DE102018124784A1 - Stator of an electric motor and charging device, in particular with such a stator - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator für einen elektrischen Traktionsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem Statormantel und einer oder mehreren Gruppen von mindestens drei Leitersträngen zum Erzeugen eines Magnetfelds. Dabei weisen die mindestens drei Leiterstränge einen Sternpunkt auf und jeder Leiterstrang ist als Statorwicklung für eine Phase ausgelegt. Der Statormantel weist eine Vielzahl von konzentrisch angeordneten und zueinander beabstandeten Statornuten auf. Um eine ungleichmäßige Erwärmung und/oder Induktivität des Stators zu vermeiden, ist jeder Leiterstrang in der Vielzahl von Statornuten in einem vorbestimmten Muster derart abwechselnd angeordnet, dass eine Wellenwicklung ausgebildet ist. Ebenso ist eine Ladevorrichtung zum DC-Laden einer Fahrzeugbatterie vorgesehen, deren Induktivität durch eine Wellenwicklung in einem Stator ausgebildet ist.The invention relates to a stator for an electric traction motor of a motor vehicle, with a stator jacket and one or more groups of at least three conductor strands for generating a magnetic field. The at least three conductor strands have a star point and each conductor strand is designed as a stator winding for one phase. The stator jacket has a multiplicity of concentrically arranged and spaced-apart stator slots. In order to avoid uneven heating and / or inductance of the stator, each conductor strand in the plurality of stator slots is alternately arranged in a predetermined pattern in such a way that a wave winding is formed. Likewise, a charging device for DC charging a vehicle battery is provided, the inductance of which is formed by a wave winding in a stator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator eines Elektromotors sowie eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines mit einem für einen Antriebsbetrieb, einen Generatorbetrieb und einem DC-Ladebetrieb ausgebildeten elektrischen Traktionsmotor bzw. Elektromotor ausgebildeten Kraftfahrzeugs.The invention relates to a stator of an electric motor and a charging device for charging a battery of a motor vehicle designed with an electric traction motor or electric motor designed for drive operation, generator operation and DC charging operation.

Zum Laden von Elektrofahrzeugen kommen unterschiedliche Ladekonzepte zum Einsatz. Das Laden mit Wechselstrom über die Haussteckdose ist nahezu überall verfügbar, weist jedoch nur geringe Ladeleistungen von unter 5 kW auf. Demgegenüber sind beim Schnelladen an Gleichstromquellen (DC-Laden / DC-Ladebetrieb), etwa über spezielle Ladesäulen, sehr viel höhere Leistungen möglich (50 kW und darüber). Dies erfordert jedoch eine Anpassung, wenn das verfügbare Spannungslevel der Ladesäule, z.B. 400 V DC, und das Spannungslevel der Fahrzeugbatterie, z.B. 800V DC, auseinanderfallen.Different charging concepts are used to charge electric vehicles. Charging with alternating current via the house socket is available almost everywhere, but only has a low charging power of less than 5 kW. In contrast, much faster outputs (50 kW and above) are possible with fast charging at DC sources (DC charging / DC charging mode), for example via special charging stations. However, this requires adjustment if the available voltage level of the charging station, e.g. 400 V DC, and the voltage level of the vehicle battery, e.g. 800V DC, fall apart.

Zur Anpassung des Spannungslevels können Hochsetzsteller, auch unter den Begriffen „Aufwärtswandler“, „Boost-Converter“ oder „Step-Up-Converter“ bekannt, als separate Baueinheiten verwendet werden. Es ist aber auch möglich, einen ohnehin vorhandenen Wechselrichter (im Englischen auch als „Inverter“ bezeichnet) des Traktions- bzw. Elektromotors als Hochsetzsteller zur Gleichspannungswandlung zu verwenden. Um im Wechselrichter nicht zusätzliche Induktivitäten für die Hochsetzstellung verwenden zu müssen, ist es bekannterweise möglich, die Wicklungen des Traktionsmotors als Lade-Induktivitäten zu nutzen:

  • EP 2 527 186 A2 zeigt eine Ladeschaltung unter Nutzung der Motorinduktivitäten. Das System weist einen Gleichrichter auf, der Energie von einem externen Versorgungsnetz an einen Eingang liefert, und einen Antriebsinverter, dessen Wechselspannungsseite mit Phasenwicklungen einer Induktionsmaschine verbunden ist. Ein Strompfadabschnitt leitet den von dem Gleichrichter gelieferten Strom zu dem System. Der Abschnitt weist einen steuerbaren Leistungsschalter zum selektiven Unterbrechen des Abschnitts auf, wobei das System als Hochsetzsteller und Tiefsetzsteller in Richtung eines Energiespeichers mittels des Schalters und der Wicklungen arbeitet.
To adjust the voltage level, step-up converters, also known under the terms “step-up converter”, “boost converter” or “step-up converter”, can be used as separate units. However, it is also possible to use an already existing inverter (also referred to as “inverter” in English) of the traction or electric motor as a step-up converter for DC voltage conversion. In order not to have to use additional inductors for the step-up position in the inverter, it is known that it is possible to use the windings of the traction motor as charging inductors:
  • EP 2 527 186 A2 shows a charging circuit using the motor inductors. The system has a rectifier, which supplies energy from an external supply network to an input, and a drive inverter, the AC voltage side of which is connected to phase windings of an induction machine. A current path section directs the current supplied by the rectifier to the system. The section has a controllable circuit breaker for selectively interrupting the section, the system working as a step-up converter and step-down converter in the direction of an energy store by means of the switch and the windings.

Ein Stator umfasst gewöhnlich eine elektrische Wicklung zur Erzeugung eines Magnetfelds, wobei die Wicklung mit mehrphasigem Strom (dreiphasig) erregt wird. Eine Statorwicklung weist Wicklungsteile für jede Phase (U, V, W) auf (Phasenwicklung), die in Dreiecks- oder Sternanordnung verschalten sind. Wenn Phasen zu einem Sternpunkt verschalten sind, verlaufen die Phasenwicklungen vom Phasenanschluss einer Phase (U; V; W) zum Sternpunkt. Eine Phase kann in mehrere Teilphasen (U > U1, U2) unterteilt sein, wobei jede Teilphase als eine Wicklung ausgebildet ist (U1, U2, ...; W1, W2, ..., V1, V2, ...), die miteinander verbunden sein können oder auch nicht miteinander verbunden sein können. Ein Wicklungsteil, der aus den Leitern gleicher Teilphase (U1, W1, V1) besteht, kann auch als Wicklungssatz oder parallele Gruppe angesprochen werden.A stator usually comprises an electrical winding for generating a magnetic field, the winding being excited with multi-phase current (three-phase). A stator winding has winding parts for each phase ( U , V , W ) to (phase winding), which are connected in a triangular or star arrangement. If phases are connected to a star point, the phase windings run from the phase connection of a phase ( U ; V ; W ) to the star point. A phase can be divided into several sub-phases (U> U1, U2), each sub-phase being designed as a winding ( U1 , U2 , ...; W1 , W2 , ..., V1 , V2 , ...), which may or may not be connected. A winding part that consists of the conductors of the same partial phase ( U1 , W1 , V1 ) exists, can also be addressed as a winding set or parallel group.

Da Wicklungsteile mitunter unterschiedlich angesprochen werden, sind die nachfolgenden Begriffe definiert: Ein Phasenstrang ist ein Leiterstrang einer Phasenwicklung. Wenn Phasen zu einem Sternpunkt verschalten sind, ist ein Phasenstrang ein Leiterstrang zwischen einem Phasenanschluss und einem Sternpunkt. Wenn Phasen in Dreiecksschaltung verschalten sind, ist ein Phasenstrang ein Leiterstrang zwischen zwei Phasenanschlüssen. Ein Leiterstrang kann sich grundsätzlich in mehrere parallele und/oder serielle Teilstränge verästeln.Since winding parts are sometimes addressed differently, the following terms are defined: A phase strand is a conductor strand of a phase winding. If phases are connected to a star point, a phase strand is a conductor strand between a phase connection and a star point. If phases are connected in a delta connection, a phase strand is a conductor strand between two phase connections. A conductor line can basically branch into several parallel and / or serial sub-lines.

Eine Phasengruppe ist die Summe aller Leiterstränge derselben Phase bzw. Teilphase (U bzw. U1, U2, ...). Parallele Phasenstränge werden durch parallel geschaltete Stränge gleicher Phase gebildet (U1, U2). Sie können einen gemeinsamen Sternpunkt oder separate Sternpunkte aufweisen. Gruppe ist ansonsten jede Vielzahl von Leitern, die nach einem bestimmten Schema zusammengefasst sind.A phase group is the sum of all conductor strands of the same phase or partial phase ( U respectively. U1 , U2 , ...). Parallel phase strands are formed by parallel strands of the same phase ( U1 , U2 ). They can have a common star point or separate star points. Otherwise, a group is any multitude of leaders who are grouped according to a certain scheme.

Eine Spulenwicklung ist eine Wicklungsart, bei welcher Leiterstränge in Form von einfachen oder mehrfachen geschlossenen Spulen bzw. Schleifen durch ein Statorblechpaket geführt werden.A coil winding is a type of winding in which conductor strands in the form of single or multiple closed coils or loops are guided through a stator laminated core.

Es ist Aufgabe, einen verbesserten elektrischen Traktionsmotor anzugeben bei welchem ein DC-Ladebetrieb ermöglicht wird und die Motorwicklung als Induktivitäten eines Hochsetzstellers dienen.It is the task of specifying an improved electric traction motor in which a DC charging operation is made possible and the motor winding serves as inductors of a step-up converter.

