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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine elektrische Maschine und insbesondere auf eine Permanentmagnet(PM)AC-elektrische Maschine mit einem Antriebssystem, das bei einer vorbestimmten Maschinendrehzahl Stator-Teilwicklungen elektrisch rekonfiguriert, um eine Gegen-EMK zu reduzieren und das Drehmoment und die Leistung der Maschine bei höheren Maschinendrehzahlen zu erhöhen.
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2. Diskussion des Standes der Technik
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Eine elektrische Maschine mit einem großen Drehzahlbereich ist für automobile Antriebssysteme, beispielsweise bei Hybridfahrzeugen, Elektrofahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen etc. und für Anwendungen zur Stromerzeugung grundlegend. Um deren Drehzahl/Ampere-Verhältnis zu maximieren, wird die elektrische Maschine typischerweise so ausgelegt, dass diese ein möglichst hohes induziertes Spannungs-zu-Drehzahl-Verhältnis aufweist. Da die induzierte Spannung jedoch proportional ist, insbesondere wenn die Drehzahl der Maschine steigt, steigt die Gegen-elektromotorische Kraft (EMK), die von der Maschine erzeugt wird, ebenfalls, wenn die Maschinendrehzahl steigt, bis diese die Gleichspannungsbusspannung, im allgemeinen eine Batteriespannung, erreicht, was zu einem Verlust der EMK führt, die verfügbar ist, um die Maschine mit Strom zu beaufschlagen, was dazu führt, dass die Drehzahl der Maschine begrenzt wird.
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Um dieses Problem zu lösen, wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, die Drehzahl der Maschine durch Injizieren eines Magnetisierungsstroms in die Statorwicklungen der Maschine zu erhöhen, was im Stand der Technik als Flussschwächen bezeichnet wird, welches die Gegen-EMK reduziert, so dass die Drehzahl der Maschine erhöht werden kann. Andere Techniken sind aus dem Stand der Technik zum Konfigurieren einer Wicklung bekannt, um die Gegen-EMK einer elektrischen Maschine zu reduzieren und den Drehzahlbereich für den Betrieb der Maschine durch Rekonfigurieren der Anzahl der Windungen der Phasenwicklungen der Maschine zu erweitern.
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In einem bekannten Ansatz zum Rekonfigurieren eines Bereichs, werden diese Statorwicklungen für jede Phase der Maschine in zwei Teilwicklungen unterteilt. Dazu werden Schalter vorgesehen und so angesteuert, dass die Teilwicklungen für jede Phase bei niedrigen Maschinendrehzahlen elektrisch in Reihe geschaltet und dann elektrisch parallel geschaltet werden, wenn die Drehzahl der Maschine den Punkt erreicht, bei dem die Gegen-EMK das Maschinendrehmoment reduziert. Durch das Bereitstellen von doppelt so vielen Wicklungen in dem Stator und doppelt so vielen Schaltern, die notwendig sind, um zwischen einer elektrischen Reihenkonfiguration und einer Parallelkonfiguration zu schalten, erhöht diese Lösung für die Rekonfiguration einer Wicklung die Anzahl der erforderlichen AC-Schalter auf neun und die Gesamtzahl der Maschinenanschlüsse auf zehn bei einer Dreiphasenmaschine. Darüber hinaus besteht die Gefahr für Ringströme in der Parallelkonfiguration aufgrund von Spulen-EMK-Fehlanpassungen. Darüber hinaus müssen die Spulen für den Parallelbetrieb in dem gleichen Statorschlitz sein und eine niedrigere Spuleninduktanz beim Parallelbetrieb kann höhere Schaltfrequenzen erfordern, um die Stromwelligkeit zu reduzieren.
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Ein anderer bekannter Ansatz zum Rekonfigurieren der Wicklungen, um die Gegen-GMK einer elektrischen Maschine zu reduzieren, umfasst das Ändern der Polzahl der Maschine und das Schalten der Anzahl der Serienwindungen pro Phase der Statorwicklungen, wenn die Gegen-EMK einen vorbestimmten Wert erreicht. Dieser Ansatz ist jedoch nur für Induktionsmaschinen sinnvoll und nicht bei Permanentmagnet (PM) Maschinen anwendbar, da dort die Anzahl von Polen feststeht.
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Ein anderer bekannter Ansatz zum Rekonfigurieren der Wicklungen, um eine Gegen-EMK einer elektrischen Maschine zu reduzieren, umfasst das Bereitstellen einer Maschinenskalierbarkeit, wie in der Patentanmeldung US 2012/0306424, angemeldet am 02.06.2011, mit dem Titel ”Elektrischer Antrieb mit einer elektronisch skalierbaren rekonfigurierbaren Wicklung”, angemeldet von dem Anmelder dieser Patentanmeldung und hiermit durch Bezugnahme inkorporiert. Dieser Ansatz benötigt jedoch neun Anschlüsse und zwölf AC-Schalter für eine Dreiphasenmaschine. Darüber hinaus wird das Wicklungsverhältnis gegenüber der Maschinenleistungsfähigkeit nicht angesprochen.
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Ein anderer aus dem Stand der Technik bekannter Ansatz, die Wicklungen zu rekonfigurieren, um eine Gegen-EMK einer elektrischen Maschine zu reduzieren, wird als eine Y-Δ-Wicklung bezeichnet, wobei die elektrische Verbindung der Statorwicklungen in die herkömmliche Y-Konfiguration versetzt wird, wenn die Gegen-EMK niedrig ist, und dann in die traditionelle Delta(Δ)-Konfiguration versetzt, wenn die Gegen-EMK der Maschine anfängt, das Drehmoment der Maschine zu reduzieren. Dieser Ansatz hat sich als einigermaßen effektiv zum Erweitern des Drehzahlbereich erwiesen, er ist aber nicht besonders effektiv und weist eine Anzahl von Nachteilen auf, wozu das Zirkulieren von Harmonischen, die in der Delta-Konfiguration auftreten, eine potentiell gesteigerte Wicklungssättigung und eine begrenzte Drehzahlbereichserweiterung gehören.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Einklang mit den Lehren der vorliegenden Erfindung werden ein elektrisches Antriebssystem für eine PM elektrische Maschine offenbart, wobei die Maschine einen Stator, einen Rotor und einen Inverter umfasst. Jede Phase der Maschine umfasst eine Statorwicklung, die in einen ersten Wicklungsbereich und einen zweiten Wicklungsbereich unterteilt ist, und zwei Inverterschalter in dem Inverter, die elektrisch mit den Wicklungsbereichen gekoppelt sind. Das Antriebssystem umfasst eine Schaltungsanordnung für jede Phase, die mit den Inverterschaltern elektrisch gekoppelt sind, und den ersten und zweiten Wicklungsbereichen gekoppelt sind, wobei die Schaltungsanordnung zumindest zwei Schaltungszustände umfasst. Ein erster Schaltungszustand der Schaltungsanordnung koppelt den ersten Wicklungsbereich und den zweiten Wicklungsbereich elektrisch in Reihe mit den Inverterschaltern und ein zweiter Schaltungszustand koppelt den zweiten Wicklungsbereich mit den Inverterschaltern und trennt den ersten Wicklungsbereich von den Inverterschaltern elektrisch.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Figuren deutlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen PM elektrischen Maschine;
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2 ist ein Viertel eines Querschnitts einer PM elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor;
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3 ist ein schematisches Diagramm für ein elektrisches Antriebssystem mit einer rekonfigurierbaren Wicklung für eine Phase einer PM elektrischen Maschine;
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4 ist ein Graph, bei dem eine Drehzahl auf der horizontalen Achse, ein Drehmoment auf der linken vertikalen Achse und eine Leistung auf der rechten vertikalen Achse aufgetragen ist, welcher eine Beziehung zwischen einer Maschinendrehzahl und einem Drehmoment und einer Maschinendrehzahl und einer Leistung für ein Antriebssystem einer PM elektrischen Maschine in einen Leistungsboostbetrieb zeigt;
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5 ist ein Graph, bei dem eine Drehzahl auf der horizontalen Achse, ein Drehmoment auf der linken vertikalen Achse und eine Leistung auf der rechten vertikalen Achse aufgetragen ist, welche eine Beziehung zwischen einer Maschinendrehzahl und einem Drehmoment und einer Maschinendrehzahl und einer Leistung für ein Antriebssystem einer PM elektrischen Maschine in einem höheren Teillasteffizienzbetrieb zeigt;
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6 ist ein schematisches Diagramm für ein elektrisches Antriebssystem einer PM elektrischen Maschine, welche Thyristor-Schalter verwendet.
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7 ist ein schematisches Diagramm eines elektrischen Antriebssystems für eine PM elektrische Maschine, welche rückwärtssperrende IGBT-Schalter verwendet.
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8 ist ein schematisches Diagramm für ein elektrisches Antriebssystem für eine PM Maschine, die Triac-Schalter verwendet; und
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9 ist ein schematisches Diagramm für ein elektrisches Antriebssystem für eine PM Maschine, die SPDT-Schalter verwendet.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein elektrisches Antriebssystem für eine PM elektrische Maschine gerichtet ist, ist rein beispielhafter Natur und in keiner Weise dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen zu beschränken. Beispielsweise findet das Antriebssystem der Erfindung eine besondere Anwendung bei einer PM elektrischen Maschine in einem Fahrzeug. Fachleute können jedoch leicht erkennen, dass das Antriebssystem der Erfindung eine Anwendung bei anderen Maschinen haben wird.
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1 ist ein schematisches Diagramm eines PM elektrischen Maschinensystem 10 mit einer Dreiphasen PM elektrischen Maschine 12, die einen Permanentmagneten 14 im Rotor der Maschine 12 und Wicklungen 16, 18 und 20 im Stator der Maschine 12 aufweist. Die Wechselwirkung des magnetischen Flusses zwischen dem Permanentmagneten 14 mit dem Stromfluss in den Wicklungen 16–20 erzeugt das Drehmoment, das die Maschine 12 antreibt. Das System 10 umfasst ferner eine Inverter/Gleichrichter-Schaltung 22 mit einer Vielzahl von Dioden 24, die den Wechselstrom, der von den Wicklungen 16–20 erzeugt wird, zu einem Gleichstrom gleichrichten, um eine Fahrzeugbatterie 26 zu laden. Die Schaltung 22 wandelt den Gleichstrom der Batterie 26 zu einem Wechselstrom, wenn die Maschine 12 als ein Motor betrieben wird, um beispielsweise das Fahrzeug zu starten. Die Inverter/Gleichrichterschaltung 22 umfasst eine Vielzahl von MOSFET- oder IGBT-Schaltern 28, die selektiv an- und ausgeschaltet werden, um eine DC/AC-Wandlung und eine Gleichrichtung vorzunehmen. Die Ansteuervorrichtung 30 liefert Steuersignale G1 bis G6, die die Schalter 28 an- und ausschalten, um die gewünschte DC/AC-Wandlung oder AC/DC-Wandlung in einer Art und Weise, wie sie Fachleuten gut bekannt ist, bereitzustellen.
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2 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Viertels einer herkömmlichen PM elektrischen Maschine 34. Die elektrische Maschine 34 umfasst eine zentrale Welle 36, die an einen zylindrischen Rotor 38 montiert ist und von diesem umgeben ist. Der Rotor 38 umfasst eine Vielzahl von Permanentmagneten 40, die um einen äußeren Umfang des Rotors 38 angeordnet sind. Die Maschine 34 umfasst ferner einen zylindrischen Stator 42, welcher Statorzähne 32 aufweist, die Schlitze 44 untereinander definieren, wobei Wicklungen 46 um die Zähne 32 durch die Schlitze 44 gewickelt sind. Ein Luftspalt 48 trennt den Rotor 38 von dem Stator 42 und ermöglicht, dass dieser sich relativ zu jenem dreht.
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Wie von Fachleuten gut verstanden ist, wird ein Wechselstrom mit der korrekten Phase an die Statorwicklungen 46 angelegt, so dass das Magnetfeld, das von dem Strom erzeugt wird, welcher durch die Wicklungen 46 fließt, mit dem Magnetfeld, welches von den Permanentmagneten 40 erzeugt wird, so wechselwirkt, dass der Rotor 38 sich relativ zu dem Stator 42 dreht, und dies wiederum bewirkt, dass sich die Welle 36 dreht, um Arbeit auszuführen. Ein Flusspfad um die Wicklungen 46 tritt durch den Rotor 36, den Permanentmagneten 40, den Luftspalt 48 und den Stator 42, um einen geschlossenen Pfad auszubilden und die Statorwicklungen 46 miteinander zu verbinden. Die induzierte Spannung des Stators ist proportional zum Gesamtfluss, der die Statorwicklungen 46 verbindet.
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3 ist ein schematisches Diagramm für ein elektrisches Antriebssystem 50 für eine Wechselstrompermanentmagnetmaschine, die eine halbe H-Brücke 52 mit Schaltern 54 und 56 und Dioden 58 und 60 umfasst, die elektrisch miteinander verbunden sind, wie gezeigt ist. Die halbe H-Brücke 52 ist für eine Phase der Maschine gedacht, d. h. für eine der Wicklungen 16, 18 oder 20, wobei Schalter 54 und 56 zwei der Schalter 28 und Dioden 58 und 60 zwei der Dioden 24 in der Inverterschaltung 22 darstellen. In dem Antriebssystem 50 wird eine der Wicklungen 16, 18 oder 20 in zwei Wicklungsbereiche unterteilt, was als Wicklungsbereich 62 und Wicklungsbereich 64 gezeigt ist. Eine Wicklung 70 ist die Wicklung für eine andere Phase der Permanentmagnetmaschine und würde ebenfalls in zwei separate Wicklungsbereiche unterteilt werden. Analog dazu ist eine Wicklung 72 die Wicklung für die dritte Phase der Maschine und würde ebenfalls in zwei Wicklungsbereiche unterteilt werden. Wie von Fachleuten gut verstanden wird, können andere Permanentmagnetmaschinen mehr Phasen umfassen und würden zusätzliche entsprechende Wicklungen aufweisen. Ein bidirektionaler Schalter 66 ist in Reihe mit dem Wicklungsbereich 62 und ein bidirektionaler Schalter 68 ist elektrisch parallel mit dem Wicklungsbereich 62 gekoppelt. Die Schalter 66 und 68 sind darüber hinaus mit der halben H-Brücke 52 zwischen den Schaltern 54 und 56, wie gezeigt, elektrisch gekoppelt. Jede Phase der Maschine würde zwei Schalter für die Wicklungen 70 und 72 in der gleichen Art und Weise umfassen.
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In dieser elektrischen Konfiguration fließt Strom durch die Wicklungsbereiche 62 und 64 in Reihe, wenn der Schalter 66 geschlossen und der Schalter 68 geöffnet ist. Wenn der Schalter 66 geöffnet ist und der Schalter 68 geschlossen ist, fließt Strom nur durch den Wicklungsbereich 64 und nicht durch den Wicklungsbereich 62. Im Betrieb wird für einen vollen Flussbetrieb 1 der Schalter 66 geschlossen und der Schalter 68 wird bei niedrigen Maschinendrehzahl geöffnet, wobei ein hohes Drehmoment erforderlich ist, und wenn die Maschine die Leistung aufrechterhalten oder erhöhen muss, wird der Schalter 66 geöffnet und der Schalter 68 wird geschlossen für einen reduzierten Flussbetrieb 2 bei einer hohen Drehzahl. In einer Ausführungsform werden die Schalter 66 und 68 geöffnet und geschlossen, wenn die Maschine eine vorbestimmte Drehzahl erreicht, und der Strom für die jeweiligen Phasen erfährt eine Nulldurchgang, um eine natürliche Kommutierung der Schalter 66 und 68 zu ermöglichen, und Spannungs- und Drehmomentransienten zu minimieren. Mit anderen Worten werden nicht alle der Schalter 66 und 68 für jede Maschinenphase zur gleichen Zeit geschaltet, wenn die vorbestimmte Maschinendrehzahl erreicht wird, wobei die Steuerschalter von dem vollen Flussbetrieb 1 zu dem reduzierten Flussbetrieb 2 übergehen, sondern die Schalter 66 und 68 werden für jede Phase geschaltet, wenn der Wechselstrom (AC) für die jeweilige Phase im Wesentlichen bei Null liegt.
