DE102018104113A1 - Electric motor with twisted turn - Google Patents

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DE102018104113A1 DE102018104113.6A DE102018104113A DE102018104113A1 DE 102018104113 A1 DE102018104113 A1 DE 102018104113A1 DE 102018104113 A DE102018104113 A DE 102018104113A DE 102018104113 A1 DE102018104113 A1 DE 102018104113A1
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Julian Seufert
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Abstract

Elektromotor (1) mit mindestens einer Statorspule (3) bestehend aus einem Spulenkörper (9, 11) und mindestens zwei leitfähige und isolierte Drähten (13, 15), die den Spulenkörper (9, 11) wenigstens einmal umlaufen und dabei eine Windung (17) bilden, wobei die wenigstens zwei Drähte (13, 15) beim Bilden der Windung (17, 18) um einen Winkel (W) von 90 bis 270 Grad verdreht sind.

Figure DE102018104113A1_0000
Electric motor (1) having at least one stator coil (3) consisting of a coil body (9, 11) and at least two conductive and insulated wires (13, 15) which rotate around the coil body (9, 11) at least once, thereby forming a turn (17 ), wherein the at least two wires (13, 15) are twisted at an angle (W) of 90 to 270 degrees in forming the winding (17, 18).
Figure DE102018104113A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit mindestens einer gedrehten Windung.The invention relates to an electric motor with at least one twisted turn.

Stand der TechnikState of the art

Elektromotoren sind allgemein bekannt und bestehen aus einem Stator und einem Rotor. Der Stator weist mindestens eine Spule mit mindestens einer Windung auf. Die Windungen werden durch Umwickeln des Spulenkörpers mit einer Vielzahl von Leitern gebildet.Electric motors are well known and consist of a stator and a rotor. The stator has at least one coil with at least one turn. The turns are formed by wrapping the bobbin with a plurality of conductors.

Ein solcher Elektromotor ist beispielsweise aus US 8,680,733 B1 bekannt. Dieser Elektromotor weist einen zylindrischen Ankerkern und eine mehrphasige Ankerspule auf. Die Ankerspule umfasst eine Vielzahl von Phasenwicklungen und ist in einer verteilten Wicklungsweise um den Ankerkern gewickelt. Jede der Phasenwicklungen der Ankerspule ist aus einem elektrischen Kabelbündel gebildet, das eine Vielzahl von isolationsbeschichteten elektrischen Drähten enthält. Jedes der Kabelbündel hat eine Vielzahl von Schlitzabschnitten und eine Vielzahl von Wendeabschnitten. Jeder der Schlitzabschnitte ist in einem entsprechenden Schlitz des Ankerkerns aufgenommen. Jeder der Wendeabschnitte steht von einer entsprechenden der axialen Endflächen des Ankerkerns vor und erstreckt sich, um ein entsprechendes benachbartes Paar der im Schlitz befindlichen Abschnitte des Drahtbündels zu verbinden. Für jedes der Drahtbündel sind die Drähte des Drahtbündels zumindest an den Windungsabschnitten des Drahtbündels verdrillt.Such an electric motor is for example off US Pat. No. 8,680,733 B1 known. This electric motor has a cylindrical armature core and a multi-phase armature coil. The armature coil includes a plurality of phase windings and is wound around the armature core in a distributed manner of winding. Each of the armature coil phase windings is formed of an electric wire bundle containing a plurality of insulation-coated electric wires. Each of the cable bundles has a plurality of slot portions and a plurality of turn portions. Each of the slot portions is received in a corresponding slot of the armature core. Each of the turn portions protrudes from a corresponding one of the axial end surfaces of the armature core and extends to connect a corresponding adjacent pair of the in-slot portions of the wire bundle. For each of the wire bundles, the wires of the wire bundle are twisted at least at the turn portions of the wire bundle.

