DE60029664T2

DE60029664T2 - Mehrphasige Wechselstrommotoren-Regelung

Info

Publication number: DE60029664T2
Application number: DE60029664T
Authority: DE
Inventors: Slobadan Endicott Gataric
Original assignee: BAE Systems Controls Inc
Current assignee: BAE Systems Controls Inc
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2020-02-18
Also published as: CN1267129A; JP2000295899A; KR100674650B1; EP1037376A2; KR20010006746A; US6072287A; EP1037376B1; EP1037376A3; CA2298751C; TW477102B; DE60029664D1; CN1214515C; JP4663841B2; CA2298751A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine mehrphasige oder vielphasige Steuerung von AC-Maschinen und insbesondere eine unabhängige Steuerung von N AC-Maschinen unter Verwendung von gesteuerten 2N + 1-phasigen Komponenten.
1 zeigt ein herkömmliches Amplituden-Zeit-Diagramm von drei Phasen eines Wechselstromes oder -einer Wechselspannung mit um 120° zueinander versetzten zeitlichen Phasen ωt, das oft verwendet wird, um Dreiphasensysteme zu beschreiben. Die Abkürzung AC steht für „Wechselstrom", die in vielen Fällen eine irreführende Bezeichnung ist, da sich der Ausdruck entweder auf eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom oder beides beziehen kann. Eine Spannung oder ein Strom ist eine Wechselspannung bzw. ein Wechselstrom, wenn der Momentanwert periodisch bei positiven Werten und nachfolgend bei negativen Werten verweilt, wobei die Ausdrücke „positiv" oder „negativ" sich auf die Richtung in einem elektrischen und nicht in einem mechanischen Sinn bezieht. In 1 werden die drei Phasen mit X_a, X_b und X_c bezeichnet und können als X_a = X cos ωt, X_b = X cos (ωt – 2π/3) und X_c = X cos (ωt – 4π/3) ausgedrückt werden. Wie einem Fachmann bekannt ist, zeigt 2 eine zweidimensionalen Vektor-Darstellung der Ströme oder Spannungen der 1 zum Zeitpunkt t = 0. In 2 sind zwei orthogonalen α Komponenten und β Komponenten die zugrunde liegenden Ordinaten und die α Achse entspricht einer „a" Achse. Zwei zusätzliche b und c Achsen liegen 120° zur a Achse versetzt. Die Spannung oder der Strom X_a liegt immer entlang der a Achse und seine aktuelle Amplitude ändert sich über die Zeit. Auf ähnliche Weise liegen X_b und X_c Immer auf der b Achse bzw. der c Achse und ihre Amplituden ändern sich auch über der Zeit. Zum in 2 dargestellten Zeitpunkt, der dem Zeitpunkt t = 0 der 1 entspricht, addieren sich die Amplituden von X_a, X_b und X_c der 2, um einem Vektor zu entsprechen. Mit fortschreitender Zeit oder zeitlicher Phase in den Darstellungen von X_a, X_b und X_c der 1 rotiert der Vektor im Gegenuhrzeigersinn (in Richtung des Pfeils ωt) in 2 und zeichnet eine Kreisspur 210 auf. Eine Phasenänderung von 2π führt zu einer Aufzeichnung eines vollständigen Umlaufs um die Kreisspur 210. Um mathematische Operationen zu vereinfachen, können die Werte von X_a, X_b und X_c in Ausdrücken der entsprechenden Komponenten α und β ausgedrückt werden.
wobei
Die Gleichungen (1) und (2) stellen zusammengenommen eine Matrizentransformation dar, die einen Vektor, der in den Termen von a, b und c dargestellt ist, in einen Vektor, der in Termen einer α Komponente und einer β Komponente ausgedrückt ist, umsetzt. Die obige mathematische Darstellung berücksichtigt keine(n) Gleichtakt-Spannung oder -Strom (eine Gleichspannung, eine Nicht-Wechselspannung oder eine Wechselspannung bzw. einen Gleichstrom oder einen Nicht-Wechselstrom oder einen Wechselstrom), die bzw. der mit der Wechselstrom-Energiezufuhr zugeordnet sein kann. In einem AC System kann jede Phase einer Gleichtakt-Komponenten zugeordnet sein, mit der die Wechselstrom-Komponente dieser Phase beaufschlagt ist. Die Darstellung der 2 nimmt eine Situation an oder stellt diese dar, bei der keine Gleichtakt-Komponente vorliegt. Wenn es in einem ausgeglichenen Dreiphasensystem eine Gleichtaktkomponente gibt, löscht sie sich aus und erscheint nicht in der α und β Komponenten. Da die Gleichtakt-Komponenten sich auslöschen, würde eine Darstellung, wie die der 2, diese nicht darstellen, sogar wenn sie vorhanden sind. Jedoch kann eine solche Gleichtakt-Komponente existieren, sogar wenn sie nicht in der zweidimensionalen Darstellung der 2 dargestellt ist.
Um die direkten Komponenten darzustellen, kann ein Vektor X durch die modifizierte Transformation, die unten in Bezug zu den Gleichungen (3) und (4) gezeigt ist, dargestellt werden,
wobei
wobei die Elemente der untersten Reihe der Matrix die Werte „1/2" aufweisen, die die Gleichtakt-Komponente darstellen. Die zusätzliche X₀ Komponente ist als die Null-Komponente bekannt. Die Gleichtaktkomponente, die durch die Null-Komponente dargestellt ist, wird oft durch einen Vektor, der rechtwinklig auf der α-β Ebene in 2 steht, dargestellt. Die Anwendung eines solchen Vektors, der rechtwinklig zur α-β Ebene verläuft, führt zu einem dreidimensionalen System von zueinander rechtwinkligen Koordinaten.
Eine 2N + 1 phasige AC-Maschinenanordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mehrzahl N von AC-Maschinen, wobei die AC-Maschinen Motoren oder Generatoren sein können. Die Anordnung umfasst N AC-Maschinen. Jede der N AC-Maschinen weist 2N + 1 Wicklungen auf, durch die ein Wechselstrom fließt; selbstverständlich können mehr Wicklungen vorgesehen sein, jedoch sollte die effektive Anzahl von Wicklungen 2N + 1 sein. Die Anordnung umfasst auch einen steuerbaren 2N + 1 phasigen Umsetzer, um 2N + 1 Phasen für die N Maschinen zu erzeugen. Eine Verbindungsanordnung ist mit dem Umsetzer und mit den N AC- Maschinen verbunden, um die N Wicklungen der N AC-Maschinen so miteinander zu verbinden, dass der Strom durch jede Wicklung jeder Maschine durch Wicklungen jeder der anderen der N AC-Maschinen fließt. Eine Steueranordnung ist mit dem Umsetzer verbunden, um die 2N + 1 Phasen in N zu einander rechtwinkligen Phasengruppen zu steuern, um dadurch die N AC-Maschinen unabhängig voneinander zu steuern. Jede der 2N + 1 Wicklungen der 2N + 1 phasigen AC-Maschinen ist elektrisch in einem bestimmten räumlichen Phasenfortschritt orientiert und die Verbindungsanordnung verbindet die Wicklungen der N AC-Maschinen auf eine Weise, so dass der Strom, der durch eine Wicklung einer der N AC-Maschinen fließt, die einer bestimmten räumlichen Phase entspricht, durch eine Wicklung einer verschiedenen räumlichen Phase einer weiteren der AC-Maschinen fließt. Der Fluss eines Stromes durch die Wicklung einer bestimmten räumlichen Phase in eine der Maschinen fließt in einer Wicklung derselben räumlichen Phase einer weiteren Maschine.
