DE102021118767B4

DE102021118767B4 - Stator winding with layer-dependent partial wire diameters

Info

Publication number: DE102021118767B4
Application number: DE102021118767.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hubert; Michael Reinlein
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-07-20
Publication date: 2023-07-20
Anticipated expiration: 2041-07-21
Also published as: DE102021118767A1

Abstract

Stator einer mehrphasigen elektrischen Maschine, wobei der Stator (201) entlang einer axialen Länge verlaufende Nuten aufweist, wobei eine jeweilige Nut mit einer Nutbreite und zwischen einem Nutgrund (101) und einer Nutöffnung (103) mit einer Nuthöhe gebildet ist, wobei über die Nuten eine Statorwicklung mit einer Vielzahl von Leiterelementen (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) gebildet ist, wobei ein jeweiliges Leiterelement (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) in mindestens einer Nut verläuft und außerhalb der mindestens einen Nut an seinem jeweiligen Ende mit einem jeweiligen Ende eines anderen Leiterelementes (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) verbunden ist, wobei in einer jeweiligen Nut jeweilige Leiterelemente (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) in mehreren Lagen (221, 222, 223, 224, 225, 226) angeordnet sind, wobei durch die Anordnungen und Verbindungen der jeweiligen Leiterelemente (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) eine einzelne Phase der mehreren Phasen der elektrischen Maschine gebildet ist und dabei über die Nuten verteilt jede Lage der mehreren Lagen (221, 222, 223, 224, 225, 226) mit den jeweiligen Leiterelementen (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) der einzelnen Phase durchpermutiert ist, wobei das jeweilige Leiterelement (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) eine vorgegebene Zahl an gleichen Teildrähten mit einem für das jeweilige Leiterelement (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) vorgegebenen Durchmesser aufweist, wobei die Teildrähte gegeneinander isoliert sind und am jeweiligen Ende des jeweiligen Leiterelementes (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) parallel verschaltet sind, wobei das jeweilige Leiterelement (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) eine Form mit rechteckigem Querschnitt aus Nutbreite und einer jeweiligen vorgegebenen Leiterhöhe aufweist, wobei eine Summe über alle jeweilig vorgegebenen Leiterhöhen der in einer jeweiligen Nut angeordneten Leiterelemente (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) der Nuthöhe entspricht, wobei der vorgegebene Durchmesser der Teildrähte der in einer jeweiligen Nut angeordneten Leiterelemente (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) mit einem Abstand der jeweiligen Lage der jeweiligen Leiterelemente (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) vom Nutgrund (101) abnimmt, wobei alle Leiterelemente (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) einen gleichen vorgegebenen ohmschen Widerstand aufweisen, so dass, bedingt durch den jeweilig vorgegebenen Durchmesser, die jeweilige Zahl an gleichen Teildrähten im jeweiligen Leiterelement (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) physikalisch vorgegeben ist.Stator of a multi-phase electrical machine, wherein the stator (201) has slots running along an axial length, each slot being formed with a slot width and between a slot base (101) and a slot opening (103) with a slot height, with a stator winding having a large number of conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121 , 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128), wherein a respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 12 8) runs in at least one groove and is connected outside the at least one groove at its respective end to a respective end of another conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128), wherein in a respective groove respective conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) are arranged in several layers (221, 222, 223, 224, 225, 226), whereby the arrangements and connections of the respective conductor elements ( 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) a single phase of the plurality of phases of the electrical machine is formed, and each layer of the plurality of layers (221, 222, 223, 224, 225, 226) with the respective conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) of the individual phase is permutated, the respective conductor element (111, 112, 113 , 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) a predetermined number of identical partial wires with a for the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128). 125, 126, 127, 128) are connected in parallel, with the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) having a shape with a rectangular cross-section of groove width and a respective has a specified conductor height, with a total of all specified conductor heights of the conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) arranged in a respective slot corresponding to the slot height, with the specified diameter of the partial wires corresponding to the conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) arranged in the respective groove with a spacing of the respective position of the respective conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 1 16, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) from the bottom of the groove (101) decreases, with all conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) have the same predetermined ohmic resistance, so that, depending on the respective predetermined diameter, the respective number of the same partial wires in the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 12 5, 126, 127, 128) is physically predetermined.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgestaltung einer Wicklung in einem Stator einer elektrischen Maschine, deren zur Wicklung herangezogene Leiter mehrere Teildrähte mit einem von einer Lage in einer jeweiligen Nut abhängigen Teildrahtdurchmesser aufweisen. Ferner wird ein Verfahren beansprucht, welches eine Herstellung der Statorwicklung ermöglicht.The present invention relates to an embodiment of a winding in a stator of an electrical machine, the conductors used for the winding of which have a plurality of wire elements with a wire element diameter that is dependent on a position in a respective slot. Furthermore, a method is claimed which enables production of the stator winding.

Zur Traktion von Kraftfahrzeugen werden drei- oder mehrphasig ausgeführte rotierende elektrische Maschinen eingesetzt, welche aus einer Traktionsbatterie durch einen schnellschaltenden Umrichter mit hohen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten und hohen Taktfrequenzen gespeist werden. Gemeinhin weist eine solche elektrische Maschine einen Stator auf, in dessen Nuten elektrische Leiter je nach Art einer Statorwicklung verlaufen.For the traction of motor vehicles, three-phase or multi-phase rotating electrical machines are used, which are fed from a traction battery by a fast-switching converter with high voltage rise rates and high clock frequencies. Such an electrical machine generally has a stator, in the slots of which electrical conductors run, depending on the type of stator winding.

Die Druckschrift DE 316 944 A offenbart aus mehreren parallel geschalteten Einzelleiter bestehende elektrische Leiter für Nutenwicklungen. Die in der Nähe einer jeweiligen Nutöffnung liegenden Einzelleiter bestehen wiederum aus Einzelleitern kleineren Querschnitts oder aus Litze. Dagegen ist zumindest ein Teil der darunter in Richtung Nutgrund liegenden Einzelleitungen massiv ausgeführt.The pamphlet DE 316 944 A discloses electrical conductors for slotted windings consisting of several individual conductors connected in parallel. The individual conductors lying in the vicinity of a respective slot opening in turn consist of individual conductors with a smaller cross-section or stranded wires. On the other hand, at least part of the individual lines lying underneath in the direction of the bottom of the groove is solid.

Die DE 10 2014 223 202 A1 beschreibt, eine E-Maschine mit einem Stator, welche Nuten in axialer Richtung aufweist, wobei die Nuten über eine Nuthöhe mehrere parallel und seriell angeordnete Leiterelemente aufweisen, welche durchpermutiert sind.The DE 10 2014 223 202 A1 describes an electric machine with a stator, which has slots in the axial direction, the slots having a plurality of parallel and serially arranged conductor elements over a slot height, which are permuted through.

Die DE 10 2016 124 799 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für Elektromotoren, wobei in einem ersten Schritt eine Mehrzahl von flexiblen elektrischen Leitern zu einem Leiterbündel zusammengefasst wird und in einem zweiten Schritt zwei Endbereiche des Leiterbündels derart verpresst werden, dass ein zwischen den beiden Endbereichen ausgebildeter mittlerer Bereich des Leiterbündels flexibel bleibt.The DE 10 2016 124 799 A1 describes a method for producing a stator for electric motors, in which, in a first step, a plurality of flexible electrical conductors are combined to form a conductor bundle and, in a second step, two end regions of the conductor bundle are pressed in such a way that a central region of the conductor bundle formed between the two end regions remains flexible.

