DE102009000681A1

DE102009000681A1 - Synchronmaschine

Info

Publication number: DE102009000681A1
Application number: DE102009000681A
Authority: DE
Inventors: Lin Feuerrohr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-12
Also published as: JP2012517209A; WO2010088983A1; EP2394352A1; CN102308455A; US8434584B2; US20120043155A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), umfassend: - einen Rotor (4) mit 14 Rotorpolen (8), der drehbar um eine Mittenachse angeordnet ist, und - einen Stator (2) mit 12 Statorzähnen (3), die in einer radialen Richtung bezüglich der Mittenachse von dem Stator (2) in Richtung des Rotors (4) abstehen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Statorzähne (3) von einer nur einen der Statorzähne umgebenden Statorspule (9) umgeben ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit 12 Statorzähnen und 14 Rotorpolen, insbesondere für den Einsatz bei elektrischen Lenkhilfen.
Stand der Technik
Bei elektrischen Antrieben für Lenksysteme mit elektromechanischer Unterstützung für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ist es erforderlich, dass die Schwankungen des an der Welle erzeugten Antriebsmoments möglichst gering sind. Üblicherweise werden für derartige Anwendungen permanentmagneterregte elektrisch kommutierte Synchronmotoren verwendet, da diese aufgrund ihrer Leistungsdichte, ihres Wirkungsgrads und ihrer Regelmöglichkeit Vorteile aufweisen.
Bei elektronisch kommutierten Synchronmotoren entstehen jedoch durch Oberwellen so genannte Oberwellenmomente, die zu starken Schwankungen des Drehmoments führen können. Deshalb müssen solche Antriebe derart gestaltet werden, dass diese Oberwellen möglichst reduziert sind oder deren Auswirkungen auf den Drehmomentenverlauf möglichst gering sind. Weiterhin treten bei derartigen Synchronmaschinen Drehmomentenschwankungen nicht nur unter Last auf, sondern auch bei stromlosen Statorwicklungen, die als Rastmoment bezeichnet werden. Insbesondere bei kleinen Maschinen ist es aufgrund der Platzverhältnisse nicht möglich, eine fein verteilte Wicklung in den Anker einzulegen, um ein ideales sinusförmiges Luftspaltfeld zu erzeugen. Daher muss bei kleinen Maschinen mit entsprechenden Oberwellen im Luftspalt gerechnet werden. Es wäre daher vorteilhaft, die Maschinen so zu gestalten, dass diese Oberwellen möglichst ohne Wirkung auf das Drehmoment bleiben.
Weiterhin ist wünschenswert, die Ausfallwahrscheinlichkeit einer derartigen elektrischen Maschine zu reduzieren und in einem Fehlerfall, z. B. bei einem Kurzschluss in der Wicklung, die auftretenden Bremsmomente vergleichsweise gering zu halten. Diese treten auf, da es im Gegensatz zu elektrisch erregten Maschinen bei permanentmagneterregten Maschinen nicht möglich ist, das magnetische Feld abzuschalten. Bekannt sind bislang elektrische Maschinen mit 12 Statorzähnen und 8 Rotorpolen, die jedoch keine ausreichende Drehmomentqualität im normalen ungestörten Betrieb gewährleisten.
Weiterhin ist eine elektrische Maschine mit 18 Statorzähnen und 8 Rotorpolen bekannt, die jedoch den Nachteil aufweist, dass die elektrische Maschine eine verteilte Wicklung aufweist, bei der sich im Wickelkopf die Spulenwicklungen verschiedener Phasen kreuzen und in den Statornuten Spulenseiten unterschiedlicher Phasen liegen. Daher können in den Wickelköpfen und in der Nut Kurzschlüsse zwischen verschiedenen Phasen auftreten.
Ferner sind elektrische Maschinen mit 12 Statorzähnen und 10 Rotorpolen bekannt, die kleinere Rastmomente im Vergleich zu elektrischen Maschinen mit 12 Statorzähnen und 8 Rotorpolen ermöglichen, jedoch im Vergleich zu einer elektrischen Maschine mit 18 Statorzähnen und 8 Rotorpolen eine geringere Drehmomentqualität erreichen.