Hierzu wird erfindungsgemäß ein Stator gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Es handelt sich insbesondere um einen Stator für einen elektrischen Traktionsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einem Blechpaket und einer oder mehreren Gruppen von mindestens drei Leitersträngen zum Erzeugen eines Magnetfelds, wobei die mindestens drei Leiterstränge einer Gruppe mindestens einen gemeinsamen Sternpunkt aufweisen und jeder Leiterstrang als Statorwicklung für eine Phase ausgelegt ist (Phasenstrang). Das Blechpaket weist dabei eine Vielzahl von konzentrisch angeordneten und zueinander beabstandeten Statornuten auf, wobei jeder Leiterstrang in der Vielzahl von Statornuten in einem vorbestimmten Muster derart abwechselnd angeordnet ist, dass eine Wellenwicklung ausgebildet ist. Das Blechpaket ist z.B. aus einzelnen aus Elektroblech gefertigten und gestapelten Blechlamellen aufgebaut.For this purpose, a stator according to claim 1 is provided according to the invention. It is in particular a stator for an electric traction motor of a motor vehicle, with a laminated core and one or more groups of at least three conductor strands for generating a magnetic field, the at least three conductor strands of a group having at least one common star point and each conductor strand as a stator winding for one Phase is designed (phase strand). The laminated core in this case has a multiplicity of concentrically arranged and spaced-apart stator slots, each conductor strand in the multiplicity of stator slots being alternately arranged in a predetermined pattern in such a way that a wave winding is formed. The laminated core is e.g. constructed from individual sheet metal lamellas made and stacked from electrical sheet.

Im Stator ist zur Darstellung des Traktionsmotors ein Rotor angeordnet, der sich um eine Rotationsachse dreht, die mit einer Statorachse zusammenfällt. To display the traction motor, a rotor is arranged in the stator, which rotates about an axis of rotation which coincides with a stator axis.

Eine Wellenwicklung zeichnet sich im Gegensatz zu einer Spulen- bzw. Schleifenwicklung dadurch aus, dass sie wellenartig und/oder mäanderförmig um die Statorachse, insbesondere entlang eines Statorumfangs, des Stators angeordnet sein kann. Dabei verläuft der Phasenstrang durch eine Statornut in eine Richtung, überspringt eine bestimmte Anzahl von Statornuten in eine Winkelrichtung, verläuft durch die nächste Statornut in die entgegengesetzte Richtung, überspringt wieder eine bestimmte Anzahl von Statornuten in die gleiche Winkelrichtung, und so weiter; bis der Phasenstrang einen oder mehrere ganzzahlige Umläufe beschrieben hat. Umlauf meint dabei das geometrische Umrunden der Achse des Stators (Statorachse) entlang der Statornuten stirnseitig gesehen.In contrast to a coil or loop winding, a wave winding is characterized in that it can be arranged in a wave-like and / or meandering manner around the stator axis, in particular along a stator circumference, of the stator. The phase strand runs through a stator slot in one direction, skips a certain number of stator slots in one angular direction, runs through the next stator slot in the opposite direction, again skips a certain number of stator slots in the same angular direction, and so on; until the phase strand has described one or more integer round trips. Rotation means the geometrical orbiting of the axis of the stator (stator axis) along the stator slots seen on the face.

Dabei können die Abschnitte der Leiterstränge, die durch die Statornuten verlaufen, insbesondere konzentrisch um die Achse des Stators angeordnet sein; d.h. parallel zueinander und zur Achse des Stators. Eine Wellenwicklung stellt sich bei abgewickeltem Statorblechpaket als Rechteckfunktion/-schwingung oder einer ähnlichen mäanderförmigen Form dar. Es kann als Abfolge von aufeinanderfolgenden Halbspulen betrachtet werden, wobei die Halbspulen alternierend auf einer, dann der anderen Wickelkopfseite gebildet sind.
Die Wellenwicklung hat den Vorteil, dass sich die Wellenwicklung im Vergleich zur Spulenwicklung, in ihrem elektrischen und/oder magnetischen Verhalten im Traktionsmotor weniger empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen verhält. So sind beispielweise die Induktivitäten der einzelnen Phasenwicklungen oder Stränge nur vergleichsweise geringen Änderungen im Falle von geometrischen Fehlstellungen, wie beispielsweise einer Schiefstellung des Rotors gegenüber dem Stator, unterworfen. Indem die Induktivitäten der einzelnen Phasenwicklungen oder Stränge während eines Ladebetriebs gleich groß sind, fließen durch alle Phasenwicklungen bzw. Stränge die gleichen Ströme. Zwischen den Strängen fließen daher im Wesentlichen keine Ausgleichsströme.
The sections of the conductor strands that run through the stator slots can in particular be arranged concentrically around the axis of the stator; ie parallel to each other and to the axis of the stator. When the stator laminated core is unwound, a wave winding is represented as a rectangular function / oscillation or a similar meandering shape. It can be viewed as a sequence of successive half-coils, the half-coils being formed alternately on one side of the winding head and then on the other.
The advantage of the wave winding is that the wave winding, compared to the coil winding, is less sensitive to external influences in its electrical and / or magnetic behavior in the traction motor. For example, the inductances of the individual phase windings or strands are only subjected to comparatively minor changes in the case of geometric misalignments, such as, for example, an inclined position of the rotor relative to the stator. Since the inductances of the individual phase windings or strands are of the same size during a charging operation, the same currents flow through all phase windings or strands. There are therefore essentially no equalizing currents between the strands.

Bei einer Spulenwicklung würde eine Schiefstellung des Rotors zu unterschiedlichen Induktivitäten und damit zu unterschiedlichen Ladeströmen je Strang führen. Dies würde Ausgleichsströme zwischen den Strängen bedingen; dies ist nachteilhaft.In the case of a coil winding, an inclined position of the rotor would lead to different inductances and thus to different charging currents per phase. This would require equalizing currents between the strands; this is disadvantageous.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Stator mehrere parallele Gruppen von Leitersträngen auf, wobei jede Gruppe jeweils einen eigenen Sternpunkt aufweist. Mehrere oder alle Sternpunkte können elektrisch miteinander verbunden werden. Mit Vorteil erfolgt die elektrische Verbindung über Trennschalter.In an advantageous embodiment, the stator has a plurality of parallel groups of conductor strands, each group having its own star point. Several or all star points can be electrically connected to each other. The electrical connection is advantageously made via isolating switches.

Verbindbar bedeutet, dass die Sternpunkte einen ersten Zustand aufweisen, in welchem die Sternpunkte elektrisch miteinander verbunden sind, und einen zweiten Zustand, in welchem die Sternpunkte elektrisch voneinander getrennt sind. Der Vorgang kann beispielsweise über Leistungsschalter, insbesondere Schütze oder Relais, erfolgen. Dabei können je nach Anzahl von Sternpunkten nur zwei, mehr als zwei oder auch alle Sternpunkte miteinander verbindbar sein.Connectable means that the star points have a first state in which the star points are electrically connected to one another and a second state in which the star points are electrically separated from one another. The process can take place, for example, via circuit breakers, in particular contactors or relays. Depending on the number of star points, only two, more than two or even all star points can be connected to one another.

Unter dem Begriff „Parallele Gruppen“ sind parallele Statorwicklungsgruppen zu verstehen, die jeweils eine Leiteranordnung mit mindestens einem Strang je Phase aufweisen. Alle Phasenstränge einer Gruppe sind jeweils in einem eigenen Sternpunkt miteinander verschaltet. Durch das Verbinden oder Auftrennen der Sternpunkte können die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Stators vorteilhaft beeinflusst werden.The term “parallel groups” is understood to mean parallel stator winding groups, each of which has a conductor arrangement with at least one phase per phase. All phase strings in a group are each interconnected in their own star point. The electrical and magnetic properties of the stator can be advantageously influenced by connecting or disconnecting the star points.

Der Begriff Wicklungssatz ist synonym mit parallel Statorwicklungsgruppe zu verstehen. Der Stator kann einen oder mehrerer Wicklungssätze aufweisen. Ein Wicklungssatz ist gemäß der einleitenden Definition zu verstehen.
Der Stator kann einen oder mehrere Sternpunkte aufweisen. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Stator in verschiedenen Konfigurationen in vorteilhafter für einen Ladebetrieb eingerichtet sein.
The term winding set is synonymous with parallel stator winding group. The stator can have one or more winding sets. A winding set is to be understood in accordance with the introductory definition.
The stator can have one or more star points. In particular, the stator according to the invention in various configurations can advantageously be set up for charging operation.

Durch die Verwendung einer Wellenwicklung gegenüber einer Spulenwicklung kann eine ungleichmäßige Erwärmung des Stators verringert werden für Fälle, in welchen nur Teile der Phasenwicklung, z.B. nur ein Wicklungssatz, genutzt werden.By using a wave winding versus a coil winding, uneven heating of the stator can be reduced for cases in which only parts of the phase winding, e.g. only one winding set can be used.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Stator lediglich einen Wicklungssatz umfassend drei Phasenstränge auf, wobei die Phasenstränge keine parallelen Untergruppen aufweisen. Dadurch ist ein einfacher Aufbau möglich.In an advantageous embodiment, the stator has only one winding set comprising three phase strands, the phase strands having no parallel subgroups. This enables a simple construction.