Die US 2016 / 0 013 692 A1 offenbart eine E-Maschine, bei welcher sich die Nutbreite in Abhängigkeit der Nuthöhe ändert. Die Leiterelemente werden so ausgeführt, dass die jeweilige Anzahl der Leiter pro Lage konstant ist, und die Leiterbreite bei abnehmender Leiterhöhe vergrößert wird, um somit die Querschnittsfläche aller Leiter gleich zu halten.The US 2016 / 0 013 692 A1 discloses an electric machine in which the slot width changes as a function of the slot height. The conductor elements are designed in such a way that the respective number of conductors per layer is constant and the conductor width increases as the conductor height decreases, in order to keep the cross-sectional area of all conductors the same.

Eine Leistungsdichte eines Elektromotors ist umso höher, je dichter die Nuten des Stators mit Leitermaterial gefüllt sind. Dabei können in einigen Anwendungen seit Neuerem verwendete sogenannte Pin-Wicklungen den herkömmlichen Statorwicklungen mit Runddraht überlegen sein. Zudem werden die konventionellen Runddrahtwicklungen den Bedürfnissen und Anforderungen der Automobilindustrie hinsichtlich hochautomatisierbarer Fertigung sowie definierter Bauräume und Komponenten nicht immer gerecht. Stattdessen finden vermehrt Massivleiterwicklungen wie I-Pin- und Hairpin-Wicklungen Anwendung. Während bei einer I-Pin-Wicklung nur ein einzelnes Leiterstück in eine Nut eingelegt wird, sind bei einer Hairpin-Wicklung zwei auf einer Seite über eine Art Bügel verbundene Schenkel (ähnlich zu einer Haarnadel) vorhanden, welche in zwei Nuten des Stators Platz finden. Eine Verbindung an jeweiligen Endseiten mit jeweiligen nächsten Leiterstücken setzt eine Windung der jeweiligen Wicklung zusammen. Solche Hairpin-Wicklungen vereinen die Vorteile einer automatisierbaren Fertigung und eines hohen Nutfüllfaktors mit einer guten thermischen Anbindung der Wicklung an das Statoreisen. Allerdings weisen sie auch eine geringere Flexibilität bei der Wahl der Windungszahl auf und sind anfällig für Stromverdrängungseffekte.The power density of an electric motor is higher the more densely the slots of the stator are filled with conductor material. The so-called pin windings used recently in some applications can be superior to the conventional stator windings with round wire. In addition, the conventional round wire windings do not always meet the needs and requirements of the automotive industry in terms of highly automated production and defined installation spaces and components. Instead, solid conductor windings such as I-pin and hairpin windings are increasingly being used. While with an I-pin winding only a single conductor piece is inserted into a slot, a hairpin winding has two legs connected on one side by a type of bracket (similar to a hairpin), which can be accommodated in two slots of the stator . A connection at respective end sides with respective closest conductor pieces composes one turn of the respective winding. Such hairpin windings combine the advantages of automated production and a high slot fill factor with a good thermal connection of the winding to the stator iron. However, they also have less flexibility in choosing the number of turns and are susceptible to current crowding effects.

Der Wirkwiderstand der Statorwicklung ändert sich durch Stromverdrängung mit steigender Frequenz. In der Fachliteratur werden Stromverdrängungseffekte in den Nutenleitern einer Ständerwicklung häufig in zwei Fälle, Stromverdrängung erster Ordnung und Stromverdrängung zweiter Ordnung, unterschieden. Stromverdrängung erster Ordnung wird durch unterschiedliche Selbstinduktionsspannungen in den parallelen Teildrähten hervorgerufen (Kreisstromeffekt) und führt dazu, dass die Stromdichte innerhalb der parallelen Teildrähte einer Windung nicht gleichmäßig verteilt ist und sog. Schlingströme auftreten können. Bei Stromverdrängung zweiter Ordnung führen Stromwirbel, die sich über die Länge eines jeweiligen Teildrahts frei ausbreiten, in jedem Teildraht dazu, dass die Stromdichte im einzelnen Teildraht selbst ungleichmäßig wird (Wirbelstromeffekt). Bei geringen Leiterhöhen ist dieser Effekt in der Wicklung der Ständernut bei gewöhnlichen Frequenzen jedoch relativ gering. Stromverdrängung zweiter Ordnung muss in der Regel erst bei größeren Leiterhöhen, wie sie häufig bei Profilleitern wie bspw. Hairpin- oder I-Pin-Wicklungen vorkommen, berücksichtigt werden.The effective resistance of the stator winding changes due to current displacement with increasing frequency. In the specialist literature, current displacement effects in the slot conductors of a stator winding are often divided into two cases, first-order current displacement and second-order current displacement. First-order current displacement is caused by different self-induction voltages in the parallel partial wires (circulating current effect) and means that the current density is not evenly distributed within the parallel partial wires of a winding and so-called loop currents can occur. In the case of second-order current displacement, current eddies that propagate freely over the length of a respective partial wire cause the current density in the individual partial wire itself to become non-uniform (eddy current effect). With small conductor heights, however, this effect in the winding of the stator slot is relatively small at normal frequencies. As a rule, second-order current displacement only has to be taken into account with larger conductor heights, as is often the case with profile conductors such as hairpin or I-pin windings.

In der Druckschrift DE 10 2019 109 516 A1 besteht eine Pin-Wicklung als Stapel mit mehreren voneinander elektrisch isolierten Schichten aus Flachdraht. Durch die Verwendung der zahlreicher Flachdrähte wird ein Einfluss des Skin-Effekts deutlich reduziert.In the pamphlet DE 10 2019 109 516 A1 a pin winding consists of a stack with several layers of flat wire that are electrically isolated from one another. The use of numerous flat wires significantly reduces the influence of the skin effect.

Die Druckschrift DE 10 2019 113 432 A1 beschreibt eine Kombination aus Flachdraht-Leiterelementen und Litzen-Leiterelementen bei der Wicklung eines Stators. Mindestens ein Litzen-Leiterelement ist nahe zur Nutöffnung angeordnet, und mindestens ein Flachdraht-Leiterelement ist nahe zum Nutgrund angeordnet.The pamphlet DE 10 2019 113 432 A1 describes a combination of flat-wire conductor elements and stranded conductor elements in the winding of a stator. At least one stranded conductor element is arranged close to the slot opening, and at least one flat-wire conductor element is arranged close to the bottom of the slot.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stator mit einer Statorwicklung zur Verfügung zu stellen, bei dem die Statorwicklung einen hohen Füllfaktor aufweist und die Leiter der Statorwicklung möglichst unempfindlich gegen Stromverdrängungseffekte sind. Zudem soll ein Verfahren bereitgestellt werden, welches eine Herstellung der Statorwicklung ermöglicht.Against this background, it is an object of the present invention to provide a stator with a stator winding in which the stator winding has a high fill factor and the conductors of the stator winding are as insensitive as possible to current displacement effects. In addition, a method is to be provided which enables production of the stator winding.

Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Stator einer mehrphasigen elektrischen Maschine vorgeschlagen, wobei der Stator entlang einer axialen Länge verlaufende Nuten aufweist, wobei eine jeweilige Nut mit einer Nutbreite und zwischen einem Nutgrund und einer Nutöffnung mit einer Nuthöhe gebildet ist, und wobei über die Nuten eine Statorwicklung mit einer Vielzahl von Leiterelementen gebildet ist. Ein jeweiliges Leiterelement verläuft in mindestens einer Nut und ist außerhalb der mindestens einen Nut an seinem jeweiligen Ende mit einem jeweiligen Ende eines anderen Leiterelementes verbunden. In einer jeweiligen Nut sind jeweilige Leiterelemente in mehreren Lagen angeordnet, wobei durch die Anordnungen und Verbindungen der jeweiligen Leiterelemente eine einzelne Phase der mehreren Phasen der elektrischen Maschine gebildet ist und dabei über die Nuten verteilt jede Lage der mehreren Lagen mit den jeweiligen Leiterelementen der einzelnen Phase durchpermutiert ist. Das jeweilige Leiterelement weist eine vorgegebene Zahl an gleichen Teildrähten mit einem für das jeweilige Leiterelement vorgegebenen Durchmesser auf. Die Teildrähte sind gegeneinander isoliert und am jeweiligen Ende des jeweiligen Leiterelementes parallel verschaltet. Das jeweilige Leiterelement weist eine Form mit rechteckigem Querschnitt aus Nutbreite und einer jeweiligen vorgegebenen Leiterhöhe auf, wobei eine Summe über alle jeweilig vorgegebenen Leiterhöhen der in einer jeweiligen Nut angeordneten Leiterelemente der Nuthöhe entspricht. Der vorgegebene Durchmesser der Teildrähte der in einer jeweiligen Nut angeordneten Leiterelemente nimmt mit einem Abstand der jeweiligen Lage der jeweiligen Leiterelemente vom Nutgrund ab. Mindestens alle parallel geschalteten Leiterelemente weisen vorzugsweise einen gleichen vorgegebenen ohmschen Widerstand auf, so dass, bedingt durch den jeweilig vorgegebenen Durchmesser, die jeweilige Zahl an gleichen Teildrähten im jeweiligen Leiterelement physikalisch vorgegeben ist.To solve the above-mentioned problem, a stator of a multi-phase electrical machine is proposed, the stator having slots running along an axial length, each slot being formed with a slot width and between a slot base and a slot opening with a slot height, and with over the A stator winding is formed with a plurality of conductor elements grooves. A respective conductor element runs in at least one groove and is connected at its respective end to a respective end of another conductor element outside of the at least one groove. Conductor elements are arranged in a plurality of layers in a respective slot, with the arrangements and connections of the respective conductor elements forming a single phase of the plurality of phases of the electrical machine, with each layer of the plurality of layers being distributed over the slots with the respective conductor elements of the individual phase is permuted. The respective conductor element has a predetermined number of identical partial wires with a diameter predetermined for the respective conductor element. The partial wires are insulated from one another and connected in parallel at the respective end of the respective conductor element. The respective conductor element has a shape with a rectangular cross-section made up of the slot width and a respective predetermined conductor height, with a total of all respectively predetermined conductor heights of the conductor elements arranged in a respective slot corresponding to the slot height. The predetermined diameter of the partial wires of the conductor elements arranged in a respective groove decreases with a distance of the respective layer of the respective conductor elements from the bottom of the groove. At least all conductor elements connected in parallel preferably have the same predetermined ohmic resistance, so that, due to the respectively predetermined diameter, the respective number of the same partial wires in the respective conductor element is physically predetermined.

Das jeweilige Leiterelement ist in der jeweiligen Nut vorteilhaft durch parallel verschaltete isolierte Teildrähte gebildet, damit Stromverdrängungseffekte zweiter Ordnung, welche nachteilig Wirbelstromeffekte und damit bspw. Abwärme bedeuten, gegenüber einem Monoblock als Leiter, bspw. einem Flachdraht mit jeweiliger Leiterhöhe, reduziert sind. Eine Isolationsschichtdicke der Teildrähte kann sehr gering ausgeführt werden, da Spannungsunterschiede zwischen benachbarten Teildrähten nur einen kleinen Wert haben.The respective conductor element is advantageously formed in the respective groove by insulated partial wires connected in parallel, so that second-order current displacement effects, which disadvantageously result in eddy current effects and thus e.g. waste heat, are reduced compared to a monoblock as a conductor, e.g. a flat wire with the respective conductor height. An insulation layer thickness of the partial wires can be made very small since voltage differences between adjacent partial wires only have a small value.

Ein Statorgehäuse, d. h. der reine Stator vor Anordnung der Statorwicklung, wird in axialer Richtung bspw. aus einer Vielzahl von Statorblechen gleichen Profils aufgebaut. Zur Anordnung der Lagen von Leiterelementen in der jeweiligen Nut werden die aufeinander angeordneten Lagen mit einem Nutpapier umwickelt, so dass keine Stromleitung zwischen Leiterelementen und Stator stattfindet.A stator housing, i. H. the pure stator, before the stator winding is arranged, is built up in the axial direction, for example, from a large number of stator laminations with the same profile. To arrange the layers of conductor elements in the respective slot, the layers arranged one on top of the other are wrapped with slotted paper, so that no current conduction takes place between the conductor elements and the stator.

Die Verbindung bzw. die elektrische Verbindung der jeweiligen Leiterelemente außerhalb des Statorgehäuses kann durch ein Verschweißen ausgeführt sein. Zwei einzelne Enden zweier Leiterelemente werden jedoch nicht jeweilig mit einem Ende eines jeweilig anderen Leiterelementes verbunden, sondern bilden einen Anfang bzw. ein Ende des sich durch die Nuten verlaufenden Gesamtleiters, der die Phase der mehreren Phasen bildet und an den zwei einzelnen Enden mit einer Stromversorgung bzw. über einen Umrichter mit einer Traktionsbatterie verbunden ist.The connection or the electrical connection of the respective conductor elements outside the stator housing can be implemented by welding. However, two individual ends of two conductor elements are not each connected to one end of a respective other conductor element, but form a beginning or end of the overall conductor running through the slots, which forms the phase of the several phases and at the two individual ends with a power supply or is connected to a traction battery via a converter.

Der ohmsche Widerstand ist vorzugsweise für mindestens alle parallel geschalteten Leiterelemente gleich vorgegeben, um vorteilhaft Unsymmetrien zu vermeiden, d. h. die Statorwicklung in ihren physikalischen Eigenschaften symmetrisch zu gestalten. Der vorgegebene ohmsche Wert, welcher einen Gleichstromwiderstand der elektrischen Maschine bestimmt, ergibt sich dabei durch fachmännische Abwägung von Leistungsanforderung/Energieverbrauch der elektrischen Maschine mit einem bei einer jeweiligen Drehzahl vorliegenden Wechselstromwiderstand. Bei niedrigen Drehzahlen überwiegt ein Einfluss des Gleichstromwiderstandes, während bei hohen Drehzahlen der Wechselstromwiderstand dominiert. Je nach Auslegung der elektrischen Maschine für einen jeweilig projektierten Fahrbetrieb (vorrangig hohe oder niedrige Drehzahlen angefordert) gibt es somit einen geeigneten Kompromiss, so dass im Durchschnitt ein mit dem jeweiligen Stromwiderstand einhergehender Energieverlust minimiert ist.The ohmic resistance is preferably specified to be the same for at least all conductor elements connected in parallel, in order to advantageously avoid asymmetries, i. H. to make the stator winding symmetrical in its physical properties. The specified ohmic value, which determines a direct current resistance of the electrical machine, results from expert consideration of the power requirement/energy consumption of the electrical machine with an alternating current resistance present at a particular speed. At low speeds, the influence of the DC resistance predominates, while at high speeds, the AC resistance dominates. Depending on the design of the electric machine for a particular projected driving operation (high or low speeds required as a priority), there is a suitable compromise, so that on average an energy loss associated with the respective current resistance is minimized.

