DE102020120118A1 - Modularisierung von E-Maschine und Leistungselektronik mit höchstem Füllfaktor, zum Beispiel Kupferfüllfaktor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine elektrische Maschine, umfassend eine Vielzahl von Submodulen (2), die sich voneinander getrennt über den Umfang des Stators (1) erstrecken, wobei jedes Submodul (2) eine eigene Wicklung (3) besitzt und ein eigenes der Wicklung (3) zugeordnetes Leistungsmodul (4) zum Wandeln von Gleichstrom in Wechselstrom. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Zusammenbauen des Stators (1).

Description

• Die Erfindung betrifft einen Stator, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Zusammenbauen des Stators.
• Allgemein werden elektrische Maschinen mittels unterschiedlicher Wicklungsaufbauten realisiert. So ist zum Beispiel ein Wicklungsaufbau durch eine sogenannte Hairpin-, Wellenwicklungs- und Träufelwicklungstechnologie bekannt. Dabei liegt häufig ein Kupferfüllfaktor in einer Nut von ca. 50% vor (je nach Technologie). Es gibt also viele Hohlräume und einen hohen Platzbedarf für eine Isolation. Eine Spannungs- und Stromanpassung der elektrischen Maschine an eine zur Stromversorgung vorgesehene Energiequelle erfolgt über die jeweilige Windungszahl, Verschaltung der Teilwicklungen innerhalb einer Phase sowie durch einen entsprechenden Drahtquerschnitt. Eine höhere Spannungslage erfordert grundsätzlich eine höhere Windungszahl bzw. höhere Drehzahl der elektrischen Maschine.
• DE 10 2014 105642 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem beweglich dazu gelagerten Rotor. Es ist hierbei ein Stator vorgesehen, der eine Vielzahl von Nuten zur Aufnahme einer oder mehrerer Statorwicklungen umfasst. In die Nuten ist je ein Leiterabschnitt der Statorwicklung eingelegt, wobei die Leiterabschnitte an einem Ende, das heißt auf einer Seite des Stators miteinander elektrisch verbunden sind, so dass sie miteinander einen Kurzschluss bilden.
• DE 10 2014 110299 A1 offenbart ferner eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem beweglich dazu gelagerten Rotor. Der Stator umfasst eine Vielzahl von Nuten zur Aufnahme einer Statorwicklung. In jede Nut ist je ein Leiterabschnitt der Statorwicklung eingelegt. Auf einer Seite des Stators sind die Leiterabschnitte in einem Kurzschlussmittel miteinander elektrisch kurzgeschlossen. Das Kurzschlussmittel umfasst eine Kühlvorrichtung.
• Auch die DE 10 2014 113489 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Stator. Der Stator umfasst eine Vielzahl von Nuten, die zwischen benachbarten Zähnen des Stators gebildet sind. Die Nuten dienen zur Aufnahme einer Statorwicklung. In jede Nut ist je ein Leiterabschnitt der Statorwicklung eingelegt. Die Leiterabschnitte mindestens eines Polpaares sind auf einer ersten Seite des Stators miteinander kurzgeschlossen. Auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Stators sind die freien Enden der Leiterabschnitte mit einem Anschluss einer Stromversorgungseinheit verbunden. Die Stromversorgungseinheit umfasst zwei ringförmig ausgebildete elektrische Leiter, zwischen denen mindestens ein leistungselektronisches Bauteil angeordnet ist.
• DE 10 2014 114615 A1 offenbart ein Wicklungssystem für einen Stator und/oder einen Rotor einer elektrischen Maschine umfassend mehrere Leiterabschnitte, welche im Wesentlichen zwischen gegenüberliegenden Seiten des Wicklungssystems angeordnet sind. Auf einer ersten Seite des Wicklungssystems sind zwei ringförmige Leiter vorgesehen, mit denen die Leiterabschnitte über Halbbrücken gekoppelt sind. Auf der gegenüberliegenden Seite des Wicklungssystems ist mindestens eine Halbbrücke vorgesehen, an die mindestens ein Leiterabschnitt angeschlossen ist.
• DE 10 2014 118356 A1 betrifft eine Stromversorgungseinheit, welche zum Speisen von mehreren Leiterabschnitten einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine ausgelegt ist. Die Leiterabschnitte sind dabei in jeweilige Nuten des Stators der elektrischen Maschine eingelegt. Die Stromversorgungseinheit wiederum speist einen ersten der Leiterabschnitte und einen zweiten der Leiterabschnitte mit mindestens einem unterschiedlichen Betriebsparameter einer jeweiligen Stromfunktion. Alternativ oder zusätzlich ist die Stromversorgungseinheit eingerichtet, einen Leiterabschnitt mit mindestens zwei überlagerten Stromfunktionen zu speisen, die jeweils mindestens einen unterschiedlichen Betriebsparameter aufweisen.
• DE 10 2016 107937 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines als vielphasige elektrische Maschine ausgeführten Antriebsmotors. Die Schaltungsanordnung kann von der Antriebsvorrichtung umfasst sein.
• DE 10 2016 118634 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer Statorwicklung eines Stators einer elektrischen Maschine. Die Statorwicklung weist mindestens vier elektrische Phasen auf, welche dazu ausgelegt sind, mit einem jeweils eigenen Phasenstrom gespeist zu werden. Die Statorwicklung kann also beispielsweise an eine Leistungselektronik angeschlossen sein, welche jede der elektrischen Phasen mit einem eigenen Phasenstrom versorgt. Die elektrischen Phasen können beispielsweise durch elektrisch leitfähige Stäbe in Nuten in einem oder mehreren Statorblechen des Stators gebildet sein.
• DE 10 2017 116 145 B3 offenbart ein Wicklungssystem für einen Stator einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine. Das Wicklungssystem umfasst mindestens zwei erste Leiterabschnitte und mindestens zwei zweite Leiterabschnitte. Die ersten und zweiten Leiterabschnitte können ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen, wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium. Der Stator kann beispielsweise Nuten aufweisen, in welchen sich je ein Leiterabschnitt befindet. Der Stator kann ein oder mehrere Statorbleche umfassen, in welchen die Nuten eingebracht sind. Bevorzugt weist der Stator eine Vielzahl von Nuten auf. Bei den ersten und zweiten Leiterabschnitten kann es sich zum Beispiel um elektrisch leitfähige Stäbe handeln.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem bekannten Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll die Modularisierung einer elektrischen Maschine vorangetrieben werden.
• Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Stator für eine elektrische Maschine bereitgestellt wird. Der Stator umfasst eine Vielzahl von Submodulen, die sich voneinander getrennt über den Umfang des Stators erstrecken. Jedes Submodul besitzt eine eigene Wicklung und ein eigenes der Wicklung zugeordnetes Leistungsmodul zum Wandeln von Gleichstrom in Wechselstrom, zum Beispiel Drehstrom.
