DE102019124463A1

DE102019124463A1 - Stator mit Pins und einem innen liegendem Anschluss für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102019124463A1
Application number: DE102019124463.3A
Authority: DE
Inventors: Boris Dotz
Original assignee: Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-03-11
Also published as: CN114731082A; JP7401658B2; WO2021048088A1; US20220344995A1; JP2022547568A; EP4029122A1; KR20220063211A

Abstract

Stator (1) für eine elektrische Maschine (401), umfassend- eine Vielzahl von Pins (2, 21, 22, 23, 24, 25), die auf konzentrischen Kreisen mit unterschiedlichen Abständen zu einem Statormittelpunkt (M) in Nuten (51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58) angeordnet sind und jeder konzentrische Kreis einen Layer (L1, L2, L3, L4) bildet;- wobei jeweils vier Pins (21, 22, 23, 24, 25) in unterschiedlichen Layer (L1, L2, L3, L4) miteinander seriell verbunden sind und eine Windung (41) bilden,- ein erster Pin (21) der Windung (41) befindet sich in einer ersten Nut (51) im 4n-3 Layer (L1), wobei n eine natürliche Zahl ist;- ein zweiter Pin (22) der Windung (41) befindet sich in einer zweiten Nut (52) im 4n-2 Layer (L2), wobei die zweite Nut (52) einen ersten radialen Abstand (71) in einer ersten Umfangsrichtung desStators (1) zu der ersten Nut (51) aufweist;- ein dritter Pin (23) der Windung (41) befindet sich in der ersten Nut (51) im 4n Layer (L4);- ein vierter Pin (24) der Windung (41) befindet sich in der zweiten Nut (52) im 4n-1 Layer (L3).

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator mit Pins für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor.
Stand der Technik
Elektrische Maschinen sind allgemein bekannt und finden als Elektromotor zunehmend Anwendung für den Antrieb von Fahrzeugen. Eine elektrische Maschine besteht aus einem Stator und einem Rotor.
Der Stator umfasst eine Vielzahl von Slots, in welchen die Windungen geführt werden. Die Windungen können aus isolierten Kupferstäben, als sogenannte Pins gebildet werden. Der Rotor befindet sich im Stator und ist mit einer Rotorwelle verbunden.
Ein solcher Pin-, UPin- oder Hairpinmotor ist beispielsweise aus US 9,136,738 B2 bekannt.
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stator mit Windungen aus Pins bereitzustellen, der einfach zu fertigen ist.
Erfindungsgemäß umfasst ein Stator für eine elektrische Maschine eine Vielzahl von Pins, die auf konzentrischen Kreisen mit unterschiedlichen Abständen zu einem Statormittelpunkt in Nuten angeordnet sind und jeder konzentrische Kreis einen Layer bildet, wobei jeweils vier Pins in unterschiedlichen Layer miteinander seriell verbunden sind und eine Windung bilden, ein erster Pin der Windung befindet sich in einer ersten Nut im 4n-3 Layer, wobei n eine natürliche Zahl ist; ein zweiter Pin der Windung befindet sich in einer zweiten Nut im 4n-2 Layer, wobei die zweite Nut einen ersten radialen Abstand in einer ersten Umfangsrichtung des Stators zu der ersten Nut aufweist, ein dritter Pin der Windung befindet sich in der ersten Nut im 4n Layer, ein vierter Pin der Windung befindet sich in der zweiten Nut im 4n-1 Layer.
Ein Stator mit der erfindungsgemäßen Wicklung lässt sich einfach herstellen und erzeugt ein effizientes elektromagnetisches Feld. Die Verbindungsarten stellen eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Pins in den Nuten her. Die Verbindungsart kann ein Anschweißen von Leitern an die Pins sein oder die Pins können bereits als Doppelpin, sogenannte Upins, ausgebildet sein und dadurch bereits beim Einführen in den Stator eine Verbindung herstellen. Ferner stellt auch ein Verschweißen von zueinander gebogenen Endabschnitten von Pins eine Verbindungsart dar.
Die Layer können von außen nach innen zum Statormittelpunkt aufsteigend nummeriert werden.
Bevorzugt kann der Stator eine erste und eine zweite Stirnseite aufweisen und der erste Pin und der zweite Pin auf der zweiten Stirnseite mittels einer ersten Verbindungsart miteinander verbunden sein, der zweite Pin und dritte Pin auf der ersten Stirnseite mittels einer zweiten Verbindungsart miteinander verbunden seine, der dritte Pin und der vierte Pin auf der zweiten Stirnseite mittels einer dritten Verbindungsart miteinander verbunden sein, wobei sich die erste, zweite und dritte Verbindungsart voneinander unterscheidet.
Die unterschiedlichen Verbindungsarten ermöglichen eine verbesserte Fertigung. Eine abwechselnde Lage der Verbindungsarten auf verschiedenen Stirnseiten ermöglicht das effiziente Bilden einer Windung um die zwischen den Nuten liegenden Statorzähne.