Elektrische Maschinen mit 12 Statorzähnen und 8 oder 10 Rotorpolen haben zum Erreichen von geringen Rastmomenten meist Zahnköpfe. Diese erschweren das Anbringen der Spulenwicklungen an den Statorzähnen und erfordern in der Regel für eine kompakte Auslegung der Statoren geteilte Statoren, damit eine hohe Leiterfüllung der Spulenwicklungen erreicht werden kann. Geteilte Statoren führen aufgrund von Toleranzen der Abmessung zu Asymmetrien, wodurch ungünstige Rastmomente entstehen können.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, die geringe Rastmomente, eine geringe Drehmomentwelligkeit und eine geringe Empfindlichkeit bezüglich Abweichungen von der Symmetrie aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine elektrische Maschine vorgesehen. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor mit 14 Rotorpolen, der drehbar um eine Mittenachse angeordnet ist, und einen Stator mit 12 Statorzähnen, die in einer radialen Richtung bezüglich der Mittenachse von dem Stator in Richtung des Rotors abstehen. Jeder der Statorzähne ist von höchstens einer nur den betreffenden Statorzahn umgebenden Statorspule umgeben.
Bei Verwenden einer Topologie einer elektrischen Maschine mit 12 Statorzähnen und 14 Rotorpolen wurde ein sehr geringes Rastmoment und eine niedrige Drehmomentwelligkeit festgestellt. Diese Topologie ermöglicht es, die Wicklung als Einzelzahnwicklung auszuführen, wodurch vermieden wird, dass Kurzschlüsse an Kreuzungspunkten von sich überkreuzenden Statorspulen entstehen können. Dadurch wird eine erhöhte Sicherheit gewährleistet.
Insbesondere kann zumindest einer der Statorzähne an seinem dem Rotor zugewandten Ende in tangentialer Richtung keine Verbreiterung aufweisen. Diese Topologie ermöglicht es, die Statorzähne der elektrischen Maschine ohne verbreiterten Zahnkopf auszubilden, so dass die Spulenwicklung vorgefertigt und auf den Statorzahn aufgesteckt werden kann. Dies vereinfacht die Herstellung einer solchen elektrischen Maschine erheblich.
Vorzugsweise wird die elektrische Maschine mit einer Einzelzahnwicklung ausgebildet, so dass sich überkreuzende Spulenwicklungen verschiedener Phasen vermieden werden können.
Die Statorspulen können so angeordnet sein, dass sie jeweils einen Statorzahn umschließen.
Insbesondere kann ein Teil oder jeder der Rotorpole mit einem Permanentmagneten versehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform können die Permanentmagneten jeweils in oder auf einem der Rotorpole angeordnet und so ausgerichtet sein, dass deren Magnetpole jeweils in radiale Richtung weisen.
In oder auf jedem der Rotorpole können Permanentmagneten angeordnet sein, oder die Permanentmagneten in den Rotorpolen können im Sinne einer Folgepolanordnung nur in jedem zweiten Rotorpol angeordnet sein.
Weiterhin können die Permanentmagneten jeweils in einer Tasche zwischen zwei Rotorpolen angeordnet und so ausgerichtet sein, dass deren Magnetpole in tangentiale Richtung weisen.
Gemäß einer Ausführungsform können zwischen allen benachbarten Rotorpolen Permanentmagneten angeordnet sein, oder die Permanentmagneten im Sinne einer Folgepolanordnung nur in jeder zweiten Tasche angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine dem Stator zugewandte Außenfläche der Rotorpole eine stärkere Krümmung aufweisen als die durch den Abstand der Außenfläche von einer Mittenachse des Rotors bestimmte Kreiskrümmung.
Weiterhin kann die Außenfläche der Rotorpole eine Richterkontur oder eine kreisförmige Kontur mit einem Radius, der kleiner ist als der Abstand der Außenfläche von der Mittenachse des Rotors, aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann jeder der Statorzähne mit einer Statorspule versehen sein, wobei jeweils zwei benachbarte Statorspulen in Reihe miteinander zu einem Statorspulenpaar verschaltet sind, wobei das Statorspulenpaar und ein dem Statorspulenpaar gegenüberliegendes Statorspulenpaar einer Phase zugeordnet sind.