• Unter einer Wicklung wird das Vorhandensein wenigstens eines Leiters in einer Nut verstanden. Darauf aufbauend können mehrere Leiterstücke pro Wicklung und auch mehrere Leiterstücke in einer Nut vorhanden sein. Diese können sich auf beliebige Art verbinden lassen. Es können dabei Leiterstücke in unterschiedlichen Nuten verbunden werden und einige Nuten übersprungen werden. Eine Verbindung von nur zueinander benachbarten Leiterstücken ist nicht zwingend. Die Leiterstücke bestehen aus elektrisch leitfähigem Material wie z.B. Kupfer.
• Ein Gedanke der vorliegenden Erfindung ist, dass für die Produktion eine Modularisierung von Bauteilen bzw. Subsystemen im Sinne eines Aufbaus bestehend aus mehreren Gleichteilen wichtig ist, da für verschiedene Leistungsgrößen lediglich über die Anzahl an Komponenten skaliert werden kann und keine neue Fertigung aufgebaut werden muss. Wenn die axiale Länge und/oder der Durchmesser bestimmter Bauteile, etwa in Anpassung an die Leistungsgröße, aber zwingend verändert werden muss, so können unterschiedliche Bauteile zu den besagten Gleichteilen eingesetzt werden. Diese Bauteile können untereinander wieder Gleichteile sein. Die Submodule können auch als Statorsubmodule bezeichnet werden.
• Es wird ein elektrisches Antriebssystem umfassend eine elektrische Maschine und eine Leistungselektronik, basierend auf drei oder mehr Phasen, realisiert. Nachteile, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, werden vermieden. Diese Nachteile werden nachfolgend aufgeführt:
• • Der Anschluss an eine Leistungselektronikeinheit, die wiederum mit einem Hochvolt-Zwischenkreis und beispielsweise einer Hochvolt-Batterie verbunden ist, hat nur geringe Modularisierungsmöglichkeiten aufgrund großer Einzelaufbauten.
• • Eine Verteilung der Wicklungen pro Phase über den gesamten Umfang der elektrischen Maschine führt zu langen Verbindungspfaden mit hohen ohmschen Widerständen in den Wickelköpfen sowie hohem Materialverbrauch und Platzbedarf.
• Es werden nun zwei oder mehr integrierte Teilmotoren mit betriebspunktoptimierten Designs möglich.
• Auch ist nun bei der Erfindung eine Modularisierung der Leistungselektronik zum platzsparenden Aufbau hinreichend gegeben (während sich ein typischer 3-phasiger Aufbau mit direkter Anbindung an einen zentralen Zwischenkreiskondensatornicht weiter zerteilen bzw. modularisieren lässt). Bei der Erfindung ist nun der Kupferfüllfaktor in Nuten der elektrischen Maschinen verbessert.
• Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
• Jedes Submodul kann mehrere eigene Wicklungen besitzen und der Wechselstrom kann ein Mehrphasenwechselstrom sein.
• Jedes Leistungsmodul kann einen eigenen DC+ und DC- Anschluss und drei Phasenanschlüsse zum Beaufschlagen der Wicklungen mit dem Mehrphasenwechselstrom, zum Beispiel Drehstrom, besitzen. Hierdurch lässt sich eine leichte Zuordenbarkeit erreichen und eine gängige Bestromung bedienen. Die Erfindung ist nicht auf drei Phasen beschränkt. Es sind auch mehr als drei Phasen möglich, z.B. fünf, sechs, sieben, neun, zehn, elf, zwölf, etc. Phasen, wobei in diesem Fall jedes Leistungsmodul eine den Phasen entsprechende Anzahl von Phasenanschlüssen besitzt.
• Alle Leistungsmodule können seriell verschaltet sein, indem jeweils der DC+ Anschluss der Leistungsmodule mit dem DC- Anschluss des dem entsprechenden Leistungsmodul direkt benachbarten Leistungsmoduls verbunden ist. Hierdurch können die Leistungsmodule an die Spannung der zu verschaltenden Energiequelle leicht angepasst bzw. entsprechend dimensioniert werden. Es gibt natürlich auch andere Verschaltungsarten, die einsetzbar sind, etwa parallele und kombinierte Verschaltungsarten.
• Jedes Leistungsmodul der Submodule kann ein eigenes Bauteil der Gruppe aus Zwischenkreiskondensator, Halbbrücke, Transistor und Diode enthalten. Hier wird unter einer Halbbrücke ein solches Bauteil verstanden, dass wenigstens zwei Transistoren einsetzt. Dabei können zusätzlich Dioden eingesetzt sein. Dadurch kann auf erprobte Komponenten gesetzt werden und eine ausreichende Ausfallsicherheit ist gegeben. Das bezieht sich sowohl auf das Verwenden von erprobten Komponenten als auch auf eine höhere Anzahl autark agierender Komponenten.
• Jedes Leistungsmodul kann einen eigenen Zwischenkreiskondensator besitzen. Der Zwischenkreiskondensator kann mit mindestens drei Leiterstücken, die entweder Einzelleiter sind, oder je eine Spule bilden oder mehrere Spulen bilden, die zusammen zu einer Phase verschaltet sind, verbunden sein. Dadurch kann das für einen gleichmäßigen Rundlauf benötigte Magnetfeld effizient erzeugt werden.
• Wenigstens eines der Submodule oder alle Submodule können eine Einhausung aufweisen, die ein Handling der Submodule ermöglicht. Einem Monteur wird es dann erleichtert die einzelnen Submodule zu dem Stator der elektrischen Maschine zusammenzusetzen. Die Submodule können also nur die Statorwicklung oder auch den Blechschnitt umfassen. Es lassen sich dabei Wicklungen einsetzen, die wie folgt ausgebildet sein können: Einschichtwicklungen, wobei hier eine Phase in einer Nut liegt und mindestens einen Leiter in der Nut umfasst, oder Zweischichtwicklungen, wobei mindestens zwei Leiter in einer Nut liegen, die zur gleichen Phase oder zu unterschiedlichen Phasen gehören. Mindestens drei Leiter bilden mindestens drei Phasen, die zusammen in einen Sternpunkt verschaltet sind. Die Sternpunkte können auf der gleichen Seite wie die Leistungselektronikmodule oder auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sein. Damit ergeben sich Windungszahlen einer Phase pro Submodul von 0,5, wenn jeweils ein Leiter einer Phase in einen Sternpunkt verschaltet ist. Sind zwei Leiter aus verschiedenen Nuten gleicher Phase seriell verschaltet, erhält man eine Windungszahl von 1, bei drei Leitern von 1,5, etc. Die Wicklungen können aber auch aus mehreren, parallel geschalteten Leitern pro Nut bestehen; dies ändert die Windungszahl nicht.
• Die Einhausung kann nach Art eines Papiers oder einer Folie oder Ummantelung oder Bedeckung oder festem Gehäuse vorgesehen oder ausgebildet sein. Der Begriff „Handling“ kann als Handhabe verstanden werden.
• Jedes Leistungsmodul kann auf einer ersten Stirnseite der Wicklung angeordnet sein oder die Leistungsmodule können immer über den Umfang gesehen abwechselnd von einem Submodul zum über den Umfang gesehen benachbarten Submodul auf der ersten Stirnseite und zweiten Stirnseite angeordnet sein. Der Bauraum lässt sich dann effizient nutzen.
