Elektrische Maschine und Lenkungsvorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine und eine Lenkungsvorrichtung.

Derartige elektrische Maschinen oder Elektromotoren sind allgemein bekannt und werden beispielsweise in Lenkungsan- trieben von Kraftfahrzeug-Lenkungsvorrichtungen eingesetzt. Eine solche elektrische Maschine kann zum Beispiel als bürstenloser Permanentmagnetmotor mit einem Stator und einem Rotor mit Magnetpolen ausgebildet sein, wobei der Stator mehrphasige, z.B. dreiphasige, Wicklungsstränge aufweist.

Die erhöhten Anforderungen der Einsatzbedingungen in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in Bezug auf ein möglichst geringes Bauvolumen, niedriges Gewicht, geringe Teilezahl und gleichzeitig hohem Wirkungsgrad mit geringer Geräuschent- Wicklung, führen meist dazu, dass im Hinblick auf ein oder mehrere der genannten Anforderungen Kompromisse eingegangen werden müssen. Daraus ergibt sich der stete Bedarf, eine in Bezug auf die obigen Anforderungen verbesserte elektrische Maschine bereitzustellen.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine dahingehend verbesserte elektrische Maschine anzugeben. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch eine Lenkungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Demgemäß ist eine elektrische Maschine vorgesehen, mit einem Rotor, mit einem Stator, der mehrere Zähne mit darauf vorgesehenen Wicklungssträngen aufweist, wobei jeder Wicklungs- sträng mindestens vier Wicklungen aufweist, wobei von den mindestens vier Wicklungen eines Wicklungsstrangs jeweils zwei Wicklungen zueinander in Reihe geschaltet sind und wobei diese in Reihe geschalteten Wicklungen parallel geschal- tet sind. Dabei weist jeder Wicklungsstrang mindestens vier Wicklungen aufweist, von denen eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung in Reihe geschaltet und auf einer ersten Seite angeordnet sind und von denen eine dritte Wicklung und eine vierte Wicklung in Reihe geschaltet und auf einer zwei- ten, der ersten Seite gegenüber liegenden Seite angeordnet sind. Die jeweils zwei im Stator gegenüberliegend angeordneten und in Reihe geschalteten Wicklungen sind dabei jeweils über Kreuzverbindungen in Reihe geschaltet und diese Reihenschaltungen sind wiederum durch Parallelverbindungen paral- lel derart geschaltet, dass die eine Parallelverbindung die erste Wicklung und die gegenüberliegende dritte Wicklung verbindet und die andere Parallelverbindung die zweite Wicklung und die gegenüberliegende vierte Wicklung verbindet. Durch diese Art der Anordnung der Wicklungen (Wicklungsschema) ist es in einfacher Weise möglich, dass mechanische Einflüsse verursacht durch parasitische Effekte der stets vorhandenen und meist nur mit exorbitant hohem Aufwand vermeidbaren mechanischen Toleranzen von Motorbauteilen (z. B. Ro- tor, Stator und Zubehör) auf die elektrische Maschine und hier insbesondere auf das Verhalten im Betrieb verringert werde .

Es ergibt sich vorzugsweise sogar symmetrische Phasenbelas- tung sowie eine symmetrische induzierte Phasenspannung, so dass eine Phasenspannungssymmetrie auch bei größeren statischen Exzentrizitäten, beispielsweise von bis zu 0,3 mm, in einem relativ niedrigen Bereich von weniger als 0,3 % liegt.

Die elektrische Maschine weist dabei vorzugsweise sogar die gleiche Ausgangsleistung auf wie eine herkömmliche, als nicht erfindungsgemäß modifizierte elektrische Maschine Ebenfalls verringert sich eine Rastmoment- und eine Drehmo- mentwelligkeit (Torque Ripple, Cogging Torque) sowie ein Reibungsmoment (Friction Torque) , insbesondere bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine. Außerdem ist ein Phasenwiderstand gering und eine Geräuschentwicklung kann vorteilhafterweise verringert werden.

Insgesamt wird also eine elektrische Maschine bereitge- stellt, die bei gleicher Leistungsklasse signifikant verbesserte elektrische und mechanische Eigenschaften aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Be- Schreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.

Vorzugsweise sind die jeweils zwei in Reihe geschalteten Wicklungen im Stator gegenüberliegend angeordnet. Damit erhöht sich ein Phasenausgleich.

