WO2023148169A1

WO2023148169A1 - Stator und elektrische maschine

Info

Publication number: WO2023148169A1
Application number: PCT/EP2023/052334
Authority: WO
Inventors: Gurakuq Dajaku
Original assignee: Feaam Gmbh
Priority date: 2022-02-01
Filing date: 2023-01-31
Publication date: 2023-08-10
Also published as: DE102022102313A1

Abstract

Ein Stator (1) für eine elektrische Maschine umfasst mehrere Statorzähne, die entlang des Umfangs des Stators verteilt und zwischen denen jeweils Nuten (2) ausgebildet sind. Spulen der gleichen elektrischen Phase (U, V, W) sind jeweils benachbart angeordnet und um jeweilige Zähne (3) gewickelt. Zwischen den benachbarten Spulen der gleichen elektrischen Phase ist mindestens ein unbewickelter Zahn (4) vorgesehen. Die mit benachbarten Spulen der gleichen elektrischen Phase bewickelten Zähne (3) weisen jeweils eine Ausnehmung (5) auf, welche im Wesentlichen in radialer Richtung ausgedehnt und im Zahnbereich angeordnet ist, oder der mindestens eine unbewickelte Zahn (4) weist jeweils eine Ausnehmung (5) auf, welche im Wesentlichen in radialer Richtung ausgedehnt und im Zahnbereich angeordnet ist.

Description

Beschreibung

STATOR UND ELEKTRISCHE MASCHINE

Die vorliegende Anmeldung betri f ft einen Stator für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine mit dem Stator .

In den letzten beiden Jahrzehnten wurden bei Synchronmaschinen die sogenannten Fractional-Slot Concentrated Windings , FSCWs , zu Deutsch konzentrierte Bruchlochwicklung, in zahlreichen Anwendungen vermehrt eingesetzt . Gründe hierfür sind die einfache Herstellung und die attraktive Charakteristik wie beispielsweise ein gutes Verhältnis von Leistung zu Gewicht , geringe Kupferverluste , hohe Fehlertoleranzen, nicht überlappende Spulen und kurze Wickelköpfe .

Bei derartigen Maschinen wird als Arbeitswelle häufig nicht die Grundwelle der magnetomotorischen Kraft verwendet , sondern eine höhere Harmonische , beispielsweise die fünfte oder die siebte Harmonische der magnetomotorischen Kraft . FSCWs können als Einschichtwicklung oder als Mehrschichtwicklung ausgeführt werden .

Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung ist die Einschichtwicklung .

Wünschenswert ist dabei , die Arbeitswelle im Verhältnis zu den anderen harmonischen Komponenten einschließlich der Grundwelle zu verstärken beziehungsweise die unerwünschten Komponenten der magnetomotorischen Kraft zu unterdrücken beziehungsweise zu verringern . Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst .

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben .

In einer Aus führungs form weist ein Stator für eine elektrische Maschine mehrere Statorzähne auf , die entlang des Umfangs des Stators verteilt sind . Zwischen den Statorzähne sind j eweils Nuten ausgebildet , wobei Spulen der gleichen elektrischen Phase j eweils benachbart angeordnet und um j eweilige Zähne gewickelt sind .

Es sind also j eweils mindestens zwei Spulen der gleichen elektrischen Phase um benachbarte Zähne gewickelt , wobei insgesamt mehrere , beispielsweise drei unterschiedliche elektrische Phasen, beispielsweise bei einer dreiphasigen Maschine , vorkommen können . Zwischen den benachbarten Spulen der gleichen elektrischen Phase ist mindesten ein unbewickelter Zahn vorgesehen .

Die mit benachbarten Spulen der gleichen elektrischen Phase bewickelten Zähne weisen j eweils eine Ausnehmung auf , welche im Wesentlichen in radialer Richtung ausgedehnt und im Zahnbereich angeordnet ist . In einer anderen Aus führungs form weist der mindestens eine unbewickelte Zahn eine Ausnehmung auf , welche im Wesentlichen in radialer Richtung ausgedehnt und im Zahnbereich angeordnet ist .

