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Die Erfindung betrifft einen Stator für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Elektromotor mit einem derartigen Stator.
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Ein Elektromotor mit einem Stator ist allgemein bekannt. Der Stator umfasst umfangsseitig verteilt angeordnete Nuten, die zu verschiedenen Nutgruppen zusammengefasst werden. In den Nuten sind Drähte aufgenommen, wobei die Drähte nutenübergreifend jeweils in einer verteilten Wellenwicklung angeordnet sind.
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Die Wellenwicklung ist vorteilhaft, da diese Art der Wicklung besonders kostengünstig und automatisierbar herstellbar ist. Weiterhin bewirkt die Wellenwicklung im Vergleich zu einer konzentrierten Wicklung eine bessere Motorenleistung. Im Vergleich zu einer durch Umformung hergestellten Hairpinwicklung weist die Wellenwicklung einen verringerten Skin-Effekt und Proximity-Effekt auf.
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Dabei können durch die radiale und umfangsseitige Anordnung und Verschaltung der in der verteilten Wellenwicklung umlaufenden Drähte unerwünschte Kreisströme entstehen, die die Motorleistung und den Wirkungsgrad des Elektromotors verschlechtern.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Elektromotor zu verbessern. Insbesondere soll die Motorleistung und der Wirkungsgrad des Elektromotors verbessert werden.
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Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch einen Stator für einen Elektromotor mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Entsprechend wird ein Stator für einen Elektromotor vorgeschlagen, mit einer ersten Nutgruppe aufweisend wenigstens zwei umfangsseitig verteilt angeordnete erste Nuten mit darin aufgenommenen Drähten und einer zweiten Nutgruppe aufweisend wenigstens zwei umfangsseitig verteilt angeordnete zweite Nuten mit darin aufgenommenen Drähten, wobei die Drähte der ersten und zweiten Nutgruppe nutenübergreifend jeweils in einer verteilten Wellenwicklung angeordnet sind, wobei die Drähte der ersten Nutgruppe und die Drähte der zweiten Nutgruppe parallel verschaltet sind und die erste Nutgruppe gegenüber der zweiten Nutgruppe in einer ersten Hälfte des Stators eine erste umfangsseitige Reihenfolge und in einer zweiten Hälfte des Stators eine zweite umfangsseitige Reihenfolge aufweist, wobei die zweite umfangsseitige Reihenfolge gegenüber der ersten umfangsseitigen Reihenfolge vertauscht ist.
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Dadurch können die zwischen den Nutgruppen entstehenden Kreisströme, die durch die von der Zuführung und der Ausleitung des Drahts aus dem Stator kommende Asymmetrie auftreten, verringert oder reduziert werden. Der Stator kann zuverlässiger ausgeführt werden. Weiterhin kann die Anzahl der umfangsseitig erfolgenden Vertauschungen der Reihenfolge verringert werden. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit einer Vertauschung zwischen jedem Pol.
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Der Elektromotor ist vorzugsweise ein permanenterregter Synchronmotor. Der Elektromotor kann in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Der Elektromotor kann als Antriebselement in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs verwendet werden. Der Antriebsstrang kann ein Hybridantriebsstrang sein. Das Fahrzeug kann ein Hybridfahrzeug oder ein elektrisch betriebenes Fahrzeug sein.
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Die erste und zweite Nutgruppe können zusammen eine Motorphase bilden. Der Elektromotor weist vorzugsweise drei Motorphasen auf. Die erste und zweite Nut können zusammen einen Pol einer Motorphase des Elektromotors bilden. Der Elektromotor kann mehrpolig sein, beispielsweise zehnpolig.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die in der ersten Nut aufgenommenen Drähte untereinander in Reihe verschaltet. Alternativ oder zusätzlich können die in der zweiten Nut aufgenommenen Drähte untereinander in Reihe verschaltet sein.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung sind die in der ersten und/oder zweiten Nut aufgenommenen Drähte jeweils radial übereinander angeordnet. Dadurch können die durch eine radial unsymmetrische Verteilung der Drähte auftretenden Kreisströme verringert oder vermieden werden.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist ein erster Draht der ersten Nutgruppe mehrfach über den Umfang und durch die ersten Nuten verlaufend gewickelt. Alternativ oder zusätzlich kann ein zweiter Draht der zweiten Nutgruppe mehrfach über den Umfang und durch die zweiten Nuten verlaufend gewickelt sein.