Selbst Verbindungsarten auf derselben Stirnseite des Stators können sich durch unterschiedliche Biegerichtungen eines Pinfußes zum Statorinneren oder -äußeren unterscheiden.
Eine Kombination der vorher genannten Verbindungsarten auf unterschiedlichen oder gleichen Stirnseiten des Stators ist auch möglich. Durch eine gleiche Verbindungsart auf gleichen Stirnseiten und verschiedenen Verbindungsarten auf unterschiedlichen Stirnseiten des Stators ist eine einfache und schnelle Fertigung möglich. Beispielsweise wird auf einer Stirnseite die Verbindung durch eine Art vorgebogene Pins, sogenannte Doppelpins oder auch Upins genannt, hergestellt und auf einer anderen Stirnseite des Stators werden Pins einzeln oder jeweils eine Seite des Doppelpins miteinander verschweißt. Die Schweißpunkte können an Füßen der Pins oder Doppelpins liegen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Stator zumindest zwei Windungen aufweisen und zumindest der vierte Pin in der zweiten Nut mit einem fünften Pin im 4n-3 Layer in einer dritten Nut mittels einer vierten Verbindungsart verbunden sein.
Weiter bevorzugt kann der Stator eine Vielzahl von Windungen aufweisen, die sich über den gesamten Umfang des Stators erstrecken und dabei eine Teilspule bilden.
Die Wicklungen weisen dadurch eine Symmetrie auf, welche ein gleichmäßiges Drehfeld erzeugt.
In einer weiteren Ausgestaltung kann je ein Pin von zwei Teilspulen mittels einer fünften Verbindungsart miteinander verbunden sein.
Bei diesen Pins kann es sich um sogenannte Endpins handeln, da sie das Ende einer Teilspule markieren. Bevorzugt können ein zweiter und dritter Endpin durch eine fünfte Verbindungsart miteinander verbunden werden.
Die fünfte Verbindungsart kann beispielsweise durch einen speziell gebogenen Pin realisiert werden.
Bevorzugt können mindestens zwei Teilspulen eine Spule bilden. Eine Verschaltung kann durch zwei Endpins erfolgen, also beispielsweise einen vierten und einen achten Endpin. Eine Verschaltung der Spulen innerhalb von einem Viertel aller Nuten des Stators, also innerhalb eines Viertels des Statorumfangs, ist möglich.
Weiter bevorzugt kann je ein Eingang eines Pins von zwei Spulen mittels einer sechsten Verbindungsart miteinander verbunden sein.
Die sechste Verbindungsart kann durch einen an den Pins angebrachten Leiter oder durch einen leitenden Ring hergestellt werden.
Die beiden Spulen können parallel verbunden sein und können zusätzlich von einer gleichen Phase gespeist werden. Die Parallelverbindung kann durch das paarweise Verbinden von einem ersten und fünften oder vierten und achten Endpin erfolgen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können die Teilspulen sechs Spulen bilden und diesen derart sechs Phasen zugeordnet sein, dass sich jeweils zwei Spulen, die verschiedenen Phasen zugeordnet sind, in benachbarten Nuten befinden.
Ferner können jeweils zwei Phasen einen annährend identischen Strom- und Spannungsverlauf aufweisen, und dadurch ein sechs Phaseninverter lediglich einen dreiphasigen Motor ansteuern. Mit dieser Anordnung ist eine Stromteilung der Schaltelemente im Inverter möglich.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann je ein Eingang eines Pins von zwei Spulen mittels einer sechsten Verbindungsart (66) miteinander verbunden sein.
Bevorzugt kann je ein Ausgang eines Pins der zwei Spulen miteinander verbunden und die zwei Spulen dadurch parallelgeschaltet und insbesondere einer Phase zugeordnet sein.
Zwei Spulen von benachbarten Nuten können somit parallelgeschaltet und von einer Phase gespeist werden, sodass ein Stator mit Wicklungen für eine dreiphasige elektrische Maschine entsteht.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die zweite Verbindungsart einen ersten Doppelpin umfassen, der aus dem zweiten Pin und dem dritten Pin gebildet wird, wobei der erste Doppelpin zwei nach innen gebogene Pinfüße mit je einem Schweißpunkt aufweist und einen ersten radialen Abstand überbrückt.
Der Doppelpin kann von einer Stirnseite in den Stator eingeführt und auf der anderen Stirnseite mit einem weiteren Doppelpin verschweißt werden.
Bevorzugt kann die vierte Verbindungsart einen zweiten Doppelpin umfassen, der aus dem vierten Pin und dem fünften Pin gebildet wird, wobei der zweite Doppelpin zwei nach außen gebogene Pinfüße mit je einem Schweißpunkt aufweist und einen ersten radialen Abstand überbrückt.
Der erste Abstand beschreibt eine zu überbrückende Nutanzahl. Der tatsächlich zu überbrückende räumliche Abstand hängt von der Lage des Pins im Layer ab, weil die Doppelpins unterschiedliche Layer verbinden.
