DE102014223224A1 - Drive device and method for operating a drive device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit einem Elektromotor, der mehrere Teilmotoren aufweist, mit mehreren, jeweils mit einem Teilmotor verbundenen Wechselrichtern, welche an ein gemeinsames Gleichspannungsnetz anbindbar sind und mit einer Anbindungseinrichtung zur Anbindung der Wechselrichter an das gemeinsame Gleichspannungsnetz, welche mindestens zwei Anbindungszustände aufweist, wobei in einem ersten Anbindungszustand alle Wechselrichter in Reihe geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden sind und in einem zweiten Anbindungszustand alle Wechselrichter parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Antriebseinrichtung.The invention relates to a drive device with an electric motor, which has a plurality of partial motors, with a plurality of inverters, each connected to a partial motor, which can be connected to a common DC voltage network and with a connection device for connecting the inverters to the common DC voltage network, which has at least two connection states. wherein, in a first connection state, all inverters are connected in series to the direct voltage network and, in a second connection state, all inverters are connected in parallel to the direct voltage network. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a drive device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit einem Elektromotor, der mehrere Teilmotoren aufweist, und mit mehreren, jeweils mit einem Teilmotor verbundenen Wechselrichtern welche an ein gemeinsames Gleichspannungsnetz anbindbar sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einer elektrischen Traktionsantriebseinrichtung. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinrichtung mit einem Elektromotor, der mehrere Teilmotoren aufweist, und mit mehreren, jeweils mit einem Teilmotor verbundenen Wechselrichtern welche an ein gemeinsames Gleichspannungsnetz anbindbar sind.The invention relates to a drive device with an electric motor, which has a plurality of partial motors, and with a plurality of in each case connected to a motor part inverters which can be connected to a common DC voltage network. The invention further relates to a vehicle with an electric traction drive device. In addition, the invention relates to a method for operating a drive device with an electric motor, which has a plurality of sub-motors, and with a plurality of in each case connected to a motor part inverters which can be connected to a common DC voltage network.

Anwendung finden kann die Erfindung unter anderem in Elektro- oder Hybridfahrzeugen und in Werkzeugmaschinen. The invention can be applied, inter alia, in electric or hybrid vehicles and in machine tools.

In der US 8 497 648 B2 wird eine Antriebseinrichtung beschrieben, welche einen als permanentmagneterregten Synchronmotor ausgebildeten Elektromotor mit mehreren Polpaaren aufweist. Die einem Polpaar dieses Elektromotors zugeordneten Spulen bilden jeweils einen Teilmotor, welcher über einen separaten Wechselrichter angesteuert wird. Die Wechselrichter sind parallel zueinander geschaltet an ein gemeinsames Gleichspannungsnetz angebunden. In the US Pat. No. 8,497,648 B2 a drive device is described, which has a designed as a permanent magnet synchronous motor electric motor with a plurality of pole pairs. The coils associated with a pole pair of this electric motor each form a partial motor, which is controlled via a separate inverter. The inverters are connected in parallel to each other and connected to a common DC voltage network.

Bei einer derartigen Antriebseinrichtung liegt an allen Wechselrichtern die Spannung des Gleichspannungsnetzes an, welche üblicherweise derart gewählt ist, dass sie der im Volllastbetrieb des Elektromotors erforderlichen Gleichspannung entspricht. Im Teilllastbetrieb ist es zur Begrenzung der durch die Wechselrichter in den Elektromotor eingeprägten Ströme erforderlich, die Wechselrichter derart zu betreiben, dass pulsförmige Spannungen mit sehr kurzen Pulsweiten bereitgestellt werden. In diesem Zusammenhang hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass die Kombination aus einer hohen Spannung des Gleichspannungsnetzes und den kurzen Pulsweiten zu hohen Schaltverlusten in den Wechselrichtern sowie zu Stromüberschwingern und harmonischen Stromoberwellen führt, welche Verluste an den Spulen des Elektromotors hervorrufen. In such a drive device, the voltage of the DC voltage network is applied to all inverters, which is usually selected such that it corresponds to the DC voltage required in full load operation of the electric motor. In partial load operation, in order to limit the currents impressed by the inverters into the electric motor, it is necessary to operate the inverters in such a way that pulsed voltages with very short pulse widths are provided. In this context, it has proved to be disadvantageous that the combination of a high voltage of the DC voltage network and the short pulse widths leads to high switching losses in the inverters as well as current overshoots and harmonic current harmonics, which cause losses to the coils of the electric motor.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verluste im Teillastbetrieb zu reduzieren.Against this background, it is an object of the present invention to reduce losses in part-load operation.

Bei einer Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe durch eine Anbindungseinrichtung zur Anbindung der Wechselrichter an das gemeinsame Gleichspannungsnetz gelöst, welche mindestens zwei Anbindungszustände aufweist, wobei in einem ersten Anbindungszustand alle Wechselrichter in Reihe geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden sind und in einem zweiten Anbindungszustand alle Wechselrichter parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden sind. In a drive device of the type mentioned above, the object is achieved by a connection device for connecting the inverter to the common DC network, which has at least two connection states, in a first connection state all inverters are connected in series connected to the DC voltage network and in a second connection state all Inverters connected in parallel to the direct voltage network.

Über die Anbindungseinrichtung kann die Anbindung der Wechselrichter an das gemeinsame Gleichspannungsnetz wahlweise verändert werden, um die an den Wechselrichtern anliegende Gleichspannung einzustellen. In dem zweiten Anbindungszustand der Anbindungseinrichtung sind alle Wechselrichter parallel geschaltet. Bei der Parallelschaltung der Wechselrichter liegt eine im Vergleich zur Reihenschaltung erhöhte Gleichspannung an den Wechselrichtern an, so dass eine erhöhte Leistung der jeweiligen Teilmotoren abrufbar ist. In dem ersten Anbindungszustand sind alle Wechselrichter über die Anbindungseinrichtung in Reihe geschaltet mit dem Gleichspannungsnetz verbunden. Im Vergleich zu der Parallelschaltung ist die über den Leistungshalbleitern der Wechselrichter abfallende Spannung reduziert, so dass sich die Schaltverluste verringern. Bei der Reihenschaltung liegt über den Wechselrichtern eine Spannung an, die der durch die Anzahl der in Reihe geschalteten Wechselrichter geteilten Höhe der Spannung des Gleichspannungsnetzes entspricht. Somit wird es wahlweise möglich, die an den Wechselrichtern anliegende Gleichspannung einzustellen, um Verluste im Teillastbetrieb zu verringern. Via the connection device, the connection of the inverters to the common DC voltage network can optionally be changed in order to set the DC voltage applied to the inverters. In the second connection state of the connection device all inverters are connected in parallel. When the inverters are connected in parallel, a DC voltage which is increased in comparison to the series connection is applied to the inverters, so that an increased power of the respective partial motors can be called up. In the first connection state, all inverters are connected in series via the connection device to the DC voltage network. In comparison with the parallel connection, the voltage drop across the power semiconductors of the inverters is reduced so that the switching losses are reduced. In series connection, a voltage is applied across the inverters, which corresponds to the voltage divided by the number of series-connected inverters in the DC voltage network. Thus, it is optionally possible to adjust the voltage applied to the inverters DC voltage to reduce losses in partial load operation.