Den Vorteilen stehen auch Nachteile gegenüber:

  • Wellenwicklungen besitzen mindestens einen Sternpunkt, in welchem einzelne Phasenstränge verschalten sind. Für eine große Flexibilität bei der Auslegung von Traktionsmotoren werden Wicklungsmuster mit genau einem Sternpunkt kaum in Erwägung gezogen. Ein Sternpunkt schränkt die Auswahl an möglichen Wicklungsmustern stark ein und kann für die Optimierung der Leistung im Antriebsbetrieb nachteilig sein. Grundsätzlich sind mehrere Sternpunkte zu bevorzugen. Mehrere Sternpunkte erlauben eine größere Variabilität an Wicklungsmustern, insbesondere im Hinblick auf Windungszahlen. Sie eignen sich insbesondere für parallele Gruppen mit einem Sternpunkt je Gruppe, beispielsweise für Hairpin-Wicklungen. Im Ladebetrieb sind parallele Gruppen für einen Ladebetrieb jedoch nachteilig, da die parallelen Gruppen unterschiedliche Induktivitäten aufweisen können. Ursache für unterschiedliche Induktivitäten können ungleiche Verteilungen der verschiedenen Wicklungen über den Statorumfang sein. Beispielsweise kann dies bewirkt werden durch unterschiedliche Verteilung der Leiter in einem Mehrlagensystem. Dies würde in einem Ladebetrieb zu unterschiedlichen Ladeströmen und damit zu Ausgleichsströmen innerhalb bzw. zwischen einzelnen Gruppen führen.
The advantages are offset by disadvantages:
  • Wave windings have at least one star point in which individual phase strands are connected. For great flexibility in the design of traction motors, winding patterns with exactly one star point are hardly considered. A star point severely limits the choice of possible winding patterns and can be disadvantageous for optimizing the performance in drive operation. In principle, several star points are preferred. Multiple star points allow greater variability Winding patterns, especially with regard to the number of turns. They are particularly suitable for parallel groups with one star point per group, for example for hairpin windings. In charging operation, however, parallel groups are disadvantageous for charging operation, since the parallel groups can have different inductances. Different inductances can be caused by uneven distributions of the different windings over the circumference of the stator. For example, this can be achieved by different distribution of the conductors in a multi-layer system. This would lead to different charging currents in a charging operation and thus to equalizing currents within or between individual groups.

Weiterhin ist der Ladestrom durch den akkumulierten Kupferquerschnitt aller Stränge begrenzt, da jeder Leiter/Leiterstrang nur mit einen maximal zulässigen Strom beaufschlagt werden darf.Furthermore, the charging current is limited by the accumulated copper cross-section of all strands, since each conductor / conductor strand may only be subjected to a maximum permissible current.

Wird im Ladebetrieb nur ein Sternpunkt genutzt, ist der zulässige Ladestrom auf die mit dem Sternpunkt verbundenen Phasenstränge (Nutzung nur einer der parallelen Gruppen) begrenzt. Werden mehrere Sternpunkte (d.h. mehrere parallele Gruppen) im Ladebetrieb genutzt, ist der max. zulässige Ladestrom höher, allerdings müssen die Sternpunkte miteinander verschalten werden, damit sie mit einer Ladequelle verbunden werden können. Eine Verschaltung der Sternpunkte ist technisch sehr aufwendig (es sind zusätzliche Hochstrom-Schütze notwendig). Im Fahrbetrieb müssen die parallelen Gruppen aufgetrennt sein, da sonst Kreisströme fließen und hohe Kupferverluste entstehen.
Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ladevorrichtung für einen DC-Ladebetrieb einer Fahrzeugbatterie bereitzustellen. Unter einem ersten Aspekt, ist es Ziel eine Ladevorrichtung anzugeben, welche hohe Ladeströme realisieren kann. Unter einem zweiten Aspekt ist es Ziel, eine Ladeeinrichtung anzugeben, welche einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Unter einem noch anderen Aspekt ist es Ziel, eine Ladeeinrichtung anzugeben, welche einfach herstellbar ist.
If only one star point is used during charging, the permissible charging current is limited to the phase strings connected to the star point (use of only one of the parallel groups). If several star points (ie several parallel groups) are used in charging mode, the max. permissible charging current is higher, however the star points must be interconnected so that they can be connected to a charging source. Interconnecting the star points is technically very complex (additional high-current contactors are required). When driving, the parallel groups must be separated, otherwise circulating currents flow and high copper losses occur.
Furthermore, it is an object of the present invention to provide an improved charging device for a DC charging operation of a vehicle battery. In a first aspect, the aim is to specify a charging device that can implement high charging currents. In a second aspect, the aim is to specify a charging device which is highly efficient. In yet another aspect, the aim is to provide a loading device that is easy to manufacture.

Hierzu wird erfindungsgemäß eine Ladevorrichtung nach Anspruch 3 angegeben. Diese Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines mit einem für einen Antriebsbetrieb, einen Generatorbetrieb und einem DC-Ladebetrieb ausgebildeten elektrischen Traktionsmotor ausgebildetem Kraftfahrzeugs, weist eine Induktivität und einen Antriebsumrichter auf. Der Antriebsumrichter ist ausgelegt, im Antriebsbetrieb des Kraftfahrzeugs die Gleichspannung der Batterie für den elektrischen Traktionsmotor zu wandeln bzw. im Generatorbetrieb eine Wechselspannung zum Laden der Batterie gleichzurichten. Die Induktivität dient zusammen mit dem Antriebsumrichter für einen DC-Ladebetrieb der Batterie als Hochsetzsteller, wobei die Induktivität Wicklungsteile einer Statorwicklung des elektrischen Traktionsmotors umfasst. Die Statorwicklung ist als eine Wellenwicklung ausgebildet.
Der Traktionsmotor wird bevorzugt mit Leistungsschaltern, die in einer Halbbrückenschaltung verschaltet sind, angesteuert, um eine entsprechende Drehmomentsteuerung darzustellen. Die Leistungsschalter werden durch eine entsprechende Steuerung angesteuert. Die gesamte Baugruppe ist als Antriebsumrichter bezeichnet. Es ist jedoch auch denkbar und möglich, die Leistungsschalter in einer Vollbrückenschaltung darzustellen. Die Erfindung ist auf beide Verschaltungsarten anwendbar. Weitere Designs für die Schaltung des Antriebsumrichter sind denkbar und möglich.
For this purpose, a charging device according to claim 3 is specified according to the invention. This charging device for charging a battery of a motor vehicle designed with an electric traction motor designed for drive operation, generator operation and DC charging operation has an inductance and a drive converter. The drive converter is designed to convert the DC voltage of the battery for the electric traction motor in the drive mode of the motor vehicle or to rectify an AC voltage for charging the battery in generator mode. The inductance, together with the drive converter, serves as a step-up converter for a DC charging operation of the battery, the inductance comprising winding parts of a stator winding of the electric traction motor. The stator winding is designed as a wave winding.
The traction motor is preferably controlled by circuit breakers which are connected in a half-bridge circuit in order to represent a corresponding torque control. The circuit breakers are controlled by a corresponding control. The entire assembly is referred to as the drive converter. However, it is also conceivable and possible to represent the circuit breakers in a full bridge circuit. The invention is applicable to both types of connection. Other designs for switching the drive converter are conceivable and possible.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Ladevorrichtung einen elektrischen Traktionsmotor mit einem erfindungsgemäßen Stator, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, auf.In an advantageous embodiment, the charging device has an electric traction motor with a stator according to the invention, in particular according to claim 1 or 2.

In einer Ausführungsform werden für den DC-Ladebetrieb zumindest zwei, bevorzugt mehr als zwei oder besonders bevorzugt alle Sternpunkte der Statorwicklung verwendet. Dazu sind die Sternpunkte im Ladebetrieb miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil, dass die Summe der elektrischen Leiter, die für die Hochsetzstellung genutzt werden, variabel ist; der Ladestrom kann hoch gewählt werden. Nachteilig hieran ist jedoch, dass die Sternpunkte für den DC-Ladebetrieb miteinander verbunden werden müssen. Eine elektrische Verbindung der Sternpunkte ist technisch sehr aufwendig (es sind zusätzliche Hochstrom-Schütze notwendig). Weiterhin nachteilig ist, dass geometrische Fehler wie eine Schiefstellung des Rotors oder Fertigungsfehler ungleiche Induktivitäten herbeiführen und dadurch Verlustströme in Form von Ausgleichs- bzw. Kreisströmen in der Statorwicklung bedingen.In one embodiment, at least two, preferably more than two or particularly preferably all, star points of the stator winding are used for the DC charging operation. To do this, the star points are connected to each other during charging. This has the advantage that the sum of the electrical conductors used for the step-up position is variable; the charging current can be selected high. However, this has the disadvantage that the star points have to be connected to one another for DC charging operation. An electrical connection of the star points is technically very complex (additional high current contactors are necessary). Another disadvantage is that geometric errors such as skewing of the rotor or manufacturing errors cause unequal inductances and thus cause leakage currents in the form of equalizing or circulating currents in the stator winding.

In einer anderen Ausführungsform wird für den DC-Ladebetrieb genau ein Sternpunkt genutzt.In another embodiment, exactly one star point is used for the DC charging operation.

In einer abhängigen Ausführungsform weist die Statorwicklung dabei mehrere Sternpunkte auf, wobei für einen Ladebetrieb genau ein Sternpunkt genutzt wird. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die Sternpunkte während des DC-Ladebetriebs elektrisch nicht miteinander verbunden sind. Dadurch ist der Ladestrom auf einen Wicklungssatz (z.B. U1, V1, W1) begrenzt; in anderen Worten: Der Ladestrom fließt von einem Sternpunkt nur über Phasenstränge eines Wicklungssatzes (z.B. U1, V1, W1) zu dem Antriebsumrichter.In a dependent embodiment, the stator winding has a plurality of star points, with exactly one star point being used for charging operation. This can be achieved, for example, by the fact that the star points are not electrically connected to one another during DC charging operation. This means that the charging current on a winding set (e.g. U1 , V1 , W1 ) limited; in other words: the charging current flows from a star point only via phase strands of a winding set (e.g. U1 , V1 , W1 ) to the drive converter.

