DE102022113435A1

DE102022113435A1 - Elektrische Maschine und Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102022113435A1
Application number: DE102022113435.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Roth
Original assignee: FEAAM GmbH
Current assignee: FEAAM GmbH
Priority date: 2022-05-27
Filing date: 2022-05-27
Publication date: 2023-11-30
Also published as: US20230387741A1; CN117134522A

Abstract

Es wird eine elektrische Maschine (20) angegeben, die elektrische Maschine (20) umfassend einen Stator (21), und einen relativ zum Stator (21) beweglichen Rotor (22), wobei der Stator (21) einen Statorkern (23), in welchem mindestens sechs Nuten (24) angeordnet sind, umfasst, der Stator (21) eine verteilte elektrische Wicklung (25), welche zumindest teilweise in den Nuten (24) angeordnet ist, umfasst, der Stator (21) mindestens sechs Zähne (26) umfasst, zwischen zwei benachbarten Nuten (24) jeweils ein Zahn (26) des Stators (21) ausgebildet ist, mindestens drei der Zähne (26) eine Ausnehmung (27) aufweisen, welche sich zumindest teilweise durch den jeweiligen Zahn (26) erstreckt, und im Betrieb der elektrischen Maschine (20) eine Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist. Außerdem wird ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (20) angegeben.

Description

Es werden eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine angegeben.
Typischerweise umfassen elektrische Maschinen einen Stator und einen dazu relativ beweglichen Rotor. Elektrische Maschinen können motorisch oder generatorisch arbeiten, wobei elektrische Energie in Bewegungsenergie oder umgekehrt konvertiert wird. Im Betrieb interagiert ein Magnetfeld des Rotors mit einem Magnetfeld des Stators. Der Stator weist üblicherweise eine Statorwicklung und einen Eisenkern auf. Die Statorwicklung kann beispielsweise durch verteilte überlappende Wicklungen oder durch zahnkonzentrierte Wicklungen gebildet sein. In beiden Fällen können höhere harmonische Komponenten der magnetomotorischen Kraft den Betrieb der elektrischen Maschine beeinträchtigen.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine elektrische Maschine anzugeben, die effizient betrieben werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum effizienten Betreiben einer elektrischen Maschine anzugeben.
Die Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine umfasst die elektrische Maschine einen Stator und einen relativ zum Stator beweglichen Rotor. Bei dem Rotor kann es sich um einen Innenläufer oder einen Außenläufer handeln. Handelt es sich bei dem Rotor um einen Innenläufer, so ist eine Außenseite des Rotors dem Stator zugewandt. Der Rotor kann auf einer Welle angeordnet sein. Handelt es sich bei dem Rotor um einen Außenläufer, so ist eine Innenseite des Rotors dem Stator zugewandt. Außerdem weist der Rotor eine Rotationsachse auf. Der Stator kann die Form eines Hohlzylinders aufweisen. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Luftspalt angeordnet. Der Luftspalt kann sich zwischen dem Stator und dem Rotor in einer Richtung, welche parallel zur Rotationsachse des Rotors verläuft, erstrecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine umfasst der Stator einen Statorkern, in welchem mindestens sechs Nuten angeordnet sind. Der Statorkern kann Eisen aufweisen. Die Nuten können sich jeweils durch den Statorkern erstrecken. Die Nuten können sich entlang der Rotationsachse des Rotors durch den Stator erstrecken. Die Nuten können sich von einer ersten Seite des Stators bis zu einer zweiten Seite des Stators erstrecken. Somit können sich die Nuten vollständig durch den Statorkern erstrecken. Die Nuten können sich auch vollständig durch den Stator erstrecken. Die Nuten können jeweils zum Luftspalt hin geöffnet sein. Bei den Nuten kann es sich um Ausnehmungen im Statorkern handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine umfasst der Stator eine verteilte elektrische Wicklung, welche zumindest teilweise in den Nuten angeordnet ist. Bei der elektrischen Wicklung kann es sich um eine Ein-Schicht-Wicklung handeln. Die elektrische Wicklung kann mindestens drei Spulen aufweisen. An der ersten Seite können sich Leiter von verschiedenen Spulen stellenweise überlappen.
Es handelt sich bei der elektrischen Wicklung somit nicht um eine zahnkonzentrierte oder konzentrierte Wicklung. Stattdessen kann sich jede Spule der elektrischen Wicklung stellenweise in mindestens zwei Nuten erstrecken. Die elektrische Wicklung kann ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen. Die elektrische Wicklung kann an eine Leistungselektronik angeschlossen sein und dazu ausgelegt sein ein Drehfeld zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine umfasst der Stator mindestens sechs Zähne. Der Statorkern kann die Zähne umfassen. Die Zähne können somit aus dem Statorkern geformt sein. Die Zähne können sich jeweils entlang der Rotationsachse des Rotors durch den Stator erstrecken. Die Zähne können sich vollständig durch den Stator erstrecken. Die Zähne können sich von der ersten Seite des Stators bis zur zweiten Seite des Stators erstrecken. Die Zähne können das gleiche Material wie der Statorkern aufweisen. Der Stator kann mindestens zehn Zähne oder mindestens vierzehn Zähne aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine ist zwischen zwei benachbarten Nuten jeweils ein Zahn des Stators ausgebildet. Jeder Zahn kann durch den Bereich des Statorkerns zwischen jeweils zwei Nuten gebildet sein. Die Zähne können gleichmäßig entlang des Umfangs des Stators verteilt sein. Die Nuten können gleichmäßig entlang des Umfangs des Stators verteilt sein. Der Stator kann genauso viele Zähne wie Nuten aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine weisen mindestens drei der Zähne eine Ausnehmung auf, welche sich zumindest teilweise durch den jeweiligen Zahn erstreckt. Die Ausnehmungen können jeweils frei vom Material des Statorkerns sein. Die Ausnehmungen können somit frei von Magnetfluss führendem Material sein. Dadurch wird der Magnetfluss im Bereich der Ausnehmungen gehemmt. Die Ausnehmungen können jeweils zwischen zwei Nuten angeordnet sein. Die Ausnehmungen können jeweils als zusätzliche Nut im Stator ausgeführt sein. Mindestens ein Zahn des Stators ist frei von den Ausnehmungen. Das kann bedeuten, in mindestens einem Zahn des Stators ist keine Ausnehmung angeordnet. Es ist weiter möglich, dass die Hälfte der Zähne des Stators frei von den Ausnehmungen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine ist im Betrieb der elektrischen Maschine eine Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses. Die Arbeitswelle ist die harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft, welche hauptsächlich zur Drehmomenterzeugung genutzt wird. Die harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft erhält man zum Beispiel, wenn die magnetomotorische Kraft in ihre harmonischen Komponenten, beispielsweise mittels einer Fourier-Zerlegung, aufgespalten wird. Die Grundwelle ist dabei die harmonische Komponente der Ordnung 1. Im Betrieb der elektrischen Maschine wird also zur Drehmomenterzeugung eine harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft mit einer Ordnung, welche verschieden von 1 ist, genutzt. Die Ordnung harmonischen Komponente, welche als Arbeitswelle genutzt wird, kann größer als 1 sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine umfasst die elektrische Maschine einen Stator, und einen relativ zum Stator beweglichen Rotor, wobei der Stator einen Statorkern, in welchem mindestens sechs Nuten angeordnet sind, umfasst, der Stator eine verteilte elektrische Wicklung, welche zumindest teilweise in den Nuten angeordnet ist, umfasst, der Stator mindestens sechs Zähne umfasst, zwischen zwei benachbarten Nuten jeweils ein Zahn des Stators ausgebildet ist, mindestens drei der Zähne eine Ausnehmung aufweisen, welche sich zumindest teilweise durch den jeweiligen Zahn erstreckt, und im Betrieb der elektrischen Maschine eine Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist.
