本發(fā)明涉及一種模塊化多電平逆變器、一種電氣多相系統(tǒng)和一種用于運(yùn)行電氣多相系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)：

常規(guī)電池(其作用應(yīng)不止于小型電子產(chǎn)品)經(jīng)常構(gòu)成為由多個(gè)單個(gè)部件構(gòu)成的牢固接線的單元，例如電池單元。此類(lèi)電池在一個(gè)輸出端處幾乎僅提供直流電壓。相反，大多數(shù)耗電設(shè)備需要交流電壓，該交流電壓具有例如帶有確定的頻率、幅值和相位的諧波電壓曲線。此外，充電狀態(tài)之上的直流電壓不是恒定的。為了在峰值電壓和充電終止電壓下能夠運(yùn)行所連接的耗電設(shè)備并且提取所需的功率，這些耗電設(shè)備必須使用高耗費(fèi)的供應(yīng)電路。當(dāng)一個(gè)耗電設(shè)備所需要的電壓遠(yuǎn)離該電池所提供的電壓時(shí)，該功率電子電路(通過(guò)所謂的低調(diào)制指數(shù))引起在該輸出電壓中的高損耗和高度失真。這尤其涉及電動(dòng)車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)一般在低速度的情況下需要幅值明顯低于最大幅值的交流電壓。這些失真一般由于脈沖寬度調(diào)制出現(xiàn)，此外這些失真對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣造成負(fù)擔(dān)并且由此對(duì)電動(dòng)機(jī)的使用壽命產(chǎn)生影響?；谶@些電池單個(gè)部件(例如這些電池單元)的物理和化學(xué)行為中的分散性，必須提供對(duì)該電池的高耗費(fèi)的監(jiān)測(cè)并且尤其提供局部的電荷交換(所謂的電池管理系統(tǒng))，以便實(shí)現(xiàn)所有電池部件的均勻的充電狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)電池僅有一部分有故障時(shí)，例如一個(gè)電池單元，則整個(gè)電池一般是不可使用的。在車(chē)輛的情況下，必須考慮到該車(chē)輛的完全故障。在適當(dāng)時(shí)，甚至必須主動(dòng)強(qiáng)制該車(chē)輛或該電池停止運(yùn)轉(zhuǎn)，由此在進(jìn)一步負(fù)載時(shí)，(一個(gè)或多個(gè))有故障的電池部件不會(huì)過(guò)熱和起火。

車(chē)輛的電氣驅(qū)動(dòng)器及還有電能供應(yīng)經(jīng)常使用兩相或三相的交流電壓系統(tǒng)。為了產(chǎn)生交流電壓，使用變流器或逆變器，以便產(chǎn)生所期望的交流電壓。這些系統(tǒng)(即源和負(fù)荷)一般相對(duì)于一個(gè)共用的對(duì)稱(chēng)的參考點(diǎn)(星形系統(tǒng))或相對(duì)彼此差分地(三角系統(tǒng))進(jìn)行設(shè)計(jì)。在此，所出現(xiàn)的電壓一般近似地是正弦形的。然而，這些相位的數(shù)目正好在電動(dòng)機(jī)中確定能夠多么精細(xì)地控制環(huán)繞的區(qū)域并且由此能夠多么精細(xì)地控制該扭矩。例如通過(guò)該電機(jī)的一個(gè)定子或一個(gè)轉(zhuǎn)子的鐵齒所產(chǎn)生的失真僅能夠有限地得到補(bǔ)償。從該電動(dòng)機(jī)的觀點(diǎn)來(lái)看更多的相位數(shù)目可能具有更多的優(yōu)點(diǎn)。能夠用已知的變流器(這些變流器始終針對(duì)相同的參考點(diǎn)產(chǎn)生該電壓)、然而只有在更高的耗費(fèi)下才能產(chǎn)生更多數(shù)目的相位。

現(xiàn)在通常使用三相的交流電動(dòng)機(jī)，其中這三個(gè)繞組的電壓曲線一般偏置120°。由此，這些繞組具有相對(duì)彼此的差值電壓。通過(guò)相位數(shù)目的增加，能夠減小這些電壓差。

US 6,657,334描述了變流器和電氣異步機(jī)器的一種組合，該組合相應(yīng)地具有多于三個(gè)相位。在此，該異步機(jī)器具有多個(gè)繞組，其中，每個(gè)繞組具有兩個(gè)端子。一個(gè)繞組的每個(gè)端子與該變流器的不同的相位端子單獨(dú)地連接。在此，該變流器的每個(gè)端子與該異步機(jī)器的兩個(gè)不同的繞組的兩個(gè)端子連接。即每個(gè)繞組與該變流器的兩個(gè)相位端子連接，其中，在這些相位端子之間存在相同的相位偏移。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的現(xiàn)在在于提供一種系統(tǒng)，用該系統(tǒng)能夠以簡(jiǎn)單的方式產(chǎn)生多個(gè)用于電動(dòng)機(jī)器的相位，其中，在每?jī)蓚€(gè)鄰近的相位端子之間能夠分別提供一個(gè)可調(diào)節(jié)的電壓差。

根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)根據(jù)下述1所述的一種模塊化多電平逆變器、根據(jù)下述11所述的一種電氣多相系統(tǒng)以及根據(jù)下述13所述的一種根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)。從說(shuō)明書(shū)和下述2-10、12和14-23中得出多個(gè)改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1.模塊化多電平逆變器，帶有多個(gè)單獨(dú)模塊，每個(gè)單獨(dú)模塊具有多個(gè)開(kāi)關(guān)元件和至少一個(gè)電能存儲(chǔ)器，其中這些單獨(dú)模塊彼此前后地連接成一個(gè)閉合的環(huán)，其中該多個(gè)開(kāi)關(guān)元件使得相鄰的單獨(dú)模塊的能量存儲(chǔ)器能夠連接，由此在兩個(gè)相鄰的相位端子或兩個(gè)相鄰的繞組之間能夠提供一個(gè)電壓差，該電壓差能夠由一個(gè)控制單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)多相的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.根據(jù)上述1所述的模塊化多電平逆變器，其中在兩個(gè)相鄰的單獨(dú)模塊之間相應(yīng)地安排至少一個(gè)分接部，該分接部提供一個(gè)相位端子，其中在兩個(gè)相鄰的分接部之間安排形成一個(gè)相位模塊的至少兩個(gè)單獨(dú)模塊。

3.根據(jù)上述1或2所述的模塊化多電平逆變器，其中所述單獨(dú)模塊具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中該第一側(cè)具有兩個(gè)端子并且該第二側(cè)具有兩個(gè)端子。