Dies hat den Nachteil, dass der maximal mögliche Ladestrom dadurch begrenzt, da nicht alle Wicklungsteile als Leiter genutzt werden. Dies ist jedoch unbeachtlich, wenn ein von einer Ladesäule maximal zur Verfügung gestellter Ladestrom kleiner als der maximal zulässige Strom in einem Wicklungssatz ist. Dies trifft z.B. bei Fahrzeugen der Premium-Klasse zu: hierbei betragen der verfügbare Ladestrom einer Ladesäule z.B. 100A und der zulässige Strangstrom z.B. 130A (dies entspricht 390A bei Nutzung von 3 parallelen Strängen). Hier stellt die Teilnutzung der Statorwicklung daher keinen Nachteil dar.
Von Vorteil ist aber, dass die relative Ladeinduktivität des genutzten Wicklungssatzes gegenüber der relativen Ladeinduktivität bei Nutzung aller Wicklungssätze höher ist, da neben dem Rotor auch das Statorblechpaket für die Lade-Induktivität bestimmend ist. Dadurch können Strom- bzw. Spannungskurven besser geglättet und entsprechende Rippel beim Ladevorgang gesenkt werden.
This has the disadvantage that the maximum possible charging current is limited because not all winding parts are used as conductors. This is however irrelevant if a maximum charging current provided by a charging station is less than the maximum permissible current in a winding set. This applies, for example, to vehicles in the premium class: the available charging current of a charging station is, for example, 100A and the permissible phase current is, for example, 130A (this corresponds to 390A when 3 parallel lines are used). Partial use of the stator winding is therefore not a disadvantage here.
However, it is advantageous that the relative charging inductance of the winding set used is higher than the relative charging inductance when all winding sets are used, since in addition to the rotor, the stator laminated core is also decisive for the charging inductance. This enables current or voltage curves to be smoothed better and corresponding ripples to be reduced during the charging process.

Ist jedoch der von der Ladesäule zur Verfügung gestellte Ladestrom höher als der zulässige Wert eines Strangstromes, ist die Ladeleistung auf den im Wicklungssatz zulässigen Strom begrenzt.
In einer alternativen Ausführungsform weist die Statorwicklung genau einen Sternpunkt auf, wobei für den Ladebetrieb genau ein Sternpunkt verwendet wird. Dadurch ist ein maximaler Ladestrom möglich; die Induktivität je Strang verringert sich jedoch, wodurch Strom- und/oder Spannungsrippel und damit die Verlustleistung steigen. Dies lässt sich vorteilhaft im Medium- und Low-Performance-Bereich einsetzen, wo der Dauerstrom im Fahrtbetrieb und Ladestrom größenmäßig gleich sind.
However, if the charging current provided by the charging station is higher than the permissible value of a phase current, the charging power is limited to the permissible current in the winding set.
In an alternative embodiment, the stator winding has exactly one star point, with exactly one star point being used for the charging operation. This enables a maximum charging current; however, the inductance per strand is reduced, as a result of which current and / or voltage ripples and thus the power loss increase. This can be used advantageously in the medium and low-performance area, where the continuous current while driving and the charging current are of the same size.

Für alle bisher beschriebenen Variationen kann vorteilhaft für den DC-Ladebetrieb, insbesondere in Abhängigkeit des Ladezustands der Batterie, genau eine oder zwei oder drei oder mehrere Phasen genutzt werden. Die Wicklung weist z.B. drei Phasenstränge auf; zum Laden bei fast voller Batterie werden jedoch nur die Stränge einer Phase (z.B. U) bzw. Teilphase (U1) verwendet. Dadurch können analog der Verwendung nur eines Wicklungssatzes (parallele Gruppe) größere Lade-Induktivitäten und dadurch kleinere Strom- und Spannungsrippel realisiert werden als bei Verwendung aller Phasen. Hierzu wird nur eine Halbbrücke des Antriebsumrichters angesteuert. Dadurch kann der Wirkungsgrad beim Laden in der Endphase bei fast voller Batterie verbessert werden.For all the variations described so far, exactly one or two or three or more phases can advantageously be used for the DC charging operation, in particular depending on the state of charge of the battery. The winding has, for example, three phase strands; however, only the strands of one phase (e.g. U ) or partial phase ( U1 ) used. As a result, analogous to the use of only one winding set (parallel group), larger charging inductances and thus smaller current and voltage ripples can be realized than when using all phases. For this purpose, only a half bridge of the drive converter is controlled. This can improve the efficiency of charging in the final phase when the battery is almost full.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn während eines (einzigen) Ladevorgangs die Anzahl der genutzten Phasen variiert wird. Dadurch kann z.B. das Verhältnis von Ladeleistung zu Verlustleistung vorteilhaft variiert werden. Bevorzugt startet der Ladevorgang mit Nutzung aller Phasen und endet mit Nutzung nur einer Phase.It is particularly advantageous if the number of phases used is varied during a (single) charging process. This can e.g. the ratio of charging power to power loss can advantageously be varied. The charging process preferably starts with the use of all phases and ends with the use of only one phase.

In einer Variante kann die veränderliche Nutzung von Phasen während des Ladevorgangs auch kombiniert werden mit der veränderlichen Nutzung von Sternpunkten bzw. parallelen Gruppen, z.B. durch Zu- oder Abschaltung von Sterpunkten.In one variant, the variable use of phases during the charging process can also be combined with the variable use of star points or parallel groups, e.g. by activating or deactivating death points.

Unter einem andren Gesichtspunkt in einer weiteren, erfindungsgemäßen alternativen Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Statorwicklung genau einen Strang je Phase aufweist. Das bedeutet, dass die Statorwicklung keine parallelen Gruppen bzw. nur einen Wicklungssatz aufweist. Insbesondere weist sie keine parallelen Untergruppen auf. Dadurch kann ein hoher Ladestrom realisiert werden und Ausgleichsströme vermieden werden.In another aspect, in a further alternative embodiment according to the invention, it has proven to be advantageous if the stator winding has exactly one phase per phase. This means that the stator winding has no parallel groups or only one winding set. In particular, it has no parallel subgroups. This enables a high charging current to be achieved and compensating currents to be avoided.

Des Weiteren können die Statorwicklungen Formlitzen aufweisen. Litzen sind Drahtpakete, die an ihren Enden elektrisch leitend verbunden werden. Formlitzen sind in eine bestimmte Querschnittsform verpresste Litzen. Die Querschnittsform entspricht dabei im Wesentlichen der Nutgeometrie des Stators. Formlitzen haben den Vorteil, dass die Verluste bei pulsierendem Ladestrom wegen des Skin-Effekts kleiner sind als bei Vollkupferleitern und Hairpins. Weiterhin können die Querschnitte bei Segmentleiter aus Formlitzen gegenüber Hairpins und anderen Segmentleitern aus Vollkupfer größer gewählt werden, ohne dass der Skineffekt nachteilige Auswirkungen zeigt. Insbesondere eine 2-Lagen-Wicklung ist durch Formlitzen besonders gut realisierbar, während für Hairpin-Wicklungen vorzugsweise 4 bis 8 Lagen verwendet werden müssen, um die parasitären Wechselstromverluste gering zu halten. Durch Verwendung von 2-Lagen-Systemen lassen sich vorteilhaft Wellenwicklungen ohne parallele Gruppen bzw. mit einem einzigen Sternpunkt ausbilden, die in vorgenannter Weise für einen Ladebetrieb eingesetzt werden können.Furthermore, the stator windings can have shaped strands. Strands are wire bundles that are connected at their ends in an electrically conductive manner. Molded strands are strands pressed into a certain cross-sectional shape. The cross-sectional shape essentially corresponds to the slot geometry of the stator. Form braids have the advantage that the losses with pulsating charging current are smaller due to the skin effect than with full copper conductors and hairpins. Furthermore, the cross-sections of segmented conductors made of stranded wire can be chosen larger than hairpins and other segmented conductors made of solid copper, without the skin effect having any adverse effects. In particular, a 2-layer winding can be implemented particularly well using stranded wires, while preferably for hairpin windings 4th to 8th Layers must be used to keep the parasitic AC losses low. By using 2-layer systems, it is advantageously possible to form shaft windings without parallel groups or with a single star point, which can be used for charging operation in the aforementioned manner.

Ebenso kann die Statorwicklung aus Stableitern und Verschaltungs- bzw. Verbindungsstegen gebildet sein. Dies ermöglicht eine sehr einfache Montage. Außerdem kann der Sternpunkt mittels einer eigenen Verschaltungsebene in einer Wickelkopfseite einfach herausgeführt werden, ohne dass der Raumbedarf wesentlich steigt. Unter Stableitern sind sowohl Formlitzen (z.B. formverpresste Drahtlitzen), Hairpins (z.B. U-förmige Vollkupferleiter) oder I-Pins (z.B. stabförmige Vollkupferleiter) zu verstehen.Likewise, the stator winding can be formed from rod conductors and interconnection or connecting bars. This enables very simple assembly. In addition, the star point can be easily brought out on a winding head side using its own interconnection level, without the space requirement increasing significantly. Rod conductors are to be understood as both shaped strands (e.g. molded wire strands), hairpins (e.g. U-shaped solid copper conductors) or I-pins (e.g. rod-shaped solid copper conductors).

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umrundet jeder Strang der Statorwicklung den Stator um ein ganzzahlig Vielfaches von 360°. Der Winkel 360° ist dabei als geometrischer um die Statorachse herum und nicht als elektrischer Winkel zu verstehen.In a further advantageous embodiment, each strand of the stator winding surrounds the stator by an integral multiple of 360 °. The angle 360 ° is to be understood as a geometric angle around the stator axis and not as an electrical angle.

Die Statorwicklung ist vorteilhafterweise als -Zwei-Lagensystem ausgebildet. Dabei sind in jeder Statornut eines Statorblechpakets stets zwei Leiterstränge, insbesondere übereinander, angeordnet; die beiden Leiterstränge können zum gleichen Phasenstrang oder zu zwei unterschiedlichen Phasensträngen gehören. Die Ladevorrichtung kann zusätzlich eine Schalteinheit aufweisen, die ausgebildet ist, eine Ladungsquelle bzw. Ladesäule direkt oder über den Hochsetzsteller mit der Fahrzeugbatterie zu verschalten.The stator winding is advantageously designed as a two-layer system. There are always two in each stator slot of a stator laminated core Conductor strands, especially one above the other, arranged; the two conductor strands can belong to the same phase strand or to two different phase strands. The charging device can additionally have a switching unit which is designed to connect a charge source or charging station to the vehicle battery directly or via the step-up converter.

Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die Ladevorrichtung ohne Weiteres an die Ladungsquelle angeschlossen werden kann. Dabei passt sich die Ladevorrichtung an die Eigenschaften der Ladungsquelle an und ermöglicht, ohne zusätzliche Einstellungen, ein effektives Aufladen der Fahrzeugbatterie. So kann die Ladungsquelle eine gegenüber der Fahrzeugbatterie geringere oder gleiche hohe Spannung bereitstellen, die mittels der Schalteinheit derart mit der Ladevorrichtung und schlussendlich mit der Fahrzeugbatterie verschaltet wird, dass die Fahrzeugbatterie aufgeladen werden kann.This has the advantage that the charging device can be easily connected to the charge source. The charging device adapts to the properties of the charge source and enables the vehicle battery to be charged effectively without additional settings. The charge source can thus provide a lower or the same high voltage as the vehicle battery, which is connected to the charging device and ultimately to the vehicle battery by means of the switching unit in such a way that the vehicle battery can be charged.

Vorzugsweise ist die Schalteinheit derart ausgebildet, eine angeschlossene Ladungsquelle zu identifizieren. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Schalteinheit vorab die Spannung der Ladungsquelle misst und/oder bestimmten Daten von der Ladungsquelle, z.B. kabelgebunden und/oder drahtlos, herausliest. Sobald die Ladungsquelle identifiziert wurde, wird abhängig von der Identifizierung die Ladungsquelle mit der Batterie z.B. direkt, über den Hochsetzsteller oder einen Tiefsetzsteller der Ladungsvorrichtung verschaltet. Dadurch ist die Ladevorrichtung in der Lage, die angeschlossene Ladungsquelle selbstständig und ohne Fremdsteuerung zu identifizieren und mit der Fahrzeugbatterie zu verschalten/verbinden. Alternativ oder zusätzlich kann die Schalteinheit Daten empfangen, z.B. von der Ladungsquelle, die die Ladungsquelle identifiziert und/oder die Schalteinheit steuert, um die Ladungsquelle mit der Fahrzeugbatterie entsprechend zu verschalten.The switching unit is preferably designed to identify a connected charge source. This can be done by the switching unit measuring the voltage of the charge source in advance and / or certain data from the charge source, e.g. wired and / or wireless, reads out. Once the charge source has been identified, depending on the identification, the charge source with the battery is e.g. directly, via the step-up converter or a step-down converter of the charging device. As a result, the charging device is able to identify the connected charge source independently and without external control and to connect / connect it to the vehicle battery. Alternatively or additionally, the switching unit can receive data, e.g. from the charge source, which identifies the charge source and / or controls the switching unit in order to connect the charge source to the vehicle battery accordingly.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen ist der Antriebsumrichter als 2-Level-Wechselrichter oder als 3-Level-Wechselrichter ausgebildet. Der 3-Level-Wechselrichter kann insbesondere als Neutral Point Clamped (NPC) oder T-shape Neutral Point Clamped (TNPC) Wechselrichter ausgeführt sein.In further advantageous embodiments, the drive converter is designed as a 2-level inverter or as a 3-level inverter. The 3-level inverter can in particular be designed as a neutral point clamped (NPC) or T-shape neutral point clamped (TNPC) inverter.

Des Weiteren kann der Antriebsumrichter für drei Spannungsphasen ausgelegt sein und zur Versorgung jeder Spulenwicklung des Elektromotors jeweils eine Halbbrücke aufweisen. Es ist jedoch denkbar und möglich, die Spulenwicklungen des Elektromotors mit Vollbrücken anzusteuern.Furthermore, the drive converter can be designed for three voltage phases and each have a half bridge to supply each coil winding of the electric motor. However, it is conceivable and possible to control the coil windings of the electric motor with full bridges.

Vorzugsweise sind zum Laden der Batterie ein bis drei Halbbrücken mit entsprechenden Induktivitäten jeweils als Hochsetzsteller steuer- und verwendbar. Die Hochsetzsteller können einzelnen oder gleichzeitig, insbesondere mit oder ohne Phasenversatz verwendet werden. Je mehr Hochsetzsteller insbesondere gleichzeitig betrieben werden, desto höher ist die für die Fahrzeugbatterie zur Verfügung stehende Ladeleistung.Preferably, one to three half bridges with corresponding inductors can be controlled and used as step-up converters for charging the battery. The step-up converter can be used individually or simultaneously, in particular with or without a phase offset. The more step-up converters in particular are operated at the same time, the higher the charging power available for the vehicle battery.

Um die Anzahl der Bauelemente und somit die Kosten für die Ladevorrichtung zu sparen, kann die für einen Hochsetzsteller notwendige Induktivität durch mindestens eine Wellenwicklung des Elektromotors gebildet sein.In order to save the number of components and thus the costs for the charging device, the inductance required for a step-up converter can be formed by at least one wave winding of the electric motor.

Die hier vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein elektrisches Antriebssystem mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung bereit.The present invention also provides an electric drive system with a charging device according to the invention.

Die nachfolgend beschriebenen Figuren beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung, wobei diese
Figuren nicht der Einschränkung, sondern im Wesentlichen der Veranschaulichung der Erfindung dienen.
The figures described below relate to preferred exemplary embodiments of the charging device according to the invention, these
Figures do not serve the limitation, but essentially to illustrate the invention.

Es zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung;
  • 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung;
  • 3 eine weitere schematische Darstellung des zweiten Antriebssystems gemäß 2;
  • 4 eine schematische Darstellung eines dritten Antriebssystems mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung;
  • 5a eine schematische Darstellung einer dreiphasigen Wellenwicklung eines erfindungsgemäßen Stators;
  • 5b eine schematische Darstellung eines mehrfachen Umlaufs einer Wellenwicklung
  • 6a eine Seitenansicht auf ein Statorblechpaket als Statormantel mit beispielhaft eingeschobenen Stableitern;
  • 6b eine Querschnittsansicht auf das Statorblechpaket gemäß 6a;
  • 7 einen als Formlitze ausgebildeten Segmentleiter/Stableiter;
  • 8 ein bevorzugtes Verschaltungsschema einer dreiphasigen Wellenwicklung; und
Show it
  • 1 a schematic representation of a drive system with a charging device according to the invention;
  • 2nd a schematic representation of a second drive system with a loading device according to the invention;
  • 3rd a further schematic representation of the second drive system according to 2nd ;
  • 4th a schematic representation of a third drive system with a charging device according to the invention;
  • 5a is a schematic representation of a three-phase wave winding of a stator according to the invention;
  • 5b is a schematic representation of a multiple revolution of a wave winding
  • 6a a side view of a stator laminated core as a stator jacket with inserted rod conductors;
  • 6b a cross-sectional view of the stator core according 6a ;
  • 7 a segment conductor / rod conductor designed as a stranded wire;
  • 8th a preferred circuit diagram of a three-phase wave winding; and