Mit anderen Worten kann die in radialer Richtung ausgedehnte Ausnehmung im Bereich des unbewickelten Zahns vorgesehen sein, oder im Bereich der mit Spulen der gleichen Phase bewickelten Zähne .

In beiden Fällen wird durch die zusätzliche Ausnehmung im Zahnbereich die Arbeitswelle , beispielsweise die fünfte oder siebte Harmonische der magnetomotorischen Kraft verstärkt , während andere signi fikante harmonische Anteile der magnetomotorischen Kraft , insbesondere die Grundwelle , deutlich reduziert werden .

Im Fall der Anordnung der Ausnehmung in dem unbewickelten Zahn, der zwischen Zähnen mit Spulen gleicher Phase angeordnet ist , kann in einer Aus führungs form zusätzlich eine Ausnehmung in einem unbewickelten Zahn vorgesehen sein, der zwischen Zähnen mit Spulen unterschiedlicher Phasen angeordnet ist .

Hierdurch wird die magnetische Kopplung zwischen den unterschiedlichen Phasen reduziert .

In einer Aus führungs form bildet die Ausnehmung eine mechanische Barriere zur Reduzierung der Grundwelle des Magnetflusses .

In einer Aus führungs form entspricht der der Abstand der Ausnehmungen voneinander, in Umfangsrichtung gemessen, genau dem doppelten Nutabstand . Beispielsweise bei einem Stator mit 12 Nuten sind demnach sechs Ausnehmungen in radialer Richtung vorgesehen .

In einer Aus führungs form wird als Arbeitswelle eine von der

Grundwelle verschiedene höhere Harmonische der magnetomotorischen Kraft genutzt . Dies kann beispielsweise die fünfte oder die siebte Harmonische sein, aber auch andere Harmonische .

In einer Aus führungs form umfasst der Stator eine mehrphasige Einschichtwicklung, die die vorgenannten Spulen umfasst , die in Nuten eingelegt und um die genannten Zähne gewickelt sind .

In einer Aus führungs form sind genau zwei Spulen der gleichen Phase benachbart angeordnet und um Zähne des Stators gewickelt .

In einer anderen Aus führungs form sind genau drei Spulen der gleichen Phase benachbart angeordnet und um Zähne des Stators gewickelt .

In einer weiteren Aus führungs form sind mehr als drei Spulen der gleichen Phase benachbart angeordnet und um Zähne des Stators gewickelt .

In einer Aus führungs form bilden die benachbarten Spulen der gleichen Phase , die um Zähne des Stators gewickelt sind, eine Gruppe . Dabei ist es möglich, dass j ede Gruppe genau einmal vorkommt .

In einer anderen Aus führungs form weist die Statorwicklung j ede Spulengruppe mindestens zweimal auf . Das bedeutet , dass beispielsweise zwei Gruppen von zwei benachbarten Spulen gleicher Phase vorgesehen sind . Beispielsweise ergibt sich so die Spulenfolge +U, +U, -V, -V, +W, +W, -U, -U, +V, +V, -W, - W, wobei U, V, W die elektrischen Phasen und + bzw . - den Wickelsinn der Spulen bezeichnen . In alternativen Aus führungs formen können mindestens zwei Gruppen mit drei oder mehr benachbarten Spulen gleicher Phase vorgesehen sein .

In einer Aus führungs form können j eweils mindestens zwei Gruppen mit unterschiedlicher Anzahl benachbarter Spulen vorgesehen sein . So sind beispielsweise bei einer Gruppe zwei benachbarte Spulen der gleichen Phase umfasst und von einer anderen Gruppe sind drei benachbarten Spulen gleicher Phase umfasst .

