WO2015139940A2 - Fehlertoleranter antrieb für elektrolenkungen - Google Patents

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WO2015139940A2
WO2015139940A2 PCT/EP2015/054264 EP2015054264W WO2015139940A2 WO 2015139940 A2 WO2015139940 A2 WO 2015139940A2 EP 2015054264 W EP2015054264 W EP 2015054264W WO 2015139940 A2 WO2015139940 A2 WO 2015139940A2
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winding
fault
tolerant drive
machine
stator
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PCT/EP2015/054264
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WO2015139940A3 (de
Inventor
Gebhard Hudelmaier
Markus Heger
Original Assignee
Robert Bosch Automotive Steering Gmbh
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • the invention relates to a fault-tolerant drive, which consists of several
  • Part drives consists and can be used for example as part of an electric steering system of a motor vehicle.
  • a drive usually consists of an electric machine (motor / generator) and the electronics (ECU) used to control them. To operate the machine, it is necessary to connect the power electronics of the control unit (ECU) to the winding terminals of the machine.
  • parts of the drive can be designed to be redundant for a fault-tolerant drive. In the prior art, this may be the stator winding, for example in the case of the machine.
  • the rotor with the shaft can be used together here, while the ECU can be constructed completely redundant, for example.
  • Fig. 1 shows this for a drive 10 with two 3-phase windings 11 which are wound in the same stator 12 of the electric machine. The two 3-phase windings act on the same common rotor with shaft of the electric machine.
  • the drive 10 thus consists of two sub-drives with respect to the electrical parts (winding 11 and ECU 13) and has two winding systems.
  • EPS electric power steering systems
  • PMSM permanent magnet synchronous motors
  • the stator winding is divided into a plurality of slots along the circumference of the machine. With PMSM, it is preferred to avoid short circuits within the winding system
  • Toothed coils used windings used windings.
  • the coils of the windings each become one Stator tooth wound.
  • the winding can be designed either as a two-layer winding or as a single-layer winding.
  • Single-layer winding offers the advantage for use as a redundant or fault-tolerant drive that no insulation between two windings in a groove is required and there is a magnetic decoupling of adjacent windings.
  • the invention is therefore the object of the arrangement of the electrical connections between the machine and the control unit (ECU) to make that all common engine topologies (number / number ratio) can be used for EPS systems and no additional components for the contacting such as punched grid interconnection are needed.
  • a further object is that in the case where the contacting in the ECU requires the connection lines of the machine at certain locations in the ECU, the simplest possible component (interconnecting unit) for the electrical connection of the machine and the ECU available which can be used for all common engine topologies.
  • Embodiments of the invention are each subject of the subclaims. These can be combined in a technologically meaningful way.
  • a fault-tolerant drive which consists of several sub-drives and which is characterized in that a structural design of the
  • Contact between machine and ECU is formed by six individual contacts, which are offset by an angle of 60 ° to each other.
  • connection lines of a redundant motor which consists of two partial drives, are spaced apart by 60 ° in the axial direction on the motor
  • the fault-tolerant drive further comprises a switching unit, wherein an electrical connection between the machine and the ECU via the switching unit, and wherein the fault-tolerant drive is characterized in that the structural design of the contact between the machine and the switching unit the six individual contacts is formed, which are offset by an angle of 60 ° to each other.
  • Another idea of the invention is to connect the connection lines of a redundant motor which consists of two sub-drives, at a distance of 60 ° with the lines of an axially arranged on the engine interconnecting unit.
  • the electrical connection to the ECU can then take place at any point from the switching unit. This makes it easy to connect the various engine topologies common in electric power steering systems to the ECU. Due to the high flexibility in the engine topologies and the common parts with respect to the interconnecting unit can thereby save costs. With the interconnecting unit can also be required further electrical connections for Spulenverscnies, such. B. the neutral point connections can be realized.
  • the machine has a stator with 12 slots and a rotor with 8 magnetic poles.
  • a winding of the stator is designed as a two-layer winding.
  • a winding of the stator is designed as a single-layer winding.
  • the machine has a stator with 12 slots and a rotor with 10 magnetic poles.
  • a winding of the stator is designed as a two-layer winding.
  • a winding of the stator is designed as a single-layer winding.
