DE102011084716A1

DE102011084716A1 - Electric machine i.e. synchronous electric machine, has rotor comprising rotor poles, stator comprising stator teeth, and coils divided into multiple coil groups, where coils in each coil group are arranged adjacent to each other

Info

Publication number: DE102011084716A1
Application number: DE201110084716
Authority: DE
Inventors: Steven-Andrew Evans
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-04-18
Also published as: CN103107623A

Abstract

The machine (401) has a rotor comprising rotor poles (107), and a stator (109) comprising stator teeth (111) that face the poles. Windings of three coils (113) are wound around the teeth, where the coils are divided into multiple coil groups. The coils in each group are arranged adjacent to each other. The coils are formed by a common winding wire, and the groups are connected in a star connection or a delta connection. A lead frame is formed with coil terminals, where electrical interconnections between the coils and the terminals are partially embedded in a resin layer of the frame.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Synchronmaschine.The invention relates to an electrical machine, in particular a synchronous machine.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Maschinen als solche sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 002 928 A1 oder aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 029 065 A1 bekannt. Sie umfassen in der Regel einen drehbar gelagerten Rotor mit Rotorpolen und einen Stator mit Statorzähnen, um welche jeweils eine Spule mit N Windungen gewickelt ist, wobei N eine natürliche Zahl ist. Electric machines as such are for example from the published patent application DE 10 2009 002 928 A1 or from the published patent application DE 10 2009 029 065 A1 known. They usually comprise a rotatably mounted rotor with rotor poles and a stator with stator teeth, around each of which a coil with N windings is wound, where N is a natural number.

Es ist wünschenswert, einen Fertigungsaufwand einer elektrischen Maschine zu reduzieren.It is desirable to reduce a manufacturing cost of an electric machine.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, eine elektrische Maschine anzugeben, welche einfach hergestellt werden kann. The object underlying the invention can therefore be seen to provide an electrical machine which can be easily manufactured.

Diese Aufgabe wird mittels des Gegenstands nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen. This object is achieved by means of the subject matter of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of each dependent subclaims.

Nach einem Aspekt wird eine elektrische Maschine, insbesondere eine Synchronmaschine, vorzugsweise eine bürstenlose elektrische Maschine, bereitgestellt. Die elektrische Maschine umfasst einen Rotor, welcher drehbar gelagert ist. Der Rotor weist mehrere Rotorpole auf, welche vorzugsweise mittels Permanentmagneten gebildet werden. Ferner ist ein Stator vorgesehen, der mehrere Statorzähne umfasst, wobei die Statorzähne den Rotorpolen zugewandt angeordnet sind. Um die Statorzähne ist jeweils eine Spule, insbesondere mehrere Spulen, gewickelt. Das heißt also insbesondere, dass die Windungen einer Spule um den Statorzahn gewickelt sind. Die Spulen sind hierbei in mehreren Spulengruppen gruppiert, wobei zumindest drei, insbesondere genau drei, Spulen einer Spulengruppe unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. According to one aspect, an electric machine, in particular a synchronous machine, preferably a brushless electric machine, is provided. The electric machine comprises a rotor which is rotatably mounted. The rotor has a plurality of rotor poles, which are preferably formed by means of permanent magnets. Further, a stator is provided which comprises a plurality of stator teeth, wherein the stator teeth are arranged facing the rotor poles. To the stator teeth in each case a coil, in particular a plurality of coils, wound. This means in particular that the turns of a coil are wound around the stator tooth. The coils are in this case grouped into a plurality of coil groups, wherein at least three, in particular exactly three, coils of a coil group are arranged directly adjacent to one another.

Die Erfindung umfasst also insbesondere den Gedanken, die Spulen, welche um die Statorzähne eines Stators gewickelt sind, zu gruppieren, wobei zumindest drei Spulen, welche zu einer gemeinsamen Spulengruppe gehören, unmittelbar nebeneinander bzw. unmittelbar benachbart zueinander angeordnet werden. Das heißt also insbesondere, dass diese drei Spulen jeweils um unmittelbar nebeneinander bzw. unmittelbar benachbart zueinander angeordnete Statorzähne gewickelt sind. The invention thus encompasses, in particular, the idea of grouping the coils which are wound around the stator teeth of a stator, wherein at least three coils, which belong to a common coil group, are arranged directly next to one another or directly adjacent to one another. This means, in particular, that these three coils are each wound around stator teeth arranged directly adjacent to one another or immediately adjacent to one another.

Ein Gruppieren im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insbesondere, dass die gruppierten Spulen einen gemeinsamen Stromkreis bilden. Die Spulengruppen bilden insofern jeweils von einander getrennte Stromkreise. In einer Spulengruppe müssen in der Regel die Spulen in Reihe geschaltet sein. Es können mehrere Spulengruppen parallel zu einander geschaltet sein. Das heißt also insbesondere, dass Untermengen der Spulen einer Spulengruppe in Reihe geschaltet werden. Insbesondere werden die drei nebeneinander angeordneten Spulen in Reihe geschaltet. In particular, grouping in the sense of the present invention means that the grouped coils form a common circuit. The coil groups form so far each of separate circuits. In a coil group usually the coils must be connected in series. Several coil groups can be connected in parallel with each other. This means in particular that subsets of the coils of a coil group are connected in series. In particular, the three juxtaposed coils are connected in series.

Dadurch, dass zumindest drei Spulen in einer Spulengruppe nebeneinander angeordnet sind, wird ein Herstellungsprozeß der elektrischen Maschine erheblich vereinfacht. Dies ergibt sich wie folgt. Characterized in that at least three coils are arranged side by side in a coil group, a manufacturing process of the electric machine is considerably simplified. This is as follows.

Zur elektrischen Kontaktierung werden die Spulen in der Regel insbesondere elektrisch mit einem Leitungsrahmen bzw. Leiterrahmen kontaktiert. Im Englischen wird hierfür der Fachbegriff „lead frame“ oder der Fachbegriff „connection board“ verwendet. Hierbei werden üblicherweise die Wicklungsenden der Spule mit dem Leitungsrahmen elektrisch verbunden, beispielsweise mittels Löten oder eines Heiß-Niet-Prozesses. Spulen, die zu einer Spulengruppe gehören, müssen in der Regel elektrisch miteinander verbunden sein. Wenn also nebeneinander angeordnete Spulen nicht zu einer Spulengruppe gehören, so muss jede der Spulen für sich mit dem Leitungsrahmen elektrisch kontaktiert werden, so dass jede der Spulen eine eigene elektrische Kontaktierung mit dem Leitungsrahmen aufweist. Hier schlägt die Erfindung aber vor, zumindest drei Spulen einer Spulengruppe nebeneinander anzuordnen, so dass die jeweiligen Wicklungsenden der drei Spulen zunächst elektrisch verbunden werden können bzw. alternativ kann insbesondere auch ein gemeinsamer Spulendraht verwendet werden, um diesen um die drei Statorzähne zu wickeln. Erst dann wird diese gemeinsame Verbindung bzw. der gemeinsame Spulendraht mit dem Leiterrahmen elektrisch kontaktiert. Folglich wird im Vergleich zum Stand der Technik eine Anzahl an notwendigen elektrischen Kontakten mit dem Leiterrahmen erheblich verringert, was insofern einen Fertigungsaufwand erheblich reduziert. For electrical contacting the coils are usually contacted in particular electrically with a lead frame or lead frame. In English, the technical term "lead frame" or the technical term "connection board" is used. In this case, usually the winding ends of the coil are electrically connected to the lead frame, for example by means of soldering or a hot-riveting process. Coils that belong to a coil group must usually be electrically connected to each other. Thus, if juxtaposed coils do not belong to a coil group, then each of the coils must be electrically contacted with the lead frame, so that each of the coils has its own electrical contact with the lead frame. Here, however, the invention proposes to arrange at least three coils of a coil group next to each other, so that the respective coil ends of the three coils can be electrically connected first or alternatively, in particular, a common coil wire can be used to wrap this around the three stator teeth. Only then is this common connection or the common coil wire electrically contacted with the lead frame. As a result, a number of necessary electrical contacts with the leadframe is significantly reduced compared to the prior art, which considerably reduces manufacturing costs.