In einer Aus führungs form sind die Statorzähne entlang des Umfangs des Stators abwechselnd bewickelt und unbewickelt . Das bedeutet , dass in j eder Nut nur Leiter einer Spule eingelegt sind, nicht von zwei benachbarten Spulen .

Bevorzugt sind die Statorzähne symmetrisch entlang des Umfangs des Stators verteilt .

In einer anderen Aus führungs form ist eine elektrische Maschine mit einem Stator wie vorstehend beschrieben sowie mit einem Rotor vorgesehen .

Der Rotor kann beispielsweise als PM-Rotor ausgebildet sein, also als Rotor mit Permanentmagneten . Diese können entlang des Luftspalts am Umfang des Rotors verteilt sein .

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Prinzips sind nachfolgend an mehreren Aus führungsbeispielen anhand von Zeichnungen ersichtlich . Dabei zeigen :

Figur 1 ein Aus führungsbeispiel eines Stators für eine elektrische Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip, Figur 2 ein Diagramm der Flussdichteverteilung zu Figur 1 ,

Figur 3 ein Diagramm der harmonischen Komponenten zu Figur 1 ,

Figur 4 ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Stators für eine elektrische Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 5 ein Diagramm der Flussdichteverteilung zu Figur 4 ,

Figur 6 ein Diagramm der harmonischen Komponenten zu Figur 4 ,

Figur 7 ein Aus führungsbespiel einer elektrischen Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 8 ein weiteres Aus führungsbespiel einer elektrischen

Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 9 ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Stators für eine elektrische Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 10 ein Diagramm der Flussdichteverteilung zu Figur 9 ,

Figur 11 ein Diagramm der harmonischen Komponenten zu Figur 9 ,

Figur 12 ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Stators für eine elektrische Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 13 ein Diagramm der Flussdichteverteilung zu Figur 12 ,

Figur 14 ein Diagramm der harmonischen Komponenten zu Figur 12 , Figur 15 ein weiteres Aus führungsbespiel einer elektrischen

Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 16 ein weiteres Aus führungsbespiel einer elektrischen Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 17 ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Stators für eine elektrische Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 18 ein Diagramm der Flussdichteverteilung zu Figur 17 ,

Figur 19 ein Diagramm der harmonischen Komponenten zu Figur 17 ,

Figur 20 ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Stators für eine elektrische Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 21 ein Diagramm der Flussdichteverteilung zu Figur 20 ,

Figur 22 ein Diagramm der harmonischen Komponenten zu Figur 20 ,

Figur 23 ein weiteres Aus führungsbespiel einer elektrischen Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 24 ein weiteres Aus führungsbespiel einer elektrischen Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 25 ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Stators für eine elektrische Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 26 ein Diagramm der Flussdichteverteilung zu Figur 25 , Figur 27 ein Diagramm der harmonischen Komponenten zu Figur

25 ,

Figur 28 ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Stators für eine elektrische Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 29 ein Diagramm der Flussdichteverteilung zu Figur 28 ,

Figur 30 ein Diagramm der harmonischen Komponenten zu Figur 28 ,

Figur 31 ein weiteres Aus führungsbespiel einer elektrischen Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip und

Figur 32 ein weiteres Aus führungsbespiel einer elektrischen Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip .

Figur 1 zeigt ein erstes Aus führungsbeispiel eines Stators für eine elektrische Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip .

Der Stator 1 umfasst insgesamt 12 Nuten 2 , die entlang des Umfangs verteilt und in axialer Richtung des Stators im Wesentlichen geradlinig ausgedehnt sind . Zwischen den Nuten sind Statorzähne 3 , 4 gebildet . Spulen der gleichen elektrischen Phase U, V, W sind j eweils benachbart angeordnet und um j eweilige Zähne 3 gewickelt . Zwischen den benachbarten Spulen der gleichen elektrischen Phase U, V, W ist mindestens ein unbewickelter Zahn 4 vorgesehen . Die mit benachbarten Spulen der gleichen elektrischen Phase bewickelten Zähne 3 weisen j eweils eine Ausnehmung 5 auf , welche sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckt und im Zahnbereich des bewickelten Zahns 3 angeordnet ist .