  • the electric steering is used for automatically driving the motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fault-tolerant drive according to the prior art
  • FIG. 2 shows a simplified illustration of an electric drive for electric power steering
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a winding diagram of a machine in 12/8 topology with a two-layer winding according to an aspect of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of possible positions for motor connection lines for the winding diagram shown in FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a winding pattern of a machine in 12/8 topology with a single-layer winding according to another aspect of the invention
  • FIG. 6 shows a schematic representation of possible positions for motor connection lines for the winding diagram shown in FIG. 5
  • 7 shows a schematic representation of a winding diagram of a machine in 12/10 topology with a two-layer winding according to another aspect of the invention
  • FIG. 8 shows a schematic representation of possible positions for motor connection lines for the winding diagram shown in FIG.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a winding pattern of a machine in 12/10 topology with a single-layer winding according to a further aspect of the invention.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of possible positions for motor connection lines for the winding diagram shown in FIG.
  • identical or functionally identical components with the same
  • Control electronics or the control unit (ECU) 21 axially (in the direction of the motor shaft 22) to be arranged on the motor 23, as shown in Fig. 2.
  • Permanent magnet excitation with 8 or 10 magnetic poles 200 contains. Due to the integer number of stator and the symmetrical winding structure, these topologies are also suitable for winding with two separate, d. H.
  • FIG. 3 and 4 show according to a possible embodiment, an exemplary winding diagram of an electric machine (motor / generator) 30 in 12/8 topology with a two-layer winding with two separate part windings Ul, Wl, VI and U2, W2, V2.
  • the windings Ul, Wl, VI and U2, W2, V2 are connected in a star, the individual coils 31 a phase Ul, Wl, VI, U2, W2 or V2 are connected in series.
  • the windings Ul, Wl, VI and U2, W2, V2 are connected in a star, the individual coils 31 a phase Ul, Wl, VI, U2, W2 or V2 are connected in series.
  • the connection line 32 of the phases V are 60 ° away from the connection lines 32 of the phases W (W1 or W2).
  • the connecting line 32 of the phase V is not as in the known from the prior art standard interconnection of the phase V between the leads of the phases U and W of a partial winding.
  • connection lines can be used in this winding connection
  • FIG. 4 shows possible positions of the locations where the motor connection lines 32 can be led into the ECU 21 without much effort.
  • six individual contacts 35 can be formed on the phases VI, W1, Ul, V2, W2 and U2, which are arranged at an angle of 60 ° to one another.
  • FIG. 5 and FIG. 6 show, according to another possible embodiment, an exemplary winding diagram of an electric machine (motor / generator) 40 in 12/8 topology with a single-layer winding with two separate partial windings U1, W1, VI and U2, W2, V2.
  • the connecting lines 42 of the individual phases can be straight out at an angular distance of 60 ° in an axially arranged on the engine 23 ECU 21 without a special leadership of the lines 42nd
  • Fig. 6 shows possible positions of the locations where the engine connection lines 42 can be guided into the ECU 21 without much effort.
  • six individual contacts 45 can be formed on the phases VI, W1, Ul, V2, W2 and U2, which are arranged at an angle of 60 ° to one another.
  • 7 and 8 show, according to a further possible embodiment, an exemplary winding diagram of an electric machine (motor / generator) 50 in 12/10 topology with a two-layer winding with two separate partial windings Ul, Wl, VI and U2, W2, V2.
  • the windings Ul, Wl, VI and U2, W2, V2 are connected in star and the individual coils 51 a phase Ul, Wl, VI, U2, W2 or V2 are connected in series.
  • Connecting line 52 of the winding Wl comes out of the grooves 100 of the machine 50 at 90 °. Without much effort, this connecting line 52 can be laid in the winding head in the region of the associated coil 51 to 60 ° without other coils 51 are touched or crossed, such as it Fig. 7 shows.
  • the connecting line 52 of the winding U2 comes at 210 ° from the grooves 100 of the machine 50. Without much effort, this can be
  • Connecting line 52 of the winding V2 comes out of the grooves 100 of the machine 50 at 330 °. Without much effort, this connecting line 52 can be laid in the winding head in the region of the associated coil 51 to 300 ° without other coils 51 being touched or crossed, such as it Fig. 7 shows.
  • Fig. 8 shows possible positions of the locations at which the motor connection lines 52 can be led into the ECU 21 without much effort.
  • six individual contacts 55 can be formed on the phases VI, W1, Ul, V2, W2 and U2, which are arranged at an angle of 60 ° to one another.
  • FIGS. 9 and 10 show, according to another possible embodiment, an exemplary winding diagram of an electric machine (motor / generator) 60 in 12/10 Topology with a single-layer winding with two separate partial windings Ul, Wl, VI and U2, W2, V2.