Aufgabe und LösungTask and solution

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Elektromotor weiter zu verbessern.The object of the present invention is to further improve an electric motor.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Elektromotor gemäß dem unabhängigen Anspruch. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The problem is solved by an electric motor according to the independent claim. Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Elektromotor weist eine Statorspule bestehend aus einem Spulenkörper und mindestens zwei leitfähige und isolierte Drähten auf, die den Spulenkörper wenigstens einmal umlaufen und dabei eine Windung bilden, wobei die wenigstens zwei Drähte (13, 15) beim Bilden der Windung (17, 18) um einen Winkel von 90 bis 270 Grad verdreht sind.The electric motor according to the invention comprises a stator coil consisting of a bobbin and at least two conductive and insulated wires, which rotate around the bobbin at least once and thereby form a winding, wherein the at least two wires ( 13 . 15 ) when forming the turn ( 17 . 18 ) are twisted by an angle of 90 to 270 degrees.

In vorteilhafter Weise wird dabei die Länge der Drähte trotz unterschiedlicher Lage der Drähte auf dem Spulenkörper angeglichen. Da der Winderstand der Drähte von der Länge abhängig ist, wird somit ein annähernd gleicher Widerstand erreicht, was die thermischen Eigenschaften des Elektromotors verbessert.Advantageously, the length of the wires is adjusted despite the different position of the wires on the bobbin. Since the wire resistance of the wires is dependent on the length, an approximately equal resistance is thus achieved, which improves the thermal properties of the electric motor.

Bevorzugt kann die Statorspule wenigstens zwei sich kreuzende Windungen aufweisen.Preferably, the stator coil can have at least two intersecting turns.

In vorteilhafter Weise können sich dadurch die einzelnen Windungen überschneiden und eine Kreuzwicklung erreicht werden. Die Kreuzwicklung kann derart ausgestaltet sein, dass Anfang und Ende des Drahtes jeweils im Statorkopf liegen und somit eine Verbindung der einzelnen Statorspulen ausschließlich im Statorkopf erfolgen muss.Advantageously, this can overlap the individual turns and a cross winding can be achieved. The cross winding can be configured such that the beginning and end of the wire are each in the stator head and thus a connection of the individual stator coils must be made exclusively in the stator head.

Weiter bevorzugt kann die Statorspule zwischen 7 bis 20, insbesondere zwischen 9 und 15 Windungen aufweisen. In vorteilhafter Weise führt diese Windungsanzahl zu einem Kompromiss zwischen Leistung und Baugröße.More preferably, the stator coil between 7 to 20, in particular between 9 and 15 windings have. Advantageously, this number of turns leads to a compromise between performance and size.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Windung 7 bis 20 Drähte, insbesondere 9 bis 15 Drähte aufweisen. In vorteilhafter Weise lässt sich diese Anzahl von Drähten sinnvoll wickeln und ermöglicht eine ausreichende Leistung bei vertretbarer thermischer Belastung bzw. Verlustleistung.In a further embodiment of the invention, the winding 7 to 20 Wires, in particular 9 to 15 wires. Advantageously, this number of wires can wrap meaningful and allows sufficient power at a reasonable thermal load or power loss.

Bevorzugt können die Drähte eine Reihenfolge aufweisen und die Reihenfolge beim Bilden der Windung durch das Verdrehen umgekehrt werden.Preferably, the wires may have an order and the order of formation of the winding by the twisting reversed.

In vorteilhafter Weise ermöglicht die genaue Positionierung der Drähte auf dem Spülenkörper eine weitere Annäherung der Längen der Drähte und gleicht somit die Widerstände der Drähte weiter an. Dies führt wiederum zu einer weiteren Verbesserung der thermischen Eigenschaften des Elektromotors und einer verbesserten Leistung.Advantageously, the accurate positioning of the wires on the sink body allows for a further approximation of the lengths of the wires and thus further equalizes the resistances of the wires. This in turn leads to a further improvement of the thermal properties of the electric motor and improved performance.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Statorspule eine Vielzahl von Zähnen als Spulenkörper aufweisen und die Zähne paarweise eine zwischen den Zähnen liegende Nut bilden, wobei mindestens zwei leitfähige und isolierte Drähte die Zähne in den Nuten umlaufen und bei jedem Umlauf eine Windung bilden.In a further embodiment of the invention, the stator coil may have a plurality of teeth as a bobbin and the teeth in pairs form a groove located between the teeth, wherein at least two conductive and insulated wires circulate the teeth in the grooves and form a turn with each revolution.

