用于具有非线性总功率特性曲线的飞轮质量存储器的双马达单元制造技术

本发明专利技术涉及一种用于飞轮质量存储器的双马达单元(1)，该双马达单元具有至少两个耦联到一个共同的旋转体(2)上的电机(3a、3b)；其中，所述电机(3a、3b)分别具有彼此不同的功率特性曲线(Pa、Pb)；并且所述双马达单元(1)构造成，在运行转速范围(Ω)内通过所述电机(3a、3b)的相互作用产生总运行功率，其中，所述总运行功率通过由所述电机(3a、3b)的不同功率特性曲线(Pa、Pb)得出的总功率特性曲线(P

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有非线性总功率特性曲线的飞轮质量存储器的双马达单元


[0001]本专利技术涉及一种用于飞轮质量存储器的双马达单元，该双马达单元具有至少两个耦联到一个共同的旋转体上的电机，所述电机分别具有彼此不同的功率特性曲线。

技术介绍

[0002]在本申请的范围内，电机在此可以仅理解为电机本身，也就是说转子、具有绕组的定子和直接所属的机械部件，或者但也可以理解为转子、具有绕组的定子连同所述所属的机械部件加上变频器、控制单元和必要时其它对于电机的功能所需的部件。
[0003]典型地，具有功率P的电机具有在转速ω上近似恒定的转矩M，由此引起功率P与转速ω的线性相关性，使得适用关系P＝M*ω。在许多应用中并且也在将电机在飞轮质量存储器中使用时，现在在连续的运行中、也就是说在所述应用的工作范围内要求恒定的功率P
lin
。同时，可用作工作范围的转速带、运行转速范围Ω应尽可能宽，恒定的功率因此可在尽可能大的运行转速范围上被调用。
[0004]因此，所述电机必须具有力矩或者说力矩特征，所述力矩特征在连续的运行中已经在最小转速ω
min
的情况下能够实现在相应的应用中所要求的恒定功率P
lin
。结果是电机因此在产生更高转速的恒定功率P
lin
的情况下、例如在最大转速ω
max
的情况下明显尺寸过大设计，并且在更高转速的情况下最大可能的功率在如下运行中不被使用，在该运行中在工作范围内仅要求恒定的功率。因此，电机和其它部件如逆变器或变频器、电缆等都尺寸过大设计。
[0005]迄今为止，已知对付所述问题的各种可能性。因此，例如可以—如已经示出的那样—在运行转速范围的较高转速范围内限制用于电机的电流。这导致电机和变流器的有效功率未被完全充分利用，并且相应地为了在运行转速范围的下部范围内获得所希望的运行功率需要相应部件、如变频器/变流器的尺寸过大设计。
[0006]另一种可能性是电机在场削弱中运行。通过削弱电机中的场可以实现近似恒定的功率特性曲线，然而在变流器中产生高的开关损耗，所述开关损耗恰好在空转中在高转速时可能是临界的。但恰好在高转速时的空转在飞轮质量存储器的运行中经常出现。
[0007]另一种可能性是，通过特定的拓扑效应将电机设计为恒定功率。因此，在特殊的应用情况下，例如通过利用在高转速和特定的机器拓扑结构如同步磁阻的情况下由结构决定的转子气隙的扩张可以实现近似恒定的功率特性。这种方案的缺点是大量不同的系统部件的极其复杂的配合作用，这种配合作用难以控制。相应地，所述方案限于几个非常特定的应用。
[0008]由汽车领域，例如由DE102011117853A1和DE10160481A1已知利用动力传动系中的两个电机来解决所述问题的方案，所述电机通过变速器根据驱动装置的运行点来切换。
[0009]至于两个电机在一个装置中的连接，这样根据该原因也由机器制造已知：例如，外部激励的直流电机可以装备有附加的励磁机或励磁绕组。在与电网耦合的同步电机中也已
知在相同的轴上使用第二电机用于使同步电机加速。在此，第二电机仅带来起动功率，所述起动功率相比于在连续的运行中的运行功率是可忽略的。也已知在一个轴上使用两个电机，其中一个电机设计为驱动装置，并且另一个电机设计为发电机，以便因此实现有效的功能分配。
[0010]在用于通过旋转的飞轮质量来存储电能的飞轮质量存储器的区域中，在可导出的冷却功率、结构空间、功率电缆的引导和许多更多方面存在许多限制的框架条件，这些限制或也排除了所描述的方法的使用。这种飞轮质量存储器例如可以用于稳定供电网电压。在此，电能能够以可变的量(动态地)超过至少数秒存储和调用。通常，它们具有大于0.03kWh的存储容量。在此，每个子存储单元的具有在例如0.5kWh至200kWh范围内的单个存储容量的可单独安装的子存储单元可以是存储单元的一部分。相应地，在本公开内容的范围内，飞轮质量存储器通常是在相同位置处装载和卸载(而不在它们之间移动)的静止的飞轮质量存储器。这种飞轮质量存储器例如可以用于稳定供应网络或者用于中间存储电能，所述电能随后可以(优选以大的电流强度)被提供给消耗器，例如电动车辆。

技术实现思路

[0011]因此，本专利技术的任务在于，如下地改进已知的飞轮质量存储器，使得该飞轮质量存储器能够在尽可能大的运行转速范围内以改善的效率接收和输出恒定的功率。
[0012]该任务通过独立权利要求的主题来解决。有利的实施形式由从属权利要求、说明书和附图得出。
[0013]一方面涉及一种用于飞轮质量存储器的双马达单元，该双马达单元具有至少两个耦联到一个共同的旋转体上的电机。在此，飞轮质量存储器的飞轮质量可以是旋转体的一部分，或者旋转体也可以是飞轮质量或飞轮质量的一部分。所述旋转体也可以是或者包括驱动轴、尤其是空心轴。旋转体优选构造用于在抽真空的空间中运行并且例如具有磁体支承装置的部件。所述电机可以是内置的电机(“外转子”)或外置的电机(“内转子”)。在外转子的情况下，实施为空心轴的驱动轴是特别有利的，该驱动轴因此与电机的转子耦联。电机分别具有定子和所属的、耦联到旋转体上的转子。在此，电机也可以具有共同的定子和/或共同的转子，这减少了所需构件的数量。这例如可以借助用于定子和/或转子的专用的缠绕样式实现。电机的相应的各个转子或共同的转子可以集成到旋转体中、即尤其是在轴向方向上彼此重叠地和/或与旋转体重叠地设置在驱动轴上。通过经由共同的旋转体耦联，电机(和共同的旋转体)的转速在双马达单元的每个运行点中线性地彼此相关、尤其是相等，所述运行点在下文中为了与相应的电机的单个运行点区分而被称为总运行点。相应地，不同的电机(如下面还将阐述的那样)能够设置或安置在相同的(驱动)轴上。优选地，不同的电机在此在按照规定的使用中不能机械地彼此脱耦，在不同的电机之间因此不存在耦联器或类似物。
[0014]在此，电机分别具有彼此不同的功率特性曲线，其根据转速ω来描述相应的电机的最大功率P。功率特性曲线因此也可以被称为与转速相关的功率特性曲线。因此，功率特性曲线说明对于确定的转速在电机的最大电流的情况下可达到的相应的最大功率。在此，所述功率特性曲线根据已知的关系对应于电机的相应的力矩特征，从而电机也具有彼此不同的力矩特征。不同的功率特性曲线在此由相应的电机的定子和/或转子的特定的设计方
案、即电机的硬件以及由相应的控制方案(相应的电机利用其运行)产生。这种控制方案例如可以以软件的形式存储在属于电机的控制单元上。
[0015]相应地，电机的不同功率特性曲线例如可以在硬件侧通过电机的所选择的拓扑结构来预先给定并且也可以在软件侧通过双马达单元的控制单元来预先给定。结构上的设计方案(“硬件”)例如可能导致电机具有随转速线性上升直至最大转速的功率，亦或在预先给定的极限转速、例如在最大转速一半时进入场削弱。
[0016]不同的功率特性曲线的通过软件预先给定的部分能够相应地尤其是也可变地预先给定。例如，极限转速ω...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于飞轮质量存储器的双马达单元(1)，该双马达单元具有至少两个耦联到一个共同的旋转体(2)上的电机(3a、3b)；其中：——所述电机(3a、3b)分别具有彼此不同的功率特性曲线(Pa、Pb)；并且——所述双马达单元(1)构造成，在运行转速范围(Ω)内通过所述电机(3a、3b)的相互作用产生总运行功率，其中，所述总运行功率通过由所述电机(3a、3b)的不同功率特性曲线(Pa、Pb)得出的总功率特性曲线(P
max
)来预先给定，其中，所述总功率特性曲线(P
max
)非线性地取决于所述共同的旋转体(2)的转速(ω)。2.根据权利要求1所述的双马达单元(1)，其特征在于，相应地通过所述电机(3a、3b)在转速(ω)相同的情况下可产生的最大功率的差别小于更强的电机(3a、3b)的最大功率的70％、尤其是50％、优选10％。3.根据前述权利要求中任一项所述的双马达单元(1)，其特征在于，所述运行转速范围(Ω)通过大于零的最小转速(ω
min
)和大于所述最小转速(ω
min
)的最大转速(ω
max
)来预先给定并且包括所述双马达单元(1)的整个转速范围的多于30％、尤其是多于50％。4.根据前述权利要求中任一项所述的双马达单元(1)，其特征在于，所述双马达单元(1)构造成，通过分别单独地预先给定用于所述电机(3a、3b)的相应运行点来设定所设定的总运行功率，其中，所述运行点的设定包括设定确定力矩的电流和确定场的电流。5.根据前述权利要求中任一项所述的双马达单元(1)，其特征在于，所述双马达单元(1)构造成，这样设定所述不同电机(3a、3b)的相应的运行点，使得在所述电机(3a、3b)中的电损耗之和在所设定的总运行功率的情况下是最小的。6.根据前述权利要求中任一项所述的双马达单元(1)，其特征在于，所述电机(3a、3b)的功率特性曲线(Pa、Pb)这样预先给定，使得在所述运行转速范围内根据总功率特性曲线(P
max
)得到基本上恒定的最大功率。7.根据前述权利要求中任一项所述的双马达单元(1)，其特征在于，至少一个电机(3a、3b)设计成，使得其转矩(Ma、Mb)在预先给定的转速范围内随转速(ω)的升高而单调下降，尤其是所述预先给定的转速范围可以包括所述运行转速范围的部分范围，该部分范围包含所述运行转速范围的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨里克，
申请(专利权)人：自适应平衡电源有限公司，
类型：发明
国别省市：