  • the connecting line 62 of the winding Wl comes out of the slots 100 of the machine 60 at 90 °. Without great effort, this connecting line 62 can be laid in the winding head in the region of the associated coil 61 to 60 ° without touching or crossing other coils 61, as shown in FIG. 9.
  • the connecting line 62 of the winding U2 comes at 210 ° from the grooves 100 of the machine 60. This can be done without much effort
  • Lead 62 in the winding head in the region of the associated coil 61 to 180 °, without causing other coils 61 are touched or crossed, as shown in FIG. 9.
  • Connecting line 62 of the winding V2 comes out of the grooves 100 of the machine 60 at 330 °. Without much effort, this connecting line 62 can be laid in the winding head in the region of the associated coil 61 to 300 ° without other coils 61 being touched or crossed, such as it Fig. 9 shows.
  • connection lines 62 of the individual phases can be straight out at an angular distance of 60 ° in an axially arranged on the motor 23 ECU 21 without a special guidance of the lines 62, for example, in a switching unit is required.
  • Fig. 10 shows possible positions of the locations where the engine connection lines 62 can be fed to the ECU 21 without much effort.
  • six individual contacts 65 can be formed on the phases VI, W1, Ul, V2, W2 and U2, which are arranged at an angle of 60 ° to one another.
  • the above embodiments of the motor winding show that in redundant motors, the winding connections can be brought to a distance of 60 ° with little effort, without causing a touch or crossover with other coils.
  • the motor topology and motor winding are not limited to the embodiments of motor winding. Electric machines
  • connection lines of the individual phases straight out at an angular distance of 60 ° in an axially arranged on the engine ECU without a special guidance of the lines, for example, in a switching unit is required, it is according to a possible embodiment However, also possible to realize in the above embodiments, a special guidance of the lines, for example in the form of a switching unit.
  • the fault-tolerant drive presented in the above embodiments can for example be used as part of an electric steering system for a motor vehicle.
  • the electric steering can in turn be used for example for automatic driving of the motor vehicle.
  • Embodiments exist by combination possibilities of all mentioned and furthermore of all the technical features and embodiments obvious to the person skilled in the art. It is further understood that the embodiments are to be understood as examples only, which in no way limit the scope, applicability and configuration. Rather, the foregoing description would suggest a suitable way for the skilled person to realize at least one exemplary embodiment. It should be understood that in an exemplary embodiment, numerous changes in the function and arrangement of the elements may be made without departing from the scope and equivalents disclosed in the claims.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen fehlertoleranten Antrieb (20), der aus mehreren Teilantrieben besteht und der dadurch gekennzeichnet ist, dass eine konstruktive Ausführung der Kontaktierung zwischen Maschine (20, 30, 40, 50, 60) und ECU (21) durch sechs einzelne Kontakte (35, 45, 55, 65) gebildet wird, welche um einen Winkel von 60° versetzt zueinander angeordnet sind. Der fehlertolerante Antrieb (20) kann beispielsweise als Teil einer elektrischen Lenkung für ein Kraftfahrzeug verwendet werden.

Description

Fehlertoleranter Antrieb für Elektrolenkungen
Die Erfindung bezieht sich auf einen fehlertoleranten Antrieb, der aus mehreren
Teileantrieben besteht und der beispielsweise als Teil einer elektrischen Lenkung eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. Ein Antrieb besteht in der Regel aus einer elektrischen Maschine (Motor/Generator) und der zu deren Ansteuerung verwendeten Elektronik (ECU). Zum Betrieb der Maschine ist es erforderlich, die Leistungselektronik des Steuergerätes (ECU) mit den Wicklungsanschlüssen der Maschine zu verbinden. Für einen fehlertoleranten Antrieb können beispielsweise Teile des Antriebs redundant ausgeführt werden. Nach dem Stand der Technik kann dies beispielsweise bei der Maschine die Statorwicklung sein. Der Rotor mit der Welle kann hier gemeinsam verwendet werden, während die ECU beispielsweise komplett redundant aufgebaut werden kann. Fig. 1 zeigt dies für einen Antrieb 10 mit zwei 3-phasigen Wicklungen 11 die in denselben Stator 12 der elektrischen Maschine gewickelt sind. Die beiden 3-phasigen Wicklungen wirken auf denselben gemeinsamen Rotor mit Welle der elektrischen Maschine. Der Antrieb 10 besteht also bezüglich der elektrischen Teile (Wicklung 11 und ECU 13) aus zwei Teilantrieben und hat zwei Wicklungssysteme.