• Jedes Submodul kann über die Axiallänge gesehen einen gleichbleibend breiten (in Umfangsrichtung gesehen) Bauraum einnehmen oder der Bauraum kann an einer Stirnseite größer als in einem davon beabstandeten Innenbereich sein. Es kann also eine Ausführungsform geschaffen werden, die eine Wicklung besitzt, in deren axialer Verlängerung das Leistungsmodul angeordnet ist. Alternativ kann jedoch eine Anordnung gemäß einer radialen Verlängerung in einer anderen Ausführungsform gewünscht sein. Beide Varianten lassen sich einseitig oder zweiseitig ausgestalten. Die zuletzt genannte Variante einer zweiseitigen radialen Verlängerung hat Vorteile, wenn die Leistungsmodule mehr Bauraum in Anspruch nehmen sollen / müssen. Auch bei einer einseitigen Verlängerung stellt sich dieser Vorteil ein.
• Für Axialflussmaschinen können je nach Ausführung des Motors, z.B. Doppelstatorein Rotor, Ein Stator-Zwei Rotoren, Ein Stator-Ein Rotor, etc., die Leistungsmodule in radialer Verlängerung des Stators nach außen oder in axialer Verlängerung an einer Stirnseite, die dem Rotor abgewandt ist, angebracht sein. In radialer Richtung ist auch eine Anbringung radial nach innen oder eine Anbringung sowohl radial innen als auch außen möglich. Dabei können die Leistungsmodule abwechselnd angeordnet werden.
• Alle Submodule können zusammen einen im Umfang gesehen zusammengefügten Block bilden, was einem guten Handling zuträglich ist. Es sind dann keine Lücken zwischen den einzelnen Submodulen vorhanden.
• Ferner kann in der Gesamtzusammenschaltung die Funktion eines DC-DC-Wandlers zur steuerbaren Anpassung der DC-Spannungen in den Leistungsmodulen unabhängig von der Höhe der Spannung der Energiequelle realisiert werden.
• In einer ersten Variante wird hierzu in jedem Leistungsmodul mindestens eine zusätzliche Halbbrücke ergänzt. Die Verschaltung der Leistungsmodule erfolgt dann über die Mittelabgriffe dieser zusätzlichen Halbbrücken und zusätzlich über den DC+ oder alternativ DC- Anschluss. Für die Funktion dieser Variante ist im Strompfad zwischen Energiequelle und der Verschaltung der Submodule in jedem seriell geschalteten Strang von Submodulen mindestens eine Drossel an beliebiger Stelle notwendig. Die Halbbrücken und die Drossel bilden zusammen einen integralen DC-DC-Wandler bzw. einen Hochsetzsteller.
• In einer zweiten Variante wird in jedes Leistungsmodul zusätzlich ein DC-DC-Wandler bestehend aus mindestens einer Halbbrücke, mindestens einer Drossel und ggf. mindestens einem Kondensator. Diese DC-DC-Wandler können wie dargestellt als Hochsetzsteller ausgeführt werden. Alternativ lassen sich mit denselben Bauteilen auch Tiefsetzsteller ausführen. In beiden Fällen gibt es hier wiederum zwei Möglichkeiten der Verschaltung, nämlich über den entsprechenden Abgriff des DC-DC-Wandlers und zusätzlich über den DC+ oder alternativ DC- Anschluss.
• Die oben genannte Aufgabe wird auch dadurch gelöst, dass eine elektrische Maschine mit einem Stator wie oben beschrieben und einem Rotor bereitgestellt wird.
• Die oben genannte Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Stators, vorzugsweise wie oben beschrieben, für eine elektrische Maschine, vorzugsweise wie oben beschrieben bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Vielzahl von Submodulen, wobei jedes Submodul ein eigenes Leistungsmodul mit daran angeschlossener Wicklung besitzt. Das Verfahren umfasst ferner ein Zusammensetzen der Submodule zu dem Stator. Ein solches Verfahren betrifft somit ein Montageverfahren, das Schaffen des physischen Aufbaus bzw. den Zusammenbau des Stators. Dies beinhaltet Schritte des Umformens und Entstehenlassens der Unterbauteilgruppen.
• Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere einen Stator davon. Eine Wicklungsstruktur in dem Stator der elektrischen Maschine ist dabei um eine Peripherie der elektrischen Maschine herum segmentiert. Die jeweiligen Anschlüsse des Wicklungsaufbaus werden möglichst direkt (auf kürzestem Weg oder auf kleinstem Bauraum) mit einem Leistungsmodul verbunden. Die kleinsten identischen Einheiten oder Segmente (Submodule) bestehen aus einem Statorsegment mit einem lokalen Wicklungsaufbau und einem zugehörigen Leistungsmodul. Intern sind das Leistungsmodul und der Wicklungsaufbau eines jeweiligen Submoduls über mindestens drei Anschlüsse elektrisch verbunden. Extern besteht das jeweilige Submodul aus zwei Anschlüssen.
• Die Erfindung ermöglicht mitunter den modularen Aufbau einer elektrischen Maschine mit integrierter Leistungselektronik. Folgende Vorteil können durch einen oder mehrere Aspekte zumindest teilweise erreicht werden:
• - Echte Modularisierbarkeit und Integration des Phasen- und Leistungselektronikaufbaus durch Segmentierung über den Umfang und damit verbunden eine hohe Packungsdichte bzw. hohe Leistungsdichte des Gesamtsystems;
• - Höchstmöglicher Kupferfüllfaktor in der Nut (nahe 100%, Minimum an ohmschen Widerständen bzw. umgekehrt ein Minimum an Platzbedarf).
• - Geringer Wickelkopfanteil (Minimierung der ohmschen Widerstände und Minimierung der Kontaktstellen);
• - Kürzeste Leitungslängen zwischen Motor und Leistungselektronik (Minimierung der ohmschen Widerstände und Minimierung der Materialaufwände für Kabel und Verbindungselemente);
• - Lösung des Zielkonflikts zwischen niedriger induzierter Spannung der elektrischen Maschine einerseits vs. hohem Spannungsniveau der Energiequelle bei hohen Leistungen (Nutzung Hochvolt (HV) -Batterie / 800V-Spannungsklasse) andererseits;
• - Kompatibilität zu anderen Technologien z. B. Teilmotorkonzepte, direkte Leiterkühlung, Strom-/Drehmomentregelung, geberlose Regelung, etc.;
• - Keine motorseitigen Nachteile in Bezug auf die jeweilige Betriebsweise (z. B. Drehmomentrippel, Verluste);
• - Einfacherer Aufbau und Fertigung (einfache Montage- und Verbindungsprozesse der Wicklungen, etc.); und
• - Keine Leistungselektronikseitigen Nachteile (niederfrequente pulsierende Leistungen, komplizierte Schaltungstopologien, spezielle elektronische Bauteile).
• Auch wenn einige der voranstehend/nachstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch auf den Stator und die elektrische Maschine zutreffen. Genauso können die voranstehend/nachstehend in Bezug auf den Stator und die elektrische Maschine beschriebenen Aspekte in entsprechender Weise auf das Verfahren zutreffen.
• Ebenfalls versteht sich, dass die vorliegend verwendeten Begriffe lediglich der Beschreibung einzelner Ausführungsformen dienen und nicht als Einschränkung gelten sollen. Sofern nicht anders definiert, haben alle vorliegend verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die Bedeutung, die dem allgemeinen Verständnis des Fachmannes auf dem für die vorliegende Offenbarung relevanten Fachgebiet entspricht; sie sind weder zu weit noch zu eng zu fassen. Werden vorliegend Fachbegriffe unzutreffend verwendet und bringen so den technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung nicht zum Ausdruck, sind diese durch Fachbegriffe zu ersetzen, die dem Fachmann ein richtiges Verständnis vermitteln. Die vorliegend verwendeten allgemeinen Begriffe sind auf der Grundlage der im Lexikon befindlichen Definition oder dem Zusammenhang entsprechend auszulegen; hierbei ist eine zu enge Auslegung zu vermeiden.
• Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsformen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. Bei der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wird auf ausführliche Erläuterungen bekannter verbundener Funktionen oder Konstruktionen verzichtet, sofern diese unnötig vom Sinn der vorliegenden Offenbarung ablenken. Dabei zeigen alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Die Abmessungen und Proportionen der in den Figuren gezeigten Komponenten sind hierbei nicht unbedingt maßstäblich; sie können bei zu implementierenden Ausführungsformen vom hier Veranschaulichten abweichen. Insbesondere können, in den Figuren, die Dicke der Linien, Schichten und/oder Regionen der Klarheit halber übertrieben oder untertrieben sein.
• Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Submoduls eines Stators;
• 2 eine schematische Darstellung eines Stators mit axialer Verlängerung von einer ersten Stirnseite weg, d.h. einseitig;
• 3 eine schematische Darstellung eines Stators mit radialer Verlängerung, einseitig;
• 4 eine schematische Darstellung eines Stators mit axialer Verlängerung von beiden Stirnseiten weg, d.h. zweiseitig;
• 5 eine schematische Darstellung eines Stators mit radialer Verlängerung, zweiseitig;
• 6 eine schematische Darstellung einer DC-seitigen Serienschaltung der Submodule;
• 7 eine schematische Darstellung eines Leistungsmoduls;
• 8 eine schematische Darstellung einer parallelen Verschaltung der Submodule;
• 9 eine schematische Darstellung einer seriell-parallel Verschaltung der Submodule;
• 10 eine schematische Darstellung einer ersten Variante eines integralen DC-DC-Wandlers;
• 11 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante eines integralen DC-DC-Wandlers;
• 12 eine schematische Darstellung einer ersten Variante mit integriertem DC-DC-Wandler in den Submodulen;
• 13 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante mit integriertem DC-DC-Wandler in den Submodulen;
• 14 eine schematische Darstellung einer verteilten Einschichtwicklung mit einseitiger Anordnung der Leistungsmodule;
• 15 eine schematische Darstellung einer verteilten Einschichtwicklung mit zweiseitiger Anordnung der Leistungsmodule;
• 16 eine schematische Darstellung einer verteilten Einschichtwicklung mit größerer Spulenweite und höherer Windungszahl;
• 17 eine schematische Darstellung einer verteilten Einschichtwicklung mit höherer Überlappung als Kombinationsform;
• 18 eine schematische Darstellung einer Zweischichtwicklung mit Überlappung;
• 19 eine schematische Darstellung einer Zweischichtwicklung ohne Überlappung;
• 20 eine schematische Darstellung einer Zweischichtwicklung ohne Überlappung;
• 21 eine schematische Darstellung einer verteilten Zweischichtwicklung mit 5/6 Sehnung ohne Überlappung; und
• 22 eine schematische Darstellung einer verteilten Zweischichtwicklung mit 5/6 Sehnung mit Überlappung;
• Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
• Der Stator der elektrischen Maschine wird nun anhand von Ausführungsformen beschrieben.
• Die erfinderische Lösung besteht aus einem über den Umfang einer elektrischen Maschine segmentierten Wicklungsaufbau im Stator 1, dessen jeweiligen Anschlüsse möglichst direkt (auf kürzestem Weg bzw. kleinstem Bauraum) mit leistungselektronischen Modulen 4 verbunden sind. Somit bestehen die kleinsten, identischen Einheiten bzw. Segmente (= Submodule 2) aus einem Statorsegment mit seinem lokalen Wicklungsaufbau 3 und dem zugehörigen Leistungsmodul 4, siehe 1. Intern sind das Leistungsmodul 4 und der Wicklungsaufbau 3 des Statorsegments elektrisch über mindestens drei Anschlüsse (S1, S2, S3) verbunden und nach außen hin weist das Submodul 2 zwei Anschlüsse (DC+ 9 und DC- 10) auf.
• Dieses Submodul 2 stellt die kleinste Einheit als Teilsystem dar. Durch die zylinderförmige Anordnung mehrerer gleicher Submodule 2 entsteht ein Stator 1 eines elektrischen Antriebs auf modulare Weise. Dieser erzeugt im Luftspalt ein für den Betrieb erforderliches magnetisches Drehfeld, so dass an einem Rotor ein Drehmoment erzeugt werden kann. Die Aufbauweise ist dabei unabhängig vom Wirkprinzip des Motors und kann damit prinzipiell für alle Arten von elektrischen Maschinen (permanentmagneterregte Synchronmaschine, Reluktanzmaschine, fremderregte Synchronmaschine, Asynchronmaschine sowie entsprechende Kombinationen) universell angewendet werden.
• Das jeweilige Leistungsmodul 4 kann dabei unter der Berücksichtigung von kürzesten Anschlüssen an das Motorsegment durch verschiedene Varianten direkt neben dem zugehörigen Motorsegment platziert werden. Das Motorsegment bezeichnet hierbei das Statorsegment mit Wicklungsaufbau 3.
• Bei nur einseitiger Anordnung der Leistungsmodule 4:
• - stirnseitig in axialer Verlängerung zum Motorsegment (siehe 2); und
• - nach außen in radialer Verlängerung zum Motorsegment (siehe 3).
• Bei zweiseitiger Anordnung, zum Beispiel als zwei zueinander verdreht angeordnete Gruppen, insbesondere wenn sich aufgrund des Wicklungsaufbaus Motorsegmente räumlich überlappen:
• - stirnseitig in axialer Verlängerung zum Motorsegment (4); und
• - nach außen in radialer Verlängerung zum Motorsegment (5).
• Die Abmessungen der Leistungsmodule 4 und Statorsegmente können hierbei variieren, entscheidender sind die erläuterten Anordnungen mit sich berührenden Flächen, so dass minimale Längen von internen elektrischen Verbindungen entstehen.
• In jedem Statorsegment eines Submoduls 2 erfolgt die Realisierung von Wicklungen 3 mit sehr niedriger Windungszahl und großem Leiterquerschnitt respektive hohem Kupferfüllfaktor, um ein Minimum an ohmschen Verlusten zu erreichen. Die fertigungstechnische Umsetzung kann hierbei durch Einzelstäbe in den Nuten (vergleiche I-Pin, Spulenwindungszahl 0,5) oder zumindest einer minimalen Anzahl von Windungen pro Nut, welche z. B. U-förmig vergleichbar zu Hairpin-Wicklungen eingebracht werden können.
• Das Verfahren bzw. Bildungsgesetz zur Beschreibung des Aufbaus und Generierung sämtlicher möglicher Wicklungsaufbauten ist im Folgenden beschrieben. Diese Vorgehensweise beschreibt allgemein die Bildung aller möglicher Wicklungssysteme, welche dem geforderten Charakter einer Segmentierung über den Umfang des Stators der elektrischen Maschine hinweg genügen.
• Das Vorgehen beinhaltet das Festlegen der Nutzahl (N), der Polpaarzahl (p) und der Phasenzahl (m) abhängig von Wicklungsfaktor (ξ) und Oberwellenstreuung ((σ_o).
• Hierbei ist $$m\ge 3\text{und}m\ne 2^x\text{mit x}\in \mathbb{N}$$