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Ausgehend von dieser elektrischen Konfiguration des Antriebssystems 50 wird die Gegen-EMK-Reduktion durch Reduzieren der Anzahl der Statorwicklungswindungen in der Maschinenphase bereitgestellt, was den magnetischen Fluss reduziert, wenn die Gegen-EMK signifikant genug ist, um die Maschinendrehzahl durch Reduzieren des Stromflusses durch die Statorwicklungen zu reduzieren. Das Wicklungswindungsverhältnis zwischen den Wicklungsbereichen 62 und 64 kann selektiv so ausgeführt werden, dass die Reduktion im magnetischen Fluss exakt gesteuert werden kann, wenn die Steuerschalter vom vollen Flussbetrieb 1 zum reduzierten Flussbetrieb 2 exakt gesteuert werden können. Durch Bereitstellen der unterteilten Teilwicklungsbereiche für jede Phase der Drei phasenmaschine beträgt die zusätzliche Hardware, die erforderlich ist, sechs zusätzliche Schalter und drei zusätzliche Drahtanschlüsse gegenüber den herkömmlichen Permanentmagnetmaschinenantriebssystemen ohne Statortrennwicklungsbereichen.
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In einer nicht beschränkenden Ausführungsform ist das Verhältnis der Windungen in dem Wicklungsbereich 64 zu den Windungen in dem Wicklungsbereich 62 im Bereich von 0,3–3. Das Wicklungsverhältnis kann selektiv für zwei getrennte Ausführungsformen des Antriebssystems 50 eingestellt werden, nämlich einen Leistungsboostbetrieb, der mehr Leistung bei höheren Maschinendrehzahlen bereitstellt, und einen höheren Teillasteffizienzbetrieb, der eine höhere Invertereffizienz liefert. Im Leistungsboostbetrieb ist das Verhältnis der Windungen in dem Wicklungsbereich 64 zu den Windungen in dem Wicklungsbereich 62 kleiner als 1, vorzugsweise im Bereich von 0,3–1. Darüber hinaus können die Schalter 66 und 68 in einer niedrigen Spannungsklasse, beispielsweise für weniger als 800 V und vorzugsweise 600–650 V ausgelegt sein. Der Leistungboostbetrieb gestattet den Schaltern 66 und 68, niedrigere Leitungs- und Schaltverluste aufgrund der niedrigeren Sperrspannungsklasse zu haben. Darüber hinaus liefert der Leistungsboostbetrieb einen Zuwachs an Drehmoment/Leistung und einen reduzierten Kupferverlust bei höheren Maschinendrehzahlbereichen aufgrund einer reduzierten Zahl von Reihenwindungen in den Wicklungsbereichen 62 und 64.