Für elektrische Servolenksysteme (EPS) werden in weiter Verbreitung Asynchronmotoren oder permanentmagneterregte Synchronmotoren (PMSM) eingesetzt. Die Statorwicklung wird in mehrere Nuten entlang des Umfangs der Maschine aufgeteilt. Bei PMSM werden zur Vermeidung von Kurzschlüssen innerhalb des Wicklungssystems bevorzugt
Zahnspulen Wicklungen verwendet. Hier werden die Spulen der Wicklungen jeweils um einen Statorzahn gewickelt. Die Wicklung kann hierbei gemäß dem Stand der Technik entweder als Zweischichtwicklung oder als Einschichtwicklung ausgeführt sein. Bei einer
Zweischichtwicklung ist jeder Statorzahn bewickelt, folglich sind in einer Statornut zwei benachbarte Wicklungen enthalten. Bei einer Einschichtwicklung ist nur jeder zweite Zahn bewickelt und folglich ist auch in jeder Statornut nur eine Wicklung enthalten. Die
Einschichtwicklung bietet für die Anwendung als redundanten bzw. fehlertoleranten Antrieb den Vorteil, dass keine Isolierung zwischen zwei Wicklungen in einer Nut erforderlich ist und eine magnetische Entkopplung von benachbarten Wicklungen besteht. Ausgehend von dem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der elektrischen Anschlüsse zwischen Maschine und Steuergerät (ECU) so zu gestalten, das alle gängigen Motortopologien (Nutzahl/Polzahl-Verhältnis) für EPS-Systeme verwendet werden können und keine zusätzlichen Komponenten für die Kontaktierung wie beispielsweise Stanzgitterverschaltung benötigt werden.
Nach einem Aspekt der Erfindung liegt eine weitere Aufgabe darin, dass für den Fall das die Kontaktierung in der ECU die Anschlussleitungen der Maschine an bestimmten Stellen in der ECU benötigt, eine möglichst einfache Komponente (Verschalteinheit) zur elektrischen Verbindung der Maschine und der ECU zur Verfügung gestellt wird, die für alle gängigen Motortopologien verwendet werden kann.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unter ansprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Vorgesehen ist demgemäß einen fehlertoleranten Antrieb, der aus mehreren Teilantrieben besteht und der dadurch gekennzeichnet ist, dass eine konstruktive Ausführung der
Kontaktierung zwischen Maschine und ECU durch sechs einzelne Kontakte gebildet wird, welche um einen Winkel von 60° versetzt zueinander angeordnet sind.
Ein Gedanke der Erfindung ist, die Anschlussleitungen eines redundanten Motors der aus zwei Teilantrieben besteht, im Abstand von 60° in die axial am Motor angeordnete
Ansteuerelektronik (ECU) zu führen. Bevorzugt wird ein Abstand von ca. 60° für das Hineinführen der Anschlussleitungen des Motors (elektrische Maschine) in die Ansteuerelektronik. Damit lässt sich Aufwand bei der Verbindung des Motors und der Ansteuerelektronik reduzieren, wodurch sich ein Kostenvorteil ergibt. In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße fehlertolerante Antrieb weiterhin eine Verschalteinheit, wobei eine elektrische Verbindung zwischen der Maschine und der ECU über die Verschalteinheit erfolgt, und wobei der fehlertolerante Antrieb dadurch gekennzeichnet ist, dass die konstruktive Ausführung der Kontaktierung zwischen der Maschine und der Verschalteinheit durch die sechs einzelnen Kontakte gebildet wird, welche um einen Winkel von 60° versetzt zueinander angeordnet sind.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung ist, die Anschlussleitungen eines redundanten Motors der aus zwei Teilantrieben besteht, im Abstand von 60° mit den Leitungen einer axial am Motor angeordnete Verschalteinheit zu verbinden. Von der Verschalteinheit aus kann dann die elektrische Verbindung zur ECU an beliebigen Stellen erfolgen. Dadurch lassen sich die unterschiedlichen bei elektrischen Servolenkungen gängigen Motortopologien auf einfache Weise an die ECU anschließen. Aufgrund der hohen Flexibilität bei den Motortopologien und der Gleichteile bezüglich der Verschalteinheit lassen sich dadurch Kosten sparen. Mit der Verschalteinheit