Bei einer Auswahl der vorgegebenen Durchmesser der Teildrähte wird darauf geachtet, dass die Stromverdrängungseffekte weitestgehend reduziert sind, was durch möglichst kleine Durchmesser erreicht werden kann. Zudem soll ein Füllfaktor eines Teildrahtmaterials, vorzugsweise Kupfer, möglichst groß ausfallen, was sich dann wiederum auf den Gleichstromwiderstand auswirkt. Da Stromverdrängungseffekte nahe zur Nutöffnung größer als am Nutgrund sind, wird erfindungsgemäß der vorgegebene Durchmesser der Teildrähte von jeweiligen Leiterelementen mit einem Abstand der Lage der jeweiligen Leiterelemente vom Nutgrund verkleinert. Als Beispiel ist der Durchmesser für die Teildrähte des jeweiligen Leiterelementes am Nutgrund als ein Viertel der Nutbreite vorgegeben und bei dem jeweiligen Leiterelement an der Nutöffnung ist der Durchmesser der Teildrähte bspw. ein Zehntel der Nutbreite.When selecting the predetermined diameters of the partial wires, care is taken to ensure that the current displacement effects are reduced as far as possible, which can be achieved by the smallest possible diameters. In addition, a fill factor of a partial wire material, preferably copper, should be as large as possible, which in turn affects the DC resistance. Since current displacement effects near the slot opening are greater than at According to the invention, the predetermined diameter of the partial wires of the respective conductor elements is reduced with a spacing of the position of the respective conductor elements from the groove base. As an example, the diameter for the partial wires of the respective conductor element at the bottom of the slot is specified as a quarter of the slot width and for the respective conductor element at the slot opening the diameter of the partial wires is, for example, one tenth of the slot width.

Alle Leiterelemente weisen eine vorgegebene Leiterhöhe auf, welche sich zumindest aus der erfindungsgemäßen Vorgabe, dass die Summe über alle jeweilig vorgegebenen Leiterhöhen der in einer jeweiligen Nut angeordneten Leiterelemente der Nuthöhe entspricht, ergibt. Außerdem ist eine Untergrenze für die vorgebbare Leiterhöhe durch Nutbreite und einen durch die vorgegebene Zahl an Teildrähten mit einem jeweilig vorgegebenen Durchmesser definiert. Von dieser Untergrenze ab kann die Leiterhöhe bspw. durch Verwendung von nichtleitendem Füllmaterial vergrößert werden. Ein jeweiliges Leiterelement wird hierzu nach der Verdrillung in eine Gussform mit rechteckigem Querschnitt eingelegt und mit Harz vergossen. Hierzu müssen die Teildrähte vorteilhaft auch keine Isolationsschicht aufweisen, da das Harz vor Aushärtung zwischen jede Kontaktfläche fließt.All conductor elements have a specified conductor height, which results at least from the requirement according to the invention that the sum of all respectively specified conductor heights of the conductor elements arranged in a respective slot corresponds to the slot height. In addition, a lower limit for the specifiable conductor height is defined by the slot width and by the specified number of partial wires with a respectively specified diameter. From this lower limit, the conductor height can be increased, for example, by using non-conductive filling material. For this purpose, after twisting, a respective conductor element is placed in a mold with a rectangular cross-section and cast with resin. For this purpose, the partial wires advantageously do not have to have an insulating layer either, since the resin flows between each contact surface before it hardens.

Es ist denkbar, sich einen einzelnen Leiter, der eine Phase einer Spule bzw. der elektrischen Maschine bildet aus den Nuten ausgelöst und in eine Richtung aufgezogen vorzustellen. Dabei können mehrere Leiter eine Phase bilden, wobei sie vorteilhaft in Gruppen aus benachbarten Nuten angeordnet sind. Die Gruppen sind symmetrisch im Stator verteilt und bilden so einen Summenpol der jeweiligen Phase. Dann wären mit Abschnittslängen der axialen Länge des Stators (etwas mehr, da die jeweiligen Leiterelemente über die jeweiligen Nuten hinausragen um außerhalb der Nuten miteinander verbunden zu werden) jeweilige Leiterelemente aneinander verbunden, deren jeweilig unterschiedliche Zahl an Teildrähten einen jeweilig unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Die Leiter, welche eine Spule bilden, werden zur Vermeidung von Unsymmetrien und möglicher Kreisströme nun so verschalten, dass jeder Leiter jede Lage und Position am Umfang des Summenpols abbildet. Alle parallelen Spulengruppen sehen die gleiche Durchflutung und es treten vorteilhaft keine Kreisströme innerhalb paralleler Spulengruppen auf (siehe 2 und 3).It is conceivable to imagine a single conductor, which forms a phase of a coil or the electrical machine, released from the slots and drawn up in one direction. In this case, a plurality of conductors can form a phase, in which case they are advantageously arranged in groups of adjacent slots. The groups are distributed symmetrically in the stator and thus form a common pole for the respective phase. Then, with section lengths of the axial length of the stator (slightly more, since the respective conductor elements protrude beyond the respective slots in order to be connected to one another outside of the slots), respective conductor elements would be connected to one another whose respective different number of partial wires have a respective different diameter. In order to avoid asymmetries and possible circulating currents, the conductors that form a coil are now connected in such a way that each conductor represents every layer and position on the circumference of the common pole. All parallel groups of coils see the same flux and advantageously no circulating currents occur within parallel groups of coils (see 2 and 3 ).

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators ist das jeweilige Leiterelement durch einen I-Pin gebildet und die Statorwicklung ist eine I-Pin-Wicklung.In one embodiment of the stator according to the invention, the respective conductor element is formed by an I-pin and the stator winding is an I-pin winding.

In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators ist das jeweilige Leiterelement durch einen Hairpin gebildet und die Statorwicklung ist eine Hairpin-Wicklung.In another embodiment of the stator according to the invention, the respective conductor element is formed by a hairpin and the stator winding is a hairpin winding.

Da ein elektrisches Leiterelement, welches aus mehreren Teildrähten, einem sogenannten Leiterbündel, gebildet ist, auch als Litze bezeichnet wird, kann man entsprechend auch von einem erfindungsgemäßen Litzen-I-Pin oder Litzen-Hairpin sprechen.Since an electrical conductor element, which is formed from a plurality of partial wires, a so-called conductor bundle, is also referred to as a stranded wire, one can correspondingly also speak of a stranded I-pin or stranded hairpin according to the invention.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators sind die Teildrähte des in der mindestens einen Nut verlaufenden jeweiligen Leiterelementes mit der axialen Länge des Stators als eine Schlaglänge verdrillt bzw. verdreht. Damit werden vorteilhaft Stromverdrängungseffekte, welche zu Kreisströmen zwischen den durch Schweißstellen verbundenen Teildrähten führen, minimiert.In a further embodiment of the stator according to the invention, the partial wires of the respective conductor element running in the at least one slot are twisted or twisted with the axial length of the stator as a lay length. This advantageously minimizes current displacement effects which lead to circulating currents between the partial wires connected by weld points.