Hierzu können die jeweils zwei im Stator gegenüberliegend angeordneten und in Reihe geschalteten Wicklungen jeweils zueinander um 150° oder 210° versetzt im Stator angeordnet sein.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Maschine weist der Stator zwölf Zähne und der Rotor zehn Pole auf. Alternativ dazu kann die Anzahl der Pole des Rotors auch vierzehn betragen.

In einer typischen Ausgestaltung sind die Wicklungsstränge miteinander in Sternschaltung oder/und in Dreieckschaltung verbunden . In einer typischen Ausgestaltung ist die elektrische Maschine als bürstenloser Permanentmagnetmotor ausgebildet. Eine Lenkungsvorrichtung eines Kraftfahrzeuges ist mit der oben beschriebenen erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ausgerüstet .

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich - sofern dies sinnvoll ist - auf beliebige und geeignete Art und Weise miteinander kombinieren.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine elektrische

Maschine;

Fig. 2 ein Schaltbild einer Sternschaltung von Wicklungen einer elektrischen Maschine;

Fig. 3 ein Schaltbild einer Dreieckschaltung von Wicklungen einer elektrischen Maschine;

Fig. 4 eine Draufsicht einer elektrischen Maschine mit

Wicklungen eines Wicklungsstrangs; Fig. 5 ein Schaltbild eines Wicklungsstrangs einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine;

Fig. 6 ein Schaltbild einer Sternschaltung der Wicklungen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine;

Fig. 7 ein Schaltbild einer Dreieckschaltung der Wicklungen der elektrischen Maschine; und

Fig. 8 eine grafische Darstellung eines Einflusses statischer Exzentrizität. In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsglei- che Elemente und Merkmale - sofern nichts Anderes ausgeführt ist - mit denselben Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 ist hier als bürstenloser Permanentmagnetmotor aufgebaut und weist einen Stator 1 mit einem umlaufenden Joch 3 auf, an welchem radial nach innen weisende Zähne 4 angebracht sind. Zwischen diesen Zähne 4, auch als Einzelzähne bezeichnet, sind Wickelräume 5 für Wicklungen jeweils um einen Zahn 4 festgelegt, die weiter unten noch erläutert werden. Die Zähne 4 umgeben einen Rotor 6, welcher innerhalb des Stators 2 um eine Rotorachse 7 drehbar angeordnet ist. Der Rotor 7 weist an seiner Um- fangsfläche Magnete 8 mit wechselnden Magnetpolen N, S auf.

Die Anzahl der Zähne 4 des Stators 2 beträgt für diese elektrische Maschine 1 zwölf, wobei der Winkel zwischen den Zähnen 4 30° beträgt. Die Polzahl des Rotors 6 ergibt sich in diesem Beispiel mit der Anzahl der Magnete 8 zu acht.

Die Wicklungen des Stators 2 der elektrischen Maschine 1 können sowohl in einer Sternschaltung 9, die in Fig. 2 ge ^¬ zeigt ist, als auch in einer Dreieckschaltung 10 gemäß Fig. 3 verbunden und/oder verschaltbar sein. Dabei sind Maschi- nenanschlusspunkte mit U, V und W bezeichnet.

In der Sternschaltung 9 in Fig. 2 ist an dem Maschinenan- schlusspunkt U ein U-Wicklungsstrang 11 mit einem Strangan- schlusspunkt ul, an dem Maschinenanschlusspunkt V ein V-

Wicklungsstrang 12 mit einem Stranganschlusspunkt vi und an dem Maschinenanschlusspunkt W ein W-Wicklungsstrang 13 mit einem Stranganschlusspunkt wl angeschlossen. Die anderen Stranganschlusspunkte u2, v2 und w3 sind zusammengeschaltet und bilden einen Sternpunkt 14. Jeder dieser Wicklungsstränge 11, 12, 13 weist hier eine Reihenschaltung von vier Einzelwicklungen auf: Der U-Wicklungsstrang 11 mit U-Wicklungen llulO, llu20, llu30 und llu40, der V-Wicklungsstrang 12 mit V-Wicklungen 12vl0, 12v20, 12v30 und 12v40 und der W- Wicklungsstrang 13 mit W-Wicklungen 13wl0, 13w20, 13w30 und 13w40.

Die Dreieckschaltung 10 nach Fig. 3 weist die oben beschriebenen Wicklungsstränge 11, 12, 13 in der so genannten Dreieckschaltung auf, wobei die Stranganschlusspunkte ul und w2 mit dem Maschinenanschlusspunkt U, die Stranganschlusspunkte u2 und vi mit dem Maschinenanschlusspunkt V und die Stranganschlusspunkte v2 und wl mit dem Maschinenanschlusspunkt W verbunden sind.