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebssystems 1 mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung. Das Antriebssystem 1 weist ein Gehäuse 13 auf, in dem ein Elektromotor 2, ein Wechselrichter bzw. Antriebsumrichter 3, eine Schalteinheit 10 und eine Achsantriebseinrichtung 11 angeordnet sind. Der Elektromotor 2 weist zwei Gruppen von Statorwicklungen (gleichbedeutend mit zwei Wicklungssätzen) auf: die erste Gruppe hat die Statorwicklungen U1, V1 und W1 als Phasenstränge, die an dem ersten Sternpunkt 6a miteinander verbunden sind, und die zweite Gruppe hat die Statorwicklungen U2, V2 und W2 als Phasenstränge, die an dem zweiten Sternpunkt 6b elektrisch miteinander verbunden sind. Jeder Strang einer Phase kann aus weiteren parallelen und/oder seriell geschalteten Untergruppen bestehen (nicht dargestellt). Der Wechselrichter 3 weist drei Halbbrücken 4a, 4b und 4c und eine Kapazität 5 auf, die alle parallel zueinander geschaltet sind. Jede Halbbrücke ist zum Erzeugen einer Wechselspannungsphase ausgelegt und weist zwei seriell verbundene Leistungsschalter, im Beispiel als Transistoren T1 und T2 mit jeweils einer parallelen Freilaufdiode D1 bzw. D2 auf. Die Leistungsschalter werden durch eine nicht dargestellte Steuerung zur Darstellung eines Drehmoments am Elektromotor 2 angesteuert. Im vorliegenden Fall können drei Wechselspannungsphasen durch den Wechselrichter 3 erzeugt und dem Elektromotor 2 bereitgestellt werden. Eine Fahrzeugbatterie 7 ist mit dem Wechselrichter 3 verbunden und versorgt diesen elektrisch mit z.B. 800 Volt Gleichspannung. Dabei kann der Wechselrichter 3, insbesondere jede Halbbrücke 4a, 4b und 4c, derart angesteuert werden, dass ein dreiphasiger Wechselstrom für den Elektromotor 2 erzeugt wird. Durch den Strom wird der Elektromotor 2 in Rotation versetzt, der über die Achsantriebseinrichtung 11 ein erstes Rad 12a und ein zweites Rad 12b antreibt. Der Elektromotor 2 und der Wechselrichter 3 sind ebenfalls ausgelegt, in einem DC-Ladebetrieb als Hochsetzsteller zu dienen. Hierzu werden insbesondere die Transistoren T1 und T2 entsprechend angesteuert. Der Transistor T1 wird gesperrt und leitet nicht, während der Transistor T2 abwechselnd geöffnet und geschlossen wird, damit die entsprechende Induktivität U1 und die Freilaufdiode D1 als Hochsetzsteller fungieren. Da die Gruppen von Statorwicklungen nicht zu einem gemeinsamen Sternpunkt elektrisch verbunden sind, hat dies den Vorteil, dass keine Kreisströme zwischen den beiden Statorwicklungsgruppen im Fahrbetrieb fließen können. Allerdings kann beim DC-Ladebetrieb nur die erste Gruppe von Statorwicklungen U1, V1 und W1 genutzt werden, wodurch der maximal mögliche Ladestrom für die Fahrzeugbatterie 7 begrenzt ist. Die Schalteinheit 10 weist drei Schalter S1, S2 und S3 auf und verbindet eine Ladesteckdose 9a mit dem Elektromotor 2 (über den Schalter S2), dem Wechselrichter 3 (über den Schalter S3) und der Fahrzeugbatterie 7 (über den Schalter S1 und S3 für Plus- und Minuspol der Batterie). Die Ladesteckdose 9a ist mit einem Ladestecker 9b einer Ladequelle bzw. Ladesäule 8 als Gleichstromquelle elektrisch verbindbar. Dabei sind die Schalter S1 und S2 mit dem Pluspol der Ladequelle 8 und der Schalter S3 mit dem Minuspol der Ladequelle 8 verbindbar. Ist keine Ladequelle 8 an dem Antriebssystem 1 angeschlossen, sind alle Schalter S1, S2 und S3 geöffnet. Hat die Ladequelle 8 die gleiche Spannung, z.B. 800 V, wie die Fahrzeugbatterie 7, werden die Schalter S1 und S3 geschlossen und der Schalter S2 geöffnet, um den Hochsetzsteller zu überbrücken und die Ladequelle 8 und die Fahrzeugbatterie 7 direkt miteinander zu verbinden. Hat die Ladequelle 8 eine niedrigere Spannung, z.B. 400 V, im Vergleich zur Fahrzeugbatterie 7, z.B. 800 V, werden die Schalter S2 und S3 geschlossen und der Schalter S1 geöffnet, um den Hochsetzsteller zwischen der Ladequelle 8 und der Fahrzeugbatterie 7 zu schalten. 1 shows a schematic representation of a drive system 1 with a loading device according to the invention. The drive system 1 has a housing 13 on in which an electric motor 2nd , a Inverters or drive inverters 3rd , a switching unit 10th and an axle drive device 11 are arranged. The electric motor 2nd has two groups of stator windings (synonymous with two winding sets): the first group has the stator windings U1 , V1 and W1 as phase strands at the first star point 6a are interconnected, and the second group has the stator windings U2 , V2 and W2 as phase strands at the second star point 6b are electrically connected to each other. Each strand of a phase can consist of further parallel and / or series-connected subgroups (not shown). The inverter 3rd has three half bridges 4a , 4b and 4c and a capacity 5 which are all connected in parallel to each other. Each half-bridge is designed to generate an AC voltage phase and has two serially connected power switches, in the example as transistors T1 and T2 each with a parallel freewheeling diode D1 respectively. D2 on. The circuit breakers are operated by a control, not shown, for representing a torque on the electric motor 2nd controlled. In the present case, three alternating voltage phases can be generated by the inverter 3rd generated and the electric motor 2nd to be provided. A vehicle battery 7 is with the inverter 3rd connected and supplies it electrically with, for example, 800 volts DC. The inverter can 3rd , especially every half bridge 4a , 4b and 4c , are controlled such that a three-phase alternating current for the electric motor 2nd is produced. The electric motor becomes through the current 2nd set in rotation via the axle drive device 11 a first bike 12a and a second wheel 12b drives. The electric motor 2nd and the inverter 3rd are also designed to serve as step-up converters in a DC charging mode. In particular, the transistors T1 and T2 controlled accordingly. The transistor T1 is blocked and does not conduct while the transistor T2 is opened and closed alternately, so that the corresponding inductance U1 and the freewheeling diode D1 act as a boost converter. Since the groups of stator windings are not electrically connected to a common star point, this has the advantage that no circulating currents can flow between the two stator winding groups while driving. However, only the first group of stator windings can be used in DC charging U1 , V1 and W1 be used, whereby the maximum possible charging current for the vehicle battery 7 is limited. The switching unit 10th has three switches S1 , S2 and S3 and connects a charging socket 9a with the electric motor 2nd (via the switch S2 ), the inverter 3rd (via the switch S3 ) and the vehicle battery 7 (via the switch S1 and S3 for positive and negative pole of the battery). The charging socket 9a is with a charging plug 9b a charging source or charging station 8th electrically connectable as a direct current source. Here are the switches S1 and S2 with the positive pole of the charging source 8th and the switch S3 with the negative pole of the charging source 8th connectable. Is not a charging source 8th on the drive system 1 all switches are connected S1 , S2 and S3 open. Has the charging source 8th the same voltage, e.g. 800 V, as the vehicle battery 7 , the switches S1 and S3 closed and the switch S2 opened to bridge the step-up converter and the charging source 8th and the vehicle battery 7 connect directly to each other. Has the charging source 8th a lower voltage, e.g. 400 V, compared to the vehicle battery 7 , eg 800 V, the switches S2 and S3 closed and the switch S1 opened to the boost converter between the charging source 8th and the vehicle battery 7 to switch.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Antriebssystems 1a mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung. Im Vergleich zum ersten Antriebssystem 1 aus 1 unterscheidet sich der Elektromotor 2a, der mit einem Sternpunktschalter SPS zusätzlich ausgestattet ist. Dieser Sternpunktschalter SPS ermöglicht es, die beiden Sternpunkte 6a und 6b miteinander elektrisch zu verbinden. Im Fahrbetrieb sowie im Generatorbetrieb des Elektromotors ist der Schalter SPS geöffnet und die Sternpunkte 6a und 6b sind voneinander elektrisch getrennt. Bei geöffnetem Schalter SPS können im Fahrbetrieb keine Kreisströme fließen und somit Verluste reduziert werden. Im Ladebetrieb kann durch Verschaltung bzw. Nicht-Verschaltung der Sternpunkte 6a und 6b das Laden wahlweise über eine oder mehrere Gruppen bzw. Statorwicklungsgruppen erfolgen. Vorzugsweise werden in einer ersten Ladephase alle Sternpunkte verschaltet, was einen hohen Ladestrom und somit eine hohe Ladeleistung erlaubt. In einer zweiten Ladephase, wenn z.B. die Fahrzeugbatterie 7 fast vollständig aufgeladen ist, werden die Sternpunkte 6a und 6b aufgrund des geöffneten Schalters SPS voneinander getrennt und die Fahrzeugbatterie 7 wird nur noch über eine bzw. die erste Gruppe geladen. An diese Ladephase kann sich eine dritte Ladephase, wie zu 3 dargestellt, anschließen. 2nd shows a schematic representation of a second drive system 1a with a loading device according to the invention. Compared to the first drive system 1 out 1 the electric motor differs 2a with a star switch PLC is additionally equipped. This star point switch PLC allows the two star points 6a and 6b to connect to each other electrically. The switch is in driving mode and in generator mode of the electric motor PLC opened and the star points 6a and 6b are electrically separated from each other. With the switch open PLC no circulating currents can flow while driving and thus losses can be reduced. In charging mode, by interconnecting or not interconnecting the star points 6a and 6b the loading can optionally take place via one or more groups or stator winding groups. All star points are preferably connected in a first charging phase, which allows a high charging current and thus a high charging power. In a second charging phase, if, for example, the vehicle battery 7 is almost fully charged, the star points 6a and 6b due to the open switch PLC separated from each other and the vehicle battery 7 is only loaded via one or the first group. This loading phase can be followed by a third loading phase, such as 3rd shown, connect.

3 zeigt eine weitere schematische Darstellung des zweiten Antriebssystems gemäß 2, wobei die Fahrzeugbatterie 7 nur über eine Phase bzw. eine Halbbrücke 4a, insbesondere nur über einen Phasenstrang U1 einer Gruppe, geladen wird. Im Antriebsumrichter 3 ist somit nur eine Umrichterphase bzw. Halbbrücke 4a in Betrieb. Dadurch ist insbesondere eine Anpassung der Ladeverlustleistung möglich. Zusätzlich kann die Verschaltung der Sternpunkte 6a und 6b mittels des Schalters SPS je nach zulässigem Ladestrom der Batterie 7 gewählt werden, um Verluste zu reduzieren. 3rd shows a further schematic representation of the second drive system according to 2nd , with the vehicle battery 7 only over one phase or half bridge 4a , in particular only over a phase strand U1 a group that is loaded. In the drive converter 3rd is therefore only a converter phase or half bridge 4a in operation. In particular, this makes it possible to adapt the charge dissipation power. In addition, the interconnection of the star points 6a and 6b by means of the switch PLC depending on the permissible charging current of the battery 7 can be chosen to reduce losses.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Antriebssystems 1b mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung. Im Vergleich zum ersten Antriebssystem 1 aus 1 unterscheidet sich der Elektromotor 2b, der keine parallelen Gruppen oder Untergruppen von Statorwicklungen aufweist. Es existiert nur eine Gruppe mit drei Statorwicklungen U, V und W, die jeweils an einer Seite mit einem Sternpunkt 6 und an einer gegenüberliegenden Seite mit einer Halbbrücke 4a, 4b bzw. 4c elektrisch verbunden sind. Dadurch reduziert sich der Verschaltungsaufwand mit den restlichen Komponenten des Antriebssystems 1b; insbesondere ist nur ein Sternpunkt 6 aus dem Stator bzw. einem Statorgehäuse herauszuführen. 4th shows a schematic representation of a third drive system 1b with a loading device according to the invention. Compared to first drive system 1 out 1 the electric motor differs 2 B that has no parallel groups or sub-groups of stator windings. There is only one group with three stator windings U , V and W , each on one side with a star point 6 and on an opposite side with a half bridge 4a , 4b respectively. 4c are electrically connected. This reduces the wiring effort with the other components of the drive system 1b ; in particular is just a star point 6 lead out of the stator or a stator housing.