Eine Windung im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet insbesondere einen Kreisdurchgang einer Wicklung der Spule. Wenn beispielsweise für eine Wicklung der Spule ein Spulendraht verwendet wird, so bedeutet eine Windungszahl von N, N eine natürliche Zahl, dass der Spulendraht N mal um den Statorzahn gewunden wurde. Ein Winddungssinn bezeichnet insbesondere eine Wicklungsrichtung des Spulendrahtes, also beispielsweise in oder gegen den Uhrzeigersinn.A winding in the sense of the present invention designates in particular a circuit passage of a winding of the coil. For example, if a coil wire is used for a winding of the coil, a number of turns of N, N means a natural number that the coil wire has been wound N times around the stator tooth. A Winddungssinn designates in particular a winding direction of the coil wire, so for example clockwise or counterclockwise.

Gemäß einer Ausführungsform ist jede der Spulen einer Phasenwicklung bzw. einer Phase der Motorwicklung zugeordnet. Bei einer Phase im Sinne der vorliegenden Erfindung kann es sich beispielsweise um eine Phase einer Motorwicklung handeln. Beispielsweise sind drei Phasen vorgesehen. Das heißt also insbesondere, dass jede der Spulen einer der drei Phasen zugeordnet ist. Die Spulen, welche einer gemeinsamen Phase zugeordnet sind, werden vorzugsweise auch in Spulengruppen gruppiert. Insbesondere die drei Spulen einer Spulengruppe, welche nebeneinander angeordnet sind, sind einer Phase zugeordnet. Es wird somit in vorteilhafter Weise einen Anzahl an Zwischenbereichen zwischen Statorzähnen mit Spulen unterschiedlicher Phase reduziert. An diesen Zwischenbereichen besteht in der Regel ein gewisses Risiko, dass es aufgrund der unterschiedlichen Phasen zu Kurzschlüssen zwischen den entsprechenden Phasen kommen könnte. Da aber erfindungsgemäß die Anzahl an solchen Zwischenbereichen reduziert ist, wird eine Kurzschlusswahrscheinlichkeit erheblich reduziert, was in vorteilhafter Weise zu einer besonders Fehler-toleranten elektrischen Maschine führt. Solche Zwischenbereiche werden insbesondere durch zwischen den einzelnen Statorzähnen gebildeten Statornuten gebildet. According to one embodiment, each of the coils is associated with a phase winding or a phase of the motor winding. For example, a phase in the sense of the present invention may be a phase of a motor winding. For example, three phases are provided. This means, in particular, that each of the coils is assigned to one of the three phases. The coils associated with a common phase are also preferably grouped into coil groups. In particular, the three coils of a coil group, which are arranged side by side, are associated with a phase. It is thus advantageously reduced a number of intermediate areas between stator teeth with coils of different phase. At these intermediate levels, there is usually some risk of short circuits between the phases due to the different phases. However, since according to the invention the number of such intermediate regions is reduced, a short-circuit probability is considerably reduced, which advantageously leads to a particularly fault-tolerant electrical machine. Such intermediate regions are formed in particular by stator grooves formed between the individual stator teeth.

Nach einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Leitungsrahmen für jede Phase ein Anschlussterminal aufweist, mittels welchen die Spulen einer gemeinsamen Phase elektrisch kontaktiert werden können. Das heißt also insbesondere, dass diese Spulen mit dem Anschlussterminal elektrisch verbunden sind, so dass es in vorteilhafter Weise ausreicht, die Phase an das Anschlussterminal anzuschließen, um die entsprechenden Spulen der Phase zuzuordnen. Dadurch ist ein entsprechender Kontaktierungsaufwand erheblich reduziert. Das Anschlussterminal ist insbesondere als ein Stecker oder eine Klemme ausgebildet, auf welche ein entsprechendes Phasenanschlusskabel für die Phase gesteckt bzw. geklemmt werden kann. Bei mehreren Anschlussterminals kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Anschlussterminals gleich oder unterschiedlich gebildet sind. According to one embodiment, it can be provided that the leadframe for each phase has a connection terminal, by means of which the coils of a common phase can be electrically contacted. This means, in particular, that these coils are electrically connected to the connection terminal, so that it is advantageously sufficient to connect the phase to the connection terminal in order to assign the corresponding coils to the phase. As a result, a corresponding contacting effort is considerably reduced. The connection terminal is designed in particular as a plug or a terminal, on which a corresponding phase connection cable for the phase can be inserted or clamped. In the case of a plurality of connection terminals, it can preferably be provided that the connection terminals are identical or different.

Gemäß einer Ausführungsform ist eine elektrische Verbindung zwischen einer Spule und einem Anschlussterminal zumindest teilweise, insbesondere komplett bzw. ganz, in einer Harzschicht eingebettet, wobei die Harzschicht an dem Leitungsrahmen angeordnet ist. Das heißt also insbesondere, dass der Leitungsrahmen eine Harzschicht aufweist, in welcher die elektrische Verbindung zumindest teilweise, insbesondere ganz, eingebettet ist. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass auch elektrische Verbindungen zwischen den einzelnen Spulen in der Harzschicht eingebettet sind. Die Harzschicht kann insbesondere schwarz sein. Es kann vorzugsweise auch vorgesehen sein, dass die Harzschicht die entsprechenden elektrischen Verbindungen bedeckt. Dadurch wird die elektrische Verbindung vor äußeren mechanischen oder elektrischen Einflüssen geschützt, so dass eine entsprechend aufgebaute elektrische Maschine auch in rauen Umgebungen eingesetzt werden kann. Die elektrische Maschine ist insofern besonders robust ausgebildet und kann sehr zuverlässig betrieben werden. According to one embodiment, an electrical connection between a coil and a connection terminal is at least partially, in particular completely or completely, embedded in a resin layer, wherein the resin layer is arranged on the lead frame. This means in particular that the lead frame has a resin layer in which the electrical connection is at least partially, in particular completely, embedded. Preferably, it can be provided that electrical connections between the individual coils are also embedded in the resin layer. The resin layer may in particular be black. It may also preferably be provided that the resin layer covers the corresponding electrical connections. As a result, the electrical connection is protected against external mechanical or electrical influences, so that a correspondingly constructed electrical machine can also be used in harsh environments. The electrical machine is therefore particularly robust and can be operated very reliable.

In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Leitungsrahmen einen jeweiligen Spulenanschluss zum elektrischen Anschließen der Spulen aufweist, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass der Spulenanschluss mittels der elektrischen Verbindung mit dem Anschlussterminal verbunden ist. Dadurch wird eine besonders einfache Kontaktierung der Spulen bewirkt. In a further embodiment it can be provided that the lead frame has a respective coil terminal for electrical connection of the coils, wherein in particular it can be provided that the coil terminal is connected by means of the electrical connection to the connection terminal. As a result, a particularly simple contacting of the coils is effected.

Eine Verbindung der Spulen mit den Spulenanschlüssen kann beispielsweise mittels Löten oder eines Heiß-Niet-Prozesses gebildet werden.A connection of the coils to the coil terminals can be formed for example by means of soldering or a hot-riveting process.

