DE102014222064B4 - Electric machine - Google Patents

Electric machine Download PDF

Info

Publication number
DE102014222064B4
DE102014222064B4 DE102014222064.5A DE102014222064A DE102014222064B4 DE 102014222064 B4 DE102014222064 B4 DE 102014222064B4 DE 102014222064 A DE102014222064 A DE 102014222064A DE 102014222064 B4 DE102014222064 B4 DE 102014222064B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stator
electric machine
rotor
permanent magnets
tooth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102014222064.5A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102014222064A1 (en
Inventor
Kevin Gutmann
Steven Andrew Evans
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102014222064.5A priority Critical patent/DE102014222064B4/en
Publication of DE102014222064A1 publication Critical patent/DE102014222064A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102014222064B4 publication Critical patent/DE102014222064B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278Surface mounted magnets; Inset magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14Stator cores with salient poles
    • H02K1/146Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28Layout of windings or of connections between windings

Abstract

Elektrische Maschine (1) mit elektronischer Kommutierung, umfassend:- einen kreiszylindrischen Stator (2) mit beabstandeten Statorzähnen (22), wobei ein Teil der Statorzähne (22) von Statorspulen (3) als Einzelzahnwicklungen umgeben sind, so dass sich in keiner der zwischen den Statorzähnen (22) ausgebildeten Statornuten (23) mehr als ein Spulenseite (31) einer Statorspule (3) befindet, wobei die Statorspulen (3) in mehreren Gruppen unterteilt sind, die über separate Sternpunkte verschaltet sind;- einen Läufer (4), der relativ zum Stator (2) drehbeweglich gelagert ist und durch oberflächenmontierte Permanentmagnete (41) gebildete Läuferpole (42) aufweist;- wobei das Verhältnis der Summe einer radialen Luftspaltbreite (h) in einer d-Achse des Läufers (4) und einer radialen Luftspaltbreite (h) in einer q-Achse des Läufers (4) zu einer Nutöffnungsbreite (W) einer Nutöffnung (25) zwischen 2 und 3 liegt.An electric machine (1) with electronic commutation, comprising: - a circular cylindrical stator (2) with spaced stator teeth (22), wherein a part of the stator teeth (22) of stator coils (3) are surrounded as single tooth windings, so that in any of the more than one coil side (31) of a stator coil (3), the stator coils (3) being subdivided into a plurality of groups, which are interconnected via separate neutral points, - a rotor (4), which is rotatably mounted relative to the stator (2) and has rotor poles (42) formed by surface-mounted permanent magnets (41), the ratio of the sum of a radial air gap width (h) in a d-axis of the rotor (4) and a radial air gap width (H) in a q-axis of the rotor (4) to a Nutöffnungsbreite (W) of a slot opening (25) is between 2 and 3.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen, insbesondere elektronisch kommutierte elektrische Maschinen mit hoher Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz.The invention relates to electrical machines, in particular electronically commutated electrical machines with high reliability and fault tolerance.

Stand der TechnikState of the art

Je nach Einsatzgebiet ist es erforderlich, dass elektrische Maschinen eine besonders hohe Fehlertoleranz aufweisen. Dies ist beispielsweise bei Kraftstoffpumpen von Flugzeugmotoren und bei Lenkmotoren in Kraftfahrzeugen der Fall.Depending on the application, it is necessary that electrical machines have a particularly high fault tolerance. This is the case, for example, in fuel pumps of aircraft engines and in steering motors in motor vehicles.

Fehlertolerante elektrische Maschinen müssen einige Eigenschaften aufweisen, die sie von herkömmlichen elektronisch kommutierten elektrischen Maschinen unterscheiden. Beispielsweise müssen die Phasen der Wicklung zueinander elektrisch isoliert sein und insbesondere durch einen einzelnen Einphasen-Leistungsteil angesteuert werden. Weiterhin können derartige elektrische Maschinen mit einer hohen d-Achsen-Induktanz ausgestattet werden, um bei einem Phasenanschluss-Kurzschluss Kurzschlussströme in einer fehlerhaften Wicklung zu begrenzen.Fault-tolerant electrical machines must have some characteristics that distinguish them from conventional electronically commutated electrical machines. For example, the phases of the winding must be electrically insulated from one another and in particular be driven by a single single-phase power section. Furthermore, such electrical machines can be equipped with a high d-axis inductance to limit short-circuit currents in a faulty winding in a phase connection short circuit.

Ohne magnetische Isolation können Fehlerströme in einer Phase hohe Spannungen in einer oder mehreren der übrigen Phasen bewirken, so dass eine Steuerung dieser Phasen erschwert wird. Insbesondere wird eine solche magnetische Isolation dadurch erreicht, dass in jeder der Statornuten nur eine Phase, d.h. ein Phasenstrang bzw. ein Phasenleiter, angeordnet ist.Without magnetic isolation, fault currents in one phase can cause high voltages in one or more of the remaining phases, making control of these phases difficult. In particular, such magnetic isolation is achieved by having in each of the stator slots only one phase, i. a phase strand or a phase conductor is arranged.

Weiterhin kann bei fehlertoleranten elektrischen Maschinen vorgesehen sein, dass der magnetische Fluss, der durch die Statorspulen erzeugt wird und der durch den Luftspalt zu dem Läuferkörper verläuft, nicht mit anderen Phasen wechselwirkt.Furthermore, in fault-tolerant electrical machines, it may be provided that the magnetic flux generated by the stator coils and passing through the air gap to the rotor body does not interact with other phases.

Mit der US 5 874 795 A ist eine elektrische Maschine bekannt geworden, auf deren Statorzähne Einzelzahnwicklungen angeordnet sind. Dazwischen sind Hilfszähne des stators angeordnet, so dass sich in den entsprechenden Statornuten jeweils immer nur eine Spulenseite einer Einzelzahnwicklung befindet. Dabei weist der Rotor oberflächenmontierte Permanentmagnete auf, die mit den Einzelzahnwicklungen wechselwirken.With the US 5 874 795 A an electric machine has become known, on the stator teeth of which single tooth windings are arranged. In between, auxiliary teeth of the stator are arranged so that in each case only one coil side of a single tooth winding is located in the corresponding stator slots. In this case, the rotor has surface-mounted permanent magnets which interact with the single-tooth windings.

Die DE 10 2012 101 006 A1 zeigt eine Ansteuerschaltung einer elektromechanischen Servolenkung, deren Motor eine dreiphasige Wicklung aufweist, die in zwei Gruppen unterteilt ist. Die beiden Spulengruppen weisen jeweils einen eigenen Sternpunkt auf.The DE 10 2012 101 006 A1 shows a drive circuit of an electromechanical power steering, the motor has a three-phase winding, which is divided into two groups. The two coil groups each have their own star point.

Mit der DE 10 2010 053 364 A1 ist ein Permanentmagnetmotor bekannt geworden, dessen Rotor brotlaibförmige Permanentmagente aufweist.With the DE 10 2010 053 364 A1 a permanent magnet motor has become known whose rotor has a loaf-shaped permanent magnet.