Der Elektromotor kann eine beliebige Anzahl an Teilmotoren aufweisen, insbesondere zwei, vier, sechs, acht oder zehn Teilmotoren. Die Teilmotoren des Elektromotors wirken bevorzugt auf eine gemeinsame Antriebswelle der Antriebseinrichtung ein. Vorteilhafterweise weisen die Teilmotoren einen gemeinsamen Stator und/oder einen gemeinsamen Rotor auf. Besonders bevorzugt umfassen die Teilmotoren eine Teilwicklung des Stators und/oder des Rotors des Elektromotors. Der Elektromotor kann mehrere Polpaare aufweisen, wobei ein Teilmotor jeweils mindestens ein Polpaar des Elektromotors aufweist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Teilmotoren separate Rotoren und/oder separate Statoren aufweisen und/oder in separaten Gehäusen angeordnet sind. The electric motor can have any desired number of partial motors, in particular two, four, six, eight or ten partial motors. The partial motors of the electric motor preferably act on a common drive shaft of the drive device. Advantageously, the partial motors have a common stator and / or a common rotor. Particularly preferably, the partial motors comprise a partial winding of the stator and / or the rotor of the electric motor. The electric motor may have a plurality of pole pairs, wherein a partial motor in each case has at least one pole pair of the electric motor. Alternatively it can be provided that the partial motors have separate rotors and / or separate stators and / or are arranged in separate housings.

Die Wechselrichter sind bevorzugt als selbstgeführte Wechselrichter ausgebildet. Vorteilhaft ist es, wenn die Wechselrichter derart ausgestaltet sind, dass motorseitig ein zumindest annähernd sinusförmiger Stromverlauf mit einstellbarer Frequenz erzeugbar ist. Besonders bevorzugt ist durch die Wechselrichter ein dreiphasiges Drehstromsystem erzeugbar, so dass als dreiphasige Drehstrommotoren ausgebildete Teilmotoren angesteuert werden können.The inverters are preferably designed as self-commutated inverters. It is advantageous if the inverters are configured in such a way that an at least approximately sinusoidal current profile with adjustable frequency can be generated on the motor side. Particularly preferably, a three-phase three-phase system can be generated by the inverters so that partial motors designed as three-phase three-phase motors can be driven.

Das Gleichspannungsnetz der Antriebseinrichtung kann als Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, ausgebildet sein. Alternativ kann das Gleichspannungsnetz als Gleichspannungszwischenkreis, insbesondere als Gleichspannungszwischenkreis eines Gleichspannungszwischenkreisumrichters, ausgebildet sein. The DC voltage network of the drive device can be designed as a vehicle electrical system of a vehicle, in particular of an electric or hybrid vehicle. Alternatively, the DC voltage network as DC voltage intermediate circuit, in particular as a DC voltage intermediate circuit of a DC voltage intermediate converter, be formed.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Anbindungseinrichtung mindestens einen dritten Anbindungszustand aufweist, in welchem die Wechselrichter als mehrere in Reihe geschaltete Gruppen von parallel geschalteten Wechselrichtern oder als mehrere parallel geschaltete Gruppen von in Reihe geschalteten Wechselrichtern an das Gleichspannungsnetz anbindbar sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass durch die Anbindungseinrichtung eine Verschaltung der Wechselrichter bereitgestellt werden kann, bei welcher an den Wechselrichtern eine Gleichspannung anliegt, die gegenüber der Parallelschaltung aller Wechselrichter reduziert ist und höher ist, als die bei einer Reihenschaltung aller Wechselrichter anliegende Gleichspannung. Insofern lassen sich an den Wechselrichtern mindestens drei Spannungsniveaus der anliegenden Gleichspannung, insbesondere lastabhängig, einstellen. Optional kann die Anbindungseinrichtung weitere Anbindungszustände aufweisen, in welchen die Wechselrichter als mehrere in Reihe geschaltete Gruppen von parallel geschalteten Wechselrichtern oder als mehrere parallel geschaltete Gruppen von in Reihe geschalteten Wechselrichtern an das Gleichspannungsnetz anbindbar sind. Insbesondere bei solchen Antriebseinrichtungen, die mehr als vier Wechselrichter aufweisen, können weitere Anbindungszustände vorgesehen sein, um mehr als drei Spannungsniveaus der an den Wechselrichtern anliegenden Gleichspannung bereitzustellen.According to an advantageous embodiment, it is provided that the connection device has at least one third connection state, in which the inverters can be connected to the direct voltage network as a plurality of series-connected groups of parallel-connected inverters or as several parallel-connected groups of series-connected inverters. This has the advantage that an interconnection of the inverters can be provided by the connection device, in which a DC voltage is applied to the inverters, which is reduced compared to the parallel connection of all inverters and is higher than the voltage applied to a series connection of all inverters DC voltage. In this respect, at least three voltage levels of the applied DC voltage, in particular load-dependent, can be set at the inverters. Optionally, the connection device can have further connection states in which the inverters can be connected to the direct voltage network as a plurality of series-connected groups of parallel-connected inverters or as a plurality of parallel-connected groups of series-connected inverters. In particular, in such drive devices, which have more than four inverters, further connection states can be provided in order to provide more than three voltage levels of the DC voltage applied to the inverters.

Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Antriebseinrichtung mehrere Kondensatoren aufweist, wobei jedem Wechselrichter zumindest ein Kondensator zugeordnet ist, so dass die Stabilität der an den Wechselrichtern anliegenden Gleichspannung verbessert werden kann. Die Kondensatoren können Zwischenkreiskondensatoren eines Gleichspannungszwischenkreises sein. Preferred is an embodiment in which the drive device has a plurality of capacitors, wherein each inverter is associated with at least one capacitor, so that the stability of the voltage applied to the inverters DC voltage can be improved. The capacitors may be DC link capacitors of a DC intermediate circuit.

Besonders bevorzugt weist die Antriebseinrichtung eine Steuereinheit auf, über welche die Anbindungszustände der Anbindungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Lastzustand des Elektromotors, insbesondere von den Lastzuständen der Teilmotoren, einstellbar sind. Insofern kann die Steuereinheit den Lastzustand des Elektromotors erfassen und einen für den Lastzustand geeigneten Anbindungszustand einstellen. Die Steuereinheit kann mit mindestens einem Sensor zur Erfassung des Lastzustands verbunden sein, wobei der Sensor beispielsweise als Stromsensor zur Erfassung eines Wicklungsstroms oder als Winkelsensor zur Erfassung der Drehstellung und/oder der Drehzahl des Rotors ausgebildet ist. Zudem kann vorgesehen sein, dass über die Steuereinheit zusätzlich die Wechselrichter der Antriebseinrichtung gesteuert werden, so dass durch die Steuereinheit sowohl die lastabhängige Einstellung der an den Wechselrichtern anliegenden Gleichspannung als auch die Steuerung der Leistungshalbleiter der Wechselrichter erfolgen kann. Particularly preferably, the drive device has a control unit via which the connection states of the connection device can be set as a function of a load state of the electric motor, in particular of the load states of the partial motors. In this respect, the control unit can detect the load state of the electric motor and set a connection state suitable for the load state. The control unit may be connected to at least one sensor for detecting the load state, wherein the sensor is designed for example as a current sensor for detecting a winding current or as an angle sensor for detecting the rotational position and / or the rotational speed of the rotor. In addition, it can be provided that the inverters of the drive device are additionally controlled via the control unit, so that both the load-dependent setting of the DC voltage applied to the inverters and the control of the power semiconductors of the inverters can be effected by the control unit.

