DE102009036034B4

DE102009036034B4 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102009036034B4
Application number: DE102009036034A
Authority: DE
Inventors: Gurakuq Dr.-Ing. 85579 Dajaku
Original assignee: FEAAM GmbH
Current assignee: FEAAM GmbH
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2029-08-05
Also published as: US20120228981A1; CN102577036A; WO2011015606A1; CN102577036B; DE102009036034A1

Abstract

Elektrische Maschine, umfassend – einen Stator (8), der Nuten (1, 2) zur Aufnahme von Spulen einer elektrischen Wicklung umfasst, und – einen relativ zum Stator beweglichen Rotor (9), wobei – eine erste Spule in einer ersten Nut (1) eine erste Windungszahl (n1) aufweist, – die erste Spule in einer zweiten Nut (2) eine zweite Windungszahl (n2) aufweist, die von der ersten Windungszahl (n1) der ersten Spule verschieden ist, – eine zweite Spule in der ersten Nut (1) eine erste Windungszahl (n1') aufweist und – die zweite Spule in der zweiten Nut (2) eine zweite Windungszahl (n2') aufweist, die von der ersten Windungszahl (n1') der zweiten Spule verschieden ist, – derart, dass die Gesamtzahl der Windungen in der ersten Nut (1) verschieden von der Gesamtzahl der Windungen in der zweiten Nut (2) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine.
Üblicherweise umfassen elektrische Maschinen einen gehäusefesten Stator sowie einen Rotor, der relativ zum Stator beweglich ist. Der Rotor kann beispielsweise drehbar bezüglich des Stators gelagert oder linear dazu verschiebbar sein. Elektrische Maschinen werden den elektro-mechanischen Energiewandlern zugeordnet. Dabei können sie motorisch oder generatorisch arbeiten.
Beispielsweise können elektrische Maschinen zum Antrieb in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Dabei und bei anderen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, bestimmte Eigenschaften des Betriebsverhaltens der elektrischen Maschine zu erzielen. Dazu können das Drehmoment, die akustischen Eigenschaften, die Verluste im Eisen sowie die Verluste in Wicklungen und Verluste in Magneten zählen.
Ein Stator einer elektrischen Maschine mit konzentrierten Wicklungen zeichnet sich durch kompaktes Design gegenüber einem solchen mit verteilten Wicklungen aus. Dabei können unterschiedliche Polpaarzahlen mit unterschiedlichen Anzahlen von Nuten im Stator kombiniert werden. Als Polpaarzahl wird dabei die Anzahl der Polpaare im Rotor verstanden. Die Nuten im Stator dienen zur Aufnahme der Wicklungen. Jedes magnetische Polpaar im Rotor umfasst normalerweise zwei magnetische Pole, einen Nordpol und einen Südpol.
Beispielsweise in dem Dokument US 2007/0194650 A1 ist eine elektrische Maschine mit zwölf Nuten und zehn Polen beschrieben. Bei einer derartigen Maschine ist die vom Stator im Betrieb hervorgerufene magnetomotorische Kraft, MMK nicht gemäß einer einfachen Sinuswelle verteilt. Vielmehr wird bei einer Analyse der magnetomotorischen Kraft und ihrer harmonischen Komponenten, beispielsweise mit einer Fourier-Zerlegung, deutlich, dass zahlreiche unerwünschte harmonische Komponenten auftreten. Dabei sind jeweils alle harmonischen Komponenten außer derjenigen, die als Arbeitswelle der elektrischen Maschine genutzt wird, unerwünscht, da diese zu Verlusten führen können und zudem unerwünschte akustische Beeinträchtigungen verursachen können.
Als Arbeitswelle kommt bei Maschinen mit konzentrierten Wicklungen nicht notwendigerweise die Grundwelle zur Anwendung. Vielmehr kann es vorteilhaft sein, eine harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft, die von höherer Ordnung ist, als Arbeitswelle zu nutzen.
Beispielsweise kann bei einer elektrischen Maschine mit einem Stator mit konzentrierten Wicklungen, wobei zwei nebeneinander liegende Zähne mit Spulen eines Strangs und entgegengesetztem Wicklungssinn versehen sind, die fünfte oder siebte Harmonische als Arbeitswelle genutzt werden. Hieraus ergibt sich in der Grundform eine Maschine mit zwölf Nuten und zehn Polen beziehungsweise zwölf Nuten und 14 Polen. Ganzzahlige Vielfache der Anzahl der Nuten und der Anzahl der Pole sind hierbei ebenso möglich.
In dem Dokument US 6,380,648 B1 wird gelehrt, die Summe der Windungszahlen pro Nut symmetrisch und konstant zu halten, um möglichst gleiche Nutfüllfaktoren zu erreichen und zudem eine einfache Bewicklung zu erzielen.
In dem Aufsatz von Gottkehaskamp R.: ”Optimal gefertigt – Systematischer Entwurf von dreisträngigen Zahnspulenwicklungen bürstenloser Motoren”, Antriebstechnik 10/2007, S. 30–35, ISSN 0722-8546 wird auf Drehfeldwicklungen mit Spulen, deren Weiten genau einer Nutteilung entsprechen (Zahnspulenwicklungen), eingegangen, welche bei bürstenlosen AC- und DC-Motoren technische und kommerzielle Vorteile gegenüber den konventionellen verteilten Wicklungssystemen bieten. Auf Basis der allgemeinen Drehfeldtheorie wird ein schematisches Verfahren zum Entwurf von Zahnspulenwicklungen angegeben. Es werden Einschicht- und Zweischichtwicklungen sowie unterschiedliche Aufteilungsvarianten für die Spulengruppen dargestellt und diskutiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine flexible Reduzierung der Subharmonischen bei einer elektrischen Maschine mit geringem Aufwand zu erzielen. Der Begriff subharmonisch ist dabei vorliegend auf die Arbeitswelle bezogen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
In einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Prinzips umfasst die elektrische Maschine einen Stator und einen relativ zum Stator beweglichen Rotor. Der Stator umfasst Nuten zur Aufnahme von Spulen einer elektrischen Wicklung. In einer ersten Nut weist eine erste Spule eine erste Windungszahl auf. Die gleiche Spule weist in einer anderen Nut des Stators eine zweite, von der ersten verschiedene Windungszahl auf. Eine zweite Spule weist in der ersten Nut eine erste Windungszahl auf. In der anderen Nut des Stators weist diese zweite Spule ebenfalls eine zweite, von der ersten verschiedene Windungszahl auf.