5a zeigt eine schematische Darstellung einer dreiphasigen Wellenwicklung eines erfindungsgemäßen Stators 14 zur Veranschaulichung des Begriffs Wellenwicklung. Die tatsächliche Anordnung innerhalb der einzelnen Phasenstränge innerhalb der Nuten ist willkürlich gewählt. Der Stator 14 bzw. das Statorblechpaket ist gedanklich aufgerollt und zeigt in einer aktiven Statorseite 21 eine Vielzahl von Statorzähnen 15 und Statornuten 16, die nebeneinander und abwechselnd angeordnet sind. In den Statornuten sind die drei Wellenwicklungen U, V und W ausgebildet, die zueinander identisch und jeweils um eine Statornut 16 gegenüber den beiden anderen Wicklungen versetzt angeordnet sind. Jede Wellenwicklung U, V und W weist mehrere Stableiter 17 in der aktiven Statorseite 21 auf, die jeweils einzeln in einer Statornut 16 angeordnet sind. Zusätzlich sind die Stableiter 17 paarweise mit Verschaltungsstegen 18, abwechselnd in der Wickelkopfseite A 20 und Wickelkopfseite B 22, zu einem Leiterstrang bzw. Phasenstrang verbunden. Die Wellenwicklungen U, V und W sind an einem Ende mit einem Sternpunkt 6 verbunden und am anderen Ende mit einer Wechselstromphase verbindbar. 5a shows a schematic representation of a three-phase wave winding of a stator according to the invention 14 to illustrate the term wave winding. The actual arrangement within the individual phase strands within the grooves is chosen arbitrarily. The stator 14 or the stator core is rolled up and shows in an active stator side 21 a variety of stator teeth 15 and stator slots 16 , which are arranged side by side and alternately. The three shaft windings are in the stator slots U , V and W formed that are identical to each other and each around a stator groove 16 are offset from the other two windings. Every wave winding U , V and W has several rod ladders 17th in the active stator side 21 on, each individually in a stator slot 16 are arranged. In addition, the rod ladder 17th in pairs with interconnection bars 18th , alternately in the end of the winding head A 20th and winding head side B 22 , connected to a conductor strand or phase strand. The wave windings U , V and W are at one end with a star point 6 connected and connectable to an AC phase at the other end.

5b zeigt in schematischer Darstellung einen Phasenstrang einer Wellenwicklung, der den Stator und entsprechend die Statorachse X mehrfach, im Beispiel zweifach, umrundet. Die Darstellung ist näherungsweise als Draufsicht auf eine Stirnseite des Stators zu sehen. Die Zeichnung ist gedanklich um ein Blechpaket mit Nuten zu ergänzen, durch welches sich der Phasenstrang zieht. Dabei sind die in Achsrichtung liegenden Stableiter 17 durch schwarze Punkte angedeutet. Die Stableiter sind durch Stirnverbinder 18, welche die Halbspulen der Wellenwicklung schließen, miteinander verbunden. Das eine Ende des Phasenstranges ist dabei als Phasenanschluss, das andere Ende als Sternpunktanschluss interpretierbar. Grundsätzlich sind auch mehr als zwei Umläufe denkbar, insbesondere 4 oder 6. 5b shows a schematic representation of a phase phase of a wave winding, the stator and correspondingly the stator axis X circled several times, in the example twice. The representation can be seen approximately as a top view of an end face of the stator. The drawing is to be mentally supplemented by a laminated core with grooves through which the phase strand runs. The rod conductors are in the axial direction 17th indicated by black dots. The rod conductors are through end connectors 18th , which close the half-coils of the wave winding, connected to one another. One end of the phase string can be interpreted as a phase connection, the other end as a neutral point connection. In principle, more than two circulations are also conceivable, in particular 4 or 6.

6a und 6b zeigen in einer Seitenansicht und einer Querschnittsansicht ein Statorblechpaket 19 eines Stators 14 mit zwei beispielhaft eingeschobenen Stableitern 17a und 17b. Die Stableiter 17a und 17b sind übereinander in einer Statornut 16 bzw. zwischen zwei Statorzähne 15 passgenau bzw. formschlüssig angeordnet. Dadurch bilden sie ein Zwei-Lagensystem. Zum Verbinden mit Verbindungsstegen (nicht dargestellt) in der Wickelkopfseite A und B sind die Stableiter 17a und 17b länger als das Blechpaket 19 und ragen an beiden Rändern des Blechpakets 19 heraus. 6a and 6b show a side view and a cross-sectional view of a stator core 19th a stator 14 with two rod guides inserted as examples 17a and 17b . The rod ladder 17a and 17b are one above the other in a stator slot 16 or between two stator teeth 15 arranged precisely or positively. As a result, they form a two-layer system. For connecting to connecting bars (not shown) on the end of the winding head A and B are the rod ladder 17a and 17b longer than the laminated core 19th and protrude on both edges of the laminated core 19th out.

7 zeigt einen als Formlitze ausgebildeten Segmentleiter/Stableiter 17. Formlitzen sind in (Rechteck- bzw. Nut) Form verpresste Drahtlitzen, wobei die Einzeldrähte hier gegeneinander isoliert sind. Die Stableiter sind in Statornuten einlegbar. Sie können über Verschaltungsstege/Stirnverbinder zu einer Wicklung bzw. Leiterstrang komplementiert werden. 7 shows a segment conductor / rod conductor designed as a stranded wire 17th . Formed strands are wire strands pressed in (rectangular or groove) form, the individual wires being insulated from one another here. The rod conductors can be inserted in stator slots. They can be complemented to form a winding or conductor strand using connecting bars / end connectors.

8 zeigt ein bevorzugtes Verschaltungsschema einer dreiphasigen Wellenwicklung eines Stators, ohne parallele Gruppen/Untergruppen. Der Stator weist einen aktiven Statorteil 21 - dies ist der Teil des Stators, in welchem das durch die Wicklung ausgebildete Magnetfeld drehmomenterzeugend wirkt; es wird auch als als aktive Länge bezeichnet, und die beiden Wickelkopfseiten A 20 und B 22 gebildet. Der aktive Statorteil 21 wird durch ein Statorblechapket mit nebeneinander und abwechselnd angeordneten Statorzähnen 15 und Statornuten 16 und darin befindlichen Leitersträngen 17. Der Stator weist drei Statorwicklungen bzw. Phasenstränge U, V und W auf, die in der Wickelkopfseite B 22 an einem Ende mit Strom versorgt werden und am anderen Ende zu einem Sternpunkt 6 miteinander verbunden sind. Es sind zwei Stableiter 17a und 17b je Nut 16 eingebracht, weshalb es sich um ein 2-Lagensystem handelt. Die Wicklungen weisen Nutsprünge auf z.B. in Form von Verschaltungsstegen/Stirnverbindern 18 in der Wickelkopfseite A 20 und B 22 auf; d.h. eine Halbschlaufe einer Wicklung durchzieht nicht zwei unmittelbar benachbarte Nuten, sondern z.B. eine erste Nut und eine 15. Nut, so dass die 2. bis 14. Nuten durch einen Verschaltungssteg 18 in der Wickelkopfseite A 20 übersprungen werden. Die Verschaltungsstege in der Wickelkopfseite B 22 hingegen überspringen eine kleinere Anzahl an Nuten; so verbindet ein derartiger Verschaltungssteg die Stableiter bespielhaft in einer ersten Nut und einer 11. Nut und überspringen somit die 2. bis 10. Nuten. Diese Sprünge werden als Statornutsprung bezeichnet und können auf beiden Wickelkopfseiten 20 und 22 identisch groß sein. In diesem Fall ist der Statornutsprung auf der Wickelkopfseite A 20 größer als der Statornutsprung auf der Wickelkopfseite B 22. In anderen Ausführungsformen kann dies umgekehrt sein. 8th shows a preferred circuit diagram of a three-phase wave winding of a stator, without parallel groups / subgroups. The stator has an active stator part 21 - This is the part of the stator in which the magnetic field formed by the winding has a torque-generating effect; it is also referred to as the active length, and the two winding end sides A 20th and B 22 educated. The active stator part 21 is by a stator sheet metal plate with stator teeth arranged side by side and alternating 15 and stator slots 16 and conductor strands located therein 17th . The stator has three stator windings or phase strands U , V and W on that in the end winding side B 22 be powered at one end and to a star point at the other end 6 are interconnected. There are two ladders 17a and 17b per groove 16 introduced, which is why it is a 2-layer system. The windings have slot jumps, for example in the form of interconnection bars / end connectors 18th in the end of the winding head A 20th and B 22 on; ie a half loop of a winding does not run through two immediately adjacent slots, but rather, for example, a first slot and one 15 . Groove so the 2nd . to 14 . Grooves through an interconnection bridge 18th in the end of the winding head A 20th to be skipped. The connection bars in the end of the winding head B 22 however, skip a smaller number of grooves; such an interconnection bridge connects the rod conductors in a first groove and an example 11 . Groove and skip the 2nd . to 10th . Grooves. These jumps are referred to as stator slot jumps and can occur on both ends of the winding head 20th and 22 be the same size. In this case, the stator slot jump is on the end of the winding end A 20th larger than the stator slot jump on the end of the winding end B 22 . In other embodiments, this can be reversed.