Nach einer Ausführungsform ist der Leitungsrahmen als ein gestanztes Bauteil gebildet. Das heißt also insbesondere, dass der Leitungsrahmen aus einem Rohbauteil herausgestanzt werden kann. Dies weist insbesondere den Vorteil auf, dass der Leitungsrahmen besonders einfach und auch schnell in hohen Stückzahlen produziert werden kann. In one embodiment, the lead frame is formed as a stamped component. This means in particular that the lead frame can be punched out of a shell component. This has the particular advantage that the lead frame can be produced particularly easily and quickly in large quantities.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Leitungsrahmen eine Kreisform mit einem Durchmesser aufweist, welcher im Wesentlichen dem Durchmesser des Stators entspricht. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein besonders kompakter Aufbau bewirkt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Leitungsrahmen eine Form aufweist, welche im Wesentlichen der Form des Stators entspricht. Vorzugsweise ragen die Anschlussterminals über den Stator radial nach Außen hinaus, so dass eine besonders einfache elektrische Kontaktierung der Anschlussterminals ermöglicht ist. According to a further embodiment it can be provided that the lead frame has a circular shape with a diameter which substantially corresponds to the diameter of the stator. As a result, a particularly compact construction is effected in an advantageous manner. In particular, it can be provided that the lead frame has a shape which substantially corresponds to the shape of the stator. Preferably, the connection terminals protrude beyond the stator radially outwards, so that a particularly simple electrical contacting of the connection terminals is made possible.

Die obigen Ausführungen in Bezug auf einen Leitungsrahmen sollen nicht als einschränkend, sondern lediglich als beispielhaft verstanden werden. Alternativ zu einem Leitungsrahmen können auch allgemein elektrische Kontaktierungsvorrichtungen verwendet werden, mittels welcher die Spulen elektrisch kontaktiert werden.The above statements regarding a lead frame should not be construed as limiting, but merely as exemplary. As an alternative to a lead frame it is also possible to use generally electrical contacting devices by means of which the coils are electrically contacted.

In einer Ausführungsform können die Phasen als Sternpunktschaltung oder als Deltaschaltung miteinander geschaltet sein. Eine Deltaschaltung kann auch als eine Dreiecksschaltung bezeichnet werden. Insbesondere in der Deltaschaltung wird aufgrund der Anordnung der drei Spulen eine dritte Ordnung in dem in der Deltaschaltung fließenden elektrischen Strom vermieden, was zu einer noch geringeren Drehmomentschwankung führt. Ferner werden dadurch auch Rotorverluste, akustische Emissionen und Bremsdrehmomente verringert. Des Weiteren wird dadurch auch eine Steuerung der elektrischen Maschine erheblich vereinfacht. In one embodiment, the phases may be connected together as a star point circuit or as a delta circuit. A delta circuit may also be referred to as a triangle circuit. In particular, in the delta connection, due to the arrangement of the three coils, a third order in the electric current flowing in the delta connection is avoided, which leads to an even smaller torque fluctuation. Further This also reduces rotor losses, acoustic emissions and braking torques. Furthermore, thereby a control of the electric machine is considerably simplified.

Nach einer Ausführungsform weisen die Spulen jeweils alternierend einen entgegen gesetzten Windungssinn auf. Das heißt also insbesondere, dass nach einer Spule mit einem bestimmten Windungssinn eine Spule folgt, welche einen dem bestimmten Windungssinn entgegen gesetzten Windungssinn aufweist. Als Beispiel und zur besseren Veranschaulichung sind drei nacheinander angeordnete Spulen vorgesehen, wobei die erste und die dritte Spule einen gleichen Winddungssinn und die zweite bzw. mittlere Spule einen diesem Winddungssinn entgegen gesetzten Windungssinn aufweisen. Das bewirkt in vorteilhafter Weise, dass die mittlere Spule bei Stromfluss einen magnetischen Fluss mit einer entgegen gesetzten Polarität bildet relativ zu einer Polarität eines magnetischen Flusses, welcher bei Stromfluss mittels der ersten und der zweiten Spule gebildet wird. Die entsprechenden magnetischen Flussverkettungen heben sich somit gerade nicht auf, so dass ein Drehmoment ausgebildet werden kann. Dies soll im Folgenden näher erläutert werden.According to one embodiment, the coils each have alternately an opposite sense of winding. This means in particular that after a coil with a certain sense of winding, a coil follows, which has a direction of rotation opposite to the particular sense of winding. As an example and for better illustration three successively arranged coils are provided, wherein the first and the third coil have a same Winddungssinn and the second and middle coil have a Winddungssinn this opposite direction of winding. This advantageously causes the central coil to form a magnetic flux of opposite polarity when current flows, relative to a polarity of a magnetic flux formed by current flows through the first and second coils. The corresponding magnetic flux linkages thus do not cancel each other, so that a torque can be formed. This will be explained in more detail below.

Die magnetische Flussverkettung ist insbesondere proportional zu dem Produkt aus magnetischen Fluss und N, Windungszahl, wobei hier noch das Vorzeichen plus oder minus abhängig von dem Windungssinn berücksichtigt werden muss. Die erste Spule weist beispielsweise aufgrund der Stromrichtung, welche sich aus dem Windungssinn ergibt, einen magnetischen Fluss M auf, welcher radial nach Außen zeigt. Die Flussverkettung wäre dann hier F_1.Spule = (+M)·(+N) The magnetic flux linkage is in particular proportional to the product of magnetic flux and N, number of turns, in which case the sign plus or minus depending on the winding sense must be taken into account. The first coil, for example, due to the current direction, which results from the sense of winding, a magnetic flux M, which points radially outward. The flux linkage would be here then F _{1st coil} = (+ M) · (+ N)

Die zweite Spule weist aufgrund der Stromrichtung einen magnetischen Fluss –M auf, welcher radial nach Innen zeigt. Die Flussverkettung beträgt dann F_2.Spule= (–M)·(–N) = M·N = F_1.Spule. Due to the current direction, the second coil has a magnetic flux -M, which points radially inwards. The flux linkage is then F _{2nd coil} = (-M) * (-N) = M * N = F _{1st coil} .

Analog folgen die Berechnungen für die 3. Spule. Die drei entsprechenden Flussverkettungen sind somit gleich und heben sich nicht gegenseitig auf. Analog follow the calculations for the 3rd coil. The three corresponding flux linkages are thus the same and do not cancel each other out.

Die obigen Berechnungen im Zusammenhang mit drei Spulen gelten analog für eine beliebige Anzahl an Spulen, so dass das Vorsehen von alternierenden Wicklungssinnen in vorteilhafter Weise jeweils gleiche Flussverkettungen bewirkt, die sich insofern nicht aufheben.The above calculations in connection with three coils apply analogously to any number of coils, so that the provision of alternating winding senses advantageously produces identical flux linkages, which do not cancel each other out.

Vorzugsweise sind die drei Spulen einer Spulengruppe mit alternierenden Winddungssinnen gebildet. Preferably, the three coils of a coil group are formed with alternating Winddungssinnen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die zumindest drei Spulen mittels eines gemeinsamen Wicklungsdrahts gebildet. Das heißt also insbesondere, dass ein Wicklungsdraht verwendet wird, um die drei Spulen um die drei benachbarten Statorzähne zu wickeln. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein Herstellungsaufwand noch weiter reduziert, da hier die drei Spulen bereits untereinander verbunden sind und lediglich die Wicklungsdrahtenden mit dem Leiterrahmen kontaktiert werden müssen. Eine Anzahl an Kontaktierungen mit dem Leiterrahmen wird somit in vorteilhafter Weise weiter reduziert. According to another embodiment, the at least three coils are formed by means of a common winding wire. This means in particular that a winding wire is used to wind the three coils around the three adjacent stator teeth. As a result, a production effort is reduced even further in an advantageous manner, since here the three coils are already interconnected and only the winding wire ends must be contacted with the lead frame. A number of contacts with the lead frame is thus advantageously further reduced.