Weiterhin können die einer Phase zugeordneten Statorspulenpaare in Reihe geschaltet oder parallel zueinander geschaltet sein und in einer Sternpunktschaltung mit einem Sternpunkt oder einer Dreieckschaltung verschaltet sein.
Weiterhin kann jeweils eines der einer Phase zugeordneten Statorspulenpaare zu einer Sternpunktschaltung mit einem eigenen Sternpunkt geschaltet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist vorgesehen, die obige elektrische Maschine in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs zu verwenden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen für die elektrische Maschine sind nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine elektrische Maschine mit 12 Statorzähnen und 14 Rotorpolen mit vergrabenen Magneten;
2 eine elektrische Maschine mit Speichenmagneten und mit Sinuspolen nach Richter;
3 eine elektrische Maschine mit einer Folgepolanordnung;
4 eine elektrische Maschine mit Folgepolanordnung und Speichenmagneten.
5 eine Draufsicht auf die mit Statorspulen versehenen Statorzähne von der Mittenachse des Rotors;
6 eine Draufsicht auf die mit Statorspulen versehenen Statorzähne von der Mittenachse des Rotors sowie eine Schaltungsdarstellung bei einer Sternpunktschaltung mit mehreren Sternpunkten;
7 eine Draufsicht auf die mit Statorspulen versehenen Statorzähne von der Mittenachse des Rotors sowie eine Schaltungsdarstellung bei einer Dreiecksschaltung mit zwei getrennten Dreiphasensystemen;
8 eine Draufsicht auf die mit Statorspulen versehenen Statorzähne von der Mittenachse des Rotors sowie eine Schaltungsdarstellung bei einer Sternpunktschaltung mit einem Sternpunkt;
9 eine Draufsicht auf die mit Statorspulen versehenen Statorzähne von der Mittenachse des Rotors sowie eine Schaltungsdarstellung bei einer Sternpunktschaltung mit einem Sternpunkt;
10 eine Draufsicht auf die mit Statorspulen versehenen Statorzähne von der Mittenachse des Rotors sowie eine Schaltungsdarstellung bei einer Dreiecksschaltung.
Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator 2, der einen um eine Mittenachse M drehbaren Rotor 4 umgibt. Die elektrische Maschine ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Synchronmaschine ausgebildet.
Der Stator 2 umfasst 12 Statorzähne 3, die ausgehend von einem Statorkörper des Stators 2 in radialer Richtung hervorstehend nach innen in Richtung des Rotors 4 gerichtet sind. Das heißt, die Statorzähne 3 sind in Richtung der Mittenachse M der elektrischen Maschine 1 ausgerichtet. Die Statorzähne 3 sind in tangentialer Richtung voneinander gleichmäßig beabstandet, d. h. mit gleichem Versatzwinkel, und im Inneren des Statorkörpers angeordnet.
Der Rotor 4 ist drehbar um die Mittenachse M angeordnet und weist die Permanentmagnete 6 auf. Die Permanentmagnete 6 bilden Rotorpole 8 und sind so angeordnet, dass deren Magnetpole in radialer Richtung verlaufen. Benachbarte Permanentmagnete 6 sind entgegengesetzt gepolt. Die Anzahl der Rotorpole 8 des gezeigten Rotors 4 beträgt 14. Die Permanentmagnete 6 können, wie in der Ausführungsform der 1 dargestellt, als vergrabene Permanentmagnete 6 ausgebildet sein, die sich im Inneren eines entsprechenden Rotorpols 8 befinden und durch Material des Rotorpols 8 in radialer Richtung nach außen überdeckt sind. Alternativ können die Permanentmagnete 6 als Oberflächenmagnete ausgebildet sein, die in Ausnehmungen in der Außenfläche des Rotors 4 eingebettet sind, so dass der jeweilige Pol des Permanentmagneten 6 in radialer Richtung nach außen hin freiliegt. Die Verwendung von im Rotor 4 vergrabenen Permanentmagneten 6 ist vorteilhaft, da einfache und kostengünstige Magnetformen, wie z. B. mit ebenen Oberflächen, verwendet werden können und dadurch weiterhin eine einfache Rotorkonstruktion ohne Bandage und Korrosionsschutz ermöglicht werden kann.