In einer bestimmten Anordnung gemäß einem Aspekt der Erfindung beträgt N zwei und 2N + 1 fünf und jeder der fünf Wicklungen der zwei AC-Maschinen ist in jeder Maschine mit Bezug zu einer bestimmten räumlichen Phase orientiert, und die Verbindungsanordnung verbindet alle fünf Phasen einer ersten der zwei AC-Maschinen mit den entsprechenden Phasen des Umsetzers und verbindet eine der Wicklungen der einen AC-Maschine, damit ein Strom durch eine entsprechende Wicklung der anderen AC-Maschine fließt.
Ein Verfahren zum Steuern eines AC-Maschinensystems umfasst N verbundene 2N + 1 phasige AC-Maschinen, wobei jede der AC-Maschinen räumlichen Phasen zugeordnete Wicklungen aufweist, und den Schritt des Erzeugens von 2N + 1 phasigen Strömen, die N zu einander rechtwinkligen Gruppen von zweidimensionalen Untergruppen von Strömen umfasst. Die Ströme werden durch die den räumlichen Phasen zugeordneten Wicklungen einer ersten der N AC-Maschinen mit einer bestimmten Zuordnung der Phasen der Ströme zu den räumlichen Phasen der Wicklungen angelegt und durch die einer räumlichen Phase zugeordneten Wicklung eines zweiten der N AC-Maschinen mit einer Zuordnung der Phasen der Ströme zu der räumlichen Phase der Wicklungen, die von der bestimmten Zuordnung abweicht, angelegt, so dass jede der zweidimensionalen Untergruppen der Ströme unabhängig eine der N AC-Maschinen steuert. In einem besonderen Modus des Ausübens des Verfahrens umfasst der Schritt des Erzeugens der 2N + 1 phasigen Ströme den Schritt des Steuerns eines fünfphasigen Umsetzers, der mit einem direkten Spannungsverteiler verbunden ist. Dieser besondere Modus des Ausübens der Erfindung umfasst den zusätzlichen Schritt des Verbindens einer ersten und einer zweiten der N AC-Maschinen mit einem ersten und einem zweiten Rad eines Fahrzeugs. In einem weiteren Modus umfasst der Schritt des Steuerns eines fünfphasigen Umsetzers den Schritt des Steuerns der Schalter eines fünfphasigen Umsetzers, der mit einer Traktionsbatterie oder einer anderen Batterie verbunden ist. In einem weiteren bestimmten Modus des Ausübens des Verfahrens nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt des Erzeugens der 2N + 1 phasigen Ströme den Schritt des Steuerns eines fünfphasigen Umsetzers, der mit einem direkten Spannungsverteiler verbunden ist und einen zusätzlicher Schritt umfasst, bei dem eine erste der N AC-Maschinen mit mindestens einem ersten Rad eines Fahrzeugs verbunden ist und eine zweite der N AC-Maschinen mit einer Quelle einer mechanischen Antriebsenergie verbunden ist, die eine interne Brennkraftmaschine sein kann.
1 zeigt ein herkömmliches Amplituden-Zeit-Diagramm von drei Phasen eines Stroms, die zueinander eine um 120° versetzte zeitliche Phase ωt aufweisen, die oft verwendet wird, um Dreiphasensysteme zu beschreiben;
2 zeigt eine zweidimensionale Vektordarstellung der Ströme oder Spannungen der 1;
die 3a, 3b und 3c sind Darstellungen der a, b oder c Strom- oder Spannungskomponenten der 1 entlang der drei gegeneinander rechtwinkligen X_a, X_b und X_c Achsen oder kartesischen Koordinaten;
4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Anordnung, die zwei AC-Maschinen verwendet, die über Umsetzer und einen Gleichspannungs- oder Gleichstromverteiler miteinander verbunden sind;
5a zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm oder ein schematisches Diagramm einer fünfphasigen AC-Maschinenanordnung gemäß einem Aspekt der Erfindung, die 5b und 5c zeigen Diagramme, die die Wicklungen, die den AC-Maschinen der 5a zugeordnet sind, darstellen und 5d zeigt ein vereinfachtes Diagramm eines Austausch- oder Phasenwechselabschnittes der Anordnung der 5a;
6 zeigt ein vereinfachtes Diagramm in einer schematischen Darstellung und einer Blockdarstellung eines fünfphasigen Umsetzers gemäß einem Aspekt der Erfindung;
7 zeigt ein vereinfachtes Diagramm einer AC-Maschinensteueranordnung gemäß dem Stand der Technik in einer Blockdarstellung und einer schematischen Darstellung;
8 zeigt ein vereinfachtes Diagramm in einer Blockdarstellung und einer schematischen Darstellung einer Anordnung gemäß einem Aspekt der Erfindung, bei dem zwei AC-Maschinen unabhängig durch eine fünfphasige Steuerung gesteuert werden;
9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h und 9i sind vereinfachte Darstellungen von alternativen Wechselschaltkreisen, die gemeinsam mit der Anordnung der 5d die zehn möglichen Lösungen für die definierenden Gleichungen ausmachen; und
10 zeigt eine vereinfachte allgemeine Darstellung von N Maschinen, die durch eine (2N + 1)-phasige Steuerung gesteuert werden.