  
• Auslegungsansatz: Spannungsaufteilung der DC-Zwischenkreisspannung, um Halbleiterbauelemente kleinerer Spannungslage zu nutzen. Die Spannungslage der MOSFETs und DC-Zwischenkreisspannung ergeben die Anzahl der Teilmodule Jeweils die Verschaltung von m Spulenseiten (m mod 2 ≠ 0) oder von $\frac{m}{2^x}$

  

  Spulenseiten (m mod 2 = 0, m mod 2^x ≠ 0, x E N\{0}) in einen Sternpunkt Bedingung:
• - Versatz der Induktionsspannung um $\frac{2\pi }{m}$
  
  der m Spulenseiten zueinander (m mod 2 ≠ 0)
• - Versatz der Induktionsspannung um $\frac{2^x\cdot 2\pi }{m}\text{der}\frac{m}{2^x}$
  
  Spulenseiten zueinander (m mod 2 = 0)
• - Spulenseiten sollten mglst. nahe beieinanderliegen
• Jeweils die Verschaltung von m Spulenseiten (m mod 2 ≠ 0) oder von $\frac{m}{2^x}$

  

  Spulenseiten (m mod 2 = 0, m mod 2^x ≠ 0, x ∈ ℕ\{0}) in einen Sternpunkt, wobei vor jeder dieser Spulenseiten k Spulenseiten der gleichen Phase in Serie geschaltet sind.
• Bedingung:
• - Spulenseitenorientierung nach Nutenstern muss eingehalten werden
• - Die k seriell verbundenen Spulenseiten können einen beliebigen Phasenversatz zueinander aufweisen
• - Falls die Spulenseiten in benachbarten Nuten liegen, kann der Verschaltungsaufwand reduziert werden (ist aber keine Bedingung)
• - Versatz der Induktionsspannung um $\frac{2\pi }{m}$
  
  der Gesamtinduktion der (k + 1) seriell verschalteten Spulenseiten zu den anderen (m - 1) Teilsystemen mit jeweils (k + 1) seriell verschalteten Spulenseiten, die alle gemeinsam in einen Sternpunkt verschaltet sind, bei (m mod 2 ≠ 0)
• - Bei (m mod 2 = 0) gilt entsprechend $\frac{2^x\cdot 2\pi }{m}$
  
  der Gesamtinduktion der (k + 1) sem riell verschalteten Spulenseiten zu den anderen $\left(\frac{m}{2^x}-1\right)$
  