können dabei auch weitere erforderliche elektrische Verbindungen zur Spulenverschaltung, wie z. B. die Sternpunktverbindungen, realisiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen fehlertoleranten Antriebs weist die Maschine einen Stator mit 12 Nuten und einen Rotor mit 8 Magnetpolen auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen fehlertoleranten Antriebs ist eine Wicklung des Stators als Zweischichtwicklung ausgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen fehlertoleranten Antriebs ist eine Wicklung des Stators als Einschichtwicklung ausgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen fehlertoleranten Antriebs weist die Maschine einen Stator mit 12 Nuten und einen Rotor mit 10 Magnetpolen auf. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen fehlertoleranten Antriebs ist eine Wicklung des Stators als Zweischichtwicklung ausgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen fehlertoleranten Antriebs ist eine Wicklung des Stators als Einschichtwicklung ausgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen fehlertoleranten Antriebs wird der fehlertolerante Antrieb als Teil einer elektrischen Lenkung für ein
Kraftfahrzeug verwendet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen fehlertoleranten Antriebs wird die elektrische Lenkung zum automatischen Fahren des Kraftfahrzeugs verwendet. Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische Darstellung eines fehlertoleranten Antriebs gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2: eine vereinfachte Darstellung eines elektrischen Antriebs für Elektrolenkungen,
Figur 3: eine schematische Darstellung eines Wickelschemas einer Maschine in 12/8 Topologie mit einer Zweischichtwicklung entsprechend eines erfindungsgemäßen Aspekts,
Figur 4: eine schematische Darstellung möglicher Positionen für Motoranschlussleitungen für das in Fig. 3 dargestellte Wickelschema,
Figur 5: eine schematische Darstellung eines Wickelschemas einer Maschine in 12/8 Topologie mit einer Einschichtwicklung entsprechend eines weiteren erfindungsgemäßen Aspekts,
Figur 6: eine schematische Darstellung möglicher Positionen für Motoranschlussleitungen für das in Fig. 5 dargestellte Wickelschema, Figur 7: eine schematische Darstellung eines Wickelschemas einer Maschine in 12/10 Topologie mit einer Zweischichtwicklung entsprechend eines weiteren erfindungsgemäßen Aspekts, Figur 8: eine schematische Darstellung möglicher Positionen für Motoranschlussleitungen für das in Fig. 7 dargestellte Wickelschema,
Figur 9: eine schematische Darstellung eines Wickelschemas einer Maschine in 12/10 Topologie mit einer Einschichtwicklung entsprechend eines weiteren erfindungsgemäßen Aspekts, und
Figur 10: eine schematische Darstellung möglicher Positionen für Motoranschlussleitungen für das in Fig. 9 dargestellte Wickelschema. In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
Es ist bei elektrischen Antrieben 20 für Elektrolenkungen (EPS) weit verbreitet, die
Ansteuerelektronik bzw. die Steuereinheit (ECU) 21 axial (in Richtung der Motorwelle 22) am Motor 23 anzuordnen, wie in Fig. 2 gezeigt.
Gängige Motortopologien bei EPS-Systemen (elektrischen Lenkungssystemen) sind die 12/8- und die 12/10-Topologie. Dies bedeutet, dass das Wicklungssystem des Motors 23 auf 12 Statornuten 100 (siehe Fig. 4, 6, 8 oder 10) aufgeteilt ist und der Rotor eine
Permanentmagneterregung mit 8 bzw. 10 Magnetpolen 200 (siehe Fig. 4, 6, 8 oder 10) enthält. Aufgrund der ganzzahligen Statornutzahl und des symmetrischen Wicklungsaufbaus eigenen sich diese Topologien auch für die Bewicklung mit zwei getrennten, d. h.
redundanten Wicklungssystemen.
Fig. 3 und 4 zeigen entsprechend einer möglichen Ausführungsform ein beispielhaftes Wickelschema einer elektrischen Maschine (Motor/Generator) 30 in 12/8 Topologie mit einer Zweischichtwicklung mit zwei voneinander getrennten Teilwicklungen Ul, Wl, VI und U2, W2, V2.