In den Ausnehmungen im Stator kann ein nicht magnetisches Material angeordnet sein. Beispielsweise ist in den Ausnehmungen Luft angeordnet. Somit wirken die Ausnehmungen als Flussbarrieren im Stator. Das kann bedeuten, dass die Ausnehmungen jeweils eine mechanische Barriere zur Reduzierung der Grundwelle des Magnetflusses bilden. Je nach Aufbau der elektrischen Maschine kann die Grundwelle um über 90 % geschwächt werden durch das Verwenden von Ausnehmungen im Stator. Gleichzeitig kann die Arbeitswelle gestärkt werden. Das kann bedeuten, dass die Grundwelle der magnetomotorischen Kraft für einen Stator mit Flussbarrieren reduziert ist im Vergleich zu der Grundwelle der magnetomotorischen Kraft für einen Stator ohne Flussbarrieren. Außerdem kann für mindestens eine harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft mit einer Ordnung von größer als 1 für einen Stator mit Flussbarrieren die Amplitude erhöht sein im Vergleich zu der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft mit der gleichen Ordnung für einen Stator ohne Flussbarrieren.
Die harmonische Komponente mit der größten Amplitude kann als Arbeitswelle verwendet werden. Im Vergleich zu einem Stator ohne Ausnehmungen ist somit bei dem Stator mit Ausnehmungen die Amplitude zumindest einiger der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft, welche nicht als Arbeitswelle verwendet werden, reduziert im Vergleich zu einem Stator ohne Ausnehmungen. Daher treten im Betrieb der elektrischen Maschine weniger Verluste auf. Das bedeutet, dass die elektrische Maschine effizient betrieben werden kann.
Um wie viel die Amplitude der Grundwelle reduziert ist und um wie viel die Amplitude von harmonischen Komponenten mit einer Ordnung von größer als 1 erhöht sind, hängt vom Aufbau des Stators ab.
Es ist weiter möglich, dass die elektrische Maschine für eine harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft mit einer Ordnung von größer als 1 einen Wicklungsfaktor von größer als 1 aufweist. Der Wicklungsfaktor kann durch das Produkt aus Zonungsfaktor und Sehnungsfaktor gegeben sein. In elektrischen Maschinen ohne Ausnehmungen oder Flussbarrieren ist der Wicklungsfaktor maximal 1. Werden zur Berechnung des Wicklungsfaktors auch die Ausnehmungen im Stator mit einbezogen, so ergibt sich für die hier beschriebene elektrische Maschine ein Wicklungsfaktor von größer als 1 für einige harmonische Komponenten der magnetomotorischen Kraft mit einer Ordnung von größer als 1. Bei einem Wicklungsfaktor von größer als 1 kann bei gleichem Versorgungsstrom insgesamt ein größeres Drehmoment erzeugt werden. Somit kann die elektrische Maschine effizient betrieben werden.
Die Ausbildung der Ausnehmungen im Stator erfordert in der Herstellung keinen nennenswerten Zusatzaufwand, da die Blechpakete des Stators ohnehin üblicherweise Stanzteile sind und die Ausnehmungen im gleichen Arbeitsschritt ausgestanzt werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine weist die elektrische Wicklung Spulen auf, welche jeweils um mindestens zwei der Zähne gewickelt sind. Das kann bedeuten, dass jede Spule der elektrischen Wicklung um mindestens zwei der Zähne gewickelt ist. Somit handelt es sich bei der elektrischen Wicklung um eine verteilte Wicklung. Die elektrische Wicklung kann mindestens drei Spulen aufweisen. An der ersten Seite und oder an der zweiten Seite des Stators können einzelne Leiterabschnitte der Spulen miteinander überlappen. Durch das Einbringen der Ausnehmungen in den Stator kann die Flussdichte von harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft mit einer Ordnung von größer als 1 für die verteilte elektrische Wicklung verstärkt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine sind die Ausnehmungen frei von der elektrischen Wicklung. Das kann bedeuten, dass die elektrische Wicklung nicht in den Ausnehmungen angeordnet ist. Die Ausnehmungen können frei von elektrisch leitfähigem Material sein. Dass die Ausnehmungen frei von der elektrischen Wicklung sind, ermöglicht, dass die Ausnehmungen als Flussbarrieren wirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine erstrecken sich die Ausnehmungen jeweils in einer radialen Richtung, wobei die radialen Richtungen jeweils parallel zu einem Radius in einem Querschnitt durch den Stator verlaufen und der Radius durch den jeweiligen Zahn verläuft. Die Ausnehmungen können jeweils eine langgestreckte Erstreckung entlang einer radialen Richtung aufweisen. Dabei kann jede Ausnehmung sich entlang einer anderen radialen Richtung erstrecken als die anderen Ausnehmungen. Die Ausnehmungen können sich jeweils in einer der radialen Richtungen vollständig durch den Stator erstrecken. Es ist auch möglich, dass in jeder Ausnehmung mindestens ein Verbindungsstück angeordnet ist, sodass die Ausnehmungen entlang der jeweiligen radialen Richtungen mindestens eine Unterbrechung aufweisen. Dadurch, dass sich die Ausnehmungen entlang der radialen Richtungen erstrecken, können die Ausnehmungen jeweils zwei Nuten voneinander trennen. Das kann bedeuten, dass sich die Ausnehmungen jeweils zwischen zwei Nuten erstrecken. Dadurch können die Ausnehmungen als Flussbarrieren wirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine erstrecken sich die Ausnehmungen entlang der jeweiligen radialen Richtung weiter als die benachbarten Nuten. Das kann bedeuten, dass sich jede Ausnehmung entlang der radialen Richtung, entlang welcher sie sich erstreckt, weiter als die zwei direkt zur jeweiligen Ausnehmung benachbarten Nuten erstreckt. Somit können die Ausnehmungen in einem Querschnitt durch den Stator jeweils eine längere Erstreckung aufweisen als die Nuten. Die Ausnehmungen können sich von einer Außenseite des Stators in Richtung einer Innenseite des Stators erstrecken. Dabei können sich die Ausnehmungen jeweils entlang einer radialen Richtung in einen der Zähne bis zu einem Bereich des jeweiligen Zahns erstrecken, der benachbart zum Rotor ist. Dadurch, dass sich die Ausnehmungen weiter als die benachbarten Nuten erstrecken, trennen die Ausnehmungen jeweils zwei Nuten voneinander. Somit können die Ausnehmungen als Flussbarrieren wirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine sind die Ausnehmungen derart ausgebildet, dass eine harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft, welche als Arbeitswelle verwendet wird, eine größere Amplitude aufweist als eine harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft der gleichen Ordnung einer elektrischen Maschine ohne Ausnehmungen. Das kann bedeuten, dass die Ausnehmungen dazu führen, dass die Amplitude einer harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft, welche als Arbeitswelle verwendet wird, erhöht ist im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine keine Ausnehmungen aufweist. Die elektrische Maschine kann somit effizienter betrieben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine ist die elektrische Maschine kein Schrittmotor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine bildet jede der Ausnehmungen eine mechanische Barriere um die Grundwelle des Magnetflusses zu reduzieren und die Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft zu erhöhen. Die elektrische Maschine kann somit effizienter betrieben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine erstrecken sich die Ausnehmungen entlang einer Richtung, welche sich senkrecht zu einem Querschnitt durch den Stator erstreckt. Das kann bedeuten, dass sich die Ausnehmungen entlang einer Richtung erstrecken, welche parallel zur Rotationsachse des Rotors verläuft. Somit können sich die Ausnehmungen von der ersten Seite des Stators zur zweiten Seite des Stators erstrecken. Die Ausnehmungen können sich von der ersten Seite vollständig bis zur zweiten Seite des Stators erstrecken. Es ist auch möglich, dass in den Ausnehmungen jeweils mindestens ein Verbindungssteg entlang der Strecke von der ersten Seite bis zur zweiten Seite angeordnet ist. Dadurch kann die mechanische Stabilität des Stators erhöht werden. Dadurch, dass sich die Ausnehmungen in einer Richtung, welche sich senkrecht zum Querschnitt durch den Stator erstreckt, erstrecken, können die Ausnehmungen als Flussbarrieren wirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine ist in den Ausnehmungen jeweils ein nicht magnetisches Material angeordnet. Das nicht magnetische Material kann die Ausnehmungen jeweils vollständig ausfüllen. Beispielsweise ist in den Ausnehmungen Luft angeordnet. Dadurch, dass in den Ausnehmungen nicht magnetisches Material angeordnet ist, können die Ausnehmungen als Flussbarrieren wirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine sind die Ausnehmungen gleichmäßig