In vorteilhafter Weise ermöglicht der Aufbau mit Zähnen eine vereinfachte Herstellung des Elektomotors.Advantageously, the construction with teeth enables a simplified production of the electric motor.

Bevorzugt können die Drähte außerhalb der Nut um den Winkel verdreht sein. In vorteilhafter Weise ist die Drehung außerhalb der Nut leichter herzustellen.Preferably, the wires outside the groove can be twisted by the angle. Advantageously, the rotation outside the groove is easier to manufacture.

Weiter bevorzugt können die Drähte innerhalb der Nut parallel geführt sein.More preferably, the wires can be guided in parallel within the groove.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Drähte innerhalb einer Nut und bis zu einem Eingang einer anderen Nut parallel geführt sein. In vorteilhafter Weise kann die Drehung sich auf einer Seite des Spulenkörpers beziehungsweise des Zahnes beschränken und die Drähte auf der anderen Seite des Spulenkörpers beziehungsweise des Zahnes parallel geführt werden. Das Angleichen der Länge der Drähte kann somit durch eine einzelne Drehung und die sich daraus ermöglichende Umschichtung der Drähte in der nächsten Nut erfolgen. In a further embodiment of the invention, the wires may be guided in parallel within a groove and up to an input of another groove. Advantageously, the rotation can be limited to one side of the bobbin or the tooth and the wires are guided in parallel on the other side of the bobbin or of the tooth. The adjustment of the length of the wires can thus be done by a single rotation and the resulting possible redeployment of the wires in the next groove.

Erfindungsgemäß weist ein Fahrzeug einen Elektromotor gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung auf.According to the invention, a vehicle has an electric motor according to a preferred embodiment.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt den Stator eines Elektromotors mit einer Anordnung von Drähten. 1 shows the stator of an electric motor with an array of wires.
  • 2 zeigt den Verlauf der Drähte außerhalb der Nut und hinter den Zähnen. 2 shows the course of the wires outside the groove and behind the teeth.
  • 3 zeigt den Verlauf der Drähte außerhalb der Nut und vor den Zähnen. 3 shows the course of the wires outside the groove and in front of the teeth.
  • 4 zeigt den Verlauf der Drähte außerhalb der Nut und hinter den Zähnen. 4 shows the course of the wires outside the groove and behind the teeth.
  • 5 zeigt den Verlauf der Drähte außerhalb der Nut und vor den Zähnen. 5 shows the course of the wires outside the groove and in front of the teeth.

1 zeigt den Stator eines Elektromotors 1. Der Stator besteht aus einem Statorkopf 23 und einer Vielzahl an Zähnen 16, 17, 18 die paarweise eine zwischen den Zähnen liegende Nut 5, 7 bilden. Die Zähne 16, 17, 18 bilden einen Spulenkörper 9, 11 für mindestens eine Statorspule 3. 1 shows the stator of an electric motor 1 , The stator consists of a stator head 23 and a variety of teeth 16 . 17 . 18 in pairs a groove lying between the teeth 5 . 7 form. The teeth 16 . 17 . 18 form a bobbin 9 . 11 for at least one stator coil 3 ,