Die Wicklungen Ul, Wl, VI bzw. U2, W2, V2 sind in Stern verschaltet, die einzelnen Spulen 31 einer Phase Ul, Wl, VI, U2, W2 oder V2 sind in Serie verschaltet. Durch eine Die Wicklungen Ul, Wl, VI bzw. U2, W2, V2 sind in Stern verschaltet, die einzelnen Spulen 31 einer Phase Ul, Wl, VI, U2, W2 oder V2 sind in Serie verschaltet. Durch eine spezielle Verschaltung der Phasen V (VI bzw. V2) wird erreicht, dass die Anschlussleitung 32 der Phasen V 60° von den Anschlussleitungen 32 der Phasen W (Wl bzw. W2) entfernt sind. Damit liegt die Anschlussleitung 32 der Phasen V nicht wie bei der aus dem Stand der Technik bekannten Standardverschaltung der Phase V zwischen den Zuleitungen der Phasen U und W einer Teilwicklung.
Werden die Verbindungsleitungen 33 zwischen den Spulen 31 und die Sternpunkte 34 entsprechend isoliert, lassen sich damit konstruktiv Kurzschlüsse außerhalb der Zahnspulen
31 verhindern. Dabei lassen sich bei dieser Wicklungsverschaltung die Anschlussleitungen
32 der einzelnen Phasen gerade heraus in einem Winkelabstand von 60° in eine axial an der elektrischen Maschine (Motor/Generator) 30 angeordneten ECU 21 führen, ohne dass eine spezielle Führung der Leitungen 32 beispielsweise in einer Verschalteinheit erforderlich ist.
Fig. 4 zeigt mögliche Positionen der Stellen, an denen die Motoranschlussleitungen 32 in die ECU 21 ohne größeren Aufwand geführt werden können. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, können sechs einzelne Kontakte 35 an den Phasen VI, Wl, Ul , V2, W2 und U2 gebildet werden, die um einen Winkel von 60° versetzt zueinander angeordnet sind.
Fig. 5 und Fig. 6 zeigen entsprechend einer weiteren möglichen Ausführungsform ein beispielhaftes Wickelschema einer elektrischen Maschine (Motor/Generator) 40 in 12/8 Topologie mit einer Einschichtwicklung mit zwei voneinander getrennten Teilwicklungen Ul, Wl, VI und U2, W2, V2.
Werden die Sternpunkte 44 entsprechend isoliert, lassen sich damit konstruktiv Kurzschlüsse außerhalb der Zahnspulen 41 verhindern. Dabei lassen sich die Anschlussleitungen 42 der einzelnen Phasen gerade heraus in einem Winkelabstand von 60° in eine axial am Motor 23 angeordnete ECU 21 führen, ohne dass eine spezielle Führung der Leitungen 42
beispielsweise in einer Verschalteinheit erforderlich ist.
Fig. 6 zeigt mögliche Positionen der Stellen, an denen die Motoranschlussleitungen 42 in die ECU 21 ohne größeren Aufwand geführt werden können. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, können sechs einzelne Kontakte 45 an den Phasen VI, Wl, Ul , V2, W2 und U2 gebildet werden, die um einen Winkel von 60° versetzt zueinander angeordnet sind. Fig. 7 und 8 zeigen entsprechend einer weiteren möglichen Ausführungsform ein beispielhaftes Wickelschema einer elektrischen Maschine (Motor/Generator) 50 in 12/10 Topologie mit einer Zweischichtwicklung mit zwei voneinander getrennten Teilwicklungen Ul, Wl, VI und U2, W2, V2.
Die Wicklungen Ul, Wl, VI bzw. U2, W2, V2 sind in Stern verschaltet und die einzelnen Spulen 51 einer Phase Ul, Wl, VI, U2, W2 oder V2 sind in Serie verschaltet. Die
Anschlussleitung 52 der Wicklung Wl kommt bei 90° aus den Nuten 100 der Maschine 50. Ohne großen Aufwand lässt sich diese Anschlussleitung 52 im Wickelkopf im Bereich der zugehörigen Spule 51 auf 60° verlegen, ohne dass dabei andere Spulen 51 berührt oder gekreuzt werden, wie es Fig. 7 zeigt. Die Anschlussleitung 52 der Wicklung U2 kommt bei 210° aus den Nuten 100 der Maschine 50. Ohne großen Aufwand lässt sich diese
Anschlussleitung 52 im Wickelkopf im Bereich der zugehörigen Spule 51 auf 180° verlegen, ohne dass dabei andere Spulen 51 berührt oder gekreuzt werden, wie es Fig. 7 zeigt. Die
Anschlussleitung 52 der Wicklung V2 kommt bei 330° aus den Nuten 100 der Maschine 50. Ohne großen Aufwand lässt sich diese Anschlussleitung 52 im Wickelkopf im Bereich der zugehörigen Spule 51 auf 300° verlegen, ohne dass dabei andere Spulen 51 berührt oder gekreuzt werden, wie es Fig. 7 zeigt.