Weiter bevorzugt kann die fünfte Verbindungsart einen dritten Doppelpin umfassen, der aus einem zweiten Endpin und einem dritten Endpin gebildet wird, wobei der dritte Doppelpin zwei entgegen den Uhrzeigersinn gebogene Pinfüße mit je einem Schweißpunkt aufweist und einen dritten radialen Abstand überbrückt.
Der dritte radiale Abstand kann mindestens eine Nut länger als der erste radiale Abstand sein.
In einer Ausgestaltung kann eine siebte Verbindungsart einen vierten Doppelpin umfassen, der aus einem sechsten Endpin und einem siebten Endpin gebildet wird, wobei der vierte Doppelpin zwei entgegen den Uhrzeigersinn gebogene Pinfüße aufweist und einen zweiten radialen Abstand überbrückt.
Der zweite radiale Abstand kann mindestens eine Nut kürzer als der erste radiale Abstand sein.
Bevorzugt kann ein Einzelpin einen ersten Endpin oder einen vierten Endpin oder einen fünften Endpin oder eine achten Endpin umfassen und einen im Uhrzeigersinn gebogenen Pinfuß mit einem Schweißpunkt aufweisen.
In einer Ausgestaltung kann die erste Verbindungsart durch eine Schweißverbindung eines ersten Schweißpunkts am Pinfuß des ersten Doppelpins oder des dritten Doppelpins oder des vierten Doppelpins mit einem zweiten Schweißpunkt am Pinfuß des zweiten Doppelpins oder des Einzelpins gebildet werden.
Bevorzugt kann die dritte Verbindungsart durch eine Schweißverbindung eines dritten Schweißpunkts am Pinfuß des ersten Doppelpins oder des Einzelpins mit einem zweiten Schweißpunkt am Pinfuß des zweiten Doppelpins oder des dritten Doppelpins oder des vierten Doppelpins gebildet werden.
Erfindungsgemäß weist ein Fahrzeug eine elektrische Maschine mit einem Stator gemäß einer der bevorzugten Ausgestaltungen auf.
Figurenliste

1 zeigt einen Stator.
2 zeigt einen Stator mit acht Nuten und vier Layer.
3 zeigt ein Wickelschema einer ersten Teilspule.
4 zeigt ein Wickelschema einer zweiten Teilspule.
5 zeigt einen Stator mit zwei Teilspulen und deren Verbindung miteinander und somit eine Spule.
6 zeigt einen Stator mit zwei Spulen, bestehend aus jeweils zwei Teilspulen.
7 zeigt einen Stator mit zwei weiteren Spulen.
8 zeigt einen Stator mit zwei weiteren Spulen.
9 zeigt einen Stator mit sechs Spulen.
10 zeigt ein Wickelschema von zwei Spulen.
11 zeigt einen Einzelpin.
12 zeigt einen weiteren Einzelpin.
13 zeigt einen ersten Doppelpin.
14 zeigt einen zweiten Doppelpin.
15 zeigt einen dritten Doppelpin.
16 zeigt einen vierten Doppelpin.

17 zeigt ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Elektromotor, mit einem Stator.
1 zeigt einen Stator 1 mit einer Vielzahl von Nuten 5 in denen Pins 2, 3 geführt werden. Der Stator weist eine erste Stirnseite 7 und eine zweite Stirnseite 9 auf. Auf der ersten Stirnseite 7 sind Ein- 81, 87, 101, 107, 111, 117 und Ausgänge 83, 85, 103, 105, 113, 115 von Teilspulen zum Anschluss der Pins an eine Energiequelle zum Betrieb der elektrischen Maschine gezeigt. Die Ein und Ausgänge liegen jeweils im äußersten oder innersten Layer des Stators. Selbstverständlich ist zum Betrieb einer elektrischen Maschine ferner ein Rotor nötig. Die Pins zum Anschluss liegen dicht beieinander und ermöglichen kurze Anschlussleitungen.
2 zeigt einen Stator 1 mit Nuten 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 und Pins 21, 22, 23, 24, 26, 27 auf vier Layer, wobei lediglich acht Nuten dargestellt sind. In den Nuten sind die Pins angeordnet. Die Pins liegen nebeneinander in einer Nut, im Beispiel der 2 liegen vier Pins nebeneinander in einer Nut. Die vier Pins innerhalb einer Nut liegen somit auf unterschiedlichen konzentrischen Kreisen um den Mittelpunkt M des Stators, die somit einzelne Layer L1, L2, L3, L4 bilden. Zwischen jeweils zwei Nuten liegt ein Abstand 71. Dieser Abstand 71 ist zwischen allen in 2 gezeigten Nuten identisch.