Bezugszeichenliste Reference list

11
Elektrisches AntriebssystemElectric drive system
1a1a
Elektrisches AntriebssystemElectric drive system
1b1b
Elektrisches AntriebssystemElectric drive system
22nd
Elektromotor (auch elektrischer Antriebs- bzw. Traktionsmotor)Electric motor (also electric drive or traction motor)
2a2a
Elektromotor 2 mit miteinander verschaltbaren SternpunktenElectric motor 2nd with interconnectable star points
2b2 B
Elektromotor mit nur einer Gruppe aus drei PhasensträngenElectric motor with only one group of three phase strands
33rd
Wechselrichter / AntriebsumrichterInverters / drive inverters
4a4a
Erste Halbbrücke (für die 1. Phase)First half bridge (for the 1 . Phase)
4b4b
Zweite Halbbrücke (für die 2. Phase)Second half bridge (for the 2nd . Phase)
4c4c
Dritte Halbbrücke (für die 3. Phase)Third half bridge (for the 3rd . Phase)
55
Kapazität (parallel zu den Halbbrücken geschaltet)Capacitance (connected in parallel to the half-bridges)
66
SternpunktNeutral point
6a6a
Sternpunkt der 1. GruppeStar point of the 1 . group
6b6b
Sternpunkt der 2. GruppeStar point of the 2nd . group
77
Fahrzeugbatterie (mit z.B. 800V DC)Vehicle battery (with e.g. 800V DC)
88th
Ladequelle (auch Ladesäule mit z.B. 400V DC)Charging source (also charging station with e.g. 400V DC)
9a9a
LadesteckdoseCharging socket
9b9b
Ladestecker (der Ladequelle 8)Charging plug (the charging source 8th )
1010th
Ladeschalter / SchalteinheitCharging switch / switching unit
1111
AchsantriebseinrichtungFinal drive device
12a12a
Erstes Rad mit AchseFirst wheel with axle
12b12b
Zweites Rad mit AchseSecond wheel with axle
1313
Gehäuse (des Antriebssystems)Housing (of the drive system)
1414
Statorstator
1515
StatorzahnStator tooth
1616
StatornutStator groove
1717th
StableiterStaff ladder
17a17a
Erster StableiterFirst conductor
17b17b
Zweiter StableiterSecond conductor
1818th
Stirnverbinder/VerschaltungsstegEnd connector / connecting bridge
1919th
StatorblechpaketStator laminated core
2020th
Wickelkopf A-SeiteA-side winding head
2121
aktive Statorseiteactive stator side
2222
Wickelkopf B-SeiteB-side winding head
AA
Querschnitt durch FormlitzenstableiterCross section through stranded wire conductor
BB
Querschnitt durch FormlitzenstableiterCross section through stranded wire conductor
S1S1
Erster Schalter (der Schalteinheit 10)First switch (the switching unit 10th )
S2S2
Zweiter Schalter (der Schalteinheit 10)Second switch (the switching unit 10th )
S3S3
Dritter Schalter (der Schalteinheit 10)Third switch (the switching unit 10th )
SPSPLC
SternpunktschalterNeutral switch
T1T1
Erster Transistor (einer Halbbrücke)First transistor (a half bridge)
T2T2
Zweiter Transistor (einer Halbbrücke)Second transistor (a half bridge)
D1D1
Erste Diode (einer Halbbrücke)First diode (a half bridge)
D2D2
Zweite Diode (einer Halbbrücke)Second diode (a half bridge)
UU
Erste Wicklung (des Elektromotors)First winding (of the electric motor)
VV
Zweite Wicklung (des Elektromotors)Second winding (of the electric motor)
WW
Dritte Wicklung (des Elektromotors)Third winding (of the electric motor)
U1U1
Erste Wicklung der 1. Gruppe (des Elektromotors)First winding of the 1 . Group (of the electric motor)
V1V1
Zweite Wicklung der 1. Gruppe (des Elektromotors)Second winding of the 1 . Group (of the electric motor)
W1W1
Dritte Wicklung der 1. Gruppe (des Elektromotors)Third winding of the 1 . Group (of the electric motor)
U2U2
Erste Wicklung der 2. Gruppe (des Elektromotors)First winding of the 2nd . Group (of the electric motor)
V2V2
Zweite Wicklung der 2. Gruppe (des Elektromotors)Second winding of the 2nd . Group (of the electric motor)
W2W2
Dritte Wicklung der 2. Gruppe (des Elektromotors)Third winding of the 2nd . Group (of the electric motor)
XX
Statorachse oder Achse des StatorsStator axis or axis of the stator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 2527186 A2 [0003]EP 2527186 A2 [0003]

Claims (12)

Stator für einen elektrischen Traktionsmotor eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Blechpaket und eine oder mehrere Gruppen von mindestens drei Leitersträngen zum Erzeugen eines Magnetfelds, wobei die mindestens drei Leiterstränge einer Gruppe einen Sternpunkt aufweisen und jeder Leiterstrang als Statorwicklung für eine Phase ausgelegt ist, wobei das Blechpaket eine Vielzahl von konzentrisch angeordneten und zueinander beabstandeten Statornuten aufweist, wobei jeder Leiterstrang in der Vielzahl von Statornuten in einem vorbestimmten Muster derart abwechselnd angeordnet ist, dass eine Wellenwicklung ausgebildet ist.Stator for an electric traction motor of a motor vehicle, comprising a laminated core and one or more groups of at least three conductor strands for generating a magnetic field, the at least three conductor strands of a group having a star point and each conductor strand being designed as a stator winding for one phase, the laminated core being one Has a plurality of concentrically arranged and spaced-apart stator slots, wherein each conductor strand in the plurality of stator slots is alternately arranged in a predetermined pattern such that a wave winding is formed. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator mehrere Gruppen von Leitersträngen und jede Gruppe einen eigenen Sternpunkt aufweist, wobei eine Anzahl von Sternpunkten elektrisch miteinander verbindbar sind.Stator after Claim 1 , characterized in that the stator has a plurality of groups of conductor strands and each group has its own star point, a number of star points being electrically connectable to one another. Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines mit einem für einen Antriebsbetrieb, einen Generatorbetrieb und einem DC-Ladebetrieb ausgebildeten elektrischen Traktionsmotor ausgebildetem Kraftfahrzeugs, mit einer Induktivität, einem Antriebsumrichter, der im Antriebsbetrieb des Kraftfahrzeugs die Gleichspannung der Batterie für den elektrischen Traktionsmotor wandelt bzw. im Generatorbetrieb eine Wechselspannung zum Laden der Batterie gleichrichtet, wobei die Induktivität zusammen mit dem Antriebsumrichter für einen DC-Ladebetrieb der Batterie als Hochsetzsteller dient, wobei die Induktivität Wicklungsteile einer Statorwicklung des elektrischen Traktionsmotors umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung eine Wellenwicklung ist.Charging device for charging a battery of a motor vehicle designed with an electric traction motor designed for a drive operation, a generator operation and a DC charging operation, with an inductance, a drive converter which converts the DC voltage of the battery for the electric traction motor during the drive operation of the motor vehicle or in generator operation rectifies an AC voltage for charging the battery, the inductance together with the drive converter for DC charging operation of the battery serving as a step-up converter, the inductance comprising winding parts of a stator winding of the electric traction motor, characterized in that the stator winding is a wave winding. Ladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung einen elektrischen Traktionsmotor mit einem Stator nach Anspruch 1 oder 2 aufweist.Loading device after Claim 3 , characterized in that the charging device according to an electric traction motor with a stator Claim 1 or 2nd having. Ladevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den DC-Ladebetrieb genau ein Sternpunkt genutzt wird.Loading device after Claim 3 or 4th , characterized in that exactly one star point is used for DC charging. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den DC-Ladebetrieb, insbesondere in Abhängigkeit des Ladezustands der Batterie, genau eine oder mehrere Phasen genutzt werden.Loading device according to one of the Claims 3 to 5 , characterized in that exactly one or more phases are used for the DC charging operation, in particular depending on the state of charge of the battery. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während eines DC-Ladevorgangs die Anzahl der genutzten Phasen variiert wird.Loading device according to one of the Claims 3 to 6 , characterized in that the number of phases used is varied during a DC charging process. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung genau einen Strang je Phase aufweist.Loading device according to one of the Claims 3 to 7 , characterized in that the stator winding has exactly one phase per phase. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung Formlitzen aufweist.Loading device according to one of the Claims 3 to 8th , characterized in that the stator winding has shaped strands. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung aus Stableitern und Verschaltungsstegen gebildet ist.Loading device according to one of the Claims 3 to 9 , characterized in that the stator winding is formed from bar conductors and connecting bars. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strang der Statorwicklung den Stator um ein ganzzahlig Vielfaches von 360° umrundet.Loading device according to one of the Claims 3 to 10th , characterized in that each strand of the stator winding circles the stator by an integral multiple of 360 °. Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung als Zwei-Lagensystem ausgebildet ist.Loading device according to one of the Claims 3 to 11 , characterized in that the stator winding is designed as a two-layer system.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020211785A1 (en) 2020-09-21 2022-03-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Stator of an electrical machine
WO2024002547A1 (en) * 2022-06-28 2024-01-04 Robert Bosch Gmbh Voltage converter assembly, electric drive system, and method for operating a voltage converter assembly

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4107391A1 (en) * 1991-03-08 1992-09-10 Abb Patent Gmbh Electric road vehicle with rechargeable battery - has DC=AC converter acting as DC regulator during battery recharging
EP2527186A2 (en) * 2011-05-27 2012-11-28 ZF Friedrichshafen AG Electric charging system
US20140042807A1 (en) * 2011-04-08 2014-02-13 Valeo Systemes De Controle Moteur Charge transfer device and associated management method
WO2016087101A1 (en) * 2014-12-01 2016-06-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Electric drive unit, hybrid drive device, and vehicle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4107391A1 (en) * 1991-03-08 1992-09-10 Abb Patent Gmbh Electric road vehicle with rechargeable battery - has DC=AC converter acting as DC regulator during battery recharging
US20140042807A1 (en) * 2011-04-08 2014-02-13 Valeo Systemes De Controle Moteur Charge transfer device and associated management method
EP2527186A2 (en) * 2011-05-27 2012-11-28 ZF Friedrichshafen AG Electric charging system
WO2016087101A1 (en) * 2014-12-01 2016-06-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Electric drive unit, hybrid drive device, and vehicle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020211785A1 (en) 2020-09-21 2022-03-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Stator of an electrical machine
WO2024002547A1 (en) * 2022-06-28 2024-01-04 Robert Bosch Gmbh Voltage converter assembly, electric drive system, and method for operating a voltage converter assembly

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