Der Draht 13, 15 wird aus der Nut 5 nach hinten hausgeführt, um den Zahn 17 gewickelt und dann von hinten in die Nut 7 hereingeführt. Auch eine Wickelung um mehrere Zähne oder um Zähne, die nicht direkt benachbart sind, ist möglich. Bei jedem Umlauf der Drähte um einen oder mehrere Zähne entsteht eine Windung A - D. Jeweils 13 Drähte sind zu einem Drahtbündel AX, BX, CX, DX zusammengefasst und nummeriert 1 - 13. Die Zahl an der zweiten Stelle bezeichnet den Draht innerhalb des Bündels. Dementsprechend gilt für die Drähte die Konvention YX mit Y für die Windung A - D und X für die Reihenfolge 1 - 13 der Drähte. Selbst wenn sich die Reihenfolge der Drähte in einer anderen Nut oder anderen Windung ändert, bleibt die Nummerierung X aus der ersten Nut der ersten Windung enthalten. Anhand der Reihenfolge X lässt sich der Verlauf der Drähte über die Windungen verfolgen.The wire 13 . 15 gets out of the groove 5 led backwards to the tooth 17 wrapped and then from behind into the groove 7 led in. Also a winding around several teeth or teeth that are not directly adjacent is possible. Each turn of the wires around one or more teeth creates a turn A - D , Each 13 Wires are grouped into a wire bundle AX, BX, CX, DX and numbered 1 - 13. The number at the second digit indicates the wire within the bundle. Accordingly, for the wires, the convention YX with Y for the winding applies A - D and X for the order 1 - 13 the wires. Even if the order of the wires changes in another groove or other turn, the numbering remains X from the first groove of the first turn included. Based on the order X the course of the wires can be tracked over the turns.

Exemplarisch ist dies anhand des Drahtes A1 erklärt. Dieser beginnt in der in 1 dargestellten linken Nut 5 in der Windung A. Danach wird er um den Zahn 17 herum in die Rückseite der Nut 7 geführt. Von dort wird der Draht wieder zurück in die linke Nut 5 von vorne an die Stelle B1 hereingeführt und so die Windung A gebildet. Nach dieser Umrundung beginnt die zweite Windung B, sodass aus dem Draht A1 wie bereits erwähnt der Draht B1 wird. Jeder Draht mit einer identischen Nummer umläuft den Zahn 17 mehrmals, wobei bei jedem Umlauf eine Windung A - D gebildet wird und sich dementsprechend der Buchstabe zum nächsten Buchstaben im Alphabet ändert.This is exemplified by the wire A1 explained. This starts in the 1 illustrated left groove 5 in the turn A , After that he gets to the tooth 17 around in the back of the groove 7 guided. From there, the wire is returned to the left groove 5 from the front to the place B1 ushered in and so the turn A educated. After this circuit, the second turn begins B so off the wire A1 as already mentioned the wire B1 becomes. Each wire with an identical number runs around the tooth 17 several times, with each turn one turn A - D is formed and, accordingly, the letter changes to the next letter in the alphabet.

Beim Ausführungsbeispiel der 1 laufen 13 Drähte, beispielsweise A1 - A13 in den Nuten 5, 7 parallel zueinander und werden zu einem Bündel zusammengefasst.In the embodiment of 1 run 13 wires, for example A1 - A13 in the grooves 5 . 7 parallel to each other and are combined into a bundle.

Die Nuten 5, 7 können in Richtung des Rotors Öffnungen 19, 21 aufweisen, die ein Wickeln der Windungen A - D erleichtern.The grooves 5 . 7 can be openings in the direction of the rotor 19 . 21 have, which is a winding of the turns A - D facilitate.

2 zeigt den Verlauf der Bündel pro Windung A - D außerhalb der Nuten 5, 7 hinter dem Zahn 17 passend zum Ausführungsbeispiel der 1. 2 shows the course of the bundles per turn A - D outside the grooves 5 . 7 behind the tooth 17 suitable for the embodiment of 1 ,

Zwischen den Nuten 5, 7, also beim Umrunden des Zahnes 17 außerhalb der Nut, wird das Drahtbündel bestehend aus den Drähten 1 - 13 um einen Winkel W (WA, WB, WC, WD) verdreht und dann in geänderter Reihenfolge auf der Rückseite wieder in die Nut 7 geführt.Between the grooves 5 . 7 that is, when you circle the tooth 17 outside the groove, the wire bundle is made up of the wires 1 - 13 at an angle W ( WA . WB . WC . WD ) twisted and then in changed order on the back again into the groove 7 guided.