Nach einer anderen Ausführungsform umfasst die elektrische Maschine 18 Statorzähne und 6 Spulengruppen mit jeweils 3 unmittelbar nebeneinander angeordneten Spulen. Vorzugsweise werden die 3 Spulen einer Spulengruppe einer von drei Phasen einer Wicklung zugeordnet. Das heißt also insbesondere, dass jede Spulengruppe einer Phase zugeordnet ist. Vorzugsweise sind eine erste, eine zweite und eine dritte Phase vorgesehen, wobei jeweils zwei der sechs Spulengruppen respektive der ersten, der zweiten und der dritten Phase zugeordnet sind. According to another embodiment, the electric machine comprises 18 stator teeth and 6 coil groups, each with 3 coils arranged directly next to one another. Preferably, the 3 coils of a coil group are assigned to one of three phases of a winding. This means, in particular, that each coil group is assigned to one phase. Preferably, a first, a second and a third phase are provided, wherein in each case two of the six coil groups respectively of the first, the second and the third phase are assigned.

Nach einer anderen Ausführungsform sind die der jeweiligen Phase zugeordneten Spulengruppen bezüglich der Phase alternierend gebildet. Das heißt also insbesondere, dass einer Spulengruppe mit einer bestimmten Phase, eine weitere Spulengruppe folgt, welche einer Phase zugeordnet ist, die verschieden von der bestimmten Phase ist. Das heißt also insbesondere bei drei Phasen, dass erst drei nebeneinander angeordnete Spulen der ersten Spulengruppe, welche der ersten Phase zugeordnet ist, vorgesehen sind. Dann folgen drei nebeneinander angeordnete Spulen der zweiten Spulengruppe, welche der zweiten Phase zugeordnet ist. Dann folgen drei nebeneinander angeordnete Spulen der dritten Spulengruppe, welche der ersten Phase zugeordnet ist. Dann folgen drei nebeneinander angeordnete Spulen der vierten Spulengruppe, welche der ersten Phase zugeordnet ist. Dann folgen drei nebeneinander angeordnete Spulen der fünften Spulengruppe, welche der zweiten Phase zugeordnet ist. Dann folgen drei nebeneinander angeordnete Spulen der sechsten Spulengruppe, welche der dritten Phase zugeordnet ist. Somit sind in vorteilhafter Weise nur 6 Statornuten zwischen zwei Spulen mit unterschiedlichen Phasen gebildet.According to another embodiment, the coil groups assigned to the respective phase are formed alternately with respect to the phase. This means, in particular, that a coil group with a certain phase follows a further coil group which is assigned to a phase which is different from the specific phase. This means, therefore, in particular in the case of three phases, that only three coils of the first coil group which are arranged next to one another and which are assigned to the first phase are provided. Then follow three juxtaposed coils of the second coil group, which is associated with the second phase. Then follow three juxtaposed coils of the third coil group, which is assigned to the first phase. Then follow three adjacent coils of the fourth coil group, which is associated with the first phase. Then follow three juxtaposed coils of the fifth coil group, which is associated with the second phase. Then follow three juxtaposed coils of the sixth coil group, which is assigned to the third phase. Thus, advantageously only 6 stator slots are formed between two coils having different phases.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention will be explained below with reference to preferred embodiments with reference to figures. Hereby show:

1 eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine nach dem Stand der Technik mit gewickelten Spulen, welche einer von drei Phasen zugeordnet sind, 1 a sectional view of a prior art electrical machine with wound coils, which are associated with one of three phases,

2 eine Schnittansicht der elektrischen Maschine aus 1, wobei die gewickelten Spulen der beiden anderen Phasen zusätzlich gezeigt sind, 2 a sectional view of the electric machine 1 wherein the wound coils of the other two phases are additionally shown

3 eine schematische Darstellung einer elektrischen Kontaktierung der Spulen der elektrischen Maschine aus 1, 3 a schematic representation of an electrical contact of the coils of the electric machine 1 .

4 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit gewickelten Spulen, welche einer von drei Phasen zugeordnet sind, 4 a sectional view of an electric machine according to the invention with wound coils, which are assigned to one of three phases,

5 eine Schnittansicht der elektrischen Maschine aus 4, wobei die gewickelten Spulen der beiden anderen Phasen zusätzlich gezeigt sind, 5 a sectional view of the electric machine 4 wherein the wound coils of the other two phases are additionally shown

6 eine schematische Ansicht einer Zusammenschaltung der Spulen der elektrischen Maschine aus 5, 6 a schematic view of an interconnection of the coils of the electric machine 5 .

7 eine schematische Ansicht einer weiteren Zusammenschaltung der Spulen der elektrischen Maschine aus 5, 7 a schematic view of a further interconnection of the coils of the electric machine 5 .

8 eine Sternschaltung der Spulengruppen der elektrischen Maschine aus 5, 8th a star connection of the coil groups of the electric machine 5 .

9 eine Dreiecksschaltung der Spulengruppen der elektrischen Maschine aus 5, 9 a triangular circuit of the coil groups of the electric machine 5 .

10 eine schematische Darstellung einer elektrischen Kontaktierung der Spulen der elektrischen Maschine aus 5 10 a schematic representation of an electrical contact of the coils of the electric machine 5

11 einen Vergleich zwischen einem jeweiligen Zeigerdiagramm für die von einer einzelnen Phase gebildete elektromotorische Kraft bezogen auf die 1. Ordnung in einer elektrischen Maschine nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung, 11 a comparison between a respective phasor diagram for the single-phase electromotive force related to the 1st order in a prior art electric machine and according to the invention;

12 einen Vergleich zwischen einem jeweiligen Zeigerdiagramm für die von einer einzelnen Phase gebildete elektromotorische Kraft bezogen auf die 3. Ordnung in einer elektrischen Maschine nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung, 12 a comparison between a respective phasor diagram for the single-phase electromotive force related to the 3rd order in a prior art electric machine and according to the invention,

13 einen graphischen Verlauf eines Drehmoments in Abhängigkeit eines Rotordrehwinkels und 13 a graph of torque as a function of a rotor rotation angle and

14 ein graphisches Balkendiagramm einer harmonischen Amplitude der elektromotorischen Kraft der Phase in Abhängigkeit von den harmonischen Ordnungen. 14 a graphical bar graph of a harmonic amplitude of the electromotive force of the phase as a function of the harmonic orders.

Im Folgenden werden für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet. Hereinafter, like reference numerals are used for like features.

1 zeigt eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine 101 nach dem Stand der Technik. Die elektrische Maschine 101 ist als eine Synchronmaschine gebildet. Sie umfasst einen Rotor 103, welcher drehbar mittels einer Welle 105 gelagert ist. Der Rotor 103 umfasst 14 Rotorpole 107, welche mittels Permanentmagnete 108 gebildet sind. 1 shows a sectional view of an electric machine 101 According to the state of the art. The electric machine 101 is formed as a synchronous machine. It includes a rotor 103 which is rotatable by means of a shaft 105 is stored. The rotor 103 includes 14 rotor poles 107 , which by means of permanent magnets 108 are formed.