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Der jeweilige Draht kann in der jeweiligen Nut mehrlagig eingebracht sein. Die radiale Lage des ersten Drahts in den ersten Nuten kann sich beim umfangsseitigen Verlauf ändern. Die radiale Lage des zweiten Drahts in den zweiten Nuten kann sich beim umfangsseitigen Verlauf ändern.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wechselt sich die erste Reihenfolge mit der zweiten Reihenfolge umfangsseitig alle 180° ab.
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In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Nuten umfangseitig zueinander über einen ersten Winkel beabstandet verteilt, wobei der erste Winkel umfangsseitig veränderlich ist. Alternativ oder zusätzlich können die zweiten Nuten umfangseitig zueinander über einen zweiten Winkel beabstandet verteilt sein, wobei der zweite Winkel umfangsseitig veränderlich ist.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung sind die ersten Nuten und die zweiten Nuten umfangsseitig unmittelbar benachbart angeordnet.
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Wenigstens einer der zuvor genannten Aufgaben wird durch einen Elektromotor mit einem drehbaren Rotor und einem Stator mit wenigstens einem der vorstehend genannten Merkmale gelöst. Dadurch können die Motorleistung und der Wirkungsgrad des Elektromotors verbessert werden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
- 1: Einen Querschnitt durch einen Stator in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 2: Einen Ausschnitt eines Querschnitts durch einen Stator in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt einen Querschnitt durch einen Stator 10 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Stator 10 und ein hier nicht abgebildeter gegenüber dem Stator 10 drehbarer Rotor sind Teil von einem Elektromotor, der beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann. Der Elektromotor kann insbesondere als Antriebselement in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs verwendet werden.
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Bevorzugt ist der Elektromotor ein permanenterregter Synchronmotor. Der Stator 10 weist umfangsseitig verteilte Nuten auf, in denen Drähte 14, beispielsweise Kupferlackdrähte, aufgenommen sind.
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Eine erste Nutgruppe 16 wird durch umfangsseitig verteilt angeordnete erste Nuten 18 mit darin angeordneten Drähten 14 gebildet. Eine zweite Nutgruppe 20 wird durch umfangsseitig verteilt angeordnete zweite Nuten 22 mit darin angeordneten Drähten 14 gebildet. Die erste Nutgruppe 16 umfasst hier insbesondere zehn erste Nuten 18 und die zweite Nutgruppe 20 umfasst hier insbesondere zehn zweite Nuten 22, jeweils mit darin angeordneten Drähten 14. Die erste und zweite Nut 18, 22 sind umfangsseitig jeweils unmittelbar benachbart zueinander angeordnet.
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Die Drähte 14 jeweils der ersten und zweiten Nutgruppe 16, 20 sind nutenübergreifend in einer verteilten Wellenwicklung angeordnet. Diese Art der Wicklung ist besonders kostengünstig und automatisierbar herstellbar. Weiterhin bewirkt die Wellenwicklung im Vergleich zu einer konzentrierten Wicklung eine bessere Motorenleistung. Im Vergleich zu einer durch Umformung hergestellten Hairpinwicklung weist die Wellenwicklung einen verringerten Skin-Effekt und Proximity-Effekt auf.
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Die in der ersten und zweiten Nut 18, 22 aufgenommenen Drähte sind jeweils radial übereinander angeordnet. Die in der ersten Nut 18 aufgenommenen Drähte 14 sind untereinander in Reihe verschaltet. Auch sind die in der zweiten Nut 22 aufgenommenen Drähte 14 untereinander in Reihe verschaltet. Dadurch können die durch eine radial unsymmetrische Verteilung der Drähte auftretenden Kreisströme verringert oder vermieden werden.
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Die erste und zweite Nutgruppe 16, 20 bilden zusammen eine Motorphase des Elektromotors. Die Drähte 14 der ersten Nutgruppe 16 und die Drähte 14 der zweiten Nutgruppe 20 sind elektrisch parallel verschaltet. Zusammen bilden die erste und zweite Nut 18, 22 einen Pol 24 einer Motorphase.