Bei einem Fahrzeug der eingangs genannten Art trägt es zur Lösung der Aufgabe bei, dass die Traktionsantriebseinrichtung als eine vorstehend beschriebene Antriebseinrichtung ausgebildet ist. In a vehicle of the type mentioned above, it contributes to the solution of the problem that the traction drive device is designed as a drive device described above.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wechselrichter über eine Anbindungseinrichtung an das gemeinsame Gleichspannungsnetz angebunden werden, welche mindestens zwei Anbindungszustände aufweist, wobei in einem ersten Anbindungszustand alle Wechselrichter in Reihe geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden werden und in einem zweiten Anbindungszustand alle Wechselrichter parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz angebunden werden.In a method of the type mentioned, the object is achieved in that the inverters are connected via a connection device to the common DC voltage network, which has at least two connection states, in a first connection state all inverters are connected in series connected to the DC network and in a second connection state all inverters connected in parallel to the DC power supply.

Bei dem Fahrzeug und dem Verfahren ergeben sich dieselben Vorteile, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung beschrieben worden sind. In the vehicle and the method, the same advantages as they have already been described in connection with the drive device according to the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Anbindungseinrichtung in den ersten Anbindungszustand versetzt wird, wenn die Drehzahl des Elektromotors kleiner als eine vorgegebene erste Drehzahlschwelle ist. Durch die Reihenschaltung der Wechselrichter wird einerseits die an den Wechselrichtern anliegende Gleichspannung reduziert. Andererseits werden die Wicklungen der mit den Wechselrichtern verbundenen Teilmotoren ebenfalls in Reihe geschaltet, wodurch sich die Induktivität im Strompfad erhöht. Dies führt zu einer Abnahme der Stromsteilheiten und folglich zu einer Reduktion von Verlusten durch Stromüberschwinger und Stromoberwellen im Elektromotor. Die Reihenschaltung aller Wechselrichter ermöglicht einen verlustarmen Betrieb der Antriebseinrichtung bei niedrigen Drehzahlen unterhalb der ersten Drehzahlschwelle. Durch die Reihenschaltung der Wechselrichter steht allen Wechselrichtern der maximale Batteriestrom zur Verfügung, so dass kurzzeitig ein hohes Drehmoment erzeugbar ist. Insofern bildet der erste Anbindungszustand einen Anfahrmodus, welcher sowohl einen verlustarmen Teillastbetrieb als auch die kurzzeitige Bereitstellung eines hohen Drehmoments ermöglicht.According to an advantageous embodiment of the method is provided that the connection device is placed in the first connection state when the speed of the electric motor is smaller than a predetermined first speed threshold. The series connection of the inverters on the one hand reduces the DC voltage applied to the inverters. On the other hand, the windings of the partial motors connected to the inverters are also connected in series, which increases the inductance in the current path. This leads to a decrease in the current gradients and consequently to a reduction of losses due to current overshoots and current harmonics in the electric motor. The series connection of all inverters enables low-loss operation of the drive device at low speeds below the first speed threshold. Due to the series connection of the inverters, the maximum battery current is available to all inverters so that a high torque can be generated for a short time. In this respect, the first connection state forms a start-up mode, which enables both a low-loss partial load operation and the short-term provision of a high torque.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Anbindungseinrichtung in den zweiten Anbindungszustand versetzt wird, wenn die Drehzahl des Elektromotors größer als die erste Drehzahlschwelle oder größer als eine vorgegebene zweite Drehzahlschwelle ist. Durch die Parallelschaltung der Wechselrichter wird einerseits die höchstmögliche Gleichspannung an den Wechselrichtern angelegt. Andererseits werden die Wicklungen der Teilmotoren parallel geschaltet, so dass die Induktivität im Strompfad reduziert wird. Die Parallelschaltung aller Wechselrichter ermöglicht das Erreichen der vollen Motorleistung bei hohen Drehzahlen oberhalb der ersten bzw. zweiten Drehzahlschwelle, weshalb der zweite Anbindungszustand auch als Schnellfahrmodus bezeichnet werden kann. A further advantageous embodiment provides that the connection device is placed in the second connection state when the speed of the electric motor is greater than the first speed threshold or greater than a predetermined second speed threshold. The parallel connection of the inverters on the one hand creates the highest possible DC voltage at the inverters. On the other hand, the windings of the partial motors are connected in parallel, so that the inductance is reduced in the current path. The parallel connection of all inverters makes it possible to achieve full engine power at high speeds above the first or second speed threshold, which is why the second connection state can also be referred to as a high-speed mode.

Als vorteilhaft hat es sich ferner eine Ausgestaltung erwiesen, bei welcher die Anbindungseinrichtung in einen dritten Anbindungszustand versetzt wird, in welchem die Wechselrichter als mehrere in Reihe geschaltete Gruppen von mehreren parallel geschalteten Wechselrichtern oder als mehrere parallel geschaltete Gruppen von mehreren in Reihe geschalteten Wechselrichtern an das Gleichspannungsnetz angebunden werden, wenn die Drehzahl des Elektromotors zwischen einer vorgegebenen ersten Drehzahlschwelle und einer vorgegebenen zweiten Drehzahlschwelle liegt. In einem mittleren Drehzahlbereich zwischen der ersten und der zweiten Drehzahlschwelle kann somit eine Verschaltung der Wechselrichter bereitgestellt werden, bei welcher an den Wechselrichtern eine gegenüber der Parallelschaltung der Wechselrichter reduzierte Gleichspannung anliegt und die Induktivität im Strompfad einen Mittelwert einnimmt. Optional kann vorgesehen sein, dass die Anbindungseinrichtung in weitere Anbindungszustände versetzt wird, in welchen die Wechselrichter als mehrere in Reihe geschaltete Gruppen von parallel geschalteten Wechselrichtern oder als mehrere parallel geschaltete Gruppen von in Reihe geschalteten Wechselrichtern an das Gleichspannungsnetz angebunden werden, wenn die Drehzahl des Elektromotors zwischen zwei weiteren vorgegebenen Drehzahlschwellen liegt. Je nach Anzahl der Teilmotoren bzw. Wechselrichter der Antriebseinrichtung können somit in Abhängigkeit von weiteren vorgegebenen Drehzahlschwellen weitere Spannungsniveaus an den Wechselrichtern eingestellt werden.It has also proven to be advantageous in an embodiment in which the connection device is placed in a third connection state in which the inverters as several series-connected groups of several parallel-connected inverters or as multiple parallel-connected groups of several series-connected inverters to the DC voltage network are connected when the speed of the electric motor is between a predetermined first speed threshold and a predetermined second speed threshold. In a middle speed range between the first and the second speed threshold, an interconnection of the inverters can thus be provided in which a DC voltage is applied to the inverters which is reduced compared to the parallel connection of the inverters and the inductance in the current path assumes an average value. Optionally, it can be provided that the connection device is placed in further connection states in which the inverters are connected as a plurality of series-connected groups of inverters connected in parallel or as a plurality of parallel-connected groups of series-connected inverters to the DC voltage network, if the rotational speed of the electric motor between two other predetermined speed thresholds. Depending on the number of sub-motors or inverters of the drive device can thus be adjusted depending on other predetermined speed thresholds further voltage levels at the inverters.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn nur ein Wechselrichter mehrerer in Reihe geschalteter Wechselrichter zur Strombegrenzung mit Pulsweitenmodulation betrieben wird, so dass erhöhte Schaltverluste nur in dem mit Pulsweitenmodulation betriebenen Wechselrichter anfallen. Die anderen in Reihe geschalteten Wechselrichter können entsprechend der Phasenfolge umgeschaltet werden, so dass in den anderen Wechselrichter keine erhöhten Schaltverluste entstehen.It is also advantageous if only one inverter of several series-connected inverters is operated for current limitation with pulse width modulation, so that increased switching losses occur only in the inverter operated with pulse width modulation. The other inverters connected in series can be switched according to the phase sequence so that no increased switching losses occur in the other inverters.

Bevorzugt ist ferner eine Ausgestaltung, bei der die Anbindungseinrichtung mehrere Schalter aufweist, welche beim Umschalten zwischen einem geschlossenen Zustand und einem geöffneten Zustand gepulst betrieben werden. Durch das Pulsen der Schalter können bei der Umschaltung zwischen einer Parallelschaltung und einer Reihenschaltung der Wechselrichter entstehende Verluste reduziert werden. Als Schalter werden vorteilhafterweise Leistungshalbleiterschalter mit niedrigem Durchlasswiderstand, wie z. B. IGBTs oder MOSFETs, verwendet.Furthermore, an embodiment is preferred in which the connection device has a plurality of switches which are operated pulsed when switching between a closed state and an opened state. By pulsing the switches can be reduced when switching between a parallel connection and a series connection of the inverter resulting losses. As switches are advantageously power semiconductor switch with low on resistance, such. As IGBTs or MOSFETs used.

Die im Zusammenhang mit der Antriebseinrichtung beschriebenen vorteilhaften Merkmale können alternativ oder in Kombination auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb der Antriebsvorrichtung Anwendung finden. The advantageous features described in connection with the drive device can also be used alternatively or in combination in the method according to the invention for operating the drive device.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Hierein zeigt Further details and advantages of the invention will be described below with reference to the embodiments illustrated in the drawings. This shows

1 ein schematisches Blockschaltbild eines Antriebssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 1 is a schematic block diagram of a drive system according to a first embodiment,

2 ein Schaltbild des Antriebsystems gemäß 1 und 2 a circuit diagram of the drive system according to 1 and

3 ein Schaltbild einer Antriebseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 3 a circuit diagram of a drive device according to a second embodiment.

In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems 1 dargestellt, welches als Traktionsantrieb in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug verwendet wird. Das Antriebssystem 1 weist einen höherpolig ausgebildeten Elektromotor 2 auf, welcher als permanenterregter Synchronmotor ausgestaltet ist. Die Spulen des Elektromotors 2 sind derart verschaltet, dass ein erster Teilmotor TM1 und ein zweiter Teilmotor TM2 gebildet wird, wobei jeder Teilmotor TM1, TM2 jeweils eine Gruppe von Spulen aufweist, die ein Polpaar des gemeinsamen Elektromotors 2 bereitstellen. Die Spulen der Teilmotoren TM1, TM2 sind auf einem gemeinsamen Stator angeordnet und wirken auf einen gemeinsamen Rotor ein, so dass über die Teilmotoren TM1, TM2 eine gemeinsame Antriebswelle des Antriebssystems 1 antreibbar ist. In the 1 is a first embodiment of a drive system 1 shown, which is used as a traction drive in an electric or hybrid vehicle. The drive system 1 has a higher pole trained electric motor 2 on, which is designed as a permanent-magnet synchronous motor. The coils of the electric motor 2 are connected such that a first partial motor TM1 and a second partial motor TM2 is formed, each partial motor TM1, TM2 each having a group of coils, which are a pole pair of the common electric motor 2 provide. The coils of the partial motors TM1, TM2 are arranged on a common stator and act on a common rotor, so that via the partial motors TM1, TM2 a common drive shaft of the drive system 1 is drivable.

Der erste Teilmotor TM1 wird von einem ersten, mit dem ersten Teilmotor TM1 verbundenen Wechselrichter WR1 gesteuert, während der zweite Teilmotor TM2 von einem mit dem zweiten Teilmotor TM2 verbundenen zweiten Wechselrichter WR2 gesteuert wird. Die Wechselrichter WR1, WR2 versorgen die Teilmotoren TM1, TM2 mit dreiphasigem Wechselstrom einstellbarer Frequenz. Die Wechselrichter WR1, WR2 sind in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Elektromotor 2 bzw. mit den Teilmotoren TM1, TM2 angeordnet. Alternativ ist es möglich, die Wechselrichter WR1, WR2 in einem von dem Elektromotor 2 unabhängigen Gehäuse anzuordnen. The first sub-motor TM1 is controlled by a first inverter WR1 connected to the first sub motor TM1, while the second sub motor TM2 is controlled by a second inverter WR2 connected to the second sub motor TM2. The inverters WR1, WR2 supply the partial motors TM1, TM2 with three-phase alternating current of adjustable frequency. The inverters WR1, WR2 are in a common housing with the electric motor 2 or arranged with the partial motors TM1, TM2. Alternatively it is possible, the inverters WR1, WR2 in one of the electric motor 2 to arrange independent housing.

Wie der Darstellung in 1 ferner entnommen werden kann, können die Wechselrichter WR1, WR2 an ein gemeinsames Gleichspannungsnetz 4 angebunden werden, welches als Gleichspannungszwischenkreis ausgebildet sein kann. Das Gleichspannungsnetz 4 stellt zwischen einem positiven Pol +UB und einem negativen Pol –UB eine im Wesentlichen konstante Gleichspannung bereit, welche an den Gleichspannungsanschlüssen der Wechselrichter WR1, WR2 angelegt werden kann. As the illustration in 1 Furthermore, the inverters WR1, WR2 can be connected to a common DC voltage network 4 be connected, which may be designed as DC voltage intermediate circuit. The direct voltage network 4 provides a substantially constant DC voltage between a positive pole + UB and a negative pole -UB which can be applied to the DC terminals of the inverters WR1, WR2.

Zur Anbindung der Wechselrichter WR1, WR2 an das Gleichspannungsnetz 4 weist die Antriebseinrichtung 1 eine Anbindungseinrichtung 3 auf, welche derart ausgestaltet ist, dass beide Wechselrichter WR1, WR2 wahlweise entweder parallel mit dem jeweiligen anderen Wechselrichter WR1, WR2 geschaltet oder in Reihe mit dem jeweiligen anderen Wechselrichter WR1, WR2 geschaltet an den gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis 4 anbindbar sind. Insofern weist die Anbindungseinrichtung 3 zwei Anbindungszustände auf, wobei in einem ersten Anbindungszustand alle Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 in Reihe geschaltet an das Gleichspannungsnetz 4 angebunden sind und in einem zweiten Anbindungszustand alle Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz 4 angebunden sind. Über die Anbindungseinrichtung 3 kann somit die an den Wechselrichtern WR1, WR2 anliegende Gleichspannung eingestellt werden. Bei der Parallelschaltung der beiden Wechselrichter WR1, WR2 liegt an den Gleichspannungsanschlüssen der Wechselrichter WR1, WR2 die volle Gleichspannung des Gleichspannungsnetzes 4 an, so dass die volle Leistung der beiden Teilmotoren TM1, TM2 abrufbar ist. Bei der Reihenschaltung der beiden Wechselrichter TM1, TM2 fällt über den Wechselrichtern WR1, WR2 jeweils die Hälfte der Spannung des Gleichspannungsnetzes 4 ab, so dass die Schaltverluste verringert werden. For connecting inverters WR1, WR2 to the direct voltage network 4 has the drive device 1 a connection device 3 which is configured such that both inverters WR1, WR2 are either connected in parallel with the respective other inverter WR1, WR2 or connected in series with the respective other inverter WR1, WR2 to the common DC voltage intermediate circuit 4 are connectable. In this respect, the connection device 3 two connection states, wherein in a first connection state, all inverters WR1, WR2, WR3, WR4 connected in series to the DC network 4 are connected and in a second connection state, all inverters WR1, WR2, WR3, WR4 connected in parallel to the DC voltage network 4 are connected. About the connection device 3 Thus, the voltage applied to the inverters WR1, WR2 DC voltage can be adjusted. In the parallel connection of the two inverters WR1, WR2 is located at the DC voltage terminals of the inverter WR1, WR2, the full DC voltage of the DC voltage network 4 so that the full power of the two partial motors TM1, TM2 is retrievable. When the two inverters TM1, TM2 are connected in series, half of the voltage of the DC voltage network is dropped across the inverters WR1, WR2 4 so that the switching losses are reduced.

Zum Betrieb des in der 1 gezeigten Antriebssystems 1 kommt ein Verfahren zur Anwendung, bei welchem zwischen der Parallelschaltung und der Reihenschaltung der beiden Wechselrichter WR1, WR2 gewechselt wird. In einem Drehzahlbereich, in welchem die Drehzahl des Elektromotors 2 kleiner als eine vorgegebene Drehzahlschwelle ist, werden über die Anbindungseinrichtung 3 beide Wechselrichter WR1, WR2 in Reihe geschaltet an das Gleichspannungsnetz 4 angebunden. Ferner werden alle Wechselrichter WR1, WR2 parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz 4 angebunden, wenn die Drehzahl des Elektromotors 2 größer oder gleich der vorgegebenen Drehzahlschwelle ist. Unterhalb der Drehzahlschwelle wird insofern ein auch als Anfahrmodus bezeichneter erster Anbindungszustand bereitgestellt, bei welchem die Schaltverluste reduziert sind. Im Anfahrmodus liegt im Strompfad durch die Reihenschaltung der Teilmotoren TM1, TM2 eine erhöhte Induktivität vor, welche die Stromanstiegsgeschwindigkeiten begrenzt, so dass Zusatzverluste im Elektromotor 2 reduziert werden. Oberhalb der Drehzahlschwelle wird bei dem Verfahren ein auch als Schnellfahrmodus bezeichneter zweiter Anbindungszustand bereitgestellt, in welchem der Elektromotor 2 eine hohe Drehzahl erreicht. To operate in the 1 shown drive system 1 For example, a method is used in which a change is made between the parallel connection and the series connection of the two inverters WR1, WR2. In a speed range in which the speed of the electric motor 2 is less than a predetermined speed threshold, are via the connection device 3 both inverters WR1, WR2 connected in series to the DC voltage network 4 tethered. Furthermore, all inverters WR1, WR2 are connected in parallel to the DC voltage network 4 Tailed when the speed of the electric motor 2 is greater than or equal to the predetermined speed threshold. Below the speed threshold, a first connection state, also referred to as start-up mode, is provided, in which the switching losses are reduced. In the start-up mode, there is an increased inductance in the current path through the series connection of the partial motors TM1, TM2, which limits the current increase speeds, so that additional losses in the electric motor 2 be reduced. Above the speed threshold, a second connection state, also referred to as a high-speed mode, is provided in the method, in which the electric motor 2 reached a high speed.

Nachfolgend soll anhand der Darstellung in 2 der Aufbau der in 1 gezeigten Anbindungseinrichtung 3 erläutert werden, wobei unter einer geschlossenen Schalterstellung eine Schalterstellung verstanden werden soll, in welcher ein Schalter elektrisch leitend ist und unter einer geöffneten Schalterstellung eine Stellung, in welcher der Schalter nicht leitend ist. The following is based on the representation in 2 the construction of in 1 shown connection device 3 be explained, which is to be understood by a closed switch position, a switch position, in which a switch is electrically conductive and under an open switch position, a position in which the switch is not conductive.

Die Anbindungseinrichtung 3 weist insgesamt drei Schalter S1, S2, S3 auf, welche als Leistungshalbleiterschalter ausgebildet sind. Der erste Schalter S1 ist mit einem negativen Gleichspannungspol des ersten Wechselrichters WR1 und einem negativen Gleichspannungspol des zweiten Wechselrichters WR2 verbunden. Der negative Gleichspannungspol des zweiten Wechselrichters WR2 ist mit dem negativen Pol –UB des Gleichspannungsnetzes 4 verbunden. Der zweite Schalter S2 ist mit einem positiven Gleichspannungspol des ersten Wechselrichters WR1 und einem positiven Gleichspannungspol des zweiten Wechselrichters WR2 verbunden. Der positive Gleichspannungspol des ersten Wechselrichters WR1 ist mit dem positiven Pol +UB des Gleichspannungsnetzes 4 verbunden. Der dritte Schalter S3 ist mit dem negativen Gleichspannungspol des ersten Wechselrichters WR1 und mit dem positiven Gleichspannungspol des zweiten Wechselrichters WR2 verbunden. Zur Reihenschaltung der beiden Wechselrichter WR1, WR2 im Anfahrmodus werden der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 geöffnet und der dritte Schalter S3 geschlossen, so dass die Wechselrichter WR1, WR2 in Reihe zwischen den beiden Polen +UB, –UB des Gleichspannungsnetzes 4 liegen. Im Schnellfahrmodus werden die Wechselrichter WR1, WR2 parallel zwischen die beiden Pole +UB, –UB des Gleichspannungsnetzes 4 geschaltet, in dem der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 geschlossen werden und der dritte Schalter S3 geöffnet wird. The connection device 3 has a total of three switches S1, S2, S3, which are designed as a power semiconductor switch. The first switch S1 is connected to a negative DC pole of the first inverter WR1 and a negative DC pole of the second inverter WR2. The negative DC voltage pole of the second inverter WR2 is connected to the negative pole -UB of the DC voltage network 4 connected. The second switch S2 is connected to a positive DC pole of the first inverter WR1 and a positive DC pole of the second inverter WR2. The positive DC pole of the first inverter WR1 is connected to the positive pole + UB of the DC network 4 connected. The third switch S3 is connected to the negative DC pole of the first inverter WR1 and to the positive DC pole of the second inverter WR2. For series connection of the two inverters WR1, WR2 in the starting mode, the first switch S1 and the second switch S2 are opened and the third switch S3 is closed, so that the inverter WR1, WR2 in series between the two poles + UB, -UB of the DC network 4 lie. In the high-speed mode, the inverters WR1, WR2 are connected in parallel between the two poles + UB, -UB of the DC mains 4 in which the first switch S1 and the second switch S2 are closed and the third switch S3 is opened.

In der 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung 1 dargestellt, welche im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel vier Teilmotoren TM1, TM2, TM3, TM4 aufweist. Während der erste Teilmotor TM1 mit einem ersten Wechselrichter WR1 verbunden ist, ist der zweite Teilmotor TM2 mit einem zweiten Wechselrichter WR2, der dritte Teilmotor TM3 mit einem dritten Wechselrichter WR3 und der vierte Teilmotor TM4 mit einem vierten Wechselrichter WR4 verbunden. Ferner ist eine Anbindungseinrichtung 3 vorgesehen, die insgesamt neun Schalter S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9 aufweist. In the 3 is a second embodiment of a drive device according to the invention 1 which has four partial motors TM1, TM2, TM3, TM4 in contrast to the first embodiment. While the first partial motor TM1 is connected to a first inverter WR1, the second partial motor TM2 is connected to a second one Inverter WR2, the third partial motor TM3 with a third inverter WR3 and the fourth partial motor TM4 connected to a fourth inverter WR4. Furthermore, a connection device 3 provided, which has a total of nine switches S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9.