4.根據(jù)上述3所述的模塊化多電平逆變器，其中所述單獨(dú)模塊相應(yīng)地借由兩個(gè)電導(dǎo)體彼此電連接。

5.根據(jù)上述4所述的模塊化多電平逆變器，其中該分接部安排在這兩個(gè)電導(dǎo)體中的一者處以用于提供相位端子。

6.根據(jù)上述4所述的模塊化多電平逆變器，其中該分接部安排在這兩個(gè)電導(dǎo)體二者處以用于提供相位端子。

7.根據(jù)以上1至6之一所述的模塊化多電平逆變器，其中該模塊化多電平逆變器具有從環(huán)形安排分支出來(lái)的、包括至少兩個(gè)單獨(dú)模塊的一個(gè)相位模塊，該相位模塊的一個(gè)末端連接到一個(gè)分接部處并且另一個(gè)末端與一個(gè)參考電位連接。

8.根據(jù)以上1至6之一所述的模塊化多電平逆變器其中至少一個(gè)分接部通過(guò)具有至少一個(gè)電阻和/或電感的電連接與參考電位連接。

9.根據(jù)上述8所述的模塊化多電平逆變器，其中多個(gè)分接部分別通過(guò)具有至少一個(gè)電阻和/或電感的電連接與參考電位連接，其中該多個(gè)分接部對(duì)稱(chēng)地劃分所述單獨(dú)模塊的環(huán)。

10.根據(jù)以上1至9之一所述的模塊化多電平逆變器，其中該多個(gè)單獨(dú)模塊的所述開(kāi)關(guān)元件是低電壓半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。

11.電氣多相系統(tǒng)，帶有

-一個(gè)電動(dòng)機(jī)器，該電動(dòng)機(jī)器具有多個(gè)繞組，這些繞組帶有第一端子和第二端子，其中存在至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)，該多個(gè)繞組中的相應(yīng)的一個(gè)繞組的第一端子或第二端子與該節(jié)點(diǎn)電連接，并且該多個(gè)繞組中的相應(yīng)的一個(gè)繞組的第一端子和第二端子中對(duì)應(yīng)的另一個(gè)端子與一個(gè)相位端子電連接，以及

-一個(gè)模塊化多電平逆變器，該模塊化多電平逆變器具有多個(gè)單獨(dú)模塊，這些單獨(dú)模塊串聯(lián)連接成一個(gè)環(huán)，其中至少一個(gè)分接部相應(yīng)地安排在兩個(gè)相鄰的單獨(dú)模塊之間，該分接部提供一個(gè)相位端子，該電動(dòng)機(jī)器的該多個(gè)繞組中的一個(gè)繞組的第一端子或第二端子與該相位端子電連接，

其中該模塊化多電平逆變器的分接部的數(shù)目相等地對(duì)應(yīng)于該電動(dòng)機(jī)器的該多個(gè)繞組中的繞組的數(shù)目，并且

其中該模塊化多電平逆變器的每個(gè)單獨(dú)模塊具有一個(gè)能量存儲(chǔ)器和多個(gè)開(kāi)關(guān)元件，該多個(gè)開(kāi)關(guān)元件使得相鄰的單獨(dú)模塊的能量存儲(chǔ)器能夠連接，由此在兩個(gè)相鄰的相位端子或兩個(gè)相鄰的繞組之間能夠提供一個(gè)電壓差，該電壓差能夠由一個(gè)控制單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)多相的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)。

12.根據(jù)上述11所述的電氣多相系統(tǒng)，其中該電動(dòng)機(jī)器作為發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)工作。

13.用于運(yùn)行電氣多相系統(tǒng)的方法，其中使用一個(gè)電動(dòng)機(jī)器和一個(gè)模塊化多電平逆變器，其中該電動(dòng)機(jī)器具有多個(gè)帶有第一端子和第二端子的繞組并且該多個(gè)繞組中的相應(yīng)的一個(gè)繞組的第一端子或第二端子與一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，該多個(gè)繞組中的每個(gè)繞組與該節(jié)點(diǎn)連接，并且該多個(gè)繞組中的相應(yīng)的一個(gè)繞組的第一端子和第二端子中對(duì)應(yīng)的另一個(gè)端子與一個(gè)相位端子連接，并且其中該模塊化多電平逆變器具有多個(gè)單獨(dú)模塊，這些單獨(dú)模塊串聯(lián)連接成一個(gè)環(huán)并且至少一個(gè)分接部相應(yīng)地安排在兩個(gè)相鄰的單獨(dú)模塊之間，該分接部提供一個(gè)相位端子，該電動(dòng)機(jī)器的該多個(gè)繞組中的一個(gè)繞組的第一端子或第二端子與該相位端子電連接，其中該模塊化多電平逆變器的每個(gè)單獨(dú)模塊具有一個(gè)能量存儲(chǔ)器和多個(gè)開(kāi)關(guān)元件，該多個(gè)開(kāi)關(guān)元件使得相鄰的單獨(dú)模塊的能量存儲(chǔ)器能夠連接，由此在兩個(gè)相鄰的相位端子或兩個(gè)相鄰的繞組之間提供一個(gè)電壓差，該電壓差能夠由一個(gè)控制單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)多相的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)。

14.根據(jù)上述13所述的方法，其中在兩個(gè)分接部之間安排形成一個(gè)相位模塊的至少兩個(gè)單獨(dú)模塊。

15.根據(jù)上述13或14所述的方法，其中所使用的單獨(dú)模塊是具有第一側(cè)和第二側(cè)的單獨(dú)模塊，其中該第一側(cè)具有兩個(gè)端子并且該第二側(cè)具有兩個(gè)端子。

16.根據(jù)上述15所述的方法，其中所述單獨(dú)模塊相應(yīng)地借由兩個(gè)電導(dǎo)體彼此電連接。

17.根據(jù)上述16所述的方法，其中該分接部安排在這兩個(gè)電導(dǎo)體中的一者處以用于提供相位端子。

18.根據(jù)上述16所述的方法，其中該分接部安排在這兩個(gè)電導(dǎo)體二者處以用于提供相位端子。

19.根據(jù)上述13至18之一所述的方法，其中該逆變器具有安排在其上的一個(gè)相位模塊，該相位模塊從環(huán)形安排分支出來(lái)，且該相位模塊的一個(gè)末端連接到一個(gè)分接部處并且另一個(gè)末端與一個(gè)參考電位連接。

20.根據(jù)上述13至18之一所述的方法，其中至少一個(gè)分接部通過(guò)具有至少一個(gè)電阻和/或電感的電連接與參考電位連接。

21.根據(jù)上述19所述的方法，其中多個(gè)分接部分別通過(guò)具有至少一個(gè)電阻和/或電感的電連接與一個(gè)參考電位連接，其中該多個(gè)分接部對(duì)稱(chēng)地劃分所述單獨(dú)模塊的環(huán)。