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Der Elektromotor weist insgesamt drei Motorphasen und zehn Pole 24 auf. Dabei umfasst jede Motorphase zehn Pole 24. Da jeder Pol 24 durch zwei Nuten 12 gebildet wird, hat der Stator 10 insgesamt 60 Nuten 12. Zwei Nutgruppen zusammen bilden eine Motorphase, womit insgesamt sechs Nutgruppen vorhanden sind. Der Stator 10 ist also einem zehnpoligen dreiphasigen Elektromotor, hier ausgeführt als Innenläufer, zugeordnet.
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Die erste Nutgruppe 16 weist umfangsseitig gegenüber der zweiten Nutgruppe 20 in einer ersten Hälfte 26 des Stators 10 eine erste umfangsseitige Reihenfolge 30 und in einer zweiten Hälfte 28 des Stators 10 eine zweite umfangsseitige Reihenfolge 32 auf, wobei die zweite umfangsseitige Reihenfolge 32 gegenüber der ersten umfangsseitigen Reihenfolge 30 vertauscht ist. Dadurch können die zwischen der ersten und zweiten Nutgruppe 16, 20 entstehenden Kreisströme, die durch die von der Zuführung und der Ausleitung des Drahts aus dem Stator kommende Asymmetrie auftreten, verringert oder reduziert werden. Weiterhin kann die Anzahl der umfangsseitig erfolgenden Vertauschungen der Reihenfolge verringert werden. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit einer Vertauschung der Reihenfolge zwischen jedem Pol 24.
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Ein erster Draht 34 der ersten Nutgruppe 16 und ein zweiter Draht 36 der zweiten Nutgruppe 20 ist jeweils mehrfach über den Umfang verlaufend in einer verteilten Wellenwicklung gewickelt. Die erste Reihenfolge wechselt sich dabei mit der zweiten Reihenfolge alle 180° ab. Je nach Anzahl der in einer Nut 12 angeordneten und in Reihe verschalteten Drähte 14 kann dieser Wechsel zwischen der ersten und zweiten Reihenfolge 30, 32 bei einem in Wellenwicklung umlaufenden Draht 32, 34 in Umfangsrichtung mehrmals erfolgen.
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Die ersten Nuten 18 sind umfangseitig zueinander über einen ersten Winkel 38 beabstandet verteilt, wobei der erste Winkel 38 umfangsseitig veränderlich ist. Bei dem Übergang zwischen der ersten und zweiten Reihenfolge 30, 32 liegt dabei ein kleinerer oder grösserer Winkel vor als innerhalb einer jeweiligen Hälfte 26, 28 des Stators 10. Die zweiten Nuten 20 sind umfangseitig zueinander über einen zweiten Winkel 40 beabstandet verteilt, wobei der zweite Winkel 40 umfangsseitig veränderlich ist. Bei dem Übergang zwischen der ersten und zweiten Reihenfolge 30, 32 liegt dabei ein kleinerer oder grösserer Winkel vor als innerhalb einer jeweiligen Hälfte 26, 28 des Stators 10.
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In 2 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts durch einen Stator 10 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
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Ein der ersten Nutgruppe 16 zugeordneter Draht 42 verläuft in einer umfangsseitig verteilten Wellenwicklung durch die ersten Nuten 18 der ersten Nutgruppe 16. Dabei ändert sich beim umfangsseitigen Verlauf die radiale Lage des Drahts 42 in den ersten Nuten 18. Während der erste Draht 42 in einer ersten Nut 18 radial ganz aussen aufgenommen ist, liegt der erste Draht 42 in der umfangsseitig nächsten ersten Nut 18 von radial aussen gesehen an zweiter Stelle.
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Ebenfalls verläuft ein der zweiten Nutgruppe 20 zugeordneter Draht 44 in einer umfangsseitig verteilten Wellenwicklung durch die zweiten Nuten 22 der zweiten Nutgruppe 20. Dabei ändert sich beim umfangsseitigen Verlauf die radiale Lage des Drahts 44 in den zweiten Nuten 22.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stator
- 12
- Nut
- 14
- Draht
- 16
- erste Nutgruppe
- 18
- erste Nut
- 20
- zweite Nutgruppe
- 22
- zweite Nut
- 24
- Pol
- 26
- erste Hälfte
- 28
- zweite Hälfte
- 30
- erste Reihenfolge
- 32
- zweite Reihenfolge
- 34
- erster Draht
- 36
- zweiter Draht
- 38
- erster Winkel
- 40
- zweiter Winkel
- 42
- erster Draht
- 44
- zweiter Draht