Die DE 103 49 252 A1 zeigt einen Rotor eines Elektromotors, dessen Blechlamellen in Umfangsrichtung derart gegeneinander verdreht sind, dass der Rotor einen Schrägungswinkel aufweist, um das Rastmoment des Motors zu reduzieren.The DE 103 49 252 A1 shows a rotor of an electric motor whose laminations are rotated in the circumferential direction against each other so that the rotor has a helix angle to reduce the cogging torque of the motor.

Die US 2008/0 290 751 A1 zeigt ebenfalls eine elektrische Maschine, deren Stator Einzelzahnwicklungen aufweist. Zwischen den Zähnen mit der Einzelzahnwicklungen sind jeweils Hilfszähne angeordnet, so dass sich in einer Statornut auch jeweils immer nur eine Spulenseite einer Statorspule befindet. Die Einzelspulen treiben einen Rotor an, an dessen Oberflächen Permanentmagnete angeordnet sind.The US 2008/0 290 751 A1 also shows an electric machine whose stator has single-tooth windings. In each case auxiliary teeth are arranged between the teeth with the single-tooth windings, so that in each case only one coil side of a stator coil is located in a stator slot. The individual coils drive a rotor, on whose surfaces permanent magnets are arranged.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine fehlertolerante elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, die eine geringe Drehmomentenwelligkeit sowie eine geringe Geräuschentwicklung und Vibration aufweist.It is an object of the present invention to provide a fault tolerant electric machine having a low torque ripple and a low noise and vibration.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch die elektrische Maschine nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the electric machine according to claim 1.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt ist eine elektronisch kommutierte elektrische Maschine vorgesehen, umfassend:

  • - einen kreiszylindrischen Stator mit beabstandeten Statorzähnen, wobei ein Teil der Statorzähne von Statorspulen als Einzelzahnwicklungen umgeben sind, so dass sich in keiner der zwischen den Statorzähnen ausgebildeten Statornuten mehr als eine Spulenseite einer Statorspule befindet;
  • - einen Läufer, der relativ zum Stator drehbeweglich gelagert ist und durch oberflächenmontierte Permanentmagnete gebildete Läuferpole aufweist; wobei die Statorspulen in mehrere Gruppen unterteilt sind, die über separate Sternpunkte verschaltet sind.
According to one aspect, there is provided an electronically commutated electric machine comprising:
  • - A circular cylindrical stator with spaced stator teeth, wherein a part of the stator of stator coils are surrounded as single tooth windings, so that is located in any of the stator teeth formed between the stator more than one coil side of a stator coil;
  • - A rotor which is mounted rotatably relative to the stator and having rotor poles formed by surface-mounted permanent magnets; wherein the stator coils are divided into several groups, which are interconnected via separate neutral points.

Eine Idee zur Gestaltung der elektrischen Maschine besteht darin, diese mit einer Statorwicklung mit mehreren Phasen vorzusehen. Die Gruppen von Statorspulen der Statorwicklung sind jeweils über voneinander getrennte Sternpunkte verschaltet. Die Statorspulen sind als Einzelzahnwicklungen um, zueinander nicht unmittelbar benachbarte Statorzähne vorgesehen, so dass sich nur eine Spulenseite in einer Statornut befindet.One idea for designing the electrical machine is to provide it with a multi-phase stator winding. The groups of stator coils of the stator winding are each connected via separate neutral points. The Stator coils are provided as single tooth windings around, not directly adjacent stator teeth, so that only one coil side is located in a stator.

Dadurch können alle Phasenspulen physikalisch voneinander getrennt angeordnet sein, so dass die Möglichkeit eines Phasenkurzschlusses reduziert ist.As a result, all the phase coils can be arranged physically separated from one another, so that the possibility of a phase short circuit is reduced.

Durch die Kombination der getrennten Sternpunkte und durch die vollständig voneinander isolierte Anordnung der Statorspulen kann eine sehr robuste elektrische Maschine bereitgestellt werden, bei der eine besonders hohe Fehlertoleranz erreicht werden kann. Weiterhin ist die thermische Kopplung zwischen den Phasen dadurch deutlich reduziert, dass jeder Statornut nur eine Spulenseite einer Statorspule angeordnet ist.The combination of the separate star points and the completely isolated arrangement of the stator coils, a very robust electric machine can be provided, in which a particularly high fault tolerance can be achieved. Furthermore, the thermal coupling between the phases is significantly reduced in that each stator slot is arranged only one coil side of a stator coil.

Weiterhin kann die Anzahl von Statorzähnen n * 2 * P (n=2, 3...) entsprechen, wobei P die Phasenzahl der elektrischen Maschine 1 ist und wobei die Anzahl der Läuferpole mindestens 8 beträgt.Further, the number of stator teeth may correspond to n * 2 * P (n = 2, 3...), Where P is the phase number of the electric machine 1 and the number of rotor poles is at least 8.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Läufer einen weichmagnetischen, insbesondere polygonalen Läuferkörper aufweisen, an dessen dem Stator zugewandten Fläche insbesondere brotlaibförmige Permanentmagnete angeordnet sind, die die Läuferpole ausbilden.According to one embodiment, the rotor may have a soft-magnetic, in particular polygonal rotor body, on whose surface facing the stator, in particular, bread-shaped permanent magnets are arranged, which form the rotor poles.

Insbesondere können die Statorspulen einer Gruppe zueinander benachbart sein.In particular, the stator coils of a group may be adjacent to each other.

Weiterhin kann jede Statorspule einer Gruppe zu einer weiteren Statorspule einer weiteren Gruppe benachbart sein.Furthermore, each stator coil of a group may be adjacent to another stator coil of another group.

Ein Verhältnis einer Statornutöffnungsbreite, d.h. Breite der Nutöffnung, zu einer Nutöffnungshöhe kann zwischen 2 und 5, insbesondere zwischen 3 und 4 betragen.A ratio of a stator slot opening width, i. Width of the slot opening, to a Nutöffnungshöhe can be between 2 and 5, in particular between 3 and 4.

Weiterhin können Zahnschaftbreiten von Zahnschäften der (insbesondere aller) nicht mit Statorspulen versehenen Statorzähne gleich oder größer sein als die Zahnschaftbreiten von Zahnschäften der mit Statorspulen versehenen Statorzähne.Furthermore, tooth widths of tooth shanks of the (in particular all) not provided with stator coils stator teeth may be equal to or greater than the Zahnschaftbreiten of tooth shafts of the stator coils provided with stator coils.

Ein Verhältnis des Durchmessers einer Innenausnehmung des Stators zu einem Außendurchmesser des Stators kann zwischen 0,54 und 0,58, insbesondere 0,57 betragen. Dabei bezieht sich der Durchmesser bevorzugt auf den Eisenkern des Stators, der beispielsweise aus einzelnen gestanzeten Blechlamellen zusammengesetzt ist. A ratio of the diameter of an inner recess of the stator to an outer diameter of the stator can be between 0.54 and 0.58, in particular 0.57. In this case, the diameter preferably refers to the iron core of the stator, which is composed for example of individual stamped laminations.

