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WO2021032870A1 - Traktionsmotor mit windungsanzahlumschaltung - Google Patents

Traktionsmotor mit windungsanzahlumschaltung Download PDF

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Publication number
WO2021032870A1
WO2021032870A1 PCT/EP2020/073459 EP2020073459W WO2021032870A1 WO 2021032870 A1 WO2021032870 A1 WO 2021032870A1 EP 2020073459 W EP2020073459 W EP 2020073459W WO 2021032870 A1 WO2021032870 A1 WO 2021032870A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
winding
phase
motor
electronic switch
phases
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/073459
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Reichert
Original Assignee
Nidec-Drivexpert Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec-Drivexpert Gmbh filed Critical Nidec-Drivexpert Gmbh
Priority to US17/636,688 priority Critical patent/US20220286073A1/en
Priority to CN202080073712.XA priority patent/CN114600368A/zh
Publication of WO2021032870A1 publication Critical patent/WO2021032870A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/08—Reluctance motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays
    • H02P25/188—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays wherein the motor windings are switched from series to parallel or vice versa to control speed or torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/10—Electrical machine types
    • B60L2220/18—Reluctance machines

Definitions

  • the present invention relates to a traction motor for a motor vehicle having a switched reluctance machine with the features of the preamble of claim 1 and a method for controlling a circuit of a motor phase of a switched reluctance motor of a traction motor with the features of the preamble of claim 9.
  • Switched reluctance motors are often used as drive machines in electrical drive systems because they are inexpensive to use and robust in operation. Usually a converter topology with asymmetrical half bridges is used, which is connected to the phases of the motor without a star point. It is also known to use switched reluctance motors in traction motors, in particular in electric drive systems in an electrically operated vehicle such as an electric car or a hybrid vehicle.
  • the classic inverter topology for three-phase switched reluctance motors consists of six circuit breakers. It is composed of three mutually independent asymmetrical hydrogen bonds.
  • the upper circuit breaker of each H-bridge in connection with the lower diode regulates the current in the connected winding phase.
  • the lower circuit breaker in conjunction with the upper diode enables rapid commutation against the full DC supply voltage when changing from one motor strand to another.
  • a switched reluctance motor is known from the laid-open specification DE 43 30 386 A1, which has a tap in the center of the phase winding, which is connected to a first pole via a freewheeling half-switch and to the other pole of the DC voltage source via an additional switching transistor .
  • a predetermined torque is reached, half the number of pole windings is cut off by means of the switch, so that a higher torque can be achieved.
  • the object of the present invention is to specify a traction motor having a switched reluctance machine which can be optimized in a simple manner to two speed ranges at the same time.
  • a traction motor with a switched reluctance motor is provided for a motor vehicle, the
  • each stator pole having a winding with at least one winding phase, at least two winding phases of a stator pole or at least two winding phases arranged on diametrically opposite stator poles being assigned to a motor phase, the at least two winding phases being assigned to a first with a direct voltage source connected supply line and a second supply line connected to a ground connection are arranged and each winding phase an upper electronic switch (high-side) and a lower electronic switch (low-side) each with a free-wheeling diode arranged in parallel,
  • a control device which controls the electronic switches of the circuits as a function of the position of the rotor, wherein the at least two winding phases of a motor phase are interconnected in a common circuit via a shunt arm, such that the at least two winding phases of a motor phase between a Parallel connection and series connection can be switched over by means of the control of the electronic switch.
  • the motor can be optimized for both city operation and motorway operation of the motor vehicle.
  • the number of turns can be varied by a factor of two with the same number of turns per winding phase. However, it can also be provided that the number of turns per winding phase is different.
  • the control device preferably has a control unit, in particular a microprocessor or an FPGA, which, after the reluctance motor has reached a predetermined speed, causes a switchover from series connection to parallel connection. At high speeds, the winding phases are therefore preferably operated in parallel. It is also conceivable to make the switchover dependent on the torque of the reluctance motor or on a predetermined speed gradient.
  • a control unit in particular a microprocessor or an FPGA
  • two winding phases of a motor phase are symmetrically connected. It is advantageous if each phase winding of a motor phase is arranged in an asymmetrical half-bridge.
  • the asymmetrical half bridge has the two electronic switches and the two free-wheeling diodes.
  • the shunt arm connects the two asymmetrical half bridges and a diode is arranged in the shunt arm, which is polarized in the reverse direction. Only a single additional diode is therefore necessary for the connection of two winding phases.
  • the circuit can be scaled as required. With two winding phases per phase, there are only four in total electronic switches provided, two per winding strand. The number of electronic switches increases to n * 2 for n winding phases per phase.
  • the shunt arm preferably extends from a first connection point of a first winding phase with a lower electronic switch and an upper free-wheeling diode to a second connection point of a second winding phase with an upper electronic switch, with a lower free-wheeling diode parallel to the lower electronic switch between the diode and the second Connection point and the second supply line is arranged.
  • the two winding phases of a motor phase are connected asymmetrically. It is advantageous if two winding phases of a motor phase form a winding phase pair, with one of the winding phases of a winding pair being arranged in an asymmetrical half-bridge with the two electronic switches and the two free-wheeling diodes and the second winding phase being arranged in a symmetrical half-bridge, as in induction machines is used.
  • a third, upper and a fourth, lower electronic switch is arranged in series between the two supply lines, the third and fourth electronic switches being assigned a free-wheeling diode and the third and fourth electronic switch having the free-wheeling diodes are connected via a center tap between the electronic switches and the freewheeling diodes, and the two nodes thus formed are in turn connected to a third node, which is formed between the lower electronic switch of the first winding phase and the first winding phase, via the shunt arm, wherein the second winding phase is arranged in the shunt arm.
  • the winding phases can be switched between parallel and series connection.
  • the linking of the two winding phases as described means that no additional electronic components are required.
  • the electronic switches can generally be, for example, MOSFET switches or bipolar transistors, in particular IGBT switches.
  • a motor vehicle with an electric or hybrid drive has at least one traction motor described above with a switched reluctance motor for driving at least two motor vehicle wheels.
  • the traction motor can drive the vehicle wheels via a transmission and a downstream differential, or it can also be provided that each wheel is driven separately by means of a traction motor.