Dem Erfinder hierin ist klar, dass die Darstellung der 2 nicht die einzige mögliche Darstellung ist, die verwendet werden kann, und dass andere Darstellungen Einblicke gestatten, die zu neuen und nützlichen Anordnungen führen. Insbesondere sind die 3a, 3b und 3c Darstellungen der a, b und c Spannungs- oder Stromkomponenten der 1 entlang von drei zueinander rechtwinkligen X_a, X_b und X_c Achsen oder kartesischen Koordinaten. Die Spannungs- oder Stromkomponenten entsprechen verschiedenen Momentanwerten entlang (oder auf) den X_a, X_b und X_c Achsen. Die 3a, 3b und 3c sind verschiedene perspektivische oder isometrische Ansichten derselben Vektoranordnung. In den 3a, 3b und 3c entspricht die Mitte des Würfels der Mitte oder dem Ursprung des Koordinatensystems, um die Darstellung zu vereinfachen. Somit sind die Koordinaten der Mitte des Würfels 000. Eine hexagonale Ebene 312 verläuft durch den Ursprung 000 und teilt den Würfel in zwei identische Hälften auf. Die zwei orthogonalen Projektionen der Achsen X_a, X_b und X_c auf die Ebene 312 sind mit a', b' und c' bezeichnet und die drei Projektionen sind um 120° in der Ebene zueinander versetzt. Die Projektionen a', b' und c' der 3 entsprechen den Achsen a, b und c der 2. Bei fortschreitender Zeit oder zeitlicher Phase in der Darstellung von X_a, X_b und X_c der 1 bei Fehlen einer Gleichstromkomponente dreht sich der Vektor der 3a im Gegenuhrzeigersinn (in Richtung des Pfeils ωt) und zeichnet einen Kreis 310 auf. Eine Phasenänderung von 2π führt zu einer vollständigen Drehung um den Kreis 310.
Es ist selbstverständlich, dass die Null-Komponente (zero sequence component) über die Zeit variieren kann. Das Vorliegen einer variierenden Gleichstromkomponente ist in 3a durch eine Komponente wiedergegeben, die auf der 0 Achse, die rechtwinklig zu der α und β Achse verläuft, liegt. Wenn die Null-Komponente in ihrer Größe festgelegt wäre, würde sie einfach die Ebene 312 parallel zur 0 Achse bewegen bzw. verschieben, die die Hauptdiagonale des Würfels darstellt. Da jedoch die Null-Komponente über der Zeit auf eine Weise variieren kann, die in Bezug zur Drehung der Vektoren, die die Komponenten darstellen, steht, kippt die Ebene der Zustandskurve (der Ebene des Kreises 310) relativ zur Ebene 312 abhängig von dem Vorhandensein einer solchen Null-Komponente.
3b stellt die Anordnung der 3a dar, wobei die Ebene 312 von der Seite betrachtet wird, und 3c stellt eine Ansicht entlang der 0 Achse dar.
Die Transformation zwischen den rechtwinkligen (a, b, c) Komponenten der 2 in die rechtwinkligen (α, β, 0) Komponenten der 3a, 3b und 3c wird durch die Matrixtransformation [T3] angegeben
Die Gleichung (5) stellt die Matrixtransformation dar, die einen Vektor, der in den Termen der a, b und c Komponente aus den 3a, 3b und 3c ausgedrückt ist, in einen Vektor, der in den Termen der α, β und einer Null-Komponenten ausgedrückt ist, konvertiert. Dies ist lediglich eine Vektortransformation von einem Koordinatensystem in ein weiteres.
Die inverse Operation wird durch die Gleichung (6) ausgedrückt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ermöglicht es die Darstellung eines Dreiphasensystems in den 3a, 3b und 3c, zu verstehen, das vielphasige Systeme als ein 2N + 1 dimensionaler Hyperkubus dargestellt werden können. Ein Fünfphasensystem kann auf eine Weise dargestellt werden, die zwei zueinander rechtwinkligen Ebenen, wie z. B. die Ebene 312, aufweist zusätzlich zu einer einfachen Null-Achse. Die zwei Ebenen, die so für ein Fünfphasensystem dargestellt sind, belegen jeweils zwei Dimensionen in einem vierdimensionalen Unterraum. Diese zwei Ebenen, die zueinander rechtwinklig sind, schneiden sich nur am Ursprung des Koordinatensystems und haben daher keine Wechselwirkung zueinander. Dieses Konzept kann für jede ungerade Anzahl von Phasen, wie z. B. sieben, neun usw. verallgemeinert werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden N AC-Maschinen (Motoren oder Generatoren) durch 2N + 1 gesteuerte Phasen einer Spannung oder eines Stromes gesteuert.
4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm von zwei AC-Maschinen 410 und 412, die jeweils mit Hilfe eines Umsetzers 414, 416 mit einem Gleichspannungsverteiler 420 und einer Gleichspannungsquelle 422, die als eine Batterie dargestellt ist, verbunden sind. Ein Fachmann weiß, dass ein Verteiler mehr als einen elektrischen Leiter umfassen kann. Gemäß 4 kann die AC-Maschine entweder ein Generator oder ein Motor sein. In einem Betriebsmodus werden beide Maschinen 410 und 412 als Motoren betrieben, die mechanische Energie für Lasten (nicht dargestellt) bereitstellen, wobei die Energie von der Quelle 422 über die Umsetzer 414 bzw. 416 bereitgestellt wird. In einem weiteren Betriebsmodus können beide Maschinen als Generatoren betrieben werden, wobei die elektrische Energie, die sie produzieren, mit Hilfe der Umsetzer 414 und 416, die in einem Gleichrichtermodus betrieben werden, zu einem Gleichstrom gleichgerichtet werden. In einem weiteren Betriebsmodus kann die Maschine 410 als ein Generator und die Maschine 412 als ein Motor betrieben werden, um Energie von der Maschine 410 zur Quelle 422 über den Umsetzer 414 und Energie von der Quelle 422 zur Maschine 412 über den Umsetzer 416 bereitzustellen. Im letzten Betriebsmodus wird die Energie für den Motor 412 letztendlich durch den Generator 410 generiert. Dabei muss die Energie, die durch den Generator 410 erzeugt wird, durch die Umsetzer 414 und 416 auf ihrem Weg zum Motor 412 verlaufen.
In einer Anordnung, die in BOUSCAYROL A: „COMPARAISON DE DEUX TYPES D'ONDULEURS MLI POUR UN ENSEMBLE DE DEUX MASCHINES ASYNCHRONES" REVUE GENERALE DE L'ELECTRICITE, RGE. PARIS, FR, no. 10, 1 November 1994, Seiten 33–37, XP000468327 ISSN: 0035-3166 offenbart ist, ist ein einfacher Umsetzer, der zwei Dreiphasenasynchronmaschinen treibt, dargestellt. Dieses bekannte System ermöglicht den halbunabhängigen Betrieb der Maschinen und ist für den elektrischen Antrieb von Fahrzeugen gedacht.