Eine Anordnung der einzelnen Wicklungen eines Wicklungs- Strangs 11, 12, 13 wird im Zusammenhang mit Fig. 4 in einer Draufsicht der elektrischen Maschine 1 {hier ohne Rotor 6 gezeigt) am Beispiel des U-Wicklungsstrangs 11 erläutert.

Eine erste U-Wicklung llulO ist auf der rechten Seite des Stators 2 um einen Zahn 4 in der Fig. 4 angeordnet. Um 30° versetzt darunter liegend ist eine zweite U-Wicklung llu20 gewickelt und. Der ersten U-Wicklung llulO liegt eine dritte U-Wicklung llu30 gegenüber, und der zweiten U-Wicklung llu20 liegt eine vierte U-Wicklung llu40 ebenfalls gegenüber. Die erste U-Wicklung llulO ist zu der dritten U-Wicklung llu30 um 180° und zu der vierten U-Wicklung llu40 um 150° bzw. 210° versetzt angeordnet. Jede U-Wicklung besitzt Wicklungs ^¬ anschlusspunkte uij, die wie folgt verteilt sind: ull und ul2 für llulO; u21 und u22 für llu20; u31 und u32 für llu30; und u41 und u42 für llu40. Dieses gilt entsprechend für die V- und W-Wicklungen, was nicht gezeigt, aber leicht vorstellbar ist.

Diese Wicklungen llulO bis llu40 werden nach dem Schaltbild eines U-Wicklungsstrangs 11' der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 gemäß Fig. 5 verbunden. Dieses gilt ebenfalls entsprechend für die V- und W-Wicklungen. Fig. 5 zeigt dazu als Beispiel den U-Wicklungsstrang 11', wobei dieses Beispiel auch für einen V-Wicklungsstrang 12' und einen W-Wicklungsstrang 13' gilt. Der Stranganschluss- punkt ul verbindet die Wicklungsanschlusspunkte ull der U- Wicklung llulO und u31 der U-Wicklung llu30 mit einer ersten Parallelverbindung 15. Der Wicklungsanschlusspunkt ul2 der U-Wicklung llulO ist über eine erste Kreuzverbindung 17 mit dem Wicklungsanschlusspunkt u41 der U-Wicklung llu40. Eine zweite Kreuzverbindung 18 verbindet den Wicklungsanschlusspunkt u32 der U-Wicklung llu30 mit dem Wicklungsanschlusspunkt u21 der U-Wicklung llu20. Schließlich sind die Wicklungsanschlusspunkte u22 der U-Wicklung llu20 und u42 der U- Wicklung llu40 mit einer zweiten Parallelverbindung 16 ver- bunden und an dem Stranganschlusspunkt u2 angeschlossen.

Somit sind gemäß Fig. 5 jeweils zwei U-Wicklungen, nämlich llulO und llu40 sowie llu30 und llu20, über die Kreuzverbindungen 17, 18 in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltungen sind wiederum durch die Parallelverbindungen 15, 16 parallel geschaltet. Daraus ergibt sich ein geringerer Gesamtwiderstand des U-Wicklungsstrangs 11' als derjenige des U- Wicklungsstrangs 11 (siehe Fig. 2 und 3) in Reihenschaltung aller U-Wicklungen llulO bis llu40.

Fig. 6 zeigt ein Schaltbild einer Sternschaltung 9' mit Wicklungssträngen 11', 12' und 13', deren Wicklungen in der Schaltung nach Fig. 5 verbunden sind. Eine Dreieckschaltung 10' mit Wicklungen nach Fig. 5 ist in Fig. 7 illustriert. Die einzelnen Bezugszeichen der Einzelwicklungen und deren Wicklungsanschlüsse der jeweiligen Wicklungsstränge 11', 12' und 13' sind nicht angegeben. Sie ergeben sich aus der Fig. 5, wie oben beschrieben ist.

In Zusammenschau der Fig. 5 bis 7 mit Fig. 4 ist zu erkennen, dass jeweils zwei um 150° bzw. 210° zu einander ver- setzte, gegenüberliegende U-Wicklungen (llulO und llu40 sowie llu20 und llu40) des U-Wicklungsstrangs 11' in Reihenschaltung verbunden sind. Hierbei sind diese in Reihe geschalteten, um 150° bzw. 210° zu einander versetzten, gege- nüberliegende U-Wicklungen llulO und llu40 außerdem parallel zu den in Reihe geschalteten, um 150° bzw. 210° zu einander versetzten, gegenüberliegende U-Wicklungen llu20 und llu40 geschaltet . Zum Beispiel wird bei einer im Betrieb der elektrischen Maschine 1 auftretenden Exzentrizität des Rotors 7 (zum Beispiel auch bedingt durch Biegemomente) eine Beeinflussung einer Phasensymmetrie bedeutend verringert. Bei einer solchen Exzentrizität des Rotors 7, die beispielsweise in Fig. 4 nach rechts wirkt, verkleinert sich ein Spalt zwischen Rotoraußenfläche (siehe Fig. 1) zu den Zähnen 4, und die beiden U-Wicklungen llulO und llu20 werden somit stärker beein- flusst als die gegenüberliegenden U-Wicklungen llu30 und llu40, da bei diesen der Rotor 7 durch die Exzentrizität ei- nen größeren Spalt bewirkt. Da nun die U-Wicklungen llulO und llu20 nicht miteinander in Reihe geschaltet sind, sondern gemäß Fig. 5 jeweils mit einer gegenüberliegenden U- Wicklung llu30 und llu40 verbunden und außerdem parallel geschaltet sind, ergibt sich für den gesamten U- Wicklungsstrang 11', dass die stärkeren Beeinflussungen, z.B. Induktion einer höheren Spannung, der beiden U- Wicklungen llulO und llu20 durch die schwächeren Beeinflussungen, z.B. Induktion einer niedrigeren Spannung der anderen beiden U-Wicklungen llu30 und llu40 kompensiert werden. Dadurch ist eine Phasensymmetrie der elektrischen Maschine 1 bedeutend verbessert und ein verbesserter Phasenausgleich geschaffen .

Hierzu illustriert Fig. 8 einen Einfluss statischer Exzent- rizität auf Phasenspannungssymmetrien in einer grafischen Darstellung. Eine Phasenspannungssymmetrie ist in Prozent über einer statischen Exzentrizität in mm aufgetragen. Da- bei zeigt eine durchgezogene Kurve einer ersten Wicklungsverbindung 19 bei zunehmender statischer Exzentrizität bis 0,3 mm einen Anstieg von bis zu 3,8 %. Diese erste Wicklungsverbindung 19 gehört zu der Reihenschaltung der Wick- lungsstränge 11, 12, 13 nach Fig. 2 und 3. Bei einer Ausführung der Wicklungsstränge 11', 12', 13' gemäß Fig. 5 bis 7 ergibt sich die gestrichelte (Fast-) Gerade einer zweiten Wicklungsverbindung 20, wobei der Einfluss der statischen Exzentrizität bei einem Wert von 0,3 mm unter ca. 0,3 % bleibt.

Ebenfalls verringert sich eine Rastmoment- und Drehmoment- welligkeit (Torque Ripple, Cogging Torque) , sowie ein Reibungsmoment (Friction Torque), insbesondere bei hohen Dreh- zahlen der elektrischen Maschine 1. Außerdem ist ein Phasenwiderstand gering .

Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert wurde, sei sie nicht darauf beschränkt, sondern lässt sich auf beliebige

Art und Weise modifizieren, ohne vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Es kann auch möglich sein, dass mehr als vier Wicklungen pro Wicklungsstrang verwendet werden, zum Beispiel sechs, acht, zehn usw. Natürlich können auch mehr als drei Wicklungsstränge Verwendung finden.

Auch eine elektrische Maschine 1 mit einem Stator 2 mit ei- ner Zähnezahl von vierzehn ist möglich. Bezugszeichenliste

1 Elektrische Maschine

2 Stator

3 Joch

4 Zahn

5 Wickelraum

6 Rotor

7 Rotorachse

8 Magnet

9, 9' Sternschaltung

10, 10' Dreieckschaltung

11, 11' U-Wicklungsstrang

llulO, llu20, llu30, llu40 U-Wicklungen

12, 12' V-Wicklungsstrang

12vl0, 12v20, 12v30, 12v40 V-Wicklungen

13, 13' W-Wicklungsstrang

13wl0, 13w20, 13w30, 13w40 W-Wicklungen

14 Sternpunkt

15 Erste Parallelverbindung 16 Zweite Parallelverbindung 17 Erste Kreuzverbindung 18 Zweite Kreuzverbindung 19 Erste Wicklungsverbindung 20 Zweite Wicklungsverbindung

N, S Magnetpole

ui, vi, wi Stranganschlusspunkte uij, vij, wij Wicklungsanschlusspunkte U, V, w Maschinenanschlusspunkte