Werden die Verbindungsleitungen 53 zwischen den Spulen 51 und die Sternpunkte 54 entsprechend isoliert, lassen sich damit konstruktiv Kurzschlüsse außerhalb der Zahnspulen
51 verhindern. Mit den oben beschriebenen Maßnahmen lassen sich die Anschlussleitungen
52 der einzelnen Phasen gerade heraus in einem Winkelabstand von 60° in eine axial am Motor 23 angeordnete ECU 21 führen, ohne dass eine spezielle Führung der Leitungen 52 beispielsweise in einer Verschalteinheit erforderlich ist.
Fig. 8 zeigt mögliche Positionen der Stellen, an denen die Motoranschlussleitungen 52 in die ECU 21 ohne größeren Aufwand geführt werden können. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, können sechs einzelne Kontakte 55 an den Phasen VI, Wl, Ul , V2, W2 und U2 gebildet werden, die um einen Winkel von 60° versetzt zueinander angeordnet sind.
Fig. 9 und 10 zeigen entsprechend einer weiteren möglichen Ausführungsform ein beispielhaftes Wickelschema einer elektrischen Maschine (Motor/Generator) 60 in 12/10 Topologie mit einer Einschichtwicklung mit zwei voneinander getrennten Teilwicklungen Ul, Wl, VI und U2, W2, V2.
Die Anschlussleitung 62 der Wicklung Wl kommt bei 90° aus den Nuten 100 der Maschine 60. Ohne großen Aufwand lässt sich diese Anschlussleitung 62 im Wickelkopf im Bereich der zugehörigen Spule 61 auf 60° verlegen, ohne dass dabei andere Spulen 61 berührt oder gekreuzt werden, wie es Fig. 9 zeigt. Die Anschlussleitung 62 der Wicklung U2 kommt bei 210° aus den Nuten 100 der Maschine 60. Ohne großen Aufwand lässt sich diese
Anschlussleitung 62 im Wickelkopf im Bereich der zugehörigen Spule 61 auf 180° verlegen, ohne dass dabei andere Spulen 61 berührt oder gekreuzt werden, wie es Fig. 9 zeigt. Die
Anschlussleitung 62 der Wicklung V2 kommt bei 330° aus den Nuten 100 der Maschine 60. Ohne großen Aufwand lässt sich diese Anschlussleitung 62 im Wickelkopf im Bereich der zugehörigen Spule 61 auf 300° verlegen, ohne dass dabei andere Spulen 61 berührt oder gekreuzt werden, wie es Fig. 9 zeigt.
Werden die Sternpunkte 64 entsprechend isoliert, lassen sich damit konstruktiv Kurzschlüsse außerhalb der Zahnspulen 61 verhindern. Mit den oben beschriebenen Maßnahmen lassen sich die Anschlussleitungen 62 der einzelnen Phasen gerade heraus in einem Winkelabstand von 60° in eine axial am Motor 23 angeordnete ECU 21 führen ohne das eine spezielle Führung der Leitungen 62 beispielsweise in einer Verschalteinheit erforderlich ist.
Fig. 10 zeigt mögliche Positionen der Stellen, an denen die Motoranschlussleitungen 62 in die ECU 21 ohne größeren Aufwand geführt werden können. Wie aus Fig. 10 ersichtlich, können sechs einzelne Kontakte 65 an den Phasen VI, Wl, Ul, V2, W2 und U2 gebildet werden, die um einen Winkel von 60° versetzt zueinander angeordnet sind.
Die obigen Ausführungsbeispiele der Motorbewicklung zeigen, dass bei redundanten Motoren die Wicklungsanschlüsse mit geringem Aufwand auf einen Abstand von 60° gebracht werden können, ohne dass es dabei zu einer Berührung oder Überkreuzung mit anderen Spulen kommt. Die Motortopologie und die Motorbewicklung sind nicht auf die Ausführungsbeispiele der Motorbewicklung beschränkt. Elektrischen Maschinen
(Motor/Generator) mit mehr als den zwei beschriebenen Teilantrieben bzw. mit mehr als zwei Wicklungssystemen sind möglich. Während sich mit den oben beschriebenen Maßnahmen die Anschlussleitungen der einzelnen Phasen gerade heraus in einem Winkelabstand von 60° in eine axial am Motor angeordnete ECU führen lassen ohne das eine spezielle Führung der Leitungen beispielsweise in einer Verschalteinheit erforderlich ist, so ist es entsprechend einer möglichen Ausführungsform jedoch auch möglich, in den obigen Ausführungsbeispielen eine spezielle Führung der Leitungen beispielsweise in Form einer Verschalteinheit zu realisieren.
