DE102019127072A1

DE102019127072A1 - Efficient asynchronous machine for electric vehicles

Info

Publication number: DE102019127072A1
Application number: DE102019127072.3A
Authority: DE
Inventors: Bernat Rius
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb (1) und ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb (1). Der Antrieb (1) weist einen Rotor (2) und einem Stator (3) auf, die durch einen Luftspalt mit einem Luftspaltdurchmesser (Di) voneinander getrennt sind, wobei der Rotor (2) um eine Rotationsachse (12) drehbar und mit umfänglich alternierend gleich ausgeführten Rotorzähnen (4) und gleich ausgeführten Rotornuten (5) versehen ist, wobei der Luftspaltdurchmesser (Di) des Luftspalts einen Wert von 0,95 bis 1,05 mal der Summe aus dem Außendurchmesser (Da) des Stators (3) und dem Innendurchmesser (Db) des Rotors (2) geteilt durch zwei hat.The invention relates to an electric drive (1) and a vehicle with an electric drive (1). The drive (1) has a rotor (2) and a stator (3) which are separated from one another by an air gap with an air gap diameter (Di), the rotor (2) being rotatable about an axis of rotation (12) and alternating circumferentially identically designed rotor teeth (4) and identically designed rotor slots (5) is provided, the air gap diameter (Di) of the air gap having a value of 0.95 to 1.05 times the sum of the outer diameter (Da) of the stator (3) and the Inside diameter (Db) of the rotor (2) divided by two.

Description

GEBIETAREA

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für Elektrofahrzeuge, insbesondere eine Asynchronmaschine.The invention relates to an electric drive for electric vehicles, in particular an asynchronous machine.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Obwohl eine Asynchronmaschine eine günstige und robuste Antriebstechnologie darstellt, kommt diese als Antrieb für Elektrofahrzeuge nur selten zum Einsatz. Das liegt vor allem daran, dass die Effizienz von Asynchronmaschinen denen von Synchronmaschinen unterlegen ist. Die geringere Effizienz von Asynchronmaschinen beeinträchtigt die elektrische Reichweite und hat einen erhöhten Energiebedarf, der durch zusätzliche Batteriekapazität kompensiert werden muss. Die Kostenvorteile der Asynchronmaschinen werden von den zusätzlichen Kosten für diese Maßnahmen aufgezehrt.Although an asynchronous machine is a cheap and robust drive technology, it is rarely used as a drive for electric vehicles. This is mainly due to the fact that the efficiency of asynchronous machines is inferior to that of synchronous machines. The lower efficiency of asynchronous machines affects the electrical range and has an increased energy requirement, which must be compensated for by additional battery capacity. The cost advantages of asynchronous machines are consumed by the additional costs for these measures.

Oft wird die Effizienz der elektrischen Maschine durch zusätzlichen Gewicht und Bauraumbedarf erhöht (dabei wird zum Beispiel der Querschnitt der Leiter in der Wicklung vergrößert um die Stromdichte zu minimieren), was niedrigere Leistungs- bzw. Drehmomentdichte bewirkt. Da Elektrofahrzeuge sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Bauraum und Gewicht an die elektrische Maschine stellen, ist dieser Nachteil oft ausschlaggebend. Dies lässt sich einfach dadurch erklären, dass die Überschreitung von maximal zulässigen Gewichtsgrenzen die Effizienz des Gesamtfahrzeuges beeinträchtigt. Diese muss wiederum durch kostenintensive Maßnahmen bei anderen Komponenten des Fahrzeuges kompensiert werden. Aus der EP 2 929 622 B1 sind Asynchronmaschinen für Fahrzeuge bekannt, die beispielweise bei einer Polpaarzahl von p = 3 und durch den Einsatz eines besonders großen Luftspaltdurchmessers das Moment im Dauerbetrieb (das heißt, im thermischen Beharrungszustand) maximieren. Solche Maßnahmen führen aber wiederum zu einer Verringerung der Effizienz der Asynchronmaschine, so dass sie für den Einsatz als Antrieb für Elektrofahrzeuge nicht geeignet sind.The efficiency of the electrical machine is often increased by additional weight and installation space requirements (for example, the cross-section of the conductors in the winding is increased in order to minimize the current density), which results in a lower power or torque density. Since electric vehicles place very high demands on the electrical machine in terms of installation space and weight, this disadvantage is often decisive. This can be explained simply by the fact that exceeding the maximum permissible weight limits affects the efficiency of the entire vehicle. This in turn has to be compensated for by cost-intensive measures in other components of the vehicle. From the EP 2 929 622 B1 Asynchronous machines for vehicles are known which, for example, with a number of pole pairs of p = 3 and through the use of a particularly large air gap diameter, maximize the torque in continuous operation (that is, in the thermal steady state). Such measures, however, in turn lead to a reduction in the efficiency of the asynchronous machine, so that they are not suitable for use as a drive for electric vehicles.

Aus der US 8,154,167 und der US 7,741,750 sind Asynchronmaschinen bekannt, bei denen mit parallelen Zahnflanken im Stator und Rotor gearbeitet wird. Die dort angegebenen weiteren Parameter sind für die Asynchronmaschine jedoch nicht optimal.From the U.S. 8,154,167 and the U.S. 7,741,750 Asynchronous machines are known in which parallel tooth flanks are used in the stator and rotor. However, the other parameters specified there are not optimal for the asynchronous machine.

KURZZUSAMMENFASSUNGSHORT SUMMARY

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten elektrischen Antriebe, insbesondere Asynchronmaschinen, hinsichtlich Effizienz und Leistungs- bzw. Drehmomentdichte zu verbessern.It is an object of the present invention to improve the known electrical drives, in particular asynchronous machines, with regard to efficiency and power or torque density.

Es wird ein elektrischer Antrieb bereitgestellt, der einen Rotor und einen Stator aufweist. Der Rotor ist um eine Drehachse drehbar. Der Stator kann den Rotor umschließen.An electric drive is provided which has a rotor and a stator. The rotor can be rotated about an axis of rotation. The stator can enclose the rotor.

Der Außendurchmesser des Rotors und der Innendurchmesser des Stators werden in radialer Richtung von einem Luftspalt getrennt. Der Luftspalt kann vorteilhaft zwischen 0,4 mm und 1 mm in radialer Richtung betragen.The outer diameter of the rotor and the inner diameter of the stator are separated in the radial direction by an air gap. The air gap can advantageously be between 0.4 mm and 1 mm in the radial direction.

Es ist weiter vorteilhaft, wenn der Luftspaltdurchmesser im Bereich von 0,95 bis 1,05 mal der Summe aus dem Außendurchmesser des Stators und dem Innendurchmesser des Rotors geteilt durch 2 beträgt.It is also advantageous if the air gap diameter is in the range from 0.95 to 1.05 times the sum of the outer diameter of the stator and the inner diameter of the rotor divided by 2.