entlang des Umfangs des Stators verteilt. Das kann bedeuten, dass jeweils zwei direkt benachbarte Ausnehmungen entlang des Umfangs des Stators den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Somit können die Ausnehmungen für verschiedene Pole des Stators in gleicher Weise als Flussbarrieren wirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine grenzen die Ausnehmungen jeweils an mindestens eine Außenseite des Stators an. Es ist möglich, dass die Ausnehmungen an eine am äußeren Umfang des Stators angeordnete Außenseite des Stators angrenzen. Die Ausnehmungen können zur Außenseite des Stators geöffnet sein. Es ist auch möglich, dass die Ausnehmungen an eine Innenseite des Stators angrenzen. Die Ausnehmungen können zur Innenseite des Stators geöffnet sein. Somit können die Ausnehmungen als Flussbarrieren wirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine weist jeder zweite Zahn entlang des Umfangs des Stators eine der Ausnehmungen auf. Das kann bedeuten, dass jeder zweite Zahn entlang des Umfangs des Stators genau eine der Ausnehmungen aufweist. Dieser Aufbau des Stators kann dazu führen, dass die Flussdichte der Grundwelle wesentlich reduziert und die Flussdichte von mindestens einer harmonischen Komponente mit einer Ordnung von größer als 1 wesentlich erhöht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine weist jeder Zahn eine der Ausnehmungen auf. Das kann bedeuten, dass in jedem Zahn genau eine der Ausnehmungen angeordnet ist. Dieser Aufbau kann dazu führen, dass die Flussdichte der Grundwelle mehr reduziert werden kann als für den Fall, dass nur jeder zweite Zahn eine der Ausnehmungen aufweist. Außerdem ist eine Erhöhung der Flussdichte von mindestens einer harmonischen Komponente mit der Ordnung von größer als 1 möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine weist der Stator höchstens so viele Ausnehmungen auf wie Nuten. So kann jeweils zwischen zwei Nuten eine Ausnehmung angeordnet sein. Dieser Aufbau des Stators kann dazu führen, dass die Flussdichte der Grundwelle wesentlich reduziert und die Flussdichte von mindestens einer harmonischen Komponente mit einer Ordnung von größer als 1 wesentlich erhöht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine weist der Stator mehr als sechs Zähne auf. Beispielsweise weist der Stator mindestens zehn Zähne oder mindestens 14 Zähne auf. Bei einer größeren Anzahl von Zähnen kann der Stator eine größere Anzahl von magnetischen Polen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine sind in jeder Nut mindestens zwei Komponenten der elektrischen Wicklung angeordnet, welche dazu ausgelegt sind mit unterschiedlichen Phasenströmen versorgt zu werden. Beispielsweise können Leiterabschnitte von zwei verschiedenen Spulen der elektrischen Wicklung in einer Nut angeordnet sein. Somit können in jeder Nut mindestens zwei Leiterabschnitte von verschiedenen Spulen der elektrischen Wicklung angeordnet sein. Innerhalb von jeder Nut können die Leiterabschnitte der verschiedenen Spulen elektrisch voneinander isoliert sein. Somit können die Nuten einen Zwei-Schicht oder Mehr-Schicht-Aufbau aufweisen.
Es wird außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine angegeben. Die elektrische Maschine kann mit dem Verfahren betrieben werden. Alle Merkmale der beschriebenen elektrischen Maschine sind auch für das Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer elektrischen Maschine umfasst das Verfahren das Betreiben der elektrischen Maschine mit einer Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft, wobei die Arbeitswelle verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist. Dass die elektrische Maschine betrieben wird, kann bedeuten, dass mit der elektrischen Maschine ein Drehmoment erzeugt wird. Somit wird die elektrische Maschine derart betrieben, dass zur Drehmomenterzeugung eine Arbeitswelle verwendet wird, welche verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist die elektrische Maschine einen Stator auf, welcher einen Statorkern, in welchem mindestens sechs Nuten angeordnet sind, eine verteilte elektrische Wicklung, welche zumindest teilweise in den Nuten angeordnet ist, und mindestens sechs Zähne aufweist, wobei die elektrische Maschine einen relativ zum Stator beweglichen Rotor aufweist, zwischen zwei benachbarten Nuten jeweils ein Zahn des Stators ausgebildet ist, und mindestens drei der Zähne eine Ausnehmung aufweisen, welche sich zumindest teilweise durch den jeweiligen Zahn erstreckt.
Das Verfahren weist die gleichen Vorteile wie die elektrische Maschine auf. Somit ermöglicht das Verfahren, dass die elektrische Maschine effizient betrieben wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird als Arbeitswelle eine Harmonische der magnetomotorischen Kraft verwendet, welche eine Ordnung von der Anzahl von Nuten plus 1 oder der Anzahl von Nuten minus 1 aufweist. Das kann bedeuten, dass die Anzahl von Nuten des Stators mit 1 addiert die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft ergibt, welche als Arbeitswelle verwendet wird. Es ist auch möglich, dass die Anzahl von Nuten des Stators minus 1 gleich der Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft ist, welche als Arbeitswelle verwendet wird. Somit wird in beiden Fällen als Arbeitswelle eine harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft verwendet, welche eine Ordnung von größer als 1 hat. Bei diesen zwei Möglichkeiten der Ordnung der harmonischen Komponente, welche als Arbeitswelle verwendet wird, ist die Erhöhung der Flussdichte beziehungsweise des Wicklungsfaktors dadurch, dass die Ausnehmungen im Stator angeordnet sind, am höchsten. Somit eignen sich die harmonischen Komponenten mit diesen beiden Ordnungszahlen zur effizienten Drehmomenterzeugung.
Es ist weiter möglich, dass der Aufbau der elektrischen Wicklung sich n-mal entlang des Umfangs des Stators wiederholt, wobei n eine natürliche Zahl ist. In diesem Fall wird als Arbeitswelle eine Harmonische der magnetomotorischen Kraft verwendet, welche eine Ordnung von der Anzahl von Nuten plus n oder der Anzahl von Nuten minus n aufweist.
Es wird eine weitere elektrische Maschine angegeben. Jede hier beschriebene elektrische Maschine löst die zu lösende Aufgabe. Alle gleichen Merkmale oder gleich bezeichneten Merkmale der hier beschriebenen elektrischen Maschinen sind jeweils auch für die anderen elektrischen Maschinen offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine umfasst die elektrische Maschine einen Stator, und einen relativ zum Stator beweglichen Rotor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine umfasst der Stator einen Statorkern, in welchem mindestens drei Nuten angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine umfasst der Stator mindestens drei Zähne und mindestens drei stabförmige elektrische Leiter. Die elektrischen Leiter können jeweils die Form eines Stabes aufweisen. Die elektrischen Leiter können ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen, beispielsweise Kupfer oder Aluminium. Die elektrischen Leiter können sich jeweils parallel zur Rotationsachse des Rotors durch den Stator erstrecken. Die elektrischen Leiter können formfest, das kann bedeuten nicht biegbar, sein. Die elektrischen Leiter können dazu ausgelegt sein jeweils mit einer eigenen elektrischen Phase versorgt zu werden. Dazu kann jeder elektrische Leiter separat mit einer Leistungselektronik verbunden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine ist in den Nuten jeweils mindestens einer der Leiter angeordnet. In jeder Nut kann einer der Leiter angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine ist zwischen zwei benachbarten Nuten jeweils ein Zahn des Stators ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine weisen mindestens drei der Zähne eine Ausnehmung auf, welche sich zumindest teilweise durch den jeweiligen Zahn erstreckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine ist im Betrieb der elektrischen Maschine eine Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine umfasst die elektrische Maschine einen Stator, und einen relativ zum Stator beweglichen Rotor, wobei der Stator einen Statorkern, in welchem mindestens drei Nuten angeordnet sind, umfasst, der Stator mindestens drei Zähne und mindestens drei stabförmige elektrische Leiter umfasst, in den Nuten jeweils mindestens einer der Leiter angeordnet ist, zwischen zwei benachbarten Nuten jeweils ein Zahn des Stators ausgebildet ist, mindestens drei der Zähne eine Ausnehmung aufweisen, welche sich zumindest teilweise durch den jeweiligen Zahn erstreckt, im Betrieb der elektrischen Maschine eine Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist.
