DE102023004522A1

DE102023004522A1 - Variable engine configuration for electric vehicles

Info

Publication number: DE102023004522A1
Application number: DE102023004522.5A
Authority: DE
Inventors: Vikas Bansal; Channakeshav Pichappa; Ritesh Kumar S; Jaya Saxena
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-11-24
Filing date: 2023-11-09
Publication date: 2024-05-29

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt einen Motor (100) für ein Elektrofahrzeug bereit. Der Motor (100) weist primäre Statorwicklungen (102) auf, die in einer Sternkonfiguration konfiguriert sind; sekundäre Statorwicklungen (152), die dazu ausgelegt sind, selektiv in einer beliebigen oder einer Kombination von Sternkonfiguration und Delta-Konfiguration konfiguriert zu sein, wobei die sekundären Statorwicklungen (152) dazu ausgelegt sind, selektiv elektrisch mit den primären Statorwicklungen (102) gekoppelt zu sein; und eine dreiphasige Stromversorgung, die konfiguriert ist, um die primären Statorwicklungen (102) selektiv durch die sekundären Statorwicklungen (152) mit elektrischer Energie zu versorgen. Die primären Statorwicklungen (102) sind dazu ausgelegt, elektrische Energie selektiv über die sekundären Statorwicklungen (152) zu empfangen, so dass die empfangene elektrische Energie durch die geringste Anzahl von Wicklungen des Motors (100) fließt, um einen Fluss zu reduzieren, der durch die Wicklungen des Motors (100) erzeugt wird, wodurch eine Menge an Gegen-EMK reduziert wird, die während des Betriebs des Motors (100) erzeugt wird.

The present disclosure provides a motor (100) for an electric vehicle. The motor (100) includes primary stator windings (102) configured in a star configuration; secondary stator windings (152) configured to be selectively configured in any one or a combination of star configuration and delta configuration, the secondary stator windings (152) configured to be selectively electrically coupled to the primary stator windings (102); and a three-phase power supply configured to selectively supply electrical energy to the primary stator windings (102) through the secondary stator windings (152). The primary stator windings (102) are configured to selectively receive electrical energy through the secondary stator windings (152) such that the received electrical energy flows through the fewest number of windings of the motor (100) to reduce a flux generated by the windings of the motor (100), thereby reducing an amount of back EMF generated during operation of the motor (100).

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Motor eines Elektrofahrzeugs. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Mittel zur Verbesserung des Hochgeschwindigkeitsbetriebs eines Motors eines Elektrofahrzeugs.The present disclosure relates generally to a motor of an electric vehicle. More particularly, the present disclosure relates to a means for improving high speed operation of a motor of an electric vehicle.

Die Hintergrundbeschreibung enthält Informationen, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich sein können. Es ist kein Eingeständnis, dass irgendeine der hierin bereitgestellten Informationen Stand der Technik oder relevant für die vorliegende beanspruchte Erfindung ist, oder dass jede Veröffentlichung, auf die ausdrücklich oder implizit Bezug genommen wird, Stand der Technik ist.The background description contains information that may be useful in understanding the present invention. It is not an admission that any of the information provided herein is prior art or relevant to the present claimed invention, or that any publication expressly or implicitly referred to is prior art.

Elektrofahrzeuge (EVs) werden von einem elektrischen Antriebsstrang angetrieben, der die Räder des Elektrofahrzeugs antreibt und so die Bewegung des Elektrofahrzeugs bewirkt. Der elektrische Antriebsstrang besteht in der Regel aus einem Motor, der mit einer Getriebeeinheit gekoppelt ist. Der Motor erzeugt Strom, und das Getriebe überträgt die erzeugte Kraft auf die Räder. Bei den verwendeten Motoren handelt es sich in der Regel um Induktionsmotoren. Wenn Induktionsmotoren mit hohen Geschwindigkeiten betrieben werden, wird typischerweise aufgrund der Induktion der Induktionsmotoren ein Fluss erzeugt, der zu einer Gegen-EMK führt, die eine Drehzahl einschränkt, mit der der Motor betrieben werden kann.Electric vehicles (EVs) are powered by an electric drivetrain that drives the wheels of the electric vehicle, causing the electric vehicle to move. The electric drivetrain typically consists of a motor coupled to a transmission unit. The motor generates power, and the transmission transmits the generated power to the wheels. The motors used are typically induction motors. When induction motors are operated at high speeds, flux is typically generated due to the induction of the induction motors, resulting in a back EMF that limits a speed at which the motor can operate.

Das Patentdokument US11239717 sieht eine Wicklung einer Wechselstrommaschine vor, die eine erste Wye-Delta-Wicklung mit ersten Wye- und Delta-Wicklungen für jede Phase und eine zweite Wye-Delta-Wicklung mit zweiten Wye- und Delta-Wicklungen für jede Phase umfasst. Die erste und zweite Dreieckswicklung für jede Phase sind in Reihe geschaltet, und die erste und zweite Dreieckwicklung sind in Reihe geschaltet und gebildete Dreiecks- und Dreieckwicklungen sind in einer Wye-Delta-Konfiguration verbunden, wodurch eine elektrische Phasenverschiebung zwischen den beiden Wicklungen bereitgestellt wird. Die Wicklungen sind miteinander verbunden, um eine physikalische Verschiebung zwischen der ersten und zweiten Wye-Wicklung und der ersten und zweiten Delta-Wicklung zu ermöglichen. Solche Wicklungen können z.B. in Permanentmagnet-Synchronmaschinen, Synchronmaschinen, Reluktanzmaschinen und Induktionsmaschinen eingesetzt werden.The patent document US11239717 provides an alternating current machine winding comprising a first wye-delta winding having first wye and delta windings for each phase and a second wye-delta winding having second wye and delta windings for each phase. The first and second delta windings for each phase are connected in series, and the first and second delta windings connected in series and formed delta and delta windings are connected in a wye-delta configuration, thereby providing an electrical phase shift between the two windings. The windings are connected together to allow a physical shift between the first and second wye windings and the first and second delta windings. Such windings may be used in, for example, permanent magnet synchronous machines, synchronous machines, reluctance machines, and induction machines.

Das Patentdokument US10411635 sieht eine rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator vor. Der Stator besteht aus einem Statorkern und einer Statorspule. Die Statorspule besteht aus drei ersten Wicklungen, drei zweiten Wicklungen und drei Schalteinheiten. Die ersten Wicklungen sind mit Δ verbunden, um drei Knoten dazwischen zu definieren. Die zweiten Wicklungen sind so angeordnet, dass sie jeweils zwischen den Knoten und den dreiphasigen Anschlüssen der Statorspule verbindbar sind. Die Schalteinheiten schalten jeweils die Verbindungen zwischen den Knoten und den Phasenklemmen zwischen einem direkten und einem indirekten Verbindungszustand um. Im Direktverbindungszustand sind die Knoten jeweils direkt mit den Phasenklemmen verbunden. Im indirekten Anschlusszustand sind die Knoten jeweils über die zweiten Wicklungen mit den Phasenklemmen verbunden. Die erste und zweite Wicklung sind auf dem Statorkern montiert, so dass die ersten Wicklungen näher am Rotor liegen als die zweiten Wicklungen.The patent document US10411635 provides a rotating electrical machine having a rotor and a stator. The stator consists of a stator core and a stator coil. The stator coil consists of three first windings, three second windings, and three switching units. The first windings are connected at Δ to define three nodes therebetween. The second windings are arranged to be respectively connectable between the nodes and the three-phase terminals of the stator coil. The switching units respectively switch the connections between the nodes and the phase terminals between a direct connection state and an indirect connection state. In the direct connection state, the nodes are respectively connected directly to the phase terminals. In the indirect connection state, the nodes are respectively connected to the phase terminals via the second windings. The first and second windings are mounted on the stator core so that the first windings are closer to the rotor than the second windings.

Das Patentdokument CN108336941 stellt eine Art Schaltung zur Steuerung eines Motors bereit, die ein Wicklungsmodul mit mehreren Wicklungen umfasst, ein Wicklungsmodul mit der identischen ersten Gruppe von Zapfklemmen der Menge und der zweiten Gruppe von Abzweiganschlüssen. Die Eingangsklemme des Wechselrichters, der Wechselrichter ist an die Stromversorgung angeschlossen, und das Ausgangsende des Wechselrichters ist mit der ersten Gruppe von Abzweigklemmen verbunden, und der Wechselrichter wird zum Aufwickeln des Moduls für die Stromversorgung verwendet. Das Schaltermodul ist mit der zweiten Gruppe von Hahnklemmen verbunden, und das Schaltermodul wird ein- oder ausgeschaltet, um die zweite Gruppe von Hahnanschlüssen zu steuern, wobei, wenn die zweite Gruppe von Hahnklemmen die Verbindung trennt, das Wicklungsmodul mit der ersten Wicklungsverbindungsstruktur konfiguriert ist, wenn die zweite Gruppe von Hahnklemmen verbunden ist, das Wicklungsmodul mit der zweiten Wicklungsverbindungsstruktur konfiguriert ist. Dementsprechend schlug sie auch ein Motorsteuerungsverfahren, einen Permanentmagnet-Synchronmotor, einen Kompressor und ein computerlesbares Speichermedium vor. Zwei Arten von Wicklungstopologiestrukturen werden jeweils in technischer Lösung durch die Erfindung angenommen, um die Einstellung entsprechender Gegen-EMK zu realisieren und dann den Einfluss schwacher magnetischer zu reduzieren, die Erhöhung des Betriebswirkungsgrads im Niedergeschwindigkeitsbereich bzw. im Hochgeschwindigkeitsbereich zu realisieren.The patent document CN108336941 provides a kind of circuit for controlling a motor, which includes a winding module with a plurality of windings, a winding module with the identical first group of tap terminals of the quantity and the second group of tap terminals. The input terminal of the inverter, the inverter is connected to the power supply, and the output end of the inverter is connected to the first group of tap terminals, and the inverter is used to wind the module for the power supply. The switch module is connected to the second group of tap terminals, and the switch module is turned on or off to control the second group of tap terminals, wherein when the second group of tap terminals disconnects, the winding module is configured with the first winding connection structure, when the second group of tap terminals is connected, the winding module is configured with the second winding connection structure. Accordingly, it also proposed a motor control method, a permanent magnet synchronous motor, a compressor, and a computer-readable storage medium. Two kinds of winding topology structures are respectively adopted in technical solution by the invention to realize the setting of corresponding back EMF and then reduce the influence of weak magnetic, realize the increase of operating efficiency in low-speed region and high-speed region respectively.

Das zitierte Patentdokument bietet jedoch keine praktikable Lösung für das Problem, das durch die erhöhte Gegen-EMK-Erzeugung verursacht wird, wenn ein Motor mit hohen Drehzahlen betrieben wird.However, the cited patent document does not provide a practical solution to the problem caused by the increased back EMF generation when a motor is operated at high speeds.

Es gibt daher eine Anforderung im Stand der Technik für ein Mittel zur Reduzierung der EMK-Erzeugung in einem Motor eines Elektrofahrzeugs, das mit hohen Geschwindigkeiten betrieben wird.There is therefore a need in the prior art for a means of reducing the EMF generation in a motor of an electric vehicle operating at high speeds.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine variable Motorkonfiguration zur Verbesserung der Leistung des Motors für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen.An object of the present invention is to provide a variable motor configuration for improving the performance of the motor for an electric vehicle.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Motor bereitzustellen, der eine reduzierte Gegen-EMK erzeugt, um einen effizienten Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu ermöglichen.Another object of the present invention is to provide a motor that produces reduced back EMF to enable efficient high speed operation.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Motor mit verbessertem Wirkungsgrad bereitzustellen.Another object of the present invention is to provide an engine with improved efficiency.

In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung einen Motor für ein Elektrofahrzeug bereit. Der Motor verfügt über primäre Statorwicklungen, die in einer Sternkonfiguration konfiguriert sind. und sekundäre Statorwicklungen, die dazu ausgelegt sind, selektiv in einer beliebigen oder einer Kombination von Sternkonfiguration und Delta-Konfiguration konfiguriert zu sein, wobei die sekundären Statorwicklungen dazu ausgelegt sind, selektiv elektrisch mit den primären Statorwicklungen gekoppelt zu sein. Der Motor umfasst ferner eine dreiphasige Stromversorgung, die konfiguriert ist, um die primären Statorwicklungen selektiv über die sekundären Statorwicklungen mit elektrischer Energie zu versorgen. Die primären Statorwicklungen ist dazu ausgelegt, elektrische Energie selektiv über die sekundären Statorwicklungen zu empfangen, so dass die empfangene elektrische Leistung durch die geringste Anzahl von Wicklungen des Motors geht, um einen Fluss zu reduzieren, der durch die Wicklungen des Motors erzeugt wird, wodurch eine Menge an Gegen-EMK reduziert wird, die während des Betriebs des Motors erzeugt wird.In a first aspect, the present disclosure provides a motor for an electric vehicle. The motor has primary stator windings configured in a star configuration and secondary stator windings configured to be selectively configured in any one or a combination of star configuration and delta configuration, wherein the secondary stator windings are configured to be selectively electrically coupled to the primary stator windings. The motor further includes a three-phase power supply configured to selectively supply electrical power to the primary stator windings via the secondary stator windings. The primary stator windings are configured to selectively receive electrical power via the secondary stator windings such that the received electrical power passes through the fewest number of windings of the motor to reduce flux generated by the windings of the motor, thereby reducing an amount of back EMF generated during operation of the motor.

In einigen Ausführungsformen ist der Motor betriebsbedingt mit einer Steuerung gekoppelt. Der Regler ist so konfiguriert, dass die primären Statorwicklungen selektiv elektrisch mit den sekundären Statorwicklungen gekoppelt werden. Die Steuerung ist ferner konfiguriert, um die sekundären Statorwicklungen selektiv in einer oder einer Kombination der Sternkonfiguration und der Dreieckkonfiguration zu konfigurieren.In some embodiments, the motor is operatively coupled to a controller. The controller is configured to selectively electrically couple the primary stator windings to the secondary stator windings. The controller is further configured to selectively configure the secondary stator windings in one or a combination of the star configuration and the delta configuration.

In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung so konfiguriert, dass sie auf der Grundlage einer Drehzahl des Motorbetriebs arbeitet.In some embodiments, the controller is configured to operate based on a speed of engine operation.

In einigen Ausführungsformen ist, wenn der Motor mit sehr hohen Geschwindigkeiten arbeitet, der Motor so konfiguriert, dass die primären Statorwicklungen die elektrische Energie direkt von der Stromversorgung erhalten.In some embodiments, when the motor operates at very high speeds, the motor is configured so that the primary stator windings receive electrical energy directly from the power supply.

In einigen Ausführungsformen ist, wenn der Motor mit hohen Geschwindigkeiten arbeitet, der Motor so konfiguriert, dass die primären Statorwicklungen die elektrische Energie von der Stromversorgung über die sekundären Statorwicklungen erhalten, und wobei sich die sekundären Statorwicklungen in der Delta-Konfiguration befinden.In some embodiments, when the motor operates at high speeds, the motor is configured such that the primary stator windings receive electrical energy from the power supply through the secondary stator windings, and wherein the secondary stator windings are in the delta configuration.

In einigen Ausführungsformen ist, wenn der Motor bei mittleren Geschwindigkeiten arbeitet, der Motor so konfiguriert, dass die primären Statorwicklungen die elektrische Energie von der Stromversorgung über die sekundären Statorwicklungen erhalten, und wobei die sekundären Statorwicklungen in der Sternkonfiguration sind.In some embodiments, when the motor operates at medium speeds, the motor is configured such that the primary stator windings receive electrical energy from the power supply through the secondary stator windings, and wherein the secondary stator windings are in the star configuration.

In einigen Ausführungsformen ist, wenn der Motor mit niedrigen Drehzahlen arbeitet, der Motor so konfiguriert, dass die primären Statorwicklungen die elektrische Energie von der Stromversorgung über die sekundären Statorwicklungen erhalten, und wobei die sekundären Statorwicklungen in der Stern-Dreieck-Konfiguration sind.In some embodiments, when the motor is operating at low speeds, the motor is configured such that the primary stator windings receive electrical energy from the power supply through the secondary stator windings, and wherein the secondary stator windings are in the star-delta configuration.

In einigen Ausführungsformen ist der Motor ein Permanentmagnet-Synchronmotor.In some embodiments, the motor is a permanent magnet synchronous motor.

In einigen Ausführungsformen umfasst der Motor eine Vielzahl von Schaltern, um eine selektive elektrische Kopplung der primären Statorwicklungen und der sekundären Statorwicklungen zu ermöglichen, und für die selektive Konfiguration der sekundären Statorwicklungen in einer oder einer Kombination der Sternkonfiguration und der Dreieckkonfiguration.In some embodiments, the motor includes a plurality of switches to enable selective electrical coupling of the primary stator windings and the secondary stator windings, and for selectively configuring the secondary stator windings in one or a combination of the star configuration and the delta configuration.

In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Elektrofahrzeug bereit, das den Motor des ersten Aspekts enthält.In a second aspect, the present disclosure provides an electric vehicle including the motor of the first aspect.

Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des erfindungsgemäßen Gegenstands werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungsfiguren, in denen gleiche Ziffern gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.Various objects, features, aspects and advantages of the inventive subject matter will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawing figures in which like numerals represent like components.

Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln, und sind in diese Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.

1 veranschaulicht eine schematische Darstellung von Statorwicklungen eines Motors eines Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2A veranschaulicht eine schematische Darstellung der primären und sekundären Statorwicklungen des Motors, wenn der Motor mit sehr hohen Geschwindigkeiten läuft, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2B veranschaulicht eine schematische Darstellung der primären und sekundären Statorwicklungen des Motors, wenn der Motor mit hohen Geschwindigkeiten läuft, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2C veranschaulicht eine schematische Darstellung der primären und sekundären Statorwicklungen des Motors, wenn der Motor mit mittleren Drehzahlen läuft, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
2D veranschaulicht eine schematische Darstellung der primären und sekundären Statorwicklungen des Motors, wenn der Motor mit niedrigen Drehzahlen läuft, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

The attached drawings are included to provide a further understanding of the present disclosure. ation and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate exemplary embodiments of the present disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the present disclosure.

1 illustrates a schematic representation of stator windings of a motor of an electric vehicle according to an embodiment of the present disclosure;
2A illustrates a schematic representation of the primary and secondary stator windings of the motor when the motor is running at very high speeds, according to an embodiment of the present disclosure;
2 B illustrates a schematic representation of the primary and secondary stator windings of the motor when the motor is running at high speeds, according to an embodiment of the present disclosure;
2C illustrates a schematic representation of the primary and secondary stator windings of the motor when the motor is running at medium speeds, according to an embodiment of the present disclosure; and
2D illustrates a schematic representation of the primary and secondary stator windings of the motor when the motor is running at low speeds, according to an embodiment of the present disclosure.

Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Offenbarung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die Ausführungsformen sind so detailliert, dass sie die Offenbarung klar kommunizieren. Der angebotene Detaillierungsgrad ist jedoch nicht dazu gedacht, die erwarteten Variationen von Ausführungsformen einzuschränken; Im Gegenteil, es besteht die Absicht, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.Following is a detailed description of embodiments of the disclosure illustrated in the accompanying drawings. The embodiments are detailed enough to clearly communicate the disclosure. However, the level of detail offered is not intended to limit the expected variations of embodiments; on the contrary, the intention is to cover all modifications, equivalents, and alternatives that fall within the spirit and scope of the present disclosure as defined by the appended claims.

In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung einen Motor für ein Elektrofahrzeug bereit. Der Motor verfügt über primäre Statorwicklungen, die in einer Sternkonfiguration konfiguriert sind. und sekundäre Statorwicklungen, die dazu ausgelegt sind, selektiv in einer beliebigen oder einer Kombination von Sternkonfiguration und Delta-Konfiguration konfiguriert zu sein, wobei die sekundären Statorwicklungen dazu ausgelegt sind, selektiv elektrisch mit den primären Statorwicklungen gekoppelt zu sein. Der Motor umfasst ferner eine dreiphasige Stromversorgung, die so konfiguriert ist, dass sie die primären Statorwicklungen selektiv durch die sekundären Statorwicklungen. Die primären Statorwicklungen sind dazu ausgelegt, elektrische Energie selektiv über die sekundären Statorwicklungen zu empfangen, so dass die empfangene elektrische Energie durch die geringste Anzahl von Wicklungen des Motors fließt, um einen Fluss zu reduzieren, der durch die Wicklungen des Motors erzeugt wird, wodurch eine Menge an Gegen-EMK reduziert wird, die während des Betriebs des Motors erzeugt wird.In a first aspect, the present disclosure provides a motor for an electric vehicle. The motor has primary stator windings configured in a star configuration and secondary stator windings configured to be selectively configured in any one or a combination of star configuration and delta configuration, wherein the secondary stator windings are configured to be selectively electrically coupled to the primary stator windings. The motor further includes a three-phase power supply configured to selectively supply the primary stator windings through the secondary stator windings. The primary stator windings are configured to selectively receive electrical energy through the secondary stator windings such that the received electrical energy flows through the fewest number of windings of the motor to reduce flux generated by the windings of the motor, thereby reducing an amount of back EMF generated during operation of the motor.

In einigen Ausführungsformen ist, wenn der Motor bei mittleren Geschwindigkeiten arbeitet, der Motor so konfiguriert, dass die primären Statorwicklungen die elektrische Energie von der Stromversorgung über die sekundären Statorwicklungen erhalten, und wobei die sekundären Statorwicklungen in der Sternkonfiguration sind.In some embodiments, when the engine is operating at medium speeds, the Motor configured such that the primary stator windings receive electrical energy from the power supply through the secondary stator windings, and wherein the secondary stator windings are in the star configuration.