Die Synchronmaschine 101 umfasst ferner einen Stator 109, welcher 18 Statorzähne 111 aufweist. Hierbei sind die Statorzähne 111 radial nach innen in Richtung der Welle 105 gerichtet und sind den Rotorpolen 107 zugewandt angeordnet. Die 18 Statorzähne 111 sind von 1 bis 18 durchnummeriert, wobei die entsprechende Nummerierung der Übersicht halber außen am Stator 109 eingezeichnet ist. Die Statorzähne 111 weisen jeweils an ihrem den Rotorpolen 107 zugewandten Ende einen verbreiterten Bereich 112 auf, welcher auch als ein Statorzahnschuh bezeichnet werden kann. The synchronous machine 101 further comprises a stator 109 , which has 18 stator teeth 111 having. Here are the stator teeth 111 radially inward in the direction of the shaft 105 directed and are the rotor poles 107 arranged facing. The 18 stator teeth 111 are numbered from 1 to 18, with the corresponding numbering on the outside of the stator for the sake of clarity 109 is drawn. The stator teeth 111 each have at their the rotor poles 107 facing end a widened area 112 which may also be referred to as a stator tooth shoe.

Um den ersten, zweiten, sechsten, zehnten, elften und fünfzehnten Statorzahn 111 ist jeweils eine Spule 113 gewickelt. Eine Wicklungsrichtung der Spulen 113 ist mittels zwei graphischen Elementen mit den Bezugszeichen 115 und 117 gekennzeichnet, wobei das Element mit dem Bezugszeichen 117 anzeigt, dass hier die Wicklung der Spule 113 in die Papierebene eintaucht. Das Element mit dem Bezugszeichen 115 zeigt an, dass die Wicklung der Spule 113 aus der Papierebene heraus kommt. Around the first, second, sixth, tenth, eleventh and fifteenth stator tooth 111 is each a coil 113 wound. A winding direction of the coils 113 is by two graphical elements with the reference numerals 115 and 117 characterized in that the element with the reference numeral 117 indicates that here is the winding of the coil 113 immersed in the paper plane. The element with the reference number 115 indicates that the winding of the coil 113 comes out of the paper plane.

Die in 1 eingezeichneten Spulen 113 sind einer Phase einer Dreiphasen-Wicklung zugeordnet und in zwei Spulengruppen gruppiert, 1. Gruppe: Spulen an Statorzahnpositionen 1, 2, 6; 2. Gruppe: Spulen an Statorzahnpositionen 10, 11, 15.In the 1 drawn coils 113 are assigned to one phase of a three-phase winding and grouped into two coil groups, 1st group: coils at stator tooth positions 1, 2, 6; 2nd group: coils at stator tooth positions 10, 11, 15.

Der Stator 109 ist mittels mehrerer Statorsegmente 125 jeweils umfassend einen Statorzahn 111 gebildet, wobei die Statorsegmente 125 beispielsweise mittels Laserschweißen miteinander an einem den Rotorpolen 107 abgewandten rückwärtigen Bereich 127 verbunden sind. The stator 109 is by means of several stator segments 125 each comprising a stator tooth 111 formed, wherein the stator segments 125 for example, by means of laser welding to one another at one of the rotor poles 107 facing away from the rear area 127 are connected.

2 zeigt die Synchronmaschine 101 aus 1, wobei hier nun weitere Spulen 113 um die entsprechenden Statorzähne 111 gewickelt sind. Hierbei ist jeweils eine Spule 113 um einen Statorzahn 111 gewickelt. Es werden jeweils sechs Spulen 113 zu einer gemeinsamen Phase analog zu 1 gruppiert und entsprechend den beiden anderen Phasen der Wicklung zugeordnet. Zur besseren Unterscheidung ist in 2 rechts neben der elektrischen Maschine 101 eine Legende eingezeichnet, welche drei Symbole 119, 121 und 123 für Spulen 113 der jeweils gleichen Phase zeigt. Hierbei kennzeichnet das Symbol 119 die erste Phase der Wicklung, die auch als Phase A bezeichnet werden kann. Das Symbol 121 kennzeichnet die Spulen 113, welche der zweiten Phase der Wicklung zugeordnet sind, wobei die zweite Phase auch als Phase B bezeichnet werden kann. Entsprechend kennzeichnet das Symbol 123 die Spulen 113, welche der dritten Phase, auch als Phase C bezeichnet, der Wicklung zugeordnet sind. 2 shows the synchronous machine 101 out 1 Here are more coils 113 around the corresponding stator teeth 111 are wound. Here is a coil 113 around a stator tooth 111 wound. There are six coils each 113 to a common phase analogous to 1 grouped and assigned according to the other two phases of the winding. For better distinction is in 2 right next to the electric machine 101 a legend drawn, which three symbols 119 . 121 and 123 for coils 113 the same phase shows. Here the symbol indicates 119 the first phase of the winding, which may also be referred to as phase A. The symbol 121 identifies the coils 113 which are associated with the second phase of the winding, wherein the second phase may also be referred to as phase B. Accordingly, the symbol indicates 123 the spools 113 which are associated with the third phase, also referred to as phase C, the winding.

Es sind sechs Spulengruppen gebildet, welche jeweils 3 Spulen 113 aufweisen, wobei die 3 Spulen einer gemeinsamen Phase zugeordnet sind. Hierbei sind maximal zwei Spulen 113 einer gemeinsamen Phase und einer gemeinsamen Spulengruppe nebeneinander bzw. benachbart zueinander angeordnet. Es gibt in der elektrischen Maschine 101 12 Statornuten 201, also Aussparungen zwischen den Statorzähnen 111, welche eine Grenze zwischen zwei Spulen mit unterschiedlichen Phasen bilden. Eine solche Grenze ist beispielsweise die Statornut 201 zwischen dem 2. und 3. Statorzahn 111. Es besteht also an 12 Bereichen die Möglichkeit, eines Kurzschlusses zwischen den entsprechenden Phasen.There are six coil groups formed, each with 3 coils 113 have, wherein the 3 coils are assigned to a common phase. Here are a maximum of two coils 113 a common phase and a common coil group adjacent to each other or adjacent to each other. There is in the electric machine 101 12 stator slots 201 , ie recesses between the stator teeth 111 which form a boundary between two coils with different phases. Such a limit is, for example, the stator slot 201 between the 2nd and 3rd stator tooth 111 , There is therefore the possibility of a short circuit between the corresponding phases in 12 areas.

3 zeigt schematisch, wie die 18 Spulen 113 der elektrischen Maschine 101 in 1 und 2 mit einem nicht gezeigten Leiterrahmen elektrisch kontaktiert sind. Hierbei kennzeichnet das Bezugszeichen 301 schematisch einen entsprechenden Wicklungsdraht der 18 Spulen 113. Die entsprechenden Wichlungsdrahtenden sind hier von 1 bis 24 durchnummeriert. Die Nummerierung ist hier mit dem Bezugszeichen 303 gekennzeichnet. Das heißt also, dass 24 einzelne elektrische Kontaktierungen auf dem elektrischen Leiterrahmen notwendig sind, um die 18 Spulen elektrisch zu kontaktieren. 3 schematically shows how the 18 coils 113 the electric machine 101 in 1 and 2 are electrically contacted with a lead frame, not shown. Here, the reference numeral 301 schematically a corresponding winding wire of the 18 coils 113 , The corresponding Wichlungsdrahtenden are numbered from 1 to 24 here. The numbering is here by the reference numeral 303 characterized. This means that 24 individual electrical contacts on the electrical lead frame are necessary to electrically contact the 18 coils.

4 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 401, welche als Synchronmaschine gebildet ist. Die Synchronmaschine 401 ist im Wesentlichen analog zu der Synchronmaschine 101 in 1 aufgebaut bis auf die Spulentopologie. Es kann insofern auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen werden. Ferner werden der Übersicht halber für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet. 4 shows an electrical machine according to the invention 401 , which is formed as a synchronous machine. The synchronous machine 401 is essentially analogous to the synchronous machine 101 in 1 built up to the bobbin topology. It can be referred to the relevant statements in this regard. Furthermore, the same reference numerals are used for the sake of clarity for the same features.