  Teilsystemen mit jeweils (k + 1) seriell verschalteten Spulenseiten
• Je nach Wicklungsansatz und Segmentierungsgrad kann damit eine unterschiedliche Anzahl an Submodulen 3, welche den gesamthaften Stator 1 bilden aufgebaut werden. Die maximale Modularität im Sinne der maximalen Anzahl an realisierbaren Segmenten über den Umfang wird dabei durch die Schichtzahl (Ein- oder Zweischichtwicklung), die Nutzahl N und die Phasenzahl m bestimmt. Die Phasenzahl drei stellt aufgrund des notwendigen Minimums für die Erzeugung eines Dreh- bzw. bezogen auf das Motorsegment eines Wanderfelds eine vorteilhafte Lösung dar. Mit einer Phasenzahl drei erreicht für ein Leistungselektroniksubmodul eine konstante Leistung und außerdem drei symmetrisch belastete Phasen. Das Bildungsgesetz ist aber nicht hierauf beschränkt und beschreibt die Realisierung für beliebige Phasenzahlen. Außerdem können höhere Phasenzahlen des Motors ebenfalls mit Submodulen 2 geringerer Phasenzahl erzeugt werden, wenn die geringere Phasenzahl einen Teiler der höheren darstellt. Alle weiteren Beschreibungen beschränken sich folglich auf dreiphasige Varianten, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist.
• Der Zielkonflikt zwischen niedriger Wicklungsspannung aufgrund der geringen Zahl an Windungen der Spulen in einem Motorsegment und hoher Spannung der Energiequelle aufgrund von hoher zu übertragender Leistung wird durch die Verschaltung der Module auf der Gleichspannungs- bzw. DC-Seite, vorzugsweise vergleichbar mit dem Prinzip des „Modularen Hochfrequenz Umrichters“ oder „stacked polyphase bridges converter“ durch eine Serienschaltung gelöst, siehe 6.
• Unter dem Begriff „Leiter“ sind ohne weitere Einschränkungen folgende Realisierungsformen denkbar: massiver Stab, getrennte Realisierung durch mehrere Stäbe oder Profildrähte (parallel geführt und verschaltet), (Hochfrequenz-)Litze (ggf. mit isolierten Einzelleiter).
• Das Leistungsmodul 4 innerhalb des Submoduls 2 (siehe 7) beinhaltet eine leistungselektronische Schaltung basierend auf Leistungshalbleiter wie Transistoren 7 und Dioden 8 sowie einem lokalen Zwischenkreiskondensator 5. Eine vorteilhafte Umsetzung erfolgt durch die Drehstrombrückenschaltung mit drei Halbbrücken 6 entsprechend den drei Phasen des Wicklungsaufbaus im Statorsegment. Jede Halbbrücke 6 besteht aus zwei Transistoren 7 in Serie sowie zum Beispiel einer antiparallel geschalteten Freilaufdiode 8. Bei den Transistoren 7 können verschiedene Typen, wie z. B. IGBTs, MOSFETs, HEMTs, Bipolartransistoren, GTOs zum Einsatz kommen. Sowohl die Dioden 8 als auch Transistoren 7 können auf hierfür typischen Halbleitermaterialien wie Silizium, Siliziumkarbid, Galliumnitrid oder zukünftig auch weiteren geeigneten Materialien basieren.
• Zur Erzeugung eines Drehspannungssystems, welches in Amplitude und Frequenz variabel gemäß dem Betriebspunkt des gesamthaften elektrischen Antriebs eingestellt wird, kommen typische Modulationsverfahren bzw. eine Pulsbreitenmodulation zum Einsatz. Jedes Leistungsmodul 4 enthält darüber hinaus eine Steuer- und Regeleinheit, welche die Ansteuerung der Transistoren 7, Erfassung von elektrischen Größen wie lokale Zwischenkreisspannung und Phasenströme realisiert sowie Schnittstellen zur Kommunikation mit den benachbarten Submodulen 2 bzw. mit einem zentralen Steuergerät aufweist (in Abbildungen nicht dargestellt).
• Die DC-seitige Verschaltung der Submodule 2 über ihre jeweiligen beiden Anschlüsse DC+ und DC- kann abhängig von der erforderlichen Spannungsanpassung zwischen der Energiequelle und den Modulen unterschiedlich realisiert werden: alle seriell (siehe 6), alle parallel (siehe 8) oder in Gruppen gemischt parallel und seriell (siehe 9).
• Zum Beispiel kann in das Gesamtsystem oder in jedes Leistungsmodul 4 ein DC-DC-Wandler zur Spannungsanpassung im Betrieb integriert werden. Hierzu können verschiedene Varianten vorgesehen sein. 10 zeigt eine erste Variante und 11 eine zweite Variante mit einer zentralen Drossel 11, hinsichtlich des DC-seitigen Anschlusses an die zugehörige Halbbrücke 6 des DC-DC-Wandlers sind auch gemischte Formen möglich, diese Varianten sind grundsätzlich mit dem Modularen Hochfrequenz Umrichter vergleichbar. 12 zeigt eine dritte Variante und 13 eine vierte Variante mit integrierter Drossel und zum Beispiel zusätzlichem Kondensator, wobei in jedem Submodul 2 ein DC-DC-Wandler integriert ist.
• Zurückkommend auf 3 sei ergänzt, dass dort die Radialrichtung mit dem Bezugszeichen 12, die Axialrichtung mit dem Bezugszeichen 13 und die Umfangsrichtung mit dem Bezugszeichen 14 markiert ist.
• Die nachfolgenden Varianten stellen aus qualitativer Sicht vorteilhafte Lösungen bezüglich des Kupferfüllfaktors bzw. geringer Windungszahl, bezüglich einer strikten Modularisierung oder auch bezüglich einer möglichst kurzen Segmentierung über wenige Nuten entlang des Umfangs dar.