1 zeigt eine schematische Darstellung der Statorwicklungen eines Motors 100 eines Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen kann der Motor 100 ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) sein. Der Motor 100 weist eine Konfiguration auf, bei der die Statorwicklungen in primäre Statorwicklungen 102 und sekundäre Statorwicklungen 152 aufgeteilt sind. Die primären Statorwicklungen 102 weisen Induktivitäten L11, L12, L13 auf, die gemäß einer Sternkonfiguration konfiguriert sind. In der Sternkonfiguration sind die Induktivitäten L11, L12, L13 elektrisch an die jeweilige erste, zweite und dritte Phase (A, B, C) gekoppelt, und jede der Induktivitäten L11, L12, L13 ist ferner an einem Mittelpunkt elektrisch miteinander gekoppelt. 1 shows a schematic representation of the stator windings of a motor 100 of an electric vehicle according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments, the motor 100 may be a permanent magnet synchronous motor (PMSM). The motor 100 has a configuration in which the stator windings are divided into primary stator windings 102 and secondary stator windings 102. The primary stator windings 102 have inductors L11, L12, L13 configured according to a star configuration. In the star configuration, the inductors L11, L12, L13 are electrically coupled to the respective first, second and third phases (A, B, C), and each of the inductors L11, L12, L13 are further electrically coupled to one another at a midpoint.

Die sekundären Statorwicklungen 152 weisen eine umschaltbare Konfiguration auf. Mit anderen Worten enthält die sekundäre Statorwicklung 152 Induktivitäten, die in der Sternkonfiguration oder in einer Delta-Konfiguration konfiguriert sein können. Insbesondere weisen die sekundären Statorwicklungen 152 Induktivitäten L21, L22, L23 auf, die gemäß einer Sternkonfiguration konfiguriert sind. In der Sternkonfiguration sind die Induktivitäten L21, L22, L23 elektrisch an die jeweilige erste, zweite und dritte Phase (D, E, F) gekoppelt, und jede der Induktivitäten L21, L22, L23 ist weiter an einem Mittelpunkt elektrisch miteinander gekoppelt. Ferner sind die Induktivitäten L21, L22, L23 so konfiguriert, dass sie selektiv elektrisch mit den drei Phasen über die jeweiligen Schalter S4, S5, S6 gekoppelt sind.The secondary stator windings 152 have a switchable configuration. In other words, the secondary stator winding 152 includes inductors that may be configured in the star configuration or in a delta configuration. In particular, the secondary stator windings 152 include inductors L21, L22, L23 configured according to a star configuration. In the star configuration, the inductors L21, L22, L23 are electrically coupled to the respective first, second and third phases (D, E, F), and each of the inductors L21, L22, L23 are further electrically coupled to each other at a midpoint. Further, the inductors L21, L22, L23 are configured to be selectively electrically coupled to the three phases via the respective switches S4, S5, S6.

Die sekundären Statorwicklungen 152 weisen ferner Induktivitäten L31, L32, L33 auf, die gemäß einer Delta-Konfiguration konfiguriert sind. In der Delta-Konfiguration sind die Induktivitäten L31, L32, L33 jeweils elektrisch an zwei Phasen gekoppelt. Insbesondere ist die Induktivität L31 elektrisch zwischen der ersten und der zweiten Phase (D, E) gekoppelt, die Induktivität L32 ist elektrisch zwischen der zweiten und dritten Phase (E, F) gekoppelt, und die Induktivität L33 ist elektrisch zwischen der dritten und der ersten Phase (F, D) gekoppelt. Ferner sind die Induktivitäten L31, L32, L33 so konfiguriert, dass sie selektiv elektrisch mit den drei Phasen über die jeweiligen Schalter S1, S2, S3 gekoppelt sind.The secondary stator windings 152 further include inductors L31, L32, L33 configured according to a delta configuration. In the delta configuration, the inductors L31, L32, L33 are each electrically coupled to two phases. Specifically, the inductor L31 is electrically coupled between the first and second phases (D, E), the inductor L32 is electrically coupled between the second and third phases (E, F), and the inductor L33 is electrically coupled between the third and first phases (F, D). Further, the inductors L31, L32, L33 are configured to be selectively electrically coupled to the three phases via the respective switches S1, S2, S3.

Weiterhin sind die primären Statorwicklungen 102 und die sekundären Statorwicklungen 152 an den jeweiligen drei Phasen über Schalter selektiv elektrisch miteinander gekoppelt. Mit anderen Worten ist die erste Phase A der primären Statorwicklungen 102 selektiv elektrisch mit der ersten Phase D der sekundären Statorwicklungen 152 über den Schalter S8 gekoppelt. Die zweite Phase B der primären Statorwicklungen 102 ist selektiv elektrisch mit der zweiten Phase E der sekundären Statorwicklungen 152 über den Schalter S7 gekoppelt. Die dritte Phase C der primären Statorwicklungen 102 ist selektiv elektrisch mit der dritten Phase F der sekundären Statorwicklungen 152 über den Schalter S9 gekoppelt.Furthermore, the primary stator windings 102 and the secondary stator windings 152 are selectively electrically coupled to each other at the respective three phases via switches. In other words, the first phase A of the primary stator windings 102 is selectively electrically coupled to the first phase D of the secondary stator windings 152 via the switch S8. The second phase B of the primary stator windings 102 is selectively electrically coupled to the second phase E of the secondary stator windings 152 via the switch S7. The third phase C of the primary stator windings 102 is selectively electrically coupled to the third phase F of the secondary stator windings 152 via the switch S9.