Die elektrische Maschine weist die oben beschriebenen Vorteile auf. Statt einer verteilten elektrischen Wicklung werden hier die elektrisch leitfähigen Stäbe verwendet. Auch in diesem Aufbau führt das Anordnen von Ausnehmungen im Stator dazu, dass die Flussdichte der Grundwelle reduziert wird gegenüber der Situation, dass keine Ausnehmungen im Stator angeordnet sind. Außerdem kann die Flussdichte für mindestens eine harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft mit einer Ordnung von größer als 1 erhöht sein für den Fall, dass der Stator Ausnehmungen aufweist im Vergleich zu dem Fall, dass der Stator keine Ausnehmungen aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der elektrischen Maschine sind die drei Leiter an einer Seite des Stators elektrisch kurzgeschlossen. Die drei Leiter können an der ersten Seite des Stators elektrisch kurzgeschlossen sein. Dazu kann an der ersten Seite des Stators ein Kurzschlussring angeordnet sein. Der Kurzschlussring kann ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen. Die Leiter können elektrisch leitfähig mit dem Kurzschlussring verbunden sein. An der zweiten Seite des Stators können die Leiter mit einer Leistungselektronik verbunden sein. Somit können die Leiter jeweils mit einer eigenen elektrischen Phase versorgt werden.
Es wird außerdem ein weiteres Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine angegeben. Die weitere elektrische Maschine kann mit dem weiteren Verfahren betrieben werden. Alle gleichen Merkmale oder gleich bezeichneten Merkmale der hier beschriebenen elektrischen Maschinen und Verfahren sind jeweils auch für die anderen elektrischen Maschinen und Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer elektrischen Maschine umfasst das Verfahren das Betreiben der elektrischen Maschine mit einer Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft, wobei die Arbeitswelle verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer elektrischen Maschine weist die elektrische Maschine einen Stator auf, welcher einen Statorkern, in welchem mindestens drei Nuten angeordnet sind, mindestens drei Zähne, und mindestens drei stabförmige elektrische Leiter aufweist, die elektrische Maschine einen relativ zum Stator beweglichen Rotor aufweist, in den Nuten jeweils mindestens einer der Leiter angeordnet ist, zwischen zwei benachbarten Nuten jeweils ein Zahn des Stators ausgebildet ist, und mindestens drei der Zähne eine Ausnehmung aufweisen, welche sich zumindest teilweise durch den jeweiligen Zahn erstreckt.
Das Verfahren weist die gleichen Vorteile wie die elektrische Maschine auf. Somit ermöglicht das Verfahren, dass die elektrische Maschine effizient betrieben wird.
Im Folgenden werden die elektrische Maschine und das Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in Verbindung mit Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Mit den 1A, 1B, 1C, 1D und 1E wird ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine beschrieben. Außerdem wird ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Betreiben einer elektrischen Maschine beschrieben.
Mit den 2A, 2B, 2C, 2D und 2E wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine beschrieben.
Mit den 3A, 3B, 3C, 3D und 3E wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine beschrieben.
Mit den 4A, 4B, 4C, 4D und 4E wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine beschrieben.
Mit den 5A, 5B, 5C, 5D und 5E wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine beschrieben.
Mit den 6A, 6B, 6C, 6D und 6E wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine beschrieben.
Mit den 7A, 7B, 7C, 7D und 7E wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine beschrieben.
Mit den 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F und 8G wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine beschrieben.
Mit den 9A, 9B, 9C, 9D und 9E wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine beschrieben.
Mit den 10A, 10B, 10C, 10D und 10E wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine beschrieben.
Mit den 11A, 11B, 11C, 11D und 11E wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine beschrieben.
1A zeigt einen Querschnitt durch eine elektrische Maschine 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die elektrische Maschine 20 umfasst einen Stator 21 und einen relativ zum Stator 21 beweglichen Rotor 22. Der Rotor 22 ist innerhalb des Stators 21 angeordnet. Der in 1A gezeigte Querschnitt erstreckt sich in einer Ebene, welche senkrecht zur Rotationsachse des Rotors 22 verläuft.
Der Stator 21 weist einen Statorkern 23 auf, in welchem sechs Nuten 24 angeordnet sind. Zwischen dem Stator 21 und dem Rotor 22 ist ein Luftspalt 34 angeordnet. Die Nuten 24 sind jeweils zum Luftspalt 34 hin geöffnet. Der Stator 21 weist weiter eine verteilte Wicklung 25, welche zumindest teilweise in den Nuten 24 angeordnet ist, auf. Die verteilte Wicklung 25 kann mindestens drei Spulen 28 aufweisen. Außerdem weist der Stator 21 sechs Zähne 26 auf, wobei zwischen zwei benachbarten Nuten 24 jeweils ein Zahn 26 ausgebildet ist. Die verteilte Wicklung 25 zeichnet sich dadurch aus, dass die Spulen 28 der Wicklung 25 nicht jeweils nur um einen Zahn 26 gewickelt sind. Im Ausführungsbeispiel in 1A sind jeweils Leiterabschnitte 35 derselben Spule 28 der elektrischen Wicklung 25 in insgesamt zwei verschiedenen Nuten 24 angeordnet. Jede Spule 28 kann aus einer Vielzahl von Leiterabschnitten 35 zusammengesetzt sein. Somit sind die Spulen 28 jeweils um mindestens zwei der Zähne 26 gewickelt. In 1A bezeichnen die Buchstaben in den Nuten 24 jeweils dieselbe Phase. Die Pluszeichen und Minuszeichen zeigen die Richtung des elektrischen Stroms durch die jeweiligen Leiterabschnitte 35 im Betrieb der elektrischen Maschine 20 an. Somit fließt der Strom im Betrieb der elektrischen Maschine 20 in allen Leiterabschnitten 35, welche mit Plus bezeichnet sind in die gleiche Richtung. In den Leiterabschnitten 35, welche mit Minus bezeichnet sind, fließt der Strom im Betrieb der elektrischen Maschine 20 in die entgegengesetzte Richtung.
Die Zähne 26 weisen jeweils eine Ausnehmung 27 auf, welche sich durch den jeweiligen Zahn 26 erstreckt. Die Ausnehmungen 27 sind frei von der elektrischen Wicklung 25. Es ist auch möglich, dass in jeder Ausnehmung 27 mindestens ein Verbindungsstück angeordnet ist. Solche Verbindungsstücke sind in den Figuren nicht dargestellt.
Die Ausnehmungen 27 erstrecken sich jeweils in einer radialen Richtung r, wobei die radialen Richtungen r jeweils parallel zu einem Radius im Querschnitt durch den Stator 21 verlaufen und der Radius durch den jeweiligen Zahn 26 verläuft. Entlang der jeweiligen radialen Richtung r erstrecken sich die Ausnehmungen 27 weiter als die benachbarten Nuten 24. In den Ausnehmungen 27 ist jeweils ein nicht magnetisches Material 29 angeordnet, zum Beispiel Luft. Die Ausnehmungen 27 grenzen jeweils an eine Außenseite 30 und an eine Innenseite 33 des Stators 21 an. Es ist jedoch auch möglich, dass sich die Ausnehmungen 27 weniger weit als in 1A gezeigt entlang der radialen Richtungen r erstrecken. Die Ausnehmungen 27, die Nuten 24 und die Zähne 26 sind jeweils gleichmäßig entlang des Umfangs des Stators 21 verteilt. Der Stator 21 weist genauso viele Ausnehmungen 27 auf wie Nuten 24.