  • a method for controlling a circuit of a motor phase of a switched reluctance motor of a traction motor, the switched reluctance motor having
  • stator with stator poles each having a winding with at least one winding phase, with at least two winding phases of a stator pole or at least two winding phases arranged on diametrically opposite stator poles being assigned to a motor phase, the at least two winding phases between a first and a DC voltage source connected supply line and a second supply line connected to a ground connection are arranged and an upper electronic switch (high-side) and a lower electronic switch (low-side) each with a free-wheeling diode arranged in parallel are assigned to each winding phase,
  • a control device which controls the electronic switches of the circuits as a function of the position of the rotor, the at least two winding phases of a motor phase being interconnected in a common circuit via a shunt arm, the method comprising the following method steps: - Optionally operating the circuit in series connection of the at least two winding phases of a motor phase or operating the circuit in parallel connection of the at least two winding phases of a motor phase by specifically switching the electronic switches on and off.
  • the number of turns can be varied by switching the electronic switches of the H-bridges on and off.
  • the number of turns per winding can be the same or different, depending on the application. If the winding strands are connected in series, a higher induced flux and thus a higher torque is made possible. In the case of a parallel connection, on the other hand, the inductance is reduced and thus also the induced counter voltage.
  • a diode is arranged in the shunt arm, which is polarized in the reverse direction.
  • the procedure comprises the following steps:
  • two winding phases of a motor phase form a winding phase pair, with one of the winding phases of a winding pair being arranged in an asymmetrical half bridge having the two electronic switches and the two free-wheeling diodes and a second winding phase is arranged in a symmetrical half bridge.
  • a third and a fourth electronic switch are arranged in series between the supply lines, the third and fourth electronic switches being assigned a freewheeling diode and the third and fourth electronic switch with the freewheeling diodes via a center tap between the electronic ones Switches and the freewheeling diodes are connected, and the two nodes thereby formed are in turn connected to a third node, which is formed between the lower electronic switch of the first winding phase and the first winding phase, via the shunt arm, the second winding phase being arranged in the shunt arm is.
  • the procedure comprises the following procedural steps:
  • the control device preferably has a control unit, in particular a microprocessor or an FPGA, which, after the reluctance motor has reached a predetermined speed, causes a switchover from series connection to parallel connection. At high speeds will be the winding phases are thus preferably operated in parallel. It is also conceivable to make the switchover dependent on the torque of the reluctance motor or on a predetermined speed gradient.
  • a control unit in particular a microprocessor or an FPGA
  • Figure 1 a circuit arrangement of a symmetrical connection of a phase of a switchable reluctance machine of a traction motor in series
  • FIG. 2 a circuit arrangement of the interconnection of FIG. 1 in
  • FIG. 3 a circuit arrangement of an asymmetrical connection of a phase of a switchable reluctance machine of a traction motor in series connection
  • FIG. 4 a circuit arrangement of the interconnection of FIG. 3 in
  • FIGS 1 to 4 show a circuit arrangement of a multiphase reluctance machine of a traction motor, of which only a single phase is shown for reasons of clarity.
  • Each phase has at least two winding phases 1, 2.
  • FIGS 1 and 2 show a first embodiment.
  • the power actuator of each winding phase L1, L2 consists of an asymmetrical H-bridge with two electronic switches Q1, Q2, Q3, Q4, in particular power semiconductor switches, which can be fed, for example, from a DC voltage intermediate circuit, which in turn is supplied by a DC voltage source, for example a traction battery of an electric vehicle is supplied with electrical direct voltage.
  • a first supply line 3 is connected to the DC voltage source.
  • a second supply line 4 is connected to a ground connection.
  • the winding phases L1, L2 are arranged between the supply lines 3, 4.
  • An upper electronic switch Q1, Q3 (high-side) and a lower electronic switch Q2, Q4 (low-side) are assigned to each winding phase L1, L2.
  • Each electronic switch Q1, Q2, Q3, Q4 is assigned a freewheeling diode D1, D2, D3, D4, which is connected in parallel to the corresponding electronic switch Q1, Q2, Q3, Q4 so that when the electronic switches Q1, Q2, Q3, Q4 of a winding phase L1, L2 the current flows through the two free-wheeling diodes D1, D2, D3, D4.
  • the at least two asymmetrical H-bridges of a phase are connected to one another.
  • a shunt arm 5, in which a diode D5 is arranged is provided between two asymmetrical H-bridges.
  • the diode D5 is polarized in the forward direction with respect to the DC voltage source, opposite to the freewheeling diodes D1, D2, D3, D4.
  • the cross arm 5 extends from a first connection point 6 of a first winding phase L2 with a lower electronic switch Q4 and an upper free-wheeling diode D3 to a second connection point 7 of a second winding phase LI with an upper electronic switch Ql, with a lower free-wheeling diode Dl parallel to the lower electronic switch Q2 is arranged between the diode D5 and the second connection point 7 and the second supply line 4.
  • the diode D5 allows the electronic switches Q1, Q2, Q3, Q4 to switch between series connection and parallel connection of the winding phases L1, L2.
  • FIG. 1 shows the series connection of the winding phases L1, L2 with the symmetrical connection described above.
  • the arrows symbolize the flow of electricity.
  • the lower electronic switch Q4 of the first winding phase L2 and the upper electronic switch Ql of the second winding phase LI are switched off and the other two electronic switches Q3, Q2 are switched on.
  • the current flows via the first winding phase L2, the shunt arm 5 and via the second winding phase LI, so that the winding current of both winding phases L1, L2 connected in series increases.
  • all four are electronic switches Q1, Q2, Q3, Q4 switched on, as shown in Figure 2, the current flows in parallel through the two winding phases L1, L2.
  • Figures 3 and 4 show a second embodiment with an asymmetrical connection of the phase.
  • a first winding phase L2 is arranged with two electronic switches Q3, Q4 and two free-wheeling diodes D3, D4 between the supply lines 3, 4 in an asymmetrical half-bridge.
  • a symmetrical half-bridge with a second phase winding LI is provided in parallel to this arrangement.
  • a third and a fourth electronic switch Q1, Q2 are arranged in series between the supply lines 3, 4, each of these two electronic switches Q1, Q2 being assigned a freewheeling diode D1, D2.
  • the third and fourth electronic switches Q1, Q2 are connected to the free-wheeling diodes D1, D2 via a center tap between the electronic switches Q1, Q2 and the free-wheeling diodes D1, D2.
  • the resulting two nodes 8, 9 are in turn connected to a third node 10, which is formed between the lower electronic switch Q4 of the first phase winding L2 and the first phase winding L2, via a shunt arm 5.
  • the second winding phase LI is arranged in the shunt arm 5.
  • This asymmetrical connection of the two winding phases L1, L2 allows the electronic switches Q1, Q2, Q3, Q4 to switch between series connection and parallel connection of the winding phases L1, L2.