Die vorgeschlagene Ausführung der Wicklung mit Spulen, die in verschiedenen Nuten des Stators unterschiedliche Windungszahl aufweisen, ermöglicht es, beispielsweise die erste Subharmonische der Fourier-Zerlegung der magnetomotorischen Kraft signifikant zu reduzieren oder verschwinden zu lassen. Aufgrund der Kombination mehrerer Spulen miteinander, mit denen untereinander gleiche oder verschiedene Windungszahlverhältnisse realisiert werden können, ist eine hohe Flexibilität gegeben.
Für das vorgeschlagene Prinzip sind keine Veränderungen an der Statorgeometrie oder am Rotor erforderlich.
Bevorzugt ist die jeweilige Spule von einer anderen Hauptseite des Stators her in die Nut eingeführt, als sie die Nut verlässt. Mit anderen Worten sind die Anschlüsse einer Spule nicht wie herkömmlich vorgesehen auf einer gemeinsamen, also der gleichen Hauptseite des Stators gebildet, sondern auf unterschiedlichen Hauptseiten des Stators vorgesehen.
Eine Hauptseite des Stators weist beispielsweise bei einer rotierenden elektrischen Maschine eine Flächennormale in axialer Richtung auf.
Die zweite Windungszahl ist bevorzugt größer als die erste Windungszahl.
Bevorzugt beträgt die erste Windungszahl n1 zwischen einschließlich 50% und ausschließlich 100% der zweiten Windungszahl n2. Mit anderen Worten ist das Verhältnis der ersten Windungszahl n1 zur zweiten Windungszahl n2 größer oder gleich 0,5 und kleiner als 1, wobei für die Differenz der Windungszahlen gilt, dass diese gleich 1 ist gemäß n2 – n1 = 1.
Bezeichnet man mit n1* die Gesamtzahl von Windungen der jeweiligen ersten Spulen der ersten Windungszahl, also die Gesamtzahl von Windungen der jeweiligen ersten Spulen in der ersten Nut, und mit n2* die Gesamtzahl von Windungen der jeweiligen ersten Spulen der zweiten Windungszahl, also die Gesamtzahl von Windungen der jeweiligen ersten Spulen in der zweiten Nut, so gilt n1* = n2* – 1.
Darüber hinaus ist das Verhältnis der ersten Gesamt-Windungszahl n1* zur zweiten Gesamt-Windungszahl n2* größer oder gleich 0,5 und kleiner als 1, wobei gilt n1*/n2* = 2n1/2n2.
Entsprechendes gilt für die jeweiligen zweiten Spulen, die in einer anderen Wicklungsebene als die ersten Spulen angeordnet sein können.
Beispielsweise wird die jeweilige Spule in der zweiten Nut in den Stator eingelegt, und durchläuft diese zweite Nut, bis sie auf der gegenüberliegenden Hauptseite des Stators aus diesem heraustritt. Anschließend erfolgt, eine weitere vollständige Windung von 360° um einen Zahn, an dem diese zweite Nut liegt. Die Windung ist dabei durch die erste Nut und zurück durch die zweite Nut geführt. Hierdurch tritt die Spule an einer anderen Hauptseite aus dem Stator heraus, als sie in diesen eingetreten ist. Hierdurch beträgt die zweite Windungszahl n2 das Zweifache der ersten Windungszahl n1. Mit anderen Worten beträgt die erste Windungszahl n1 50% der zweiten Windungszahl n2 in der zweiten Nut.
Eine zweite Spule in diesen Nuten kann die gleichen Windungszahlen wie die erste Spule aufweisen, oder auch ein anderes Windungszahlverhältnis. Beispielsweise kann nach einer zusätzlichen Windung gegenüber der ersten Spule eine Windungszahl von 2 in der ersten Nut und von 3 in der zweiten Nut vorgesehen sein.
Mit Vorteil sind die erste und die zweite Spule vom gleichen Strang, also der gleichen elektrischen Phase der Maschine zugeordnet.
Die erste und die zweite Spule können dabei zueinander in Serie oder parallel verschaltet sein.
Selbstverständlich können auch eine dritte oder weitere Spulen in diesen Nuten vorgesehen sein, um die Flexibilität bei der Erzielung eines gewünschten Windungszahlverhältnisses noch weiter zu erhöhen.
Bevorzugt ist in der ersten Nut zusätzlich zu der genannten Spule eine weitere Spule der ersten Windungszahl vorgesehen. In der zweiten Nut ist in dieser Ausführung eine weitere Spule der zweiten Windungszahl vorgesehen. Diese beiden weiteren Spulen sind jedoch bevorzugt um je einen anderen Zahn gewickelt als die Spulen, die als erste und zweite Spule bezeichnet sind. Diese beiden Spulen, auch als erste Spulen bezeichnet, sind bevorzugt in einer Ebene angeordnet.
In einer Ausführungsform sind dabei in einer Nut keine unterschiedlichen Windungszahlen innerhalb einer Ebene kombiniert. Vielmehr sind in einer Nut Spulen mit in dieser Nut jeweils gleicher Windungszahl eingelegt, was bevorzugt für alle Nuten des Stators gilt.
In einer Ausführung sind alle Spulen in der ersten Nut vom gleichen Strang und die Spulen in der zweiten Nut von verschiedenem Strang.
Ein Strang der elektrischen Maschine ist dabei je einer elektrischen Phase der elektrischen Maschine zugeordnet, sodass unterschiedliche Stränge unterschiedlichen elektrischen Phasen zugeordnet sind.
Beispielsweise haben diejenigen Spulen, die in einer Nut vorgesehen und von gleichem Strang sind, in dieser Nut die erste Windungszahl. In denjenigen Nuten, in denen Spulen von unterschiedlichem Strang eingelegt sind, haben diese in dieser Nut die zweite Windungszahl. Bevorzugt wechseln sich die Nuten erster und zweiter Windungszahl im Stator entlang einer Bewegungsrichtung des Rotors periodisch ab.
Spulen von gleichem Strang können in der jeweiligen Nut bevorzugt eine gleiche Stromrichtung aufweisen. Benachbarte Spulen vom gleichen Strang können dabei mit entgegengesetztem Wicklungssinn gewickelt sein.
Spulen unterschiedlicher Stränge weisen in diesen Nuten jeweils eine entgegengesetzte Stromrichtung auf. Die benachbarten Spulen von unterschiedlichem Strang können dabei mit gleichsinnigem Wicklungssinn gewickelt sein.
Bevorzugt weist der Stator eine Dreiphasenwicklung auf, umfassend drei Stränge, die je einer elektrischen Phase zugeordnet sind. Das zugehörige elektrische System ist ein Dreiphasensystem mit drei zueinander um jeweils 120° phasenverschobenen Phasen.
Der Stator ist bevorzugt als Stator mit konzentrierten Wicklungen ausgebildet. Dabei weisen bevorzugt zwei nebeneinander liegende Zähne des Stators, die jeweils zwischen benachbarten Nuten des Stators gebildet sind, Spulen eines Strangs und entgegengesetztem Wicklungssinn auf.
Die Nuten im Stator sind in einer Ausführung äquidistant verteilt.
Alle Zähne können die gleiche Geometrie aufweisen.
Ebenso können alle Nuten im Stator gleiche Geometrie aufweisen.
Bevorzugt ist das vorgeschlagene Prinzip bei einer elektrischen Maschine mit zwölf Nuten im Stator und zehn magnetischen Polen im Rotor anwendbar. Alternativ kann die elektrische Maschine beispielsweise zwölf Nuten im Stator und 14 magnetische Pole im Rotor aufweisen. Weiter alternativ können jeweils gleiche ganzzahlige Vielfache der Anzahl der Nuten und der Anzahl der Pole vorgesehen sein.
Die Tabelle zeigt allgemein Beispiele der möglichen Maschinen-Topologien. Dabei repräsentiert n die Anzahl der Spulen eines Stranges um benachbarte Zähne, 2p die Anzahl der Pole im Rotor und Z die Anzahl der Zähne bzw. Nuten. Es ist jeweils die minimale Zahn- und Polzahl für konzentrierte Wicklungen angegeben. Ganzzahlige Vielfache der Anzahl der Nuten und der Anzahl der Pole sind möglich.
Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine einen der folgenden Typen umfassen: Linearmaschine, Axialflussmaschine, Radialflussmaschine, Asynchronmaschine, Synchronmaschine.
Die elektrische Maschine kann als Maschine mit Innenläufer oder als Maschine mit Außenläufer aufgebaut sein.
Der Rotor der vorgeschlagenen elektrischen Maschine kann beispielsweise von einem der folgenden Typen sein: Käfigläufer, Mehrschichtrotor im Falle der Asynchronmaschine oder im Falle der Synchronmaschine Permanentmagnetrotor, Rotor mit vergrabenen Magneten oder ein elektrisch gespeister Rotor wie beispielsweise Vollpolrotor, Schenkelpolrotor, Heteropolar-Rotor, Homopolar-Rotor.
In einer Weiterbildung weist der Stator eine verdoppelte Anzahl von Nuten bezüglich der bei gegebener Polpaarzahl p des Rotors minimal erforderlichen Anzahl von Nuten auf. Bezüglich dieser Verdopplung der Nuten im Stator wird auf die Patentanmeldung DE 10 2008 051 047 A1 der gleichen Anmelderin verwiesen. Auf diese Patentanmeldung wird insoweit vollinhaltlich Bezug genommen.
Das vorgeschlagene Prinzip wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei tragen gleiche oder gleich wirkende Teile gleiche Bezugszeichen.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ausschnitts eines Stators,
2 ein Ausführungsbeispiel einer Spule,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spule,
4 ein Ausführungsbeispiel einer rotierenden elektrischen Maschine,
5 ein beispielhaftes Diagramm der magnetomotorischen Kraft aufgetragen über der Winkelposition in rad,
6 eine Verteilung der magnetomotorischen Kraft über den Fourier-Komponenten,
7A eine Weiterbildung der elektrischen Maschine von 4 mit Ausgleichswicklungen,
7B eine Gegenüberstellung der Ausgleichswicklungen und der Spulen mit unterschiedlicher Windungszahl in den Nuten an einem Beispiel,
8 die Verteilung der ersten Harmonischen der magnetomotorischen Kraft gemäß der Ausführung von 7A,
9 und 10 Schaubilder der magnetomotorischen Kraft über der Winkelposition in rad beziehungsweise den Fourier-Komponenten,
11 ein Beispiel eines Vergleichs der Diagramme von 6 und 10,
12 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine mit 24 Nuten und zehn Polen,
13 eine andere Weiterbildung mit zusätzlicher konzentrierter Wicklung,
14 das Ausführungsbeispiel von 13 anhand einer rotierenden elektrischen Maschine,
15 ein beispielhaftes Diagramm der magnetomotorischen Kraft aufgetragen über der Winkelposition bei dem Beispiel von 14,
16 ein Ausführungsbeispiel eines Diagramms der magnetomotorischen Kraft aufgetragen über den Fourier-Komponenten bei der Ausführung von 14,
17 das Diagramm von 16 verglichen mit einer herkömmlichen elektrischen Maschine,
18 eine beispielhafte Weiterbildung von 1 mit unterschiedlich tiefen Nuten,
19 ein Ausführungsbeispiel des Stators mit zwei übereinander liegenden Spulen nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
20 ein Beispiel übereinander ausgeführter Spulen nach dem vorgeschlagenen Prinzip in einer Draufsicht,
21 ein Beispiel einer elektrischen Maschine mit Rotor und einem Stator mit mehreren übereinander angeordneten Spulen nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
22 und 23 jeweils Weiterbildungen des Ausführungsbeispiels nach 19 mit mehr als zwei übereinander angeordneten Spulen nach dem vorgeschlagenen Prinzip
24 ein Ausführungsbeispiel eines Stators in 24/10 Topologie mit Barrieren für den magnetischen Fluss,
25 ein Ausführungsbeispiel eines Stators bei Kombination der Ausführungen der 12 und 22,
26 ein Ausführungsbeispiel einer Weiterbildung des Stators nach 25 mit unterschiedlicher Zahnbreite.
Bevor anhand konkreter Ausführungsbeispiele das vorgeschlagene Prinzip näher erläutert wird, erfolgt zunächst eine Beschreibung des zugrunde liegenden Prinzips anhand nur einer Spulenebene bzw. nur einer Spule mit unterschiedlicher Windungszahl.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Stators anhand eines Ausschnitts in Querschnittdarstellung. Die elektrische Maschine ist beispielhaft als Linearmaschine ausgebildet. In einer ersten Nut 1 und in einer zweiten Nut 2 ist eine Spule eines ersten Strangs A einer elektrischen Wicklung eingebracht. Die Spule des Strangs A hat dabei in der ersten Nut 1 eine erste Windungszahl n1 und die gleiche Spule hat in der zweiten Nut 2 eine zweite Windungszahl n2. Eine weitere Spule des ersten Strangs A ist in der ersten Nut 1 und in der links davon eingezeichneten dritten Nut 3 eingelegt. Diese weitere Spule hat in der ersten Nut 1 ebenfalls die Windungszahl n1, während sie in der dritten Nut die zweite Windungszahl n2 hat.
Von der Wicklungstopologie betrachtet handelt es sich, abgesehen von den genannten Windungszahlen, die vorliegend bei gleichen Spulen in unterschiedlichen Nuten unterschiedlich sind, um eine herkömmliche Wicklungstopologie, wie sie bei elektrischen Maschinen mit zwölf Nuten, zehn Polen und drei Strängen vorgesehen ist. Die elektrischen Stränge sind dabei mit A, B, C bezeichnet und jeweils einer elektrischen Phase in einem Dreiphasensystem zugeordnet. Die Vorzeichen +, – repräsentieren den Wicklungssinn.
Mit dieser Maßnahme kann beispielsweise die erste Subharmonische der Fourier-Zerlegung der magnetomotorischen Kraft signifikant verringert werden, wie später näher erläutert.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Stators in einer Draufsicht. Zur besseren Übersicht sind lediglich die beiden Spulen gezeigt, die um die beiden Zähne 4, 5 gelegt sind, die zwischen der ersten und dritten beziehungsweise ersten und zweiten Nut gebildet sind. Man erkennt, dass die unterschiedlichen Windungszahlen n1, n2 in den verschiedenen Nuten 1, 2, 3 dadurch erzielt sind, dass die Spule auf einer anderen Hauptseite 6 in den Stator eintritt, als sie austritt, nämlich auf einer gegenüberliegenden Hauptseite 7. Weiterhin ist deutlich zu erkennen, dass es sich bei den beiden Spulen um die beiden Zähne 4, 5 um solche des gleichen Strangs A handelt. Hierbei ist die Wicklung so vorgenommen, dass Spulen gleichen Strangs in einer gemeinsamen Nut 1 die gleiche Windungszahl n1 aufweisen.
Mit n2 ist die Windungszahl der Spulen in denjenigen Nuten 2, 3 bezeichnet, welche Spulen von Wicklungen unterschiedlicher Stränge A, B, C tragen.
Während 2 nur einen einzigen Strang A zeigt, sind bei 3 mehrere Stränge A, B, C eingezeichnet. Man erkennt, dass in 3 unterschiedliche Stränge A, C in der dritten Nut 3 beziehungsweise unterschiedliche Stränge A, B in der zweiten Nut 2 liegen und die Spulen dort jeweils die zweite Windungszahl n2 aufweisen. Darüber hinaus wird deutlich, dass die Spulen so gewickelt sind, dass in denjenigen Nuten 1, die mit Spulen des gleichen Strangs A belegt sind, ein Stromfluss in gleicher Richtung erzielt ist, während die Spulen in den Nuten 2, 3 mit unterschiedlichen Strängen für in diesen Nuten entgegengesetztem Stromfluss gewickelt sind.
Zwei nebeneinander liegende Zähne 5, 10 des Stators, die jeweils zwischen benachbarten Nuten 1, 2; 2, 14 des Stators gebildet sind, weisen Spulen unterschiedlicher Stränge A, B und gleichem Wicklungssinn auf.
Das Verhältnis der ersten zur zweiten Windungszahl bei unterschiedlicher Einführung und Ausführung der Spulen bezüglich der Hauptseiten des Stators ist dabei wie folgt beschrieben: n1 = n2 – 1 und 50% ≤ n1/n2 < 100%.
Aufgrund des einstellbaren Windungszahlenverhältnisses zwischen einschließlich 50% und < 100% ist es möglich, die erste Subharmonische bis auf 0 zu reduzieren, wie beispielhaft in 10 gezeigt.
Ein Vorteil dieses Prinzips, wie es beispielhaft anhand 1 bis 3 gezeigt ist, liegt darin, dass zur Reduzierung der ersten Subharmonischen keinerlei Ausgleichswicklungen oder Zusatzwicklungen nötig sind.
4 zeigt eine Ausführung anhand eines vollständigen Stators 8 und Rotors 9 einer rotierenden elektrischen Maschine. Der Stator hat beispielhaft zwölf Nuten, während der Rotor fünf Polpaare, also zehn Pole S, N umfasst. Die Wicklungstopologie mit konzentrierten Wicklungen ist im Gegenuhrzeigersinn nach folgendem Schema aufgebracht: –A, +A, +B, –B, –C, +C, +A, –A, –B, +B, +C, –C.
5 und 6 zeigen Schaubilder der magnetomotorischen Kraft MMK aufgetragen über der Winkelposition rad beziehungsweise aufgetragen über den Fourier-Komponenten bei einer herkömmlichen Maschine mit der Topologie von 4, jedoch ohne die unterschiedlichen Windungszahlen gemäß 1 bis 3.
Man erkennt, dass sich die Nutzung der fünften Harmonischen als Arbeitswelle anbietet. Unerwünschte Harmonische sind insbesondere die erste und siebte Harmonische. In alternativen Ausführungen kann die siebte Harmonische als Arbeitswelle verwendet werden. Hierzu sind anstelle der gezeigten zehn Pole 14 Pole im Rotor vorzusehen, die ebenfalls symmetrisch entlang des Umfangs verteilt sind. Die Reduzierung der ersten Harmonischen hat insbesondere im Hinblick auf Rotorverluste hohe Bedeutung.
7A zeigt eine Alternative zu den Ausführungsbeispielen von 1 bis 3, die unterschiedliche Windungszahlen n1, n2 aufweisen. Die Erläuterung anhand 7A dient dabei dem besseren Verständnis des Wirkprinzips.
Bei 7A haben die Hauptwicklungen jeweils alle die gleiche Windungszahl wie bei einer herkömmlichen 12/10 Maschine mit zwölf Nuten und zehn Polen. Es ist jedoch eine verteilte Zusatzwicklung vorgesehen, die in jeder zweiten Nut eingebracht ist und die dazu dient, die erste Subharmonische zu dämpfen. Diese Zusatzwicklung wird nachfolgend auch als Ausgleichswicklung bezeichnet.
Die linke Bildhälfte von 7B zeigt einen Ausschnitt dieser Ausgleichswicklung, die dort mit –a bezeichnet ist. Entsprechend gibt es zwei weitere Ausgleichswicklungen b und c.
Die Windungszahl der Hauptwicklung A, B, C ist mit N₁ bezeichnet, und die Windungszahl der zusätzlichen Wicklungen a, b, c mit N₂.
Die zusätzliche Wicklung gemäß 7A erzeugt eine magnetomotorische Kraft, die so ausgebildet ist, dass die erste Subharmonische gemäß 6 gerade kompensiert wird durch eine entgegengesetzte Komponente der magnetomotorischen Kraft. Mit einem speziellen Verhältnis zwischen N1 und N2 kann die resultierende erste Harmonische der magnetomotorischen Kraft vollständig eliminiert werden. Dies ist anhand von 10 gezeigt.
Dieses Gegenläufigkeitsprinzip ist in 8 weiter erläutert, bei der die durchgezogene Linie die erste Harmonische der magnetomotorischen Kraft der Hauptwicklung A, B, C von 7A beschreibt, während die gebrochene Linie die erste Harmonische der magnetomotorischen Kraft der zusätzlichen Wicklung a, b, c betrifft. Die Gegenläufigkeit ist anhand von 8 ersichtlich und führt dazu, dass die erste Subharmonische gerade verschwindet.
7B zeigt darüber hinaus, wie einerseits die Wicklungstopologie mit Zusatzwicklung a, b, c gemäß 7A und die Wicklungstopologie, wie sie beispielhaft anhand von 1 bis 3 gezeigt ist, auf der anderen Seite ineinander überführt werden können. Wie anhand von 7B deutlich wird, kann die Reduzierung der ersten Subharmonischen anstelle der Ausgleichswicklung a, b, c äquivalent dadurch erzielt werden, dass Spulen eingesetzt werden, die in verschiedenen Nuten unterschiedliche Windungszahlen n1, n2 aufweisen. n1 beschreibt die erste Windungszahl derjenigen Spulen, die in Nuten eingebracht sind, die Spulen des gleichen Strangs aufnehmen, während n2 die zweite Windungszahl in Nuten, die Spulen unterschiedlicher Stränge A, B, C aufnehmen.
Die Überführung der Ausführungen gemäß 7B links und 7B rechts kann am Beispiel des Strangs A und ausgehend von 7A durch folgende Mathematik beschrieben werden. Für die resultierende Windungszahl gilt: ΣI = N1·ia + N1·ia – N2·ia = 2·N1·ia – N2·ia, wobei N1 die Windungszahl der Hauptwicklung, N2 die Windungszahl der Zusatzwicklung, ΣI den Summenstrom in der Nut, die Spulen des gleichen Strangs aufnimmt, und ia den Strom des Stranges A, der auch in der Ausgleichswicklung a fließt, bezeichnet.
Die Formel kann umgeschrieben werden zu: ΣI = 2·n1·ia, mit n1 = N1 – N2 / 2, wobei n1 die Windungszahl der Spulen in den Nuten, die Spulen des gleichen Stranges aufnehmen, bezeichnet.
Analoge Verhältnisse gelten für die Ströme ib, ic der beiden übrigen Stränge B, C.
Analog ergibt sich die Windungszahl der Spulen in den Nuten, die Spulen unterschiedlicher Stränge aufnehmen, beispielsweise für die Stränge A, B, zu: ΣI = –N1·ia + N1·ib, = –n2·ia + n2·ib, mit n2 = N1, wobei n2 die Windungszahl der Spulen in Nuten mit Spulen unterschiedlicher Stränge bezeichnet.
Analoges gilt für die Stränge A und C sowie für die Stränge B und C.
Durch Vergleich der beiden Gleichungen folgt, dass die erste und zweite Windungszahl n1, n2 bei 7B verschieden sein müssen. Daher gilt: n1 ≠ n2
Man erkennt also, dass die Ausführung der unterschiedlichen Windungszahlen in gleichen Spulen, aber unterschiedlichen Nuten dieser Spulen äquivalent ist zu der Ausführung mit Ausgleichswicklung a, b, c und diese erübrigen. Hierdurch ist es mit Vorteil möglich, mit einem einfachen Wicklungsaufbau den gewünschten Erfolg zu erzielen, nämlich die erste Subharmonische zu reduzieren oder zu vermeiden.
9 und 10 zeigen die Verteilung der magnetomotorischen Kraft über der Winkelposition in rad beziehungsweise anhand der Zerlegung der Fourier-Komponenten. Diese 9 und 10 gelten für die Ausführungsformen gemäß 7A und 7B linke Seite genauso wie für die Ausführungsformen gemäß 7B rechte Seite und 1 bis 3.
11 zeigt einen Vergleich der Schaubilder von 6 und 10.
12 zeigt eine Weiterbildung des Prinzips, das beispielhaft anhand von 1 dargestellt ist. Dabei ist das Prinzip von einer 12/10 Topologie der elektrischen Maschine auf eine 24/10 Topologie übertragen, die eine Wicklungstopologie für eine elektrische Maschine mit 24 Nuten und zehn Polen betrifft. Auch hier kann für eine bestimmte Relation der ersten Windungszahl n1 zur zweiten Windungszahl n2 die Subharmonische auf 0 reduziert werden.
In vorangegangenen Ausführungen wurde beispielhaft erläutert, dass die Reduzierung der Subharmonischen auf Grundlage der zwölf Nuten/zehn Pole Wicklungstopologie dadurch erzielt werden kann, dass unterschiedliche Windungszahlen der jeweils gleichen Spule in unterschiedlichen Nuten eingesetzt werden. Hierdurch kann die zusätzliche Wicklung a, b, c, wie sie anhand von 7A gezeigt wurde, vermieden werden.
Eine unterschiedliche effektive Windungszahl kann jedoch alternativ auch durch eine zusätzliche konzentrierte Wicklung erzielt werden, wie sie anhand von 13 gezeigt ist. Zur Vereinfachung ist zunächst lediglich der Strang A dargestellt. Die Windungszahl der Hauptwicklung ist mit n'2 bezeichnet, während die Windungszahl der konzentrierten Zusatzwicklung mit n'1 bezeichnet ist.
In 13 ist dargestellt, dass in den Nuten 11 und 13 die resultierende Windungszahl erhöht ist gegenüber der Hälfte der Windungszahl der dazwischen liegenden Nut 12. Die aus der gesamten Wicklungstopologie resultierende erste Harmonische der magnetomotorischen Kraft kann für ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Windungszahl n'2 der Hauptwicklung und der Windungszahl n'1 der konzentrierten Zusatzwicklung auf 0 oder nahe 0 reduziert werden.
14 zeigt die vollständige Wicklungstopologie des Prinzips von 13 bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit zwölf Nuten und zehn Polen. Es sind unterschiedliche Windungszahlen wie in 13 angenommen, jedoch nicht explizit bezeichnet.
15 und 16 zeigen die magnetomotorische Kraft aufgetragen über der Winkelposition in rad beziehungsweise den Fourier-Komponenten der entsprechenden Zerlegung bezüglich des Ausführungsbeispiels von 14.
In 17 ist ein Vergleich dargestellt bezüglich der Diagramme der Zerlegungen der magnetomotorischen Kraft in die Fourier-Komponenten. Hier sind die Ausführungsbeispiele gemäß 16 und 6 miteinander verglichen.
18 zeigt eine beispielhafte Weiterbildung von 1, bei der die Nuten unterschiedlich tief ausgebildet sind. Die zweite und dritte Nut 2, 3 hat gegenüber der Ausführung von 1 hier eine unveränderte Nuttiefe T2. Die erste Nut 1' weist jedoch eine erste Nuttiefe T1 auf, die größer ist als die Nuttiefe T2 der zweiten und dritten Nut 2, 3.
Allgemein sind bei 18 alle Nuten mit Spulen der ersten Windungszahl n1 in jeweils dieser Nut mit größerer Tiefe T1 ausgebildet.
Hierdurch kann eine weitere Reduzierung der Grundwelle erzielt werden.
Alternativ zu der in 18 gezeigten Ausführung wäre es in einer hier nicht dargestellten Ausführung auch möglich, dass ausgehend von 1 die erste Nut 1 eine unveränderte Tiefe aufweist, und statt dessen die Tiefe der zweiten und dritten Nut demgegenüber erhöht ist.
Hierdurch kann beispielsweise in der zweiten und dritten Nut unter Berücksichtigung der dort höheren Windungszahl n2 die gleiche Stromdichte wie in der ersten Nut 1 erzielt sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die jeweils tiefere Nut zur besseren Kühlung genutzt werden, beispielsweise durch Einbringen eines Kühlkanals in die tiefere Nut.
Weitere Möglichkeiten eine mechanische Barriere für den magnetischen Fluss zu realisieren sind in der Anmeldung DE 10 2008 054 284.9 angegeben, die insoweit vollinhaltlich in Bezug genommen wird.
19 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Stators mit zwei übereinander liegenden Spulen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Es wird auf die Beschreibung der 1 verwiesen. Über der dort beschriebenen Ebene von Spulen, die nachfolgend jeweils als erste Spule bezeichnet sind, ist eine weitere Spulenebene vorgesehen. Mit anderen Worten ist nach dem vorgeschlagenen Prinzip eine zweite Spule vorgesehen, die bevorzugt in radialer Richtung über der ersten Spule angeordnet. Erste und zweite Spule sind dabei bevorzugt um den gleichen Zahn des Stators gewickelt.
Im Beispiel der 19 ist die erste Windungszahl n1 der ersten Spule gleich der ersten Windungszahl n1 der zweiten Spule. Ebenso ist die zweite Windungszahl n2 der ersten Spule gleich der zweiten Windungszahl n2' der zweiten Spule.
Nachfolgend ist mit n1* die Gesamtzahl der Windungen in denjenigen Nuten 1, die Spulen gleicher Phase aufnehmen, und mit n2* die Gesamtzahl der Windungen in den Nuten 2, die Spulen unterschiedlicher Phasen aufnehmen, bezeichnet:
Das Verhältnis zwischen der ersten Windungszahl n1 und der zweiten Windungszahl n2 lautet für jede Spule:
Dagegen lässt sich das Verhältnis zwischen der jeweiligen Gesamtzahl der Windungen n1*, n2* wie folgt beschreiben:
Die beiden oben genannten Gleichungen zeigen, dass, obwohl die Gesamtzahl der Windungen pro Phase um den Faktor 2 erhöht ist, dennoch eine wirksame Verringerung der 1. Subharmonischen erzielt wird. Es wurde auch gezeigt, dass der Unterschied zwischen der Gesamtzahl der Windungen in den beiden Nuten 1, 2 der Zahl 2 entspricht.
20 zeigt ein Beispiel übereinander ausgeführter Spulen nach dem vorgeschlagenen Prinzip in einer Draufsicht. Man erkennt, dass die Windungszahl in den beiden Nuten, in der eine Spule angeordnet ist, verschieden ist. Dies wird dadurch erzielt, dass die Spulen auf einer Seite des Stators in die Nut eintreten, jedoch auf der anderen Seite des Stators heraustreten. Dies trifft für die erste und die zweite Spule zu.
In 21 ist ein Beispiel einer elektrischen Maschine mit einem Rotor 9 und einem Stator 8 mit mehreren übereinander angeordneten Spulen nach dem vorgeschlagenen Prinzip angegeben. Das Beispiel zeigt einen Stator mit 12 Zähnen und 12 Nuten, sowie einen Rotor mit 10 Polen. Der Rotor umfasst 5 Polpaare von einander gegenüber liegenden Permanentmagneten.
Entsprechend der anhand der Beispiele der 19 bis 21 gezeigten Ausführung mit zwei Spulen je Zahn des Stators können auch mehr Spulen je Zahn vorgesehen sein. Diese Verallgemeinerung auf m Spulen je Zahn wird nachfolgend betrachtet.
22 und 23 zeigen jeweils Weiterbildungen des Ausführungsbeispiels nach 19 mit mehr als zwei übereinander angeordneten Spulen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Dabei wird zunächst anhand 22 der Fall gezeigt, bei dem die erste, die zweite und so weiter bis zur m-ten Spule jeweils die gleiche erste Windungszahl und jeweils die gleiche zweite Windungszahl haben. Diese sind nachfolgend weiterhin mit n1 in der ersten Nut beziehungsweise mit n2 in der zweiten Nut bezeichnet.
Auch in 22 ist nur ein Strang, nämlich Strang A gezeigt, um das Grundprinzip zu erläutern. Die weiteren Stränge B, C einer dreiphasigen Maschine sind analog aufgebaut.
Wie oben in 19 können im Beispiel gemäß 22 die Spulen gleicher Phase, die um einen gemeinsamen Zahn gewickelt sind, zueinander elektrisch in Serie oder parallel geschaltet sein.
Wie bei 19 ist mit n1* die Gesamtzahl der Windungen in denjenigen Nuten 1, die Spulen gleicher Phase aufnehmen, und mit n2* die Gesamtzahl der Windungen in den Nuten 2, die Spulen unterschiedlicher Phasen aufnehmen, bezeichnet.
Somit ergibt sich das Verhältnis zwischen der ersten Windungszahl n1 und der zweiten Windungszahl n2 für jede Spule unverändert zu:
Dagegen lässt sich das Verhältnis zwischen der jeweiligen Gesamtzahl der Windungen n1*, n2* für die Spulen 1 bis m wie folgt beschreiben:
Obwohl die Gesamtzahl der Windungen pro Phase um den Faktor m vergrößert ist, zeigt die oben angegebene Formel, dass eine wirksame Reduzierung der ersten Sub-Harmonischen erzielt wird. Der Unterschied der Gesamtzahl der Windungen zwischen den Nuten einer Spule beträgt m.
In den zuletzt beschriebenen Beispielen war jeweils angenommen worden, dass die Spulen die gleiche Zahl von Windungen pro Spule aufweisen, jedoch unterschiedliche Windungszahlen je Spule in unterschiedlichen Nuten haben.
Um die Flexibilität zu erhöhen, ist es jedoch auch möglich, die Anzahl der Windungen pro Spule verschieden auszugestalten.
Die hierbei entstehenden Verhältnisse werden nachfolgend am Beispiel der 23 beschrieben. Es wird wieder angenommen, dass insgesamt m Spulen je Zahn gewickelt sind. 23 zeigt die Wicklungsverteilung einer Maschine mit 12 Zähnen und 10 Polen mit m Spulen je Zahn, mit verschiedener Anzahl von Windungen je Spule und mit Spulen mit unterschiedlicher Windungszahl in den jeweiligen Nuten.
Wie bei 19 ist mit n1* die Gesamtzahl der Windungen in denjenigen Nuten 1, die Spulen gleicher Phase aufnehmen, und mit n2* die Gesamtzahl der Windungen in den Nuten 2, die Spulen unterschiedlicher Phasen aufnehmen, bezeichnet.
Für das Verhältnis der ersten Windungszahl n1k und der zweiten Windungszahl n2k jeder Spule ergibt sich:
Das Verhältnis zwischen der Gesamtzahl der Windungen n1* und der Gesamtzahl der Windungen n2* in unterschiedlichen Nuten für die jeweils m Spulen wird durch folgende Mathematik beschrieben:
Die Anwendung des beschriebenen Prinzips ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr können Wicklungs-Topologien mit unterschiedlicher Windungszahl je Nut einer Spule eingesetzt werden, um die magnetischen Eigenschaften auch anderer Wicklungstypen zu verbessern. Beispielhaft sind Zweiphasen-, Dreiphasen- oder Multiphasenwicklungen genannt.
Ebenso ist das gezeigte Prinzip für verschiedene konzentrierte Wicklungen oder verschiedene verteilte Wicklungen anwendbar.
Wicklungen nach dem vorgeschlagenen Prinzip können in verschiedensten Typen elektrischer Maschinen vorteilhaft zum Einsatz kommen. Beispielhaft gehören dazu Asynchronmaschinen mit zum Beispiel gewickeltem Rotor, Käfigläufer oder massivem Rotor, sowie Synchronmaschinen mit Permanentmagnet-Rotor, Reluktanzrotor, separat erregtem Rotor, Hybridrotor und so weiter.
Insbesondere können die Weiterbildungen der 12 bis 18 mit dem vorgeschlagenen Prinzip gemäß 19 bis 23 kombiniert werden.
24 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Stators in 24/10 Topologie, das heißt mit 24 Nuten im Stator und 10 Polen im hier nicht dargestellten Rotor. Alternativ kann auch ein Rotor mit 14 Polen zum Einsatz kommen.
Zusätzlich sind Barrieren für den magnetischen Fluss im Stator vorgesehen. Diese Barrieren sind jeweils mittels einer vergrößerten Nuttiefe ausgestaltet. Dabei weisen jeweils diejenigen Nuten eine vergrößerte Nuttiefe auf, die Spulen des gleichen Strangs aufnehmen. Dagegen sind diejenigen Nuten, die Spulen verschiedener Stränge aufnehmen, mit herkömmlicher Nuttiefe ausgebildet. Für eine dreiphasige Maschine sind drei Stränge A, B, C vorgesehen, die durch unterschiedliche Schraffur dargestellt sind.
In 25 ist ein Ausführungsbeispiel eines Stators angegeben, das sich bei Kombination der Ausführungen der 12 und 22 ergibt. Die Ausführung zeigt eine 24/10 Topologie. Wie in 22 gezeigt sind auch in 25 mehrere Spulenebenen vorgesehen, die übereinander angeordnet sind. Eine unterste Ebene umfasst erste Spulen, eine oberste Ebene m-te Spulen. Ausgehend von 22 ist jedoch die Nutenzahl gegenüber einer Topologie mit 12 Nuten auf 24 Nuten erhöht, wobei der Stator weiterhin für das Zusammenwirken mit einem Rotor mit 10 Polen ausgelegt ist. Somit ist jede Ebene von 1., 2. bis m-ten Spulen jeweils als Gruppe von zwei Unterebenen ausgeführt, die je zwei zueinander verschobene 12/10 Wicklungstopologien umfassen, die übereinander angeordnet sind.
26 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Weiterbildung des Stators nach 25 mit unterschiedlicher Zahnbreite. Diejenigen Zähne, die zwischen Nuten mit gleicher erster Windungszahl n1 ausgebildet sind, weisen eine erste Zahnbreite ws1 auf. Ebenso weisen diejenigen Zähne, die zwischen Nuten mit gleicher zweiter Windungszahl n2 ausgebildet sind, die erste Zahnbreite ws1 auf. Dagegen haben diejenigen Zähne, die zwischen Nuten unterschiedlicher Windungszahlen n1, n2 ausgebildet sind, eine zweite Zahnbreite ws2. Die zweite Zahnbreite ws2 ist größer als die erste Zahnbreite ws1. Die Zahnbreite ist dabei jeweils in Laufrichtung des Rotors entlang des Stators gemessen.
Bezugszeichenliste

1: erste Nut
1: erste Nut
2: zweite Nut
3: dritte Nut
4: Zahn
5: Zahn
6: erste Hauptseite
7: zweite Hauptseite
8: Stator
9: Rotor
10: Zahn
11: Nut
12: Nut
13: Nut
14: Nut
A: Strang
B: Strang
C: Strang
a, b, c: Stränge der zusätzlichen verteilten Wicklung
+, –: Wicklungssinn
k: Index
m: Anzahl Spulen(gruppen)
n1, n1': erste Windungszahl
n2, n2': zweite Windungszahl
N1: Windungszahl der Hauptwicklung
N2: Windungszahl der Zusatzwicklung
n'1: Windungszahl der konzentrierten Zusatzwicklung
n'2: Windungszahl der Hauptwicklung
T1: erste Nuttiefe
T2: zweite Nuttiefe
ws1: erste Zahnbreite
ws2: zweite Zahnbreite
n1*, n2*: Gesamtzahl der Windungen
n1k: erste Windungszahl
n2k: zweite Windungszahl

Claims

Elektrische Maschine, umfassend – einen Stator (8), der Nuten (1, 2) zur Aufnahme von Spulen einer elektrischen Wicklung umfasst, und – einen relativ zum Stator beweglichen Rotor (9), wobei – eine erste Spule in einer ersten Nut (1) eine erste Windungszahl (n1) aufweist, – die erste Spule in einer zweiten Nut (2) eine zweite Windungszahl (n2) aufweist, die von der ersten Windungszahl (n1) der ersten Spule verschieden ist, – eine zweite Spule in der ersten Nut (1) eine erste Windungszahl (n1') aufweist und – die zweite Spule in der zweiten Nut (2) eine zweite Windungszahl (n2') aufweist, die von der ersten Windungszahl (n1') der zweiten Spule verschieden ist, – derart, dass die Gesamtzahl der Windungen in der ersten Nut (1) verschieden von der Gesamtzahl der Windungen in der zweiten Nut (2) ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, bei der die erste Spule und die zweite Spule vom gleichen Strang sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, bei der die erste Spule und die zweite Spule seriell oder parallel miteinander verschaltet sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die erste Windungszahl (n1) der ersten Spule gleich der ersten Windungszahl (n1') der zweiten Spule ist, und die zweite Windungszahl (n2) der ersten Spule gleich der zweiten Windungszahl (n2') der zweiten Spule ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der mindestens eine dritte Spule vorgesehen ist, die in der ersten Nut (1) eine erste Windungszahl (n1) aufweist und in der zweiten Nut (2) eine zweite Windungszahl (n2) aufweist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Stator (8) zwei gegenüberliegende Hauptseiten (6, 7) zur Kontaktierung der elektrischen Wicklung aufweist, wobei ein erster Anschluss der Spulen auf einer ersten Hauptseite (6) der gegenüberliegenden Hauptseiten und ein zweiter Anschluss der Spulen auf einer zweiten Hauptseite (7) der gegenüberliegenden Hauptseiten gebildet ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der in der ersten Nut (1) eine weitere Spule der ersten Windungszahl (n1) vorgesehen ist und bei der in der zweiten Nut (2) eine weitere Spule der zweiten Windungszahl (n2) vorgesehen ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, bei der die Spulen in der ersten Nut (1) vom gleichen Strang (A) und die Spulen in der zweiten Nut (2) von verschiedenen Strängen (A, B) sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, bei der der Stator als Stator mit konzentrierten Wicklungen ausgebildet ist, wobei zwei nebeneinander liegende Zähne (5, 10) des Stators, die jeweils zwischen benachbarten Nuten (1, 2; 2, 14) des Stators gebildet sind, mit Spulen unterschiedlicher Stränge (A, B) und gleichem Wicklungssinn versehen sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Stator (8) eine Dreiphasenwicklung aufweist umfassend drei Stränge (A, B, C), die je einer elektrischen Phase zugeordnet sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der Stator als Stator mit konzentrierten Wicklungen ausgebildet ist, wobei zwei nebeneinander liegende Zähne (4, 5) des Stators, die jeweils zwischen benachbarten Nuten (1, 2; 1, 3) des Stators gebildet sind, mit Spulen eines Strangs (A) und entgegen gesetztem Wicklungssinn versehen sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das Verhältnis der Anzahl der Nuten (1, 2, 3) des Stators zur Anzahl der magnetischen Pole (S, N) im Rotor 12/10 oder 12/14 oder jeweils ganzzahlige Vielfache der Anzahl der Nuten (1, 2, 3) und der Anzahl der Pole (S, N) beträgt.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die einen der folgenden Typen umfasst: Linearmaschine, Axialflussmaschine, Radialflussmaschine, Asynchronmaschine, Synchronmaschine.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die als Maschine mit Innenläufer (9) oder als Maschine mit Außenläufer aufgebaut ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der der Rotor (9) zumindest einen der folgenden Typen umfasst: Käfigläufer, Mehrschichtrotor, Permanentmagnetrotor, Rotor mit vergrabenen Magneten, elektrisch gespeister Rotor, insbesondere Vollpolrotor, Schenkelpolrotor, Heteropolar-Rotor, Homopolar-Rotor.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die erste Nut (1') eine erste Nuttiefe (T1) aufweist, die verschieden von einer zweiten Nuttiefe (T2) einer zweiten Nut (2) ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 bis 16, bei der die erste Windungszahl (n1) der ersten Spule verschieden von der ersten Windungszahl (n1') der zweiten Spule ist, und/oder die zweite Windungszahl (n2) der ersten Spule verschieden von der zweiten Windungszahl (n2') der zweiten Spule ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der diejenigen Zähne, die zwischen Nuten mit gleicher Windungszahl (n1, n2) ausgebildet sind, eine erste Zahnbreite (ws1) aufweisen und diejenigen Zähne, die zwischen Nuten unterschiedlicher Windungszahlen (n1, n2) ausgebildet sind, eine zweite Zahnbreite (ws2) aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 12, bei der bei gegebener Anzahl der Pole (S, N) die Anzahl der Nuten verdoppelt ist.