Der Luftspaltdurchmesser ist kann so gewählt werden, dass er in radialer Richtung (ausgehend von der Drehachse des Rotors) etwa in der Mitte zwischen dem Innendurchmesser es Rotors und dem Außendurchmesser des Stators bzw. dem Innenradius des Rotors und dem Außenradius des Stators liegt.The air gap diameter can be chosen so that it lies in the radial direction (starting from the axis of rotation of the rotor) approximately in the middle between the inner diameter of the rotor and the outer diameter of the stator or the inner radius of the rotor and the outer radius of the stator.

Insbesondere bei der Definition des Innendurchmessers des Rotors handelt es sich um eine elektromagnetische Auslegungsgröße. Das heißt, wird z.B. der Innendurchmesser so weit verkleinert, dass der Rotor mit der Rotorwelle mechanisch zu verbinden ist (d.h. bis der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der Rotorwelle übereinstimmen), treffen die angegebenen Verhältnisse nicht mehr zu. Die Formel stimmt dann, wenn der Innendurchmesser dem maximalen Innendurchmesser des Rotors entspricht, dessen Verkleinerung das elektromagnetische Design nicht wesentlich beeinflusst.In particular, the definition of the inner diameter of the rotor is an electromagnetic design variable. This means that if, for example, the inner diameter is reduced to such an extent that the rotor can be mechanically connected to the rotor shaft (i.e. until the inner diameter and the outer diameter of the rotor shaft match), the specified ratios no longer apply. The formula is correct if the inner diameter corresponds to the maximum inner diameter of the rotor, the reduction of which does not significantly affect the electromagnetic design.

Der elektrische Antrieb, insbesondere die Asynchronmaschine, hat im vorliegenden Kontext vorteilhaft eine Polpaarzahl von p = 2 oder ebenfalls vorteilhaft p = 3.In the present context, the electric drive, in particular the asynchronous machine, advantageously has a number of pole pairs of p = 2 or also advantageously p = 3.

Der Rotor kann als Käfigläufer mit Kurzschlussringen ausgeführt sein. Bei Verwendung von reinem bzw. legiertem Aluminium als Leitermaterial in der Rotorwicklung lassen sich dann die Vorteile der Erfindung in Kombination mit einer kostengünstigen Herstellung erreichen. Bei einer Verwendung von Kupfer als Leitermaterial lässt sich zudem die Leistungs- bzw. Drehmomentdichte erhöhen, ohne die Effizienz zu beeinträchtigen.The rotor can be designed as a squirrel cage with short-circuit rings. When using pure or alloyed aluminum as the conductor material in the rotor winding, the advantages of the invention can then be achieved in combination with inexpensive production. If copper is used as the conductor material, it is also possible to increase the power or torque density without impairing the efficiency.

Der Rotor weist vorteilhaft Rotorzähne und Rotornuten auf, die alternierend am (äußeren) Umfang des Rotors angeordnet sind. Alle Rotorzähne und alle Rotornuten sind gleich ausgeführt, d. h., sie weisen insbesondere die gleichen Breiten- und Längen- und Höhenverhältnisse auf.The rotor advantageously has rotor teeth and rotor slots which are arranged alternately on the (outer) circumference of the rotor. All rotor teeth and all rotor slots are designed the same, i. That is, they have in particular the same width, length and height ratios.

Die gegenüberliegenden Rotorzahnflanken eines Rotorzahns sind vorteilhaft in radialer Richtung parallel. Daher sind die gegenüberliegenden Flanken einer Rotornut in radialer Richtung nicht parallel. Mit anderen Worten nimmt die Rotorzahnbreite mit zunehmendem Abstand von der Drehachse des Rotors in radialer Richtung nicht zu, sondern bleibt konstant. Die Rotornutbreite nimmt mit zunehmendem Abstand von der Drehachse in radialer Richtung zu. Auch so ist es möglich, die Effizienz des elektrischen Antriebs zu erhöhen.The opposite rotor tooth flanks of a rotor tooth are advantageously parallel in the radial direction. Therefore, the opposite flanks of a rotor groove are not parallel in the radial direction. In other words, the rotor tooth width does not increase with increasing distance from the axis of rotation of the rotor in the radial direction, but remains constant. The width of the rotor slot increases with increasing distance from the axis of rotation in the radial direction. It is also possible in this way to increase the efficiency of the electric drive.

Gemäß einem weiteren Aspekt liegt die mittlere Rotornutbreite zur Rotorzahnbreite im Bereich von 0,8 bis 1,1. Die mittlere Rotornutbreite bezieht sich dabei auf einen mittleren Wert bei nicht parallel verlaufenden Rotornutflanken.According to a further aspect, the mean rotor groove width to the rotor tooth width is in the range from 0.8 to 1.1. The mean rotor groove width refers to a mean value in the case of rotor groove flanks that do not run parallel.

Die Rotorzähne sind über ein umlaufendes Rotorjoch mechanisch miteinander verbunden. Die Stärke dieses Rotorjochs in Richtung des Durchmessers des Rotors wird als Rotorjochbreite bezeichnet. Die Rotornuten erstrecken sich entlang des Durchmessers über eine bestimmte Tiefe bzw. Höhe, die als Rotornuttiefe bzw. Rotornuthöhe bezeichnet wird. Diese Tiefe bzw. Höhe ist auch durch die Länge der Rotorzähne gegeben.The rotor teeth are mechanically connected to one another via a rotating rotor yoke. The thickness of this rotor yoke in the direction of the diameter of the rotor is referred to as the rotor yoke width. The rotor grooves extend along the diameter over a certain depth or height, which is referred to as the rotor groove depth or the rotor groove height. This depth or height is also given by the length of the rotor teeth.

Vorteilhaft ist das Verhältnis der Rotorjochbreite zur Rotornuttiefe bzw. Rotornuthöhe abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Leitermaterials in der Rotornut. Je höher die Leitfähigkeit, desto höher liegt der Wert dieses Verhältnisses. Für eine elektrische Leitfähigkeit eines Leiters aus reinem bzw. legiertem Aluminium liegt es vorteilhaft in einem Bereich von 0,8 bis 1,2, insbesondere in einem Bereich von 0,85 bis 1. Für eine elektrische Leitfähigkeit eines Kupferleiters in einem Bereich ab mindestens 1, insbesondere in einem Bereich von 1 bis 1,5.The ratio of the rotor yoke width to the rotor groove depth or rotor groove height is advantageous depending on the electrical conductivity of the conductor material in the rotor groove. The higher the conductivity, the higher the value of this ratio. For an electrical conductivity of a conductor made of pure or alloyed aluminum, it is advantageously in a range from 0.8 to 1.2, in particular in a range from 0.85 to 1. For an electrical conductivity of a copper conductor in a range from at least 1 , in particular in a range from 1 to 1.5.

Hierdurch lässt sich die Effizienz bzw. Drehmomentdichte des elektrischen Antriebs weiter erhöhen.This allows the efficiency or torque density of the electric drive to be increased further.

Der elektrische Antrieb weist ferner einen Stator auf. Der Stator kann den Rotor umschließen. Am Innenumfang des Stators sind umlaufend alternierend Statorzähne und Statornuten angeordnet sind. Die Statorzähne und Statornuten sind alle gleich ausgeführt, weisen insbesondere gleiche Breiten-, Längen- und Höhenverhältnisse auf.The electric drive also has a stator. The stator can enclose the rotor. On the inner circumference of the stator, stator teeth and stator slots are arranged in alternation around the circumference. The stator teeth and stator slots are all designed the same, in particular have the same width, length and height ratios.

In einer ersten Ausführung sind die gegenüberliegenden Flanken der Statornuten in radialer Richtung parallel ausgeführt. Dementsprechend sind die gegenüberliegenden Flanken eines Statorzahns nicht parallel. Mit anderen Worten nimmt die Statorzahnbreite mit zunehmendem Abstand von der Drehachse (des Rotors) in radialer Richtung zu, während die Statornutbreite mit sich änderndem Abstand von der Drehachse in radialer Richtung konstant bleibt.In a first embodiment, the opposite flanks of the stator slots are designed to be parallel in the radial direction. Accordingly, the opposite flanks of a stator tooth are not parallel. In other words, the stator tooth width increases with increasing distance from the axis of rotation (of the rotor) in the radial direction, while the stator slot width remains constant with changing distance from the axis of rotation in the radial direction.

Das Verhältnis der minimalen Statorzahnbreite zur Statornutbreite liegt vorteilhaft bei maximal 1 und insbesondere im Bereich von 0,7 bis 1. Auch hierdurch lässt sich die Effizienz des elektrischen Antriebs weiter verbessern.The ratio of the minimum stator tooth width to the stator slot width is advantageously at most 1 and in particular in the range from 0.7 to 1. This also allows the efficiency of the electric drive to be further improved.

Wenn die Flanken der Statornuten in radialer Richtung parallel ausgeführt sind, ist die Statornutbreite über die gesamte radiale Länge der Statornut gleich. Hiervon ausgenommen ist der Statorzahnkeil.If the flanks of the stator slots are parallel in the radial direction, the stator slot width is the same over the entire radial length of the stator slot. The stator tooth wedge is excluded from this.

Die minimale Statorzahnbreite liegt am unteren Rand (am nächsten an der Drechachse) der Statorzahnflanke kurz über dem Zahnkeil.The minimum stator tooth width is at the lower edge (closest to the turning axis) of the stator tooth flank just above the tooth wedge.

Auch die Statorzähne sind über ein umlaufendes Statorjoch mechanisch gekoppelt, dessen Erstreckung in radialer Richtung (entlang des Durchmessers des Stators) als Statorbreite bezeichnet wird. Die Statornuten erstrecken sich in radialer Richtung (entlang des Durchmessers) über eine bestimmte Tiefe bzw. Höhe, die als Statornuttiefe bzw. Statornuthöhe bezeichnet wird. Diese ist auch durch die radiale Länge der Statorzähne gegeben. Das Verhältnis der Statorjochbreite zur Statornuthöhe bzw. Statornuttiefe liegt vorteilhaft bei mindestens 1,05.The stator teeth are also mechanically coupled via a circumferential stator yoke, the extent of which in the radial direction (along the diameter of the stator) is referred to as the stator width. The stator slots extend in the radial direction (along the diameter) over a certain depth or Height, which is referred to as the stator slot depth or stator slot height. This is also given by the radial length of the stator teeth. The ratio of the stator yoke width to the stator slot height or stator slot depth is advantageously at least 1.05.

In den Statornuten ist eine Statorwicklung aufgetragen. Synergetisch mit den parallel verlaufenden Statornutflanken besteht vorteilhaft die Statorwicklung aus einzelnen, elektrisch isolierten Leitern (Formspulen) mit einem rechteckigen Querschnitt.A stator winding is applied in the stator slots. In synergy with the parallel stator groove flanks, the stator winding advantageously consists of individual, electrically insulated conductors (preformed coils) with a rectangular cross section.

Vorteilhaft beträgt die Anzahl von Leitern pro Statornut zwischen 2 und 6, noch vorteilhafter 4. Die einzelnen Formspulen können entweder parallel oder seriell im Bereich der Wickelköpfe miteinander verschaltet werden.The number of conductors per stator slot is advantageously between 2 and 6, even more advantageously 4. The individual preformed coils can be connected to one another either in parallel or in series in the area of the winding heads.

Vorteilhaft beträgt die Anzahl von Phasen 3 oder 6. Pro Phase beträgt die Anzahl von in Serie geschalteten Windungen (sogenannte Windungszahl) vorteilhat 16 oder 24, alternativ 8, 12, 20, 32, 40 oder 48.The number of phases is advantageously 3 or 6. Per phase, the number of turns connected in series (so-called number of turns) is advantageously 16 or 24, alternatively 8, 12, 20, 32, 40 or 48.

Das Verhältnis der Leiterkupferquerschnittsfläche in einer Nut gegenüber der gestanzten Nutfläche beträgt vorteilhaft mindestens 60%. Dies wird auch als Kupferfüllfaktor der Nut bezeichnet. Bei Verwendung von Leitern mit rundem Querschnitt kann oft nur ein Wert von 45% erreich werden.The ratio of the conductor copper cross-sectional area in a groove to the punched groove area is advantageously at least 60%. This is also known as the copper fill factor of the groove. When using conductors with a round cross-section, a value of only 45% can often be achieved.

Mit dem vorgeschlagenen Verhältnis Statorjochbreite zur Statornuthöhe, in Kombination mit dem oben genannten Luftspaltdurchmesser lässt sich ein Verhältnis zwischen Statornutbreite und Statornuthöhe von vorteilhaft ca. 3 bis 4 erreichen. Somit können in jede Statornut in radialer Richtung vorteilhaft 4 übereinanderliegende Leiter mit einem näherungsweise quadratischen Querschnitt untergebracht sein, was aus Sicht der Fertigung eine ideale Voraussetzung für eine kostengünstige Herstellung der Wicklung mit Formspulen ist.With the proposed ratio of stator yoke width to stator slot height, in combination with the above-mentioned air gap diameter, a ratio between stator slot width and stator slot height of advantageously approximately 3 to 4 can be achieved. Thus, 4 superposed conductors with an approximately square cross-section can advantageously be accommodated in each stator slot in the radial direction, which is an ideal prerequisite for cost-effective production of the winding with preformed coils from the manufacturing point of view.

In einer alternativen Ausführung können, analog zu den Rotorzahnflanken, die gegenüberliegenden Statorzahnflanken eines Statorzahns vorteilhaft in radialer Richtung parallel sein, so dass die Statorzahnbreite in radialer Richtung zunimmt. Hierbei liegt das Verhältnis der Statorzahnbreite zur minimalen Statornutbreite vorteilhaft in einem Bereich kleiner 1, vorteilhaft in einem Bereich von 0,8 bis 1.In an alternative embodiment, analogously to the rotor tooth flanks, the opposite stator tooth flanks of a stator tooth can advantageously be parallel in the radial direction, so that the stator tooth width increases in the radial direction. Here, the ratio of the stator tooth width to the minimum stator slot width is advantageously in a range of less than 1, advantageously in a range of 0.8 to 1.