Ein Unterschied zu der Synchronmaschine 101 nach dem Stand der Technik besteht insbesondere darin, dass in der erfindungsgemäßen Synchronmaschine 401 die 3 Spulen 113 einer Spulengruppe für die Phase A jeweils in einer 3er Anordnung nebeneinander angeordnet sind. Das heißt also, dass drei Spulen 113 einer Spulengruppe für die Phase A nebeneinander angeordnet sind. Die drei weiteren Spulen 113 der zweiten Spulengruppe für die Phase A sind ebenfalls nebeneinander angeordnet. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass im Vergleich zu der elektrischen Maschine 101 gemäß 1 und 2 die dortige Spule 113 auf dem Statorzahn 6 auf den Statorzahn 9 und die dortige Spule 113 auf dem Statorzahn 15 auf den Statorzahn 18 verschoben wurden.A difference to the synchronous machine 101 According to the prior art, in particular, that in the synchronous machine according to the invention 401 the 3 coils 113 a coil group for the phase A are each arranged side by side in a 3-line arrangement. So that means that three coils 113 a coil group for the phase A are arranged side by side. The three other coils 113 the second coil group for the phase A are also arranged side by side. It can be provided, for example, that in comparison to the electric machine 101 according to 1 and 2 the local coil 113 on the stator tooth 6 on the stator tooth 9 and the local coil 113 were moved on the stator tooth 15 on the stator tooth 18.

5 zeigt die Synchronmaschine 401 aus 4 mit weiteren gewickelten Spulen 113, welche den beiden anderen Phasen, Phasen B und C, der Wicklung zugeordnet sind. Der Übersicht halber sind in 5 nicht sämtliche Bezugszeichen für die einzelnen Elemente eingezeichnet. Um die einzelnen Spulen 113 der drei Phasen A, B und C besser unterscheiden zu können, ist rechts von der Synchronmaschine 401 eine Legende analog zu 2 eingezeichnet. 5 shows the synchronous machine 401 out 4 with other wound coils 113 which are associated with the other two phases, phases B and C, of the winding. For clarity, in 5 not all reference numerals for the individual elements drawn. To the individual coils 113 The three phases A, B and C to differentiate better is right of the synchronous machine 401 a legend analogous to 2 located.

Jede der drei Phasen A, B und C weist insofern 6 Spulen 113 auf, wobei jeweils drei dieser 6 Spulen um benachbart zueinander angeordnete Statorzähne 111 gewickelt sind. Each of the three phases A, B and C has insofar 6 coils 113 in each case, three of these 6 coils around adjacent stator teeth 111 are wound.

Hierbei folgen nach drei Spulen einer gemeinsamen Phase, drei weitere Spulen einer davon unterschiedlichen Phase. Die Anzahl an Statornuten 201 als Grenze zwischen den unterschiedlichen Phasen beträgt insofern nur 6. Eine Kurzschlusswahrscheinlichkeit der Phasen ist somit in vorteilhafter Weise erheblich reduziert. This is followed by three coils of a common phase, three more coils of a different phase. The number of stator slots 201 The limit between the different phases is therefore only 6. A short-circuit probability of the phases is thus advantageously considerably reduced.

Wie die 5 insbesondere auch deutlich zeigt, weisen die jeweiligen Spulen an den entsprechenden Statorzahnpositionen 1 bis 18 einen alternierenden Windungssinn auf. Das heißt also insbesondere, dass die Spulen an Statorzahnposition 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 und 17 einen Winddungssinn aufweisen, welcher entgegen gesetzt ist bezüglich des Winddungssinns der Spulen an Statorzahnposition 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 und 18.As the 5 In particular, also clearly shows, the respective coils at the corresponding Statorzahnpositionen 1 to 18 on an alternating winding sense. This means in particular that the coils at Statorzahnposition 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 and 17 have a Winddungssinn, which is opposite to the Winddungssinns the coils at stator tooth position 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 and 18.

6 zeigt eine schematische Ansicht einer Zusammenschaltung der Spulen 113 der gleichen Phase der elektrischen Maschine 401 aus 5. Die jeweiligen Spulen einer Spulengruppe sind in Reihe geschaltet. A1 und A2, B1 und B2 sowie C1 und C2 kennzeichnen respektive elektrische Anschlüsse der Reihenschaltungen, wobei sich A, B und C auf die drei Phasen bezieht. Die Nummerierungen 1 bis 18 in den drei Reihenschaltungen beziehen sich auf die entsprechende Statorzahnposition. 6 shows a schematic view of an interconnection of the coils 113 the same phase of the electric machine 401 out 5 , The respective coils of a coil group are connected in series. A1 and A2, B1 and B2, and C1 and C2 denote electrical connections of the series circuits, respectively, where A, B and C refer to the three phases. The numbers 1 to 18 in the three series connections refer to the corresponding Statorzahnposition.

Die Phase A umfasst zwei Spulengruppen umfassend die Spulen an Statorzahnpositionen, 1. Gruppe, 18, 1, 2; 2. Gruppe: 9, 10 und 11.The phase A comprises two coil groups comprising the coils at Statorzahnpositionen, 1st group, 18, 1, 2; 2nd group: 9, 10 and 11.

Die Phase B umfasst zwei Spulengruppen umfassend die Spulen an Statorzahnpositionen, 1. Gruppe, 6, 7, 8; 2. Gruppe: 15, 16 und 17.Phase B comprises two coil groups comprising the coils at stator tooth positions, 1st group, 6, 7, 8; 2nd group: 15, 16 and 17.

Die Phase C umfasst zwei Spulengruppen umfassend die Spulen an Statorzahnpositionen, 1. Gruppe, 3, 4, 5; 2. Gruppe: 12, 13 und 14.Phase C comprises two coil groups comprising the coils at stator tooth positions, 1st group, 3, 4, 5; 2nd group: 12, 13 and 14.

Der neben den Spulen eingezeichnete Punkt, wird hier analog zu den bisherigen Figuren mit dem Bezugszeichen 115 gekennzeichnet, da an dieser Stelle die Wicklung der entsprechenden Spule aus der Papierebene austritt, so dass ein Richtungswicklung der Spulenwicklung klargestellt ist. The drawn next to the coil point is here analogous to the previous figures by the reference numeral 115 characterized in that at this point the winding of the corresponding coil exits the paper plane, so that a direction winding of the coil winding is made clear.

Der Einfachheit halber kann eine Spule an Statorzahnposition „X“, auch als Spule „X“ bezeichnet werden, wobei X der entsprechenden Nummerierung entspricht.For simplicity, a coil at stator tooth position "X", also referred to as coil "X", where X corresponds to the corresponding numbering.

7 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Zusammenschaltung der Spulen der gleichen Phase der elektrischen Maschine 401 aus 5. Es werden die gleichen Symbole wie in 6 verwendet, so dass hier auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen werden kann. Jeweils drei Spulen einer Spulengruppe sind in Reihe geschaltet, wobei die beiden Reihenschaltungen, also die beiden Spulengruppen, wiederum parallel zwischen den jeweiligen Anschlüssen A1, A2, B1, B2 und C1, C2 geschaltet sind. 7 shows a schematic view of a further interconnection of the coils of the same phase of the electric machine 401 out 5 , It will be the same symbols as in 6 used, so that reference can be made here to the relevant statements. Each three coils of a coil group are connected in series, wherein the two series circuits, so the two coil groups, in turn, are connected in parallel between the respective terminals A1, A2, B1, B2 and C1, C2.

Die beiden Spulengruppen der jeweiligen Phasen A, B und C sind analog zu 6 gebildet.The two coil groups of the respective phases A, B and C are analogous to 6 educated.

In der Phase A bilden die Spulen 18, 1 und 2 eine Spulengruppe. Die Spulen 9, 10 und 11 bilden eine weitere Spulengruppe. Die beiden Spulengruppen sind parallel zwischen den Anschlüssen A1 und A2 geschaltet.In phase A, the coils 18, 1 and 2 form a coil group. The coils 9, 10 and 11 form another coil group. The two coil groups are connected in parallel between the terminals A1 and A2.

In der Phase B bilden die Spulen 6, 7 und 8 eine Spulengruppe. Die Spulen 15, 16 und 17 bilden eine weitere Spulengruppe. Die beiden Spulengruppen sind parallel zwischen den Anschlüssen B1 und B2 geschaltet.In phase B, the coils 6, 7 and 8 form a coil group. The coils 15, 16 and 17 form another coil group. The two coil groups are connected in parallel between the terminals B1 and B2.

In der Phase C bilden die Spulen 3, 4 und 5 eine Spulengruppe. Die Spulen 12, 13 und 14 bilden eine weitere Spulengruppe. Die beiden Spulengruppen sind parallel zwischen den Anschlüssen C1 und C2 geschaltet.In phase C, the coils 3, 4 and 5 form a coil group. The coils 12, 13 and 14 form another coil group. The two coil groups are connected in parallel between the terminals C1 and C2.

Das heißt also allgemein, dass jeweils drei nebeneinander angeordnete Spulen einer Spulengruppe in Reihe geschaltet werden, wobei dann diese beiden Reihenschaltungen parallel (7) oder in Reihe (6) zueinander geschaltet werden.So that means in general that in each case three adjacent coils of a coil group are connected in series, in which case these two series circuits in parallel ( 7 ) or in series ( 6 ) are switched to each other.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass bei der in 7 gezeigten Anordnung die Spulen die doppelte Wicklungszahl aufweisen im Vergleich zu den Spulen gemäß der in 6 gezeigten Anordnung. It can be provided in particular that in the in 7 As shown in the arrangement shown, the coils have twice the number of turns compared to the coils according to the in 6 shown arrangement.

8 zeigt schematisch, wie die entsprechenden Anschlüsse der Phasen A, B und C miteinander verbunden werden können, um eine Sternschaltung der drei Phasen A, B und C zu bilden. 8th Fig. 2 shows schematically how the respective terminals of the phases A, B and C can be connected together to form a star connection of the three phases A, B and C.

9 zeigt schematisch, wie die entsprechenden Anschlüsse der Phasen A, B und C miteinander verbunden werden können, um eine Dreiecksschaltung der drei Phasen A, B und C zu bilden. 9 Fig. 12 schematically shows how the respective terminals of the phases A, B and C can be connected together to form a triangular circuit of the three phases A, B and C.

10 zeigt analog zu 3 schematisch, wie die 18 Spulen 113 der elektrischen Maschine 401 in 4 und 5 mit einem nicht gezeigten Leiterrahmen elektrisch kontaktiert sind. Hierbei kennzeichnet das Bezugszeichen 1001 schematisch einen entsprechenden Wicklungsdraht der Spulen der Phase A. Das Bezugszeichen 1003 kennzeichnet schematisch einen entsprechenden Wicklungsdraht der Spulen der Phase C. Das Bezugszeichen 1005 kennzeichnet schematisch einen entsprechenden Wicklungsdraht der Spulen der Phase B. Die entsprechenden Wicklungsdrahtenden sind hier von 1 bis 12 durchnummeriert. Die Nummerierung ist auch hier mit dem Bezugszeichen 303 gekennzeichnet. Das heißt also, dass 12 einzelne elektrische Kontaktierungen auf dem elektrischen Leiterrahmen notwendig sind, um die 18 Spulen elektrisch zu kontaktieren. Im Vergleich zu der bekannten elektrischen Maschine 101 in 1 und 2 wird somit ein Fertigungsaufwand erheblich reduziert. 10 shows analogously to 3 schematically, like the 18 coils 113 the electric machine 401 in 4 and 5 are electrically contacted with a lead frame, not shown. Here, the reference numeral 1001 schematically a corresponding winding wire of the coil of the phase A. The reference numeral 1003 schematically indicates a corresponding winding wire of the phase C coils 1005 schematically indicates a corresponding winding wire of the coil of the phase B. The corresponding winding wire ends are numbered from 1 to 12 here. The numbering is also here by the reference numeral 303 characterized. This means that 12 individual electrical contacts on the electrical lead frame are necessary to electrically contact the 18 coils. Compared to the known electric machine 101 in 1 and 2 Thus, a production cost is significantly reduced.

11 zeigt einen Vergleich zwischen einem jeweiligen Zeigerdiagramm für die von einer einzelnen Phase gebildete elektromotorische Kraft (EMK), also die einzelnen EMK-Vektoren, bezogen auf die 1. Ordnung, also die Grundphase, in einer elektrischen Maschine nach dem Stand der Technik (linkes Zeigerdiagramm) und nach der Erfindung (rechtes Zeigerdiagramm). Aufgrund des Umpositionierens von zwei Spulen jeder Phase in einer 3er-Anordnung gemäß der Erfindung hat sich der Wicklungszonenfaktor der Grundwelle k_d1 von 0,960 (Stand der Technik) auf 0,844 (Erfindung) verringert (Verringerung um 12 %). Dies bedeutet, dass bei Verwendung der Erfindung das durchschnittliche Drehmoment 12 % geringer ist als beim Stand der Technik bei gleichem Phasenstrom. Vorzugsweise werden in einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ein höherer Phasenstrom verwendet und/oder eine Vergrößerung der Länge der Maschine vorgesehen, um den geringeren Wicklungszonenfaktor auszugleichen. 11 shows a comparison between a respective vector diagram for the electromotive force (EMF) formed by a single phase, ie the individual EMF vectors, related to the 1st order, ie the basic phase, in a prior art electric machine (left hand diagram ) and according to the invention (right hand pointer diagram). Due to the repositioning of two coils of each phase in a 3-ary arrangement according to the invention, the winding zone _factor of the fundamental wave k _{d1 has been} reduced from 0.960 (prior art) to 0.844 (invention) (reduction by 12%). This means that when using the invention, the average torque is 12% lower than in the prior art with the same phase current. Preferably, a higher phase current is used in an electrical machine according to the invention and / or an increase in the length of the machine is provided to compensate for the lower winding zone factor.

12 zeigt die EMK-Vektoren der dritten Oberwellenphase in einer bekannten elektrischen Maschine (links) und in einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine (rechts). Aufgrund des Umpositionierens von zwei Spulen jeder Phase in einer 3er-Anordnung gemäß der Erfindung hat sich der Wicklungszonenfaktor der dritten Oberwelle k_d3 von 0,667 (Stand der Technik) auf 0 (Erfindung) verringert. Dies ist insbesondere sehr vorteilhaft, wenn die Dreiphasenwicklung mit einer Deltaschaltung verbunden ist, da im Delta fließender Strom, der durch die dritte Oberwelle der Phasen EMKs angesteuert wird, unterbunden wird. Im Automobilbereich kommt die Deltaschaltung in der Regel häufig zum Einsatz, da sie im Vergleich zu einer Sternschaltung den Einsatz von dünnerem Draht ermöglicht, welcher einfacher gewickelt werden kann und zu höheren Wicklungsfüllfaktoren führt. 12 shows the EMF vectors of the third harmonic phase in a known electric machine (left) and in an electric machine according to the invention (right). Due to the repositioning of two coils of each phase in a 3-arm arrangement according to the invention, the third harmonic winding factor k _{d3 has} decreased from 0.667 (prior art) to 0 (invention). This is particularly advantageous when the three-phase winding is connected to a delta circuit, since current flowing in the delta, which is driven by the third harmonic of the phases EMF, is prevented. In the automotive sector, the delta connection is usually used frequently because it allows the use of thinner wire compared to a star connection, which can be wound more easily and leads to higher winding fill factors.