5a zeigt eine Anordnung gemäß einem Aspekt der Erfindung. In 5a ist die Gleichstromquelle (die auch eine Gleichspannungsquelle umfasst) als eine Batterie 422 dargestellt, die mit einem Gleichstromverteiler oder -bus 420, wie in 4 dargestellt ist, verbunden ist. Der Verteiler 420 ist mit einem fünfphasigen Umsetzer oder Inverter 514 verbunden, der die Gleichspannung oder den Gleichstrom auf den Verteiler 420 in eine fünfphasige Spannung oder einen fünfphasigen Strom auf eine Gruppe 520 von Leitern oder Strompfaden 520a, 520b, 520c, 520d und 520e konvertiert. Die Ströme und Spannungen fließen von der Gruppe 520 von Leiter oder Strompfaden von der Gruppe 520 über die Phasenwechselordnung 550 zu einer fünfphasigen AC-Maschine 510. 5b stellt die Wicklungen dar, die zu der AC-Maschine 510 der 5a gehören, mit ihren Verbindungen zu den Leitern oder Pfaden der Gruppe 520 dar. Wie in 5b dargestellt ist, umfasst die AC-Maschine 510 eine Gruppe 530 von fünf Wicklungen bzw. Windungen 530a, 530b, 530c, 530d und 530e. Wie einem Fachmann bekannt ist, sind die einzelnen Wicklungen 530a, 530b, 530c, 530d und 530e der fünfphasigen Gruppe 530 der Wicklungen körperlich innerhalb der Maschine 510 orientiert, so dass Ströme oder Spannungen von aufeinander folgenden Phasen, wenn diese an die Wicklungen der Gruppe 530 angelegt werden, in einem magnetischen Feld resultieren, das um die Maschine herumläuft. Insbesondere, wenn die Phasen der Ströme oder Spannungen, die an die Wicklungen 530a, 530b, 530c, 530d und 530e über die Wicklungen 520a, 520b, 520c, 520d bzw. 520e angelegt sind, betragen die Inkremente 72°, und die Phase 1 (0°) ist über den Pfad 520a mit der Wicklung 530a verbunden, die Phase 2 (7°) ist über den Pfad 520b mit der Wicklung 530b verbunden, die Phase 3 (144°) ist über den Pfad 520c mit der Wicklung 530c verbunden, die Phase 4 (216°) ist über den Pfad 520d mit der Wicklung 530d verbunden, und die Phase 5 (288°) ist über den Pfad 520e mit der Wicklung 530e verbunden, wobei die körperliche Anordnung der Wicklungen der Gruppe 530 so ist, dass sich gleichphasige Felder addieren, um ein sich drehendes Feld in der Maschine auszubilden. Dieses rotierende Feld ist in der Lage, elektrische Energie in mechanische Bewegung zu transformieren oder mechanische Bewegung in entsprechende elektrische Energie umzusetzen. Die Enden der Wicklungen 530a, 530b, 530c, 530d und 530e, die den Leitern 520a, 520b, 520c, 520d bzw. 520e gegenüberliegend angeordnet sind, sind mit den Strompfaden oder Leitern 520a', 520b', 520c', 520d' bzw. 520e' verbunden. Ein Fachmann weiß, dass Ströme, die von einem Leiter in eine Wicklung fließen, wie z. B. von dem Leiter 520a in die Wicklung 530a der 5b, auch in der entsprechenden anderen Verbindung der Wicklung fließen, die einer Verbindung oder Pfad 520a' im Falle der Wicklung 530a entspricht.
5c stellt die Wicklungen dar, die zu der AC-Maschine 512 der 5a gehören, gemeinsam mit ihren Verbindungen zu den Leitern oder Pfaden einer Gruppe 540 der Leiter oder Pfade. Wie in 5c dargestellt ist, umfasst die AC-Maschine 512 eine Gruppe 532 von fünf Wicklungen 532a, 532b, 532c, 532d und 532e. Die Maschine 512 der 5c ist auch einer Gruppe 540 von elektrischen Leitern oder Pfaden 540a, 540b, 540c, 540d und 540e zugeordnet. Wie einem Fachmann bekannt ist und wie oben beschrieben ist, sind die einzelnen Wicklungen 532a, 532b, 532c, 532d und 532e der fünfphasigen Gruppe 532 von Wicklungen körperlich innerhalb der Maschine 512 so orientiert, dass Ströme oder Spannungen mit fortschreitender Phase, wenn diese an die Wicklungen der Gruppe 530 angelegt sind, zu einem magnetischen Feld führen, das um die Maschine herumläuft. Insbesondere, wenn die Phasen der Ströme oder Spannungen, die an die Wicklungen 532a, 532b, 532c, 532d und 532e über die Leiter 540a, 540b, 540c, 540d bzw. 540e angelegt werden, Inkremente von 72° aufweisen und die Phase 1 (0°) über den Pfad 540a mit der Wicklung 532a verbunden ist, die Phase 2 (72°) über den Pfad 540b mit der Wicklung 532b verbunden ist, die Phase 3 (144°) über den Pfad 540c mit der Wicklung 532c verbunden ist, die Phase 4 (216°) über den Pfad 540d mit der Wicklung 532d verbunden ist und die Phase 5 (288°) über den Pfad 540e mit der Wicklung 532e verbunden ist, ist die körperliche Anordnung der Wicklungen der Gruppe 540 so, dass sich gleichphasige Felder addieren, um ein sich drehendes Feld in der AC-Maschine 512 auszubilden. Dieses sich drehende Feld ist in der Lage, elektrische Energie in mechanische Bewegung zu transformieren oder mechanische Bewegung in entsprechend elektrische Energie umzusetzen. Die Enden der Wicklungen 532a, 532b, 532c, 532d und 532e, die den Leitern 540a, 540b, 540c, 540d bzw. 540e gegenüberliegend angeordnet sind, sind über eine Gruppe 540' von Strompfaden oder Leitern 540a', 540b', 540c', 540d' bzw. 540e' mit einem gemeinsamen oder „kurzschließenden" Leiter 542 verbunden. Ein Fachmann weiß, dass Ströme, die von einem Leiter in eine Wicklung, wie von dem Leiter 540a in die Wicklung 532a der 5c, fließt, auch in der entsprechenden anderen Verbindung der Wicklung fließt, die der Verbindung oder dem Pfad 540a im Falle der Wicklung 532a entspricht.