  • the series connection of the winding phases is shown.
  • an upper electronic switch Q3 of the first winding phase L2 and a lower, fourth electronic switch Q2 are switched on and the other two electronic switches Q1, Q4 are switched off.
  • the current flows through the upper electronic switch Q3 into the first winding phase L2 and then via the shunt arm 5 or second winding phase LI and the fourth electronic switch Q2, so that the winding current of the two series-connected winding phases L1, L2 increases.
  • the winding of a phase of the machine has two or more winding phases which are arranged symmetrically around the circumference of the stator and wound on protruding poles.
  • the at least two winding phases, from which a phase winding is composed, are connected to one another as described above, so that they can be connected in series or in parallel.
  • the number of turns of the winding phases can be different.
  • the winding phases can also be pole winding pairs, the winding phases having the same number of windings.
  • the stator pole winding pairs of each pair of opposite stator poles are connected together.
  • the electronic switches can generally be, for example, MOSFET switches or bipolar transistors, in particular IGBT switches.
  • Switching from series connection to parallel connection is preferred when a nominal speed is exceeded, which, however, can also be made dependent on the speed gradient or the load.
  • the ratio of speed range, starting torque and machine volume can be improved.
  • the engine can be optimized to two speed ranges for city and motorway operation at the same time. Furthermore, the efficiency is thus also in the lower Increased speed range, which makes up a double-digit share in motor vehicle driving cycles.
  • the electrical switches can be used to implement the previously described interconnection of the winding phases without additional switches.
  • the symmetrical connection is particularly suitable for systems with high security requirements, as it offers a high level of redundancy. If one winding phase fails, the remaining phase can be operated, which enables emergency operation with half the phase power.
  • the asymmetrical connection is characterized by higher efficiency and low costs, since the additional diode can be dispensed with.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Traktionsmotor mit einem geschalteten Reluktanzmotor für ein Kraftfahrzeug aufweisend einen ferromagnetischen Rotor, einen Stator mit Statorpolen, wobei ein jeder Statorpol eine Wicklung mit wenigstens einem Wicklungsstrang aufweist, und wobei wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) eines Statorpols oder wenigstens zwei auf diametral entgegensetzten Statorpolen angeordnete Wicklungsstränge (L1,L2) zu einer Motorphase zugeordnet sind, wobei die wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) zwischen einer ersten mit einer Gleichspannungsquelle verbundenen Versorgungsleitung (3) und einer zweiten mit einem Masseanschluss verbundenen Versorgungsleitung (4) angeordnet sind und jedem Wicklungsstrang (L1,L2) ein oberer elektronischer Schalter (Q1,Q3) und ein unterer elektronischer Schalter (Q2,Q4) mit jeweils einer parallel angeordneten Freilaufdiode (D1,D2,D3,D4) zugeordnet sind, und eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von der Stellung des Rotors die elektronischen Schalter (Q1,Q2,Q3,Q4) der Schaltkreise steuert, wobei die wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase in einem gemeinsamen Schaltkreis über einen Querzweig (5) zusammengeschaltet sind, derart, dass die wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase zwischen einer Parallelschaltung und Reihenschaltung mittels der Steuerung der elektronischen Schalter (Q1,Q2,Q3,Q4) umschaltbar sind.

Description

Traktionsmotor mit Windungsanzahlumschaltung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Traktionsmotor für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine geschaltete Reluktanzmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltkreises einer Motorphase eines geschalteten Reluktanzmotors eines Traktionsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.
Geschaltete Reluktanzmotoren werden häufig als Antriebsmaschinen in elektrischen Antriebssystemen eingesetzt, da sie kostengünstig einzusetzen und robust im Betrieb sind. Dabei wird üblicherweise eine Umrichtertopologie mit asymmetrischen Halbbrücken eingesetzt, welche mit den Phasen des Motors ohne Sternpunkt verschaltet wird. Es ist auch bekannt, geschaltete Reluktanzmotoren in Traktionsmotoren insbesondere in elektrischen Antriebssystemen in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug wie einem Elektroauto oder einer Hybridfahrzeug einzusetzen.
Die klassische Wechselrichtertopologie für dreisträngige geschaltete Reluktanzmotoren besteht aus sechs Leistungsschaltern. Sie setzt sich aus drei voneinander unabhängigen asymmetrischen H-Brücken zusammen. Der obere Leistungsschalter jeder H-Brücke in Verbindung mit der unteren Diode sorgt für die Regelung des Stromes im angeschlossenen Wicklungsstrang. Der untere Leistungsschalter in Verbindung mit der oberen Diode ermöglicht beim Übergang von einem Motorstrang auf einen anderen eine schnelle Abkommutierung gegen die volle Versorgungsgleichspannung.
Bei der Auslegung von geschalteten Reluktanzmaschinen ist ein Kompromiss zu treffen, zwischen hohem Drehmoment im unteren Drehzahlbereich und maximaler Drehzahl. Gerade bei Traktionsmotoren ist es aber wünschenswert, den Motor im Drehzahlbereich sowohl für den Stadtbetrieb des Kraftfahrzeuges als auch für den Autobahnbetrieb zu optimieren.
Aus der Offenlegungsschrift DE 43 30 386 Al ist ein geschalteter Reluktanzmotor bekannt, der eine in der Mitte der Phasenwicklung anliegende Anzapfung aufweist, welche einerseits über einen Freilauf-Halbschalter mit einem ersten Pol und andererseits über einen zusätzlichen Schalttransistor mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Bei Erreichen eines vorbestimmten Drehmomentes wird die halbe Anzahl an Polwicklungen mittels des Schalters abgetrennt, so dass ein höheres Drehmoment erzielt werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Traktionsmotor aufweisend eine geschaltete Reluktanzmaschine anzugeben, die in einfacher Weise auf zwei Drehzahlbereiche gleichzeitig optimiert werden kann.