Durch das Unterbinden von im Delta fließendem Strom wird eine Erhöhung von Kupferverlusten (I^2*R-Verluste), eine Verringerung des Wirkungsgrads der Maschine und die Erzeugung eines Bremsmoments vermieden, welche durch den fließenden Strom erzeugt werden. Zweitens werden auch weitere negative Effekte von im Delta fließendem Strom vermieden, zum Beispiel ein Erhöhen von Rotorverlusten, ein Erhöhen von Drehmomentschwankungen, ein Erhöhen von akustischen Geräuschen bzw. Emissionen und Schwierigkeiten beim Steuern der Maschine. By inhibiting current flowing in the delta, an increase of copper losses (I ^{2 *} R losses), a reduction of the efficiency of the engine and the generation of a braking torque, which are generated by the flowing current, are avoided. Secondly, other negative effects of current flowing in the delta are also avoided, for example increasing rotor losses, increasing torque fluctuations, increasing acoustic noise and difficulties in controlling the engine.

13 zeigt einen Verlauf eines Drehmoments pro Einheit (p. E.) über einen Drehwinkel des Rotors von zwei Polteilungen (360/7°). Das Bezugszeichen 1301 kennzeichnet den Verlauf in einer bekannten elektrischen Maschine. Das Bezugszeichen 1303 kennzeichnet den Verlauf in einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine. Hierbei wurde die Kurve 1303 auf die Kurve 1301 normiert. Die Verringerung des durchschnittlichen Drehmoments in einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine um 12% sind zu erkennen. Jedoch zeigt die erfindungsgemäße elektrischen Maschine im Vergleich zum Stand der Technik um 21 % verringerte Drehmomentschwankungen. Hier ist weiter zu beachten, dass für den Verlauf in 13 weitere das Drehmoment beeinflussende Faktoren wie beispielsweise potentiell im Delta fließenden Strom nicht berücksichtigt wurden, so dass die Drehmomentschwankungen im Stand der Technik noch wesentlich höher sein können als in 13 gezeigt. 13 shows a curve of a torque per unit (p.E.) over a rotation angle of the rotor of two pole pitches (360/7 °). The reference number 1301 indicates the course in a known electric machine. The reference number 1303 indicates the course in an electrical machine according to the invention. This was the curve 1303 on the curve 1301 normalized. The reduction of the average torque in an electric machine according to the invention by 12% can be seen. However, the electric machine according to the invention shows by 21% reduced torque fluctuations compared to the prior art. Here is further to note that for the course in 13 Further factors influencing the torque, such as, for example, potential flowing in the delta, have not been taken into account, so that the torque fluctuations in the prior art can still be significantly higher than in 13 shown.

14 zeigt die Amplitude der Phasen-EMK-Oberschwingungen in einer bekannten elektrischen Maschine (Balken mit dem Bezugszeichen 1401) und in einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine (Balken mit dem Bezugszeichen 1403). Die Amplituden wurden auf die Grundschwingung in der bekannten elektrischen Maschine normiert. Die 14 zeigt eine Verringerung der Grundschwingung um 12 % in der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine im Vergleich zum Stand der Technik und die vollständige Beseitigung der dritten Oberwelle. 14 shows the amplitude of the phase EMF harmonics in a known electric machine (bar with the reference numeral 1401 ) and in an electrical machine according to the invention (bar with the reference numeral 1403 ). The amplitudes were normalized to the fundamental in the known electric machine. The 14 shows a reduction of the fundamental vibration by 12% in the electric machine according to the invention compared to the prior art and the complete elimination of the third harmonic.

Die obigen Ausführungen sollen sich nicht nur auf eine dreiphasige Synchronmaschine mit 18 Statorzähnen und 14 Rotorpolen beschränken. Es können auch mehr oder weniger als 18 Statorzähne und/oder mehr oder weniger als 14 Rotorpole vorgesehen sein.The above explanations should not be limited to a three-phase synchronous machine with 18 stator teeth and 14 rotor poles. It is also possible to provide more or fewer than 18 stator teeth and / or more or fewer than 14 rotor poles.

Zusammenfassend wird insbesondere ein neuer Wicklungsaufbau, 3er-Anordnung von drei gruppierten Spulen, vorgeschlagen, durch welchen die Anzahl der Verbindungen zwischen der Wicklung und dem Leitungsrahmen und die Anzahl von Statornuten, welche eine Grenze zwischen Spulen unterschiedlicher Phasen bilden, so dass hier Spulenseiten verschiedener Phasen einander gegenüberliegend angeordnet sind, verringert wird und durch welchen die dritte Oberwelle in der Phase EMK beseitigt wird, wodurch der dritte Oberwellenstrom, der im Delta fließt, wenn die Wicklung eine Deltaschaltung aufweist, in vorteilhafter Weise beseitigt wird. In summary, in particular, a new winding structure, 3-arrangement of three grouped coils is proposed, by which the number of connections between the winding and the lead frame and the number of stator slots, which form a boundary between coils of different phases, so here coil sides of different phases are located opposite to each other, and by which the third harmonic wave in the phase EMK is eliminated, whereby the third harmonic current flowing in the delta when the winding has a delta circuit is advantageously eliminated.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009002928 A1 [0002]
DE 102009029065 A1 [0002]

Claims

Electric machine ( 401 ), comprising: - a rotatably mounted rotor ( 103 ) with several rotor poles ( 107 ), - a stator ( 109 ) with several rotor poles ( 107 ) arranged facing stator teeth ( 111 ) about which respective turns of a coil ( 113 ) are wound, - wherein the coils ( 113 ) are grouped into a plurality of coil groups, characterized in that - at least three coils ( 113 ) are arranged in a coil group immediately adjacent to each other.

Electric machine ( 401 ) according to claim 1, wherein the at least three coils are associated with a phase.

Electric machine ( 401 ) according to claim 1 or 2, wherein the at least three coils ( 113 ) are formed by means of a common winding wire.

Electric machine ( 401 ) according to one of the preceding claims, wherein the plurality of coil groups are connected together in a star or in a triangle circuit.

Electric machine ( 401 ) according to one of the preceding claims, wherein the coils ( 113 ) in each case alternately have an opposite sense of winding.

Electric machine ( 401 ) according to one of the preceding claims, wherein for electrically contacting the coils ( 113 ) a leadframe is formed with coil terminals to which the coils are electrically contacted.

Electric machine ( 401 ) according to claim 6 and claim 2, wherein the leadframe has a terminal terminal for the phase and the coil terminals are connected to the terminal terminal by means of a respective electrical connection.

Electric machine ( 401 ) according to claim 7, wherein the respective electrical connection between the coils ( 113 ) and the corresponding connection terminal is at least partially embedded in a resin layer of the lead frame.

Electric machine ( 401 ) according to one of the preceding claims as far as dependent on claim 2, wherein 18 stator teeth ( 111 ) and six coil groups, each with 3 directly adjacent coils ( 113 ) are formed, which are each associated with a phase, so that each coil group is associated with a phase.

Electric machine ( 401 ) according to claim 9, wherein a first, a second and a third phase are provided and wherein in each case two of the six coil groups respectively of the first, the second and the third phase are assigned.

Electric machine ( 401 ) according to claim 9 or 10, wherein the coil groups assigned to the respective phase are formed alternately with respect to the phase.