Im Betrieb der elektrischen Maschine 20 ist eine Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses. Somit wird die elektrische Maschine 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Betreiben einer elektrischen Maschine 20 mit einer Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft betrieben, welche verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist.
In 1B ist zum Vergleich der Aufbau aus 1A ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 1C ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 aufgetragen. Auf der x-Achse ist der Winkel entlang des Luftspalts 34 aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei bezieht sich die gestrichelte Linie auf den in 1B gezeigten Aufbau. Die durchgezogene Linie bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 aus 1A.
In 1D ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 nach harmonischen Komponenten aufgeschlüsselt aufgetragen. Auf der x-Achse ist die Ordnung der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei beziehen sich die ausgefüllten Balken auf den in 1B gezeigten Aufbau. Die leeren Balken beziehen sich auf das in 1A gezeigte Ausführungsbeispiel. In 1D ist somit ersichtlich, dass die Flussdichte der Grundwelle für das Ausführungsbeispiel in 1A deutlich reduziert ist, nämlich um 72 %, im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist. Um wie viel Prozent die Flussdichte jeweils erhöht oder verringert ist, ist in 1D jeweils neben den entsprechenden Balken angegeben. Außerdem ist für die harmonischen Komponenten der Ordnungen 5 und 7 für das Ausführungsbeispiel aus 1A die Flussdichte um 72 % erhöht im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist.
Das Ausführungsbeispiel aus 1A ermöglicht somit, dass als Arbeitswelle eine harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft verwendet wird, deren Ordnung verschieden von 1 ist. In diesem Fall bietet es sich an als Arbeitswelle eine Harmonische der magnetomotorischen Kraft zu verwenden, welche eine Ordnung von 5 oder 7 hat. Das bedeutet, dass als Arbeitswelle eine Harmonische der magnetomotorischen Kraft verwendet wird, welche eine Ordnung von der Anzahl von Nuten 24 plus 1 oder der Anzahl von Nuten 24 minus 1 aufweist.
In 1E ist der Wicklungsfaktor der elektrischen Maschine 20 aus 1A aufgetragen. Dazu ist auf der x-Achse die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist der äquivalente Wicklungsfaktor aufgetragen. Bei der Berechnung des Wicklungsfaktors wurden auch die Ausnehmungen 27 berücksichtigt. Somit ergibt sich für die Harmonischen der Ordnungen 5 und 7 ein Wicklungsfaktor von deutlich über 1, nämlich etwa 1,7. Das bedeutet, dass auch die Berechnung des Wicklungsfaktors zeigt, dass die elektrische Maschine 20 aus 1A mit einer Arbeitswelle, welche eine harmonische Komponente der Ordnung 5 oder 7 der magnetomotorischen Kraft ist, effizient betrieben werden kann.
Hier und in den folgenden Ausführungsbeispielen kann die elektrische Maschine 20 einen Rotor 22 mit Permanentmagneten und einer Anzahl von Polpaaren aufweisen, wobei die Anzahl der Polpaare der Ordnung der harmonischen Komponente entspricht, welche als Arbeitswelle verwendet wird.
In 2A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel, weist der Stator 21 des Ausführungsbeispiels aus 2A insgesamt zwölf Nuten 24 und zwölf Zähne 26 auf. Die elektrische Wicklung 25 ist auf die zwölf Nuten 24 verteilt. Die elektrische Wicklung 25 weist für jede Phase zwei Spulen 28 auf, das heißt, zwei für die Phase A, zwei für die Phase B und zwei für die Phase C. Dabei sind jeweils zwei Leiterabschnitte 35 einer Phase, in welchen im Betrieb Strom in die gleiche Richtung fließt, entlang des Umfangs des Stators 21 nebeneinander angeordnet. Der Stator 21 weist insgesamt sechs Ausnehmungen 27 auf. Somit weist jeder zweite Zahn 26 entlang des Umfangs des Stators 21 eine Ausnehmung 27 auf. Die Leiterabschnitte 35 sind in der gleichen Weise wie in 1A beschriftet.
Die Ausnehmungen 27 sind jeweils in den Zähnen 26 angeordnet, welche sich zwischen zwei Nuten 24 befinden, in welchen Leiterabschnitte 35 von zwei Spulen 28 verschiedener Phase angeordnet sind. Die Zähne 26, welche zwischen zwei Nuten 24 angeordnet sind, in welchen Leiterabschnitte 35 derselben Phase angeordnet sind, sind frei von Ausnehmungen 27.
In 2B ist zum Vergleich der Aufbau aus 2A ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 2C ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 aufgetragen. Auf der x-Achse ist der Winkel entlang des Luftspalts 34 aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei bezieht sich die gestrichelte Linie auf den in 2B gezeigten Aufbau. Die durchgezogene Linie bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 aus 2A.
In 2D ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 nach harmonischen Komponenten aufgeschlüsselt aufgetragen. Auf der x-Achse ist die Ordnung der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei beziehen sich die ausgefüllten Balken auf den in 2B gezeigten Aufbau. Die leeren Balken beziehen sich auf das in 2A gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Grundwelle ist um 74 % reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist. Außerdem ist für die harmonischen Komponenten der Ordnungen 5, 7, 11 und 13 für das Ausführungsbeispiel aus 2A die Flussdichte erhöht im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist.
In 2E ist der Wicklungsfaktor der elektrischen Maschine 20 aus 2A aufgetragen. Dazu ist auf der x-Achse die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist der äquivalente Wicklungsfaktor aufgetragen. Somit ergibt sich für die Harmonischen der Ordnungen 11 und 13 ein Wicklungsfaktor von deutlich über 1, nämlich etwa 1,7. Für das Ausführungsbeispiel aus 2A kann somit die harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft der Ordnung 11 oder 13 für einen effizienten Betrieb der elektrischen Maschine 20 als Arbeitswelle verwendet werden. Das bedeutet, dass auch hier als Arbeitswelle eine Harmonische der magnetomotorischen Kraft verwendet wird, welche eine Ordnung von der Anzahl von Nuten 24 plus 1 oder der Anzahl von Nuten 24 minus 1 aufweist.
In 3A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 2A gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 27 jeweils in den Zähnen 26 angeordnet, welche zwischen zwei Nuten 24 angeordnet sind, in welchen Leiterabschnitte 35 derselben Phase angeordnet sind. Die Zähne 26, welche sich zwischen zwei Nuten 24 befinden, in welchen Leiterabschnitte 35 von Spulen 28 zwei verschiedener Phasen angeordnet sind, sind frei von Ausnehmungen 27.
In 3B ist zum Vergleich der Aufbau aus 3A ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 3C ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 aufgetragen. Auf der x-Achse ist der Winkel entlang des Luftspalts 34 aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei bezieht sich die gestrichelte Linie auf den in 3B gezeigten Aufbau. Die durchgezogene Linie bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 aus 3A.
In 3D ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 nach harmonischen Komponenten aufgeschlüsselt aufgetragen. Auf der x-Achse ist die Ordnung der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei beziehen sich die ausgefüllten Balken auf den in 3B gezeigten Aufbau. Die leeren Balken beziehen sich auf das in 3A gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Grundwelle ist um 75 % reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist. Außerdem ist für die harmonischen Komponenten der Ordnungen 5, 7, 11 und 13 für das Ausführungsbeispiel aus 3A die Flussdichte erhöht im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist.
In 3E ist der Wicklungsfaktor der elektrischen Maschine 20 aus 3A aufgetragen. Dazu ist auf der x-Achse die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist der äquivalente Wicklungsfaktor aufgetragen. Somit ergibt sich für die Harmonischen der Ordnungen 11 und 13 ein Wicklungsfaktor von deutlich über 1, nämlich etwa 1,7. Für das Ausführungsbeispiel aus 3A kann somit die harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft der Ordnung 11 oder 13 für einen effizienten Betrieb der elektrischen Maschine 20 als Arbeitswelle verwendet werden.