Weiterhin kann das Verhältnis einer Statorjochbreite eines Statorjochs des Stators zu einer Zahnschaftbreite von Zahnschäften der mit Statorspulen versehenen Statorzähne zwischen 0,7 und 0,8, bevorzugt zwischen 0,74 und 0,76, liegen.Further, the ratio of a stator yoke width of a stator yoke of the stator to a tooth width of tooth shafts of the stator coil-provided stator teeth may be between 0.7 and 0.8, preferably between 0.74 and 0.76.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Verhältnis der Summe der radialen effektiven Luftspaltbreite in der d-Achse des Läufers und der radialen effektiven Luftspaltbreite in der q-Achse des Läufers zu einer Nutöffnungsbreite (WSO) zwischen 2,2, und 2,8 liegen.According to one embodiment, the ratio of the sum of the radial effective air gap width in the rotor d-axis and the radial effective air gap width in the rotor q-axis to a slot opening width (W SO ) may be between 2.2 and 2.8.

Insbesondere kann das Verhältnis der Hohe hPMe der Permanentmagnete an ihren Rändern zu der Hohe der Permanentmagnete in ihrer Mitte in Umfangsrichtung zwischen 0,3 und 0,6, insbesondere zwischen 0,4 und 0,5 liegen.In particular, the ratio of the height h PMe of the permanent magnets at their edges to the height of the permanent magnets in their middle in the circumferential direction between 0.3 and 0.6, in particular between 0.4 and 0.5.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Verhältnis der Randhöhe der Permanentmagnete zur radialen Breite eines Luftspalts zwischen Stator und Läufer an dem Rand der Permanentmagnete zwischen 0,9 und 1,2 betragen.According to one embodiment, the ratio of the edge height of the permanent magnets to the radial width of an air gap between the stator and rotor at the edge of the permanent magnets can be between 0.9 and 1.2.

Es kann vorgesehen sein, dass die Permanentmagnete in Umfangsrichtung ein Verhältnis eines Überdeckungswinkels zu der Polteilung des Läuferpols von zwischen 0,85 und 1 aufweisen.It can be provided that the permanent magnets in the circumferential direction have a ratio of an overlap angle to the pole pitch of the rotor pole of between 0.85 and 1.

Weiterhin kann der Läufer mit einer Schrägung versehen sein.Furthermore, the rotor can be provided with a skew.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine Querschnittsdarstellung einer elektrischen Maschine mit einer Wicklungsanordnung;
  • 2 eine schematische Darstellung der Verschaltung der Statorspule gemäß einer ersten Wicklungsanordnung;
  • 3 eine schematische Darstellung der Verschaltung der Statorspule gemäß einer zweiten Wicklungsanordnung;
  • 4 eine Veranschaulichung der Dimensionierungen des Stators und des Läufers der elektrischen Maschine der 1.
Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a cross-sectional view of an electrical machine with a winding assembly;
  • 2 a schematic representation of the interconnection of the stator coil according to a first winding arrangement;
  • 3 a schematic representation of the interconnection of the stator coil according to a second winding arrangement;
  • 4 an illustration of the dimensions of the stator and the rotor of the electric machine 1 ,

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine weist einen Stator 2 auf, der ein kreiszylindrisches Statorjoch 21 und davon nach innen in radialer Richtung R abstehende Statorzähne 22 aufweist. Die Statorzähne 22 sind in Umfangsrichtung U zueinander beabstandet, so dass zwischen den Statorzähnen 22 sich Statornuten 23 befinden. Die gezeigte elektrische Maschine weist 12 Statorzähne auf, es können jedoch in anderen Ausführungsformen andere geradzahlige Anzahlen von Statorzähnen vorgesehen sein. Allgemein kann die Anzahl von Statorzähnen n * 2 * P (n=2, 3...) entsprechen, wobei P der Phasenzahl der elektrischen Maschine 1 entspricht. 1 shows a cross-sectional view through an electric machine 1 , The electric machine has a stator 2 on, the a circular cylindrical Statorjoch 21 and stator teeth protruding inward in the radial direction R 22 having. The stator teeth 22 are spaced apart in the circumferential direction U, so that between the stator teeth 22 Stator grooves 23 are located. The shown electric machine has 12 stator teeth, but other even numbers of stator teeth may be provided in other embodiments. Generally, the number of stator teeth may correspond to n * 2 * P (n = 2, 3...), Where P is the phase number of the electric machine 1 equivalent.

Die Statorzähne 22 weisen einen Zahnschaft mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt (bezüglich der radialen Richtung R) auf und können an ihrem abstehenden Ende mit Zahnköpfen 24 versehen sein. Die Zahnköpfe 24 stehen von dem Zahnschaft des Statorzahns 22 in Umfangsrichtung U, d.h. in Anordnungsrichtung der Statorzähne 22 über, um die Nutöffnung 25 der Statornuten 23 hin zu einem Luftspalt 6 zu verringern. Die abstehenden Enden der Statorzähne 22 bilden eine Innenausnehmung 26.The stator teeth 22 have a toothed shaft with a substantially rectangular cross-section (with respect to the radial direction R) and can at its protruding end with tooth heads 24 be provided. The tooth heads 24 stand from the tooth shaft of the stator tooth 22 in the circumferential direction U, ie in the direction of arrangement of the stator teeth 22 about the slot opening 25 the stator grooves 23 towards an air gap 6 to reduce. The protruding ends of the stator teeth 22 form an inner recess 26 ,

Der Stator 2 ist mit einer Statorwicklung versehen, die mehrere Statorspulen 3 umfasst. Die Statorspulen 3 weisen Spulenseiten 31 auf, die jeweils einzeln in einer Statornut 23 des Stators 2 angeordnet sind, so dass eine magnetische, thermische und physikalische Isolierung zwischen den einzelnen, durch die Statorspulen 3 gebildeten Phasen der Statorwicklung, sichergestellt werden kann. Dadurch befindet sich zwischen einem mit einer Statorspule 3 versehenen Statorzahn 22 immer ein oder mehrere unbewickelte, d.h. nicht mit einer Statorspule 3 versehener Statorzahn 22.The stator 2 is provided with a stator winding, which has several stator coils 3 includes. The stator coils 3 have coil sides 31 on, each individually in a stator slot 23 of the stator 2 are arranged so that a magnetic, thermal and physical insulation between the individual, through the stator coils 3 formed phases of the stator winding, can be ensured. This is between one with a stator coil 3 provided stator tooth 22 always one or more unwound, ie not with a stator coil 3 provided stator tooth 22 ,

In der Innenausnehmung 26 des Stators 2 ist ein Läufer 4 angeordnet, der durch Oberflächenmagnete 41 ausgebildete Läuferpole 42 aufweist. Die Permanentmagnete 41 sind dazu auf einer Mantelfläche eines weichmagnetischen Läuferkörpers 43 angeordnet, der zylindrisch ist und einen polygonalen Querschnitt aufweist. Die Permanentmagnete 41 sind an Mantelflächenabschnitten des Rotorkörpers angebracht. Der Läuferkörper 43 ist an einer Welle 5 angeordnet und drehbeweglich gelagert.In the interior recess 26 of the stator 2 is a runner 4 arranged by surface magnets 41 trained runner poles 42 having. The permanent magnets 41 are on a lateral surface of a soft magnetic rotor body 43 arranged, which is cylindrical and has a polygonal cross-section. The permanent magnets 41 are attached to lateral surface portions of the rotor body. The runner body 43 is on a wave 5 arranged and stored rotatably.

Die Statorspulen 3 können gemäß einem ersten Wicklungsdesign entsprechend der schematischen Darstellung der 2 verschaltet sein. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Enden der Statorzähne 22 in einer linearen Projektion, wobei jeder zweite Statorzahn 22 von einer Statorspule 3 umgeben ist, so dass genau ein Spulenseite 31 in jeder der Statornuten 23 angeordnet ist. Das erste Wicklungsdesign umfasst mehrere, im vorliegenden Fall zwei Teilmaschinen, die jeweils jeder Phase zugeordnete Statorspulen 3 aufweisen, die am Stator 2 benachbart zueinander angeordnet sind.The stator coils 3 can according to a first winding design according to the schematic representation of 2 be interconnected. 2 schematically shows a plan view of the ends of the stator teeth 22 in a linear projection, with every second stator tooth 22 from a stator coil 3 is surrounded, so that exactly one coil side 31 in each of the stator slots 23 is arranged. The first winding design comprises a plurality of, in the present case two sub-machines, the stator coils associated with each phase 3 exhibit that on the stator 2 are arranged adjacent to each other.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind bei dem ersten Wicklungsdesign, wie in 2 dargestellt, als erste Teilwicklung T1 drei Phasen zugeordnete, zueinander benachbarte Statorspulen 3 an den Statorzähnen 1, 3 und 5 angeordnet, die in einer Sternpunktschaltung mit einem ersten Sternpunkt S1 verschaltet sind. Daran schließt sich eine zweite Teilwicklung T2 an, die drei Phasen zugeordnete Statorspulen 3 an den Statorzähnen 7, 9 und 11 aufweisen. Die Statorspulen 3 der zweiten Teilwicklung T2 sind über einen gemeinsamen zweiten Sternpunkt S2 elektrisch verschaltet. Die beiden Teilwicklungen T1, T2 können über separate Leistungsteile angesteuert werden, um durch eine entsprechende Bestromung der Statorspulen 3 ein umlaufendes Statormagnetfeld zu generieren.In the present embodiment, in the first winding design, as in FIG 2 shown, as first partial winding T1 three phases associated with each other adjacent stator coils 3 on the stator teeth 1 . 3 and 5 arranged, which are connected in a neutral connection with a first neutral point S1. This is followed by a second partial winding T2, the stator coils associated with three phases 3 on the stator teeth 7 . 9 and 11 exhibit. The stator coils 3 the second partial winding T2 are electrically connected via a common second neutral point S2. The two partial windings T1, T2 can be controlled via separate power units, by a corresponding current supply of the stator coils 3 to generate a rotating stator magnetic field.

Durch die oben beschriebene Anordnung der Statorspulen 3 können die Teilwicklungen T1, T2 vollständig voneinander physikalisch getrennt vorgesehen und angesteuert werden, wodurch man ein ideales fehlertolerantes Wicklungssystem erhält.By the above-described arrangement of the stator coils 3 For example, the partial windings T1, T2 can be provided and controlled completely physically separated from one another, thereby obtaining an ideal fault-tolerant winding system.

Bei einem zweiten Wicklungsdesign, das in der schematischen Darstellung der 3 dargestellt ist, sind im Unterschied zum ersten Wicklungsdesign der 2 die Statorspulen 3 so verschaltet, dass jeweils unmittelbar benachbarte Statorspulen 3 verschiedenen Sternpunkten S1, S2 zugeordnet sind. Insbesondere sind die Statorspulen 3 an den Statorzähnen 1, 5 und 9 über einen ersten Sternpunkt S1 miteinander zu einer ersten Teilwicklung T1 verschaltet, während die Statorspulen 3 an den Statorzähnen 3, 7 und 11 über einen zweiten Sternpunkt S2 zu einer zweiten Teilwicklung T2 verschaltet sind. Eine solche Anordnung reduziert die Entwicklung von Laufgeräuschen und Vibrationen beim Betrieb der elektrischen Maschine 1 im Vergleich zu der Verschaltung des ersten Wicklungsdesigns.In a second winding design, which in the schematic representation of 3 are shown, unlike the first winding design of the 2 the stator coils 3 so interconnected that each immediately adjacent stator coils 3 are assigned to different star points S1, S2. In particular, the stator coils 3 are on the stator teeth 1 . 5 and 9 interconnected via a first neutral point S1 to a first partial winding T1, while the stator coils 3 on the stator teeth 3 . 7 and 11 are connected via a second neutral point S2 to a second partial winding T2. Such an arrangement reduces the development of running noise and vibration in the operation of the electric machine 1 compared to the interconnection of the first winding design.

In 4 ist ein vergrößerter Ausschnitt einer Querschnittsansicht der elektrischen Maschine 1 dargestellt, mit Maßangaben, um die für die obige elektrische Maschine bevorzugte Dimensionierung und Abmessung, zu erläutern.In 4 is an enlarged fragmentary cross-sectional view of the electric machine 1 shown with dimensions to explain the preferred for the above electrical machine dimensioning and dimensioning.

Insbesondere die Ausgestaltung der elektrischen Maschine 1 mit zwölf Statornuten 23 und acht Rotorpolen 42 erzeugt einen magnetischen Kreis mit einer Rotationssymmetrie von vier. Dies wiederum erzeugt eine räumliche Grundordnung der radialen Spannungswelle im Luftspalt der Maschine, die durch das Rotorfeld erzeugt wird, von vier. Entsprechend ist die niedrigste Strukturmode des Statorkerns, die durch diese Spannungswelle angeregt werden kann, die vierte. Dies gewährleistet, dass der Statorkern nicht mit der zweiten Strukturmode (ovalisierende Mode) angeregt werden kann, dadurch hat die Maschine eine geringe Geräuschentwicklung und Vibrationen.In particular, the embodiment of the electric machine 1 with twelve stator slots 23 and eight rotor poles 42 creates a magnetic circuit with a rotational symmetry of four. This in turn creates a spatial ordering of the radial stress wave in the air gap of the machine generated by the rotor field of four. Accordingly, the lowest structural mode of the stator core that can be excited by this voltage wave is the fourth. This ensures that the stator core can not be excited with the second pattern mode (ovalizing mode), thereby the machine has low noise and vibration.

Durch das Vorsehen von nur einem Spulenseite 31 in den Statornuten 23, d.h. eine einlagige Wicklung, wird eine größere Phaseninduktanz erreicht im Vergleich zu elektrischen Maschinen mit z.B. zwei Spulenseiten pro Statornut, d.h. eine zweilagige Wicklung. Um eine zu hohe Phaseninduktanz zu vermeiden, werden oberflächenmontierte Permanentmagnete an dem Läufer 4 verwendet, und eine große Nutöffnungsbreite Wso, die der Breite der Nutöffnung 25 in Umfangsrichtung U entspricht, und eine geringe Nutöffnungshöhe hSO, die der Dicke der Zahnköpfe 24 in radialer Richtung R entspricht, verwendet. Das Verhältnis der Nutöffnungsbreite WSO zur Nutöffnungshöhe hSO beträgt vorzugsweise 3,5. Ein optimales Verhältnis liegt in einem Bereich von 2 bis 5, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 3 und 4.By providing only one coil side 31 in the stator grooves 23 ie, a single-layer winding, a larger phase inductance is achieved compared to electric machines with eg two coil sides per Statornut, ie a two-layer winding. To avoid too high a phase inductance, surface mounted permanent magnets are attached to the rotor 4 used, and a large slot width W so that the width of the slot opening 25 corresponds in the circumferential direction U, and a low slot opening height h SO , the thickness of the tooth tips 24 in the radial direction R, used. The ratio of the slot opening width W SO to the slot opening height h SO is preferably 3.5. An optimum ratio is in a range of 2 to 5, preferably in a range between 3 and 4.

Vorzugsweise weisen die bewickelten und unbewickelten Statorzähne 22 identische Geometrien auf, so dass deren Zahnschaftbreiten WT und Nutöffnungshöhen hSO identisch sind. Dadurch werden sub-harmonische Anregungen mit hoher Amplitude aufgrund der ungleichförmigen Reluktanzen der bewickelten und unbewickelten Statorzähne vermieden. Entsprechend können sehr geringe Rastmomenten- und Drehmomentenwelligkeiten erreicht werden.Preferably, the wound and unwound stator teeth 22 identical geometries, so that their tooth widths W T and Nutöffnungshöhen h SO are identical. This avoids high amplitude sub-harmonic excitations due to the non-uniform reluctance of the wound and unwound stator teeth. Accordingly, very low cogging and torque ripples can be achieved.

Durch das Vorsehen von identischen Zahnschaftbreiten WT der bewickelten und unbewickelten Statorzähne 22 wird verhindert, dass die unbewickelten Statorzähne in die Sättigung gelangen, wenn in den Statorspulen 3 ein Kurzschlussfehler mit hohen Fehlerströmen und hohen induzierten Flüssen auftritt. Die Verwendung des dickeren unbewickelten Statorzahns vermeidet, dass der durch den Fehler induzierte Fluss auf benachbarte nicht gesättigte bewickelte Statorzähne 22 abgeleitet wird und damit ordnungsgemäße, d.h. nicht kurzgeschlossene Statorspulen beeinflusst.By providing identical tooth widths W T of the wound and unwound stator teeth 22 prevents the unwound stator teeth from saturating when in the stator coils 3 a short circuit fault occurs with high fault currents and high induced fluxes. The use of the thicker unwound stator tooth avoids the flow induced by the fault on adjacent non-saturated wound stator teeth 22 is derived and thus proper, ie not short-circuited stator coils influenced.

Weiterhin kann auch vorgesehen sein, die Zahnschäfte der unbewickelten Statorzähne 22 breiter auszubilden als die Zahnschäfte der bewickelten Statorzähne 22.Furthermore, it can also be provided to form the tooth shanks of the unwound stator teeth 22 wider than the tooth shanks of the wound stator teeth 22 ,

Das Aufteilungsverhältnis des Durchmessers der Innenausnehmung DSB zum Außendurchmesser des Stators DSO beträgt vorzugsweise zwischen 0,54 und 0,58, insbesondere bevorzugt 0,57. Dies betrifft insbesondere eine elektrische Maschine 1 mit acht Läuferpolen 42 und mit oberflächenmontierten Permanentmagneten.The division ratio of the diameter of the inner recess D SB to the outer diameter of the stator D SO is preferably between 0.54 and 0.58, particularly preferably 0.57. This concerns in particular an electric machine 1 with eight rotor poles 42 and with surface-mounted permanent magnets.

Das Verhältnis der Statorjochbreite WY zur Statorzahnschaftbreite WT beträgt zwischen 0,7 und 0,8, bevorzugt zwischen 0,74 und 0,76, beispielsweise 0,75. Dies bedeutet ein steiferes Statorjoch 21, wodurch die Vibrationsfestigkeit erhöht wird und die Geräuschentwicklung im Betrieb der elektrischen Maschine verringert wird. Weiterhin kann durch das radial verbreiterte Statorjoch 21 eine Sättigung im Statorjoch 21 vermieden werden, wodurch eine lineare Drehmoment-Strom-Abhängigkeit erreicht wird. Insbesondere gewährleistet ein breiteres Statorjoch 21 eine größere Stabilität, wenn dieses mit Statorsegmenten aufgebaut ist.The ratio of the stator yoke width W Y to the stator tooth width W T is between 0.7 and 0.8, preferably between 0.74 and 0.76, for example 0.75. This means a stiffer stator yoke 21 , whereby the vibration resistance is increased and the noise is reduced during operation of the electric machine. Furthermore, by the radially widened stator yoke 21 a saturation in the stator yoke 21 be avoided, whereby a linear torque-current dependence is achieved. In particular, ensures a wider stator yoke 21 greater stability when constructed with stator segments.

Um sicherzustellen, dass von der Phaseninduktanz nur eine Selbstinduktanzkomponente verbleibt, sollte der gesamte Statorfluss eines bestromten, bewickelten Statorzahns über die Statornut 23 und Nutöffnung 25 zu dem benachbarten nicht bewickelten Statorzahn 22 verlaufen und über das Statorjoch 21 zurückfließen. Um dies zu erreichen, sollten die Nutöffnungsbreiten WSO kleiner als die doppelte Breite des effektiven Luftspalts zwischen der Innenausnehmung des Stators 2 und dem Läuferkörper 43 entsprechen. So kann vermieden werden, dass ein magnetischer Fluss zum Läuferkörper 43 verläuft und dann möglicherweise auf andere Statorspulen 3 zurückwirkt, so dass eine Kopplungsinduktanz erzeugt wird.To ensure that only one self-inductance component of the phase inductance remains, the entire stator flux of an energized, wound stator tooth should pass through the stator slot 23 and groove opening 25 to the adjacent unwound stator tooth 22 run and over the Statorjoch 21 flow back. To achieve this, the groove opening widths W SO should be smaller than twice the effective air gap width between the inner recess of the stator 2 and the rotor body 43. Thus it can be avoided that a magnetic flux runs to the rotor body 43 and then possibly to other stator coils 3 acts back so that a coupling inductance is generated.

Der effektiver Luftspalt (oder der effektiver magnetischer Luftspalt) ist der gesamte Spalt (radiale Abstand) zwischen der Innenausnehmung des Stators 2 (d.h. der Statorbohrung) zu der Läuferkörper 43. Diese gesamte Spalt umfasst den „echten“ Luftspalt, die nichtmagnetische Haltehülse und die Permanentmagnete. Die Permanentmagnete haben ein Permeabilität von fast 1 (ungefähr 1.05) und können daher magnetisch wie Luft betrachtet werden. (Luft hat eine Permeabilität von genau 1). Der Haltehülse hat ebenfalls eine Permeabilität von 1 (nichtmagnetischer Stahl) und deshalb kann magnetisch auch wie Luft betrachtet.The effective air gap (or effective magnetic air gap) is the total gap (radial distance) between the inner recess of the stator 2 (ie, the stator bore) to the rotor body 43 , This entire gap includes the "true" air gap, the nonmagnetic retainer, and the permanent magnets. The permanent magnets have a permeability of almost 1 (about 1.05) and therefore can be considered as magnetic as air. (Air has a permeability of exactly 1). The retaining sleeve also has a permeability of 1 (non-magnetic steel) and therefore can also be regarded as magnetic, such as air.

Dies erfordert weiterhin relativ dicke oberflächenmontierte Permanentmagnete 41 in Verbindung mit einer nichtmagnetischen Haltehülse 7, die den Läufer 4 umgibt und an den Permanentmagneten 41 anliegt. Dadurch wird der notwendige breite effektiver Luftspalt erreicht. Aufgrund der achteckigen Form des Läuferkörpers 43 gibt es verschiedene effektive Luftspaltbreiten zwischen der Innenausnehmung des Stators 2 und dem Läuferkörper 43, nämlich die radiale Luftspaltbreite hd in der d-Achse der Läufer und die radiale Luftspaltbreite hq in der q-Achse der Läufer, wobei die Nutöffnungsbreite WSO kleiner hd + hq ist. Insbesondere sollte hd + hq um einen Faktor 2 bis 3, vorzugsweise zwischen 2,2, und 2,8 größer sein als WSO, insbesondere um einen Faktor 2,4 größer sein.This still requires relatively thick surface mounted permanent magnets 41 in conjunction with a non-magnetic retaining sleeve 7 that the runner 4 surrounds and at the permanent magnet 41 is applied. As a result, the necessary wide effective air gap is achieved. Due to the octagonal shape of the rotor body 43 There are different effective air gap widths between the inner recess of the stator 2 and the runner body 43 namely, the radial air gap width h d in the d-axis of the rotor and the radial air-gap width h q in the q-axis of the rotor, wherein the slot width W SO is smaller than h d + h q . In particular, h d + h q should be increased by a factor 2 to 3 , Preferably between 2.2 and 2.8 larger than W SO, in particular greater by a factor of 2.4.

Die Permanentmagnete 41 sind vorzugsweise aus einem Seltenen-Erden-Material ausgebildet und brotlaibförmig, um eine sinusförmige Phasen elektromotorische Kraft (EMK) zu erreichen, die zum Erreichen einer geringen Drehmomentenwelligkeit bei sinusförmigen Phasenströmen notwendig sind. Eine Brotlaibform ist zweckmäßig, da diese eine ebene Fläche aufweist die sich in einfacher Weise mit dem Läuferkörper 43 verbinden lässt, z.B. durch Kleben. Die Brotlaibform der oberflächenmontierten Permanentmagnete 41 hat eine bestimmte Außenkontur, die eine sehr geringes Rastmoment erzeugt und die 5., 7., 11. und 13. Harmonischen des Luftspaltflusses minimiert. So wird ein nahezu sinusförmiger Verlauf der Phasen EMK erreicht, die für eine sehr geringer Drehmomentenwelligkeit notwendig ist (wenn sinusförmig Phasenströme verwendet wird).The permanent magnets 41 are preferably formed from a rare earth material and are loaf-shaped to achieve a sinusoidal phase electromotive force (EMF) necessary to achieve low torque ripple in sinusoidal phase currents. A Brotlaibform is appropriate, since this has a flat surface which is in a simple manner with the rotor body 43 can be connected, for example by gluing. The loaf shape of the surface mounted permanent magnets 41 has a certain outer contour, which generates a very low cogging torque and minimizes the 5th, 7th, 11th, and 13th harmonics of the airgap flux. This achieves an almost sinusoidal course of the phases EMF, which is necessary for a very low torque ripple (if sinusoidal phase currents are used).

Da das Drehmoment einer Maschine nur mit dem Luftspaltfluss erzeugt wird, der mit der Wicklung verkettet ist, soll insbesondere der Anteil der Grundwelle des Luftspaltflusses maximiert werden, um eine elektrische Maschine 1 mit einer hohen Drehmomentendichte zu erhalten. Dafür soll insbesondere die 3. Harmonische in dem Luftspaltfluss zugelassen werden. Die 3. Harmonische ist theoretisch nicht mit den Statorspulen 3 gekoppelt, so dass keine unerwünschten dritten Harmonischen in der Phasen EMK erzeugt werden, weil der 3. harmonische Wicklungsfaktor der verwendeten Wicklung theoretisch (bei einer angenommenen Nutöffnungsbreite von 0) null beträgt. Wenn jedoch ein sehr geringer Anteil der 3. Harmonischen in der Phasen EMK (bei einer finite Breite der Nutöffnungen) auftritt, führt dies nicht zu einem unerwünschten Effekt, weil sich in ideal symmetrischen 3-phasigen Maschinen mit Sternschaltung die 3. Harmonischen der einzelnen Phasen in der verketteten Phasen EMK (zwischen den Klemmen) durch Überlagerung auslöschen.In particular, since the torque of a machine is generated only with the air-gap flux interlinked with the winding, the proportion of the fundamental wave of the air-gap flux should be maximized to an electric machine 1 with a high torque density. In particular, the 3rd harmonic in the air gap flow should be allowed for this purpose. The 3 , Theoretically, harmonic is not with the stator coils 3 coupled, so that no unwanted third harmonics are generated in the phase EMF, because the 3rd harmonic winding factor of the winding used theoretically (assuming a slot width of 0) is zero. However, if a very small amount of the 3rd harmonic occurs in the phase EMF (with a finite width of the slot openings), this does not lead to an undesirable effect, because in ideally balanced 3-phase machines with star connection, the 3rd harmonic of the individual phases in the chained phase EMF (between the terminals) cancel out by superposition.

Das Verhältnis der Randhöhe hPMe (in radialer Richtung) der Permanentmagneten 41 (Höhe an deren Rändern) zu der Höhe hPMm der Permanentmagneten 41 in ihrer Mitte (in Umfangsrichtung U gesehen) liegt ungefähr zwischen 0,3 und 0,6, insbesondere zwischen 0,4 und 0,5, beispielsweise bei 0,45. Dieses Verhältnis stellt in Verbindung mit dem obigen sinusförmigen Verlauf der Phasen EMK sicher, dass die obige Unterdrückung der 5., 7., 11. und 13. Harmonischen des Luftspaltflusses erreicht wird. Es erhöht zudem die Robustheit der elektrischen Maschine 1 gegenüber Toleranzen bei der Breite der Permanentmagneten 41 und deren Position an dem Läuferkörper 43.The ratio of the edge height h PMe (in the radial direction) of the permanent magnets 41 (Height at their edges) to the height h PMm of the permanent magnet 41 in its center (seen in the circumferential direction U) is approximately between 0.3 and 0.6, in particular between 0.4 and 0.5, for example at 0.45. This ratio, in conjunction with the above sinusoidal waveform of the phases EMF, ensures that the above suppression of the 5th, 7th, 11th, and 13th harmonics of the air gap flux is achieved. It also increases the robustness of the electric machine 1 to tolerances in the width of the permanent magnet 41 and their position on the rotor body 43 ,

Das Verhältnis der Randhöhe hPMe der Permanentmagnete 41 zur radialen Höhe hge des Luftspalts an diesem äußeren Rand der Permanentmagnete 41 zum Innendurchmesser des Stators 2 beträgt ungefähr 1, um eine lokale, nicht umkehrbare Entmagnetisierung an den äußeren Rändern der Permanentmagneten 41 bei Volllast zu vermeiden, insbesondere wenn günstige Seltene-Erden-Permanentmagnete geringer Qualität (ohne Dysprosium) verwendet werden. Dieses Verhältnis sollte jedoch nicht weniger als ungefähr 0,9 betragen.The ratio of the edge height h PMe of the permanent magnets 41 to the radial height h ge of the air gap at this outer edge of the permanent magnets 41 to the inner diameter of the stator 2 is about 1, for a local, irreversible demagnetization at the outer edges of the permanent magnets 41 at full load, especially when low cost rare earth rare earth permanent magnets (without dysprosium) are used. However, this ratio should not be less than about 0.9.