22.根據(jù)上述13至21之一所述的方法，其中將低電壓半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件用作該多個(gè)單獨(dú)模塊的開(kāi)關(guān)元件。

23.根據(jù)上述13至22之一所述的方法，其中該電動(dòng)機(jī)器作為發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)工作。

相應(yīng)地，本發(fā)明提出了一種電氣多相系統(tǒng)，該電氣多相系統(tǒng)帶有一個(gè)電動(dòng)機(jī)器和一個(gè)模塊化多電平逆變器，其中該電動(dòng)機(jī)器具有多個(gè)分別帶有第一端子和第二端子的繞組，其中存在至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)，該多個(gè)繞組中的相應(yīng)的一個(gè)繞組的第一端子或第二端子與該節(jié)點(diǎn)電連接并且該多個(gè)繞組中的相應(yīng)的一個(gè)繞組的第一端子和第二端子中對(duì)應(yīng)的另一個(gè)端子與一個(gè)相位端子電連接，并且該模塊化多電平逆變器具有多個(gè)單獨(dú)模塊，這些單獨(dú)模塊串聯(lián)連接成一個(gè)環(huán)并且至少一個(gè)分接部相應(yīng)地安排在兩個(gè)相鄰的單獨(dú)模塊之間，該分接部提供一個(gè)相位端子，該電動(dòng)機(jī)器的該多個(gè)繞組中的一個(gè)繞組的第一端子或第二端子與該相位端子電連接，其中該模塊化多電平逆變器的分接部的數(shù)目精確地對(duì)應(yīng)于該電動(dòng)機(jī)器的該多個(gè)繞組中的繞組的數(shù)目，并且其中該模塊化多電平逆變器的每個(gè)單獨(dú)模塊具有一個(gè)能量存儲(chǔ)器和多個(gè)開(kāi)關(guān)元件，該開(kāi)關(guān)元件使得相鄰的單獨(dú)模塊的能量存儲(chǔ)器能夠連接，由此在兩個(gè)相鄰的相位端子或兩個(gè)相鄰的繞組之間能夠提供一個(gè)電壓差，該電壓差能夠由一個(gè)控制單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)多相的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)。

此外，本發(fā)明提出了一種帶有多個(gè)單獨(dú)模塊的模塊化多電平逆變器，每個(gè)單獨(dú)模塊具有多個(gè)開(kāi)關(guān)元件和至少一個(gè)電能存儲(chǔ)器，其中這些單獨(dú)模塊彼此前后地連接成一個(gè)閉合的環(huán)。

這個(gè)目的是如下實(shí)現(xiàn)的，一個(gè)電動(dòng)機(jī)器與一個(gè)模塊化多電平逆變器共同作用，其中該模塊化多電平逆變器的宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成一個(gè)回路，即該模塊化多電平逆變器的單獨(dú)模塊彼此連接成一個(gè)回路。通過(guò)在兩個(gè)相鄰的單獨(dú)模塊之間添加一個(gè)分接部能夠產(chǎn)生新的相位端子，該電動(dòng)機(jī)器的這些繞組能夠連接到這些相位端子處?，F(xiàn)在因?yàn)橛懈嗟南辔欢俗涌晒┦褂?，由此同樣能夠增加該電?dòng)機(jī)器的相位數(shù)目或繞組數(shù)目。多相電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于低的扭矩波動(dòng)。此外，能夠更精細(xì)地控制這樣產(chǎn)生的環(huán)繞的交流電場(chǎng)或旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由此也產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的更精細(xì)的可控性。額外地提高故障安全性并且能夠可靠地提供一種緊急工作方式，該緊急工作方式使得車(chē)輛能夠回到或駛?cè)胲?chē)間。如果例如一個(gè)單獨(dú)的相位完全發(fā)生故障，不會(huì)自動(dòng)導(dǎo)致完全的系統(tǒng)故障。扭矩的波動(dòng)也僅僅無(wú)關(guān)緊要地增加并且剩余的電動(dòng)機(jī)功率幾乎不受損害。

在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多電平逆變器的一個(gè)實(shí)施方式中，在兩個(gè)相鄰的單獨(dú)模塊之間相應(yīng)地安排至少一個(gè)分接部，該分接部提供一個(gè)相位端子，其中在兩個(gè)相鄰的分接部之間安排形成一個(gè)相位模塊的至少兩個(gè)單獨(dú)模塊。

在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多電平逆變器的另一個(gè)實(shí)施方式中，這些單獨(dú)模塊具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中該第一側(cè)具有兩個(gè)端子并且該第二側(cè)具有兩個(gè)端子。

在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多電平逆變器的又一實(shí)施方式中，這些單獨(dú)模塊相應(yīng)地借由兩個(gè)電導(dǎo)體彼此電連接。

在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多電平逆變器的一個(gè)實(shí)施方式中，該分接部安排在這兩個(gè)電導(dǎo)體中的一者處以用于提供相位端子。

在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多電平逆變器的另一個(gè)實(shí)施方式中，該分接部安排在這兩個(gè)電導(dǎo)體二者處以用于提供相位端子。

在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多電平逆變器的又一實(shí)施方式中，該模塊化多電平逆變器具有從環(huán)形安排分支出來(lái)的、包括至少兩個(gè)單獨(dú)模塊的一個(gè)相位模塊，該相位模塊的一個(gè)末端連接到一個(gè)分接部處并且另一個(gè)末端與一個(gè)參考電位連接。

在根據(jù)本發(fā)明的電氣模塊化多電平逆變器的一個(gè)實(shí)施方式中，至少一個(gè)分接部通過(guò)具有至少一個(gè)電阻和/或電感的電連接與一個(gè)參考電位連接。

在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多電平逆變器的另一個(gè)實(shí)施方式中，多個(gè)分接部分別通過(guò)具有至少一個(gè)電阻和/或電感的電連接與一個(gè)參考電位連接，其中該多個(gè)分接部對(duì)稱(chēng)地劃分這些單獨(dú)模塊的環(huán)。

在根據(jù)本發(fā)明的模塊化多電平逆變器的又一實(shí)施方式中，該多個(gè)單獨(dú)模塊的開(kāi)關(guān)元件是低電壓半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。

在根據(jù)本發(fā)明的電氣多相系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式中，該電動(dòng)機(jī)器作為發(fā)電機(jī)工作。

在根據(jù)本發(fā)明的電氣多相系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式中，該電動(dòng)機(jī)器作為電動(dòng)機(jī)工作。

此外，本發(fā)明提出了一種用于運(yùn)行電氣多相系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的方法，其中使用一個(gè)電動(dòng)機(jī)器和一個(gè)模塊化多電平逆變器，其中該電動(dòng)機(jī)器具有多個(gè)帶有第一端子和第二端子的繞組并且該多個(gè)繞組中的相應(yīng)的一個(gè)繞組的第一端子或第二端子與一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，并且該多個(gè)繞組中的相應(yīng)的一個(gè)繞組的第一端子和第二端子中對(duì)應(yīng)的另一個(gè)端子與一個(gè)相位端子連接，并且其中該模塊化多電平逆變器具有多個(gè)單獨(dú)模塊，這些單獨(dú)模塊串聯(lián)連接成一個(gè)環(huán)，其中至少一個(gè)分接部相應(yīng)地安排在兩個(gè)相鄰的單獨(dú)模塊之間，該分接部提供一個(gè)相位端子，該電動(dòng)機(jī)器的該多個(gè)繞組中的一個(gè)繞組的第一端子或第二端子與該相位端子電連接，其中該模塊化多電平逆變器的每個(gè)單獨(dú)模塊具有一個(gè)能量存儲(chǔ)器和多個(gè)開(kāi)關(guān)元件，該開(kāi)關(guān)元件使得相鄰的單獨(dú)模塊的能量存儲(chǔ)器能夠連接，由此在兩個(gè)相鄰的相位端子或兩個(gè)相鄰的繞組之間提供一個(gè)電壓差，該電壓差能夠由一個(gè)控制單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)多相的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式中，在兩個(gè)分接部之間安排形成一個(gè)相位模塊的至少兩個(gè)單獨(dú)模塊。

在根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所使用的單獨(dú)模塊是具有第一側(cè)和第二側(cè)的單獨(dú)模塊，其中該第一側(cè)具有兩個(gè)端子并且該第二側(cè)具有兩個(gè)端子。

在根據(jù)本發(fā)明方法的又一實(shí)施方式中，這些單獨(dú)模塊相應(yīng)地借由兩個(gè)電導(dǎo)體彼此電連接。

在根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式中，該分接部安排在這兩個(gè)電導(dǎo)體中的一者處以用于提供相位端子。

在根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，該分接部安排在這兩個(gè)電導(dǎo)體二者處以用于提供相位端子。

在根據(jù)本發(fā)明方法的又一實(shí)施方式中，該逆變器具有安排在其上的一個(gè)相位模塊，該相位模塊從環(huán)形安排分支出來(lái)，且該相位模塊的一個(gè)末端連接到一個(gè)分接部處并且另一個(gè)末端與一個(gè)參考電位連接。

在根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式中，至少一個(gè)分接部通過(guò)具有至少一個(gè)電阻和/或電感的電連接與一個(gè)參考電位連接。

在根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，多個(gè)分接部分別通過(guò)具有至少一個(gè)電阻和/或電感的電連接與一個(gè)參考電位連接，其中該多個(gè)分接部對(duì)稱(chēng)地劃分這些單獨(dú)模塊的環(huán)。

在根據(jù)本發(fā)明方法的又一實(shí)施方式中，將低電壓半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件用作該多個(gè)單獨(dú)模塊的開(kāi)關(guān)元件。

在根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式中，該電動(dòng)機(jī)器作為發(fā)電機(jī)工作。

在根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，該電動(dòng)機(jī)器作為電動(dòng)機(jī)工作。

在說(shuō)明書(shū)和附圖中得出本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)和構(gòu)型。

不言而喻，以上提及的這些特征以及還有待在以下說(shuō)明的那些特征不僅能在對(duì)應(yīng)指示的組合中使用，而且還在其他組合中或者單獨(dú)使用而不脫離本發(fā)明的范圍。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明借助于在附圖中示意性展示的多個(gè)實(shí)施方式并且參照附圖進(jìn)行示意性及詳細(xì)說(shuō)明。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的并且根據(jù)本發(fā)明待使用的模塊化多電平逆變器的一個(gè)示例性宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖，其中，多個(gè)單獨(dú)模塊彼此連接成一個(gè)環(huán)。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的并且根據(jù)本發(fā)明待使用的模塊化多電平逆變器的另一個(gè)示例性宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖，該模塊化多電平逆變器具有一個(gè)額外的相位模塊。

圖3示出一個(gè)示例性的單獨(dú)模塊的實(shí)施方式以用于在來(lái)自圖1或圖2的一個(gè)模塊化多電平逆變器中使用。

圖4示出一個(gè)圖表，該圖表展示了通過(guò)矢量差值電壓的形成。

圖5示出一個(gè)圖表，該圖表展示了相位數(shù)目的增加對(duì)相位電壓的影響。

圖6示出一個(gè)圖表，該圖表展示了在增加相位數(shù)目的情況下對(duì)不同參數(shù)的影響。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)車(chē)輛為了提供交流電壓(該交流電壓對(duì)于運(yùn)行該電機(jī)是必要的)使用變流器或逆變器，這些變流器或逆變器將由一個(gè)直流電壓源提供的直流電壓轉(zhuǎn)換成所需的交流電壓。對(duì)于電機(jī)經(jīng)常需要三相的交流電，即該電機(jī)具有三個(gè)繞組，其中當(dāng)這些繞組以規(guī)則的距離安排在一個(gè)回路上時(shí)，在單獨(dú)的繞組中的相應(yīng)電壓的曲線的相位偏移120°。

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)增加該電動(dòng)機(jī)器的繞組的數(shù)目來(lái)增加電動(dòng)機(jī)器的相位數(shù)目。根據(jù)該電動(dòng)機(jī)器應(yīng)該具有多少相位，該電動(dòng)機(jī)器對(duì)應(yīng)地具有多少繞組。即每個(gè)繞組與一個(gè)相位相關(guān)。該多個(gè)繞組一般應(yīng)該均勻地分布在一個(gè)回路的圓周上，由此設(shè)定在這些單獨(dú)繞組的電壓曲線之間的一個(gè)均勻的相位角。

這些繞組能夠以不同的方式彼此連接。所謂的星形電路形成一種可能性。在星形電路的情況下，這些單獨(dú)的繞組的相應(yīng)的一個(gè)端子在所有繞組的一個(gè)共用的節(jié)點(diǎn)(所謂的星形點(diǎn))處彼此電連接。如果這些繞組規(guī)則地分布在該回路上，則在該星形點(diǎn)處的電壓為零，由此一個(gè)零線或中性導(dǎo)線能夠連接到該星形點(diǎn)處。一個(gè)繞組的對(duì)應(yīng)的另一個(gè)端子與一個(gè)相位端子連接并且具有一個(gè)電壓，該電壓相對(duì)于該星形點(diǎn)提高。

該相位端子由一個(gè)逆變器提供。圖1展示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的逆變器10(一個(gè)所謂的模塊化多電平逆變器10)的示意性框圖。根據(jù)本發(fā)明的模塊化多電平逆變器10具有多個(gè)單獨(dú)模塊12。這些單獨(dú)模塊12本身能夠具有任意的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即所謂的微觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常由多個(gè)開(kāi)關(guān)元件和各自至少一個(gè)電能存儲(chǔ)器(例如電容器或一個(gè)電池單元)組成。

圖3示出一個(gè)示例性的單獨(dú)模塊300。示例性的單獨(dú)模塊300具有兩側(cè)，這兩側(cè)分別具有兩個(gè)端子。在一個(gè)第一側(cè)上安排端子314a和314b。在一個(gè)第二側(cè)上安排端子318a和318b。在所示出的實(shí)施方式中，示例性的單獨(dú)模塊300具有八個(gè)開(kāi)關(guān)元件316-1、316-2、316-3、316-4、316-5，316-6、316-7、316-8。由此，對(duì)于這些端子314a、314b與端子318a、318b的電連接，對(duì)于每個(gè)連接，即314a-318a、314a-318b、314b-318a和314b-318b，相應(yīng)地提供兩個(gè)載荷路徑。這使得這些開(kāi)關(guān)元件316-1至316-8能夠設(shè)計(jì)用于更低的載流能力。由此，對(duì)于這些開(kāi)關(guān)元件也能夠使用低電壓開(kāi)關(guān)元件或低電壓半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，因?yàn)樽畲箅妷?必須將這些開(kāi)關(guān)元件316-1至316-8設(shè)計(jì)為用于該最大電壓)明顯低于該系統(tǒng)的總電壓，即例如僅在一個(gè)單獨(dú)模塊(這些開(kāi)關(guān)元件316-1至316-8與該單獨(dú)模塊相關(guān))的電能存儲(chǔ)器312的最大電壓的情況下。該電能存儲(chǔ)器312能夠是一個(gè)任何類(lèi)型的電容器或一個(gè)單獨(dú)的電池單元或多個(gè)電池單元(例如一個(gè)小的電池包)。應(yīng)理解為，能夠使用例如原電池、二次電池或僅提供直流電壓的能量源和能量存儲(chǔ)器作為電池。

對(duì)于在該能量存儲(chǔ)器312與一個(gè)相鄰的同類(lèi)單獨(dú)模塊的對(duì)應(yīng)的能量存儲(chǔ)器之間的幾乎所有連接，圖3所示的這些開(kāi)關(guān)元件允許兩個(gè)并聯(lián)路徑。對(duì)應(yīng)地，并聯(lián)地使用這些開(kāi)關(guān)元件。然而能夠取消這些開(kāi)關(guān)元件，以便降低復(fù)雜性。然而，如果使用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，這些剩余的開(kāi)關(guān)元件然后應(yīng)該用對(duì)應(yīng)的更大的半導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)，以便實(shí)現(xiàn)相同的載流能力。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇半導(dǎo)體，能夠允許特定的開(kāi)關(guān)狀態(tài)相對(duì)于其他開(kāi)關(guān)狀態(tài)在其損耗方面得到優(yōu)化。

這些開(kāi)關(guān)元件316-1和316-2以此方式形成一個(gè)路徑，該路徑平行于通過(guò)這些開(kāi)關(guān)元件316-3和316-4形成的路徑并且引導(dǎo)至相同的目標(biāo)，即根據(jù)方向引導(dǎo)至該端子314a或引導(dǎo)至該端子318a。這些開(kāi)關(guān)元件316-5和316-4形成一個(gè)路徑，該路徑引導(dǎo)至同一個(gè)目標(biāo)，例如通過(guò)這些開(kāi)關(guān)元件316-7和316-2形成的路徑，即根據(jù)方向引導(dǎo)至該端子314b或引導(dǎo)至該端子318a。這些開(kāi)關(guān)元件316-1和316-8形成一個(gè)路徑，該路徑引導(dǎo)至相同的目標(biāo)，例如通過(guò)這些開(kāi)關(guān)元件316-3和316-6形成的路徑。此外，這些開(kāi)關(guān)元件316-7和316-8形成一個(gè)路徑，該路徑平行于通過(guò)這些開(kāi)關(guān)元件316-5和316-6形成的路徑并且引導(dǎo)至同一個(gè)目標(biāo)，即根據(jù)方向引導(dǎo)至該端子314b或318b。

在取消的情況下現(xiàn)在能夠移除一個(gè)任意的開(kāi)關(guān)元件。然而，應(yīng)該以此方式選擇一個(gè)待取消的第二開(kāi)關(guān)元件，使得仍然能夠通過(guò)這些剩余的開(kāi)關(guān)元件產(chǎn)生從任一端子到任一其他端子的連接。由此得出一系列減少的電路。

應(yīng)理解為，對(duì)于模塊化多電平逆變器10不僅能夠使用所示出的示例性單獨(dú)模塊300作為單獨(dú)模塊12，這些單獨(dú)模塊12也能夠具有現(xiàn)有技術(shù)的任意一個(gè)已知的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

用配備有一種此類(lèi)單獨(dú)模塊12、300的模塊化多電平逆變器10能夠?qū)⑵駷橹估喂探泳€的電池包以如下方式劃分成多個(gè)單獨(dú)部件或單獨(dú)模塊12、300，使得能夠在運(yùn)行中動(dòng)態(tài)地改變這些單個(gè)部件12、300(即相鄰的單獨(dú)模塊的能量存儲(chǔ)器)的電連接。相鄰的單獨(dú)模塊的這些能量存儲(chǔ)器能夠在單獨(dú)或多個(gè)單獨(dú)模塊的并聯(lián)連接、串聯(lián)連接、旁路連接和斷開(kāi)之間轉(zhuǎn)換。這使得通過(guò)在這些單獨(dú)模塊或能量存儲(chǔ)器之間的電荷交換能夠允許實(shí)施例如常規(guī)電池管理，以便使這些能量存儲(chǔ)器均勻地承受負(fù)載。此外，在不失去整體功能的情況下，能夠跨過(guò)有故障的單獨(dú)模塊12。在這些端子(例如314a、314b、318a、318b)處的任意的輸出電壓和隨時(shí)間的電流曲線或電壓曲線尤其能夠直接通過(guò)這些單獨(dú)模塊產(chǎn)生，而不需要額外的功率電子逆變器。

如在圖1中可以看出，這些單獨(dú)模塊12通過(guò)其端子(例如圖3的單獨(dú)模塊的這些端子314a、314b、318a、318b)與一個(gè)相鄰的單獨(dú)模塊12通過(guò)兩個(gè)電導(dǎo)體16和18電連接。根據(jù)本發(fā)明，這些單獨(dú)模塊12安排在一個(gè)回路中，使得第n個(gè)單獨(dú)模塊12與第一個(gè)單獨(dú)模塊12電連接。為了能夠分接由這些單獨(dú)模塊12產(chǎn)生的電流曲線或電壓曲線，在兩個(gè)相鄰的單獨(dú)模塊12之間安排一個(gè)分接部14，該分接部提供用于該電動(dòng)機(jī)器的繞組的第二端子的一個(gè)相位端子。首先在圖1中示出三個(gè)此類(lèi)的分接部14。如在圖1中通過(guò)箭頭所展示的，通過(guò)簡(jiǎn)單地添加一個(gè)額外的分接部14^*能夠提供一個(gè)額外的相位端子。帶有多個(gè)安排在回路中的單獨(dú)模塊10的一種此類(lèi)逆變器或模塊化多電平逆變器10現(xiàn)在能夠以簡(jiǎn)單的方式配備任意多個(gè)相位端子(根據(jù)存在多少個(gè)單獨(dú)模塊12，然而也能夠任意增加其數(shù)目)。這些端子14能夠以不同的類(lèi)型實(shí)現(xiàn)。一個(gè)端子14a例如能夠包括兩個(gè)電導(dǎo)體16、18并且連接到這些電導(dǎo)體處，其方式為將這兩個(gè)電導(dǎo)體16、18相結(jié)合。然而，由此這些單獨(dú)模塊的相鄰能量存儲(chǔ)器的并聯(lián)連接是不可行的。替代性地，能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)端子14b，該端子僅連接到一個(gè)電導(dǎo)體16或18處。然而，由此用于這些開(kāi)關(guān)元件的、操作相應(yīng)的電氣導(dǎo)線的電流負(fù)載是更大的。這些對(duì)應(yīng)的單獨(dú)模塊在兩個(gè)分接部14之間形成一個(gè)相位模塊20。

通過(guò)這些單獨(dú)模塊12在該模塊化多電平逆變器10中的此類(lèi)安排能夠通過(guò)動(dòng)態(tài)的重新構(gòu)型直接產(chǎn)生用于一個(gè)或多個(gè)耗電設(shè)備(例如作為電動(dòng)機(jī)工作的一個(gè)電動(dòng)機(jī)器)的交流電壓和多相電壓。與現(xiàn)有技術(shù)的逆變器不同，調(diào)制指數(shù)，即對(duì)應(yīng)的頻率調(diào)制的特征值，能夠在所有幅值的情況下保持為最大。此外，在低電壓的情況下?lián)p耗甚至降低，因?yàn)橥ㄟ^(guò)所連接電池的電池部件(即這些相應(yīng)的能量存儲(chǔ)器)的并聯(lián)連接降低了有效的內(nèi)部電阻。此外，一個(gè)所連接的電池(其中這些能量存儲(chǔ)器能夠在并聯(lián)連接和串聯(lián)連接之間來(lái)回切換)產(chǎn)生幾乎不失真的輸出電壓，因?yàn)樵趦蓚€(gè)構(gòu)型的電壓之間的階躍能夠保持為十分小。此外，在此類(lèi)電壓之間能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)調(diào)制進(jìn)行調(diào)制，以便進(jìn)一步平滑化。

根據(jù)本發(fā)明，能夠用根據(jù)本發(fā)明的多相系統(tǒng)以簡(jiǎn)單的方式增加相位數(shù)目。在此，該電動(dòng)機(jī)器的這些繞組連接成所謂的星形電路并且該模塊化多電平逆變器10作為n角電路或環(huán)形電路運(yùn)行。在此，該電動(dòng)機(jī)器的這些繞組的一個(gè)端子相應(yīng)地與該多電平逆變器10的一個(gè)相位端子14電連接。圖4示出這些所參與電壓的一個(gè)示意性圖示，其中在縱坐標(biāo)上示出這些電壓的虛部38并且在橫坐標(biāo)上示出實(shí)部40。在圖4中，鄰接在該電動(dòng)機(jī)器的一個(gè)繞組處的電壓用42標(biāo)明并且由一個(gè)相位端子14提供的電壓用44標(biāo)明。在現(xiàn)有技術(shù)中，該電動(dòng)機(jī)器總是針對(duì)該星形點(diǎn)43工作，由此在該繞組處的電壓42與該星形點(diǎn)43之間總是存在高的電壓差。此外，這些電壓的曲線在不同的繞組處發(fā)生相位偏移，其中，一個(gè)三相系統(tǒng)偏移120°的相位角46，由此在兩個(gè)繞組之間的電壓差也可以是較大的。用根據(jù)本發(fā)明的多相系統(tǒng)，尤其通過(guò)使用帶有環(huán)形安排的單獨(dú)模塊12的模塊化多電平逆變器10，現(xiàn)在能夠直接形成且提供在兩個(gè)相鄰的相位支路或該電動(dòng)機(jī)器的繞組之間的電壓差。如果增加相位數(shù)目，在這些繞組處的電壓42保持恒定，然而該相位電壓44線性地降低。在常規(guī)的功率電子電路的情況下，這種聯(lián)系是無(wú)關(guān)緊要的，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的變流器始終針對(duì)一個(gè)參考電位(例如一個(gè)中間電路電容器的端部)產(chǎn)生相應(yīng)的相位電壓并且不能在兩個(gè)繞組之間形成電壓差。然而，這些電壓差能夠直接通過(guò)該模塊化多電平逆變器10產(chǎn)生。通過(guò)使用一個(gè)n相系統(tǒng)，即帶有高的(大于3)相位數(shù)目的系統(tǒng)(尤其在該電動(dòng)機(jī)器的情況下)，其中，負(fù)荷(電動(dòng)機(jī)器)和源(模塊化多電平逆變器)不同地進(jìn)行連接(電動(dòng)機(jī)器呈星形電路，模塊化多電平逆變器呈n角或環(huán)形電路)，能夠產(chǎn)生帶有十分低的電壓的額外的相位。能夠用一個(gè)相位模塊20中的少數(shù)的單獨(dú)模塊12產(chǎn)生十分低的電壓。一個(gè)相位模塊20一般具有至少兩個(gè)單獨(dú)模塊12。

如果該模塊化多電平逆變器10具有例如三個(gè)相位端子14，則該逆變器在一個(gè)已知的三角電路中工作。用于添加一個(gè)另外的相位的耗費(fèi)僅在于添加一個(gè)額外的分接部14。在此，在相同的驅(qū)動(dòng)功率的情況下這些單獨(dú)模塊12的電流負(fù)載一級(jí)近似地保持為常數(shù)。然而同時(shí)，該電動(dòng)機(jī)器的每個(gè)相位的平均的電流強(qiáng)度隨著相位數(shù)目而逆向線性地下