In 4A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 2A gezeigten Ausführungsbeispiel weist jeder Zahn 26 eine Ausnehmung 27 auf.
In 4B ist zum Vergleich der Aufbau aus 4A ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 4C ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 aufgetragen. Auf der x-Achse ist der Winkel entlang des Luftspalts 34 aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei bezieht sich die gestrichelte Linie auf den in 4B gezeigten Aufbau. Die durchgezogene Linie bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 aus 4A.
In 4D ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 nach harmonischen Komponenten aufgeschlüsselt aufgetragen. Auf der x-Achse ist die Ordnung der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei beziehen sich die ausgefüllten Balken auf den in 4B gezeigten Aufbau. Die leeren Balken beziehen sich auf das in 4A gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Grundwelle ist um 87 % reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist. Außerdem ist für die harmonischen Komponenten der Ordnungen 5, 7, 11 und 13 für das Ausführungsbeispiel aus 4A die Flussdichte erhöht im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist.
In 4E ist der Wicklungsfaktor der elektrischen Maschine 20 aus 4A aufgetragen. Dazu ist auf der x-Achse die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist der äquivalente Wicklungsfaktor aufgetragen. Somit ergibt sich für die Harmonischen der Ordnungen 11 und 13 ein Wicklungsfaktor von deutlich über 1, nämlich etwa 1,8. Für das Ausführungsbeispiel aus 4A kann somit die harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft der Ordnung 11 oder 13 für einen effizienten Betrieb der elektrischen Maschine 20 als Arbeitswelle verwendet werden.
In 5A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 2A gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Stator 21 insgesamt zehn Nuten 24 und zehn Zähne 26 auf. Die elektrische Wicklung 25 weist fünf Spulen 28 auf. Jeder Spule 28 ist eine Phase zugeordnet, welche in 5A mit den Buchstaben gekennzeichnet sind. Das heißt, jede Spule 28 ist dazu ausgelegt mit einem eigenen Phasenstrom versorgt zu werden. Der Stator 21 weist außerdem in jedem Zahn 26 eine Ausnehmung 27 auf. Also weist der Stator 21 zehn Ausnehmungen 27 auf.
In 5B ist zum Vergleich der Aufbau aus 5A ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 5C ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 aufgetragen. Auf der x-Achse ist der Winkel entlang des Luftspalts 34 aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei bezieht sich die gestrichelte Linie auf den in 5B gezeigten Aufbau. Die durchgezogene Linie bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 aus 5A.
In 5D ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 nach harmonischen Komponenten aufgeschlüsselt aufgetragen. Auf der x-Achse ist die Ordnung der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei beziehen sich die ausgefüllten Balken auf den in 5B gezeigten Aufbau. Die leeren Balken beziehen sich auf das in 5A gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Grundwelle ist um 84 % reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist. Außerdem ist für die harmonischen Komponenten der Ordnungen 9 und 11 für das Ausführungsbeispiel aus 5A die Flussdichte erhöht im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist.
In 5E ist der Wicklungsfaktor der elektrischen Maschine 20 aus 5A aufgetragen. Dazu ist auf der x-Achse die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist der äquivalente Wicklungsfaktor aufgetragen. Somit ergibt sich für die Harmonischen der Ordnungen 9 und 11 ein Wicklungsfaktor von deutlich über 1, nämlich etwa 1,8. Für das Ausführungsbeispiel aus 5A kann somit die harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft der Ordnung 9 oder 11 für einen effizienten Betrieb der elektrischen Maschine 20 als Arbeitswelle verwendet werden.
In 6A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 5A gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Stator 21 insgesamt zwanzig Nuten 24 und zwanzig Zähne 26 auf. Die elektrische Wicklung 25 weist weiterhin fünf Phasen auf, wobei für jede Phase insgesamt vier Nuten 24 vorgesehen sind. Die elektrische Wicklung 25 weist pro Phase zwei Spulen 28, also insgesamt zehn Spulen 28 auf. Der Stator 21 weist außerdem in jedem Zahn 26 eine Ausnehmung 27 auf. Also weist der Stator 21 zwanzig Ausnehmungen 27 auf.
In 6B ist zum Vergleich der Aufbau aus 6A ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 6C ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 aufgetragen. Auf der x-Achse ist der Winkel entlang des Luftspalts 34 aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei bezieht sich die gestrichelte Linie auf den in 6B gezeigten Aufbau. Die durchgezogene Linie bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 aus 6A.
In 6D ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 nach harmonischen Komponenten aufgeschlüsselt aufgetragen. Auf der x-Achse ist die Ordnung der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei beziehen sich die ausgefüllten Balken auf den in 6B gezeigten Aufbau. Die leeren Balken beziehen sich auf das in 6A gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Grundwelle ist um 93 % reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist. Außerdem ist für die harmonischen Komponenten der Ordnungen 19 und 21 für das Ausführungsbeispiel aus 6A die Flussdichte erhöht im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist.
In 6E ist der Wicklungsfaktor der elektrischen Maschine 20 aus 6A aufgetragen. Dazu ist auf der x-Achse die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist der äquivalente Wicklungsfaktor aufgetragen. Somit ergibt sich für die Harmonischen der Ordnungen 19 und 21 ein Wicklungsfaktor von deutlich über 1, nämlich etwa 1,9. Für das Ausführungsbeispiel aus 6A kann somit die harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft der Ordnung 19 oder 21 für einen effizienten Betrieb der elektrischen Maschine 20 als Arbeitswelle verwendet werden.
In 7A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 5A gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Stator 21 insgesamt vierzehn Nuten 24 und vierzehn Zähne 26 auf. Die elektrische Wicklung 25 weist sieben Phasen auf, wobei für jede Phase zwei Nuten 24 vorgesehen sind. Die elektrische Wicklung 25 weist pro Phase eine Spule 28, also insgesamt sieben Spulen 28 auf. Der Stator 21 weist außerdem in jedem Zahn 26 eine Ausnehmung 27 auf. Also weist der Stator 21 vierzehn Ausnehmungen 27 auf.
In 7B ist zum Vergleich der Aufbau aus 7A ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 7C ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 aufgetragen. Auf der x-Achse ist der Winkel entlang des Luftspalts 34 aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei bezieht sich die gestrichelte Linie auf den in 7B gezeigten Aufbau. Die durchgezogene Linie bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 aus 7A.
In 7D ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 nach harmonischen Komponenten aufgeschlüsselt aufgetragen. Auf der x-Achse ist die Ordnung der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei beziehen sich die ausgefüllten Balken auf den in 7B gezeigten Aufbau. Die leeren Balken beziehen sich auf das in 7A gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Grundwelle ist um 89 % reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist. Außerdem ist für die harmonischen Komponenten der Ordnungen 13 und 15 für das Ausführungsbeispiel aus 7A die Flussdichte erhöht im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist.
In 7E ist der Wicklungsfaktor der elektrischen Maschine 20 aus 7A aufgetragen. Dazu ist auf der x-Achse die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist der äquivalente Wicklungsfaktor aufgetragen. Somit ergibt sich für die Harmonischen der Ordnungen 13 und 15 ein Wicklungsfaktor von deutlich über 1, nämlich etwa 1,9. Für das Ausführungsbeispiel aus 7A kann somit die harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft der Ordnung 13 oder 15 für einen effizienten Betrieb der elektrischen Maschine 20 als Arbeitswelle verwendet werden.
In 8A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel, weist der Stator 21 insgesamt sieben Nuten 24 und sieben Zähne 26 auf. Außerdem weist der Stator 21 sieben stabförmige elektrische Leiter 31 auf. In den Nuten 24 ist jeweils einer der Leiter 31 angeordnet. Die Leiter 31 erstrecken sich von einer ersten Seite 36 des Stators 21 bis zu einer zweiten Seite 37 des Stators 21. Die elektrische Wicklung 25 weist somit keine Spulen 28 auf. Weiter weist der Stator 21 sieben Ausnehmungen 27 auf. Dabei weist jeder Zahn 26 eine Ausnehmung 27 auf.