Die Ausnehmung verläuft im vorliegenden Fall vollständig in radialer Richtung durch den Stator 1 , das bedeutet von Innen vom Luftspalt her gesehen bis durch das Joch auf der in radialer Richtung gegenüberliegenden Seite des Stators .

Die Ausnehmung bildet eine mechanische Barriere zur Reduzierung der Grundwelle des Magnetflusses , wie nachfolgend anhand der folgenden Figuren noch näher erläutert .

Bei der in Figur 1 gezeigten Wicklung handelt es sich um eine dreiphasige Einschichtwicklung des eingangs genannten FSCW- Typs . Dabei sind die Spulen der Wicklung j eweils zahnkonzentriert , das heißt j ede Spule ist um j e genau einen Zahn 3 gewickelt .

Figur 2 zeigt einen Vergleich der Flussdichte im Luftspalt für das Aus führungsbeispiel einer elektrischen Maschine mit einem Stator gemäß Figur 1 . Der Stator gemäß Figur 1 ist in seiner Charakteristik hier gestrichelt dargestellt im Vergleich zu einem konventionellen Stator ohne die als mechanische Barriere wirkenden Ausnehmungen 5 , die hier mit durchgezogenen Linie dargestellt ist . Dabei ist das Magnetfeld B in Tesla aufgetragen über dem Winkel in Rad, also von 0 bis 2 Pi über den Umfang .

Figur 3 zeigt ebenfalls den Vergleich einer elektrischen Maschine gemäß Figur 1 mit einer konventionellen Maschine ohne die als mechanische Flussbarriere wirkenden Ausnehmungen 5 , wobei in Figur 3 die harmonischen Komponenten der Flussdichteverteilung gezeigt sind . Man erkennt , dass die Arbeitswelle , hier die fünfte Harmonische , nach dem vorgeschlagenen Prinzip verstärkt ist . Ebenso ist sehr deutlich, dass die Grundwelle , nämlich die Harmonische erster Ordnung, sehr deutlich reduziert ist von knapp 0 , 2 Tesla auf circa 0 . 06 Tesla .

Figur 4 zeigt eine andere Aus führungs form nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Abwandlung der Aus führung von Figur 1 ist . Insoweit sich die beiden Aus führungen gleichen, erfolgt keine Wiederholung der Beschreibung . Im Unterschied zu Figur 1 sind bei Figur 4 die Ausnehmungen 5 nicht im Bereich der bewickelten Zähne 3 des Stators 1 ' vorgesehen, sondern j eweils im unbewickelten Zahn 4 , der j eweils zwischen den bewickelten Zähnen 3 vorgesehen ist .

Bei der Aus führung gemäß Figur 4 ergeben sich ähnliche Vorteile wie bei der Aus führung gemäß Figur 1 , welche wiederum anhand der Vergleichsdarstellungen zwischen der Aus führung gemäß Figur 4 und einem konventionellen Stator ohne Ausnehmungen 5 deutlich werden .

Dabei ist wiederum in Figur 5 ein Vergleich der Flussdichte im Luftspalt gezeigt , während Figur 6 einen Vergleich der harmonischen Anteile der Flussdichteverteilungim Luftspalt visualisiert . Man erkennt , dass durch die Anordnung der Ausnehmungen im unbewickelten Zahn hier die Arbeitswelle , nämlich die siebte Harmonische verstärkt wird . Die Reduzierung der Grundwelle ist hier sogar noch deutlicher von knapp 0 , 2 Tesla auf circa 0 , 05 Tesla .

Figur 7 zeigt den Stator von Figur 1 und zusätzlich einen Rotor 6 . Da wie erwähnt bei Figur 1 der die fünfte Harmonische als Arbeitswelle genutzt wird, weist der Rotor hier zehn Permanentmagneten als Magnetpole auf . Somit entspricht die Anzahl der Polpaare des Rotors 6 der Ordnung der Arbeitswelle .