Die Schlaglänge beschreibt eine Streckenlänge, welche ein einzelner Teildraht in dem jeweiligen Leiterelement für einen kompletten Umlauf von 360° benötigt. Zu einer solchen Verseilung wird ein aus den Teildrähten gebildetes Teildrahtbündel an beiden axialen Enden eingespannt und getwistet bzw. verdrillt. Abschließend werden die jeweiligen Enden verschweißt, wodurch auch Teildrähte im Teildrahtbündel parallel verschaltet werden.The lay length describes a distance that a single partial wire needs in the respective conductor element for a complete 360° circuit. For such stranding, a partial wire bundle formed from the partial wires is clamped at both axial ends and twisted or twisted. Finally, the respective ends are welded, whereby partial wires in the partial wire bundle are connected in parallel.

Durch die Verseilung wird vorteilhaft erreicht, dass jeder Teildraht innerhalb der jeweiligen Lage entlang der jeweiligen Nut elektromagnetischen Störfeldern in gleicher Weise ausgesetzt ist und damit das jeweilige Leiterelement durch Störungen symmetrisch beaufschlagt wird. Verschiedene Verseilungsarten, bspw. Sternverseilung oder Dieselhorst-Martin-Verseilung im Falle von vier Teildrähten im Teildrahtbündel, sind denkbar. Weiter ist denkbar, Untergruppen von Teildrähten im Teildrahtbündel zu verdrillen und dann erneut bei einer Zusammenführung zum jeweiligen Leiterelement zu verdrillen. Auch weitere Schlaglängen sind denkbar, wobei sie vorzugsweise als ganzzahliges Vielfaches der axialen Länge des Stators gewählt werden, um Unsymmetrien durch Störfelder zu vermeiden.As a result of the stranding, it is advantageously achieved that each partial wire within the respective layer along the respective slot is exposed to electromagnetic interference fields in the same way and the respective conductor element is thus symmetrically impinged by interference. Various types of stranding, for example star stranding or Dieselhorst-Martin stranding in the case of four partial wires in the partial wire bundle, are conceivable. It is also conceivable to twist subgroups of partial wires in the partial wire bundle and then to twist them again when they are brought together to form the respective conductor element. Other pitch lengths are also conceivable, preferably being selected as an integer multiple of the axial length of the stator in order to avoid asymmetries caused by interference fields.

In einer noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators nimmt der für ein jeweiliges Leiterelement vorgegebene Durchmesser linear mit einem Abstand der Lage des jeweiligen Leiterelements vom Nutgrund ab.In yet another embodiment of the stator according to the invention, the diameter specified for a respective conductor element decreases linearly with a distance between the position of the respective conductor element and the slot base.

In einer fortgesetzt weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators haben alle Leiterelemente in der jeweiligen Nut die gleiche Leiterhöhe, d. h. die Leiterhöhe ist durch einen Teiler aus Nuthöhe durch Zahl an Lagen gegeben.In a continued further embodiment of the stator according to the invention, all conductor elements in the respective slot have the same conductor height, i. H. the ladder height is given by dividing the slot height by the number of layers.

Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stators einer mehrphasigen elektrischen Maschine beansprucht, bei dem der Stator mit entlang seiner axialen Länge verlaufenden Nuten versehen wird, wobei eine jeweilige Nut mit einer Nutbreite und zwischen einem Nutgrund und einer Nutöffnung mit einer Nuthöhe gebildet wird, und wobei über die Nuten eine Statorwicklung mit einer Vielzahl von Leiterelementen gebildet wird. Ein jeweiliges Leiterelement wird in mindestens einer Nut angeordnet und außerhalb der mindestens einen Nut an seinem jeweiligen Ende mit einem jeweiligen Ende eines anderen Leiterelementes verbunden. In einer jeweiligen Nut werden jeweilige Leiterelemente in mehreren Lagen angeordnet, wobei durch die Anordnungen und Verbindungen der jeweiligen Leiterelemente eine einzelne Phase der mehreren Phasen der elektrischen Maschine gebildet wird und dabei über die Nuten verteilt jede Lage der mehreren Lagen mit den jeweiligen Leiterelementen der einzelnen Phase durchpermutiert wird. Das jeweilige Leiterelement wird mit einer vorgegebenen Zahl an gleichen Teildrähten, welche eine für das jeweilige Leiterelement vorgegebenen Durchmesser aufweisen, gebildet. Die Teildrähte werden gegeneinander isoliert und am jeweiligen Ende des jeweiligen Leiterelementes parallel verschaltet. Das jeweilige Leiterelement wird in eine Form mit rechteckigem Querschnitt aus Nutbreite und einer jeweiligen vorgegebenen Leiterhöhe gebracht, wobei eine Summe über alle jeweilig vorgegebenen Leiterhöhen der in einer jeweiligen Nut angeordneten Leiterelemente der Nuthöhe entspricht. Der vorgegebene Durchmesser der Teildrähte der in einer jeweiligen Nut angeordneten Leiterelemente nimmt mit einem Abstand der jeweiligen Lage der jeweiligen Leiterelemente vom Nutgrund ab. Für alle Leiterelemente wird ein gleicher ohmscher Widerstand vorgegeben, so dass, bedingt durch den jeweilig vorgegebenen Durchmesser, die jeweilige Zahl an gleichen Teildrähten im jeweiligen Leiterelement physikalisch vorgegeben ist.Furthermore, a method for producing a stator of a multi-phase electrical machine is claimed, in which the stator is provided with slots running along its axial length, a respective slot with a slot width and between a slot base and a slot opening with a slot height being formed, and wherein a stator winding with a multiplicity of conductor elements is formed via the slots. A respective conductor element is arranged in at least one slot and is connected at its respective end to a respective end of another conductor element outside of the at least one slot. Conductor elements are arranged in several layers in a respective slot, with the arrangements and connections of the respective conductor elements forming a single phase of the several phases of the electrical machine, and each layer of the several layers with the respective conductor elements of the individual phase being distributed over the slots is permuted. The respective conductor element is formed with a predetermined number of identical partial wires, which have a diameter predetermined for the respective conductor element. The partial wires are insulated from one another and connected in parallel at the respective end of the respective conductor element. The respective conductor element is brought into a shape with a rectangular cross section made up of the slot width and a respective specified conductor height, with a total of all respectively specified conductor heights of the conductor elements arranged in a respective slot corresponding to the slot height. The predetermined diameter of the partial wires of the conductor elements arranged in a respective groove decreases with a distance of the respective layer of the respective conductor elements from the bottom of the groove. The same ohmic resistance is specified for all conductor elements, so that, due to the respectively specified diameter, the respective number of identical partial wires in the respective conductor element is physically specified.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das jeweilige Leiterelement durch einen I-Pin gebildet. Die Statorwicklung wird als eine I-Pin-Wicklung ausgeführt.In one embodiment of the method according to the invention, the respective conductor element is formed by an I-pin. The stator winding is implemented as an I-pin winding.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das jeweilige Leiterelement durch einen Hairpin gebildet. Die Statorwicklung wird als eine Hairpin-Wicklung ausgeführt.In another embodiment of the method according to the invention, the respective conductor element is formed by a hairpin. The stator winding is designed as a hairpin winding.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden, bevor das jeweilige Leiterelement in die Form mit rechteckigem Querschnitt gebracht wird, die Teildrähte des in der mindestens einen Nut verlaufenden jeweiligen Leiterelementes mit der axialen Länge des Stators als Schlaglänge verdrillt.In a further embodiment of the method according to the invention, before the respective conductor element is shaped with a rectangular cross section, the partial wires of the respective conductor element running in the at least one slot are twisted with the axial length of the stator as the pitch length.

In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der für ein jeweiliges Leiterelement vorgegebene Durchmesser linear mit einem Abstand der Lage des jeweiligen Leiterelements vom Nutgrund reduziert. In yet another embodiment of the method according to the invention, the diameter specified for a respective conductor element is reduced linearly with a distance between the position of the respective conductor element and the bottom of the groove.

In einer fortgesetzt weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für alle Leiterelemente in der jeweiligen Nut die gleiche Leiterhöhe vorgegeben. Damit ergibt sich die Leiterhöhe aus einem Teiler aus Nuthöhe durch Zahl an Lagen. Damit wird vorteilhaft eine automatisierte Montage erleichtert.In a continued further embodiment of the method according to the invention, the same conductor height is specified for all conductor elements in the respective slot. The ladder height is thus calculated by dividing the slot height by the number of layers. This advantageously facilitates automated assembly.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

1 zeigt eine Anordnung von Leiterelementen in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators.
2 zeigt einen Schnitt quer zur axialen Länge einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators.
3 zeigt eine Mantelabwicklung für eine I-Pin-Wicklung bei der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators.

It goes without saying that the features mentioned above can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

1 shows an arrangement of conductor elements in an embodiment of the stator according to the invention.
2 shows a section transverse to the axial length of a further embodiment of the stator according to the invention.
3 shows a jacket development for an I-pin winding in the further embodiment of the stator according to the invention.

In 1 wird eine Anordnung von Leiterelementen 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128 in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators gezeigt. Zu sehen sind jeweilige Ausschnitte eines Statorblechs 102 mit jeweiligen Nuten als ein Querschnitt zu einer axialen Längsrichtung des Stators. In Darstellung 110 werden Leiterelemente 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118 als jeweilige I-Pins gebildet. Der jeweilige I-Pin wird aus mehreren Teildrähten eines vorgegebenen Durchmessers gebildet, welche miteinander verdrillt und an ihren jeweiligen Enden verschweißt werden. Anschließend wird der jeweilige I-Pin in eine Form mit rechteckigem Querschnitt aus Nutbreite und einer jeweiligen vorgegebenen Leiterhöhe gebracht, wobei eine Summe über alle jeweilig vorgegebenen Leiterhöhen der in einer jeweiligen Nut angeordneten Leiterelemente einer Nuthöhe, welche sich zwischen Nutgrund 101 und Nutöffnung 103 erstreckt, entspricht. Zur Anordnung in der jeweiligen Nut werden die I-Pins mit Nutpapier 104 umwickelt, so dass Stromleitung zum Statorblech 102 unterbunden ist. Außerhalb der jeweiligen Nut wird der I-Pin an seinem jeweiligen Ende mit einem jeweiligen in einer anderen Nut (und in einer anderen Lage) angeordneten I-Pin verschweißt. Zur Bildung eines Gesamtleiters einer einzelnen Phase, wird jede Lage mit jeweiligen Leiterelementen des Gesamtleiters durchpermutiert. So ist bspw. ein Ende des Leiterelementes 111 mit einem Ende eines Leiterelement 116 in einer innerhalb des Stators etwas weiter entfernten Nut verbunden, wie durch eine Unterbrechungslinie 105 angedeutet. Erfindungsgemäß werden Leiterelemente 114, 118 mit einem kleinsten Durchmesser der Teildrähte in der Lage an der Nutöffnung 103 angeordnet, da Stromverdrängungseffekte dort größer sind als am Nutgrund 101. Lage für Lage nimmt dann der jeweilige Durchmesser der Teildrähte in den Leiterelementen 113, 117, sowie den Leiterelementen 112, 116 bis zu den Leiterelementen 111, 115 am Nutgrund 101 zu.In 1 an arrangement of conductor elements 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128 is shown in an embodiment of the stator according to the invention. Respective sections of a stator lamination 102 with respective slots can be seen as a cross section to an axial longitudinal direction of the stator. In illustration 110, conductor elements 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118 are formed as respective I-pins. The respective I-pin is formed from several partial wires of a specified diameter, which are twisted together and welded at their respective ends. The respective I-pin is then brought into a shape with a rectangular cross-section made up of the slot width and a respective predetermined conductor height, with a total of all respectively predetermined conductor heights of the conductor elements arranged in a respective slot of a slot height extending between slot base 101 and slot opening 103. is equivalent to. To arrange them in the respective slot, the I-pins are wrapped with slotted paper 104 so that current conduction to the stator sheet metal 102 is prevented. Outside of each groove, the I-pin is mated at its respective end with a respective one in another groove (and in another Position) arranged I-pin welded. To form an overall conductor of a single phase, each layer is permuted with respective conductor elements of the overall conductor. For example, one end of the conductor element 111 is connected to one end of a conductor element 116 in a slightly more distant slot within the stator, as indicated by a break line 105 . According to the invention, conductor elements 114, 118 with the smallest diameter of the partial wires are arranged in the layer at the slot opening 103, since current displacement effects are greater there than at the bottom of the slot 101. The respective diameter of the partial wires in the conductor elements 113, 117 and the Conductor elements 112, 116 up to the conductor elements 111, 115 at the bottom of the groove 101.

In Darstellung 120 werden die Leiterelemente 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128 durch Hairpins gebildet. Aufgrund der Ausbildung von Hairpins in zwei Schenkeln und einer versetzten Anordnung im Stator, sind nur ein erster Hairpin 121, 126 und ein dritter Hairpin 123, 128 mit beiden jeweiligen Schenkeln dargestellt. Wiederum deutet die Unterbrechungslinie 105 an, dass beide gezeigten Nuten nicht unmittelbar benachbart sind. Ein zweiter, vierter, fünfter und sechster Hairpin werden nur mit jeweilig einem Schenkel 122, 124, 125, 127 sichtbar. Auch hier sind in den beiden Lagen nahe zur Nutöffnung 103 Leiterelemente 123, 124, 127, 128 mit kleineren Durchmessern der jeweiligen Teildrähte angeordnet als es in den beiden Lagen nahe zum Nutgrund 101 der Fall ist. Eine vierfache Unterteilung bei den Durchmessern der Teildrähte, wie es in Darstellung 110 der Fall ist, schließt sich für Hairpin-Leiterelemente in der in Darstellung 120 gezeigten Konfiguration mit insgesamt vier Lagen aus, da sich Hairpins, bedingt durch ihre zweischenkelige Ausbildung, bereits über zwei der vier Lagen erstrecken, wenn auch in verschiedenen Nuten.In representation 120, the conductor elements 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128 are formed by hairpins. Due to the formation of hairpins in two legs and a staggered arrangement in the stator, only a first hairpin 121, 126 and a third hairpin 123, 128 are shown with both respective legs. Again, the broken line 105 indicates that both grooves shown are not immediately adjacent. A second, fourth, fifth and sixth hairpin are only visible with one leg 122, 124, 125, 127 respectively. Here, too, conductor elements 123, 124, 127, 128 with smaller diameters of the respective partial wires are arranged in the two layers close to the slot opening 103 than is the case in the two layers close to the bottom 101 of the slot. A four-fold subdivision of the diameters of the partial wires, as is the case in representation 110, is ruled out for hairpin conductor elements in the configuration shown in representation 120 with a total of four layers, since hairpins, due to their two-leg design, already have two of the four layers extend, albeit in different grooves.