Die alternative Ausführung ist besonders vorteilhaft, wenn eine Statorwicklung bestehend aus Formspulen nicht machbar ist. Das kann zum Beispiel der Fall sein, wenn eine Windungszahl benötigt wird, die durch die Verschaltung von Formspulen nicht umsetzbar ist. Dort ist eine Statorwicklung bestehend aus mehreren parallel verschalteten Runddrähten mit kleinem Querschnitt gegenüber einer Formspule vorteilhaft. Durch die alternative Ausführung können auch hier Vorteile der Erfindung größtenteils erhalten werden.The alternative embodiment is particularly advantageous if a stator winding consisting of preformed coils is not feasible. This can be the case, for example, if a number of turns is required that cannot be implemented by interconnecting preformed coils. There, a stator winding consisting of several parallel-connected round wires with a small cross section is advantageous over a preformed coil. As a result of the alternative embodiment, advantages of the invention can also be largely obtained here.

Statorzähne und/oder Rotorzähne können Zahnkeile aufweisen. Zahnkeile erhöhen die Zahnbreite am Ende des Zahnes und können als Keilförmige Enden bzw. Erweiterungen der Zähne angesehen werden. Im Extremfall können die Zahnkeile in umfängliche Richtung sich so weit erstrecken, dass die entsprechende Nut, von den gegenüberliegenden Enden zweier Keile geschlossen wird. Während die Statornuten vorteilhaft nicht von den Zahnkeilen geschlossen werden, können die Rotornuten vorteilhaft entweder geschlossen sein, oder nicht geschlossen sein.Stator teeth and / or rotor teeth can have tooth wedges. Tooth wedges increase the tooth width at the end of the tooth and can be viewed as wedge-shaped ends or extensions of the teeth. In the extreme case, the toothed wedges can extend so far in the circumferential direction that the corresponding groove is closed by the opposite ends of two wedges. While the stator slots are advantageously not closed by the toothed wedges, the rotor slots can advantageously either be closed or not closed.

Die Anzahl der Statornuten kann vorteilhaft 48, 60, 72 oder 96 betragen. Bei einer Anzahl der Statornuten von 48, beträgt die Anzahl der Rotornuten vorteilhaft 58 und ebenfalls vorteilhaft alternativ 50. Für andere Werte von Statornuten (bspw. 60, 72, 96) ergibt sich die Anzahl der Rotornuten aus den in Fachkreisen bekannten technischen Einschränkungen (bspw. Vibrationen etc.).The number of stator slots can advantageously be 48, 60, 72 or 96. With a number of stator slots of 48, the number of rotor slots is advantageously 58 and also advantageously alternatively 50. For other values of stator slots (e.g. 60, 72, 96), the number of rotor slots results from the technical restrictions known to those skilled in the art (e.g. . Vibrations etc.).

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Möglichkeit, die axiale Länge von Stator und Rotor beliebig zu variieren. Das ist möglich, weil bei den hier vorgeschlagenen Geometrien und Verhältnissen bzw. Abmessungen noch keine vollständige Sättigung der Magnetfelder eintritt. Dies betrifft insbesondere den Jochbereich. Durch die Auswahl von Luftspaltdurchmesser und dem Verhältnis von Jochbreite zu Nuthöhe, bzw. Nuttiefe ist das Joch im Stator und Rotor so dimensioniert, dass die magnetische Induktion dort ihren maximalen Wert noch nicht erreicht, wobei dieser bei Maschinen hoher Leistungsdichte über 2T liegt. Elektroblechen. Diese sogenannte „Skalierbarkeit“ erlaubt es, die genannten Vorteile der Erfindung in verschiedenen Anwendungen (das heißt, bei verschiedenen technischen Anforderungen hinsichtlich Bauraum, Gewicht und Leistung bzw. Drehmoment) zu nutzen. Beispielweise lässt sich die Länge halbieren und, in Kombination mit einer Verdoppelung der Windungszahl von 8 auf 16 bzw. von 16 auf 32, dies näherungsweise ohne Einbuße in der Drehmomentabgabe bzw. bei Verdoppelung der Drehmomentdichte.Another aspect of the invention relates to the possibility of varying the axial length of the stator and rotor as desired. This is possible because with the geometries and ratios or dimensions proposed here, the magnetic fields are not yet completely saturated. This applies in particular to the yoke area. Through the selection of the air gap diameter and the ratio of yoke width to slot height or slot depth, the yoke in the stator and rotor is dimensioned in such a way that the magnetic induction there does not yet reach its maximum value, which is more than 2T in machines with high power density. Electrical steel sheets. This so-called “scalability” allows the mentioned advantages of the invention to be used in different applications (that is, with different technical requirements with regard to installation space, weight and power or torque). For example, the length can be halved and, in combination with a doubling of the number of turns from 8 to 16 or from 16 to 32, this can be done with approximately no loss of torque output or when the torque density is doubled.

Die oben beschriebenen Abmessungen und Vorteile gelten unabhängig davon, ob man eine Polpaarzahl 2 oder 3 wählt. Bei einer Polpaarzahl von p = 2 werden tendenziell Maschinen mit einer maximalen Effizienz im Teillastbereich und eine vorteilhafte Drehmomentabgabe bei mittleren bis hohen Drehzahlen erreicht, während bei einer Polpaarzahl von p = 3 tendenziell bessere Leistungs- bzw. Drehmomentdichten erzielt werden können. In beiden Fällen ist die vorliegende Erfindung bei gleicher Bauraumvorgabe den bekannten Asynchronmaschinen hinsichtlich Effizienz überlegen.The dimensions and advantages described above apply regardless of whether a pole pair number of 2 or 3 is selected. With a number of pole pairs of p = 2, machines with maximum efficiency in the partial load range and advantageous torque output at medium to high speeds are achieved, while with a number of pole pairs of p = 3, better power and torque densities can be achieved. In both cases, the present invention is superior to the known asynchronous machines in terms of efficiency with the same installation space requirement.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Fahrzeug bereit, insbesondere ein elektrisch betriebenes Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, dass einen elektrischen Antrieb gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Beschreibung aufweist.The present invention also provides a vehicle, in particular an electrically operated vehicle or a hybrid vehicle, that has an electric drive according to one or more aspects of the present description.

FigurenlisteFigure list

Weitere Aspekte und Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert, dabei zeigt:

1 einen Schnitt durch einen elektrischen Antrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine vereinfachte Ansicht eines Schnitts durch einen Teil des Rotors des elektrischen Antriebs gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3 eine vereinfachte Ansicht eines Schnitts durch einen Teil des Stators des elektrischen Antriebs gemäß einem Ausführungsbeispiel,
4 eine Draufsicht auf eine Anordnung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs an einer Antriebsachse eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, und
5 eine vereinfachte Ansicht eines Schnitts durch einen Teil des Stators des elektrischen Antriebs gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Further aspects and features of the invention are explained on the basis of the following exemplary embodiments with reference to the accompanying figures, in which:

1 a section through an electric drive according to an embodiment,
2 a simplified view of a section through part of the rotor of the electric drive according to an embodiment,
3 a simplified view of a section through part of the stator of the electric drive according to an embodiment,
4th a plan view of an arrangement of the electric drive according to the invention on a drive axle of an electrically operated vehicle, and
5 a simplified view of a section through part of the stator of the electric drive according to an embodiment.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