5d ist eine detaillierte Ansicht einer möglichen Verbindung oder einer Phasenwechselanordnung 550 der 5a. In 5d verbindet eine Verbindungsanordnung, die mit dem Bezugszeichen 550 versehen ist, die Leiter oder Strompfade der Gruppe 520' mit den Leitern oder Strompfaden der Gruppe 540 der Leiter oder Strompfade. In Verbindung mit einem Aspekt der Erfindung sind die Leiter oder Strompfade der Verbindungsanordnung 550 auf eine Weise miteinander verbunden, die dazu führt, dass die bestimmten Ströme zu sich drehenden Felder in der zugeordneten Maschine führen und dass die anderen Ströme zu einer Feldauslöschung führen. Insbesondere addieren sich in einer der zwei AC-Maschinen, die in 5a dargestellt sind, die Felder, die den Strömen (α₁, β₁), die einem der zwei rechtwinkligen Ebenen, die in Verbindung mit den 3a, 3b und 3c beschrieben worden sind, zugeordnet sind, um ein sich drehendes Feld zu erzeugen, wobei die Ströme (α₂, β₂), die den anderen der zwei rechtwinkligen Ebenen zugeordnet sind, zu Feldern, die sich auslöschen und die daher nicht zu einem sich drehenden Feld führen. In 5d ist der Leiter 520a', der Ströme oder Spannungen einer Phase, die mit 0° festgesetzt und damit bezeichnet ist, trägt, über einen Verbindungspfad 550a mit einem entsprechenden Leiter 540a einer Leitergruppe 540 verbunden. Ein Leiter 550b der Verbindungsgruppe 550 verbindet den 72° Leiter 520b' der Gruppe 520' mit dem Leiter 540d der Gruppe 540. Ein Leiter 550c der Leitergruppe 550 verbindet den 144° Leiter 520c' der Gruppe 520' mit dem Leiter 540b der Gruppe 540, ein Leiter 550d der Leitergruppe 550 verbindet den 216° Leiter 520d' der Leitergruppe 520' mit dem Leiter 540e der Leitergruppe 540 und ein Leiter 550e der Leitergruppe 550 verbindet den 288° Leiter 520e' der Leitergruppe 520' mit dem Leiter 540c der Leitergruppe 540. Bei den Verbindungen, die in den 5a, 5b, 5c und 5d dargestellt sind, können die zwei AC-Maschinen 510 und 512 unabhängig voneinander betrieben werden.
Den unabhängigen Betrieb der zwei Maschinen 510 und 512 der 5a, 5b, 5c und 5d kann man sich so vorstellen, dass sie sich aus dem dreiphasigen Betrieb jeder der zwei Maschinen ergeben, die für jede Maschine Ströme oder Spannungen erfordern, die in der Summe zu einer Erzeugung des sich drehenden Feldes führen. Diese Spannungen oder Ströme für jede Maschine können als die α und β Komponenten, die in Verbindung mit den 2, 3a, 3b und 3c beschrieben worden sind, die in einer Ebene liegen, angesehen werden, wobei jedoch die zwei Ebenen (α₁, β₁) und (α₂, β₂) rechtwinklig zueinander sind, wie oben beschrieben. Die gesamte fünfphasige Spannung oder der gesamte fünfphasige Strom können als die Vektorsumme der Spannung oder Ströme, die den zwei rechtwinkligen Ebenen zugeordnet sind, angesehen werden. Die Rechtwinkligkeit der zwei Ebenen führt zu dem physikalischen Ergebnis, dass sich die Komponenten der fünfphasigen Spannungen oder Strömen, die einer ersten Ebene zugeordnet sind, summieren oder addieren, um ein sich drehendes Feld auszubilden, während die Spannungen oder Ströme, die der zweiten der zwei rechtwinkligen Ebenen zugeordnet sind, sich auslöschen. Die Addition oder Auslöschung ist abhängig davon, wie sich die Phasen innerhalb jeder Maschine addieren. Die Verbindungsanordnung der 5a und 5d in Verbindung mit den Wicklungsanordnungen der 5b und 5c führen in der AC-Maschine 510 zusätzlich zu den Feldern, die einer Ebene (α₁, β₁) zugeordnet sind, und zur Auslöschung der Felder, die der zweiten Ebene (α₂, β₂) zugeordnet sind, während in der Maschine 512 die Phasen auf eine Weise umgeordnet werden, die zu einer Addition oder Summenbildung in einer zweiten Ebene (α₂, β₂) führen, um sich drehende Felder zu erzeugen, und zu einer Auslöschung der Felder, die der ersten Ebene (α₁, β₁) zugeordnet sind, führen.
6 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Fünfphasen-Umsetzers, der in der Anordnung der 5a verwendet werden kann. In 6 ist der Gleichspannungs- oder der Gleichstromverteiler 420, der die Strompfade 420a und 420b umfasst, über die Quelle 422 angeschlossen. Fünf gesteuerte Strompfade 610a, 610b, 610c, 610d und 610e verlaufen von dem Leiter 420a zum Leiter 420b. Jeder Pfad 610a, 610b, 610c, 610d und 610e umfasst zwei steuerbare Schalter, die durch Xs dargestellt sind. Der Strompfad 610a umfasst einen oberen Schalter 612a₁ und einen unteren Schalter 612a₂ mit einem dazwischen liegenden Abgriff 614a. Der Strompfad 610b umfasst einen oberen Schalter 612b₁ und einen unteren Schalter 612b₂ mit einem dazwischen liegenden Abgriff 614b. Der Strompfad 610c umfasst einen oberen Schalter 612c₁ und einen unteren Schalter 612c₂ mit einem dazwischen liegenden Abgriff 614c. Der Strompfad 610d umfasst einen oberen Schalter 612d₁ und einen unteren Schalter 612d₂ mit einem dazwischen liegenden Abgriff 614d. Der Strompfad 610e umfasst einen oberen Schalter 612e₁ und einen unteren Schalter 612e₂ mit einem dazwischen liegenden Abgriff 614b. Die AC Leiter 520a, 520b, 520c, 520d und 520e der Leitergruppe 520 sind mit den Abgriffen 614a, 614b, 614c, 614d bzw. 614e verbunden. Der Umsetzer 514 der 6 umfasst auch eine Schaltersteuerung, die als Block 608 dargestellt ist, die die Schalter auf eine Weise steuert, die für die Erzeugung der fünfphasigen Ströme oder Spannungen geeignet ist. Die Steuerungen für die geschalteten Umsetzer sind im Stand der Technik wohlbekannt, und eine Steuerung für einen fünfphasigen Betrieb sollte deutlich innerhalb des Fachwissens eines Fachmanns liegen.