Diese Aufgabe wird von einem Traktionsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zur Steuerung eines Schaltkreises einer Motorphase eines geschalteten Reluktanzmotors eines Traktionsmotors mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Demnach ist ein Traktionsmotor mit einem geschalteten Reluktanzmotor für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, der
- einen ferromagnetischen Rotor,
- einen Stator mit Statorpolen, wobei ein jeder Statorpol eine Wicklung mit wenigstens einem Wicklungsstrang aufweist, wobei wenigstens zwei Wicklungsstränge eines Statorpols oder wenigstens zwei auf diametral entgegensetzten Statorpolen angeordnete Wicklungsstränge zu einer Motorphase zugeordnet sind, wobei die wenigstens zwei Wicklungsstränge zwischen einer ersten mit einer Gleichspannungsquelle verbundenen Versorgungsleitung und einer zweiten mit einem Masseanschluss verbundenen Versorgungsleitung angeordnet sind und jedem Wicklungsstrang ein oberer elektronischer Schalter (high-side) und ein unterer elektronischer Schalter (low-side) mit jeweils einer parallel angeordneten Freilaufdiode zugeordnet sind,
- und eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von der Stellung des Rotors die elektronischen Schalter der Schaltkreise steuert, aufweist, wobei die wenigstens zwei Wicklungsstränge einer Motorphase in einem gemeinsamen Schaltkreis über einen Querzweig zusammengeschaltet sind, derart, dass die wenigstens zwei Wicklungsstränge einer Motorphase zwischen einer Parallelschaltung und Reihenschaltung mittels der Steuerung der elektronischen Schalter umschaltbar sind.
Dadurch, dass die Wicklungsstränge sowohl in Parallelschaltung als auch in Reihenschaltung nur durch Umschaltung der elektronischen Schalter betrieben werden können, kann der Motor sowohl für den Stadtbetrieb als auch den Autobahnbetrieb des Kraftfahrzeuges optimiert werden. Die Windungsanzahl kann bei gleicher Windungsanzahl pro Wicklungsstrang um den Faktor zwei variiert werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Windungszahl pro Wicklungsstrang unterschiedlich ist.
Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung eine Steuereinheit, insbesondere einen Mikroprozessor oder einen FPGA auf, der nach Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl des Reluktanzmotors ein Umschalten von Reihenschaltung zu Parallelschaltung bewirkt. Bei hohen Drehzahlen werden die Wicklungsstränge somit bevorzugt in Parallelschaltung betrieben. Es ist auch denkbar das Umschalten vom Drehmoment des Reluktanzmotors oder von einem vorgegebenen Drehzahlgradienten abhängig zu machen.
In einer Ausführungsform sind zwei Wicklungsstränge einer Motorphase symmetrisch verschaltet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn jeder Wicklungsstrang einer Motorphase in einer asymmetrischen Halbbrücke angeordnet ist. Die asymmetrische Halbbrücke weist die beiden elektronischen Schalter und die beiden Freilaufdioden auf. Der Querzweig verbindet die beiden asyymetrischen Halbbrücken und in dem Querzweig ist eine Diode angeordnet, die in Sperrichtung gepolt ist. Für die Verschaltung von zwei Wicklungssträngen ist somit nur eine einzige zusätzliche Diode notwendig. Der Schaltkreis ist beliebig skalierbar. Bei zwei Wicklungssträngen pro Phase sind insgesamt nur vier elektronische Schalter vorgesehen, zwei pro Wicklungsstrang. Die Anzahl der elektronischen Schalter erhöht sich auf n*2 für n Wicklungsstränge pro Phase.
Vorzugsweise erstreckt sich der Querzweig von einem ersten Verbindungpunkt eines ersten Wicklungsstranges mit einem unteren elektronischen Schalter und einer oberen Freilaufdiode zu einem zweiten Verbindungspunkt eines zweiten Wicklungsstranges mit einem oberen elektronischen Schalter, wobei eine untere Freilaufdiode parallel zu dem unteren elektronischen Schalter zwischen der Diode und dem zweiten Verbindungspunkt und der zweiten Versorgungsleitung angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Wicklungsstränge einer Motorphase asymmetrisch verschaltet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn zwei Wicklungsstränge einer Motorphase ein Wicklungsstrangpaar bilden, wobei einer der Wicklungsstränge eines Wicklungspaares in einer asymmetrischen Halbbrücke aufweisend die beiden elektronischen Schalter und die beiden Freilaufdioden angeordnet ist und der zweite Wicklungsstrang in einer symmetrischen Halbbrücke angeordnet ist, wie sie in Drehfeldmaschinen eingesetzt wird. In anderen Worten parallel zu der asymmetrischen Halbbrücke ist ein dritter, oberer und ein vierter, unterer elektronischer Schalter in Reihe zwischen den beiden Versorgungsleitungen angeordnet, wobei dem dritten und vierten elektronischen Schalter eine Freilaufdiode zugeordnet ist und wobei der dritte und vierte elektronische Schalter mit den Freilaufdioden über einen Mittelabgriff jeweils zwischen den elektronischen Schaltern und den Freilaufdioden verbunden sind, und wobei die dadurch gebildeten beiden Knoten wiederrum mit einem dritten Knoten, der zwischen dem unteren elektronischen Schalter des ersten Wicklungsstrangs und dem ersten Wicklungsstrang ausgebildet ist, über den Querzweig verbunden sind, wobei in dem Querzweig der zweite Wicklungsstrang angeordnet ist. Durch Steuerung der elektronischen Schalter kann zwischen Parallel- und Reihenschaltung der Wicklungsstränge geschaltet werden. Durch die beschriebene Verknüpfung der beiden Wicklungsstränge sind keine zusätzlichen elektronischen Bauteile notwendig. Der Schaltkreis ist beliebig skalierbar. Bei zwei Wicklungssträngen pro Phase sind insgesamt nur vier elektronische Schalter vorgesehen, zwei pro Wicklungsstrang. Die Anzahl der elektronischen Schalter erhöht sich auf n+x mit n>=x>=2 für n Wicklungsstränge pro Phase.
Die elektronischen Schalter können ganz allgemein beispielsweise MOSFET- Schalter oder bipolare Transistoren, insbesondere IGBT-Schalter sein.
Weiterhin ist ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb aufweisend wenigstens einen zuvor beschriebenen Traktionsmotor mit einem geschalteten Reluktanzmotor zum Antrieb von wenigstens zwei Kraftfahrzeug rädern.
Der Traktionsmotor kann über ein Getriebe und ein nachgeschaltetes Differential die Fahrzeugräder antreiben oder es kann auch vorgesehen sein, dass jedes Rad separat mittels eines Traktionsmotors angetrieben wird.