3 zeigt den Stator 1 aus 2. Die Pins sind weiterhin auf konzentrischen Kreisen, also Layer, angeordnet, wobei die konzentrischen Kreise wegen einer besseren Darstellung nicht eingezeichnet sind. In 3 ist dargestellt, welche Pins miteinander in Serie verbunden sind. Ein erster Pin 21 befindet sich in einer ersten Nut 51 im Layer L1. Dieser erste Pin 51 ist mittels einer ersten Verbindungsart 61, als gepunktete Linie dargestellt, mit einem zweiten Pin 22 in Nut 52 verbunden. Der zweite Pin 22 befindet sich im Layer L2. Der zweite Pin 22 ist mittels einer zweiten Verbindungsart 62, als kurz gestrichelte Linie dargestellt, mit einem dritten Pin 23 in Nut 51 verbunden. Der dritte Pin 23 befindet sich wiederum in der ersten Nut 51, also in derselben Nut wie der erste Pin 21. Der dritte Pin 23 liegt jedoch im Layer L4. Zwischen dem dritten Pin 23 und dem ersten Pin 21 ist somit noch Platz in der Nut 51 für zwei weitere Pins. Der dritte Pin 23 ist über eine dritte Verbindungsart 63, als durchgezogene Linie dargestellt, mit einem vierten Pin 24 verbunden. Der vierte Pin 24 liegt in derselben Nut 52 wie der zweite Pin 22. Der vierte Pin 24 liegt im Layer L3 direkt neben dem ersten Pin 21. Neben den beiden Pins 22, 24 in der Nut 52 ist somit noch Platz für zwei weitere Pins in Layer L1 und L4. Die serielle Verbindung des ersten, zweiten, dritten, und vierten Pins bildet eine erste Windung 41. Der vierte Pin 24 ist über eine vierte Verbindungsart 64, gestrichelt dargestellt, mit einem fünften Pin 25 in Layer L1 in einer dritten Nut 53 verbunden. Mit dem fünften Pin 25 beginnt die vorher beschriebene serielle Verbindung der im Stator nachfolgenden Pins erneut, wobei der fünfte Pin 25 ähnlich zum ersten Pin 21 mit einem Versatz der Nut um 90 Grad ist. Der erste Pin 21 ist über eine vierte Verbindungsart 64 mit einem Pin 27 verbunden, der einem vierten Pin ähnelt. Der Pin 27 ist wiederum über eine dritte Verbindungsart 63 mit einem ersten Endpin 26 verbunden, der einen Eingang 81 aufweist, siehe 12.
Die serielle Verbindung des fünften Pins 25 mit weiteren Pins in den Nuten 53 und 54 bildet eine zweite Windung 42. Die erste, zweite und dritte Verbindungsart 61, 62, 63 zwischen diesen Pins ist identisch zu der jeweiligen ersten, zweiten und dritten Verbindungsart 61, 62, 63 der Pins der ersten Windung 41.
Die beiden Windungen 41, 42 sind durch die vierte Verbindungsart 64 verbunden. Durch die Fortsetzung der seriellen Verbindung wird die dritte Windung 43 in den Nuten 55, 56 gebildet. Die Windungen 41, 42, 43, 44 sind jeweils mit der vierten Verbindungsart 64 verbunden. Die vierte Verbindungsart 64 zwischen den jeweiligen Windungen ist somit identisch. Auch die erste, zweite und dritte Verbindungsart 61, 62, 63 zwischen den Pins der Windung 43 ist identisch zu der ersten, zweiten und dritten Verbindungsart 61, 62, 63 der ersten und zweiten Windung 41, 42.
Die vierte Windung 44 stellt eine Besonderheit dar und wird zu Beginn und am Ende der seriellen Verbindung der drei anderen Spulen gebildet. Der erste Pin 21 der ersten Windung 41 ist über die vierte Verbindungsart 64 mit einem Pin 28 in Nut 58 verbunden. Dieser Pin 27 ist über eine dritte Verbindungsart 63 mit dem Endpin 26 verbunden. Nach dem Umlauf und der Verbindung der Windungen 41, 42, 43 erfolgt eine Verbindung von zwei weiteren Pins nach dem in 3 gezeigten Schema und der letzte Pin 28 wird als zweiter Endpin ausgestaltet, der die Teilspule somit komplettiert. Die Nuten weisen untereinander einen identischen Abstand 71 auf.
4 zeigt den Stator 1 aus 3, wobei dort acht Nuten 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 gezeigt sind, die sich in direkter Nachbarschaft zu den Nuten aus 3 befinden.
Die Pins 31, 32, 33, 34, 35 sind in gleicher Weise wie die Pins 21, 22, 23, 24, 25 der 3 verbunden. Selbst die Verbindungsart ist identisch zur 3 und durch die gleichen Bezugszeichen deutlich gemacht. In gleichen Weise wie bei 3 beschrieben, werden die Windungen 45, 46, 47 und 48 gebildet und sind im Uhrzeigersinn miteinander durch die vierte Verbindungsart 64 verbunden. Der erste Pin 31 ist wiederum ein dritter Endpin 31.