An der ersten Seite 36 des Stators 21 sind die Leiter 31 elektrisch kurzgeschlossen. Dazu sind die Leiter 31 elektrisch mit einem Kurzschlussring 32 verbunden, der an der ersten Seite 36 des Stators 21 angeordnet ist. An der zweiten Seite 37 sind die Leiter 31 mit einer Leistungselektronik verbunden, so dass jeder Leiter 31 mit einer eigenen Phase versorgt werden kann. Somit weist die elektrische Maschine 20 sieben Phasen auf.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer elektrischen Maschine 20 wird die elektrische Maschine 20 aus 8A derart betrieben, dass eine Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist.
In 8B ist zum Vergleich der Aufbau aus 8A ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 8C ist die elektrische Maschine 20 aus 8A ohne den Kurzschlussring 32.
In 8D ist zum Vergleich der Aufbau aus 8C ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 8E ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 aufgetragen. Auf der x-Achse ist der Winkel entlang des Luftspalts 34 aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei bezieht sich die gestrichelte Linie auf den in 8B gezeigten Aufbau. Die durchgezogene Linie bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 aus 8A.
In 8F ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 nach harmonischen Komponenten aufgeschlüsselt aufgetragen. Auf der x-Achse ist die Ordnung der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei beziehen sich die ausgefüllten Balken auf den in 8B gezeigten Aufbau. Die leeren Balken beziehen sich auf das in 8A gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Grundwelle ist um 76 % reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist. Außerdem ist für die harmonischen Komponenten der Ordnungen 6 und 8 für das Ausführungsbeispiel aus 8A die Flussdichte erhöht im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist.
In 8G ist der Wicklungsfaktor der elektrischen Maschine 20 aus 8A aufgetragen. Dazu ist auf der x-Achse die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist der äquivalente Wicklungsfaktor aufgetragen. Somit ergibt sich für die Harmonischen der Ordnungen 6 und 8 ein Wicklungsfaktor von deutlich über 1, nämlich etwa 1,7. Für das Ausführungsbeispiel aus 8A kann somit die harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft der Ordnung 6 oder 8 für einen effizienten Betrieb der elektrischen Maschine 20 als Arbeitswelle verwendet werden.
In 9A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel sind in jeder Nut 24 zwei Komponenten der elektrischen Wicklung 25 angeordnet, welche dazu ausgelegt sind mit unterschiedlichen Phasenströmen versorgt zu werden. Es handelt sich bei der elektrischen Wicklung 25 somit um eine 3-phasige Zwei-Schicht-Wicklung 25. In jeder Nut 24 sind Leiterabschnitte 35 von zwei verschiedenen Spulen 28 der Wicklung 25 angeordnet.
Das bedeutet, in jeder Nut 24 sind Leiterabschnitte 35 von zwei Phasen angeordnet. Dabei sind Leiterabschnitte 35 derselben Phase jeweils in benachbarten Nuten 24 angeordnet. So sind zum Beispiel zwei Leiterabschnitte 35 der Phase A+ in zwei benachbarten Nuten 24 angeordnet. In jedem Zahn 26 ist eine Ausnehmung 27 angeordnet.
In 9B ist zum Vergleich der Aufbau aus 9A ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 9C ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 aufgetragen. Auf der x-Achse ist der Winkel entlang des Luftspalts 34 aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei bezieht sich die gestrichelte Linie auf den in 9B gezeigten Aufbau. Die durchgezogene Linie bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 aus 9A.
In 9D ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 nach harmonischen Komponenten aufgeschlüsselt aufgetragen. Auf der x-Achse ist die Ordnung der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei beziehen sich die ausgefüllten Balken auf den in 9B gezeigten Aufbau. Die leeren Balken beziehen sich auf das in 9A gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Grundwelle ist um 72 % reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist. Außerdem ist für die harmonischen Komponenten der Ordnungen 5 und 7 für das Ausführungsbeispiel aus 9A die Flussdichte erhöht im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist.
In 9E ist der Wicklungsfaktor der elektrischen Maschine 20 aus 9A aufgetragen. Dazu ist auf der x-Achse die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist der äquivalente Wicklungsfaktor aufgetragen. Somit ergibt sich für die Harmonischen der Ordnungen 5 und 7 ein Wicklungsfaktor von deutlich über 1, nämlich etwa 1,5. Für das Ausführungsbeispiel aus 9A kann somit die harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft der Ordnung 5 oder 7 für einen effizienten Betrieb der elektrischen Maschine 20 als Arbeitswelle verwendet werden.
In 10A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 9A gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Stator 21 zwölf Nuten 24 und zwölf Zähne 26 auf. In jeder Nut 24 sind zwei Komponenten der elektrischen Wicklung 25 angeordnet, welche dazu ausgelegt sind mit unterschiedlichen Phasenströmen versorgt zu werden. Es handelt sich bei der elektrischen Wicklung 25 somit um eine 3-phasige Zwei-Schicht-Wicklung 25. Die Leiterabschnitte 35 einer Richtung einer Phase sind auf drei nebeneinanderliegende Nuten 24 verteilt. So sind beispielsweise zwei Leiterabschnitte 35 der Phase A+ in derselben Nut 24 angeordnet. In den dazu benachbarten Nuten 24 ist jeweils ein Leiterabschnitt 35 der Phase A+ angeordnet. Somit sind zwei Leiterabschnitte 35 derselben Phase um eine Nut 24 verschoben zu anderen Leiterabschnitten 35 derselben Phase angeordnet. Dies gilt für alle Phasen. Der Stator 21 weist in jedem Zahn 26 eine Ausnehmung 27 auf.
In 10B ist zum Vergleich der Aufbau aus 10A ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 10C ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 aufgetragen. Auf der x-Achse ist der Winkel entlang des Luftspalts 34 aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei bezieht sich die gestrichelte Linie auf den in 10B gezeigten Aufbau. Die durchgezogene Linie bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 aus 10A.
In 10D ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 nach harmonischen Komponenten aufgeschlüsselt aufgetragen. Auf der x-Achse ist die Ordnung der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei beziehen sich die ausgefüllten Balken auf den in 10B gezeigten Aufbau. Die leeren Balken beziehen sich auf das in 10A gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Grundwelle ist um 87 % reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist. Außerdem ist für die harmonischen Komponenten der Ordnungen 11 und 13 für das Ausführungsbeispiel aus 10A die Flussdichte erhöht im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist.
In 10E ist der Wicklungsfaktor der elektrischen Maschine 20 aus 10A aufgetragen. Dazu ist auf der x-Achse die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist der äquivalente Wicklungsfaktor aufgetragen. Somit ergibt sich für die Harmonischen der Ordnungen 11 und 13 ein Wicklungsfaktor von deutlich über 1, nämlich etwa 1,7. Für das Ausführungsbeispiel aus 10A kann somit die harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft der Ordnung 11 oder 13 für einen effizienten Betrieb der elektrischen Maschine 20 als Arbeitswelle verwendet werden.
In 11A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 10A gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Leiterabschnitte 35 einer Phase und einer Richtung auf vier Nuten 24 verteilt. Das bedeutet zum Beispiel, dass Leiterabschnitte 35 der Phase A+ in vier verschiedenen Nuten 24 angeordnet sind. Dabei sind jeweils zwei Leiterabschnitte 35 derselben Phase und Richtung in den Nuten 24 näher an der Außenseite 30 des Stators 21 als an der Innenseite 33 des Stators 21 angeordnet und zwei Leiterabschnitte 35 derselben Phase und Richtung sind näher an der Innenseite 33 des Stators 21 als an der Außenseite 30 des Stators 21 angeordnet. Der Stator 21 weist in jedem Zahn 26 eine Ausnehmung 27 auf.