In 2 wird ein Schnitt 210 quer zur axialen Länge einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators gezeigt, sowie ein vergrößerter Ausschnitt 220 eines Statorblechs 202, welches exemplarisch eine einzelne Nut „1“ umfasst. Als Beispiel zur Darstellung wird eine dreiphasige elektrische Maschine gewählt, deren Stator, bzw. das gezeigte Statorblech 201, insgesamt 54 Nuten umfasst. Eine jeweilige Phase weist drei parallele Zweige auf, wobei ein jeweiliger Zweig dem aus den jeweiligen Leiterelementen zusammengesetzten Leiter entspricht. Die drei parallelen Zweige verlaufen in jeweils drei benachbarten Nuten, welche für eine erste Phase bspw. die Nuten „1“, „2“, „3“, „10“, „11“, „12“, „19“, „20“, „21“, „28“, „29“, „30“, „37“, „38“, „39“, „46“, „47“ und „48“ sind. Die jeweils drei benachbarten Nuten sind einerseits symmetrisch über den Stator verteilt, andererseits ergibt sich eine Beabstandung arithmetisch aus den für die zwei weiteren Phasen vorgesehenen Nuten. Der vergrößerte Ausschnitt 220 zeigt eine Lagenanordnung von sechs Lagen 221, 222, 223, 224, 225, 226 an Leiterelementen, deren einzelne Lagen 221, 222, 223, 224, 225, 226 mit Buchstaben „A“ bis „F“ bezeichnet sind, um eine Zuordnung zur Verknüpfung der in den jeweiligen Lagen angeordneten I-Pins zur Bildung des jeweiligen Leiters über die dazu beaufschlagten Nuten der insgesamt 54 Nuten in 3 darzustellen.In 2 a section 210 is shown transversely to the axial length of a further embodiment of the stator according to the invention, as well as an enlarged section 220 of a stator lamination 202, which includes a single slot “1” by way of example. A three-phase electrical machine is selected as an example for the illustration, the stator of which, or the stator lamination 201 shown, comprises a total of 54 slots. Each phase has three parallel branches, each branch corresponding to the conductor composed of the respective conductor elements. The three parallel branches each run in three adjacent slots, which for a first phase have, for example, the slots “1”, “2”, “3”, “10”, “11”, “12”, “19”, “20 ', '21', '28', '29', '30', '37', '38', '39', '46', '47' and '48'. The respective three adjacent slots are on the one hand distributed symmetrically over the stator, on the other hand a spacing results arithmetically from the slots provided for the two other phases. The enlarged section 220 shows a layer arrangement of six layers 221, 222, 223, 224, 225, 226 of conductor elements, the individual layers 221, 222, 223, 224, 225, 226 being denoted by the letters "A" to "F". an assignment for linking the I-pins arranged in the respective layers to form the respective conductor via the slots of the total of 54 slots in 3 to represent.

In 3 wird eine Mantelabwicklung 300 für eine I-Pin-Wicklung bei der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stators gezeigt. Die jeweilig bei der I-Pin-Wicklung beaufschlagten Nuten 301 spannen in der Mantelabwicklung 300 eine x-Achse, die jeweiligen Lagen 302 eine y-Achse auf. Zusätzlich wird eine Fließrichtung 303 eines elektrischen Stromes zu einem bestimmten Zeitpunkt angezeigt, um einer jeweiligen Statorseite (in axialer Richtung betrachtet) eine Verbindung der jeweiligen I-Pins mit anderen I-Pins zuzuweisen. Die 18 Nuten 301 bieten bei 6 Lagen 302 insgesamt Platz für 108 I-Pins, wovon jeweils 36 I-Pins einen Zweig der drei Zweige 311, 312 einer Phase bilden. Diese 36 I-Pins pro Zweig werden mit Nummern von „1“ bis „36“ bezeichnet und für die drei Zweige 311, 312, 313 in der Mantelabwicklung 300 den jeweiligen Nuten 321, 322, 323, 324, 325, 326 und den jeweiligen Lagen zugeordnet. Die Leiterelemente bzw. I-Pins in der jeweiligen Lage 302 in den jeweiligen Nuten 321, 322, 323, 324, 325, 326 werden damit so verschaltet, dass jedes Leiterelement jede Lage und Position am Umfang eines Summenpols für die jeweilige Phase abbildet. Mit Position ist eine Nutposition innerhalb einer jeweilige Gruppe von drei benachbarten Nuten gemeint, so dass innerhalb einer Gesamtheit der Gruppen an drei benachbarten Nuten für die Leiterelemente jede der drei Nutpositionen (linke, mittlere, rechte) durchpermutiert ist. Alle parallelen Spulengruppen sehen die gleiche elektromagnetische Durchflutung. Die jeweiligen I-Pins mit den Nummern „1“ und „36“ bilden dabei Anfang und Ende der drei durch die I-Pin-Wicklung ausgebrachten drei Zweige 311, 312, 313, welche außerhalb des Stators parallel verschaltet und dann mit einem Umrichter verbunden werden.In 3 a jacket development 300 for an I-pin winding is shown in the further embodiment of the stator according to the invention. The respective grooves 301 acted upon in the I-pin winding span an x-axis in the jacket development 300, and the respective layers 302 span a y-axis. In addition, a flow direction 303 of an electric current at a certain point in time is displayed to assign connection of the respective I-pins to other I-pins to a respective stator side (viewed in the axial direction). With 6 layers 302, the 18 grooves 301 offer a total of space for 108 I-pins, of which 36 I-pins form one branch of the three branches 311, 312 of a phase. These 36 I-pins per branch are designated with numbers from "1" to "36" and for the three branches 311, 312, 313 in the jacket development 300 the respective slots 321, 322, 323, 324, 325, 326 and the respective assigned layers. The conductor elements or I-pins in the respective layer 302 in the respective slots 321, 322, 323, 324, 325, 326 are thus interconnected in such a way that each conductor element represents each layer and position on the circumference of a common pole for the respective phase. Position means a slot position within a respective group of three adjacent slots, so that each of the three slot positions (left, middle, right) is permuted through within a total of the groups of three adjacent slots for the conductor elements. All parallel groups of coils see the same electromagnetic flux. The respective I-pins with the numbers "1" and "36" form the beginning and end of the three branches 311, 312, 313 produced by the I-pin winding, which are connected in parallel outside the stator and then connected to a converter become.