In Analogie hierzu zeigt Figur 8 den Stator von Figur 4 und zusätzlich einen Rotor 7 , der 14 Permanentmagneten umfasst und somit sieben magnetische Polpaare bildet , was auch hier gerade der Ordnung der Arbeitswelle der magnetomotorischen Kraft entspricht .

In Abwandlungen der Aus führungen von elektrischen Maschinen gemäß Figuren 7 und 8 ist es selbstverständlich möglich, ganz zahlige Viel fache der Anzahl der Zähne des Stators und der Pole des Rotors vorzusehen . So kann bei Figur 7 alternativ eine Maschine mit 24 Zähnen und 20 Polen, 36 Zähnen und 30 Polen und so weiter vorgesehen sein .

Entsprechend in Abwandlung von Figur 8 können anstelle einer Maschine mit 12 Zähnen und 14 Polen auch Maschinen mit 24 Zähnen und 28 Polen, 36 Zähnen und 42 Polen und so weiter vorgesehen sein . Dadurch erzielt man Maschinen mit höherer Polpaarzahl .

In einer anderen Aus führungs form, die in Figur 9 gezeigt ist , ist der Stator 1 ' ' so ausgeführt , dass nicht nur zwei Spulen der gleichen elektrischen Phase j eweils benachbart angeordnet und um j eweilige Zähne gewickelt sind, sondern drei . Demnach gibt es drei benachbarte Spulen der Phase U, drei benachbarte Spulen der Phase W und drei benachbarte Spulen der Phase V . Auch hier sind wiederum j eweils Ausnehmungen 5 in den bewickelten Zähnen 3 angeordnet . Figuren 10 und 11 beschreiben die Flussdichte im Luftspalt . Im Einzelnen zeigt Figur 10 die Verteilung der Flussdichte im Luftspalt über den Umfang von 2 Pi , während Figur 11 die harmonischen Komponenten der Flussdichteverteilung zeigt . Jeweils ist mit gestrichelter Linie bzw . nicht ausgefüllten Säulen die Maschine mit dem Stator gemäß Figur 9 beschrieben, während mit durchgezogener Linie beziehungsweise ausgefüllten Säulen eine Maschine mit konventionellem Stator ohne Ausnehmungen im Zahnbereich beschrieben ist .

Man erkennt , dass die achte Harmonische der Flussdichteverteilung als Arbeitswelle genutzt wird . Diese wird durch die Ausnehmungen verstärkt . Andere Harmonische wie insbesondere die Grundwelle werden wiederum deutlich reduziert .

Figur 12 zeigt ein anderes Aus führungsbeispiel nach dem vorgeschlagenen Prinzip, bei dem wie in Figur 9 j eweils drei Spulen der gleichen elektrischen Phase benachbart angeordnet und um j eweilige Zähne des Stators gewickelt sind, j edoch sind analog zu Figur 4 die Ausnehmungen hier in den unbewickelten Zähnen vorgesehen und nicht wie in Figur 9 in den bewickelten Zähnen . Da die Aus führung von Figur 12 ansonsten der Aus führung von Figur 9 entspricht , erfolgt hier keine Wiederholung deren Beschreibung .

Figuren 13 und 14 zeigen wieder die bereits vertrauten Diagramme der Flussdichtecharakteristik für die Aus führung gemäß Figur 12 . Anhand der Verteilung der Harmonischen der Flussdichteverteilung in Figur 14 wird deutlich, dass im vorliegenden Beispiel die zehnte Harmonische verstärkt und als Arbeitswelle genutzt wird . Figur 15 zeigt den Stator von Figur 9 sowie einen Rotor 8 , der hier 16 Pole aufweist und somit eine Polpaarzahl von acht , was der Arbeitswelle dieser Aus führung entspricht .