Die Breite der Permanentmagnete 41 in Umfangsrichtung U wird so groß wie möglich gewählt und überdeckt eine gesamten Polteilung τp abzüglich der Breite von sehr kleinen Positionierungsnasen 44. Das Verhältnis eines Überdeckungswinkels βPM zum Polteilung τp beträgt vorzugsweise zwischen 0,85 und 1, insbesondere 0,88, wobei der Überdeckungswinkel βPM durch die Breite des brotlaibförmigen Permanentmagneten 41 in Umfangsrichtung bestimmt ist.The width of the permanent magnets 41 in the circumferential direction U is chosen as large as possible and covers an entire pole pitch τ p minus the width of very small positioning lugs 44 , The ratio of an overlap angle β PM to the pole pitch τ p is preferably between 0.85 and 1, in particular 0.88, the overlap angle β PM being defined by the width of the loaf-shaped permanent magnet 41 is determined in the circumferential direction.

Der Läufer 4 kann mit einer Schrägung versehen sein, um die Rastmomente zu reduzieren. Insbesondere kann der Läufer 4 dazu um mehrere, insbesondere 3 axiale Abschnitte unterteilt sein, wobei jeder Abschnitt in Umfangsrichtung U gegenüber dem benachbarten Abschnitt um einen Winkel von 4 bis 6°, insbesondere 5°, versetzt ist.The runner 4 can be provided with a skew to reduce the cogging torque. In particular, the runner 4 to be divided by several, in particular 3 axial sections, each section in the circumferential direction U relative to the adjacent section by an angle of 4 to 6 °, in particular 5 °, is offset.

Claims (14)

Elektrische Maschine (1) mit elektronischer Kommutierung, umfassend: - einen kreiszylindrischen Stator (2) mit beabstandeten Statorzähnen (22), wobei ein Teil der Statorzähne (22) von Statorspulen (3) als Einzelzahnwicklungen umgeben sind, so dass sich in keiner der zwischen den Statorzähnen (22) ausgebildeten Statornuten (23) mehr als ein Spulenseite (31) einer Statorspule (3) befindet, wobei die Statorspulen (3) in mehreren Gruppen unterteilt sind, die über separate Sternpunkte verschaltet sind; - einen Läufer (4), der relativ zum Stator (2) drehbeweglich gelagert ist und durch oberflächenmontierte Permanentmagnete (41) gebildete Läuferpole (42) aufweist; - wobei das Verhältnis der Summe einer radialen Luftspaltbreite (hd) in einer d-Achse des Läufers (4) und einer radialen Luftspaltbreite (hq) in einer q-Achse des Läufers (4) zu einer Nutöffnungsbreite (WSO) einer Nutöffnung (25) zwischen 2 und 3 liegt.An electric machine (1) with electronic commutation, comprising: - a circular cylindrical stator (2) with spaced stator teeth (22), wherein a part of the stator teeth (22) of stator coils (3) are surrounded as single tooth windings, so that in any of the the stator teeth (22) formed stator (23) more than one coil side (31) of a stator coil (3), wherein the stator coils (3) are divided into a plurality of groups, which are connected via separate neutral points; - a rotor (4) which is rotatably mounted relative to the stator (2) and by means of surface-mounted permanent magnets (41) formed rotor poles (42); - Where the ratio of the sum of a radial air gap width (h d ) in a d-axis of the rotor (4) and a radial air gap width (h q ) in a q-axis of the rotor (4) to a Nutöffnungsbreite (W SO ) of a slot opening (25) is between 2 and 3. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von Statorzähnen n * 2 * P (n=2, 3...) entspricht, wobei P die Phasenzahl der elektrischen Maschine (1) ist und wobei die Anzahl der Läuferpole (42) mindestens 8 beträgt.Electric machine (1) after Claim 1 , wherein the number of stator teeth is n * 2 * P (n = 2, 3...), where P is the phase number of the electric machine (1) and wherein the number of rotor poles (42) is at least 8. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Läufer (4) einen magnetisch leitfähigen polygonalen Läuferkörper (43) aufweist, an dessen dem Stator (2) zugewandten Fläche brotlaibförmige Permanentmagnete (41) angeordnet sind, die die Läuferpole (42) ausbilden.Electric machine (1) after Claim 1 or 2 , wherein the rotor (4) has a magnetically conductive polygonal rotor body (43), on whose surface facing the stator (2) bread-shaped permanent magnets (41) are arranged, which form the rotor poles (42). Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Statorspulen (3) einer Gruppe zueinander benachbart sind.Electric machine (1) according to one of Claims 1 to 3 wherein the stator coils (3) of a group are adjacent to each other. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede Statorspule (3) einer Gruppe zu einer weiteren Statorspule (3) einer weiteren Gruppe benachbart ist. Electric machine (1) according to one of Claims 1 to 3 wherein each stator coil (3) of a group is adjacent to another stator coil (3) of another group. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Verhältnis der Nutöffnungsbreite (Wso) zu einer Nutöffnungshöhe (hSO) der Nutöffnung (25) zwischen 2 und 5 beträgt.Electric machine (1) according to one of Claims 1 to 5 wherein a ratio of the groove opening width (W so ) to a groove opening height (h SO ) of the groove opening (25) is between 2 and 5. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Zahnschaftbreiten von Zahnschäften der nicht mit Statorspulen (3) versehenen Statorzähne (22) gleich oder größer sind als die Zahnschaftbreiten von Zahnschäften der mit Statorspulen (3) versehenen Statorzähne (22).Electric machine (1) according to one of Claims 1 to 6 in which tooth widths of tooth shanks of the stator teeth (22) not provided with stator coils (3) are equal to or greater than the tooth widths of tooth shanks of the stator teeth (22) provided with stator coils (3). Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verhältnis des Durchmessers einer Innenausnehmung (DSB) des Stators (2) zu einem Außendurchmesser (Dso) des Stators (2) zwischen 0,54 und 0,58 beträgt.Electric machine (1) according to one of Claims 1 to 7 wherein the ratio of the diameter of an inner recess (D SB ) of the stator (2) to an outer diameter (Dso) of the stator (2) is between 0.54 and 0.58. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verhältnis einer Statorjochbreite (WY) eines Statorjochs (21) des Stators (2) zu einer Zahnschaftbreite (WT) von Zahnschäften der mit Statorspulen (3) versehenen Statorzähne (22) zwischen 0,74 und 0,76, liegt.Electric machine (1) according to one of Claims 1 to 8th wherein the ratio of a stator yoke width (W Y ) of a stator yoke (21) of the stator (2) to a tooth width (W T ) of tooth shafts of the stator teeth (22) provided with stator coils (3) is between 0.74 and 0.76 , Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verhältnis der Summe einer radialen Luftspaltbreite (hd) in der d-Achse des Läufers (4) und einer radialen Luftspaltbreite (hq) in der q-Achse des Läufers (4) zu einer Nutöffnungsbreite (WSO) der Nutöffnung (25) zwischen zwischen 2,2, und 2,8 liegt.Electric machine (1) according to one of Claims 1 to 9 wherein the ratio of the sum of a radial air gap width (h d ) in the d-axis of the rotor (4) and a radial air-gap width (h q ) in the q-axis of the rotor (4) to a slot opening width (W SO ) of the slot opening (25) is between 2.2 and 2.8. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Verhältnis der Randhöhe (hPMe) der Permanentmagnete (41) zu der Höhe (hPMm) der Permanentmagnete (41) in ihrer Mitte in Umfangsrichtung U zwischen 0,4 und 0,5 liegt.Electric machine (1) according to one of Claims 1 to 10 Wherein a ratio of the edge height (h PMe) of the permanent magnets (41) to the height (h PMm) of the permanent magnets (41) located at its center in the circumferential direction U between 0.4 and 0.5. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Verhältnis der Randhöhe (hPMe) der Permanentmagnete 41 zur radialen Breite (hge) eines Luftspalts (6) zwischen Stator (2) und Läufer (4) an dem Rand der Permanentmagnete 41 zwischen 0,9 und 1,2 beträgt.Electric machine (1) according to one of Claims 1 to 11 wherein a ratio of the edge height (h PMe ) of the permanent magnets 41 to the radial width (h ge ) of an air gap (6) between the stator (2) and rotor (4) at the edge of the permanent magnets 41 is between 0.9 and 1.2 , Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Permanentmagnete (41) in Umfangsrichtung (U) einen Überdeckungswinkel (βPM) bezüglich des Polwinkels (τp) des Läuferpols von zwischen 0,85 und 1 aufweisen.Electric machine (1) according to one of Claims 1 to 12 wherein the permanent magnets (41) in the circumferential direction (U) have an overlap angle (β PM ) with respect to the pole angle (τ p ) of the rotor pole of between 0.85 and 1. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Läufer (4) mit einer Schrägung versehen ist.Electric machine (1) according to one of Claims 1 to 13 , wherein the rotor (4) is provided with a skew.
DE102014222064.5A 2014-10-29 2014-10-29 Electric machine Active DE102014222064B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014222064.5A DE102014222064B4 (en) 2014-10-29 2014-10-29 Electric machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014222064.5A DE102014222064B4 (en) 2014-10-29 2014-10-29 Electric machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102014222064A1 DE102014222064A1 (en) 2016-05-04
DE102014222064B4 true DE102014222064B4 (en) 2018-09-13