Der vierte Pin in Nut 98 auf dem Layer L1 der Windung 48 ist ein vierter Endpin 38 und weist einen Ausgang 83 zum Anschluss einer Energiequelle auf. Die vier Windungen 45, 46, 47, 48 bilden eine zweite Teilspule.
5 zeigt eine Pinbelegung durch die erste und zweite Teilspule aus 3 und 4, welche durch schwarze Vierecke dargestellt ist. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Pins, Nuten, Verbindungen in den Figuren. Der zweite Endpin 28 der Windung 44 der ersten Teilspule in Nut 58, Layer L2, und der dritte Endpin 31 der ersten Windung 45 in Nut 91, Layer L3, sind mit einer fünften Verbindungsart 65 verbunden. Die beiden Teilspulen bilden somit eine erste Spule mit einem ersten Endpin 26 als Eingang 81 und einem vierten Endpin 38 als Ausgang 83 nach zweimaligem radialen Umlauf in unterschiedliche Richtungen um den Stator. Es sind somit die Endpins 26, 28, 31, 38 ersichtlich, die jeweils den Anfang und das Ende einer Teilspule markieren.
6 zeigt eine Pinbelegung durch die erste und zweite Teilspule aus 3 und 4, welche durch schwarze Vierecke dargestellt sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Pins, Nuten, Verbindungen in den Figuren. Ferner sind zwei weitere Teilspulen nach dem Prinzip der 3 und 4 als schwarze Vierecke auf weißem Grund gezeichnet, die jedoch jeweils um 5 Nuten im Vergleich zur ersten Spule versetzt sind und jeweils eine zweite und dritte Teilspule bilden. Diese beiden Teilspulen sind mittels einer siebten Verbindungsart 67 zwischen einem sechsten Endpin 28a in Nut 98, Layer L2 und einem siebten Endpin 31a in Nut 57, Layer L3 verbunden und bilden eine zweite Spule.
In 6 sind somit zwei parallele Spulen gezeigt, die jeweils aus zwei Teilspulen bestehen. Ebenfalls sind die Ein- und Ausgänge der Spulen gezeigt. Der Eingang 81 der ersten Spule befindet sich an der Nut 57 und der Ausgang 83 an der Nut 98. Der Eingang 87 der zweiten Spule befindet sich an der Nut 91 und der Ausgang 85 an der Nut 58. Die Ein- und Ausgänge beider Spulen liegen somit in benachbarten Nuten auf dem äußersten oder innersten Layer. Der zweiten radiale Abstand 73 ist beispielsweise eine Nut kürzer als der erste radiale Abstand 71. Ferner ist der dritte radiale Abstand 75 eine Nut länger als der erste radiale Abstand.
7 zeigt eine Pinbelegung durch eine dritte und vierte Spule in den schwarzen Vierecken mit weißem Punkt und den weißen Vierecken mit schwarzem Punkt. Diese entsteht durch ein aus den 3, 4, 5 bekanntes Wickelschema, welches um zwei Nuten im Uhrzeigersinn im Vergleich zu den dort dargestellten Pins und Verbindungen versetzt ist. Ebenfalls sind die Ein- 101 und Ausgänge 103 der dritten Spule und Ein- 107 und Ausgänge 105 der vierten Spule gezeigt. Die Ein- und Ausgänge beider Spulen liegen somit in benachbarten Nuten auf dem äußersten oder innersten Layer.
8 zeigt eine Pinbelegung durch eine fünfte und sechste Spule. Diese entsteht durch ein aus den 3, 4, 5 bekanntes Wickelschema, welches um vier Nuten im Uhrzeigersinn im Vergleich zu den dort dargestellten Pins und Verbindungen versetz ist.
Ebenfalls sind die Ein- 111 und Ausgänge 113 der fünften Spule und Ein- 117 und Ausgänge 115 der sechsten Spule gezeigt. Die Ein- und Ausgänge beider Spulen liegen somit in benachbarten Nuten auf dem äußersten oder innersten Layer.
9 zeigt eine Pinbelegung durch die sechs Spulen als eine Kombination aus den 6, 7 und 8. Insbesondere aus der Lage der Ein- 81, 87, 101, 107, 111, 117 und Ausgänge 83, 85, 103, 105, 113, 115 wird ersichtlich, dass eine Verschaltung aller Eingänge innerhalb eines Achtel des Stators erfolgen kann. Ferner kann auch die Verschaltung aller Ausgänge innerhalb eines Achtel des Stators erfolgen.
10 zeigt zwei Spulen 201, 202, die aus jeweils zwei Teilspulen bestehen. Die gleichen Bezugszeichen stellen den Zusammenhang mit den anderen Figuren her. Die Verbindung der Teilspulen zur Spule und der Anschluss der jeweiligen Spule an beispielsweise einen Inverter ist aus 10 ersichtlich. Pin 26 der ersten Spule 201 stellt einen ersten Endpin 26 dar und weist einen Eingang 81 auf. Durch eine serielle Verbindung der schwarz ausgefüllten Pins mittels der durchgezogenen Pfeile wird der Stator radial einmal fast vollständig umlaufen und der erste Umlauf, der die erste Teilspule umfasst, gebildet. Am Anfang der ersten Teilspule liegt der erste Endpin 26 und am Ende liegt der zweiten Endpin 28.
