WO2019025399A1 - Elektrische antriebsvorrichtung - Google Patents

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WO2019025399A1 PCT/EP2018/070661 EP2018070661W WO2019025399A1 WO 2019025399 A1 WO2019025399 A1 WO 2019025399A1 EP 2018070661 W EP2018070661 W EP 2018070661W WO 2019025399 A1 WO2019025399 A1 WO 2019025399A1
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power supply
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Stefan Koschik
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Definitions

  • An output voltage of the modular multilevel converter is in this case composed of the voltage amounts of the individual submodules.
  • This converter topology is thus characterized in particular by high and flexible scalability, modularity and high voltage quality.
  • Multilevel converters thus typically have a comparatively high construction weight and construction volume, as a result of which such multilevel converters are used today, in particular in stationary applications, such as in power engineering.
  • mobile applications especially in the automotive or automotive sector, for example in the course of an electric or electromotive drive device, adversely affected or even made impossible.
  • the relatively high construction ⁇ weight Multilevelumrichter typically has a negative effect on the range of an electric or electric-motor-driven motor vehicle.
  • the invention has for its object to provide a particularly ge ⁇ suitable electric drive device.
  • the electric drive device is suitable and set up in particular for a motor vehicle operated or operable electrically or electromotively to drive one or more vehicle axles.
  • ⁇ drive device here comprises a power supply for providing a supply voltage.
  • the drive device furthermore has a multi-phase three-phase ne, for example a brushless electric motor, which is designed with a number of adjacent phase windings.
  • the three-phase machine has in each case (motor) phase at least one phase winding, which are connected to a common rotating field winding.
  • the phase windings are in this case designed with a first and second phase end as electrical connection areas.
  • a modular multilevel converter is connected as a power converter.
  • the multilevel converter here suitably has a coupled to the power supply
  • a submodule series circuit is connected as a converter circuit having at least one series-connected submodule (submodule) and a filter inductor (filter choke).
  • the series connection of the or each submodule is guided by means of the filter inductance to an intermediate connection which is contacted to the first phase end of an associated phase winding of the three-phase machine.
  • the multilevel converter in this case has a number of intermediate terminals corresponding to the number of phase windings, which together form the alternating voltage connection.
  • the second phase end of the phase winding is according to the invention electrically conductively coupled to the power supply.
  • a return or contact line between the second phase end and the power supply is provided.
  • the three-phase machine can be operated in a normal mode in which the three-phase machine is supplied with an alternating voltage as well as in a recuperative or generator mode in which electrical energy is fed from the three-phase machine into the voltage supply.
  • the multilevel converter is designed for supplying and discharging electrical energy.
  • the power supply is in this case designed, for example, as an in-vehicle energy store or as a DC-DC converter, which rather couples the drive device to a vehicle electrical system.
  • the sub-modules each have an electronic module as Con troller ⁇ or control unit, which controls electric power ⁇ nik of the respective sub module.
  • the sub-modules are individually controlled or controllable.
  • the multilevel converter hereby suitably has a controller as the control unit, which superordinate the Submodules of the or each sub-module series circuit controls and regulates.
  • the controller is here generally - program and / or circuitry - set up to operate the multilevel inverter.
  • the controller is thus concretely equipped with a regulating and / or balancing method, which is adapted to the at least partial removal or return of the balancing currents to the voltage source.
  • the controller may alternatively also be formed by a non-programmable electronic component, for example an ASIC, in which the functionality for carrying out the regulation and / or balancing method is implemented by means of circuit technology.
  • the second phase end is guided with the contact line to a midpoint voltage of the power supply.
  • the center point voltage in this case has a voltage potential which corresponds to half the voltage potential of the supply voltage.
  • the or each filter inductor is cooled.
  • ⁇ bar that the filter inductances are cooled with the samedevor- direction as the phase windings.
  • active cooling of the filter inductors it is possible the construction weight and size to further reduzie ⁇ ren.
  • This is a particularly space compact and weight-reduced Multilevelumrichter realized. This translates into a result advantageous to the range of electrical ⁇ rule drive device, which is particularly advantageous in terms of (au- to-) mobile applications.
  • the multilevel converter has one of the number of phase windings
  • the multilevel converter 8 has an integrated DC voltage circuit with a positive path 14 and a negative path 16, which by means of the DC voltage connection 6 to the Plus pole or the negative pole of the voltage source 4 are performed. Between the plus path 14 and the minus path 16, three bridge modules 18 are connected.