In einigen Ausführungsformen können die Schalter S1-S9 einpolige Umschalter sein. Abhängig von einer Anforderung an die Drehzahl des Motors 100 können die primären Statorwicklungen 102 und die sekundären Statorwicklungen 152 selektiv elektrisch gekoppelt sein, um eine Erzeugung von Gegen-EMK zu reduzieren. Durch selektives Eingreifen eines der mehreren Schalter S1 bis S9 kann eine effektive Induktivität der Kombination der primären Statorwicklungen 102 und der sekundären Statorwicklungen 152 variiert werden, was wiederum entsprechend eine Menge des erzeugten Flusses variiert. Infolgedessen kann bei höheren Drehzahlen des Motors 100 eine Kombination der primären und sekundären Statorwicklungen 102, 152 für den Motor 100 konfiguriert werden, so dass ein reduzierter Fluss vorhanden ist, was zu einer Feldschwächung führt, was zu einer reduzierten Gegen-EMK führt.In some embodiments, switches S1-S9 may be single-pole, double-throw switches. Depending on a speed requirement of motor 100, primary stator windings 102 and secondary stator windings 152 may be selectively electrically coupled to reduce generation of back EMF. By selectively engaging one of the plurality of switches S1 through S9, an effective inductance of the combination of primary stator windings 102 and secondary stator windings 152 may be varied, which in turn correspondingly varies an amount of flux generated. As a result, at higher speeds of motor 100, a combination of primary and secondary stator windings 102, 152 may be configured for motor 100 such that reduced flux is present, resulting in field weakening, resulting in reduced back EMF.

2A veranschaulicht eine schematische Darstellung der primären und sekundären Statorwicklungen 102, 152 des Motors 100, wenn der Motor 100 mit sehr hohen Geschwindigkeiten läuft, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In einem solchen Fall befinden sich die Induktivitäten L11, L12, L13 der primären Statorwicklungen 102 in der Sternkonfiguration, und die sekundären Statorwicklungen 152 sind elektrisch von den primären Statorwicklungen 102 entkoppelt. Mit anderen Worten sind die primären Statorwicklungen 102 direkt mit einer dreiphasigen Stromversorgung gekoppelt, so dass die drei Phasen (A, B, C) der primären Statorwicklungen 102 jeweils drei Phasen der Leistung (R, Y, G) erhalten. Infolgedessen fließt der gesamte elektrische Strom durch die primären Statorwicklungen 102. Da der elektrische Strom nur durch einen Satz von Wicklungen an den primären Statorwicklungen 102 fließt, wird die Flussmenge proportional reduziert, was zu einer verringerten Gegen-EMK bei hohen Geschwindigkeiten des Motors 100 führt. 2A illustrates a schematic representation of the primary and secondary stator windings 102, 152 of the motor 100 when the motor 100 is running at very high speeds, according to an embodiment of the present Disclosure. In such a case, the inductors L11, L12, L13 of the primary stator windings 102 are in the star configuration, and the secondary stator windings 152 are electrically decoupled from the primary stator windings 102. In other words, the primary stator windings 102 are directly coupled to a three-phase power supply such that the three phases (A, B, C) of the primary stator windings 102 each receive three phases of power (R, Y, G). As a result, all of the electrical current flows through the primary stator windings 102. Since the electrical current flows through only one set of windings on the primary stator windings 102, the amount of flux is proportionally reduced, resulting in reduced back EMF at high speeds of the motor 100.

In der in 2A dargestellten Ausführungsform sind die Schalter S7, S8, S9 geschlossen, um eine elektrische Kopplung zu erzeugen, während die Schalter S1-S6 geöffnet sind.In the embodiment shown in 2A, switches S7, S8, S9 are closed to create electrical coupling, while switches S1-S6 are open.

2B veranschaulicht eine schematische Darstellung der primären und sekundären Statorwicklungen 102, 152 des Motors 100, wenn der Motor 100 mit hohen Geschwindigkeiten läuft, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In einem solchen Fall befinden sich die Induktivitäten L11, L12, L13 der primären Statorwicklungen 102 in der Sternkonfiguration, und die sekundären Statorwicklungen 152 sind in der Delta-Konfiguration und elektrisch mit den primären Statorwicklungen 102 gekoppelt. Mit anderen Worten sind die primären Statorwicklungen 102 über die sekundären Statorwicklungen 152 mit der dreiphasigen Stromversorgung gekoppelt, so dass der elektrische Strom zuerst durch die Wicklungen der sekundären Statorwicklungen 152 in der Delta-Konfiguration und dann durch die Wicklungen der primären Statorwicklungen 102 fließt. Die Einbeziehung zusätzlicher Induktivitäten L31, L32, L33 in den elektrischen Stromfluss erhöht den erzeugten Fluss in Bezug auf den in 2A dargestellten Fall. 2 B illustrates a schematic representation of the primary and secondary stator windings 102, 152 of the motor 100 when the motor 100 is running at high speeds, according to an embodiment of the present disclosure. In such a case, the inductances L11, L12, L13 of the primary stator windings 102 are in the star configuration, and the secondary stator windings 152 are in the delta configuration and electrically coupled to the primary stator windings 102. In other words, the primary stator windings 102 are coupled to the three-phase power supply via the secondary stator windings 152 such that electrical current flows first through the windings of the secondary stator windings 152 in the delta configuration and then through the windings of the primary stator windings 102. The inclusion of additional inductors L31, L32, L33 in the electrical current flow increases the generated flux with respect to the case shown in 2A.

In der in 2B dargestellten Ausführungsform sind die Schalter S4-S6 geöffnet, während die Schalter S1-S3 und S7-S9 geschlossen sind.In the 2 B In the embodiment shown, switches S4-S6 are open, while switches S1-S3 and S7-S9 are closed.

2C veranschaulicht eine schematische Darstellung der primären und sekundären Statorwicklungen 102, 152 des Motors 100, wenn der Motor 100 mit mittleren Geschwindigkeiten läuft, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In einem solchen Fall befinden sich die Induktivitäten L11, L12, L13 der primären Statorwicklungen 102 in der Sternkonfiguration, und die sekundären Statorwicklungen 152 sind in der Sternkonfiguration und elektrisch mit den primären Statorwicklungen 102 gekoppelt. Mit anderen Worten sind die primären Statorwicklungen 102 über die sekundären Statorwicklungen 152 mit der dreiphasigen Stromversorgung gekoppelt, so dass der elektrische Strom zuerst durch die Wicklungen der sekundären Statorwicklungen 152 in der Sternkonfiguration und dann durch die Wicklungen der primären Statorwicklungen 102 fließt. Die Einbeziehung zusätzlicher Induktivitäten L21, L22, L23 in den elektrischen Stromfluss erhöht den erzeugten Fluss in Bezug auf den in den 2A und 2B dargestellten Fall. 2C illustrates a schematic representation of the primary and secondary stator windings 102, 152 of the motor 100 when the motor 100 is running at medium speeds, according to an embodiment of the present disclosure. In such a case, the inductors L11, L12, L13 of the primary stator windings 102 are in the star configuration, and the secondary stator windings 152 are in the star configuration and electrically coupled to the primary stator windings 102. In other words, the primary stator windings 102 are coupled to the three-phase power supply via the secondary stator windings 152, such that the electrical current flows first through the windings of the secondary stator windings 152 in the star configuration and then through the windings of the primary stator windings 102. The inclusion of additional inductors L21, L22, L23 in the electrical current flow increases the flux generated with respect to that in the 2A and 2 B case presented.

In der in 2C dargestellten Ausführungsform sind die Schalter S1-S3 geöffnet, während die Schalter S4-S9 geschlossen sind.In the 2C In the embodiment shown, switches S1-S3 are open while switches S4-S9 are closed.

2D veranschaulicht eine schematische Darstellung der primären und sekundären Statorwicklungen 102, 152 des Motors 100, wenn der Motor 100 mit niedrigen Drehzahlen läuft, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In einem solchen Fall befinden sich die Induktivitäten L11, L12, L13 der primären Statorwicklungen 102 in der Sternkonfiguration, und die sekundären Statorwicklungen 152 sind in der Stern-Dreieck-Konfiguration und elektrisch mit den primären Statorwicklungen 102 gekoppelt. Mit anderen Worten sind die primären Statorwicklungen 102 über die sekundären Statorwicklungen 152 mit der dreiphasigen Stromversorgung gekoppelt, so dass der elektrische Strom zuerst durch die Wicklungen der sekundären Statorwicklungen 152 in der Stern-Dreieck-Konfiguration und dann durch die Wicklungen der primären Statorwicklungen 102 fließt. Die Einbeziehung zusätzlicher Induktivitäten L21, L22, L23 und L31, L32, L33 in den elektrischen Stromfluss erhöht den erzeugten Fluss in Bezug auf den in den 2A, 2B und 2C dargestellten Fall. 2D illustrates a schematic representation of the primary and secondary stator windings 102, 152 of the motor 100 when the motor 100 is running at low speeds, according to an embodiment of the present disclosure. In such a case, the inductances L11, L12, L13 of the primary stator windings 102 are in the star configuration, and the secondary stator windings 152 are in the star-delta configuration and electrically coupled to the primary stator windings 102. In other words, the primary stator windings 102 are coupled to the three-phase power supply via the secondary stator windings 152 such that the electrical current flows first through the windings of the secondary stator windings 152 in the star-delta configuration and then through the windings of the primary stator windings 102. The inclusion of additional inductances L21, L22, L23 and L31, L32, L33 in the electrical current flow increases the generated flux with respect to the 2A , 2 B and 2C case presented.

Bei der in 2D dargestellten Ausführungsform sind die Schalter S1-S9 geschlossen.At the 2D In the embodiment shown, switches S1-S9 are closed.

Dem Fachmann sollte klar sein, dass neben den bereits beschriebenen noch viele weitere Modifikationen möglich sind, ohne von den hierin enthaltenen erfinderischen Konzepten abzuweichen. Der erfinderische Gegenstand darf daher nur im Sinne der beigefügten Ansprüche eingeschränkt werden. Darüber hinaus sollten bei der Auslegung sowohl der Patentschrift als auch der Ansprüche alle Begriffe so weit wie möglich und im Einklang mit dem Kontext ausgelegt werden. Insbesondere sollten die Begriffe „umfassen“ und „umfassend“ so interpretiert werden, dass sie sich auf Elemente, Komponenten oder Schritte in einer nicht ausschließlichen Weise beziehen und darauf hinweisen, dass die referenzierten Elemente, Komponenten oder Schritte vorhanden sein oder verwendet oder mit anderen Elementen, Komponenten oder Schritten kombiniert werden können, auf die nicht ausdrücklich verwiesen wird. Wenn sich die Patentansprüche auf mindestens eines von etwas beziehen, das aus der Gruppe bestehend aus A, B, C ....und N ausgewählt wurde, sollte der Text so ausgelegt werden, dass er nur ein Element aus der Gruppe erfordert, nicht A plus N oder B plus N usw. Die vorstehende Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen wird die allgemeine Natur der Ausführungsformen hierin so vollständig offenbaren, dass andere durch Anwendung des derzeitigen Wissens solche spezifischen Ausführungsformen leicht modifizieren und/oder für verschiedene Anwendungen anpassen können, ohne von dem generischen Konzept abzuweichen, und daher sollten und sollen solche Anpassungen und Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalente der offenbarten Ausführungsformen verstanden werden. Es versteht sich, dass die hier verwendete Phraseologie oder Terminologie der Beschreibung und nicht der Einschränkung dient. Während die Ausführungsformen hierin in Begriffen bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurden, wird der Fachmann daher erkennen, dass die Ausführungsformen hierin mit Modifikation innerhalb des Geistes und des Umfangs der beigefügten Ansprüche ausgeführt werden können.It should be clear to those skilled in the art that many other modifications are possible in addition to those already described without departing from the inventive concepts contained herein. The inventive subject matter may therefore only be limited in the sense of the appended claims. Furthermore, in interpreting both the specification and the claims, all terms should be interpreted as broadly as possible and consistent with the context. In particular, the terms "comprising" and "comprising" should be interpreted to refer to elements, components or steps in a non-exclusive manner and to indicate that the referenced elements, components or steps may be present or used or combined with other elements, components or steps not expressly referred to. If the claims refer to at least one of refer to something selected from the group consisting of A, B, C ....and N, the text should be construed as requiring only one element from the group, not A plus N or B plus N, etc. The foregoing description of the specific embodiments will so fully disclose the general nature of the embodiments herein that others, by application of current knowledge, may readily modify and/or adapt such specific embodiments to various applications without departing from the generic concept, and thus such adaptations and modifications should and should be understood within the meaning and range of equivalents of the disclosed embodiments. It is to be understood that the phraseology or terminology used herein is for the purpose of description and not of limitation. Therefore, while the embodiments have been described herein in terms of preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that the embodiments herein may be practiced with modification within the spirit and scope of the appended claims.

Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom grundlegenden Umfang derselben abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Versionen oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um eine Person mit durchschnittlichem Fachmann auf dem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Kenntnissen kombiniert wird, die der Person mit dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet zur Verfügung stehen.While the foregoing describes various embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof. The scope of the invention is determined by the following claims. The invention is not limited to the described embodiments, versions, or examples, which are included to enable a person of ordinary skill in the art to make and use the invention when combined with information and knowledge available to the person of ordinary skill in the art.

Die vorliegende Erfindung stellt eine variable Motorkonfiguration zur Verbesserung der Leistung des Motors für ein Elektrofahrzeug bereit.The present invention provides a variable motor configuration for improving the performance of the motor for an electric vehicle.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Motor bereit, der eine reduzierte Gegen-EMK erzeugt, um einen effizienten Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu ermöglichen.The present invention provides a motor that produces reduced back EMF to enable efficient high speed operation.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Motor mit verbessertem Wirkungsgrad bereit.The present invention provides an engine with improved efficiency.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US11239717 [0004]
US10411635 [0005]
CN108336941 [0006]

Claims

A motor (100) for an electric vehicle, the motor (100) comprising: primary stator windings (102) in a star configuration; secondary stator windings (152) configured to be selectively configured in any one or a combination of star configuration and delta configuration, the secondary stator windings (152) configured to be selectively electrically coupled to the primary stator windings (102); and a three-phase power supply configured to selectively supply electrical energy to the primary stator windings (102) via the secondary stator windings (152), wherein the primary stator windings (102) are configured to selectively receive electrical energy via the secondary stator windings (152) such that the received electrical energy flows through the fewest number of windings of the motor (100) to reduce a flux generated by the windings of the motor (100), thereby reducing an amount of back EMF generated during operation of the motor (100).

Engine (100) after Claim 1 , characterized in that the motor (100) is operatively coupled to a controller, the controller configured to selectively electrically couple the primary stator windings (102) to secondary stator windings (152), and the controller further configured to selectively configure the secondary stator windings (152) in one or a combination of the star configuration and the delta configuration.

Engine (100) after Claim 2 , wherein the controller is configured to operate based on an engine operating speed.

Engine (100) after Claim 1 wherein the motor (100) is configured at very high speeds so that the primary stator windings (102) receive electrical energy directly from the power supply.

Engine (100) after Claim 1 wherein the motor (100) is configured at high speeds such that the primary stator windings (102) receive electrical energy from the power supply via the secondary stator windings (152), and wherein the secondary stator windings (152) are arranged in the delta configuration.

Engine (100) after Claim 1 wherein the motor (100) is configured at medium speeds such that the primary stator windings (102) receive electrical energy from the power supply via the secondary stator windings (152), and wherein the secondary stator windings (152) are arranged in a star configuration.

Engine (100) after Claim 1 wherein the motor (100) is configured at low speeds such that the primary stator windings (102) receive electrical energy from the power supply via the secondary stator windings (152), and wherein the secondary stator windings (152) are arranged in the star-delta configuration.

Engine (100) after Claim 1 , wherein the motor (100) is a permanent magnet synchronous motor (PMSM).

Engine (100) after Claim 1 wherein the motor (100) comprises a plurality of switches (S1-S9) to enable selective electrical coupling of the primary stator windings (102) and the secondary stator windings (152) and to enable selective configuration of the secondary stator windings (152) in one or a combination of the star configuration and the delta configuration.

Electric vehicle with the engine (100) according to Claim 1 .