1 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines Querschnitts durch einen elektrischen Antrieb 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im vorliegenden Fall sind lediglich der Rotor 2 und der Stator 3 des Antriebs 1 bzw. der Maschine, in diesem Fall eine Asynchronmaschine, dargestellt. Zwischen Rotor 2 und Stator 3 ist eine Luftspalt LF. Der Rotor 2 hat einen Innendurchmesser Db. Der Außendurchmesser des Stators 3 beträgt Da. Der Durchmesser des Luftspalts Di entspricht etwa dem Außendurchmesser des Rotors 2. Der optimale Bereich für Di ist in Tabelle 1 angegeben und beträgt etwa 0,95 bis 1,05 mal Da plus Db geteilt durch zwei. Die Richtung der Durchmesser Da bzw. Db ist auch die radiale Richtung. In den 2 und 3 ist die radiale Richtung beispielhaft angegeben. 1 shows a simplified view of a cross section through an electric drive 1 according to an embodiment. In the present case there are only the rotor 2 and the stator 3 of the drive 1 or the machine, in this case an asynchronous machine. Between rotor 2 and stator 3 is an air gap LF . The rotor 2 has an inside diameter Db . The outside diameter of the stator 3 amounts to There . The diameter of the air gap Tuesday corresponds roughly to the outer diameter of the rotor 2 . The optimal range for Di is given in Table 1 and is about 0.95 to 1.05 times There plus Db divided by two. The direction of the diameter There or. Db is also the radial direction. In the 2 and 3 the radial direction is given as an example.

Insbesondere bei der Definition des Innendurchmessers (Db) des Rotors (2) handelt es sich um eine elektromagnetische Auslegungsgröße. Das heißt, wird z.B. der Innendurchmesser so weit verkleinert, dass der Rotor mit der Rotorwelle mechanisch zu verbinden ist (d.h. bis der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der Rotorwelle übereinstimmen), treffen die angegebenen Verhältnisse nicht mehr zu. Die Formel stimmt dann, wenn der Innendurchmesser (Db) dem maximalen Innendurchmesser des Rotors entspricht, dessen Verkleinerung das elektromagnetische Design nicht wesentlich beeinflusst.Especially when defining the inside diameter ( Db ) of the rotor ( 2 ) is an electromagnetic design variable. This means that if, for example, the inner diameter is reduced to such an extent that the rotor can be mechanically connected to the rotor shaft (ie until the inner diameter and the outer diameter of the rotor shaft match), the specified ratios no longer apply. The formula is correct if the inner diameter ( Db ) corresponds to the maximum inner diameter of the rotor, the reduction of which does not significantly affect the electromagnetic design.

Der Rotor 2 weist an seiner Außenseite umlaufend alternierend Rotorzähne 4 und Rotornuten 5 auf. Alle Rotorzähne 4 und Rotornuten 5 sind gleich ausgeführt. Der Stator 3 weist ebenfalls an seiner Innenseite umlaufend alternierend Statorzähne 6 und Statornuten 7 auf. Alle Statorzähne 6 und Statornuten 7 sind gleich ausgeführt. Der Rotor 2 ist im Betrieb um eine Drehachse 12 drehbar.The rotor 2 has alternating rotor teeth circumferentially on its outside 4th and rotor slots 5 on. All rotor teeth 4th and rotor slots 5 are executed the same. The stator 3 also has alternating stator teeth on its inside 6th and stator slots 7th on. All stator teeth 6th and stator slots 7th are executed the same. The rotor 2 is in operation around an axis of rotation 12th rotatable.

2 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines Schnitts durch einen Teil des Rotors 2. Von besonderer Bedeutung sind hier die Rotorzähne 4 und die Rotornuten 5. Es ist ein beliebiger Ausschnitt des Rotors 2 dargestellt mit einer alternierenden Abfolge von Rotorzähnen 4 und Rotornuten 5. Es gibt also eine nullte Rotornut 5-0, einen ersten Rotorzahn 4-1, eine erste Rotornut 5-1, einen zweiten Rotorzahn 4-2 und eine zweite Rotornut 5-2 die entlang dem Umfang des Rotors aufeinander folgen. Die mittlere Breite einer Rotornut ist AWR und die Breite eines Rotorzahns ist TWR. Gegenüberliegende Zahnflanken 9-1 und 9-2 desselben Rotorzahns (hier bspw. 4-1) verlaufen parallel zueinander. Das heißt, TWR ist über die radiale Länge des Rotorzahns 4-1 (aller Rotorzähne) konstant mit Ausnahme des Zahnkeils 11 des Zahnes. Die Rotorjochbreite ist YR und die Rotornuttiefe bzw. Rotornuthöhe ist THR. Das Verhältnis der mittleren Rotornutbreite AWR zur Rotorzahnbreite TWR beträgt vorteilhaft 0.8 bis 1,1. Das Verhältnis der Rotorjochbreite YR zur Rotornuttiefe bzw. Rotornuthöhe THR wird vorteilhaft in Abhängigkeit vom Leitermaterial des Leiters in der Nut gewählt. Für Leiter aus Aluminium liegt das Verhältnis vorteilhaft im Bereich von 0,8 bis 1,2, noch vorteilhafter im Bereich von 0,85 bis 1. Für Leiter aus Kupfer ist das Verhältnis der Rotorjochbreite YR zur Rotornuttiefe THR vorteilhaft von mindestens 1 und noch vorteilhafter im Bereich von 1 bis 1,5. 2 shows a simplified view of a section through part of the rotor 2 . The rotor teeth are of particular importance here 4th and the rotor slots 5 . It is any section of the rotor 2 shown with an alternating sequence of rotor teeth 4th and rotor slots 5 . So there is a zeroth rotor groove 5-0 , a first rotor tooth 4-1 , a first rotor slot 5-1 , a second rotor tooth 4-2 and a second rotor slot 5-2 which follow one another along the circumference of the rotor. The mean width of a rotor slot is AWR and is the width of a rotor tooth TWR . Opposite tooth flanks 9-1 and 9-2 of the same rotor tooth (here for example 4-1) run parallel to one another. This means, TWR is over the radial length of the rotor tooth 4-1 (all rotor teeth) constant with the exception of the tooth wedge 11 of the tooth. The rotor yoke width is YR and the rotor groove depth or rotor groove height is THR . The ratio of the mean rotor groove width AWR to the rotor tooth width TWR is advantageously 0.8 to 1.1. The ratio of the rotor yoke width YR to the rotor slot depth or rotor groove height THR is advantageously chosen depending on the conductor material of the conductor in the groove. For conductors made of aluminum, the ratio is advantageously in the range from 0.8 to 1.2, even more advantageously in the range from 0.85 to 1. For conductors made of copper, the ratio is the rotor yoke width YR to the rotor slot depth THR advantageously at least 1 and even more advantageously in the range from 1 to 1.5.