In 11B ist zum Vergleich der Aufbau aus 11A ohne die Ausnehmungen 27 gezeigt.
In 11C ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 aufgetragen. Auf der x-Achse ist der Winkel entlang des Luftspalts 34 aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei bezieht sich die gestrichelte Linie auf den in 11B gezeigten Aufbau. Die durchgezogene Linie bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 20 aus 11A.
In 11D ist die Flussdichte im Luftspalt 34 der elektrischen Maschine 20 nach harmonischen Komponenten aufgeschlüsselt aufgetragen. Auf der x-Achse ist die Ordnung der harmonischen Komponenten der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist die Flussdichte aufgetragen. Dabei beziehen sich die ausgefüllten Balken auf den in 11B gezeigten Aufbau. Die leeren Balken beziehen sich auf das in 11A gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Grundwelle ist um 87 % reduziert im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist. Außerdem ist für die harmonischen Komponenten der Ordnungen 11 und 13 für das Ausführungsbeispiel aus 11A die Flussdichte erhöht im Vergleich zu dem Fall, dass die elektrische Maschine 20 keine Ausnehmungen 27 aufweist.
In 11E ist der Wicklungsfaktor der elektrischen Maschine 20 aus 11A aufgetragen. Dazu ist auf der x-Achse die Ordnung der harmonischen Komponente der magnetomotorischen Kraft aufgetragen. Auf der y-Achse ist der äquivalente Wicklungsfaktor aufgetragen. Somit ergibt sich für die Harmonischen der Ordnungen 11 und 13 ein Wicklungsfaktor von deutlich über 1, nämlich etwa 1,6. Für das Ausführungsbeispiel aus 11A kann somit die harmonische Komponente der magnetomotorischen Kraft der Ordnung 11 oder 13 für einen effizienten Betrieb der elektrischen Maschine 20 als Arbeitswelle verwendet werden.
Bezugszeichenliste

20: Elektrische Maschine
21: Stator
22: Rotor
23: Statorkern
24: Nut
25: elektrische Wicklung
26: Zahn
27: Ausnehmung
28: Spule
29: nicht magnetisches Material
30: Außenseite
31: stabförmige elektrische Leiter
32: Kurzschlussring
33: Innenseite
34: Luftspalt
35: Leiterabschnitt
36: erste Seite
37: zweite Seite
r: radiale Richtung

Claims

Elektrische Maschine (20) umfassend: - einen Stator (21), und - einen relativ zum Stator (21) beweglichen Rotor (22), wobei - der Stator (21) einen Statorkern (23), in welchem mindestens sechs Nuten (24) angeordnet sind, umfasst, - der Stator (21) eine verteilte elektrische Wicklung (25), welche zumindest teilweise in den Nuten (24) angeordnet ist, umfasst, - der Stator (21) mindestens sechs Zähne (26) umfasst, - zwischen zwei benachbarten Nuten (24) jeweils ein Zahn (26) des Stators (21) ausgebildet ist, - mindestens drei der Zähne (26) eine Ausnehmung (27) aufweisen, welche sich zumindest teilweise durch den jeweiligen Zahn (26) erstreckt, und - im Betrieb der elektrischen Maschine (20) eine Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist.
Elektrische Maschine (20) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die elektrische Wicklung (25) Spulen (28) aufweist, welche jeweils um mindestens zwei der Zähne (26) gewickelt sind.
Elektrische Maschine (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausnehmungen (27) frei von der elektrischen Wicklung (25) sind.
Elektrische Maschine (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die Ausnehmungen (27) jeweils in einer radialen Richtung (r) erstrecken, wobei die radialen Richtungen (r) jeweils parallel zu einem Radius in einem Querschnitt durch den Stator (21) verlaufen und der Radius durch den jeweiligen Zahn (26) verläuft.
Elektrische Maschine (20) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei sich die Ausnehmungen (27) entlang der jeweiligen radialen Richtung (r) weiter als die benachbarten Nuten (24) erstrecken.
Elektrische Maschine (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei in den Ausnehmungen (27) jeweils ein nicht magnetisches Material (29) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausnehmungen (27) gleichmäßig entlang des Umfangs des Stators (21) verteilt sind.
Elektrische Maschine (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausnehmungen (27) jeweils an mindestens eine Außenseite (30) des Stators (21) angrenzen.
Elektrische Maschine (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder Zahn (26) eine der Ausnehmungen (27) aufweist.
Elektrische Maschine (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jeder zweite Zahn (26) entlang des Umfangs des Stators (21) eine der Ausnehmungen (27) aufweist.
Elektrische Maschine (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Stator (21) höchstens so viele Ausnehmungen (27) aufweist wie Nuten (24).
Elektrische Maschine (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Stator (21) mehr als sechs Zähne (26) aufweist.
Elektrische Maschine (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei in jeder Nut (24) mindestens zwei Komponenten der elektrischen Wicklung (25) angeordnet sind, welche dazu ausgelegt sind mit unterschiedlichen Phasenströmen versorgt zu werden.
Elektrische Maschine (20) umfassend: - einen Stator (21), und - einen relativ zum Stator (21) beweglichen Rotor (22), wobei - der Stator (21) einen Statorkern (23), in welchem mindestens drei Nuten (24) angeordnet sind, umfasst, - der Stator (21) mindestens drei Zähne (26) und mindestens drei stabförmige elektrische Leiter (31) umfasst, - in den Nuten (24) jeweils mindestens einer der Leiter (31) angeordnet ist, - zwischen zwei benachbarten Nuten (24) jeweils ein Zahn (26) des Stators (21) ausgebildet ist, - mindestens drei der Zähne (26) eine Ausnehmung (27) aufweisen, welche sich zumindest teilweise durch den jeweiligen Zahn (26) erstreckt, - im Betrieb der elektrischen Maschine (20) eine Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist.
Elektrische Maschine (20) gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die drei Leiter (31) an einer Seite des Stators (21) elektrisch kurzgeschlossen sind.
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (20), das Verfahren umfassend: - Betreiben der elektrischen Maschine (20) mit einer Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft, wobei die Arbeitswelle verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist, wobei - die elektrische Maschine (20) einen Stator (21) aufweist, welcher einen Statorkern (23), in welchem mindestens sechs Nuten (24) angeordnet sind, eine verteilte elektrische Wicklung (25), welche zumindest teilweise in den Nuten (24) angeordnet ist, und mindestens sechs Zähne (26) aufweist, - die elektrische Maschine (20) einen relativ zum Stator (21) beweglichen Rotor (22) aufweist, - zwischen zwei benachbarten Nuten (24) jeweils ein Zahn (26) des Stators (21) ausgebildet ist, und - mindestens drei der Zähne (26) eine Ausnehmung (27) aufweisen, welche sich zumindest teilweise durch den jeweiligen Zahn (26) erstreckt.
Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei als Arbeitswelle eine Harmonische der magnetomotorischen Kraft verwendet wird, welche eine Ordnung von der Anzahl von Nuten (24) plus 1 oder der Anzahl von Nuten (24) minus 1 aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (20), das Verfahren umfassend: - Betreiben der elektrischen Maschine (20) mit einer Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft, wobei die Arbeitswelle verschieden von einer Grundwelle des Magnetflusses ist, wobei - die elektrische Maschine (20) einen Stator (21) aufweist, welcher einen Statorkern (23), in welchem mindestens drei Nuten (24) angeordnet sind, mindestens drei Zähne (26), und mindestens drei stabförmige elektrische Leiter (31) aufweist, - die elektrische Maschine (20) einen relativ zum Stator (21) beweglichen Rotor (22) aufweist, - in den Nuten (24) jeweils mindestens einer der Leiter (31) angeordnet ist, - zwischen zwei benachbarten Nuten (24) jeweils ein Zahn (26) des Stators (21) ausgebildet ist, und - mindestens drei der Zähne (26) eine Ausnehmung (27) aufweisen, welche sich zumindest teilweise durch den jeweiligen Zahn (26) erstreckt.