  • the bridge modules 18 are designed as converter circuits which convert the supply voltage U v into a three-phase output voltage with the phases u, v, w for the three-phase machine 12.
  • the Bridge ⁇ ckenmodule 18 are in this case further adapted in to ⁇ ge of a recuperative or regenerative operation a fed into the AC voltage terminal 10 AC voltage to a rectified output voltage at the DC port to convert 6 to be fed to the power supply. 4
  • the sub-module series circuits 20 have a series connection of a number of sub-modules 24 and a filter inductance 26. In FIG. 2, only three submodules 24 of submodule series circuits 20 are shown by way of example.
  • the sub-modules 24 each have a module electronics 28 and a power electronics 30 and an energy storage 32, which are shown only schematically in FIG 2 and provided with reference numerals by way of example.
  • the module electronics 28 is designed as a controller or control unit for controlling and / or regulating the respective power electronics 30.
  • the power electronics 30 is embodied, for example, as a half-bridge or full-bridge circuit and has a number of power semiconductor switches, for example IGBTs (insulated gate bipolar transistor), which can be switched from a conducting to a non-conducting state by means of the power electronics 30.
  • the energy storage 32 is in this case as a capacitor or capacitor executed, which is loaded upon activation of the nurseelekt ⁇ ronik 30 with electrical energy.
  • the filter inductances 26 are provided.
  • the filter inductances 26 are in this case dimensioned such that the
  • Symmetrizing currents I s are at least partially filtered, with a remaining, not filtered residual portion of the balancing currents I s x to the AC voltage terminal 10, and thus the three-phase machine 12 is performed.
  • phase windings 34, 36 and 38 each have a first phase end 42, which is guided to the AC voltage terminal 10 of the Multilevelumrichters 8, and a second Pha ⁇ senende 44, which is connected in a common neutral point 46 of the rotating field winding 40 on.
  • phase winding 34 is provided with reference symbols for the phase ends 42 and 44.
  • the sectionmodulrei ⁇ henscen 20 of the bridge modules 18 each have only a single sub-module 24th
  • the star point 46 is contacted by means of a contact line 48 with the voltage source 4. It is conceivable, for example, that the contact line 48 in the

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung (2) aufweisend eine Spannungsversorgung (4) zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung (UV), eine Drehstrommaschine (12) mit einer Anzahl von benachbarten Phasenwicklungen (34, 36, 38) mit jeweils einem ersten und zweiten Phasenende (42, 44), sowie einen zwischen die Spannungsversorgung (4) und die Drehstrommaschine (12) geschalteten modularen Multilevelumrichter (8) mit mindestens einer Teilmodulreihenschaltung (20), welche mindestens ein in Reihe geschaltetes Teilmodul (24) und eine Filterinduktivität (26) aufweist, und welche mittels eines Zwischenanschlusses (22) an das erste Phasenende (42) einer zugeordneten Phasenwicklung (34, 36, 38) der Drehstrommaschine (12) geführt ist, wobei das zweite Phasenende (44) der Phasenwicklung (34, 36, 38) elektrisch leitfähig an die Spannungsversorgung (4) gekoppelt ist.

Description

Beschreibung
Elektrische Antriebsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine elektrische oder elektromotori¬ sche Antriebsvorrichtung aufweisend eine Spannungsversorgung zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung und eine Drehstrommaschine mit einer Anzahl von benachbarten Phasenwicklungen, sowie einen zwischen die Spannungsversorgung und die Drehstrommaschine geschalteten modularen Multilevelumrichter mit mindestens einer Teilmodulreihenschaltung.
Modulare Multilevelumrichter (modulare Mehrstufenumrichter, englisch: modular multi-level-converter, MMC, M2C) der ein- gangs genannten Art werden häufig als Mehrpegelenergiewandler genutzt, um einen elektrischen Gleichstrom in einen elektrischen Wechselstrom oder umgekehrt zu wandeln. Ein solcher Multilevelumrichter weist hierbei typischerweise einen Wech- selspannungsanschluss und einen Gleichspannungsanschluss zum Zuführen und Abführen der elektrischen Energie auf. An den Gleichspannungsanschluss ist hierbei eine Teilmodulreihen¬ schaltung als Wandlerschaltung beziehungsweise als (Brücken- ) Zweig oder (Brücken- ) Arm geschaltet, welche eine Anzahl von einzeln ansteuerbaren und in Reihe geschalteten Teilmodulen (Submodulen) aufweist. Die Teilmodulreihenschaltung ist hierbei an einen mit dem Wechselspannungsanschluss gekoppelten Zwischenanschluss geführt.
Eine Ausgangsspannung des modularen Multilevelumrichters wird hierbei aus den Spannungsbeträgen der einzelnen Teilmodule zusammengesetzt. Durch die Verwendung von mehreren Teilmodu¬ len sind somit sehr exakte Ausgangsspannungen generierbar oder erzeugbar. Diese Umrichtertopologie zeichnet sich somit insbesondere durch eine hohe und flexible Skalierbarkeit, Modularität sowie einer hohen Spannungsqualität aus.
Zur Reduzierung einer Stromwelligkeit sind in den einzelnen Zweigen beziehungsweise Teilmodulreihenschaltungen insbeson- dere Filterinduktivitäten oder Filterdrosseln vorgesehen, welche auftretende Symmetrierungsströme (Zweigströme) zwi¬ schen den Zweigen des Multilevelumrichters filtern bezie¬ hungsweise dämpfen. Hierbei ist ein im Wesentlichen vollstän- diges Dämpfen oder Filtern der Symmetrierungsströme ge¬ wünscht, sodass eine möglichst geringe Stromwelligkeit be¬ wirkt wird. Dadurch werden vergleichsweise große Filter¬ induktivitäten benötigt, wodurch einerseits das Baugewicht und die Baugröße des Multilevelumrichters sowie andererseits dessen Herstellungskosten nachteilig erhöht werden.
Multilevelumrichter weisen somit typischerweise ein vergleichbar hohes Baugewicht und Bauvolumen auf, wodurch derartige Multilevelumrichter heutzutage insbesondere in stationä- ren Anwendungen, wie beispielsweise in der Energietechnik, eingesetzt werden. Im Gegensatz hierzu werden mobilen Anwendungen, insbesondere im Kraftfahrzeug- oder Automobilbereich, beispielsweise im Zuge einer elektrischen oder elektromotorischen Antriebsvorrichtung, nachteilig beeinflusst oder sogar unmöglich gemacht. Insbesondere das vergleichsweise hohe Bau¬ gewicht typischer Multilevelumrichter wirkt sich negativ auf die Reichweite eines elektrischen oder elektromotorisch betriebenen Kraftfahrzeugs aus. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders ge¬ eignete elektrische Antriebsvorrichtung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung ist ins¬ besondere für ein elektrisch oder elektromotorisch betriebenes oder betreibbares Kraftfahrzeug zum Antrieb einer oder mehrerer Fahrzeugachsen geeignet und eingerichtet. Die An¬ triebsvorrichtung weist hierbei eine Spannungsversorgung zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung auf. Die Antriebsvorrichtung weist weiterhin eine mehrphasige Drehstrommaschi- ne, beispielsweise einen bürstenlosen Elektromotor, auf, welche mit einer Anzahl von benachbarten Phasenwicklungen ausgeführt ist. Die Drehstrommaschine weist hierbei je (Motor- ) Phase mindestens eine Phasenwicklung auf, welche zu einer gemeinsamen Drehfeldwicklung verschaltet sind. Die Phasenwicklungen sind hierbei mit einem ersten und zweiten Phasenende als elektrische Anschlussbereiche ausgeführt.
Zwischen der Spannungsversorgung und der Drehstrommaschine ist ein modularer Multilevelumrichter als Stromrichter geschaltet. Der Multilevelumrichter weist hierbei geeigneterweise einen mit der Spannungsversorgung gekoppelten
Gleichspannugsanschluss sowie einen mit der Drehstrommaschi¬ ne, insbesondere mit der Drehfeldwicklung, gekoppelten Wech- selspannungsanschluss auf. An den Gleichspannungsanschluss ist hierbei eine Teilmodulreihenschaltung als Wandlerschaltung angeschlossen, welche mindestens ein in Reihe geschaltetes Teilmodul (Submodul) und eine Filterinduktivität (Filterdrossel) aufweist. Die Reihenschaltung des oder jedes Teilmoduls ist mittels der Filterinduktivität an einen Zwi- schenanschluss geführt, welcher an das erste Phasenende einer zugeordneten Phasenwicklung der Drehstrommaschine kontaktiert ist. Geeigneterweise weist der Multilevelumrichter hierbei eine Anzahl der Phasenwicklungen entsprechende Anzahl von Zwischenanschlüssen auf, welche gemeinsam den Wechselspan- nungsanschluss bilden.
Das zweite Phasenende der Phasenwicklung ist erfindungsgemäß elektrisch leitfähig an die Spannungsversorgung gekoppelt. Mit anderen Worten ist eine Rückführ- oder Kontaktleitung zwischen dem zweiten Phasenende und der Spannungsversorgung vorgesehen. Im Betrieb der Antriebsvorrichtung ist es möglich, dass zwischen zwei oder mehreren Teilmodulreihenschal¬ tungen elektrische Symmetrierungsströme (Zweigströme) auftre- ten, welche mittels der jeweiligen Filterinduktivitäten zumindest teilweise gefiltert werden. Ein nicht gefilterter An¬ teil dieser Symmetrierungsströme wird hierbei mittels des Zwischenanschlusses an das erste Phasenende der Phasenwick- lung geführt. Durch die Kopplung des zweiten Phasenendes mit der Spannungsversorgung ist es hierbei möglich, die inhärente Streuinduktivität der (räumlich) benachbarten Phasenwicklungen der Drehstrommaschine zu nutzen, um die Symmetrierungs- ströme, beziehungsweise deren nicht gefilterte Anteile, zu¬ mindest teilweise über die Drehstrommaschine zu leiten. Da¬ durch ist es möglich, die Dimensionierung der Filterinduktivitäten zu reduzieren, da diese zur Unterdrückung der Strom- welligkeit die erzeugten Symmetrierungsströme nicht vollstän- dig dämpfen müssen. In der Folge werden somit das Bauvolumen und das Baugewicht der Filterinduktivitäten beziehungsweise des Multilevelumrichters wesentlich reduziert, was sich vor¬ teilhaft auf die Herstellungskosten der Antriebsvorrichtung überträgt. Des Weiteren werden somit beispielsweise mobile Anwendungen der Antriebsvorrichtung in elektrischen oder elektromotorisch betriebenen Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen erleichtert oder ermöglicht. Dadurch ist eine besonders ge¬ eignete elektrische Antriebsvorrichtung gebildet. Durch den Multilevelumrichter ist die Drehstrommaschine so¬ wohl in einem Normalbetrieb, bei welchen die Drehstrommaschine mit einer Wechselspannung gespeist wird, als auch in einem rekuperativen oder generatorischen Betrieb, bei welchem elektrische Energie von der Drehstrommaschine in die Span- nungsversorgung eingespeist wird, betreibbar. Mit anderen
Worten ist der Multilevelumrichter zur Zuführung und Abführung von elektrischer Energie ausgebildet. Die Spannungsversorgung ist hierbei beispielsweise als ein fahrzeuginterner Energiespeicher oder als ein DC-DC-Wandler ausgeführt, wel- eher die Antriebsvorrichtung an ein Bordnetz koppelt.
Die Teilmodule weisen jeweils eine Modulelektronik als Con¬ troller oder Steuereinheit auf, welche eine Leistungselektro¬ nik des jeweiligen Teilmoduls ansteuert. Mit anderen Worten sind die Teilmodule einzeln gesteuert oder steuerbar.
Der Multilevelumrichter weist hierbei geeigneterweise einen Controller als Steuergerät auf, welcher übergeordnet die Teilmodule der oder jeder Teilmodulreihenschaltung ansteuert und regelt. Der Controller ist hierbei allgemein - programm- und/oder schaltungstechnisch - zum Betreiben des Multilevel- umrichters eingerichtet. Der Controller ist somit konkret mit einem Regelungs- und/oder Symmetrierungsverfahren ausgestattet, welches an die zumindest teilweise Ab- oder Rückführung der Symmetrierungsströme zur Spannungsquelle angepasst ist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Controller zumindest im Kern durch einen MikroController mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des Regelungs- und/oder Symmetrierungsverfahrens in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, so dass das Verfahren - gegebenenfalls in Interaktion mit einem Fahrzeugnutzer - bei Ausführung der Betriebssoftware in dem MikroController automatisch durchgeführt wird.
Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, z.B. einen ASIC, gebildet sein, in dem die Funktionalität zur Durchführung des Regelungs- und/oder Symmetrierungsverfahrens mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist. In einer vorteilhaften Ausführung ist das zweite Phasenende mit der Kontaktleitung an eine Mittelpunktspannung der Spannungsversorgung geführt. In einer geeigneten Weiterbildung weist die Mittelpunktspannung hierbei ein Spannungspotential auf, welches der Hälfte des Spannungspotentials der Versor- gungsspannung entspricht. Dadurch wird eine besonders zuver¬ lässige und effektive (Ab-) Führung der Symmetrierungsströme gewährleistet .
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Spannungsversor- gung als ein Batteriepack (Batteriepaket, Batteriestapel) ausgeführt. Das Batteriepack weist hierbei eine Reihenschal¬ tung einer Anzahl von Batterien auf. Beispielsweise ist das Batteriepack hierbei als ein Zellstapel von Lithiumionenzellen ausgebildet. Die Mittelpunktspannung ist hierbei in konstruktiv einfacher Art und Weise an einem Mittelpunkt des Batteriepacks abgreifbar, wodurch eine zuverläs¬ sige Reduzierung der Stromwelligkeit realisiert ist.
In einer bevorzugten Ausbildung sind die zweiten Phasenenden jeder Phasenwicklung in einem gemeinsamen Sternpunkt verschaltet. Mit anderen Worten sind die Phasenwicklungen in einer Sternschaltung miteinander zur Drehfeldwicklung verschal- tet. Geeigneterweise ist der Sternpunkt hierbei mittels der Kontaktleitung an die Mittelspannung der Spannungsversorgung geführt. Dadurch ist eine besonders zweckmäßige und aufwands¬ arme Verschaltung der elektrischen Antriebsvorrichtung realisiert .
Zum Zwecke einer verbesserten Wärmeverlustableitung ist die oder jede Phasenwicklung der Drehstrommaschine in einer geeigneten Ausführung gekühlt. Mit anderen Worten ist beispielsweise eine Kühlvorrichtung der Drehstrommaschine vorge- sehen, welche die Phasenwicklungen entwärmt oder aktiv kühlt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die oder jede Filterinduktivität gekühlt. Beispielsweise ist es hierbei denk¬ bar, dass die Filterinduktivitäten mit der gleichen Kühlvor- richtung wie die Phasenwicklungen gekühlt werden. Durch die somit bewirkte, aktive Kühlung der Filterinduktivitäten ist es möglich, deren Baugewicht und Baugröße weiter zu reduzie¬ ren. Dadurch ist ein besonders bauraumkompakter und gewichtsreduzierter Multilevelumrichter realisierbar. Dies überträgt sich in der Folge vorteilhaft auf die Reichweite der elektri¬ schen Antriebsvorrichtung, was insbesondere hinsichtlich (au- to-) mobilen Anwendungen vorteilhaft ist.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Multilevelum- richter eine der Anzahl der Phasenwicklungen entsprechende
Anzahl von Brückenmodulen auf, welche jeweils zwei Teilmodul¬ reihenschaltungen mit einem gemeinsamen Zwischenanschluss aufweisen. Dadurch ist ein zuverlässiger und betriebssicherer Betrieb der Drehstrommaschine gewährleistet.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in vereinfachten und schematischen Darstellungen:
FIG 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrische
Antriebsvorrichtung mit einer Spannungsquelle und mit einer Drehstrommaschine sowie mit einem dazwi¬ schen geschalteten Multilevelumrichter,
FIG 2 ein Brückenmodul des Multilevelumrichters , und
FIG 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Antriebsvor¬ richtung .
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In der FIG 1 ist eine elektrische Antriebsvorrichtung 2 ge¬ zeigt. Die Antriebsvorrichtung 2 ist beispielsweise zum An¬ trieb einer Fahrzeugachse eines elektrisch oder elektromoto¬ risch antreibbaren Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem
Elektro- oder Hybridfahrzeug, ausgebildet.
Die Antriebsvorrichtung 2 weist einen fahrzeuginternen Energiespeicher als Spannungsquelle 4 auf, mittels welcher eine Gleichspannung als Betriebs- oder Versorgungsspannung Uv erzeugt wird. Die Spannungsquelle 4 ist an einen Gleichspan- nungsanschluss 6 eines Multilevelumrichters 8 angeschlossen. Der Multilevelumrichter 8 weist einen Wechselspannungsan- schluss 10 auf, welcher an eine dreiphasige Drehstrommaschine 12 der Antriebsvorrichtung 2 geführt ist.
Der Multilevelumrichter 8 weist einen integrierten Gleichspannungskreis mit einem Pluspfad 14 und einem Minuspfad 16 auf, welche mittels des Gleichspannungsanschlusses 6 an den Pluspol beziehungsweise den Minuspol der Spannungsquelle 4 geführt sind. Zwischen den Pluspfad 14 und den Minuspfad 16 sind drei Brückenmodule 18 verschaltet. Die Brückenmodule 18 sind als Wandlerschaltungen ausgeführt, welche aus der Ver- sorgungsspannung Uv eine dreiphasige Ausgangsspannung mit den Phasen u, v, w für die Drehstrommaschine 12 wandeln. Die Brü¬ ckenmodule 18 sind hierbei weiterhin dazu ausgebildet, im Zu¬ ge eines rekuperativen oder generatorischen Betriebs eine in den Wechselspannungsanschluss 10 eingespeiste Wechselspannung in eine gleichgerichtete Ausgangsspannung am Gleichspannungs- anschluss 6 zur Einspeisung in die Spannungsversorgung 4 zu wandeln .
In FIG 2 ist eine beispielhafte Ausführung des Brückenmoduls 18 gezeigt. Das Brückenmodul 18 weist zwei Teilmodulreihen¬ schaltungen 20 auf, welche zwischen dem Pluspfad 14 bezie¬ hungsweise dem Minuspfad 16 und einem gemeinsamen Zwischenan- schluss 22 verschaltet sind. Der Zwischenanschluss 22 ist an den Wechselspannungsanschluss 10 geführt.
Die Teilmodulreihenschaltungen 20 weisen eine Reihenschaltung einer Anzahl von Teilmodulen 24 und einer Filterinduktivität 26 auf. In der FIG 2 sind beispielhaft jeweils lediglich drei Teilmodule 24 der Teilmodulreihenschaltungen 20 gezeigt.
Die Teilmodule 24 weisen jeweils eine Modulelektronik 28 und eine Leistungselektronik 30 sowie einen Energiespeicher 32 auf, welche in der FIG 2 lediglich schematisch dargestellt und beispielhaft mit Bezugszeichen versehen sind. Die Modul- elektronik 28 ist hierbei als ein Controller oder Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung der jeweiligen Leistungselektronik 30 ausgeführt. Die Leistungselektronik 30 ist beispielsweise als Halbbrücken- oder Vollbrückenschaltung ausgeführt und weist eine Anzahl von Leistungshalbleiterschaltern, beispielsweise IGBTs (insulated gate bipolar transistor) auf, welche mittels der Leistungselektronik 30 von einem leitenden in einen nichtleitenden Zustand schaltbar sind. Der Energiespeicher 32 ist hierbei als eine Kapazität oder Kondensator ausgeführt, welcher bei einer Aktivierung der Leistungselekt¬ ronik 30 mit elektrischer Energie geladen wird.
Zwischen den Energiespeichern 32 der Teilmodule 24 fließen im Betrieb des Multilevelumrichters 8 elektrische Symmetrier¬ ungsströme Is, welche eine Stromwelligkeit des erzeugten Aus¬ gangsstroms beziehungsweise der Phasen u, v, w bewirkt. Zur Unterdrückung und Reduzierung der Symmetrierungsströme Is sind die Filterinduktivitäten 26 vorgesehen. Die Filterinduk- tivitäten 26 sind hierbei derart dimensioniert, dass die
Symmetrierungsströme Is zumindest teilweise gefiltert werden, wobei ein verbleibender, nicht gefilterter Restanteil der Symmetrierungsströme Is x zum Wechselspannungsanschluss 10, und somit zur Drehstrommaschine 12 geführt wird.
Die Drehstrommaschine 12 ist als ein dreiphasiger, bürstenlo¬ ser Elektromotor ausgeführt. Als (Motor- ) Phasen u, v, w weist die Drehstrommaschine 12 hierbei - wie insbesondere in FIG 3 ersichtlich - drei Phasenwicklungen 34, 36, 38 auf, welche als Sternschaltung zu einer Drehfeldwicklung 40 verschaltet sind .
Die Phasenwicklungen 34, 36 und 38 weisen jeweils ein erstes Phasenende 42, welches an den Wechselspannungsanschluss 10 des Multilevelumrichters 8 geführt ist, und ein zweites Pha¬ senende 44, welches in einem gemeinsamen Sternpunkt 46 der Drehfeldwicklung 40 verschaltet ist, auf. Beispielhaft ist in der FIG 3 lediglich die Phasenwicklung 34 mit Bezugszeichen für die Phasenenden 42 und 44 versehen.
In dem Ausführungsbeispiel der FIG 3 weisen die Teilmodulrei¬ henschaltungen 20 der Brückenmodule 18 jeweils lediglich ein einzelnes Teilmodul 24 auf. Der Sternpunkt 46 ist mittels einer Kontaktleitung 48 mit der Spannungsquelle 4 kontaktiert. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die Kontaktleitung 48 in den
Multilevelumrichter 8 integriert ist, oder als seperate, ex- terne Leitung von der Drehstrommaschine 12 zur Spannungsquel¬ le 4 geführt ist. In dem Ausführungsbeispiel der FIG 3 ist die Spannungsquelle 4 als ein Batteriepack (Batteriepaket) mit zwei in Reihe geschalteten Batterien 50a und 50b ausge- führt. Die Kontaktleitung 48 ist hierbei an einem Mittelpunkt zwischen den beiden Batterien 50a und 50b angeschlossen, sodass der Sternpunkt 46 an eine Mittelpunktspannung UM der Spannungsquelle 4 geführt ist. Durch die elektrisch leitfähige Kopplung zwischen dem Sternpunkt 46 und der Mittelpunktspannung UM der Spannungsquelle 4 ist es möglich, die im Betrieb der Drehfeldwicklung 40 auftretende Streuinduktivität der Drehstrommaschine 12 zu nut¬ zen, um die nicht gefilterten Symmetrierungsströme Is x über die Drehstrommaschine 12 zu leiten. Dadurch ist es möglich, die Filterinduktivitäten 26 kleiner zu dimensionieren.
In einem zusätzlichen oder alternativen Ausführungsbeispiel ist es beispielsweise denkbar, dass die Phasenwicklungen 34, 36, 38 und/oder die Filterinduktivitäten 26 aktiv gekühlt werden um eine Wärmeverlustableitung der Symmetrierungsströme Is, Isx zu verbessern.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Aus- führungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind auch andere Vari¬ anten der Erfindung von dem Fachmann hieraus ableitbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Antriebsvorrichtung (2) aufweisend
- eine Spannungsversorgung (4) zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung (Uv) ,
- eine Drehstrommaschine (12) mit einer Anzahl von be¬ nachbarten Phasenwicklungen (34, 36, 38) mit jeweils einem ersten und zweiten Phasenende (42, 44), sowie
- einen zwischen die Spannungsversorgung (4) und die
Drehstrommaschine (12) geschalteten modularen
Multilevelumrichter (8) mit mindestens einer Teilmodul¬ reihenschaltung (20), welche mindestens ein in Reihe geschaltetes Teilmodul (24) und eine Filterinduktivität
(26) aufweist, und welche mittels eines Zwischenan- Schlusses (22) an das erste Phasenende (42) einer zu¬ geordneten Phasenwicklung (34, 36, 38) der Drehstrommaschine (12) geführt ist, wobei das zweite Phasenende
(44) der Phasenwicklung (34, 36, 38) elektrisch leitfähig an die Spannungsversorgung (4) gekoppelt ist.
2. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Phasenende (44) mit einer Kontaktleitung (48) an eine Mittelpunktspannung ( UM ) der Spannungsversorgung (4) geführt ist.
3. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunktspannung ( UM ) ein Spannungspotential aufweist, welches der Hälfte des Span¬ nungspotentials der Versorgungsspannung (Uv) entspricht.
4. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung (4) als ein Batteriepack mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Batterien (50a, 50b) ausgeführt ist.
5. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Phasenenden (44) der Phasenwicklungen (34, 36, 38) in einem gemeinsamen Sternpunkt (46) verschaltet sind. 6. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Phasenwicklung (34, 36, 38) gekühlt ist.
7. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Filterinduktivität
(26) gekühlt ist.
8. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Multilevelumrichter (8) eine der Anzahl der Phasenwicklungen (34, 36, 38) der Drehstrommaschine (12) entsprechenden Anzahl von Brückenmodulen (18) aufweist, welche jeweils zwei Teilmodulreihenschaltung (20) mit einem gemeinsamen Zwischenanschluss (22) aufweisen.
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