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4 ist ein Graph, bei dem die Maschinendrehzahl (rpm) auf der horizontalen Achse, das Maschinendrehmoment (Nm) auf der linken vertikalen Achse und die Maschinenleistung (kW) auf der rechten vertikalen Achse aufgetragen sind, welche die Leistungsfähigkeit für ein eingebautes PM elektrisches Maschinenantriebssystem, beispielsweise dem Antriebssystem 50, zeigen, welches im Leistungsboostbetrieb arbeitet und ein Windungsverhältnis zwischen den Wicklungsbereichen 62 und 64 von 1 zeigt. Die Linie 80 stellt die vorbestimmte Maschinendrehzahl, beispielsweise 5000 rpm dar, wobei die Steuerung vom Vollflussbetrieb 1, bei dem der Schalter 66 geschlossen ist und der Schalter 68 geöffnet ist, zu dem reduzierten Flussbetrieb 2, bei dem der Schalter 66 geöffnet ist und der Schalter 68 geschlossen ist, schaltet, um einen reduzierten Fluss bei höheren Maschinendrehzahl, wie oben diskutiert, bereitzustellen. Die Linie 82 stellt das Drehmoment des Antriebssystems 50 dar, wobei eine Maschine in dem Vollflussbetrieb 1 vor der Linie 80 arbeitet und in dem reduzierten Flussbetrieb 2 nach der Linie 80 arbeitet. Die Linie 84 zeigt, wie das Drehmoment der Maschine sein würde, wenn die Maschine nur in dem Vollflussbetrieb 1 über der Linie 80 arbeiten würde, und die Linie 86 zeigt, welches Drehmoment die Maschine aufweisen würde, wenn die Maschine immer im reduzierten Flussbetrieb 2 arbeiten würde. Analog dazu stellt die Linie 88 die Leistung der Maschine dar, wenn die Schalter 66 und 68 vom Betrieb 1 zum Betrieb 2 bei der Maschinendrehzahl, die von der Linie 80 dargestellt wird, geschaltet werden würden. Die Linie 90 stellt die Leistung der Maschine dar, wenn der Schalter 66 bei der Linie 80 geschlossen gehalten werden würde und die Maschine nicht in den Betrieb 2 übergehen würde, und die Linie 92 stellt die Leistung der Maschine dar, wenn die Maschine immer im Betrieb 2 arbeiten würde.
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In dem höheren Teileffizienzbetrieb ist das Verhältnis der Windungen des Wicklungsbereichs 64 zu den Windungen in dem Wicklungsbereich 62 grösser 1 und vorzugsweise im Bereich von 1–3. Die Teillasteffizienz wird dadurch verbessert, indem mehr Windungen pro Phase der Maschine als bei einer herkömmlichen Maschine ohne eine Wicklungsrekonfiguration bereitgestellt werden und darüber hinaus mehr Windungen in dem Wicklungsbereich 64 als in dem Wicklungsbereich 62, so dass weniger Phasenströme erforderlich sind, um das gleiche Drehmoment zu erzeugen. In dem Teillasteffizienzbetrieb schaltet das Antriebssystem von dem Betrieb 1 in den Betrieb 2 bei einer niedrigeren Maschinendrehzahl als in dem Leistungsbetrieb. Beispielsweise kann das Antriebssystem 50 bei der gleichen Anzahl von Gesamtwindungen der Wicklungsbereiche 62 und 64 zu dem Vollflussbetrieb 1 zu dem reduzierten Flussbetrieb 2 bei ungefähr 3500 rpm schalten. In dieser Ausführungsform weisen die Schalter 66 und 68 eine niedrigere Stromtragfähigkeit auf, vorzugsweise weniger als 70 im Vergleich zu einem herkömmlichen Inverter ohne eine Wicklungsrekonfiguration. Der höhere Teillasteffizienzbetrieb liefert eine verbesserte Invertereffizienz bei der Teillastbedingung und einen reduzierten Kupferverlust bei höherem Drehzahlbetrieb.
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5 ist ein Graph, der ähnlich zu dem Graphen in der 4 ist, wobei ähnliche Linien mit den gleichen Referenzzeichen versehen sind und eine Grunddrehmomentlinie und eine Grundleistungslinie aufweisen. In diesem Beispiel beträgt das Verhältnis der Windungen in dem Wicklungsbereich 64 zu den Windungen in den Wicklungsbereich 62 1,333. Für den Teillasteffizienzbetrieb tritt das Schalten vom Betrieb 1 zum Betrieb 2 bei einer niedrigeren Maschinendrehzahl, beispielsweise bei ungefähr 3500 rpm bei der Linie 80, auf. Darüber hinaus stellt die Linie 94 eine Drehmomentengrundlinie und die Linie 96 eine Leistungsgrundlinie dar.