Die zweite Teilspule wird durch ein Verbinden der waagerecht gestrichelten Pins mit den gestrichelten Pfeilen gebildet. Die Teilspule beginnt mit dem dritten Endpin 31 und endet mit dem vierten Endpin 38. Der vierte Endpin 38 ist über den Ausgang 83 beispielsweise mit einem Inverter verbunden. Zwischen dem zweiten Endpin 28 der ersten Teilspule und dem dritten Endpin 31 der zweiten Teilspule befindet sich die fünfte Verbindungsart 65. Beide Endpins 31, 28 und die fünfte Verbindungsart 65 sind in 15 gezeigt. Beide Umläufe der ersten Spule 201 erfolgen in unterschiedlichen Richtung, beispielsweise zuerst mit und danach gegen den Urzeigersinn.
Der Pin 26a der zweiten Spule 202 stellt einen fünften Endpin 26a dar und weist einen Eingang 87 auf. Durch eine serielle Verbindung der schwarz ausgefüllten Pins mittels der durchgezogenen Pfeile wird der Stator radial einmal fast vollständig umlaufen und der erste Umlauf, der die erste Teilspule der zweiten Spule 202 umfasst, gebildet. Am Anfang der zweiten Teilspule liegt der fünfte Endpin 26a und am Ende liegt der sechste Endpin 28a.
Die zweite Teilspule wird durch ein Verbinden der waagerecht gestrichelten Pins mit den gestrichelten Pfeilen gebildet. Die Teilspule beginnt mit dem siebten Endpin 31a und endet mit dem achten Endpin 38a. Der achte Endpin 38a ist über den Ausgang 85 beispielsweise mit einem Inverter verbunden. Zwischen dem sechsten Endpin 28a der ersten Teilspule und dem siebten Endpin 38a der zweiten Teilspule befindet sich die siebte Verbindungsart 67. Beide Endpins 28a, 38a und die siebte Verbindungsart 67 sind in 16 gezeigt.
Die Umlaufrichtungen der beiden Spulen können frei gewählt werden, jedoch liegen sie in gleicher Umlaufrichtung.
11 zeigt einen Einzelpins 219 oder Ipin. In der Mittte befindet sich der eigentliche Pin 38, 38a, der in der Nut des Stators angeordnet ist. Die Bezugszeichen sind identisch zu den vorhergehenden Figuren. Die Pins sind aus Sicht des Statormittelpunkts mit der ersten Stirnseite 7 nach oben dargestellt. Am oberen Ende befindet sich der Ausgang, 83, 85, 103, 105, 113, 115. Der Einzelpin 219 wird auf Layer 1 für den vierten oder achten Endpin 38, 38a verwendet. Am unteren Ende weist der Endpin einen Pinfuß 61a mit einem zweiten Schweißpunkt 223 auf.
12 zeigt einen Einzelpins 220 oder Ipin. In der Mittte befindet sich der eigentliche Pin 26, 26a, der in der Nut des Stators angeordnet ist. Die Bezugszeichen sind identisch zu den vorhergehenden Figuren. Die Pins sind aus Sicht des Statormittelpunkts mit der ersten Stirnseite 7 nach oben dargestellt. Der Einzelpin 220 wird auf Layer 4 für den ersten und fünften Endpin 26, 26a verwendet. Am unteren Ende weist der Endpin einen Pinfuß 63a mit einem dritten Schweißpunkt 225 auf. Am oberen Ende befindet sich der Eingang 81, 87, 101, 107, 111, 117.
13 zeigt einen ersten Doppelpin 211 oder Upin, der die Verbindungsart 62 zwischen einem zweiten 22, 32 und einem dritten Pin 23, 33 herstellt. Der Doppelpin kann den ersten Abstand 71 zwischen den Nuten überbrücken. Am unteren Ende weist der Doppelpin zwei nach innen gebogene Pinfüße 63a, 61b mit einem Schweißpunkten 225, 221 auf.
14 zeigt einen zweiten Doppelpin 213 oder Upin, der die Verbindungsart 64 zwischen einem Pin 24, 34, 27 und einem Pin 21, 25, 35 herstellt. Der Doppelpin kann den ersten Abstand 71 zwischen den Nuten überbrücken. Am unteren Ende weist der Doppelpin zwei nach außen gebogene Pinfüße 63b, 61a mit einem Schweißpunkt 227, 223 auf.
Der erste Abstand 71 ist lediglich in Bezug auf die zu überbrückende Nutenanzahl identisch. Der tatsächlich zu überbrückende räumlich Abstand unterscheidet sich, weil die Doppelpins unterschiedliche Layer verbinden.
15 zeigt einen dritten Doppelpin 214 oder Upin, der die Verbindungsart 65 zwischen einem zweiten 28 und einem dritten Endpin 31 herstellt. Der Doppelpin kann den dritten Abstand 75 also eine Nut mehr als der Abstand 71 beträgt, überbrücken. Am unteren Ende weist der Doppelpin zwei gebogene Pinfüße 63b, 61b mit jeweils einem Schweißpunkt 227, 221 auf.
16 zeigt einen vierten Doppelpin 215 oder Upin, der die Verbindungsart 67 zwischen einem sechsten Endpin 28a und einem siebten Endpin 31a herstellt. Der Doppelpin kann den zweiten Abstand 73 also eine Nut weniger als der Abstand 71 beträgt, überbrücken. Am unteren Ende weist der Doppelpin zwei gebogene Pinfüße 61b, 63b mit jeweils einem Schweißpunkt 221, 227 auf.
Die Verschiedenen Einzel- und Doppelpins in den 11 bis 16 weißen ähnliche Pinfüße auf. Die Verbindung 61 wird durch Verschweißen der Schweißpunkte 221, 223 an den Pinfüße 61a, 61b gemäß Wickelschema der 10 gebildet. Die Verbindung 63 wird durch Verschweißen der Schweißpunkte 225, 227 an den Pinfüße 63a, 63b gemäß Wickelschema der 10 gebildet.
Die erste Verbindungsart 61 wird somit über die Pinfüße 61a, 61b und die Schweißpunkte 221 und 223 gebildet. Die dritte Verbindungsart 63 wird somit über die Pinfüße 63a, 63b und die Schweißpunkte 225 und 227 gebildet.
17 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 403, beispielsweise eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine 401, insbesondere einen Elektromotor, mit einem Ausführungsbeispiel des Stators 1 zum Antreiben des Fahrzeugs 403. Ferner kann das Fahrzeug 403 einen Inverter 405 aufweisen, der die elektrische Maschine 401 mit einem Wechselstrom aus einer Gleichstromquelle versorgt.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2, 21, 22, 23, 24, 25: Pin
31, 32, 33, 34, 35: Pin
5, 51, 52, 53, 54, 55, 56,: Nut
57, 58, 91, 92, 93, 94, 95,: Nut
96, 97, 98: Nut
7: erste Stirnseite
9: zweite Stirnseite
26, 26a, 28, 28a, 31, 31a, 38, 38a: Endpin
41 - 48: Windung
61: erste Verbindungsart
62: zweite Verbindungsart
63: dritte Verbindungsart
64: vierte Verbindungsart
65: fünfte Verbindungsart
66: sechste Verbindungsart
67: siebte Verbindungsart
61a, 61b, 63a, 63b: Pinfuß
71: erster Abstand
73: zweiter Abstand
75: dritter Abstand
401: elektrische Maschine
81, 87, 101, 107, 111, 117: Eingang
83, 85, 103, 105, 113, 115: Ausgang
201: erste Spule
202: zweite Spule
211, 213, 214, 215: Doppelpin
219, 220: Einzelpin
221, 223, 225, 227: Schweißpunkt
403: Fahrzeug
405: Inverter
L1, L2, L3, L4: Layer
M: Statormittelpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9136738 B2 [0004]

Claims

Stator (1) für eine elektrische Maschine (401), umfassend - eine Vielzahl von Pins (2, 21, 22, 23, 24, 25), die auf konzentrischen Kreisen mit unterschiedlichen Abständen zu einem Statormittelpunkt (M) in Nuten (51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58) angeordnet sind und jeder konzentrische Kreis einen Layer (L1, L2, L3, L4) bildet; - wobei jeweils vier Pins (21, 22, 23, 24, 25) in unterschiedlichen Layer (L1, L2, L3, L4) miteinander seriell verbunden sind und eine Windung (41) bilden, - ein erster Pin (21) der Windung (41) befindet sich in einer ersten Nut (51) im 4n-3 Layer (L1), wobei n eine natürliche Zahl ist; - ein zweiter Pin (22) der Windung (41) befindet sich in einer zweiten Nut (52) im 4n-2 Layer (L2), wobei die zweite Nut (52) einen ersten radialen Abstand (71) in einer ersten Umfangsrichtung des Stators (1) zu der ersten Nut (51) aufweist; - ein dritter Pin (23) der Windung (41) befindet sich in der ersten Nut (51) im 4n Layer (L4); - ein vierter Pin (24) der Windung (41) befindet sich in der zweiten Nut (52) im 4n-1 Layer (L3).