Zudem ist ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltkreises einer Motorphase eines geschalteten Reluktanzmotors eines Traktionsmotors vorgesehen, wobei der geschaltete Reluktanzmotor aufweist
- einen ferromagnetischen Rotor,
- einen Stator mit Statorpolen, wobei die Statorpole jeweils eine Wicklung mit wenigstens einem Wicklungsstrang aufweist, wobei wenigstens zwei Wicklungsstränge eines Statorpols oder wenigstens zwei auf diametral entgegensetzten Statorpolen angeordnete Wicklungsstränge zu einer Motorphase zugeordnet sind, wobei die wenigstens zwei Wicklungsstränge zwischen einer ersten mit einer Gleichspannungsquelle verbundenen Versorgungsleitung und einer zweiten mit einem Masseanschluss verbundenen Versorgungsleitung angeordnet sind und jedem Wicklungsstrang ein oberer elektronischer Schalter (high-side) und ein unterer elektronischer Schalter (low-side) mit jeweils einer parallel angeordneten Freilaufdiode zugeordnet sind,
- und eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von der Stellung des Rotors die elektronischen Schalter der Schaltkreise steuert, wobei die wenigstens zwei Wicklungsstränge einer Motorphase in einem gemeinsamen Schaltkreis über einen Querzweig zusammengeschaltet sind, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: - Wahlweise Betreiben des Schaltkreises in Reihenschaltung der wenigstens zwei Wicklungsstränge einer Motorphase oder Betreiben des Schaltkreises in Parallelschaltung der wenigstens zwei Wicklungsstränge einer Motorphase durch gezieltes Ein- und Ausschalten der elektronischen Schalter.
Die Windungsanzahl kann so durch Ein- und Ausschalten der elektronischen Schalter der H-Brücken variiert werden. Die Anzahl der Windungen pro Wicklung kann gleich oder unterschiedlich sein, je Anwendungsfall. Sind die Windungsstränge in Reihe geschaltet, wird ein höherer induzierter Fluss und somit ein höheres Drehmoment ermöglicht. Bei einer Parallelschaltung hingegen ist die Induktivität verringert und somit auch die induzierte Gegenspannung.
In einem Ausführungsbeispiel ist in dem Querzweig eine Diode angeordnet, die in Sperrichtung gepolt ist. Das Verfahren umfasst in diesem Fall folgende Verfahrensschritte:
- Wahlweise Betreiben des Schaltkreises in Reihenschaltung, indem der untere elektronische Schalter eines ersten Wicklungsstranges und der obere elektronische Schalter eines zweiten Wicklungsstranges einer gemeinsamen Motorphase ausgeschaltet werden und die anderen zwei elektronische Schalter eingeschaltet werden, und der Strom über den ersten Wicklungsstrang, den Querzweig und über den zweiten Wicklungsstrang fließt, so dass der Wicklungsstrom beider in Reihe geschalteten Wicklungsstränge ansteigt; oder
- Betreiben des Schaltkreises in Parallelschaltung, indem alle elektronischen Schalter der wenigstens zwei Wicklungsstränge einer Motorphase eingeschaltet werden und der Strom parallel durch die beiden Wicklungsstränge fließt.
In einer anderen Ausführungsform bilden zwei Wicklungsstränge einer Motorphase ein Wicklungsstrangpaar, wobei einer der Wicklungsstränge eines Wicklungspaares in einer asymmetrischen Halbbrücke aufweisend die beiden elektronischen Schalter und die beiden Freilaufdioden angeordnet ist und ein zweiter Wicklungsstrang in einer symmetrischen Halbbrücke angeordnet ist. Parallel zu der asymmetrischen Halbbrücke sind dabei ein dritter und ein vierter elektronischer Schalter in Reihe zwischen den Versorgungsleitungen angeordnet, wobei dem dritten und vierten elektronischen Schalter eine Freilaufdiode zugeordnet ist und wobei der dritte und vierte elektronische Schalter mit den Freilaufdioden über einen Mittelabgriff jeweils zwischen den elektronischen Schaltern und den Freilaufdioden verbunden sind, und wobei die dadurch gebildeten beiden Knoten wiederrum mit einem dritten Knoten, der zwischen dem unteren elektronischen Schalter des ersten Wicklungsstrangs und dem ersten Wicklungsstrang ausgebildet ist, über den Querzweig verbunden sind, wobei in dem Querzweig der zweite Wicklungsstrang angeordnet ist. In diesem Fall umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:
- Wahlweise Betreiben des Schaltkreises in Reihenschaltung, indem ein oberer elektronischer Schalter des ersten Wicklungsstranges und ein unterer, vierter elektronische Schalter eingeschaltet und die anderen zwei elektronischen Schalter ausgeschaltet sind und der Strom über den oberen elektronischen Schalter in den ersten Wicklungsstrang und dann über den Querzweig und den zweiten Wicklungsstrang und den vierten elektronischen Schalter fließt, so dass der Wicklungsstrom beider in Reihe geschalteten Wicklungsstränge ansteigt; oder
- Betreiben des Schaltkreises in Parallelschaltung, indem die beiden oberen elektronischen Schalter und der dem ersten Wicklungsstrang zugeordnete untere elektronische Schalter eingeschaltet sind und der untere, vierte elektronische Schalter ausgeschaltet ist, so dass der Strom parallel durch die beiden oberen elektronischen Schalter, die beiden Wicklungsstränge und dann durch den unteren elektronischen Schalter des ersten Wicklungsstranges fließt.
Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung eine Steuereinheit, insbesondere einen Mikroprozessor oder einen FPGA auf, der nach Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl des Reluktanzmotors ein Umschalten von Reihenschaltung zu Parallelschaltung bewirkt. Bei hohen Drehzahlen werden die Wicklungsstränge somit bevorzugt in Parallelschaltung betrieben. Es ist auch denkbar das Umschalten vom Drehmoment des Reluktanzmotors oder von einem vorgegebenen Drehzahlgradienten abhängig zu machen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind dabei figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Figur 1: eine Schaltungsanordnung einer symmetrischen Verschaltung einer Phase einer schaltbaren Reluktanzmaschine eines Traktionsmotors in Reihenschaltung,
Figur 2: eine Schaltungsanordnung der Verschaltung der Figur 1 in
Parallelschaltung,
Figur 3: eine Schaltungsanordnung einer asymmetrischen Verschaltung einer Phase einer schaltbaren Reluktanzmaschine eines Traktionsmotors in Reihenschaltung, sowie
Figur 4: eine Schaltungsanordnung der Verschaltung der Figur 3 in
Parallelschaltung.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen eine Schaltungsanordnung einer mehrphasigen Reluktanzmaschine eines Traktionsmotors, von der aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine einzige Phase dargestellt ist. Jede Phase weist wenigstens zwei Wicklungsstränge 1,2 auf.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform. Das Leistungsstellglied eines jeden Wicklungsstrangs L1,L2 besteht aus einer asymmetrischen H-Brücke mit zwei elektronischen Schaltern Q1,Q2,Q3,Q4, insbesondere Leistungshalbleiterschaltern, die beispielsweise aus einem Gleichspannungszwischenkreis gespeist werden können, der wiederum durch eine Gleichspannungsquelle, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Gleichspannung versorgt wird. Eine erste Versorgungsleitung 3 ist mit der Gleichspannungsquelle verbunden. Eine zweite Versorgungsleitung 4 ist mit einem Masseanschluss verbunden. Zwischen den Versorgungsleitungen 3,4 sind die Wicklungsstränge L1,L2 angeordnet. Jedem Wicklungsstrang L1,L2 ist ein oberer elektronischer Schalter Q1,Q3 (high-side) und ein unterer elektronischer Schalter Q2,Q4 (low-side) zugeordnet. Jedem elektronischen Schalter Q1,Q2,Q3,Q4 ist eine Freilaufdiode D1,D2,D3,D4 zugeordnet, die jeweils parallel zu dem entsprechenden elektronischen Schalter Q1,Q2,Q3,Q4 verschaltet ist, so dass bei ausgeschalteten elektronischen Schaltern Q1,Q2,Q3,Q4 eines Wicklungsstranges L1,L2 der Strom über die beiden Freilaufdioden D1,D2,D3,D4 fließt. Die wenigstens zwei asymmetrischen H-Brücken einer Phase sind miteinander verbunden. Zwischen zwei asymmetrischen H-Brücken ist dafür ein Querzweig 5 vorgesehen, in dem eine Diode D5 angeordnet ist. Die Diode D5 ist in Bezug auf die Gleichspannungsquelle in Durchlassrichtung gepolt, entgegengesetzt zu den Freilaufdioden D1,D2,D3,D4. Der Querzweig 5 streckt sich von einem ersten Verbindungpunkt 6 eines ersten Wicklungsstranges L2 mit einem unteren elektronischen Schalter Q4 und einer oberen Freilaufdiode D3 zu einem zweiten Verbindungspunkt 7 eines zweiten Wicklungsstranges LI mit einem oberen elektronischen Schalter Ql, wobei eine untere Freilaufdiode Dl parallel zu dem unteren elektronischen Schalter Q2 zwischen der Diode D5 und dem zweiten Verbindungspunkte 7 und der zweiten Versorgungsleitung 4 angeordnet ist.
Die Diode D5 erlaubt es, dass mittels der elektronischen Schalter Q1,Q2,Q3,Q4 zwischen Reihenschaltung und Parallelschaltung der Wicklungsstränge L1,L2 umgeschaltet werden kann.
In der Figur 1 ist die Reihenschaltung der Wicklungsstränge L1,L2 mit der zuvor beschriebenen symmetrischen Verschaltung dargestellt. Die Pfeile symbolisieren den Stromfluss. In diesem Zustand sind der untere elektronische Schalter Q4 des ersten Wicklungsstranges L2 und der obere elektronische Schalter Ql des zweiten Wicklungsstranges LI ausgeschaltet und die anderen zwei elektronische Schalter Q3,Q2 eingeschaltet. Der Strom fließt über den ersten Wicklungsstrang L2, den Querzweig 5 und über den zweiten Wicklungsstrang LI, so dass der Wicklungsstrom beider in Reihe geschalteten Wicklungsstränge L1,L2 ansteigt. Sind hingegen alle vier elektronischen Schalter Q1,Q2,Q3,Q4 eingeschaltet, wie in Figur 2 dargestellt, fließt der Strom parallel durch die beiden Wicklungsstränge L1,L2.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform mit einer asymmetrischen Verschaltung der Phase. Ein erster Wicklungsstrang L2 ist, wie zuvor beschrieben, mit zwei elektronischen Schaltern Q3,Q4 und zwei Freilaufdioden D3,D4 zwischen den Versorgungsleitungen 3,4 in einer asymmetrischen Halbbrücke angeordnet. Parallel zu dieser Anordnung ist eine symmetrische Halbbrücke mit einem zweiten Wicklungsstrang LI vorgesehen. In dieser symmetrischen Halbbrücke sind ein dritter und ein vierter elektronischer Schalter Q1,Q2 in Reihe zwischen den Versorgungsleitungen 3,4 angeordnet, wobei jedem dieser beiden elektronischen Schalter Q1,Q2 eine Freilaufdiode D1,D2 zugeordnet ist. Der dritte und vierte elektronische Schalter Q1,Q2 sind mit den Freilaufdioden D1,D2 über einen Mittelabgriff jeweils zwischen den elektronischen Schaltern Q1,Q2 und den Freilaufdioden D1,D2 verbunden. Die dadurch entstehenden beiden Knoten 8,9 sind wiederrum mit einem dritten Knoten 10, der zwischen dem unteren elektronischen Schalter Q4 des ersten Wicklungsstrangs L2 und dem ersten Wicklungsstrang L2 ausgebildet ist, über einen Querzweig 5 verbunden. In dem Querzweig 5 ist der zweite Wicklungsstrang LI angeordnet.
Diese asymmetrische Verschaltung der zwei Wicklungsstränge L1,L2 erlaubt es, dass mittels der elektronischen Schalter Q1,Q2,Q3,Q4 ebenfalls zwischen Reihenschaltung und Parallelschaltung der Wicklungsstränge L1,L2 umgeschaltet werden kann. In der Figur 3 ist die Reihenschaltung der Wicklungsstränge dargestellt. In diesem Zustand sind ein oberer elektronischer Schalter Q3 des ersten Wicklungsstranges L2 und ein unterer, vierter elektronische Schalter Q2 eingeschaltet und die anderen zwei elektronischen Schalter Q1,Q4 ausgeschaltet. Der Strom fließt über den oberen elektronischen Schalter Q3 in den ersten Wicklungsstrang L2 und dann über den Querzweig 5 bzw. zweiten Wicklungsstrang LI und den vierten elektronischen Schalter Q2, so dass der Wicklungsstrom beider in Reihe geschalteten Wicklungsstränge L1,L2 ansteigt. In einem weiteren Schaltungszustand, wie in Figur 4 dargestellt, sind die beiden oberen elektronischen Schalter Q1,Q3 und der dem ersten Wicklungsstrang L2 zugeordnete untere elektronische Schalter Q4 eingeschaltet. Der untere, vierte elektronische Schalter Q2 ist ausgeschaltet. Der Strom fließt parallel durch die beiden oberen elektronischen Schalter Q1,Q3, die beiden Wicklungsstränge L1,L2 und dann durch den unteren elektronischen Schalter Q4 des ersten Wicklungsstranges L2. Für die asymmetrische Anordnung werden lediglich in Summe vier Dioden für zwei Wicklungsstränge benötigt.