Der in den obigen Ausführungsbeispielen vorgestellte fehlertolerante Antrieb kann beispielsweise als Teil einer elektrischen Lenkung für ein Kraftfahrzeug verwendet werden. Die elektrische Lenkung kann wiederum beispielsweise zum automatischen Fahren des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
Gleichwohl in der vorangegangenen Beschreibung einige mögliche Ausführungen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass zahlreiche weitere Varianten von
Ausführungen durch Kombinationsmöglichkeiten aller genannten und ferner aller dem Fachmann naheliegenden technischen Merkmale und Ausführungsformen existieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele zu verstehen sind, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit und die Konfiguration in keiner Weise beschränken. Vielmehr möchte die vorangegangene Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Weg aufzeigen, um zumindest eine beispielhafte Ausführungsform zu realisieren. Es versteht sich, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform zahlreiche Änderungen bezüglich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen offenbarten Schutzbereich und dessen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste
10 Antrieb
11 Wicklungen
12 Stator
13 ECU
20 elektrischer Antrieb
21 Steuereinheit (ECU)
22 Motorwelle
23 Motor
100 Statornuten
200 Magnetpolen
30 elektrischen Maschine (Motor/Generator)
31 Spulen
32 Anschlussleitung der Phasen
33 Verbindungsleitungen
34 Sternpunkte
35 Kontakte
40 elektrischen Maschine (Motor/Generator)
41 Spulen
42 Anschlussleitung der Phasen
43 Verbindungsleitungen
44 Sternpunkte
45 Kontakte
50 elektrischen Maschine (Motor/Generator)
51 Spulen
52 Anschlussleitung der Phasen
53 Verbindungsleitungen
54 Sternpunkte
55 Kontakte
60 elektrischen Maschine (Motor/Generator)
61 Spulen
62 Anschlussleitung der Phasen
63 Verbindungsleitungen
64 Sternpunkte ŋontakte

Claims

Patentansprüche
1. Fehlertoleranter Antrieb (20) aus mehreren Teilantrieben bestehend, dadurch gekennzeichnet, dass eine konstruktive Ausführung der Kontaktierung zwischen Maschine (20, 30, 40, 50, 60) und ECU (21) durch sechs einzelne Kontakte (35, 45, 55, 65) gebildet wird, welche um einen Winkel von 60° versetzt zueinander angeordnet sind.
2. Fehlertoleranter Antrieb (20) nach Anspruch 1 , weiterhin umfassend eine
Verschalteinheit, wobei eine elektrische Verbindung zwischen der Maschine (20, 30, 40, 50, 60) und der ECU (21) über die Verschalteinheit erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die konstruktive Ausführung der Kontaktierung zwischen der Maschine und der Verschalteinheit durch die sechs einzelnen Kontakte (35, 45, 55, 65) gebildet wird, welche um einen Winkel von 60° versetzt zueinander angeordnet sind.
3. Fehlertoleranter Antrieb (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (20, 30, 40, 50, 60) einen Stator mit 12 Nuten (100) und einen Rotor mit 8 Magnetpolen (200) aufweist.
4. Fehlertoleranter Antrieb (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wicklung des Stators als Zweischichtwicklung ausgeführt ist.
5. Fehlertoleranter Antrieb (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wicklung des Stators als Einschichtwicklung ausgeführt ist.
6. Fehlertoleranter Antrieb (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (20, 30, 40, 50, 60) einen Stator mit 12 Nuten (100) und einen Rotor mit 10 Magnetpolen (200) aufweist.
7. Fehlertoleranter Antrieb (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wicklung des Stators als Zweischichtwicklung ausgeführt ist.
8. Fehlertoleranter Antrieb (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wicklung des Stators als Einschichtwicklung ausgeführt ist.
9. Fehlertoleranter Antrieb (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der fehlertolerante Antrieb (20) als Teil einer elektrischen Lenkung für ein Kraftfahrzeug verwendet wird.
10. Fehlertoleranter Antrieb (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Lenkung zum automatischen Fahren des Kraftfahrzeugs verwendet wird.
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