Der Rotor 2 besteht also aus parallelen Zahnflanken 9-1, 9-2. Jeder Rotorzahn 4 hat eine konstante Breite, während jede Rotornut 5 in radialer Richtung (Richtung Luftspalt) immer breiter wird. Am Luftspalt kann die Rotornut 5 offen oder geschlossen ausgeführt sein. Die Breite und radiale Tiefe/Höhe der Rotornut 5 ist so gewählt, dass die Maschine 1 die maximale Effizienz im Teilastbereich aufweist. Die verhältnismäßig große Rotornutbreite AWR ist ein besonderes Merkmal.The rotor 2 thus consists of parallel tooth flanks 9-1 , 9-2 . Every rotor tooth 4th has a constant width while each rotor groove 5 becomes wider and wider in the radial direction (towards the air gap). At the air gap, the rotor groove 5 be open or closed. The width and radial depth / height of the rotor groove 5 is chosen so that the machine 1 has the maximum efficiency in the partial load range. The relatively large width of the rotor slot AWR is a special feature.

3 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines Querschnitts durch einen Teil des Stators 3. Auch hier sind wieder Statorzähne 6 und Statornuten 7 zu sehen, die zusätzlich durchnummeriert sind. Es gibt also eine alternierende Abfolge von nulltem Statorzahn 6-0, nullter Statornut 7-0, erstem Statorzahn 6-1, erster Statornut 7-1, zweitem Statorzahn 6-2 u.s.w. Die minimale Statorzahnbreite aller Statorzähne 6 ist TWS und die durchschnittliche Statornutbreite aller Statornuten 7 ist AWS. Da die Statornuten vorteilhaft rechteckig mit parallelen Seitenflanken 8-0, 8-1 bzw. 8-2, 8-3 in radialer Richtung ausgeführt sind, ist die Statornutbreite AWS über die gesamte radiale Nuthöhe/Nuttiefe THS bis zum Zahnkeil 10 gleich bzw. konstant. Die Statorjochbreite beträgt YS. Das Verhältnis der minimalen Statorzahnbreite TWS zur Statornutbreite AWS ist vorteilhaft maximal 1 und liegt noch vorteilhafter im Bereich von 0,7 bis 1. Das Verhältnis der Statorjochbreite YS zur Statornuthöhe THS beträgt mindestens 1,05. 3 Figure 12 shows a simplified view of a cross section through part of the stator 3 . Again, there are stator teeth 6th and stator slots 7th can be seen, which are also numbered. So there is an alternating sequence of zeroth stator tooth 6-0 , zeroth stator slot 7-0 , first stator tooth 6-1 , first stator slot 7-1 , second stator tooth 6-2 etc. The minimum stator tooth width of all stator teeth 6th is TWS and the average stator slot width of all stator slots 7th is AWS . There the stator slots are advantageously rectangular with parallel side flanks 8-0, 8-1 or. 8-2 , 8-3 are designed in the radial direction, is the stator slot width AWS Over the entire radial groove height / groove depth THS to the tooth wedge 10 equal or constant. The width of the stator yoke is YS . The ratio of the minimum stator tooth width TWS to the width of the stator slot AWS is advantageously a maximum of 1 and is even more advantageously in the range from 0.7 to 1. The ratio of the stator yoke width YS to the stator slot height THS is at least 1.05.

Das Verhältnis der Kupferquerschnittsfläche der Leiter in einer Nut zur gesamten gestanzten Nutfläche ist KCU. Vorteilhaft ist KCU > 60%. Dies lässt sich aufgrund der rechteckigen (parallele Flanken) Ausgestaltung der Statornuten bei Verwendung von Leitern mit rechteckigem Querschnitt besonders gut erreichen. Bei Leitern mit rundem Querschnitt kann häufig nur ein KCU von bis zu 45% erreicht werden. Allerdings sind Leiter mit rundem Querschnitt günstiger in der Herstellung.The ratio of the copper cross-sectional area of the conductors in a slot to the total punched slot area is KCU. KCU> 60% is advantageous. This can be achieved particularly well due to the rectangular (parallel flanks) design of the stator slots when using conductors with a rectangular cross section. Often only a KCU of up to 45% can be achieved for conductors with a round cross-section. However, conductors with a round cross-section are cheaper to manufacture.

Entsprechend den 1, 2 und 3 sind die folgenden Hauptabmessungen bei einer mehrphasigen Statorwicklung und einem Rotor mit einem Käfigläufer vorteilhaft (Rotorstäbe kurzgeschlossen): Tabelle 1 Merkmal Symbol Wert Polpaarzahl p 2 oder 3 Anzahl Phasen der Statorwicklung m 3 oder 6 Anzahl Statornuten Ns 48, 60, 72, 96 Anzahl Rotornuten Nr Variabel, vorteilhaft bei Ns = 48, Nr=58 oder Nr=50 Außendurchmesser Da 170mm (150mm...250mm) Innendurchmesser Db 44mm (30mm bis 70 mm) Luftspaltdurchmesser Di 0,95 .. 1, 05 * (Da + Db)/2 According to the 1 , 2 and 3 the following main dimensions are advantageous for a polyphase stator winding and a rotor with a squirrel cage rotor (rotor bars short-circuited): Table 1 characteristic symbol value Number of pole pairs p 2 or 3 Number of phases of the stator winding m 3 or 6 Number of stator slots Ns 48, 60, 72, 96 Number of rotor slots No Variable, advantageous with Ns = 48, Nr = 58 or Nr = 50 outer diameter There 170mm (150mm ... 250mm) Inside diameter Db 44mm (30mm to 70mm) Air gap diameter Tuesday 0.95 .. 1.05 * (Da + Db) / 2

Die Polpaarzahl p kann vorteilhaft zwei oder drei betragen. Die Anzahl m der Phasen der Statorwicklung kann vorteilhaft 3 oder 6 betragen. Vorteilhaft kann der Außendurchmesser Da des Stators 3 zwischen 150 mm und 250 mm, besonders vorteilhaft 170 mm betragen. Der Innendurchmesser Db des Rotors 2 kann vorteilhaft 30 mm und 70 mm, besonders vorteilhaft 44 mm betragen. Der Luftspaltdurchmesser Di kann vorteilhaft das 0,9-fache bis 1,1-fache, noch vorteilhafter 0,95-fache bis 1,05-fache der Quersumme (=Summe geteilt durch 2) des Innendurchmessers Db des Rotors 2 und des Außendurchmessers Da des Stators 3 betragen.The number of pole pairs p can advantageously be two or three. The number m the phases of the stator winding can advantageously be 3 or 6. The outer diameter can be advantageous There of the stator 3 between 150 mm and 250 mm, particularly advantageously 170 mm. The inside diameter Db of the rotor 2 can advantageously be 30 mm and 70 mm, particularly advantageously 44 mm. The air gap diameter Tuesday can advantageously 0.9 to 1.1 times, even more advantageously 0.95 to 1.05 times the cross sum (= sum divided by 2) of the inside diameter Db of the rotor 2 and the outside diameter There of the stator 3 be.

4 zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs an einer Antriebsachse eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Die aktive Länge des Stators ist L0 und beträgt etwa 100 bis 200 mm. Es lassen sich die folgenden drei Fälle unterscheiden. Zum einen (A) eine elektrische Achse eines reinen Batteriefahrzeugs, (B) eine elektrische Achse eines Plug-In-Hybridfahrzeugs und als dritter Fall (C) der elektrische Allradantrieb eines Batteriefahrzeugs. Die entsprechenden Werte sind in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Anwendung A) Elektrische Achse eines reinen Batteriefahrzeugs B) Elektrische Achse eines Plug-In-Hybridfahrzeugs C) Elektrischer Allradantrieb eines Batteriefahrzeugs Länge L0 Blechpaketstator (aktiv) ~160.. ,200mm 160...200mm ~100.. ,160mm Übersetzungi (EM-Welle / Radwelle) i = 10... 15 i = 10...15 i = 10... 15 4th shows a plan view of an arrangement of the electric drive according to the invention on a drive axle of an electrically operated vehicle. The active length of the stator is L0 and is around 100 to 200 mm. The following three cases can be distinguished. On the one hand (A) an electric axle of a purely battery-powered vehicle, (B) an electric axle of a plug-in hybrid vehicle and as a third case (C) the electric all-wheel drive of a battery-powered vehicle. The corresponding values are in the following Table 2 given. Table 2 application A) Electric axle of a purely battery-powered vehicle B) Electric axle of a plug-in hybrid vehicle C) Electric four-wheel drive of a battery vehicle Length L0 laminated core stator (active) ~ 160 .., 200mm 160 ... 200mm ~ 100 .., 160mm Transmission (EM shaft / wheel shaft) i = 10 ... 15 i = 10 ... 15 i = 10 ... 15

Die Erfindung lässt sich vorteilhaft auf kleine Fahrzeuge mit einer installierten elektrischen Energie von bis zu 60 kWh und einer elektrischen Leistung von bis zu 160 kW pro Achse einsetzen. Mit einfacher Skalierung über die aktive Länge L0 von Stator 3 und Rotor 2 (=EM-Welle) ist die erfindungsgemäße Maschine 1 ebenso für den Einsatz in weiteren Anwendungen geeignet, wie beispielhaft Plug-In-Hybridfahrzeuge mit elektrischer Achse (sogenannte „Achshybride“) und als elektrischer Allradantrieb.The invention can advantageously be used on small vehicles with an installed electrical energy of up to 60 kWh and an electrical output of up to 160 kW per axle. With simple scaling over the active length L0 from stator 3 and rotor 2 (= EM wave) is the machine according to the invention 1 also suitable for use in other applications, such as plug-in hybrid vehicles with electric axles (so-called "axle hybrids") and as electric all-wheel drive.

Beispielweise lässt sich die Länge L0 halbieren und, in Kombination mit einer Verdoppelung der Windungszahl der Statorwicklung von 8 auf 16 bzw. von 16 auf 32, und dies näherungsweise ohne Einbuße in der Drehmomentabgabe bzw. bei Verdoppelung der Drehmomentdichte. Die hierin erwähnten geometrischen Aspekte sind also so vorteilhaft gewählt, dass eine Skalierung möglich ist, ohne dass eine vollständige magnetische Sättigung eintritt.For example, the length can be L0 halve and, in combination with a doubling of the number of turns of the stator winding from 8 to 16 or from 16 to 32, and this approximately without loss of torque output or when the torque density is doubled. The geometric aspects mentioned herein are therefore advantageously chosen so that scaling is possible without complete magnetic saturation occurring.

Bei dieser Anwendung wird mit der Erfindung eine kosten- und bauraumoptimale Ausführung gegenüber herkömmlichen Konzepten bereitgestellt. Beim Verzicht auf die genannte Längenskalierung können alternativ sämtliche obengenannten Anwendungen mit einem gleichteiligen Rotor und Stator bedient werden, was einmal Aufwand für Entwicklung und Produktion sowie niedrige Materialkosten durch Skaliereffekte zur Folge hat.In this application, the invention provides an embodiment that is optimal in terms of cost and space compared to conventional concepts. If the length scaling mentioned is dispensed with, all of the above-mentioned applications can alternatively be served with an identical rotor and stator, which results in expenditure for development and production as well as low material costs due to scaling effects.

Der elektrische Antrieb wird vorzugsweise in einer elektrischen Achse mechanisch über eine feste Übersetzungseinheit mit der Radachse verbunden. In der obenstehenden Tabelle 2 sind beispielhaft mögliche Ausführungen der erfindungsgemäßen Auslegung nach Anwendung und Übersetzung zwischen Rotorwelle des elektrischen Antriebs und Rad angegeben.The electric drive is preferably mechanically connected to the wheel axle in an electric axle via a fixed transmission unit. Table 2 above gives examples of possible embodiments of the design according to the invention according to application and translation between the rotor shaft of the electric drive and the wheel.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Statorgeometrie so konzipiert ist, dass mit demselben Blechschnitt aus einer vierpoligen Maschine (p=2) eine achtpolige Maschine (p=4) dargestellt werden kann, bzw. aus einer sechspolige Maschine (p=3) eine zwölfpolige Maschine (p=6). Dies kann vorteilhaft genutzt werden, indem man den hier beschriebenen Rotor 2 durch einen Ersatzrotor eines vierpoligen Synchronmotors ersetzt und ohne viel Aufwand die Erstsynchronmaschine in eine Synchronmaschine umwandelt. Damit können Fahrzeuge höherer Leistungsklassen und große Energiespeicher betrieben werden.Another advantage of the invention is that the stator geometry is designed in such a way that an eight-pole machine (p = 4) can be produced with the same sheet metal section from a four-pole machine (p = 2), or from a six-pole machine (p = 3 ) a twelve-pole machine (p = 6). This can be used to advantage by using the rotor described here 2 replaced by a replacement rotor of a four-pole synchronous motor and converts the primary synchronous machine into a synchronous machine without much effort. This means that vehicles of higher performance classes and large energy storage devices can be operated.

5 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines Querschnitts durch einen Teil des Status 3. Auch hier sind wieder Statorzähne 6 und Statornuten 7 zu sehen, die zusätzlich durchnummeriert sind. Es gibt also eine alternierende Abfolge von nulltem Statorzahn 6-0, nullter Statornut 7-0, erstem Statorzahn 6-1, erster Statornut 7-1, zweitem Statorzahn 6-2 u.s.w. Die Statorzahnbreite aller Statorzähne 6 ist TWS* und die minimale Statornutbreite aller Statornuten ist AWS*. Da die Statorzähne vorteilhaft rechteckig mit parallelen Seitenflanken 8-0, 8-1 bzw. 8-2, 8-3 in radialer Richtung ausgeführt sind, ist die Statorzahnbreite TWS* über die gesamte radiale Zahnhöhe/Zahntiefe gleich bzw. konstant. Die Statorjochbreite beträgt YS. Das Verhältnis der Statorzahnbreite TWS* zur minimalen Statornutbreite AWS* ist vorteilhaft maximal 1 und besonders vorteilhaft im Bereich von 0,8 bis 1. Das Verhältnis der Statorjochbreite YS zur Statornuthöhe THS beträgt vorteilhaft mindestens 1,05. 5 Figure 3 shows a simplified view of a cross section through part of the state 3 . Again, there are stator teeth 6th and stator slots 7th can be seen, which are also numbered. So there is an alternating sequence of zeroth stator tooth 6th -0, zeroth stator slot 7-0 , first stator tooth 6-1 , first stator slot 7-1 , second stator tooth 6-2 etc. The stator tooth width of all stator teeth 6th is TWS * and is the minimum stator slot width of all stator slots AWS * . There the stator teeth advantageously rectangular with parallel side flanks 8-0, 8-1 or. 8-2 , 8-3 are designed in the radial direction, is the stator tooth width TWS * The same or constant over the entire radial tooth height / tooth depth. The width of the stator yoke is YS . The ratio of the stator tooth width TWS * to the minimum stator slot width AWS * is advantageously a maximum of 1 and particularly advantageously in the range from 0.8 to 1. The ratio of the stator yoke width YS to the stator slot height THS is advantageously at least 1.05.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Elektrischer Antrieb / MaschineElectric drive / machine
22: Rotorrotor
33: Statorstator
44th: RotorzähneRotor teeth
4-04-0: Nullter RotorzahnZero rotor tooth
4-14-1: Erster RotorzahnFirst rotor tooth
4-24-2: Zweiter RotorzahnSecond rotor tooth
55: RotornutenRotor slots
5-05-0: Nullte RotornutZero rotor slot
5-15-1: Erste RotornutFirst rotor slot
5-25-2: Zweite RotornutSecond rotor groove
66th: StatorzähneStator teeth
6-06-0: Nullter StatorzahnZero stator tooth
6-16-1: Erster StatorzahnFirst stator tooth
6-26-2: Zweiter StatorzahnSecond stator tooth
77th: StatornutenStator slots
7-07-0: Nullter StatornutZero stator slot
7-17-1: Erste StatornutFirst stator slot
8-18-1: Erste Statorzahn- bzw. NutflankeFirst stator tooth or slot flank
8-28-2: Zweite Statorzahn- bzw. NutflankeSecond stator tooth or slot flank
9-19-1: Erste Rotorzahn- bzw. NutflankeFirst rotor tooth or groove flank
9-29-2: Zweite Rotorzahn- bzw. NutflankeSecond rotor tooth or groove flank
1010: StatorzahnkeilStator tooth wedge
1111: RotorzahnkeilRotor tooth wedge
1212th: Drehachse des RotorsRotation axis of the rotor
DaThere: Außendurchmesser Stator 3 Outside diameter of the stator 3
DbDb: Innendurchmesser Rotor 2 Inner diameter rotor 2
LFLF: LuftspaltAir gap
DiTuesday: Luftspaltdurchmesser zwischen Stator 3 und Rotor 2 Air gap diameter between stator 3 and rotor 2
AWRAWR: Mittlere Nutbreite des Rotors 2 Average groove width of the rotor 2
TWRTWR: Zahnbreite des Rotors 2 Tooth width of the rotor 2
THRTHR: Nuttiefe/Nuthöhe des Rotors 2 Groove depth / groove height of the rotor 2
YRYR: Jochbreite des Rotors 2 Yoke width of the rotor 2
AWSAWS: Mittlere Nutbreite des Stators 3 Average slot width of the stator 3
TWSTWS: Minimale Zahnbreite des Stators 3 Minimum face width of the stator 3
AWS*AWS *: Minimale Nutbreite des Stators 3 Minimum slot width of the stator 3
TWS*TWS *: Mittlere Zahnbreite des Stators 3Average tooth width of the stator 3
THSTHS: Nuttiefe/Nuthöhe des Stators 3 Slot depth / slot height of the stator 3
YSYS: Jochbreite des Stators 3 Yoke width of the stator 3
L0L0: Aktive Länge des elektrischen Antriebs (Bleckpaket)Active length of the electric drive (sheet metal package)
ii: Übersetzung EM-Welle (Antrieb) zu RadwelleTransmission of EM shaft (drive) to wheel shaft
pp: PolpaarzahlNumber of pole pairs
mm: Anzahl Phasen der StatorwicklungNumber of phases of the stator winding
NSNS: Anzahl StatornutenNumber of stator slots
NrNo: Anzahl RotornutenNumber of rotor slots

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 2929622 B1 [0003]
US 8154167 [0004]
US 7741750 [0004]

Claims

Electric drive (1) with a rotor (2) and a stator (3), which are separated from one another by an air gap with an air gap diameter (Di), the rotor (2) rotatable about an axis of rotation (12) and with the same circumferential alternation executed rotor teeth (4) and identically executed rotor slots (5) is provided, the air gap diameter (Di) of the air gap having a value of 0.95 to 1.05 times the sum of the outer diameter (Da) of the stator (3) and the inner diameter (Db) of the rotor (2) divided by two.

Electric drive (1) according to Claim 1 , with a mean rotor groove width (AWR) to a rotor tooth width (TWR) in the range from 0.8 to 1.1.

Electric drive (1) according to Claim 2 , wherein the rotor tooth width (TWR) is constant in the radial direction with increasing distance from the axis of rotation (12), while the rotor groove width (AWR) increases in the radial direction with increasing distance from the axis of rotation (12).

Electric drive (1) according to one of the preceding claims, wherein the rotor (2) has a rotor yoke width (YR) and a rotor slot depth (YR) in the radial direction and the ratio of the rotor yoke width (YR) to the rotor slot depth (THR) is dependent on the electrical conductivity of the conductor material is defined in the rotor slot, the ratio of the rotor yoke width (YR) to the rotor slot depth (THR) in a range from 0.8 to 1.2, in particular in a range from 0.85 to 1 and for an electrical conductivity of a copper conductor in a range of at least 1, in particular 1 to 1.5.

Electric drive (1) according to one of the preceding claims, wherein the stator (3) has circumferentially alternating identical stator teeth (6) and identically designed stator slots (7), and the stator slots (7) with increasing distance from the axis of rotation (12) in have a constant stator groove width (AWS) in the radial direction, while a stator tooth width (TWS) increases with increasing distance from the axis of rotation (12) in the radial direction.

Electric drive (1) according to Claim 5 , a ratio of a minimum stator tooth width (TWS) to the stator groove width (AWS) is a maximum of 1 and is in particular in the range from 0.7 to 1.

Electric drive (1) according to one of the preceding claims, wherein the ratio of a stator yoke width (YS) to a stator slot height (THS) is at least 1.05.

Electric drive according to one of the preceding claims, wherein the number of stator slots (7) is 48, 60, 72 or 96.

Electric drive according to one of the preceding claims, wherein the number of stator slots is 48 and the number of rotor slots is 50 or 58.

Electric drive according to one of the preceding claims, wherein a stator winding is designed with conductors of a rectangular, in particular square, cross section.

Electric drive (1) according to Claim 10 , the ratio of the conductor copper cross-sectional area in a stator slot (7) to the punched stator slot area, that is to say the copper fill factor of a stator slot, is at least 60%.

Electric drive according to Claim 11 , the number of conductors per stator slot (7) being between 2 and 8 and advantageously four.

Electric drive according to one of the preceding claims, wherein the number of pole pairs (p) of the electric drive (2) is two or three.

Vehicle with an electric drive according to one of the preceding claims.