7 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer dreiphasigen AC-Maschinensteuerung mit einer feldorientierten (FOC) Steuerung gemäß dem Stand der Technik. In 7 ist die AC-Maschine eine Induktionsmaschine (Motor oder Generator) 710, der durch die a, b und c Phase mit den relativen Phasen 0°, 120° und 240° angetrieben wird. Ein gemeinsamer Strompfad oder ein kurzschließender Verteiler, ist als 712 dargestellt. Stromabtaster, die als 714a und 714b dargestellt sind, greifen die Ströme in den leitfähigen a und b Pfaden ab und verbinden die Signalabgriffe mit einem T3 Block 716. Block 716 bestimmt den Strom in dem Leiter c durch I_a + I_b + I_c = 0 und führt die T3 Transformation von den (a, b, c) Koordinaten zu den (α, β) Koordinaten durch. Die resultierenden I_α und I_β sind mit einer FOC Steuerung 720 verbunden gemeinsam mit der Information mit Bezug auf den Anker- oder Rotorwinkel θ von einem Sensor 718. Solche Steuerungen sind im Stand der Technik bekannt und werden hierin nicht weiter erörtert. Die Steuerung 720 erzeugt d_α und d_β Tastzyklen-Steuersignale, die an eine inverse Transformation T3^–1, die als Block 722 dargestellt ist, angelegt werden und die die d_α und d_β Tastzyklen-Steuersignale in d_a, d_b und d_c Steuersignale umwandelt. Die d_a, d_b und d_c Steuersignale werden an einen dreiphasigen Umsetzer 724 angelegt, der den Leistungsfluss zu und von einem Verteiler 420 und einer zugeordneten Quelle, die als eine Batterie 422 dargestellt ist, steuert. Eine besondere Anwendung einer Anordnung, wie die der 7, ist das Antriebssystem eines hybriden elektrischen Fahrzeugs, wobei in diesem Kontext die Quelle 422 einer Traktionsbatterie entspricht, wobei der Motor 710 mindestens ein Rad des Fahrzeugs antreibt und die FOC Steuerung 720 andere Steuersignale empfängt, die die Leistungsmenge, die an den Motor angelegt werden soll, die Menge einer vorzunehmenden generatorischen Bremsung und verschiedene andere Signale angeben.
In der oben beschriebenen Anwendung eines hybriden elektrischen Fahrzeugs kann eine weitere AC-Maschine in Form eines elektrischen Generators, der durch eine mit Kraftstoff betriebene Maschine angetrieben wird, mit einem dreiphasigen Umsetzer verbunden sein, wie ausführlicher in dem US-Patent 5,828,201, veröffentlicht am 27. 10. 1998 im Namen von Hoffman et al. und 5,869,950, veröffentlicht am 09. 02. 1999 im Namen von Hoffman et al. beschrieben ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung verwendet eine FOC gesteuerte Anordnung eine fünfphasige Steuerung eines Paares von AC-Maschinen. 8 zeigt eine Anordnung gemäß diesem Aspekt der Erfindung. In 8 erzeugt ein gesteuerter fünfphasiger Umsetzer 824 eine fünfphasige Spannung oder Strom in einer Leitergruppe 821 zum Anlegen an zwei fünfphasige Motoren, die wie in 5a dargestellt ist, miteinander verbunden sind, und die gemeinsam als ein Block 810 dargestellt sind. Vier Stromsensoren einer Gruppe 814 von Stromsensoren, nämlich diejenigen, die mit 814a, 814b, 814c und 814d bezeichnet sind, detektieren die Ströme in ihren entsprechenden Leitern oder Stromfaden und legen entsprechende Signale i_a, i_b, i_c und i_d an einen T5 Block 816 an, der den Wert des fünften (e) Stromes bestimmt, der nicht gemessen wurde, und der die Ströme, die aus a, b, c, d und e Komponenten gemessen wurden, in Ströme von zwei zueinander rechtwinkligen Ebenen umwandelt zuzüglich einer Null-Komponenten. Insbesondere transformiert der Block 816 der 8 i_a, i_b, i_c, i_d und i_e in i_α1, i_β1 und i_α2, i_β2 Komponenten und eine 0 Komponente. Die i_α1 und i_β1 Komponenten werden gemeinsam mit einer θ₁ Sensorinformation bezüglich der Winkelposition des Rotors, der dem ersten Motor zugeordnet ist, an einen Block 820₁ angelegt, der als „AC Motorvektorsteuerung" bezeichnet ist, der der Steuerung des ersten Motors der zwei fünfphasigen Motoren des Blocks 810 entspricht. Der Ausgang der FOC Steuerung 820₁ umfasst die Steuersignale V_α1 und V_β1, die an einen T5^–1 Transformationsblock 822 angelegt sind. Die i_α2 und i_β2 Komponenten, die durch den Block 816 erzeugt werden, werden gemeinsam mit der θ₂ Sensorinformation, die die Winkelposition des Rotors, der dem zweiten Motor zugeordnet ist, angibt, an einen Block 820₂ angelegt, der als „AC Motorvektorsteuerung" bezeichnet ist, und der der FOC Steuerung für den zweiten Motor der zwei fünfphasigen Motoren des Blocks 810 entspricht. Der Ausgang der FOC Steuerung 820₂ umfasst die Steuersignale V_α2 und V_β2, die an den T5^–1 Transformationsblock 822 gemeinsam mit den V_α1 und V_β1 Befehlen von der FOC Steuerung 820₁ und dem Null-Komponenten-Signal von dem Block 816 angelegt sind. Der Block 822 führt eine T5^–1 Transformation aus, um die V_α1, V_β1, 0, V_α2 und V_β2 Signale in Steuersignale für den fünfphasigen Umsetzer V_a, V_b, V_c, V_d und V_e umzusetzen. Die V_a, V_b, V_c, V_d und V_e Signale, die durch den Block 822 erzeugt werden, werden an den fünfphasigen Umsetzerblock 824 zur Steuerung der Gruppe 612 der Schalter der 6 angelegt.
Der T5 Block 816 der 8 stellt eine Transformation zwischen den (a, b, c, d, e) Koordinaten und den (α1, β1, 0, α2, β2) Koordinaten dar. Insbesondere ist die Transformation in Gleichung (7) angegeben,
wobei eine mögliche Lösung der Matrix [T5] in Gleichung (8) angegeben ist.
In ähnlicher Weise ist in die Matrix [T5^–1] des Blocks 822 der 8 durch die Gleichung (9) definiert,
wobei die Matrix [T5^–1] in Gleichung (10) angegeben ist.
Es gibt mindestens 10 Lösungen, von denen eine in der Phasenwechselanordnung der 5d angegeben ist. Die anderen neun Lösungen erzeugen davon verschiedene Verschiebungen, die in den 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h und 9i angegeben sind, und die keine weitere Erklärung benötigen.