• Bei den Wicklungsaufbauten 3 und damit der Statorsegmente sind grundsätzlich zwei Formen bezüglich der sogenannten „Überlappung“ zu unterscheiden. Im ersten Fall können benachbarte Wicklungsaufbauten 3 räumlich getrennt voneinander aufgebaut und damit nicht überlappend realisiert werden. Im zweiten Fall gilt diese räumliche Trennung nicht mehr und es kommt aufgrund des Wicklungsprinzips zur räumlichen Überlappung zweier oder auch mehrerer Wicklungsaufbauten 3 von benachbarten Submodulen 2. Auch wenn hier die Wicklungsaufbauten 3 und damit die Statorsegmente ein bestimmtes Volumen gemeinsam nutzen, bleiben die Leistungsmodule 4 der benachbarten Submodule 2 weiterhin räumlich getrennt voneinander.
• Für die Realisierungsform der Wicklungsaufbauten mit einem Leiter pro Nut (in Einschichtwicklung), was damit einem Maximum an erreichbarem Kupferfüllfaktor entspricht, gibt es die nachfolgenden Varianten.
• 14 und 15 stellen einen Wicklungsaufbau dar, bei dem sich die Submodule 2 im Bereich der Wicklungsaufbauten 3 räumlich überlappen. Dies liegt an der dargestellten Phasenfolge in den Nuten und der am einfachsten zu realisierenden Verschaltung der drei Leitern entsprechend der drei Phasen. Diese drei Leiter werden auf einer Seite mit einer sogenannten Sternpunktverbindung kontaktiert und auf der anderen Seite über die drei Anschlüsse mit dem Leistungsmodul 4 verbunden.
• Aufgrund der Überlappung eignet sich hier eine zweiseitige Anordnung (siehe 15) der Leistungsmodule an die sich überlappenden Motorsegmente vorteilhaft im Vergleich zu einer einseitigen Anordnung (siehe 14).
• 16 stellt eine Variante dar, bei der weiterhin ein Leiter pro Nut eingebracht wird. Jede Phase wird hierbei gemäß 16 mit Hilfe von zwei Windungen realisiert wobei vier Leitungsabschnitte zwei Mal zwei benachbarte Nuten belegen. Wie zuvor werden die ersten Enden der Windungen der einzelnen Phasen mit einer Sternpunktverbindung kontaktiert und die zweiten Enden mit dem Leistungsmodul verbunden. Da in dieser Variante keine räumliche Überlappung der Motorsegmente auftritt, kann die einseitige Anordnung der Leistungsmodule 4 vorteilhaft erfolgen.
• Bei Kombination der vorangegangenen Merkmale, also ein Leiter pro Nut, welcher gleichzeitig eine Phase bildet (siehe 17) ergibt sich ein Wicklungsaufbau mit geringster Windungszahl bei vergleichsweise großer Überlappung.
• Durch Wicklungsaufbauten mit zwei Leitern pro Nut (Zweischichtwicklung mit Zahnspulenwicklung oder gesehnter verteilter Wicklung), können in Bezug auf eine möglichst kurze Segmentierung weitere vorteilhafte Varianten realisiert werden.
• 18 zeigt einen Aufbau, bei dem jede Phase aus nur einer Leitung in einer Nut besteht und vergleichbar zu 13 und 14 verschaltet sind. Pro Nut sind zwei Leiter von unterschiedlichen Phasen eingebracht. Diese Form stellt die kürzeste Segmentierung dar, bei der ein Statorsegment lediglich drei benachbarte Nuten umfasst. Aufgrund der Überlappung der Motorsegmente ist die Realisierung durch eine zweiseitige Anordnung vorteilhaft.
• 19 zeigt eine Variante bei der wechselweise zwei Leiter derselben und dann zwei Leiter von unterschiedlichen Phasen eingebracht werden. Hieraus entstehen zwei Windungen pro Phase, wobei sich die ergebenden Motorsegmente nicht überlappen, wodurch eine einseitige Anordnung der Leistungsmodule 4 ermöglicht wird. Weiterhin ist eine Sternpunktverbindung zwischen den einen Enden der Phasen und den drei Verbindungen zu dem Leistungsmodul 4 vorhanden.
• 20 führt den vorangegangenen Aspekt fort, so dass eine Phase vier benachbarte Nuten belegt und weiterhin zwei Leiter pro Nut eingebracht sind. Dabei kehrt sich der Wickelsinn in einer Phase von einer Windung zur nächsten um. Auch diese Variante vermeidet eine Überlappung der Motorsegmente, so dass eine einseitige Anbringung auch hier vorteilhaft umgesetzt werden kann.
• Es kann ferner eine Zweischichtwicklung als gesehnte verteilte Wicklung vorgesehen sein. Hierzu zeigt 21 die Variante mit weiterhin zwei Leitern pro Nut bei einer verteilten Wicklung. Sie weist vier Windungen pro Phase auf und kann überlappungsfrei realisiert werden. Ferner zeigt 22 ausgehend von 20 die Variante bei halbierter Windungszahl und doppelter Zahl von Submodulen 2. Hier ist die zweiseitige Anordnung der Leistungsmodule 4 aufgrund der sich überlappenden Motorsegmente von Vorteil.
• Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung in allen Arten von elektrischen Antriebssystemen im Bereich E-Mobility eingesetzt werden, z. B. eAchsen, Hybridmodule, DHT(= Dedicated Hybrid Transmission)-Systemen, Radnabenantriebe. Auch ein Einsatz in elektrischen Antrieben für industrielle Zwecke ist möglich.
• Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorangehend detailliert beschriebenen Beispiele und Figuren erwähnt und beschrieben wurden, können ferner mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein ähnliches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal zusätzlich in das andere Beispiel einzubringen.
• Die Erfindung ist nicht in irgendeiner Weise auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es werden im Gegenteil viele Möglichkeiten für Modifikationen daran einem Durchschnittsfachmann ersichtlich, ohne von der zugrundeliegenden Idee der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
• Bezugszeichenliste

1

Stator

2

Submodul

3

Wicklung

4

Leistungsmodul

5

Zwischenkreiskondensator

6

Halbbrücke

7

Transistor

8

Diode

9

DC+

10

DC-

11

Drossel

12

Radialrichtung

13

Axialrichtung

14

Umfangsrichtung

S1

Drehstromanschluss 1

S2

Drehstromanschluss 2

S3

Drehstromanschluss 3

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102014105642 A1 [0003]
• DE 102014110299 A1 [0004]
• DE 102014113489 A1 [0005]
• DE 102014114615 A1 [0006]
• DE 102014118356 A1 [0007]
• DE 102016107937 A1 [0008]
• DE 102016118634 A1 [0009]
• DE 102017116145 B3 [0010]

Claims (10)

1. Stator (1) für eine elektrische Maschine, umfassend eine Vielzahl von Submodulen (2), die sich voneinander getrennt über den Umfang des Stators (1) erstrecken, wobei jedes Submodul (2) eine eigene Wicklung (3) besitzt und ein eigenes der Wicklung (3) zugeordnetes Leistungsmodul (4) zum Wandeln von Gleichstrom in Wechselstrom.
2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Submodul (2) mehrere eigene Wicklungen (3) besitzt und der Wechselstrom ein Mehrphasenwechselstrom ist.
3. Stator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Leistungsmodul (4) einen eigenen DC+ (9) und DC- (10) Anschluss und drei Phasenanschlüsse zum Beaufschlagen der Wicklungen (3) mit dem Mehrphasenwechselstrom besitzt und vorzugsweise alle Leistungsmodule (4) seriell verschaltet sind, in dem jeweils der DC+ (9) Anschluss der Leistungsmodule (4) mit dem DC- (10) Anschluss des dem entsprechenden Leistungsmodul (4) direkt benachbarten Leistungsmoduls (4) verbunden ist.
4. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Leistungsmodul (4) der Submodule (2) ein eigenes Bauteil der Gruppe aus Zwischenkreiskondensator (5), Halbbrücke (6), Transistor (7) und Diode (8) enthält.
5. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Submodule (2) oder alle Submodule (2) eine solche Einhausung aufweisen, die ein Handling der Submodule (2) ermöglicht.
6. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Leistungsmodul (4) auf einer ersten Stirnseite der Wicklung (3) angeordnet ist oder die Leistungsmodule (4) immer über den Umfang gesehen abwechselnd von einem Submodul (2) zum über den Umfang gesehen benachbarten Submodul (2) auf der ersten Stirnseite und zweiten Stirnseite angeordnet sind.
7. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Submodul (2) über die Axiallänge gesehen einen gleichbleibend breiten Bauraum einnimmt oder der Bauraum an einer Stirnseite größer als in einem davon beabstandeten Innenbereich ist.
8. Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Submodule (2) zusammen im Umfang gesehen zusammengefügten Block bilden.
9. Elektrische Maschine mit einem Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem Rotor.
10. Verfahren zum Zusammenbauen eines Stators (1), vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 8, für eine elektrische Maschine, vorzugsweise nach Anspruch 9, umfassend: Bereitstellen einer Vielzahl von Submodulen (2), wobei jedes Submodul (2) ein eigenes Leistungsmodul (4) mit daran angeschlossener Wicklung (3) besitzt; und Zusammensetzen der Submodule zu dem Stator (1).

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