Die Statorzähne 3 sind von Statorspulen 9 umgeben, die jeweils einen Statorzahn 3 umschließen. Der Übersichtlichkeit halber ist in 1 nur eine Statorspule 9 dargestellt. Das Vorsehen einer Statorspule 9 an jedem Statorzahn 3 ermöglicht es, sich überschneidende bzw. überkreuzende Spulenwicklungen der Statorspulen 9 zu vermeiden. Dadurch wird die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den Statorspulen 9 reduziert, da in einer Nut zwischen zwei Statorzähnen 3 lediglich zwei Spulenseiten angeordnet sind.
Das Innenende jedes Statorzahns 3 weist einen Abschluss auf, der als Zahnkopf 5 bezeichnet wird. Der Zahnkopf 5 dient dazu, eine Fläche bereitzustellen, durch die der Hauptanteil bzw. der größtmögliche Anteil des magnetischen Flusses, der von Permanentmagneten 6, die in dem Rotor 4 angeordnet sind, aufgenommen wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die elektrische Maschine 1 Statorzähne 3 auf, die keinen verbreiterten Zahnkopf 5 aufweisen, so dass es in einfacher Weise möglich ist, die Spulenwicklungen 9 auf die Statorzähne 3 aufzubringen. Mit anderen Worten sind die Statorzähne 3 als zylinderförmige bzw. quaderförmige Vorsprünge des Statorkörpers ausgebildet.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, die Rotorpole 8 mit einer Außenkontur zu versehen, um eine möglichst sinusförmige Flussdichteverteilung über den Rotorpol 8 zu erreichen, so dass der magnetische Fluss bei gleichzeitigem Vermeiden eines Auftretens einer Sättigung des magnetischen Flusses im Statorzahn möglichst hoch gewählt werden kann. Eine Möglichkeit besteht darin, die Rotorpole 8 als so genannte Sinuspole auszubilden. Die Sinuspole führen zu einer Luftspaltaufweitung an den Polkanten. Gemäß Richter ergibt sich als Formel für den Rotoraußenradius:
wobei R dem Radius unter dem räumlichen Winkel φ (Polformkontur), p der Polpaarzahl, φ dem räumlichen Winkel, R₁ dem Ständerradius (Innendurchmesser bei Innenläufer und umgekehrt) sowie δ₀ dem minimalen Luftspalt in Polmitte entsprechen. Es ergibt sich eine wellenförmige Außenfläche des Rotors 4, wobei im Allgemeinen die Bereiche der höchsten Erhebungen jedes Rotorpols 8 den Mittenachsen der Rotorpole 8, die in radialer Richtung verlaufen, entsprechen.
Vereinfachend kann an Stelle der obigen Gleichung nach Richter eine Funktion für die Luftspaltaufweitung gemäß 1/cos (pφ) verwendet werden. Die beiden Gleichungen unterscheiden sich im relevanten Bereich nur wenig voneinander. Die Kontur für den Luftspalt erzeugt ein durch das Polrad annäherndes sinusförmiges Luftspaltfeld, das eine deutliche Reduzierung der Rastmomente im Leerlauf und der Oberwellenmomente unter Last ermöglicht.
Alternativ kann die Polformkontur auch durch eine Außenkontur angenähert werden, die einer Bogenkontur mit einem konstanten Konturradius entspricht. Dabei ist der Konturradius kleiner als der Radius der Außenfläche des Rotors 4, so dass zwischen zwei benachbarten Rotorpolen 8 ein Spalt entsteht.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass gemäß einer Folgezahnanordnung nur jeder zweite Statorzahn 3 mit einer entsprechenden Spulenwicklung 9 versehen ist. Dies hat den Vorteil, dass in einer zwischen zwei Statorzähnen 3 gebildeten Nut nicht gleichzeitig zwei Spulenseiten angeordnet werden. Bei der Folgezahnanordnung entspricht der magnetische Fluss durch den nicht mit einer Statorspule 9 versehenen Statorzahn 3 dem magnetischen Rückfluss der benachbarten mit einer Statorspule 9 versehenen Statorzähne 3.