10 stellt ein allgemeines System mit N Maschinen dar, das 2N + 1 Phasen verwendet. In 10 werden die Elemente, die denen der 5a entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Batterie 422 ist über den Verteiler 420 mit einem (2N + 1) phasigen Umsetzer verbunden, der einen (2N + 1) phasigen Antrieb gemäß der Erfindung auf (2N + 1) Leitern einer Gruppe 1020a von Leitern erzeugt. Die Gruppe 1020a ist mit einer Gruppe von (2N + 1) Verbindungen einer Maschine 1010a mit (2N + 1) Wicklungen verbunden. Die anderen Enden der (2N + 1) Wicklungen der Maschine 1010a sind über eine Gruppe 1020a' von Leitern mit einem ersten Phasenwechselblock 1050a verbunden. Der Phasenwechselblock ist über eine Gruppe 1020 mit den Anschlüssen einer zweiten Maschine 101 Ob verbunden, die auch (2N + 1) Wicklungen aufweist. Die anderen Enden der Wicklungen der Maschine 1010b sind über eine Gruppe 1020' mit einem zweiten Phasenwechselblock 1050b verbunden. Der Ausgang des Phasenwechselblockes 1050 ist über eine weitere Gruppe 1020c von Leitern verbunden usw. bis die letzte Gruppe von Leitern mit den Anschlüssen der N-ten Maschine 1010N verbunden ist. Die (2N + 1) Anschlüsse der Maschine 1010N, die den anderen Maschinen gegenüberliegend angeordnet sind, sind mit einem gemeinsamen Leiter 1042 verbunden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind für einen Fachmann offensichtlich. Zum Beispiel weiß der Fachmann, dass die Steuerungen der verschiedenen Ausführungsformen analoge oder digitale Schaltungen oder beides umfassen können. Die Ausdrücke „zwischen" und „über", wenn sie in dem Kontext eines elektrischen Systems verwendet werden, haben nicht die gleiche Bedeutung wie ihre Bedeutungen in der Mechanik oder im räumlichen Sinn. Während die Beschreibung der Steuerungen nicht auf die Verwendung der AC-Maschinen sowohl als Generatoren als auch als Motoren bezogen sind, abhängig von den Antriebs- und Lastbedingungen, denen die Maschinen ausgesetzt sind, können sie in jedem Modus abhängig von diesen Bedingungen betrieben werden und der „Umsetzer"- oder Wechselrichter-Teil des Systems kann im Falle des Betriebs als ein Generator eine äquivalente Funktion des Gleichrichtens ausführen, um die AC Energie aus dem Generator zu gewinnen und diese Energie an einen Gleichspannungs- oder Gleichstromverteiler einzukoppeln. Auch wenn das Detektieren des Stroms durch Sensoren der Stromsensorengruppe 814 für vier verschiedene Phasen, nämlich für die Phasen a, b, c und d beschrieben worden ist, weiß der Fachmann, dass alle N – 1 Phasen eines N-phasigen Systems detektiert werden können und die N-te durch Berechnung bestimmt werden kann.
Somit umfasst eine 2N + 1 phasige (fünfphasige) AC-Maschinenanordnung (410, 412, 510, 512, 710, 810) gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Anzahl N von AC-Maschinen (410, 412, 510, 512, 710, 810), wobei die AC-Maschinen (410, 412, 510, 512, 710, 810) Motoren oder Generatoren sein können. Die Anordnung umfasst N AC-Maschinen (410, 412, 510, 512, 710, 810). Jede der N AC-Maschinen (410, 412, 510, 512, 710, 810) weist 2N + 1 Wicklungen (530, 532) auf, durch die ein Wechselstrom fließt; selbstverständlich können mehr Wicklungen (530, 532) vorgesehen sein, jedoch sollte die tatsächliche Anzahl der Wicklungen (530, 532) 2N + 1 sein. Die Anordnung umfasst auch einen steuerbaren 2N + 1 phasigen Umsetzer (414, 416, 514, 724, 824), um 2N + 1 Stromphasen für die N Maschinen (410, 412, 510, 512, 710, 810) zu erzeugen. Eine Verbindungsanordnung (550) ist mit dem Umsetzer (414, 416, 514, 724, 824) und mit den N AC-Maschinen (410, 412, 510, 512, 710, 810) verbunden, um die N Wicklungen (530, 532) der N AC-Maschinen (410, 412, 510, 512, 710, 810) miteinander zu verbinden, so dass der Strom, der durch jede Wicklung jeder Maschine (410, 412, 510, 512, 710, 810) fließt durch die Wicklungen (530, 532) jeder der anderen der N AC-Maschinen (410, 412, 510, 512, 710, 810) fließt. Eine Steueranordnung (608, 716, 720, 722, 816, 820₁ , 820₂ , 822) ist mit dem Umsetzer (414, 416, 514, 724, 824) verbunden, um die 2N + 1 Phasen in N zueinander rechtwinkligen Gruppen von Phasen zu steuern, um dadurch die N AC-Maschinen (410, 412, 510, 512, 710, 810) unabhängig voneinander zu steuern. In einer besonderen Anordnung gemäß diesem Aspekt der Erfindung sind jede der 2N + 1 Wicklungen (530, 532) der 2N + 1 phasigen AC-Maschinen (510, 512, 810) elektrisch mit einem bestimmten räumlichen Phasenfortschritt zueinander orientiert und die Verbindungsanordnung (550) verbindet die Wicklungen (530, 532) der N AC-Maschinen (510, 810) auf eine Weise, so dass der Strom, der durch eine Wicklung (530b) einer der AC-Maschinen (510, 512, 810) fließt, die einen bestimmten räumlichen Phase (b) entspricht, durch eine Wicklung (532d) einer davon verschiedenen räumlichen Phase (d) einer weiteren der AC-Maschinen (512, 810) fließt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung fließt ein Strom durch die einer bestimmten räumlichen Phase (a) zugeordneten Wicklung (530a) in einer der Maschinen (510, 810) in einer der gleichen räumlichen Phase (a) zugeordneten Wicklung (532a) in einer weiteren Maschine (512, 810).
In einer bestimmten Anordnung (5a, 8) gemäß einem Aspekt der Erfindung beträgt N zwei und 2N + 1 fünf und jede der fünf Wicklungen (die Wicklungen der Gruppen 530 und 532) der zwei AC-Maschinen (510, 512, 810) ist in jeder Maschine (510, 512, 810) mit einer bestimmten räumlichen Phase angeordnet und die Verbindungsanordnung (550) verbindet alle fünf Phasen einer ersten der zwei AC-Maschinen (510) mit entsprechenden Phasen des Umsetzers (514, 824) und verbindet eine der Wicklungen (530a) der einen der AC-Maschinen (510), damit ein Strom durch eine entsprechende Wicklung (532a) der anderen der AC-Maschinen (512) fließt.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Steuern eines AC-Maschinensystems mit N verbundenen 2N + 1 Phasen AC-Maschinen, bei der jeder der AC-Maschinen entsprechende einer räumlichen Phase zugeordnete Wicklungen aufweist, umfasst den Schritt des Erzeugens von 2N + 1 Phasenströmen, die N zueinander rechtwinkligen Gruppen von zweidimensionalen Untergruppen von Strömen darstellen. Die Ströme werden in einer räumlichen Phasen zugeordneten Wicklungen einer ersten der N AC-Maschinen mit einer bestimmten Zuordnung der Stromphasen zur räumlichen Phase der Wicklungen angelegt und durch die einer räumliche Phase zugeordnete Wicklung einer zweiten der N AC-Maschinen mit einer Zuordnung der Stromphasen zu einer räumlichen Phase der Wicklungen, die von der bestimmten Zuordnung verschieden ist, auf eine solche Weise angelegt, dass jede der zweidimensionalen Untergruppen der Ströme unabhängig eine der N AC-Maschinen steuert. In einem bestimmten Modus zur Ausführung des Verfahrens umfasst der Schritt des Erzeugens der 2N + 1 Phasenströme den Schritt des Steuerns eines fünfphasigen Umsetzers, der mit dem Spannungsverteiler verbunden ist. Dieser bestimmte Modus zur Ausübung der Erfindung umfasst den zusätzlichen Schritt des Verbindens einer ersten und einer zweiten der N AC-Maschinen mit einem ersten und einem zweiten Rad eines Fahrzeugs. In einem weiteren Modus umfasst der Schritt des Steuerns eines fünfphasigen Umsetzers den Schritt des Steuerns der Schalter eines fünfphasigen Umsetzers, der mit einer Traktionsbatterie verbunden ist. In einem weiteren bestimmten Modus zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der Schritt des Erzeugens der 2N + 1 Phasenströme den Schritt des Steuerns eines fünfphasigen Umsetzers, der mit einem Gleichspannungsverteiler verbunden ist, und einen zusätzlichen Schritt, bei dem eine erste der N AC-Maschinen mit mindestens einem ersten Rad eines Fahrzeugs verbunden ist und eine zweite der N AC-Maschinen mit einer Quelle einer mechanischen Antriebsenergie verbunden ist, die eine interne Brennkraftmaschine sein kann.

Claims

Anordnung einer 2N + 1 phasigen AC-Maschine für einen Induktionsmotor/Generator umfassend: N AC-Maschinen (1010a, ...., 1010n), wobei N mindestens 2 beträgt, wobei jede der N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) 2N + 1 Wicklungen (530a, ...) aufweist, durch die ein Wechselstrom fließt; einen steuerbaren 2N + 1 phasigen Umsetzer (114) zum Erzeugen von 2N + 1 Stromphasen zum Ansteuern der N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n); Verbindungseinrichtungen (1050a, ..., 1050n), die mit dem Umsetzer (1014) und mit den N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) verbunden sind, um die N Wicklungen (530a, ...) der N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) so zu verbinden, dass der Strom, der durch jede der Wicklungen jeder der Maschinen fließt, durch die Wicklungen (530a, ...) jeder der anderen der N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) fließt; und eine Steuereinrichtung (820₁ , ...), die mit dem Umsetzer (1014) verbunden ist, um die 2N + 1 Phasen in N zueinander rechtwinkligen Phasengruppen zu steuern, die die N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) unabhängig voneinander steuern, wobei jede der 2N + 1 Wicklungen (530a, ...) der 2N + 1 phasigen AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) elektrisch mit einem bestimmten räumlichen Phasenfortschritt orientiert ist; und wobei die Verbindungseinrichtungen (1050a, ..., 1050n) die Wicklungen (530a, ...) der N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) auf eine Weise verbinden, so dass der Strom, der durch eine Wicklung einer der AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) fließt, die einer bestimmten räumlichen Phase entsprechen, durch eine Wicklung einer davon verschiedenen räumlichen Phase einer anderen der AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) fließt.
Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei N zwei und 2N + 1 fünf beträgt, wobei die Verbindungseinrichtungen (1050a, ..., 1050n) alle fünf Phasen einer ersten der zwei AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) mit entsprechenden Phasen des Umsetzers (1014) verbindet und eine der Wicklungen (530a, ...) der einen der AC- Maschinen (1010a, ..., 1010n) verbindet, damit ein Strom durch eine entsprechende Wicklung der anderen der AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) fließt.
Verfahren zum Steuern eines AC-Maschinensystems mit N verbunden 2N + 1 phasigen AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n), wobei N mindestens zwei beträgt, wobei jede der AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) eine einer entsprechenden räumlichen Phase zugeordnete Wicklung (530a, ...) umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Erzeugen von 2N + 1 Phasenströmen, die N zueinander rechtwinkligen Gruppen von zweidimensionalen Untergruppen von Strömen darstellen; Anlegen der 2N + 1 Phasenströme durch die den räumlichen Phasen zugeordneten Wicklungen (530a, ...) einer ersten der N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) mit einer bestimmten Zuordnung der Stromphasen zu den räumlichen Phasen der Wicklungen (530a, ...); und Anlegen der Ströme der 2N + 1 Phasen durch die den räumlichen Phasen zugeordneten Wicklungen (530a, ...) einer zweiten der N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) mit einer Zuordnung der Phasen der Ströme zu den räumlichen Phasen der Wicklungen (530a, ...), die von der bestimmten Zuordnung verschieden sind, wobei jede der zweidimensionalen Untergruppen der Ströme unabhängig eine der N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) steuert.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Erzeugens der 2N + 1 phasigen Ströme den Schritt des Steuerns eines fünfphasigen Umsetzers (1014) umfasst, der mit einem Gleichspannungsverteiler verbunden ist; und den zusätzlichen Schritt des Verbindens der ersten und zweiten der N AC-Maschinen (1010a, 1010n) mit einem ersten und einem zweiten Rad eines Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Steuerns eines fünfphasigen Umsetzers (1014) den Schritt des Steuerns der Schalter eines fünfphasigen Umsetzers (1014), der mit einer Traktionsbatterie verbunden ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Erzeugens der 2N + 1 Phasenströme den Schritt des Steuerns eines fünfphasigen Umsetzers (1014), der mit einem Gleichspannungsverteiler verbunden ist, umfasst; und den zusätzlichen Schritt des Verbindens einer ersten der N AC-Maschine (1010a, ..., 1010n) mit mindestens einem ersten Rad eines Fahrzeugs und des Verbindens eines zweiten der N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) mit einer Quelle einer mechanischen Antriebsenergie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Verbindens einer zweiten der N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) mit einer Quelle einer mechanischen Antriebsenergie den Schritt des Verbindens der zweiten der N AC-Maschinen (1010a, ..., 1010n) mit einer internen Brennkraftmaschine umfasst.