降。因?yàn)樵谶@些繞組之間的電壓差現(xiàn)在直接由該逆變器10提供，在該繞組處的電壓現(xiàn)在不再相對(duì)于該星形點(diǎn)43，而是相對(duì)一個(gè)相鄰的繞組。由此，該星形點(diǎn)43是在調(diào)節(jié)算法中的自由度，并且能夠作為在該逆變器的調(diào)節(jié)算法中的約束條件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)增加相位數(shù)目，正如已經(jīng)提到的，降低了在該逆變器中的相位電壓。在圖5中示出降低該相位電壓的示意性曲線。在縱坐標(biāo)軸線上示出該相位電壓26并且在橫坐標(biāo)軸線上示出相位數(shù)目24。借助于該曲線可以清楚地看出，隨著相位數(shù)目24的增加，該相位電壓26持續(xù)下降。這允許十分精細(xì)地控制在該電動(dòng)機(jī)器中的磁性感應(yīng)。在此，該控制能夠通過(guò)這些諧波(Harmonischen)或通過(guò)扭矩特性曲線進(jìn)行。在該控制中，通過(guò)該扭矩特性曲線也能夠調(diào)控該機(jī)器的振動(dòng)。

由于帶有該模塊化多電平逆變器的多相系統(tǒng)的更高的波形質(zhì)量，不再存在陡峭的電壓邊緣，這些電壓邊緣在常規(guī)的驅(qū)動(dòng)電流逆變器的情況下由于這些最高水平之間的快速轉(zhuǎn)換而是常見(jiàn)的。然而，這些現(xiàn)在省卻的陡峭邊緣是破壞絕緣的主要原因，破壞絕緣是電動(dòng)機(jī)器的主要老化原因。由于現(xiàn)在減小的絕緣負(fù)載，在相同的絕緣的情況下能夠提高電壓，由此一方面例如提高電動(dòng)機(jī)功率密度并且另一方面提高使用壽命。

此外，能夠避免該電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)弱化區(qū)域或向更高的轉(zhuǎn)速偏移。該磁場(chǎng)弱化區(qū)域是無(wú)法通過(guò)提高輸出電壓的頻率而提高該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的區(qū)域。避免額外的磁場(chǎng)弱化電流的可能性實(shí)質(zhì)性地提高了在較寬的運(yùn)行區(qū)域內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)的效率并且提高調(diào)節(jié)穩(wěn)定性。

圖6示意性地示出在提高相位數(shù)目28的情況下對(duì)其他參數(shù)的影響。相位數(shù)目28在橫坐標(biāo)軸線上示出。在此，縱坐標(biāo)軸線不示出絕對(duì)值，而是在相應(yīng)的參考值上標(biāo)準(zhǔn)化的值，使得僅示出比例。該曲線30示出在這些相應(yīng)的相鄰的相位之間的差值電壓的曲線?？梢郧宄乜吹?，在提高相位數(shù)目28的情況下，該差值電壓持續(xù)減小。該曲線32描述相位模塊的數(shù)目(圖1和2中的參考符號(hào)20)，在提高相位數(shù)目28的情況下使用該曲線。該曲線34描述在提高相位數(shù)目28的情況下該電動(dòng)機(jī)的每個(gè)相位(即一個(gè)繞組)的電流。在此可以看到，該電流在提高相位數(shù)目28的情況下首先大幅度地降低并且在高的相位數(shù)目28的情況下在提高時(shí)幾乎沒(méi)有減少。這同樣適用于每個(gè)單獨(dú)模塊的電流(圖1和2的參考符號(hào)12)，該電流在曲線36中示出。在此可以看到，每個(gè)模塊的電流接近一個(gè)極限值。

圖2示出一個(gè)模塊化多電平逆變器10’的另一個(gè)實(shí)施方式以用于在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的多相系統(tǒng)中使用。在此，該模塊化多電平逆變器10’具有一個(gè)額外的相位模塊22。該額外的相位模塊22具有至少兩個(gè)單獨(dú)模塊12。該額外的相位模塊22連接到一個(gè)分接部14處并且主動(dòng)產(chǎn)生相對(duì)于一個(gè)參考點(diǎn)或參考電位24的電壓參考值。這用于確保車(chē)輛中的高電壓系統(tǒng)的無(wú)電勢(shì)性(Potentialfreiheit)。車(chē)輛中的高電壓系統(tǒng)一般實(shí)施為無(wú)電勢(shì)的，即例如與該車(chē)輛的車(chē)身并且也與所有其他的低電壓部件是電流隔離的。該無(wú)電勢(shì)性提高了故障事件中的安全。即使直接或間接地接觸該高電壓系統(tǒng)的一個(gè)任意的導(dǎo)體，例如與該車(chē)身連接，也沒(méi)有持久的電流流動(dòng)。當(dāng)該模塊化多電平逆變器10’(根據(jù)本發(fā)明作為柔性的多相電池工作)與一個(gè)或多個(gè)負(fù)載(例如該電動(dòng)機(jī)器)連接時(shí)，為了獲得該無(wú)電勢(shì)性必須通過(guò)適合地調(diào)節(jié)相對(duì)彼此的相位電流來(lái)產(chǎn)生一個(gè)虛擬的星形點(diǎn)。然而如果產(chǎn)生一個(gè)固定的參考電位，這能夠以至少兩種方式進(jìn)行。一方面，一個(gè)或多個(gè)、盡可能對(duì)稱(chēng)地劃分該環(huán)的點(diǎn)能夠通過(guò)阻抗(電阻、電感和混合電感-電阻元件)與對(duì)應(yīng)的參考電位連接。在此，對(duì)該阻抗的選擇示出流經(jīng)這些阻抗的電流的能量損耗和相對(duì)于該參考電位的過(guò)強(qiáng)的漂移之間的折中。代替此類(lèi)無(wú)源元件如阻抗，一個(gè)額外的相位模塊22，正如已經(jīng)提到的，同樣能夠產(chǎn)生相對(duì)于該參考電位24的電壓參考值。圖2中，該參考電位24是接地。然而，任何其他任意的參考電位同樣是可設(shè)想的。不同于帶有阻抗的替代方案，相位模塊22能夠提供高的補(bǔ)償電流，以便相對(duì)于該參考電位阻止寬的漂移。

此外，在圖2中示出的該模塊化多電平逆變器10’的實(shí)施方式具有多個(gè)單獨(dú)模塊12，這些單獨(dú)模塊彼此連接成一個(gè)環(huán)。在此，這些單獨(dú)模塊12通過(guò)兩個(gè)電導(dǎo)體16、18彼此連接。至少兩個(gè)單獨(dú)模塊12形成一個(gè)相位模塊。在兩個(gè)相鄰的單獨(dú)模塊12之間安排分接部14以用于形成一個(gè)相位端子。在此，能夠結(jié)合兩個(gè)電導(dǎo)體16、18以便形成一個(gè)端子14a。或者，一個(gè)端子14b僅安排在一個(gè)電導(dǎo)體16、18處。

能夠用根據(jù)本發(fā)明的多相系統(tǒng)防故障地覆蓋在電動(dòng)機(jī)器中的所有三種典型的相位損失情況。一方面，能夠避免絕緣故障，這些絕緣故障導(dǎo)致兩個(gè)相位的或多或少導(dǎo)電連接。為此，該模塊化多電平逆變器一方面能夠有效地?cái)嚅_(kāi)這些所涉及的相位，其方式為通過(guò)合適的電壓曲線將在這些相位(作為該調(diào)節(jié)的約束條件)中的電流調(diào)節(jié)至零。另一方面，該模塊化多電平逆變器在有關(guān)于相間短路的位置的充足信息的情況下，將在這兩個(gè)相位的兩個(gè)不期望地彼此接觸的點(diǎn)之間的電壓控制或調(diào)節(jié)至零并且由此將在這兩個(gè)相位之間的電流控制或調(diào)節(jié)至零。通過(guò)阻止在該相間短路上的電流能夠防止僅中等程度導(dǎo)電連接的加熱。如果該相間短路的兩個(gè)連接點(diǎn)以相同的比例劃分這些相應(yīng)的相位，解決方案在于這兩個(gè)相位的精確的并聯(lián)運(yùn)行。

此外，能夠在一個(gè)相位內(nèi)避免絕緣故障，這些絕緣故障導(dǎo)致在不同的線圈之間的導(dǎo)電連接，使得該電流的一部分不穿過(guò)整個(gè)線圈，而是“縮短”路程。此外能夠避免相位的損耗，例如由于燒毀或中斷的連接或氧化的連接點(diǎn)。對(duì)于這兩個(gè)最后提及的故障，能夠切斷所涉及的相位，其方式為將在這些相位中的電流或相對(duì)一般不可直接接近的星形點(diǎn)的電壓最小化或調(diào)節(jié)為零。

在該多相系統(tǒng)中的相位數(shù)目越高，在一個(gè)單獨(dú)的相位發(fā)生故障的情況下，該電動(dòng)機(jī)器能夠提供越多的剩余功率和更少的扭矩波動(dòng)。由此該電動(dòng)機(jī)器運(yùn)行得更為平穩(wěn)。該電動(dòng)機(jī)器能夠經(jīng)受至少如此多的相位故障，使得在每個(gè)120°的扇區(qū)中仍然存在至少一個(gè)起作用的相位。在此，一般也應(yīng)該實(shí)現(xiàn)該電動(dòng)機(jī)器的啟動(dòng)。

該扭矩波動(dòng)或不均勻的扭矩基于高次諧波，這些高次諧波通過(guò)常規(guī)的電動(dòng)機(jī)器和其常規(guī)的變流器大幅度地產(chǎn)生。為此，在機(jī)器側(cè)，原因在于不完全的正弦形感生的反電壓。在該電動(dòng)機(jī)器的定子的情況下，原因在于穩(wěn)固的電極和極靴邊緣效應(yīng)(Polschuhrandeffekten)。在該轉(zhuǎn)子的情況下，原因是空間上的電極尺寸、飽和效應(yīng)、氣穴和用于強(qiáng)度的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使得不完全地正弦形感生這些反電壓。在變流器側(cè)，原因在于借助于開(kāi)關(guān)調(diào)制(例如脈沖寬度調(diào)制、相位角調(diào)制、塊交換(Blockkommutierung)等)在少量固定的電壓水平之間的轉(zhuǎn)換。然而，根據(jù)本發(fā)明的多相系統(tǒng)的許多相位允許將在氣隙中的磁場(chǎng)在幾乎每個(gè)點(diǎn)處十分準(zhǔn)確地在空間上控制在0與2π之間。此外，基于該多電平逆變器的多相系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性(該動(dòng)態(tài)性近似地等于所有單獨(dú)模塊的動(dòng)態(tài)性的總和)使得能夠?qū)υ谠摎庀吨械拇艌?chǎng)的時(shí)間曲線進(jìn)行十分準(zhǔn)確的控制。這允許隨時(shí)使用迄今為止未知的高動(dòng)態(tài)性對(duì)在該氣隙中的每個(gè)位置處的磁場(chǎng)關(guān)系進(jìn)行精確控制。此外，用于在一個(gè)空載過(guò)程中產(chǎn)生該轉(zhuǎn)子的諧波的可能性在于帶有十分高的精確性的定子繞組，以便補(bǔ)償扭矩波動(dòng)或變動(dòng)。通過(guò)精確地產(chǎn)生空間上(由于許多相位)和時(shí)間上(由于該多電平逆變器的無(wú)可比擬的高動(dòng)態(tài)性)的磁場(chǎng)曲線，使得減小該扭矩波動(dòng)也能夠作為調(diào)節(jié)算法的規(guī)則目標(biāo)來(lái)使用。

在大多數(shù)電動(dòng)機(jī)器中，除了銅損耗(在這些繞組中的歐姆功率損耗)之外，鐵損耗形成第二重要的損耗類(lèi)別。這些鐵損耗的值隨著該磁場(chǎng)的頻率升高，該磁場(chǎng)流經(jīng)在鐵中的相應(yīng)的位置。除了減小該扭矩波動(dòng)外，也能夠尤其在具有該磁場(chǎng)的最高場(chǎng)強(qiáng)的鐵部件中通過(guò)在這些單獨(dú)相位中的電流的適當(dāng)失真(由此從正弦電流曲線偏離)來(lái)減少所獲得的轉(zhuǎn)數(shù)，使得在這些鐵部件中產(chǎn)生較低的鐵損耗。

此外應(yīng)提及的是，也可以運(yùn)行一個(gè)電氣多相系統(tǒng)，在該電氣多相系統(tǒng)中該電動(dòng)機(jī)器的這些繞組彼此連接成一個(gè)環(huán)(即形成一個(gè)n角電路)并且該模塊化多電平逆變器10、10’的這些相位模塊20連接成一個(gè)星形電路。該模塊化多電平逆變器10、10’以此方式提供這些相位模塊的完全的電壓，其中該星形點(diǎn)是固定的。該電動(dòng)機(jī)器的這些繞組現(xiàn)在僅將該電壓差視為一個(gè)相鄰的繞組并且能夠由此將尺寸設(shè)定為更小。以此方式，這些繞組中的電流能夠在該回路中流動(dòng)，由此，這些環(huán)流的時(shí)間曲線能夠作為約束條件包括在該調(diào)節(jié)中。在該回路中也能夠產(chǎn)生不同強(qiáng)度的電流。