Der positive Gleichspannungspol des ersten Wechselrichters WR1 ist mit dem positiven Pol +UB des Gleichspannungsnetzes 4 verbunden während der negative Gleichspannungspol des vierten Wechselrichters WR4 mit dem negativen Pol –UB verbunden ist. Der erste Schalter S1 ist mit einem negativen Gleichspannungspol des ersten Wechselrichters WR1 und einem negativen Gleichspannungspol des zweiten Wechselrichters WR2 verbunden. Der zweite Schalter S2 ist mit einem positiven Gleichspannungspol des ersten Wechselrichters WR1 und einem positiven Gleichspannungspol des zweiten Wechselrichters WR2 verbunden. Der dritte Schalter S3 ist mit dem negativen Gleichspannungspol des ersten Wechselrichters WR1 und mit dem positiven Gleichspannungspol des zweiten Wechselrichters WR2 verbunden. Der vierte Schalter S4 ist mit einem negativen Gleichspannungspol des dritten Wechselrichters WR3 und einem negativen Gleichspannungspol des vierten Wechselrichters WR4 verbunden. Der fünfte Schalter S5 ist mit einem positiven Gleichspannungspol des dritten Wechselrichters WR3 und einem positiven Gleichspannungspol des vierten Wechselrichters WR4 verbunden. Der sechste Schalter S6 ist mit dem negativen Gleichspannungspol des dritten Wechselrichters WR3 und mit dem positiven Gleichspannungspol des vierten Wechselrichters WR4) verbunden. Der siebte Schalter S7 ist mit dem negativen Gleichspannungspol des zweiten Wechselrichters WR2 und mit dem negativen Gleichspannungspol des vierten Wechselrichters WR4 verbunden. Der achte Schalter S8 ist mit dem positiven Gleichspannungspol des ersten Wechselrichters WR1 und mit dem positiven Gleichspannungspol des dritten Wechselrichters WR3 verbunden. Der neunte Schalter S9 ist mit dem negativen Gleichspannungspol des zweiten Wechselrichters WR2 und mit dem positiven Gleichspannungspol des dritten Wechselrichters WR3 verbunden.The positive DC pole of the first inverter WR1 is connected to the positive pole + UB of the DC network 4 connected while the negative DC voltage pole of the fourth inverter WR4 is connected to the negative pole -UB. The first switch S1 is connected to a negative DC pole of the first inverter WR1 and a negative DC pole of the second inverter WR2. The second switch S2 is connected to a positive DC pole of the first inverter WR1 and a positive DC pole of the second inverter WR2. The third switch S3 is connected to the negative DC pole of the first inverter WR1 and to the positive DC pole of the second inverter WR2. The fourth switch S4 is connected to a negative DC pole of the third inverter WR3 and a negative DC pole of the fourth inverter WR4. The fifth switch S5 is connected to a positive DC pole of the third inverter WR3 and a positive DC pole of the fourth inverter WR4. The sixth switch S6 is connected to the negative DC pole of the third inverter WR3 and to the positive DC pole of the fourth inverter WR4). The seventh switch S7 is connected to the negative DC pole of the second inverter WR2 and to the negative DC pole of the fourth inverter WR4. The eighth switch S8 is connected to the positive DC pole of the first inverter WR1 and to the positive DC pole of the third inverter WR3. The ninth switch S9 is connected to the negative DC pole of the second inverter WR2 and to the positive DC pole of the third inverter WR3.

Über die Anbindungseinrichtung 3 sind neben der Reihenschaltung aller Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 in einem ersten Anbindungszustand und der Parallelschaltung aller Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 in einem zweiten Anbindungszustand wahlweise weitere Schaltungskonfigurationen möglich. So kann die Anbindungseinrichtung in einen dritten Anbindungszustand versetzt werden, in welchem der erste Wechselrichter WR1 und der zweite Wechselrichter WR2 parallel geschaltet werden und eine erste Gruppe bilden. In dem dritten Anbindungszustand können der dritte Wechselrichter WR3 und der vierte Wechselrichter WR4 ebenfalls parallel geschaltet eine zweite Gruppe bilden. Durch die Wahl der Schaltstellung des siebten, achten und neunten Schalters S7, S8, S9 kann die Verschaltung dieser beiden Gruppen gewählt werden. Insofern ist es wahlweise möglich, die vier Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 als zwei in Reihe geschaltete Gruppen von zwei parallel geschalteten Wechselrichtern WR1, WR2, WR3, WR4 oder als zwei parallel geschaltete Gruppen von zwei in Reihe geschalteten Wechselrichtern WR1, WR2, WR3, WR4 zu verschalten. About the connection device 3 In addition to the series connection of all inverters WR1, WR2, WR3, WR4 in a first connection state and the parallel connection of all inverters WR1, WR2, WR3, WR4 in a second connection state optionally further circuit configurations are possible. Thus, the connection device can be placed in a third connection state, in which the first inverter WR1 and the second inverter WR2 are connected in parallel and form a first group. In the third connection state, the third inverter WR3 and the fourth inverter WR4, also connected in parallel, can form a second group. By selecting the switching position of the seventh, eighth and ninth switches S7, S8, S9, the interconnection of these two groups can be selected. In this respect, it is optionally possible to use the four inverters WR1, WR2, WR3, WR4 as two series-connected groups of two parallel-connected inverters WR1, WR2, WR3, WR4 or as two parallel-connected groups of two series-connected inverters WR1, WR2, WR3, WR4 to interconnect.

Zum Betrieb des in der 3 gezeigten Antriebssystems 1 kommt ein Verfahren zur Anwendung, bei welchem zwischen der Parallelschaltung aller Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4, der Reihenschaltung aller Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 und einer Verschaltung gewechselt wird, bei welcher die Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 als zwei in Reihe geschaltete Gruppen von zwei parallel geschalteten Wechselrichtern WR1, WR2, WR3, WR4 an das Gleichspannungsnetz 4 angebunden werden.To operate in the 3 shown drive system 1 A method is used in which between the parallel connection of all inverters WR1, WR2, WR3, WR4, the series connection of all inverters WR1, WR2, WR3, WR4 and a circuit is changed, in which the inverters WR1, WR2, WR3, WR4 as two series-connected groups of two parallel inverters WR1, WR2, WR3, WR4 to the DC network 4 be connected.

In einem Drehzahlbereich, in welchem die Drehzahl des Elektromotors 2 kleiner oder gleich einer vorgegebenen erste Drehzahlschwelle ist – also einem Anfahrmodus – werden über die Anbindungseinrichtung 3 alle Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 in Reihe geschaltet an das Gleichspannungsnetz 4 angebunden. In diesem Anfahrmodus steht jedem Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 der maximal von den Gleichspannungsnetz 4 abgebbare Strom zur Verfügung, so dass kurzzeitig ein hohes Drehmoment erzeugt werden kann. Im Anfahrmodus sind der erste Schalter S1, der zweite Schalter S2, der vierte Schalter S4, der fünfte Schalter S5, der siebte Schalter S7 und der achte Schalter S8 geöffnet. Der dritte Schalter S3, der sechste Schalter S6 und der neunte Schalter S9 sind geschlossen. In a speed range in which the speed of the electric motor 2 is less than or equal to a predetermined first speed threshold - ie a start-up mode - are via the connection device 3 all inverters WR1, WR2, WR3, WR4 are connected in series to the direct current network 4 tethered. In this start-up mode, each inverter WR1, WR2, WR3, WR4 is the maximum of the DC voltage network 4 deliverable power available so that a short time high torque can be generated. In the starting mode, the first switch S1, the second switch S2, the fourth switch S4, the fifth switch S5, the seventh switch S7 and the eighth switch S8 are opened. The third switch S3, the sixth switch S6 and the ninth switch S9 are closed.