Durch die Drehung des Drahtbündels um etwa 180 Grad im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn wird die Lage der Drähte in der nächsten Nut 7 annähernd spiegelbildlich verändert und dadurch eine in etwa gleiche Länge der einzelnen Drähte erreicht. Durch die gleiche Drahtlänge wird der Widerstand der einzelnen Drähte in der Nut angeglichen.Turning the wire bundle about 180 degrees clockwise or counterclockwise will cause the wires to be in the next slot 7 changed approximately mirror image and thereby achieved an approximately equal length of the individual wires. The same wire length matches the resistance of the individual wires in the groove.

3 zeigt den Verlauf der Bündel pro Windung A - D außerhalb der Nuten 5, 7 vor dem Zahn 17 passend zum Ausführungsbeispiel der 1. 3 shows the course of the bundles per turn A - D outside the grooves 5 . 7 in front of the tooth 17 suitable for the embodiment of 1 ,

Zwischen den Nuten 5, 7, also beim Umrunden des Zahnes 17 außerhalb der Nut, wird das Drahtbündel bestehend aus den Drähten 1 - 13 parallel in die Nut 5 zurückgeführt.Between the grooves 5 . 7 that is, when you circle the tooth 17 outside the groove, the wire bundle is made up of the wires 1 - 13 parallel in the groove 5 recycled.

Aus beispielsweise dem Draht A1 der Nut 7 wird der Draht B1 in der Nut 5, da der Draht A1 beim Erreichen der Nut 5 den Zahn 17 vollständig umrundet und somit die Windung A bildet.For example, the wire A1 the groove 7 becomes the wire B1 in the groove 5 because of the wire A1 when reaching the groove 5 the tooth 17 completely encircled and thus forms the winding A.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Drähte 13, 15 in den Nuten 5, 7 eines Elektromotors 1. Die dargestellten Bündel werden hinter dem Zahn 17 von der Nut 5 in die Nut 7 geführt. 4 shows a further embodiment of the arrangement of the wires 13 . 15 in the grooves 5 . 7 an electric motor 1 , The presented bundles are behind the tooth 17 from the groove 5 in the groove 7 guided.

Neben der Drehung der Bündel um den Winkel W (WA, WB, WC, WD), erfolgt zusätzlich eine Umschichtung der Bündel in der Nut 7. Die Bündel verlassen die Nut 5 auf der Rückseite und kreuzen sich danach hinter dem Zahn 17. In der Nut 7 werden sie dann parallel geführt, jedoch im Vergleich zur Nut 5 wiederum annähernd spiegelbildlich. Die Verschiebung der Leiter ist beispielsweise durch den sich verjüngenden Querschnitt der Nut 5, 7 zur Öffnung 19, 21 hin nötig. In addition to the rotation of the bundles around the angle W ( WA . WB . WC . WD ), in addition, a rearrangement of the bundles in the groove 7 , The bundles leave the groove 5 on the back and then cross behind the tooth 17 , In the groove 7 they are then guided in parallel, but compared to the groove 5 again almost mirror-image. The displacement of the conductors is for example due to the tapered cross-section of the groove 5 . 7 to the opening 19 . 21 necessary.

5 zeigt den Verlauf der Bündel pro Windung A - D außerhalb der Nut vor dem Zahn 17, passend zum Ausführungsbeispiel der 4. Die Bündel werden aus der Nut 7 nach vorne herausgeführt und dann in die Nut 5 von vorne hereingeführt. Aus beispielsweise dem Draht A1 der Nut 7 wird der Draht B1 in der Nut 5, da der Draht A1 beim Erreichen der Nut 5 den Zahn 17 vollständig umrundet und somit die Windung A bildet. 5 shows the course of the bundles per turn A - D outside the groove in front of the tooth 17 , suitable for the embodiment of 4 , The bundles are out of the groove 7 led out to the front and then into the groove 5 ushered in from the front. For example, the wire A1 the groove 7 becomes the wire B1 in the groove 5 because of the wire A1 when reaching the groove 5 the tooth 17 completely encircled and thus forms the winding A.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 8680733 B1 [0003]US8680733 B1 [0003]