Family

ID=55753687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014222064.5A Active DE102014222064B4 (en) 2014-10-29 2014-10-29 Electric machine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014222064B4 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017204382A1 (en) * 2017-03-16 2018-09-20 Robert Bosch Gmbh Electronically commutated electrical machine
FR3067880B1 (en) * 2017-06-15 2020-07-17 Moteurs Leroy-Somer ROTATING ELECTRIC MACHINE
CN109474136A (en) * 2018-12-11 2019-03-15 西安航天动力测控技术研究所 A kind of redundancy design method improving electric machine assembly reliability
CN112994281B (en) * 2021-04-06 2022-03-15 珠海格力电器股份有限公司 Motor stator and permanent magnet synchronous motor
JP2022170832A (en) * 2021-04-30 2022-11-11 マブチモーター株式会社 brush motor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5874795A (en) 1995-12-28 1999-02-23 Japan Servo Co., Ltd Multi-phase permanent-magnet type electric rotating machine
DE10349252A1 (en) 2003-10-20 2005-06-02 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Manufacturing method for an electric motor with a stator and a rotor fits segments of magnetizable material to the periphery of the rotor
US20080290751A1 (en) 2007-05-25 2008-11-27 Chang-Chun Hwang Brushless permanent magnet motor with unequal-width slots and method of producing the same
DE102010053364A1 (en) 2010-12-03 2012-06-06 C. & E. Fein Gmbh Locking-torque-reduced permanent magnet motor
DE102012101006A1 (en) 2012-02-08 2013-08-08 Zf Lenksysteme Gmbh Electromechanical power steering apparatus for motor car, has electrically driven actuator whose executing units are connected with power electronic units

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5874795A (en) 1995-12-28 1999-02-23 Japan Servo Co., Ltd Multi-phase permanent-magnet type electric rotating machine
DE10349252A1 (en) 2003-10-20 2005-06-02 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Manufacturing method for an electric motor with a stator and a rotor fits segments of magnetizable material to the periphery of the rotor
US20080290751A1 (en) 2007-05-25 2008-11-27 Chang-Chun Hwang Brushless permanent magnet motor with unequal-width slots and method of producing the same
DE102010053364A1 (en) 2010-12-03 2012-06-06 C. & E. Fein Gmbh Locking-torque-reduced permanent magnet motor
DE102012101006A1 (en) 2012-02-08 2013-08-08 Zf Lenksysteme Gmbh Electromechanical power steering apparatus for motor car, has electrically driven actuator whose executing units are connected with power electronic units

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014222064A1 (en) 2016-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2160816B1 (en) Synchronous motor having 12 stator teeth and 10 rotor poles
DE102006025396B4 (en) A-phase brushless motor
EP2394352A1 (en) Synchronous machine
DE102009054069A1 (en) Three-phase dynamo-electric permanent-magnet synchronous machine
DE102014222064B4 (en) Electric machine
DE102012012121A1 (en) Stator and engine
EP2115857B1 (en) 18/8 synchronous motor
EP1657802A1 (en) Revolving-field electric machine and its primary
DE102015207368A1 (en) Stator for an electric machine as well as electrical machine
DE102010043970A1 (en) Electric machine for a steering drive
EP2427951B1 (en) Synchronous electric machine
DE102011054243A1 (en) Rotating electrical machine
EP2550721B1 (en) Electric machine and steering device
DE102016204688A1 (en) Electronically commutated electrical machine
WO2011131582A2 (en) Stator arrangement for a permanent magnet excited electric motor
DE102016212022A1 (en) rotor
DE102011084716A1 (en) 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
DE102011078994A1 (en) Electric machine for a steering drive
DE102015110652B4 (en) ROTOR STATOR ARRANGEMENT FOR A HYBRID ROTATED SYNCHRONOUS MACHINE AND A ROTOR THEREFOR
DE102010036828A1 (en) Annular stator for electro-dynamic machine, has U-shaped core metal sheets that are provided with two parallel legs for guiding magnetic flux within each coil
EP2652862A2 (en) Machine component for an electrical machine
DE1488053B2 (en) ROTATING ELECTRIC DC MACHINE FOR LOW VOLTAGES AND LARGE CURRENTS
DE2913691A1 (en) BRUSHLESS ELECTRIC MOTOR
DE102016221595A1 (en) Stator of an electric motor and electric motor
DE102015226106A1 (en) Electric machine and engine system with an electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final