Bei einer Folgezahnanordnung des Stators 2, bei der nur jeder zweite Statorzahn als so genannter Hauptzahn bewickelt ist, können die Zahnbreiten (in tangentialer Richtung bezüglich der Mittenachse M) des bewickelten Hauptzahns und eines der benachbarten unbewickelten Hilfs- oder Zwischenzähne verschieden ausgebildet sein. Insbesondere kann eine Zahnbreite der bewickelten Hauptzähne von zwischen 30 und 50 Grad und eine Zahnbreite der Hilfszähne vorgesehen werden, die einem Winkelbereich zwischen 10 und 30 Grad entspricht. Insbesondere kann die Zahnbreite der Hauptzähne einem Winkelbereich von 40 Grad, die der Hilfszähne einem Winkelbereich von 20 Grad entsprechen.
In 2 ist ein weiterer Synchronmotor dargestellt, bei dem an Stelle der vergrabenen Permanentmagneten 6 die Permanentmagnete als Speichenmagnete ausgebildet sind. Die Speichenmagnete sind jeweils in Taschen 12 zwischen zwei benachbarten Rotorpolen 8 des Rotors 4 angeordnet, wobei in zwei jeweils benachbarten Taschen 12 die Permanentmagnete 6 so ausgerichtet sind, dass deren Polung im Wesentlichen in tangentialer Richtung gegeneinander gerichtet ist. Auch bei einer Speichenmagnetanordnung können die Rotorpole 8 eine Polformkontur entsprechend einer Sinuskontur oder Bogenkontur aufweisen.
Eine elektrische Maschine mit aufgestellten Magneten, d. h. mit Speichenmagneten, hat den Vorteil, dass der Fluss der Magnete zum Pol hin konzentriert werden kann und ein größerer Polfluss über den Luftspalt erzeugt werden kann. Somit ist es möglich, bei gleicher Baugröße und gleichen von Permanentmagneten bereitgestellten magnetischen Flüssen ein größeres Drehmoment zu erzeugen.
In 3 ist eine Folgepolanordnung für den Rotor 4 dargestellt, wobei nur jeder zweite Rotorpol mit einem vergrabenen Permanentmagneten 6 versehen ist, während der zwischen zwei mit den Permanentmagneten 6 gebildeten Rotorpolen 8 liegende Rotorpol 8 ohne Permanentmagneten 6 ausgebildet ist. Bei einer solchen Folgepolanordnung sind die Permanentmagnete 6 bezüglich ihrer radialen Ausrichtung gleich gepolt.
In 4 ist eine elektrische Maschine mit einer Folgepolanordnung von Speichenmagneten dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht der der 2, abgesehen davon, dass nicht jede Tasche 12 mit einem Permanentmagneten 6 versehen ist. In der gezeigten Ausführungsform der 4 ist nur jede zweite Tasche 12 mit einem Permanentmagneten 6 versehen. Um die mechanische Stabilität zu erhöhen, ist es sinnvoll, die nicht mit einem Permanentmagneten 6 versehenen Taschen 12 mit magnetisch nicht aktivem Material zu füllen. Diese nicht mit einem Permanentmagneten 6 versehenen Taschen 12 können weiterhin für weitere konstruktive Teile benutzt werden.
Vorstehend wurde die Erfindung anhand von elektrischen Maschinen mit Innenrotor beschrieben. Das Prinzip lässt sich jedoch auch auf elektrische Maschinen mit einem Außenrotor anwenden.
Wie oben beschrieben können, werden die Statorspulen 9 als Einzelzahnwicklungen ausgeführt, Kurzschlüsse zwischen den Leitern unterschiedlicher Phasen konstruktiv ausgeschlossen werden. Dies gilt insbesondere, wenn zwischen den Spulenseiten benachbarter Statorspulen 9, die in einer gemeinsamen Nut liegen, ein ausreichender Isolationsabstand gewährleistet ist oder ein Isolationselement zwischen den Spulenseiten vorgesehen wird.