Die Wicklung einer Phase der Maschine weist zwei oder mehr Wicklungsstränge auf, die symmetrisch um den Umfang des Stators angeordnet und auf hervorstehende Pole gewickelt sind. Die wenigstens zwei Wicklungsstränge, aus denen sich eine Phasenwicklung zusammensetzt, sind wie zuvor beschrieben, miteinander verschaltet, so dass sie in Reihe oder parallel geschaltet werden können.
Die Wicklungsanzahl der Wicklungsstränge kann unterschiedlich sein. Im Rahmen der Erfindung kann es sich bei den Wicklungssträngen auch um Polwicklungspaare handeln, wobei die Wicklungsstränge dabei eine gleiche Wicklungsanzahl haben. Hierbei sind die Statorpolwicklungspaare von jedem Paar entgegengesetzter Statorpole zusammen geschaltet.
Die elektronischen Schalter können ganz allgemein beispielsweise MOSFET- Schalter oder bipolare Transistoren, insbesondere IGBT-Schalter sein.
Das Umschalten von Reihenschaltung zu Parallelschaltung erfolgt bevorzugt, wenn eine Nenndrehzahl überschritten wird, welche jedoch auch vom Drehzahlgradienten oder der Last abhängig gemacht werden kann.
Sind die Windungsstränge in Reihe geschaltet, wird ein höherer induzierter Fluss und somit ein höheres Drehmoment ermöglicht. Bei einer Parallelschaltung hingegen ist die Induktivität verringert und somit auch die induzierte Gegenspannung.
Bei Traktionsmotoren, bei denen ein breites Drehzahlband und ein hohes Anlaufmoment gefordert sind, kann so das Verhältnis von Drehzahlband, Anlaufmoment und Maschinenvolumen verbessert werden. Der Motor kann auf zwei Drehzahlbereich für den Stadt- und Autobahnbetrieb gleichzeitig optimiert werden. Des Weiteren wird somit auch die Effizienz im unteren Drehzahlbereich erhöht, der einen zweistelligen Anteil in den Kraftfahrzeug- Fahrzyklen ausmacht.
Bei hohen Leistungen, bei denen die elektrischen Schalter gedoppelt werden, um die erforderliche Leistung zu erbringen, können die elektrischen Schalter genutzt werden, um die zuvor beschriebene Verschaltung der Wicklungsstränge ohne zusätzliche Schalter umzusetzen.
Die symmetrische Verschaltung eignet sich vor allem für Systeme mit hohen Sicherheitsanforderungen, da sie eine hohe Redundanz bietet. Bei Ausfall eines Wicklungsstranges kann der übrige Strang betrieben werden, wodurch ein Notlauf mit halber Phasenleistung ermöglicht wird. Die asymmetrische Verschaltung hingegen zeichnet sich durch eine höhere Effizienz und geringe Kosten aus, da auf die zusätzliche Diode verzichtet werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Traktionsmotor für ein Kraftfahrzeug mit einem geschalteten Reluktanzmotor aufweisend
- einen ferromagnetischen Rotor,
- einen Stator mit Statorpolen, wobei ein jeder Statorpol eine Wicklung mit wenigstens einem Wicklungsstrang aufweist, und wobei wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) eines Statorpols oder wenigstens zwei auf diametral entgegensetzten Statorpolen angeordnete Wicklungsstränge (L1,L2) zu einer Motorphase zugeordnet sind, wobei die wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) zwischen einer ersten mit einer Gleichspannungsquelle verbundenen Versorgungsleitung (3) und einer zweiten mit einem Masseanschluss verbundenen Versorgungsleitung (4) angeordnet sind und jedem Wicklungsstrang (L1,L2) ein oberer elektronischer Schalter (Q1,Q3) und ein unterer elektronischer Schalter (Q2,Q4) mit jeweils einer parallel angeordneten Freilaufdiode (D1,D2,D3,D4) zugeordnet sind,
- und eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von der Stellung des Rotors die elektronischen Schalter (Q1,Q2,Q3,Q4) der Schaltkreise steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase in einem gemeinsamen Schaltkreis über einen Querzweig (5) zusammengeschaltet sind, derart, dass die wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase zwischen einer Parallelschaltung und Reihenschaltung mittels der Steuerung der elektronischen Schalter (Q1,Q2,Q3,Q4) umschaltbar sind.
2. Traktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine Steuereinheit aufweist, der nach Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl des Reluktanzmotors ein Umschalten von Reihenschaltung zu Parallelschaltung bewirkt.
3. Traktionsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase symmetrisch verschaltet sind.
4. Traktionsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wicklungsstrang (L1,L2) einer Motorphase in einer asymmetrischen Halbbrücke aufweisend die beiden elektronischen Schalter (Q1,Q2,Q3,Q4) und die beiden Freilaufdioden (D1,D2,D3,D4) angeordnet ist, wobei der Querzweig (5) zwei Halbbrücken verbindet und in dem Querzweig eine Diode (D5) angeordnet ist, die in Bezug auf die Gleichspannungsquelle in Durchlassrichtung gepolt ist.
5. Traktionsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querzweig (5) sich von einem ersten Verbindungpunkt (6) eines ersten Wicklungsstranges (L2) mit einem unteren elektronischen Schalter (Q4) und einer oberen Freilaufdiode (D3) zu einem zweiten Verbindungspunkt (7) eines zweiten Wicklungsstranges (LI) mit einem oberen elektronischen Schalter (Ql) streckt, wobei eine untere Freilaufdiode (Dl) parallel zu dem unteren elektronischen Schalter (Q2) zwischen der Diode (D5) und dem zweiten Verbindungspunkt (7) und der zweiten Versorgungsleitung (4) angeordnet ist.
6. Traktionsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase asymmetrisch verschaltet sind.
7. Traktionsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase ein Wicklungsstrangpaar bilden, wobei einer der Wicklungsstränge eines Wicklungspaares in einer asymmetrischen Halbbrücke aufweisend die beiden elektronischen Schalter (Q3,Q4) und die beiden Freilaufdioden (D3,D4) angeordnet ist und parallel zu dieser Anordnung eine symmetrische Halbbrücke, in der ein dritter und ein vierter elektronischer Schalter (Q1,Q2) in Reihe zwischen den Versorgungsleitungen (3,4) angeordnet sind, wobei dem dritten und vierten elektronischen Schalter (Q1,Q2) jeweils eine Freilaufdiode (D1,D2) zugeordnet ist und wobei der dritte und vierte elektronische Schalter (Q1,Q2) mit den Freilaufdioden (D1,D2) über einen Mittelabgriff jeweils zwischen den elektronischen Schaltern (Q1,Q2) und den Freilaufdioden (D1,D2) verbunden sind, und wobei die dadurch gebildeten beiden Knoten (8,9) wiederrum mit einem dritten Knoten (10), der zwischen dem unteren elektronischen Schalter (Q4) des ersten Wicklungsstrangs (L2) und dem ersten Wicklungsstrang (L2) ausgebildet ist, über den Querzweig (5) verbunden sind, wobei in dem Querzweig (5) der zweite Wicklungsstrang (LI) angeordnet ist.
8. Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb aufweisend wenigstens einen Traktionsmotor nach einem der vorgenannten Ansprüche mit einem geschalteten Reluktanzmotor zum Antrieb von wenigstens zwei Kraftfahrzeug rädern.
9. Verfahren zur Steuerung eines Schaltkreises einer Motorphase eines geschalteten Reluktanzmotors eines Traktionsmotors, wobei der geschaltete Reluktanzmotor aufweist
- einen ferromagnetischen Rotor,
- einen Stator mit Statorpolen aufweisend eine Wicklung mit wenigstens einem Wicklungsstrang, wobei wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) eines Statorpols oder wenigstens zwei auf diametral entgegensetzten Statorpolen angeordnete Wicklungsstränge zu einer Motorphase zugeordnet sind, wobei die wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) zwischen einer ersten mit einer Gleichspannungsquelle verbundenen Versorgungsleitung (3) und einer zweiten mit einem Masseanschluss verbundenen Versorgungsleitung (4) angeordnet sind und jedem Wicklungsstrang (L1,L2) ein oberer elektronischer Schalter (Q1,Q3) und ein unterer elektronischer Schalter (Q2,Q4) mit jeweils einer parallel angeordneten Freilaufdiode (D1,D2,D3,D4) zugeordnet sind,
- und eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von der Stellung des Rotors die elektronischen Schalter (Q1,Q2,Q3,Q4) der Schaltkreise steuert, wobei die wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase in einem gemeinsamen Schaltkreis über einen Querzweig (5) zusammengeschaltet sind, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
- Wahlweise Betreiben des Schaltkreises in Reihenschaltung der wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase; oder
- Betreiben des Schaltkreises in Parallelschaltung der wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase durch gezieltes Ein- und Ausschalten der elektronischen Schalter (Q1,Q2,Q3,Q4).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Querzweig (5) eine Diode (D5) angeordnet ist, die in Bezug auf die Gleichspannungsquelle in Durchlassrichtung gepolt ist, und das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
- Wahlweise Betreiben des Schaltkreises in Reihenschaltung, indem der untere elektronische Schalter (Q4) eines ersten Wicklungsstranges (L2) und der obere elektronische Schalter (Ql) eines zweiten Wicklungsstranges (LI) einer gemeinsamen Motorphase ausgeschaltet werden und die anderen zwei elektronische Schalter (Q3,Q2) eingeschaltet werden, und der Strom über den ersten Wicklungsstrang (L2), den Querzweig (5) und über den zweiten Wicklungsstrang (LI) fließt, so dass der Wicklungsstrom beider in Reihe geschalteten Wicklungsstränge (L1,L2) ansteigt; oder
- Betreiben des Schaltkreises in Parallelschaltung, indem alle elektronischen Schalter (Q1,Q2,Q3,Q4) der wenigstens zwei Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase eingeschaltet werden und der Strom parallel durch die beiden Wicklungsstränge (L1,L2) fließt.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wicklungsstränge (L1,L2) einer Motorphase ein Wicklungsstrangpaar bilden, wobei einer der Wicklungsstränge (L2) eines Wicklungspaares in einer asymmetrischen Halbbrücke aufweisend die beiden elektronischen Schalter (Q3,Q4) und die beiden Freilaufdioden (D3,D4) angeordnet ist und parallel zu dieser Anordnung eine symmetrische Halbbrücke, in der ein dritter und ein vierter elektronischer Schalter (Q1,Q2) in Reihe zwischen den Versorgungsleitungen (3,4) angeordnet sind, wobei dem dritten und vierten elektronischen Schalter (Q1,Q2) jeweils eine Freilaufdiode (D1,D2) zugeordnet ist und wobei der dritte und vierte elektronische Schalter (Q1,Q2) mit den Freilaufdioden (D1,D2) über einen Mittelabgriff jeweils zwischen den elektronischen Schaltern (Q1,Q2) und den Freilaufdioden (D1,D2) verbunden sind, und wobei die dadurch gebildeten beiden Knoten (8,9) wiederrum mit einem dritten Knoten (10), der zwischen dem unteren elektronischen Schalter (Q4) des ersten Wicklungsstrangs (L2) und dem ersten Wicklungsstrang (L2) ausgebildet ist, über den Querzweig (5) verbunden sind, wobei in dem Querzweig (5) der zweite Wicklungsstrang (LI) angeordnet ist, und wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
- Wahlweise Betreiben des Schaltkreises in Reihenschaltung, indem ein oberer elektronischer Schalter (Q3) des ersten Wicklungsstranges (L2) und ein unterer, vierter elektronische Schalter (Q2) eingeschaltet und die anderen zwei elektronischen Schalter (Q1,Q4) ausgeschaltet sind und der Strom über den oberen elektronischen Schalter (Q3) in den ersten Wicklungsstrang (L2) und dann über den Querzweig (5) und den zweiten Wicklungsstrang (LI) und den vierten elektronischen Schalter (Q2) fließt, so dass der Wicklungsstrom beider in Reihe geschalteten Wicklungsstränge (L1,L2) ansteigt; oder
- Betreiben des Schaltkreises in Parallelschaltung, indem die beiden oberen elektronischen Schalter (Q1,Q3) und der dem ersten Wicklungsstrang (L2) zugeordnete untere elektronische Schalter (Q4) eingeschaltet sind und der untere, vierte elektronische Schalter (Q2) ausgeschaltet ist, so dass der Strom parallel durch die beiden oberen elektronischen Schalter (Q1,Q3), die beiden Wicklungsstränge (L1,L2) und dann durch den unteren elektronischen Schalter (Q4) des ersten Wicklungsstranges (L2) fließt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass folgender Verfahrensschritt umfasst ist:
- Bei Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl des Reluktanzmotors, Ansteuern des Schaltkreises in Parallelschaltung der Wicklungsstränge (L1,L2).
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