Entsprechend zeigt Figur 16 eine elektrische Maschine mit dem Stator von Figur 12 und einem Rotor 9 , der insgesamt 20 Magnetpole aufweist , die am Luftspalt entlang wiederum entlang des Umfangs des Rotors verteilt sind, wobei sich wie bei den vorgenannten Rotoren j eweils Nordpole und Südpole abwechseln . Die 20 Magnetpole des Rotors bilden eine Polpaarzahl von zehn, die wiederum genau der Arbeitswelle entspricht .

Figur 17 zeigt ein noch weiteres Aus führungsbeispiel eines Stators für eine elektrische Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Wie in Figur 1 sind bei diesem Aus führungsbeispiel Ausnehmungen 5 im Bereich der bewickelten Zähne 3 vorgesehen .

Bei allen vorangegangenen Aus führungsbeispielen war j eweils pro elektrischer Phase nur genau eine Gruppe benachbarter Spulen dieser gleichen Phase vorhanden . Bei der Aus führung gemäß Figur 17 hingegen sind zwei Gruppen oder Zonen von benachbarten Spulen der gleichen Phase vorhanden . Man erkennt in Figur 17 in der rechten Bildhäl fte zwei benachbarte Spulen der elektrischen Phase U in einer ersten Gruppe 10 , und in der linken Bildhäl fte , also diametral gegenüber, zwei weitere benachbarte Spulen dieser Phase U in einer anderen Gruppe 11 angeordnet . In dieser Konfiguration hat der Stator 24 Nuten und die erste und die zweite Gruppe 10 , 11 der benachbarten Spulen der Phase U sind um 180 ° elektrisch zueinander phasenverschoben und haben entgegengesetzte Windungspolaritäten, mit anderen Worten einen entgegengesetzten Wicklungssinn .

Figur 18 zeigt wiederum die Flussdichteverteilung im Vergleich mit einem herkömmlichen Stator des gleichen Aufbaus , bei dem lediglich die Ausnehmungen 5 fehlen .

Anhand von Figur 19 , die die höheren Harmonischen der Flussdichteverteilung im Luftspalt beschreibt , wird deutlich, dass die 11 . Harmonische , die hier als Arbeitswelle genutzt wird, verstärkt wird . Ganz besonders deutlich ist in diesem Aus führungsbeispiel die Reduzierung der Grundwelle nahezu um Faktor 10 .

Figur 20 zeigt eine andere Aus führungs form in Abwandlung der Aus führung gemäß Figur 17 , bei der die Ausnehmungen 5 nicht in den bewickelten Zähnen vorhanden sind, sondern gerade in den unbewickelten Zähnen 4 . Ansonsten stimmt die Aus führung gemäß Figur 20 mit derj enigen von Figur 17 überein und wird an dieser Stelle nicht noch einmal beschrieben .

Figuren 21 und 22 zeigen wiederum die Flussdichteverteilung gemäß Figur 21 beziehungsweise die Verteilung der harmonischen Komponenten in Figur 22 bei der Aus führung gemäß Figur 20 im Vergleich zu einem herkömmlichen Stator ohne die Ausnehmungen 5 . Anhand von Figur 22 wird deutlich, dass die 13 . Harmonische verstärkt wird, welche hier auch als Arbeitswelle verwendet wird .

Figur 23 zeigt ein Aus führungsbeispiel einer elektrischen Maschine mit dem Stator gemäß Figur 17 und einem Rotor 12 entlang von dessen Umfang insgesamt 22 Magneten in Form von Permanentmagneten verteilt sind zur Bildung der Polpaarzahl 11 , welche der Arbeitswelle dieser Maschine entspricht . Dementsprechend zeigt Figur 24 ein Aus führungsbeispiel einer elektrischen Maschine mit dem Stator gemäß Figur 20 und einem Rotor 13 , der entlang seines Umfangs verteilt insgesamt 26 Permanentmagnete umfasst , welche die Polpaarzahl 13 bilden . Dies entspricht der 13 . Harmonischen bei dieser Maschine , welche hier als Arbeitswelle dient .

Figur 25 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel eines Stators für eine elektrische Maschine nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Wie in den vorangegangenen Beispielen sind im Stator mehr als eine Gruppe von benachbarten Spulen gleicher Phase vorgesehen . Allerdings haben im Unterschied zu den beiden vorangegangenen Aus führungsbeispielen diese beiden Gruppen nicht die gleiche Anzahl von Spulen die benachbart sind der gleichen Phase , sondern eine verschiedene Anzahl . So zeigt Figur 25 wieder die erste Gruppe 10 mit zwei Spulen der elektrischen Phase U, welche benachbart zueinander um entsprechende Zähne des Stators gewickelt sind . Bezogen auf die Achse gegenüber ist eine weitere Gruppe von Spulen angeordnet , die j edoch nur eine einzige Spule in diesem Aus führungsbeispiel umfasst , die hier mit Bezugs zeichen 14 versehen ist . Diese hat einen entgegengesetzten Wicklungssinn . Diese zweite Gruppe ist zwischen den Gruppen die j eweils zwei Spulen umfassen der Phase V und W angeordnet .

Die Anzahl der Nuten Q_s berechnet sich dabei nach der Formel

wobei m die Anzahl der elektrischen Phasen, z die Anzahl der Phasengruppen pro Phase , n_cn die Anzahl der Spulen pro Gruppe und n_ci2 die Anzahl der Spulen einer weiteren Gruppe bezeichnet . Im vorliegenden Beispiel gemäß Figur 25 hat der Stator demnach 18 Nuten .

Ausnehmungen 5 sind in allen bewickelten Zähnen in diesem Beispiel vorgesehen .

Figuren 26 und 27 beschreiben wiederum die Eigenschaften und die Wirkungsweise der Ausnehmungen im Vergleich zu einem Stator ohne diese Ausnehmungen einmal anhand der Flussdichteverteilung gemäß Figur 26 und der Verteilung der harmonischen Komponenten gemäß Figur 27 . In Figur 27 wird deutlich, dass hier die achte Harmonische als Arbeitswelle genutzt und diese auch wirkungsvoll verstärkt wird nach dem vorgeschlagenen Prinzip .

Figur 28 zeigt eine Abwandlung der Aus führung gemäß Figur 25 , die dieser weitgehend entspricht und bei der lediglich die Ausnehmungen nicht im Bereich der bewickelten Zähne 3 , sondern im Bereich der unbewickelten Zähne 4 vorgesehen sind . Insoweit sich die Figuren entsprechen wird die Beschreibung nicht wiederholt .

Figuren 29 und 30 zeigen wiederum die Performance des vorgeschlagenen Prinzips anhand der Flussdichteverteilung im Luftspalt gemäß Figur 29 und der Verteilung der harmonischen Komponenten gemäß Figur 30 , j eweils im Vergleich zu einem konventionellen Stator ohne Ausnehmungen 5 . Es ist augenfällig, dass die 10 . Harmonische verstärkt wird und entsprechend wird diese auch als Arbeitswelle genutzt . Figur 31 zeigt eine elektrische Maschine mit einem Stator gemäß Figur 25 und einem Rotor, welcher 16 Permanentmagneten aufweist und mit Bezugs zeichen 15 versehen ist .

Figur 32 zeigt eine elektrische Maschine mit einem Stator gemäß der Aus führung von Figur 28 und einem Rotor 16 , der 20 Magnetpole und damit 10 Polpaare aufweist , was an die 10 . Harmonische dieser Maschine , die als Arbeitswelle genutzt wird, angepasst ist .

Auch hier, wie in den vorangegangenen Beispielen, kann durch ganz zeilige Verviel fachung der Anzahl der Zähne im Stator und der Anzahl der Pole im Rotor ein Maschinentyp mit höherer Polpaarzahl erreicht werden, also beispielsweise für Figur 31 eine Maschine mit 36 Nuten und 32 Polen oder 54 Nuten und 48 Polen und so weiter .

Für Figur 32 bedeutet dies , dass die Maschine nicht die gezeigten 18 Nuten und 20 Pole sondern auch 36 Nuten und 40 Pole oder 54 Nuten und 60 Pole aufweisen kann .

Bezugs zeichenliste

1 Stator

1 ' Stator

1 ' ' Stator

2 Nut

3 Zahn, bewickelt

4 Zahn, unbewickelt

5 Ausnehmung

6 Rotor

7 Rotor

8 Rotor

9 Rotor

10 Spulengruppe

11 Spulengruppe

12 Rotor

13 Rotor

14 Spulengruppe

15 Rotor

16 Rotor

U elektrische Phase

V elektrische Phase

W elektrische Phase

Claims

Patentansprüche

1. Stator für eine elektrische Maschine, der Stator aufweisend :

- mehrere Statorzähne (3, 4) , die entlang des Umfangs des Stators (1) verteilt und zwischen denen jeweils Nuten (2) ausgebildet sind, wobei Spulen der gleichen elektrischen Phase (U, V, W) jeweils benachbart angeordnet und um jeweilige Zähne (3) gewickelt sind,

- wobei zwischen den benachbarten Spulen der gleichen elektrischen Phase mindestens ein unbewickelter Zahn (4) vorgesehen ist,

- bei dem die mit benachbarten Spulen der gleichen elektrischen Phase bewickelten Zähne (3) jeweils eine Ausnehmung (5) aufweisen, welche im Wesentlichen in radialer Richtung ausgedehnt und im Zahnbereich angeordnet ist, oder bei der der mindestens eine unbewickelte Zahn (4) jeweils eine Ausnehmung aufweist, welche im Wesentlichen in radialer Richtung ausgedehnt und im Zahnbereich angeordnet ist.

2. Stator nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich zu der Ausnehmung (5) in dem unbewickelten Zahn (4) , der zwischen Zähnen mit Spulen gleicher Phase angeordnet ist, eine Ausnehmung in einem unbewickelten Zahn vorgesehen ist, der zwischen Zähnen mit Spulen unterschiedlicher Phasen angeordnet ist.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Ausnehmung (5) eine mechanische Barriere zur Reduzierung der Grundwelle des Magnetflusses bildet.

4. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abstand der Ausnehmungen (5) voneinander dem doppelten Nutabstand entspricht.

5. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Arbeitswelle eine von der Grundwelle verschiedene höhere Harmonische der magnetomotorischen Kraft genutzt wird.

6. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in die Nuten (2) eine mehrphasige Einschichtwicklung eingelegt ist, die die vorgenannten Spulen umfasst.

7. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nicht nur zwei Spulen der gleichen Phase benachbart angeordnet und um Zähne (3) des Stators gewickelt sind, sondern drei.

8. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nicht nur zwei Spulen der gleichen Phase benachbart angeordnet und um Zähne (3) des Stators gewickelt sind, sondern mehr als drei.

9. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeweils mindestens zwei Gruppen (10, 11) mit zwei, drei oder mehr benachbarten Spulen gleicher Phase vorgesehen sind.

10. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeweils mindestens zwei Gruppen (10, 14) mit unterschiedlicher Anzahl benachbarter Spulen vorgesehen sind.

11. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Statorzähne (3, 4) entlang des Umfangs des Stators abwechselnd bewickelt und unbewickelt sind.

12. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Statorzähne (3, 4) symmetrisch entlang des Umfangs des Stators verteilt sind.

13. Elektrische Maschine mit einem Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und mit einem Rotor (6) .

14. Elektrische Maschine nach Anspruch 11, bei dem der Rotor (6) als Rotor mit Permanentmagneten ausgebildet ist.