In 5 sind die in der elektrischen Maschine 1 kreisförmig angeordneten 12 Statorzähne 3 in einer Draufsicht von der Mittenachse M in radialer Richtung nach außen in einer Ebene dargestellt. Bei den dargestellten Wicklungen handelt es sich um Statorspulen 9 eines dreiphasigen Synchronmotors. Somit sind jeweils vier Statorspulen 9 einer Phase zugeordnet. Die Statorspulen 9 einer Phase sind so angeordnet, dass jeweils zwei Statorspulen 9 an zueinander benachbarten Statorzähnen 3 und die anderen zwei Statorspulen 9 an den dazu in dem Statur 2 gegenüberliegenden Statorzähnen 3 angeordnet sind. Das heißt für das vorliegende Ausführungsbeispiel, dass die Statorspulen 9 an den Statorzähnen 3 mit den Nummern 1, 2, 7 und 8, die Statorspulen 9 an den Statorzähnen 3 mit den Nummern 3, 4, 9 und 10 sowie die Statorspulen 9 an den Statorzähnen 3 mit den Nummern 5, 6, 11 und 12 jeweils einer Phase zugeordnet sind.
Die Statorspulen 9 eines Statorspulenpaares aus benachbarten Statorspulen 9, die einer gemeinsamen Phase zugeordnet sind, weisen einen gegenläufigen Wicklungssinn auf. Weiterhin können die jeweils zwei benachbarten Statorspulen 9 einer Phase an den ersten sechs Statorzähnen 3 1–6 jeweils den gleichen Wicklungssinn aufweisen, während jeweils zwei Statorspulen 9 einer Phase an benachbarten Statorzähnen 3 der Statorzähne 3 7–12 einen zu den Statorspulen 9 der Statorzähne 3 1–6 gegenläufigen Wicklungssinn aufweisen. Mit anderen Worten, zwei im Rotor 4 einander gegenüberliegende Statorspulen 9 einer Phase haben einen gegenläufigen Wicklungssinn.
In 6 ist eine Verschaltung der Statorspulen 9 in einer Draufsicht auf die Statorzähne 3 und in einer schematischen Darstellung gezeigt, bei der die Statorspulen 9 in Sternpunktschaltung miteinander verschaltet sind, wobei die jeweils zwei Statorspulen 9 eines Statorspulenpaares in Reihe geschaltet sind, und die so in Reihe geschalteten Statorspulen 9 an den Statorzähnen 3 1–6 in einer Sternpunktschaltung über einen ersten Sternpunkt ST1 miteinander verbunden sind und die Statorspulen 9 der Statorspulenpaare an den Statorzähnen 3 7–12 entsprechend über einen zweiten Sternpunkt ST2 miteinander verbunden sind. Zusätzlich werden die Statorspulenpaare, die dem ersten Sternpunkt ST1 zugeordnet sind, und diejenigen, die dem zweiten Sternpunkt ST1 zugeordnet sind, getrennt voneinander über erste Phasenanschlüsse u1, v1, w1 bzw. u2, v2, w2 angesteuert.
In 7 ist eine alternative Verschaltung der Statorspulenpaare in zwei separaten Dreiecksschaltungen in einer Draufsicht auf die Statorzähne 3 und in einer schematischen Darstellung gezeigt, d. h. die Statorspulenpaare der Statorzähne 3 1–6 sind in einer Dreiecksschaltung und die Statorspulenpaare der Statorzähne 3 7–12 in einer davon elektrisch getrennten Dreiecksschaltung verschaltet. Zusätzlich werden die Statorspulenpaare der ersten Dreiecksschaltung und diejenigen der zweiten Dreiecksschaltung getrennt voneinander über erste Phasenanschlüsse u1, v1, w1 bzw. u2, v2, w2 angesteuert.