Claims (10)

Elektromotor (1) mit mindestens einer Statorspule (3) bestehend aus einem Spulenkörper (9, 11) und mindestens zwei leitfähige und isolierte Drähten (13, 15), die den Spulenkörper (9, 11) wenigstens einmal umlaufen und dabei eine Windung (17) bilden, wobei die wenigstens zwei Drähte (13, 15) beim Bilden der Windung (17, 18) um einen Winkel (W) von 90 bis 270 Grad verdreht sind.Electric motor (1) having at least one stator coil (3) consisting of a coil body (9, 11) and at least two conductive and insulated wires (13, 15) which rotate around the coil body (9, 11) at least once, thereby forming a turn (17 ), wherein the at least two wires (13, 15) are twisted at an angle (W) of 90 to 270 degrees in forming the winding (17, 18). Elektromotor (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Statorspule (3) wenigstens zwei sich kreuzende Windungen (17, 18) aufweist.Electric motor (1) according to Claim 1 wherein the stator coil (3) has at least two intersecting turns (17, 18). Elektromotor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Statorspule (3) zwischen 7 bis 20, insbesondere zwischen 9 und 15 Windungen (17, 18) aufweist.Electric motor (1) according to one of the preceding claims, wherein the stator coil (3) between 7 to 20, in particular between 9 and 15 windings (17, 18). Elektromotor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Windung 7 bis 20 Drähte, insbesondere 9 bis 15 Drähte aufweist.Electric motor (1) according to one of the preceding claims, wherein the winding 7 to 20 wires, in particular 9 to 15 wires. Elektromotor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drähte (13, 15) eine Reihenfolge (X) aufweisen und die Reihenfolge (X) beim Bilden der Windung durch das Verdrehen umgekehrt wird.Electric motor (1) according to one of the preceding claims, wherein the wires (13, 15) have an order (X) and the order (X) is reversed in forming the winding by the twisting. Elektromotor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Statorspule (3) eine Vielzahl von Zähnen (21) als Spulenkörper aufweist und die Zähne (21) paarweise eine zwischen den Zähnen (21) liegende Nut (5, 7) bilden, wobei mindestens zwei leitfähige und isolierte Drähte (13, 15) die Zähne (21) in den Nuten (5, 7) umlaufen und bei jedem Umlauf eine Windung (17, 18) bilden.Electric motor (1) according to one of the preceding claims, wherein the stator coil (3) has a plurality of teeth (21) as a bobbin and the teeth (21) in pairs between the teeth (21) lying groove (5, 7), wherein at least two conductive and insulated wires (13, 15) circulate the teeth (21) in the grooves (5, 7) and form a turn (17, 18) during each revolution. Elektromotor (1) gemäß Anspruch 6, wobei die Drähte (13, 15) außerhalb der Nut (5, 7) um den Winkel verdreht sind.Electric motor (1) according to Claim 6 , wherein the wires (13, 15) outside the groove (5, 7) are twisted by the angle. Elektromotor (1) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Drähte (13, 15) innerhalb der Nut (5, 7) parallel geführt sind.Electric motor (1) according to one of Claims 6 or 7 wherein the wires (13, 15) are guided in parallel within the groove (5, 7). Elektromotor (1) gemäß Anspruch 8, wobei die Drähte (13, 15) innerhalb einer Nut (5, 7) und bis zu einem Eingang einer anderen Nut parallel geführt sind.Electric motor (1) according to Claim 8 wherein the wires (13, 15) are guided in parallel within a groove (5, 7) and up to an entrance of another groove. Fahrzeug mit einem Elektromotor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche.Vehicle with an electric motor (1) according to one of the preceding claims.
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