Ferner werden alle Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 in einem Schnellfahrmodus parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz 4 angebunden, wenn die Drehzahl des Elektromotors 2 größer oder gleich einer vorgegebenen zweiten Drehzahlschwelle ist. Im Schnellfahrmodus steht jedem Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 nur ein Viertel des im Anfahrmodus maximal möglichen Stroms zur Verfügung. Gleichzeitig liegt die volle Gleichspannung des Gleichspannungsnetzes 4 über den Wicklungen der Teilmotoren TM1, TM2, TM3, TM4 an. Im Schnellfahrmodus sind der erste Schalter S1, der zweite Schalter S2, der vierte Schalter S4, der fünfte Schalter S5, der siebte Schalter S7 und der achte Schalter S8 geschlossen. Der dritte Schalter S3, der sechste Schalter S6 und der neunte Schalter S9 sind geöffnet.Furthermore, all inverters WR1, WR2, WR3, WR4 are connected in parallel in a high-speed drive mode to the DC voltage network 4 Tailed when the speed of the electric motor 2 is greater than or equal to a predetermined second speed threshold. In fast-drive mode, each inverter WR1, WR2, WR3, WR4 has only a quarter of the maximum possible current in start-up mode. At the same time lies the full DC voltage of the DC voltage network 4 over the windings of the partial motors TM1, TM2, TM3, TM4. In the high-speed driving mode, the first switch S1, the second switch S2, the fourth switch S4, the fifth switch S5, the seventh switch S7 and the eighth switch S8 are closed. The third switch S3, the sixth switch S6 and the ninth switch S9 are open.

Die zweite Drehzahlschwelle ist größer als die erste Drehzahlschwelle. Wenn die Drehzahl des Elektromotors 2 zwischen der ersten Drehzahlschwelle und der zweiten Drehzahlschwelle liegt, werden die Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 als zwei in Reihe geschaltete Gruppen von zwei parallel geschalteten Wechselrichtern WR1, WR2, WR3, WR4 an das Gleichspannungsnetz 4 angebunden. Insofern wird ein Normalbetriebsmodus bereitgestellt, in welchem jedem Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 die Hälfte des im Anfahrmodus maximal möglichen Stroms zur Verfügung steht. Im Normalbetriebsmodus sind der erste Schalter S1, der zweite Schalter S2, der vierte Schalter S4, der fünfte Schalter S5 und der neunte Schalter S9 geschlossen. Der dritte Schalter S3, der sechste Schalter S6, der siebte Schalter S7 und der achte Schalter S8 sind geöffnet. The second speed threshold is greater than the first speed threshold. When the speed of the electric motor 2 is between the first speed threshold and the second speed threshold, the inverters WR1, WR2, WR3, WR4 as two series-connected groups of two inverters WR1, WR2, WR3, WR4 connected in parallel to the DC network 4 tethered. In this respect, a normal operating mode is provided, in which each inverter WR1, WR2, WR3, WR4 is half of the maximum current possible in the start-up mode available. In the normal operating mode, the first switch S1, the second switch S2, the fourth switch S4, the fifth switch S5 and the ninth switch S9 are closed. The third switch S3, the sixth switch S6, the seventh switch S7 and the eighth switch S8 are open.

Der Elektromotor 2 ist für den Normalbetriebsmodus ausgelegt. Das bedeutet, dass ein Kompromiss zwischen einem möglichst hohen Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und einem Feldstellbereich mit ausreichendem Drehmoment bei hohen Drehzahlen erreicht wird, wenn der Elektromotor 2 mit zwei in Reihen geschalteten Gruppen von zwei parallel geschalteten Wechselrichtern WR1, WR2, WR3, WR4 betrieben wird. Im Normalbetriebsmodus fällt über den Wechselrichtern WR1, WR2, WR3, WR4 jeweils die Hälfte der Spannung des Gleichspannungsnetzes 4 ab, was der Auslegespannung der Teilmotoren TM1, TM2, TM3, TM4 entspricht. The electric motor 2 is designed for normal operating mode. This means that a compromise between the highest possible torque at low speeds and a field control range with sufficient torque at high speeds is achieved when the electric motor 2 is operated with two series-connected groups of two parallel-connected inverters WR1, WR2, WR3, WR4. In the normal operating mode, the inverters WR1, WR2, WR3, WR4 each fall half the voltage of the DC voltage network 4 which corresponds to the release voltage of the partial motors TM1, TM2, TM3, TM4.

Bei den vorstehend beschriebenen Antriebssystemen 1 können zusätzlich mehrere Zwischenkreiskondensatoren vorgesehen sein, wobei jedem Wechselrichter ein Zwischenkreiskondensator zugeordnet ist. Die Zwischenkreiskondensatoren können beispielsweise mit dem positiven Gleichspannungspol und dem negativen Gleichspannungspol der Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 verbunden werden. In the drive systems described above 1 In addition, a plurality of DC link capacitors may be provided, wherein each inverter is associated with a DC link capacitor. The DC link capacitors can be connected, for example, to the positive DC pole and the negative DC pole of the inverters WR1, WR2, WR3, WR4.

Bei der Reihenschaltung aller Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 eines Antriebssystems 1 im Anfahrmodus ist es vorteilhaft, wenn nur einer der Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 zur Strombegrenzung mit Pulsweitenmodulation betrieben wird. For the series connection of all inverters WR1, WR2, WR3, WR4 of a drive system 1 In the start-up mode, it is advantageous if only one of the inverters WR1, WR2, WR3, WR4 is operated for current limitation with pulse width modulation.

Bei Umschalten zwischen dem Anfahrmodus, dem Normalbetriebsmodus und dem Schnellfahrmodus können die Schalter S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9 optional gepulst betrieben werden.When switching between the starting mode, the normal operating mode and the high-speed driving mode, the switches S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9 can optionally be operated pulsed.