BezugszeichenlisteReference List

101101: Nutgrundgroove bottom
102102: Statorblechstator lamination
103103: Nutöffnunggroove opening
104104: Nutpapiergroove paper
105105: unterbrochene Ansichtbroken view
110110: I-Pin-WicklungI pin winding
111111: Erster I-PinFirst I pin
112112: Zweiter I-PinSecond I pin
113113: Dritter I-PinThird I pin
114114: Vierter I-PinFourth I pin
115115: Fünfter I-PinFifth I pin
116116: Sechster I-PinSixth I pin
117117: Siebter I-PinSeventh I pin
118118: Achter I-PinEighth I pin
120120: Hairpin-WicklungHairpin winding
121121: Erster Schenkel eines ersten HairpinsFirst leg of a first hairpin
122122: Schenkel eines zweiten HairpinsLeg of a second hairpin
123123: Erster Schenkel eines dritten HairpinsFirst leg of a third hairpin
124124: Schenkel eines vierten HairpinsLeg of a fourth hairpin
125125: Schenkel eines fünften HairpinsLeg of a fifth hairpin
126126: Zweiter Schenkel des ersten HairpinsSecond leg of the first hairpin
127127: Schenkel des sechsten Hairpinsshank of the sixth hairpin
128128: Zweiter Schenkel des dritten HairpinsSecond leg of the third hairpin
201201: Statorstator
202202: Statorausschnitt um Nut „1“Stator cutout around slot "1"
210210: Schnittdarstellung eines StatorsSectional view of a stator
220220: Nutquerschnitt mit LeiteranordnungSlot cross-section with conductor arrangement
221221: Lage ALocation A
222222: Lage BLocation B
223223: Lage CLocation C
224224: Lage DLocation D
225225: Lage ELocation E
226226: Lage FLocation F
300300: Mantelabwicklung für eine Phase mit drei ZweigenJacket development for a phase with three branches
301301: Nutnummerierunggroove numbering
302302: Lagenbezeichnunglayer designation
303303: Stromrichtungcurrent direction
311311: Erster ZweigFirst branch
312312: Zweiter Zweigsecond branch
313313: Dritter Zweigthird branch
321321: I-Pin-Anordnung für Nuten 1, 2, 3I-pin arrangement for slots 1, 2, 3
322322: I-Pin-Anordnung für Nuten 10, 11, 12I-pin arrangement for slots 10, 11, 12
323323: I-Pin-Anordnung für Nuten 19, 20, 21I-pin arrangement for slots 19, 20, 21
324324: I-Pin-Anordnung für Nuten 28, 29, 30I-pin arrangement for slots 28, 29, 30
325325: I-Pin-Anordnung für Nuten 37, 38, 39I-pin arrangement for grooves 37, 38, 39
326326: I-Pin-Anordnung für Nuten 46, 47, 48I-pin arrangement for grooves 46, 47, 48

Claims

Stator of a multi-phase electrical machine, the stator (201) having slots running along an axial length, a respective slot having a slot width and being formed between a slot base (101) and a slot opening (103) having a slot height, the slots being a stator winding is formed with a plurality of conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128), a respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) in at least one groove and outside the at least one groove at its respective end with a respective end of a another conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128), wherein in a respective groove respective conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) in a plurality of layers (221, 222, 223, 224, 225, 226) are arranged, with the Arrangements and connections of the respective conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) a single phase of the plurality of phases of the electrical machine is formed and each layer of the plurality of layers (221, 222, 223, 224, 225, 226) with the respective conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123) distributed over the grooves , 124, 125, 126, 127, 128) of the individual phase is permutated, the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) a predetermined number of identical partial wires with a predetermined number for the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128). diameter, the partial wires being insulated from one another and parallel at the respective end of the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128). are interconnected, wherein the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) has a shape with a rectangular cross-section of groove width and a respective has a predetermined conductor height, with a total of all respectively predetermined conductor heights of the conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) corresponds to the slot height, the predetermined diameter of the partial wires of the conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) decreases with a distance of the respective layer of the respective conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) from the groove base (101). , where all lei ter elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) have the same predetermined ohmic resistance, so that, depending on the respective predetermined diameter , the respective number of the same partial wires in the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) is physically predetermined.

stator after claim 1 , in which the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118) is formed by an I-pin and the stator winding is an I-pin winding (110, 321, 322, 323, 324, 325, 326).

stator after claim 1 In which the respective conductor element (121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) is formed by a hairpin and the stator winding is a hairpin winding (120).

Stator according to one of the preceding claims, in which the partial wires of the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127 , 128) are twisted with the axial length of the stator (201) as the pitch length.

Stator according to one of the preceding claims, in which the diameter predetermined for a respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) is linear with a spacing of the layer (221, 222, 223, 224, 225, 226) of the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) decreases from the bottom of the groove (101).

Stator according to one of the preceding claims, in which all the conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) in the respective slot have the same have ladder height, d. H. ladder height is given by dividing slot height by number of layers (221, 222, 223, 224, 225, 226).

Method for producing a stator of a multi-phase electrical machine, in which the stator (201) is provided with slots running along its axial length, each slot having a slot width and between a slot base (101) and a slot opening (103) having a slot height is formed, wherein a stator winding with a plurality of conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) is formed via the slots, wherein a respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) is arranged in at least one groove and outside of the at least one groove its respective end is connected to a respective end of another conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128), wherein in a respective groove respective conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) in several layers (221, 222, 223, 224, 225, 226), whereby a single phase is formed by the arrangements and connections of the respective conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128). of the multiple phases of the electrical machine and each layer of the multiple layers (221, 222, 223, 224, 225, 226) with the respective conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117) is distributed over the slots , 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) of the individual phase is permutated, the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) with a predetermined number of the same partial wires with a 125, 126, 127, 128) is formed with a predetermined diameter, the partial wires being insulated from one another and at the respective end of the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124 , 125, 126, 127, 128) are connected in parallel, with the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) is brought into a shape with a rectangular cross-section made up of the slot width and a respective predetermined conductor height, with a sum over all respectively predetermined conductor heights of the conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) corresponds to the slot height, the predetermined diameter of the partial wires of the conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) with a spacing of the respective layer (221, 222, 223, 224, 225, 226) of the respective conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 , 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) decreases from the bottom of the groove (101), with , 123, 124, 125, 126, 127, 128) an equal ohmic resistance is specified, so that, depending on the specified diameter, the respective number of the same partial wires in the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) is physically predetermined.

procedure after claim 7 , in which the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118 is formed by an I-pin and the stator winding as an I-pin winding (110, 321, 322, 323, 324, 325, 326) is executed.

procedure after claim 7 In which the respective conductor element (121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) is formed by a hairpin and the stator winding is designed as a hairpin winding (120).

Method according to one of the preceding claims, in which, before the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) in the mold with a rectangular cross-section, the partial wires of the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) running in the at least one groove be twisted with the axial length of the stator as the pitch length.

Method according to one of the preceding claims, in which the diameter specified for a respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) is linear with a spacing of the layer (221, 222, 223, 224, 225, 226) of the respective conductor element (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) is reduced from the bottom of the groove.

Method according to one of the preceding claims, in which for all conductor elements (111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128) in the respective groove the same ladder height is specified, d. H. that the ladder height results from dividing the slot height by the number of layers (221, 222, 223, 224, 225, 226).