In 8 ist eine Verschaltung der Statorspulenpaare an den Statorzähnen 3 in einer gemeinsamen Sternpunktschaltung in einer Draufsicht auf die Statorzähne 3 und in einer schematischen Darstellung gezeigt, wobei jedes der Statorspulenpaare mit parallel geschalteten Statorspulen 9 mit dem gemeinsamen Sternpunkt ST verbunden ist und die Statorspulenpaare, die einer gemeinsamen Phase zugeordnet sind, parallel zueinander geschaltet sind und über einen gemeinsamen Phasenanschluss u, v, w angesteuert werden. Anstelle der Parallelschaltung der Statorspulen 9 in den Statorspulenpaaren kann auch jeweils eine Reihenschaltung der Statorspulenpaare vorgesehen sein.
9 zeigt eine Draufsicht auf die Statorzähne 3 und in einer schematischen Darstellung eine weitere Verschaltung der Statorspulen 9 in einer Sternpunktschaltung, bei der die Statorspulenpaare, die einer Phase zugeordnet sind, in Reihe geschaltet sind und die Reihenschaltungen der beiden Statorspulenpaare einer Phase jeweils mit einem gemeinsamen Sternpunkt ST verbunden sind, um eine Sternpunktschaltung zu bilden.
10 zeigt eine Draufsicht auf die Statorzähne 3 und in einer schematischen Darstellung die Verschaltung der Statorspulenpaare in Form einer Dreiecksschaltung, wobei die Statorspulenpaare, die einer Phase zugeordnet sind, in Reihe zueinander verschaltet sind. Alternativ ist es auch möglich, die Statorspulenpaare jeweils parallel zueinander zu verschalten.

Claims

Elektrische Maschine (1) umfassend: – einen Rotor (4) mit 14 Rotorpolen (8), der drehbar um eine Mittenachse angeordnet ist, und – einen Stator (2) mit 12 Statorzähnen (3), die in einer radialen Richtung bezüglich der Mittenachse von dem Stator (2) in Richtung des Rotors (4) abstehen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Statorzähne (3) von höchstens einer nur den betreffenden Statorzahn umgebenden Statorspule (9) umgeben ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, wobei zumindest einer der Statorzähne (3) an seinem dem Rotor (4) zugewandten Ende in tangentialer Richtung keine Verbreiterung aufweist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil oder jeder der Rotorpole (8) mit einem Permanentmagneten (6) versehen ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (6) jeweils in oder auf einem der Rotorpole (8) angeordnet sind und so ausgerichtet sind, dass deren Magnetpole jeweils in radiale Richtung weisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in oder auf jedem der Rotorpole (8) Permanentmagneten (6) angeordnet sind oder dass die Permanentmagneten (6) in den Rotorpolen (8) im Sinne einer Folgepolanordnung nur in jedem zweiten Rotorpol (8) angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (6) jeweils in einer Tasche zwischen zwei Rotorpolen (8) angeordnet sind und so ausgerichtet sind, dass deren Magnetpole in tangentiale Richtung weisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen allen benachbarten Rotorpolen (8) Permanentmagneten (6) angeordnet sind oder dass die Permanentmagneten (6) im Sinne einer Folgepolanordnung nur in jeder zweiten Tasche angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine dem Stator (2) zugewandte Außenfläche der Rotorpole (8) eine stärkere Krümmung aufweist, als die durch den Abstand der Außenfläche von einer Mittenachse des Rotors (4) bestimmte Kreiskrümmung.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, wobei die Außenfläche der Rotorpole (8) eine Richterkontur oder eine kreisförmige Kontur mit einem Radius, der kleiner ist als der Abstand der Außenfläche von der Mittenachse des Rotors (4), aufweist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jeder der Statorzähne (3) mit einer Statorspule (9) versehen ist, wobei jeweils zwei benachbarte Statorspulen (9) in Reihe miteinander zu einem Statorspulenpaar verschaltet sind, wobei das Statorspulenpaar und ein dem Statorspulenpaar gegenüberliegendes Statorspulenpaar einer Phase zugeordnet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 10, wobei die einer Phase zugeordneten Statorspulenpaare in Reihe geschaltet oder parallel zueinander geschaltet sind und in einer Sternpunktschaltung mit einem Sternpunkt oder einer Dreieckschaltung verschaltet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 10, wobei jeweils eines der einer Phase zugeordneten Statorspulenpaare zu einer Sternpunktschaltung mit einem eigenen Sternpunkt geschaltet sind.
Verwendung einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs.