commands for longitudinal axis currents for the engine of the present invention under a plurality of operating conditions. These plots show the anti-overflow effect of a synchronous stream regulator (functions 163 . 165 . 168 . 170 . 172 . 174 . 176 and 180 (however, the anti-overflow scheme is in 20 not shown)) at 1200 rpm in response to a 250V dc (curves 204 . 208 ) and 350 V dc (curves 203 and 207 ) transient 100% torque (ie 0-500 Nm). For the curve 204 is the current scale 100 A / div, and for the curves 203 . 204 . 207 is the current scale 120 A / div. In the enlarged part 209 the curve 203 shows the relatively slowly changing track 203-1 I d **, and the fast-changing track 203-2 shows the measured longitudinal axis current I d . The track 203-2 I d approximates, which actually moves up and down in the form of steps. The traces 204 . 207 . 208 show a similar behavior. The actual current follows the current command exactly as you go in 21A -B can recognize. For this experiment, 1200 rpm was the maximum speed of the drive. At the maximum speed, the counter-electromotive force of the machine is much higher than the bus voltages of 250 V and 350 V. The feedforward control or positive feedback control (command output of the function 162 to the current regulator or the controller function 185 ), which together with the voltage feedback loop function 186 works, ensure the stable performance of the drive even during the step command from zero to the top torque of the machine of 500 Nm.
22 ist ein vereinfachtes
schematisches Diagramm eines computergestützten Systems 500,
das zum Ausführen
der Steuerungsprozesse der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
Das System 500 umfasst ein Steuerungsmodul 501 mit
einem Prozessor 502, einem Programmspeicher 504 zum
Speichern der Betriebsanweisungen zum Ausführen des Steuerungsprozesses 160,
einem temporären
Speicher 505 zum Speichern von Variablen während des
Betriebs bzw. der Operation des Steuerungsmoduls 501 und
des Systems 500, einem Speicher 506 für Maschineneigenschaften,
um die Maschineneigenschaften für
die Tabelle optimierter Befehle der Funktion 162 zu speichern,
die durch das Verfahren 790 bestimmt und im Steuerungsprozess 160 genutzt
wird, Ausgabepuffern 508 zum Koppeln des Controllers 501 mit
einem Inverter 182 und Eingabepuffern 510 zum
Empfangen gemessener Größen 184 von
dem Detektor 512 für
gemessene Größen. Der
Prozessor 502, die Speicher 504, 505, 506 und
I/O-Puffer 510, 508 sind durch einen Bus oder
Leitungen 503 gekoppelt. Die Ausgabepuffer 508 sind über einen
Bus oder Leitungen 509 mit dem Inverter 182 gekoppelt.
Die Eingabepuffer 510 sind durch einen Bus oder Leitungen 511 mit
dem Detektor 512 für
gemessene Größen gekoppelt.
Der Detektor 512 für
gemessene Größen misst
Größen und
Richtungen der Phasenströme
Ia, Ic über Leitungen 513, 514,
empfängt
die Maschinendrehzahl und den Rotorwinkel über Leitungen 31 und
empfängt über eine
Leitung 515 Vdc und überträgt die festgestellten
Größen auf
Leitungen 511 zum Modul 501. Der Inverter 182 empfängt auch über eine
Leitung 183 Vdc, wie vorher erläutert wurde.
Die Eingabepuffer 510 empfangen auch das befohlene Drehmoment
T*, das vom Nutzer geliefert wird. In einer Fahrzeuganwendung wird dieses
typischerweise aus der Gaspedalstellung abgeleitet. Das System 500 veranschaulicht
den Controller 501, der zum Ausführen des Verfahrens 790 offline
(obgleich dies nicht wesentlich ist) und zum Liefern einer Echtzeitsteuerung
des Motors 30 unter Verwendung der Sequenz von Operationen
und Funktionen geeignet ist, die in 20A–B veranschaulicht
sind. 22 is a simplified schematic diagram of a computerized system 500 , which is suitable for carrying out the control processes of the present invention. The system 500 includes a control module 501 with a processor 502 , a program memory 504 for storing the operation instructions for executing the control process 160 , a temporary storage 505 to save of variables during operation or operation of the control module 501 and the system 500 , a store 506 for machine properties, to set the machine properties for the table of optimized commands of the function 162 to save that by the procedure 790 determined and in the control process 160 is used, output buffers 508 for coupling the controller 501 with an inverter 182 and input buffers 510 for receiving measured quantities 184 from the detector 512 for measured sizes. The processor 502 , the memory 504 . 505 . 506 and I / O buffers 510 . 508 are by a bus or wires 503 coupled. The output buffers 508 are over a bus or lines 509 with the inverter 182 coupled. The input buffers 510 are by a bus or wires 511 with the detector 512 coupled for measured sizes. The detector 512 for measured quantities, measures sizes and directions of the phase currents I a , I c via lines 513 . 514 , receives the engine speed and the rotor angle via lines 31 and receive over a line 515 V dc and transmits the determined quantities on lines 511 to the module 501 , The inverter 182 also receives via a wire 183 V dc , as previously explained. The input buffers 510 also receive the commanded torque T * supplied by the user. In a vehicle application, this is typically derived from the accelerator pedal position. The system 500 illustrates the controller 501 who is to carry out the procedure 790 offline (although not essential) and providing real-time control of the engine 30 is suitable using the sequence of operations and functions described in 20A -B are illustrated.
Obgleich
in der vorhergehenden ausführlichen
Beschreibung zumindest eine beispielhafte Ausführungsform präsentiert
wurde, sollte man erkennen, dass es eine riesige Zahl von Variationen
gibt. Obgleich zum Beispiel ein Kühlmittelring 88 im
Eingriff mit dem äußeren Umfang
des ringförmigen
Stators 36 dargestellt ist und diese Anordnung bevorzugt
wird, kann er alternativ oder komplementär an dem inneren Umfang oder anderen
Teilen des ringförmigen
Stators 36 mit einer geeigneten Abwandlung des Rotorstegs 70 angreifen bzw.
anliegen. Obgleich die vorliegende Erfindung als insbesondere an
einen direkten Antrieb eines Fahrzeugrads ohne Untersetzungsgetriebe
oder dergleichen angepasst beschrieben ist, ist die Verwendung solcher Untersetzungsgetriebe
ferner nicht ausgeschlossen. Obgleich zwei Rotoren bevorzugt werden,
ist dies außerdem
nicht wesentlich, und ein oder mehr Rotoren können verwendet werden. Man
sollte auch erkennen, dass die beispielhafte Ausführungsform
oder beispielhaften Ausführungsformen
nur Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder Konfiguration
der Erfindung in keiner Weise beschränken sollen. Vielmehr bietet
die vorhergehende ausführliche
Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Plan, um die beispielhafte
Ausführungsform
oder beispielhaften Ausführungsformen
auszuführen.
Es sollte sich verstehen, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und
Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung
abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen und ihren legalen Äquivalenten
dargelegt ist.Although at least one exemplary embodiment has been presented in the foregoing detailed description, it should be recognized that there are a vast number of variations. Although, for example, a coolant ring 88 engaged with the outer circumference of the annular stator 36 is shown and this arrangement is preferred, it may alternatively or complementarily on the inner periphery or other parts of the annular stator 36 with a suitable modification of the rotor bar 70 attack or abut. Further, although the present invention has been described as being particularly adapted to a direct drive of a vehicle wheel without a reduction gear or the like, the use of such reduction gears is not excluded. In addition, although two rotors are preferred, this is not essential, and one or more rotors may be used. It should also be appreciated that the exemplary embodiment or exemplary embodiments are only examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the invention in any way. Rather, the foregoing detailed description offers one skilled in the art a suitable layout for carrying out the exemplary embodiment or exemplary embodiments. It should be understood that various changes in the function and arrangement of elements may be made without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims and their legal equivalents.