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Die Schalter 66 und 68 können jede Art geeigneter wechselspannungssperrender Schalter sein, die für die hier diskutierten Zwecke geeignet sind, in Abhängigkeit von der gewünschten Leistungsfähigkeit und der spezifischen Anwendung der Maschine. 6 ist ein schematisches Diagramm eines Antriebssystems 110 für ein AC permanentmagnetische elektrische Maschine, die alle drei Phasen der Maschine zeigt. Die Statorteilwicklungen werden als Wicklungsbereiche 112 und 114 für die erste Phase, Wicklungsbereiche 116 und 118 für die zweite Phase und Wicklungsbereiche 120 und 123 für die dritte Phase gezeigt. Das Antriebssystem 110 umfasst eine Inverterschaltung 120 mit Schaltern 126 und 128 für die erste Phase, Schaltern 130 und 132 für die zweite Phase und Schaltern 134 und 136 für die dritte Phase. Die antiparallelen Dioden zu den Inverterschaltern sind der Einfachheit halber nicht gezeigt, liegen aber integral im Inverter vor, wie in der 1 gezeigt wurde. In dieser Ausführungsform sind die Wicklungsschalter Thyristoren, welche zwei Thyristoren, insbesondere Thyristoren 138 und 140 für die erste Phase, Thyristoren 142 und 144 für die zweite Phase und Thyristoren 146 und 148 für die dritte Phase umfassen. Die Thyristoren liefern einen niedrige Schaltspannung von beispielsweise 1–1,5 V, sind sehr robust, liefern eine hohe Überlastfähigkeit und weisen weniger als 10 ms Schaltzeit auf.
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7 ist ein schematisches Diagramm eines Antriebssystems 150, welches ähnlich zu dem Antriebssystem 110 ist, wobei ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. In dieser Ausführungsform sind die Thyristoren durch rückwärtssperrende Insulated Gate Bipolar Transistoren (RB-IGBT) mit entgegengesetzten Transistorschaltern, nämlich RB-IGBTs 152 und 154 für die erste Phase, RB-IGBTs 156 und 158 für die zweite Phase und RB-IGBTs 160 und 162 für die dritte Phase. Die RB-IGBTs liefern eine einfache Gate-Ansteuerung mit weniger als 5 ms Schaltzeit.
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8 ist ein schematisches Diagramm für ein Antriebssystem 170, welches zu dem Antriebssystem 110 ähnlich ist, wobei ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. In dieser Ausführungsform sind die Thyristoren durch Triacs ersetzt, nämlich Triacs 172 und 174 für die erste Phase, Triacs 176 und 178 für die zweite Phase und Triacs 180 und 182 für die dritte Phase. Die Triacs liefern eine niedrige Schaltspannung, beispielsweise 1–1,5 V, ein einfaches Gehäuse, eine hohe Überlastfähigkeit und weniger als 10 ms Schaltzeit.
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9 ist ein schematisches Diagramm eines Antriebssystems 190, welches zu dem Antriebssystem 110 ähnlich ist, wobei ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. In dieser Ausführungsform sind die Thyristoren durch SPDT-Relais ersetzt, nämlich Relais 192 für die erste Phase, Relais 194 für die zweite Phase und Relais 196 für die dritte Phase. Die Relais liefern eine niedrige Schaltspannung, beispielsweise weniger als 1 V, und benötigen keine weitere Kühlung. Sie sind jedoch voluminös und weisen eine längere Schaltzeit auf.
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Die vorhergehende Diskussion zeigt und beschreibt rein exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann kann leicht aus der Diskussion an den beigefügten Figuren und Patentansprüchen erkennen, dass zahlreiche Änderungen, Modifikationen und Variationen gemacht werden können, ohne dabei den Geist und den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er mit den folgenden Patentansprüchen definiert ist.