Die vorstehend beschriebenen Antriebseinrichtungen 1 weisen jeweils einen Elektromotor 2 mit mehreren Teilmotoren TM1, TM2, TM3, TM4 auf. Ferner sind mehrere, jeweils mit einem Teilmotor TM1, TM2, TM3, TM4 verbundene Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 vorgesehen, welche an ein gemeinsames Gleichspannungsnetz 4 anbindbar sind. Zur Anbindung an das Gleichspannungsnetz 4 weisen die Antriebseinrichtungen 1 jeweils eine Anbindungseinrichtung 3 mit mindestens zwei Anbindungszuständen auf. In einem ersten Anbindungszustand sind alle Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 in Reihe geschaltet und in einem zweiten Anbindungszustand sind alle Wechselrichter WR1, WR2, WR3, WR4 parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz 4 angebunden. The drive devices described above 1 each have an electric motor 2 with several partial motors TM1, TM2, TM3, TM4. Furthermore, a plurality of inverters WR1, WR2, WR3, WR4, each connected to a partial motor TM1, TM2, TM3, TM4, are provided which are connected to a common DC voltage network 4 are connectable. For connection to the direct voltage network 4 have the drive devices 1 in each case a connection device 3 with at least two connection states. In a first connection state, all inverters WR1, WR2, WR3, WR4 are connected in series, and in a second connection state, all inverters WR1, WR2, WR3, WR4 are connected in parallel to the DC voltage network 4 tethered.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 8497648 B2 [0003] US 8497648 B2 [0003]

Claims (10)

Antriebseinrichtung mit einem Elektromotor (2), der mehrere Teilmotoren (TM1, TM2, TM3, TM4) aufweist, und mit mehreren, jeweils mit einem Teilmotor (TM1, TM2, TM3, TM4) verbundenen Wechselrichtern (WR1, WR2, WR3, WR4), welche an ein gemeinsames Gleichspannungsnetz (4) anbindbar sind, gekennzeichnet durch eine Anbindungseinrichtung (3) zur Anbindung der Wechselrichter (WR1, WR2, WR3, WR4) an das gemeinsame Gleichspannungsnetz (4), welche mindestens zwei Anbindungszustände aufweist, wobei in einem ersten Anbindungszustand alle Wechselrichter (WR1, WR2, WR3, WR4) in Reihe geschaltet an das Gleichspannungsnetz (4) angebunden sind und in einem zweiten Anbindungszustand alle Wechselrichter (WR1, WR2, WR3, WR4) parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz (4) angebunden sind. Drive device with an electric motor ( 2 ) having a plurality of partial motors (TM1, TM2, TM3, TM4) and a plurality of inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) each connected to a partial motor (TM1, TM2, TM3, TM4) connected to a common DC network ( 4 ) are connectable, characterized by a connection device ( 3 ) for connecting the inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) to the common DC voltage network ( 4 ), which has at least two connection states, wherein, in a first connection state, all the inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) are connected in series to the direct voltage network ( 4 ) and in a second connection state all inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) are connected in parallel to the direct voltage network ( 4 ) are connected. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungseinrichtung (3) mindestens einen dritten Anbindungszustand aufweist, in welchem die Wechselrichter (WR1, WR2, WR3, WR4) als mehrere in Reihe geschaltete Gruppen von parallel geschalteten Wechselrichtern (WR1, WR2, WR3, WR4) oder als mehrere parallel geschaltete Gruppen von in Reihe geschalteten Wechselrichtern (WR1, WR2, WR3, WR4) an das Gleichspannungsnetz (4) angebunden sind. Drive device according to claim 1, characterized in that the connection device ( 3 ) has at least one third connection state, in which the inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) as a plurality of series-connected groups of parallel-connected inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) or as a plurality of parallel-connected groups of series-connected inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) to the DC network ( 4 ) are connected. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere Kondensatoren, wobei jedem Wechselrichter (WR1, WR2, WR3, WR4) ein Kondensator zugeordnet ist.Drive device according to one of claims 1 or 2, characterized by a plurality of capacitors, wherein each inverter (WR1, WR2, WR3, WR4) is associated with a capacitor. Fahrzeug mit einer elektrischen Traktionsantriebseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsantriebseinrichtung als eine Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist. Vehicle with an electric traction drive device, characterized in that the traction drive device is designed as a drive device according to one of claims 1 to 3. Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinrichtung (1) mit einem Elektromotor (2), der mehrere Teilmotoren (TM1, TM2, TM3, TM4) aufweist, und mit mehreren, jeweils mit einem Teilmotor (TM1, TM2, TM3, TM4) verbundenen Wechselrichtern (WR1, WR2, WR3, WR4), welche an ein gemeinsames Gleichspannungsnetz (4) anbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter (WR1, WR2, WR3, WR4) über eine Anbindungseinrichtung (3) an das gemeinsame Gleichspannungsnetz (4) angebunden werden, welche mindestens zwei Anbindungszustände aufweist, wobei in einem ersten Anbindungszustand alle Wechselrichter (WR1, WR2, WR3, WR4) in Reihe geschaltet an das Gleichspannungsnetz (4) angebunden werden und in einem zweiten Anbindungszustand alle Wechselrichter (WR1, WR2, WR3, WR4) parallel geschaltet an das Gleichspannungsnetz (4) angebunden werden.Method for operating a drive device ( 1 ) with an electric motor ( 2 ) having a plurality of partial motors (TM1, TM2, TM3, TM4) and a plurality of inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) each connected to a partial motor (TM1, TM2, TM3, TM4) connected to a common DC network ( 4 ) are connectable, characterized in that the inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) via a connection device ( 3 ) to the common DC network ( 4 ), which has at least two connection states, wherein, in a first connection state, all the inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) are connected in series to the direct voltage network (FIG. 4 ) and, in a second connection state, all the inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) are connected in parallel to the direct current network ( 4 ). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungseinrichtung (3) in den ersten Anbindungszustand versetzt wird, wenn die Drehzahl des Elektromotors (2) kleiner als eine vorgegebene erste Drehzahlschwelle ist.Method according to claim 5, characterized in that the connection device ( 3 ) is placed in the first connection state when the speed of the electric motor ( 2 ) is smaller than a predetermined first speed threshold. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungseinrichtung (3) in den zweiten Anbindungszustand versetzt wird, wenn die Drehzahl des Elektromotors (2) größer als die erste Drehzahlschwelle oder größer als eine vorgegebene zweite Drehzahlschwelle ist.Method according to one of claims 5 or 6, characterized in that the connection device ( 3 ) is placed in the second connection state when the speed of the electric motor ( 2 ) is greater than the first speed threshold or greater than a predetermined second speed threshold. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungseinrichtung (3) in einen dritten Anbindungszustand versetzt wird, in welchem die Wechselrichter (WR1, WR2, WR3, WR4) als mehrere in Reihe geschaltete Gruppen von mehreren parallel geschalteten Wechselrichtern (WR1, WR2, WR3, WR4) oder als mehrere parallel geschaltete Gruppen von mehreren in Reihe geschalteten Wechselrichtern (WR1, WR2, WR3, WR4) an das Gleichspannungsnetz (4) angebunden werden, wenn die Drehzahl des Elektromotors (2) zwischen einer vorgegebenen ersten Drehzahlschwelle und einer vorgegebenen zweiten Drehzahlschwelle liegt. Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that the connection device ( 3 ) is placed in a third connection state, in which the inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) as a plurality of series-connected groups of a plurality of parallel inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) or as a plurality of parallel-connected groups of several in Series connected inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) to the direct current network ( 4 ) are connected when the speed of the electric motor ( 2 ) is between a predetermined first speed threshold and a predetermined second speed threshold. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Wechselrichter (WR1, WR2, WR3, WR4) mehrerer in Reihe geschalteter Wechselrichter (WR1, WR2, WR3, WR4) zur Strombegrenzung mit Pulsweitenmodulation betrieben wird. Method according to one of Claims 5 to 8, characterized in that only one inverter (WR1, WR2, WR3, WR4) of several inverters (WR1, WR2, WR3, WR4) connected in series is operated with pulse width modulation for current limitation. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungseinrichtung (3) mehrere Schalter (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9) aufweist, welche beim Umschalten zwischen einem geschlossenen Zustand und einem geöffneten Zustand gepulst betrieben werden.Method according to one of claims 5 to 9, characterized in that the connection device ( 3 ) has a plurality of switches (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9) which are pulsed when switching between a closed state and an open state.
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