Stator (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Stator (1) eine erste Stirnseite (7) und eine zweite Stirnseite (9) aufweist; und - der erste Pin (21) und der zweite Pin (22) auf der zweiten Stirnseite (9) mittels einer ersten Verbindungsart (61) miteinander verbunden sind; - der zweite Pin (22) und der dritte Pin (23) auf der ersten Stirnseite (7) mittels einer zweiten Verbindungsart (62) miteinander verbunden sind; - der dritte Pin (23) und der vierte Pin (24) auf der zweiten Stirnseite (9) mittels einer dritten Verbindungsart (63) miteinander verbunden sind; wobei sich die erste, zweite und dritte Verbindungsart voneinander unterscheiden.
Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei der Stator zumindest zwei Windungen (41, 42, 43, 44) aufweist und zumindest der vierte Pin (24) in der zweiten Nut (52, 54, 56) mit einem fünften Pin (25) im 4n-3 Layer (L1) in einer dritten Nut (53) mittels einer vierten Verbindungsart (64) verbunden ist.
Stator (1) gemäß Anspruch 3, wobei der Stator (1) eine Vielzahl von Windungen (41, 42, 43, 44) aufweist, die sich über den gesamten Umfang des Stators (1) erstrecken und dabei eine Teilspule bilden.
Stator (1) gemäß Anspruch 4, wobei je ein Pin (28, 31) von zwei Teilspulen mittels einer fünften Verbindungsart (65) miteinander verbunden sind und eine Spule (201, 202) bilden.
Stator (1) gemäß Anspruch 5, wobei die Teilspulen sechs Spulen bilden und diesen derart sechs Phasen zugeordnet sind, dass sich jeweils zwei Spulen, die verschiedenen Phasen zugeordnet sind, in benachbarten Nuten (51-58, 91-98) befinden.
Stator (1) gemäß Anspruch 5, wobei je ein Eingang (81, 101, 111, 87, 107, 117) eines Pins (26, 26a) von zwei Spulen (201, 202) mittels einer sechster Verbindungsart miteinander verbunden sind.
Stator (1) gemäß Anspruch 7, wobei je eine Ausgang (83, 103, 113, 85, 105, 115) eines Pins (38, 38a) der zwei Spulen (201, 202) miteinander verbunden sind und die zwei Spulen (201, 202) dadurch parallelgeschaltet sind, und insbesondere einer Phase zugeordnet sind.
Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Verbindungsart (62) einen ersten Doppelpin (211) umfasst, der aus dem zweiten Pin (22, 32) und dem dritten Pin (23, 33) gebildet wird, wobei der erste Doppelpin (211) zwei nach innen gebogene Pinfüße (61b, 63a) mit je einem Schweißpunkt (221, 225) aufweist und einen ersten radialen Abstand (71) überbrückt.
Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die vierte Verbindungsart (64) einen zweiten Doppelpin (213) umfasst, der aus dem vierten Pin (24, 27, 34) und dem fünften Pin (21, 25, 35) gebildet wird, wobei der zweite Doppelpin (213) zwei nach außen gebogene Pinfüße (61a, 63b) mit je einem Schweißpunkt (221, 227) aufweist und einen ersten radialen Abstand (71) überbrückt.
Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die fünfte Verbindungsart (65) einen dritten Doppelpin (214) umfasst, der aus einem zweiten Endpin (28) und einem dritten Endpin (31) gebildet wird, wobei der dritte Doppelpin (214) zwei entgegen den Uhrzeigersinn gebogene Pinfüße (63b, 61b) mit je einem Schweißpunkt (227, 221) aufweist und einen dritten radialen Abstand (75) überbrückt.
Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei eine siebte Verbindungsart (67) einen vierten Doppelpin (215) umfasst, der aus einem sechsten Endpin (28a) und einem siebten Endpin (31a) gebildet wird, wobei der vierte Doppelpin (215) zwei entgegen den Uhrzeigersinn gebogene Pinfüße (63b, 61b) aufweist und einen zweiten radialen Abstand (73) überbrückt.
Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei ein Einzelpin (219, 220) einen ersten Endpin (26) oder einen vierten Endpin (38) oder einen fünften Endpin (26a) oder eine achten Endpin (38) umfasst und einen im Uhrzeigersinn gebogenen Pinfuß (61a, 63a) mit einem Schweißpunkt (223, 225) aufweist.
Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Verbindungsart (61) durch eine Schweißverbindung eines ersten Schweißpunkts (221) am Pinfuß (61b) des ersten Doppelpins (211) oder des dritten Doppelpins (214) oder des vierten Doppelpins (215) mit einem zweiten Schweißpunkt (223) am Pinfuß (61a) des zweiten Doppelpins (213) oder des Einzelpins (219) gebildet wird.
Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die dritte Verbindungsart (63) durch eine Schweißverbindung eines dritten Schweißpunkts (225) am Pinfuß (63a) des ersten Doppelpins (211) oder des Einzelpins (220) mit einem zweiten Schweißpunkt (227) am Pinfuß (63b) des zweiten Doppelpins (213) oder des dritten Doppelpins (214) oder des vierten Doppelpins (215) gebildet wird.
Fahrzeug (403) mit einer elektrischen Maschine (401) mit einem Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche.