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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator sowie ein Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine.
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STAND DER TECHNIK
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Für elektrische Maschinen wurde eine Vielzahl von Schemata für die Anordnung von Leitern einer Statorwicklung vorgeschlagen. Dennoch fehlt es an einer Lösung, bei welcher die Anfangs- und Endpunkte der verschiedenen Stränge einer Phase an den beiden Enden des Stators einerseits räumlich eng zueinander angeordnet sind und daher leicht verbunden werden können, welche andererseits aber auch eine flexible Verschaltung der Phasen ermöglicht.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Stator für eine elektrische Maschine, eine verbesserte elektrische Maschine mit einem solchen Stator sowie ein verbessertes Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine anzugeben. Insbesondere sollen die oben angesprochenen Eigenschaften erzielt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Stator für eine elektrische Maschine gelöst, welcher ein Statorblechpaket mit mehreren Statornuten umfasst, die parallel zu einer Drehachse der elektrischen Maschine verlaufen und in denen jeweils mehrere elektrische Leiter einer Statorwicklung angeordnet sind, wobei
- - elektrische Leiter in einer Statornut nur radial geschichtet in mehreren Lagen angeordnet sind,
- - zwei nebeneinander angeordnete Statornuten elektrische Leiter einer Phase aufnehmen und jeweils zu Blöcken zusammengefasst werden,
- - Blöcke einer Phase im Statorblechpaket gleichmäßig verteilt sind,
- - zwei aufeinanderfolgende Blöcke einer Phase ein Polpaar bilden,
- - Blöcke unterschiedlicher Phasen nebeneinander angeordnet sind,
- - jede Phase in vier Stränge unterteilt ist, die jeweils mehrere in Serie geschaltete elektrische Leiter aufweisen,
- - in den Blöcken von den elektrischen Leitern besetzte Positionen mit Spaltennummern S und Lagennummern L beschrieben werden, wobei die Lagen von außen nach innen aufsteigend mit den Lagennummern L nummeriert sind und wobei die Statornuten eines Blocks mit den Spaltennummern S nummeriert sind,
- - die von den Leitern in benachbarten Blöcken derselben Phase nacheinander zu besetzenden Positionen mit einer Startposition und Inkrementalwerten definiert werden, wobei die Inkrementalwerte die Änderung von einem Block zum nächsten in einer ersten Umfangsrichtung liegenden Block derselben Phase beschreiben,
- - die Muster a und a' in der folgende Tabelle Startwerte und die Muster b, b', c und d Inkrementalwerte angeben,
| | S | L |
| a | 2 | 1 |
| a' | 1 | 1 |
| b | -1 | +1 |
| b' | +1 | +1 |
| c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 |
- - je Phase ein erster Strang mit einer ersten Basis-Musterfolge a, b, d, b' beginnend mit einem ersten Block beschrieben wird und damit ein erstes Polpaar gebildet wird, wobei für jedes Lagenpaar pro Block, welches zwei Lagenpaare pro Block überschreitet, alternierend je eine Musterfolge d, b oder d, b' an die erste Basis-Musterfolge a, b, d, b' angefügt wird und wobei für jedes zusätzliche Polpaar je eine Musterfolge c, d an je eine Musterfolge a, b und an je eine Musterfolge d, b' und an je eine Musterfolge d, b angefügt wird,
- - je Phase ein zweiter Strang mit einer zweiten Basis-Musterfolge a', b', d, b beginnend mit einem ersten Block beschrieben wird und damit das erste Polpaar ergänzt wird, wobei für jedes Lagenpaar pro Block, welches zwei Lagenpaare pro Block überschreitet, alternierend je eine Musterfolge d, b' oder d, b an die zweite Basis-Musterfolge a', b', d, b angefügt wird und wobei für jedes zusätzliche Polpaar je eine Musterfolge c, d an je eine Musterfolge a', b' und an je eine Musterfolge d, b und an je eine Musterfolge d, b' angefügt wird,
- - je Phase ein dritter Strang mit einer Abfolge von zu besetzenden Positionen beschrieben wird, welche der für den ersten Strang angegebenen Abfolge entspricht, wobei die Abfolge für den dritten Strang jedoch bei einem zweiten Block beginnt, welcher gegenüber dem ersten Block um eine Position in die erste Umfangsrichtung versetzt ist,
- - je Phase ein vierter Strang mit einer Abfolge von zu besetzenden Positionen beschrieben wird, welche der für den zweiten Strang angegebenen Abfolge entspricht, wobei die Abfolge für den vierten Strang jedoch bei einem zweiten Block beginnt, welcher gegenüber dem ersten Block um eine Position in die erste Umfangsrichtung versetzt ist, und
- - die Stränge im ersten Block Anfangspunkte und am anderen offenen Ende Endpunkte haben.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einer elektrischen Maschine gelöst, welche ein erstes Lagerschild und ein zweites Lagerschild aufweist, einen zwischen den beiden Lagerschilden angeordneten Stator der oben genannten Art sowie einen im Stator angeordneten Rotor mit einer in den beiden Lagerschilden drehbar gelagerten Rotorwelle.
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Schließlich wird die Aufgabe auch durch ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Achsen gelöst, von denen wenigstens eine angetrieben ist, wobei der besagte Antrieb zumindest teilweise oder zeitweise durch die oben genannte elektrische Maschine erfolgt.
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Mit Hilfe der vorgeschlagenen Maßnahmen können die eingangs genannten Nachteile überwunden werden. Insbesondere ergeben sich folgende Vorteile:
- - die Anfangspunkte aller Stränge einer Phase liegen im ersten Block,
- - die Endpunkte des ersten und zweiten Strangs einer Phase liegen radial außen in einem Block,
- - die Endpunkte des dritten und vierten Strangs einer Phase liegen radial innen in einem Block.
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Dadurch können die einzelnen Phasen auf vielfache Weise verschaltet werden.
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An dieser Stelle wird ergänzend auch angemerkt, dass elektrische Leiter benachbarter Statornuten eines Blocks im Betrieb der elektrischen Maschine in gleichen Richtungen von einem Strom durchflossen werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.
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Günstig ist es, wenn die Leiter paarweise durch die Schenkel eines U-förmigen Bügels gebildet sind und die Anfangspunkte und Endpunkte der Stränge jeweils durch ein Ende eines solchen Schenkels gebildet sind. Bei dieser Ausführungsvariante ergeben sich pro Lagenpaar ein weiter und ein enger U-förmiger Bügel, welche im ersten und zweiten Strang vom ersten Block ausgehen und im dritten und vierten Strang vom zweiten Block ausgehen. Alle übrigen Bügel haben mittlere Weite. Vorteilhaft können ein weiter und ein enger Bügel räumlich ineinander verschachtelt werden.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn zwischen den ersten Blöcken unterschiedlicher Phasen jeweils genau ein anderer Block liegt. Dadurch liegen die Anfangs- und Endpunkte aller Stränge räumlich nahe zueinander und können daher gut in unterschiedlicher Weise elektrisch verschaltet werden, so wie dies nachfolgend beschrieben ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn
- - die Anfangspunkte der vier Stränge jeder Phase jeweils miteinander verbunden sind und die Endpunkte der vier Stränge aller Phasen zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind oder
- - die Endpunkte der vier Stränge jeder Phase jeweils miteinander verbunden sind und die Anfangspunkte der vier Stränge aller Phasen zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind.
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Hier ergibt sich eine Parallelschaltung aller Stränge, die zu einem Sternpunkt verschaltet sind.
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Vorteilhaft ist es weiterhin,
- - wenn die Anfangspunkte der vier Stränge jeder Phase jeweils miteinander verbunden sind und wenn die Endpunkte der ersten und zweiten Stränge aller Phasen zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und wenn die Endpunkte der dritten und vierten Stränge aller Phasen zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind oder
- - wenn die Endpunkte der vier Stränge jeder Phase jeweils miteinander verbunden sind und wenn die Anfangspunkte der ersten und zweiten Stränge aller Phasen zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und wenn die Anfangspunkte der dritten und vierten Stränge aller Phasen zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind.
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Hier ergibt sich ebenfalls eine Parallelschaltung aller Stränge, die jedoch zu zwei Sternpunkten verschaltet sind.
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Vorteilhaft ist es zudem, wenn der erste Strang und der vierte Strang jeder Phase jeweils in Serie geschaltet sind und der zweite Strang und der dritte Strang jeder Phase jeweils in Serie geschaltet sind und wenn
- - die Endpunkte der dritten Stränge und vierten Stränge aller Phasen zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind oder
- - die Anfangspunkte der ersten Stränge und zweiten Stränge aller Phasen zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind.
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Hier sind die Stränge paarweise in Serie und parallelgeschaltet, wobei alle paarweise in Serie geschalteten Stränge zu einem Sternpunkt verschaltet sind.
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Vorteilhaft ist es außerdem, wenn der erste Strang und der vierte Strang jeder Phase jeweils in Serie geschaltet sind und der zweite Strang und der dritte Strang jeder Phase jeweils in Serie geschaltet sind und wenn
- - die Endpunkte der dritten Stränge aller Phasen zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und die Endpunkte der vierten Stränge aller Phasen zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind oder
- - die Anfangspunkte der ersten Stränge aller Phasen zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und die Anfangspunkte der zweiten Stränge aller Phasen zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind.
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Hier sind die Stränge ebenfalls paarweise in Serie und parallelgeschaltet, wobei jedoch alle paarweise in Serie geschalteten Stränge zu zwei Sternpunkten verschaltet sind.
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Vorteilhaft ist es schließlich, wenn die vier Stränge jeder Phase beginnend beim ersten Strang aufsteigend bis zum vierten Strang jeweils miteinander in Serie geschaltet sind und
- - die Endpunkte der vierten Stränge aller Phasen zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind oder
- - die Anfangspunkte der ersten Stränge aller Phasen zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind.
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Hier sind die Stränge jeder Phase in Serie geschaltet, wobei die in Serie geschalteten Stränge zu einem Sternpunkt verschaltet sind.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind exemplarisch in den beigefügten schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine schematisch im Halbschnitt dargestellte, beispielhafte elektrische Maschine;
- 2 ein Beispiel für ein Statorblechpaket einer elektrischen Maschine in Vorderansicht;
- 3 eine schematisierte Abwicklung der Statornuten in Vorderansicht;
- 4 ein Beispiel für eine Parallelschaltung aller Stränge, die zu einem Sternpunkt verschaltet sind;
- 5 ein Beispiel für eine Parallelschaltung aller Stränge, die zu zwei Sternpunkten verschaltet sind;
- 6 ein Beispiel, bei dem die Stränge paarweise in Serie und parallelgeschaltet sind und die paarweise in Serie geschalteten Stränge zu einem Sternpunkt verschaltet sind;
- 7 ein Beispiel, bei dem die Stränge paarweise in Serie und parallelgeschaltet sind und die paarweise in Serie geschalteten Stränge zu zwei Sternpunkten verschaltet sind;
- 8 ein Beispiel für eine Serienschaltung der Stränge, die zu einem Sternpunkt verschaltet sind;
- 9 eine Möglichkeit wie die gezeigten Schemata für eine beliebige Anzahl an Lagenpaaren pro Block erweitert werden können;
- 10 eine Möglichkeit wie die gezeigten Schemata für eine beliebige Anzahl an Polpaaren erweitert werden können und
- 11 eine elektrische Maschine mit einem Stator der vorgeschlagenen Art, welche in ein Fahrzeug eingebaut ist.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Einführend wird festgehalten, dass gleiche Teile in den unterschiedlich Ausführungsformen mit gleichen Bezugszeichen beziehungsweise gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Indizes. Die in der Beschreibung enthaltene Offenbarungen eines Bauteils kann sinngemäß ein anderes Bauteil mit gleichem Bezugszeichen beziehungsweise gleicher Bauteilbezeichnung übertragen werden. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „hinten“, „vorne“, „seitlich“ und so weiter auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
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1 zeigt einen Halbschnitt durch eine schematisch dargestellte elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 umfasst, eine Rotorwelle 2 mit einem darauf sitzenden, hier nicht im Detail dargestellten, Rotor 3, wobei die Rotorwelle 2 mit Hilfe von (Wälz)lagern 4a, 4b um eine Drehachse A gegenüber einem Stator 5 drehbar gelagert ist. Konkret sitzt das erste Lager 4a in einem ersten vorderen Lagerschild 6 und das zweite Lager 4b in einem zweiten, hinteren Lagerschild 7. Weiterhin umfasst die elektrische Maschine 1 ein mittleres Gehäuseteil 8, welches das vordere Lagerschild 6 und das hintere Lagerschild 7 verbindet und den Stator 5 aufnimmt. Das vordere Lagerschild 6, das hintere Lagerschild 7 und das Gehäuseteil 8 bilden in diesem Beispiel das Gehäuse 9 der elektrische Maschine 1.
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Der Stator 5 weist in diesem Beispiel mehrere Statorbleche 10 auf, welche ein Statorblechpaket 11 beziehungsweise einen Stator-Grundkörper bilden. Der Stator 5 weist zudem im Statorblechpaket 11 angeordnete Statorwicklungen 12, die aus einzelnen Leiterstäben 13 aufgebaut sind, deren Enden untereinander verbunden, insbesondere verschweißt sind.
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Die 2 zeigt ein Beispiel für ein Statorblechpaket 11 einer elektrischen Maschine 1 in Vorderansicht, wobei einige der Statornuten 14 mit Leiterstäben 13 der Statorwicklung 12 besetzt sind. Aus der 2 sind insbesondere folgende Merkmale des vorgeschlagenen Stators 5 erkennbar
- - elektrische Leiter 13 sind in einer Statornut 14 nur radial geschichtet in mehreren Lagen angeordnet (das heißt, in einer Statornut 14 sind die elektrischen Leiter nicht nebeneinander in Umfangsrichtung angeordnet),
- - zwei nebeneinander angeordnete Statornuten 14 nehmen elektrische Leiter 13 einer Phase U, V, W auf und werden jeweils zu Blöcken G zusammengefasst,
- - Blöcke G einer Phase U, V, W sind im Statorblechpaket 11 gleichmäßig verteilt,
- - zwei aufeinanderfolgende Blöcke G einer Phase U, V, W bilden ein Polpaar und
- - Blöcke G unterschiedlicher Phasen U, V, W sind nebeneinander angeordnet.
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3 zeigt nun eine schematisierte Abwicklung der Statornuten 14 in Vorderansicht. Dabei sind die Statornuten 14 mit der Statornutennummer SN bezeichnet. Wie erkennbar ist, weist der beispielhafte Stator 5 achtundvierzig Statornuten 14 auf. Bei den Phasen PH ist neben dem Buchstaben für die jeweilige Phase auch die zugehörige Polarität angegeben. Für die positive U-Phase ist somit „U+“ angegeben, für die negative „U-“ und so weiter. Weiterhin sind in der 3 die Lagen L1 ..L4 bezeichnet. Der beispielhafte Stator 5 weist also vier Lagen L1 ..L4 pro Statornut 14 auf.
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Die schraffierten Rechtecke geben die jeweils in einer Statornut 14 von einem elektrischen Leiter 13 besetzte Position an. Verbindungslinien zeigen an, welche elektrischen Leiter 13 verbunden sind, wobei durchgezogene Verbindungslinien elektrische Verbindungen auf einer ersten Stirnseite des Stators 5 und strichlichlierte Verbindungslinien elektrische Verbindungen auf einer zweiten Stirnseite des Stators 5 anzeigen. In der 4 sind die Schemata wie die elektrischen Leiter 13 in den Statornuten 14 angeordnet sind für vier Phasen P1..P4 angegeben, wobei das oberste Schema der Phase P1, das zweite Schema der Phase P2, das dritte Schema der Phase P3 und das unterste Schema der Phase P4 zugeordnet ist. Jede Phase U, V, W ist in vier Stränge P1..P4 unterteilt, die jeweils mehrere in Serie geschaltete elektrische Leiter 13 aufweisen, wobei in der 2 stellvertretend das Schema für die Phase U dargestellt ist. Die Schemata für die Phasen V und W sind jedoch gleich und nur um die jeweilige Umfangsposition versetzt.
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Die Anordnung der elektrischen Leiter 13 ist nun wie folgt:
- - in den Blöcken G werden von den elektrischen Leitern 13 besetzte Positionen mit Spaltennummern S und Lagennummern L beschrieben, wobei die Lagen von außen nach innen aufsteigend mit den Lagennummern L nummeriert sind und wobei die Statornuten 14 eines Blocks G mit den Spaltennummern S nummeriert sind,
- - die von den Leitern 13 in benachbarten Blöcken G derselben Phase U, V, W nacheinander zu besetzenden Positionen werden mit einer Startposition und Inkrementalwerten definiert, wobei die Inkrementalwerte die Änderung von einem Block G zum nächsten in einer ersten Umfangsrichtung liegenden Block G derselben Phase U, V, W beschreiben,
- - die Muster a und a' in der folgende Tabelle geben dabei Startwerte und die Muster b, b', c und d Inkrementalwerte an,
| | S | L |
| a | 2 | 1 |
| a' | 1 | 1 |
| b | -1 | +1 |
| b' | +1 | +1 |
| c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 |
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Je Phase U, V, W wird ein erster Strang P1 mit einer ersten Basis-Musterfolge a, b, d, b' beginnend mit einem ersten Block G beschrieben und damit ein erstes Polpaar gebildet, wobei für jedes Lagenpaar pro Block G, welches zwei Lagenpaare pro Block G überschreitet, alternierend je eine Musterfolge d, b oder d, b' an die erste Basis-Musterfolge a, b, d, b' angefügt wird und wobei für jedes zusätzliche Polpaar je eine Musterfolge c, d an je eine Musterfolge a, b und an je eine Musterfolge d, b' und an je eine Musterfolge d, b angefügt wird.
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In dem konkreten Beispiel bedeutet dies Folgendes:
- Der erste Strang P1 beginnt im Block G, der durch die Statornuten 14 mit den Statornutennummern SN=13 und SN=14 bezeichnet ist. Betrachtet man den Block G isoliert, dann entspricht die Statornutennummer SN=13 der Spaltennummer S=1, und die Statornutennummer SN=14 entspricht der Spaltennummer S=2. Die Lagennummer L=1 entspricht der Lage L1. Für das Muster a bedeutet dies nun, dass die Position mit der Spaltennummer S=2 entsprechend der Statornutennummer SN=14 und mit der Lagennummer L=1 entsprechend der Lage L1 mit einem elektrischen Leiter 13 besetzt wird. Die entsprechende Position ist in der 3 schraffiert dargestellt.
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Die Stränge P1..P4 weisen in dem gezeigten Beispiel vier Lagen L1..L4 pro Block G und somit zwei Lagenpaare pro Block G auf sowie vier Polpaare. Es ergibt sich somit folgendes Schema, wobei die Musterfolge a, b der besseren Übersicht halber zum Musterpaar A, die Musterfolge d, b' zum Musterpaar B und die die Musterfolge c, d zum Musterpaar C zusammengefasst sind.
| | | P1 | | P1 |
| | | S | L | SN | L |
| A | a | 2 | 1 | | 14 | L1 |
| b | -1 | +1 | 7 | L2 |
| C | c | 0 | -1 | | 1 | L1 |
| d | 0 | +1 | 43 | L2 |
| C | c | 0 | -1 | 37 | L1 |
| d | 0 | +1 | 31 | L2 |
| C | c | 0 | -1 | 25 | L1 |
| d | 0 | +1 | 19 | L2 |
| B | d | 0 | +1 | 13 | L3 |
| b' | +1 | +1 | 8 | L4 |
| C | c | 0 | -1 | 2 | L3 |
| d | 0 | +1 | 44 | L4 |
| C | c | 0 | -1 | 38 | L3 |
| d | 0 | +1 | 32 | L4 |
| C | c | 0 | -1 | 26 | L3 |
| d | 0 | +1 | 20 | L4 |
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Im rechten Bereich der Tabelle sind die Inkrementalwerte aufgelöst und die absoluten Positionen eingetragen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass wegen der Blöcke für die Phasen V und W, die zwischen den Blöcken G für die Phase U liegen, die Zahl „6“ zusätzlich zu subtrahieren ist und zu negativen Zahlen die Zahl „48“ hinzugezählt wird.
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Der zweite Strang P2 wird in recht ähnlicher Weise gebildet. Konkret wird der zweite Strang P2 mit einer zweiten Basis-Musterfolge a', b', d, b beginnend mit einem ersten Block G beschrieben und damit das erste Polpaar ergänzt, wobei für jedes Lagenpaar pro Block G, welches zwei Lagenpaare pro Block G überschreitet, alternierend je eine Musterfolge d, b' oder d, b an die zweite Basis-Musterfolge a', b', d, b angefügt wird und wobei für jedes zusätzliche Polpaar je eine Musterfolge c, d an je eine Musterfolge a', b' und an je eine Musterfolge d, b und an je eine Musterfolge d, b' angefügt wird,
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In dem konkreten Beispiel beginnt der zweite Strang P2 wieder in dem Block G, der durch die Statornuten 14 mit den Statornutennummern SN=13 und SN=14 bezeichnet ist. Die Musterfolge a', b' ist dabei der besseren Übersicht halber zum Musterpaar A', die Musterfolge d, b zum Musterpaar B' und die die Musterfolge c, d wieder zum Musterpaar C zusammengefasst. Im rechten Bereich der Tabelle sind die Inkrementalwerte aufgelöst und die absoluten Positionen eingetragen.
| | | P2 | | P2 |
| | | S | L | SN | L |
| A' | a' | 1 | 1 | | 13 | L1 |
| b' | +1 | +1 | 8 | L2 |
| C | c | 0 | -1 | 2 | L1 |
| d | 0 | +1 | 44 | L2 |
| C | c | 0 | -1 | 38 | L1 |
| d | 0 | +1 | 32 | L2 |
| C | c | 0 | -1 | 26 | L1 |
| d | 0 | +1 | 20 | L2 |
| B' | d | 0 | +1 | 14 | L3 |
| b | -1 | +1 | 7 | L4 |
| C | c | 0 | -1 | 1 | L3 |
| d | 0 | +1 | 43 | L4 |
| C | c | 0 | -1 | 37 | L3 |
| d | 0 | +1 | 31 | L4 |
| C | c | 0 | -1 | 25 | L3 |
| d | 0 | +1 | 19 | L4 |
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Der dritte Strang P3 wird mit einer Abfolge von zu besetzenden Positionen beschrieben, welche der für den ersten Strang P1 angegebenen Abfolge entspricht, wobei die Abfolge für den dritten Strang P3 jedoch bei einem zweiten Block G beginnt, welcher gegenüber dem ersten Block G um eine Position in die erste Umfangsrichtung versetzt ist. Konkret beginnt der dritte Strang P3 somit im Block G, der durch die Statornuten 14 mit den Statornutennummern SN=7 und SN=8 bezeichnet ist.
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Der vierte Strang P4 wird schließlich mit einer Abfolge von zu besetzenden Positionen beschrieben, welche der für den zweiten Strang P2 angegebenen Abfolge entspricht, wobei die Abfolge für den vierten Strang P4 jedoch bei einem zweiten Block G beginnt, welcher gegenüber dem ersten Block G um eine Position in die erste Umfangsrichtung versetzt ist. Konkret beginnt vierte Strang P4 somit wiederum im Block G, der durch die Statornuten 14 mit den Statornutennummern SN=7 und SN=8 bezeichnet ist.
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Generell haben die Stränge P1..P4 im ersten Block G Anfangspunkte und am anderen offenen Ende Endpunkte. Diese ist in der 3 in der Tabelle oben visualisiert. Dort sind die Anfangspunkte mit „X“ und die Endpunkte mit „O“ bezeichnet. Aus dieser Tabelle ist auch gut erkennbar, dass die Anfangspunkte X und die Endpunkte O der einzelnen Stränge P1..P4 örtlich eng beisammen liegen. Ganz allgemein ergeben sich durch das vorgeschlagene Schema folgende Vorteile:
- - die Anfangspunkte X aller Stränge P1..P2 einer Phase U, V, W liegen im ersten Block G,
- - die Endpunkte O des ersten Strangs P1 und zweiten Strangs P2 einer Phase U, V, W liegen radial außen in einem Block G,
- - die Endpunkte O des dritten Strangs P3 und vierten Strangs P4 einer Phase U, V, W liegen radial innen in einem Block G.
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Dadurch können die Stränge ohne großen Verschaltungsaufwand in vielfacher Weise miteinander verschalten werden.
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Von Vorteil ist es auch, wenn die Leiter 13 paarweise durch die Schenkel eines U-förmigen Bügels gebildet sind und die Anfangspunkte X und Endpunkte O der Stränge P1..P4 jeweils durch ein Ende eines solchen Schenkels gebildet sind. Bei dieser Ausführungsvariante ergeben sich pro Lagenpaar ein weiter und ein enger U-förmiger Bügel, welche im ersten Strang P1 und zweiten Strang P2 vom ersten Block G ausgehen und im dritten Strang P3 und vierten Strang P4 vom zweiten Block G ausgehen. Alle übrigen Bügel haben mittlere Weite. Vorteilhaft können ein weiter und ein enger räumlich ineinander verschachtelt werden.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn zwischen den ersten Blöcken G unterschiedlicher Phasen U, V, W jeweils genau ein anderer Block G liegt. Dadurch liegen die Anfangspunkte X und Endpunkte O aller Stränge P1..P4 räumlich nahe zueinander und können daher gut in unterschiedlicher Weise elektrisch verschaltet werden.
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Beispiele für die elektrische Verschaltung der Stränge P1..P4 sind in den 4 bis 8 dargestellt.
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4 zeigt ein Beispiel, bei dem die Anfangspunkte X der vier Stränge P1..P4 jeder Phase U, V, W jeweils miteinander verbunden sind und bei dem die Endpunkte O der vier Stränge P1..P4 aller Phasen U, V, W zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind. Gleichwertig wäre auch möglich, dass die Endpunkte O der vier Stränge P1..P4 jeder Phase U, V, W jeweils miteinander verbunden sind und dass die Anfangspunkte der vier Stränge P1..P4 aller Phasen U, V, W zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind. Hier ergibt sich in beiden Fällen eine Parallelschaltung aller Stränge P1..P4, die zu einem Sternpunkt verschaltet sind.
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5 zeigt ein Beispiel, bei dem die Anfangspunkte X der vier Stränge P1..P4 jeder Phase U, V, W jeweils miteinander verbunden sind und bei dem die Endpunkte O der ersten und zweiten Stränge P1, P2 aller Phasen U, V, W zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und bei dem die Endpunkte O der dritten und vierten Stränge P3, P4 aller Phasen U, V, W zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind. Gleichwertig wäre auch möglich, dass die Endpunkte O der vier Stränge P1..P4 jeder Phase U, V, W jeweils miteinander verbunden sind und dass die Anfangspunkte X der ersten und zweiten Stränge P1, P2 aller Phasen U, V, W zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und dass die Anfangspunkte X der dritten und vierten Stränge P3, P4 aller Phasen U, V, W zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind. Hier ergibt sich in beiden Fällen ebenfalls eine Parallelschaltung aller Stränge P1..P4, die jedoch zu zwei Sternpunkten verschaltet sind.
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6 zeigt ein Beispiel, bei dem der erste Strang P1 und der vierte Strang P4 jeder Phase U, V, W jeweils in Serie geschaltet sind und bei dem der zweite Strang P2 und der dritte Strang P3 jeder Phase U, V, W jeweils in Serie geschaltet sind, wobei die Endpunkte O der dritten Stränge P3 und vierten Stränge P4 aller Phasen U, V, W zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind oder alternativ die Anfangspunkte X der ersten Stränge P1 und zweiten Stränge P2 aller Phasen U, V, W zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind. Hier sind die Stränge P1..P4 paarweise in Serie und parallelgeschaltet, wobei alle paarweise in Serie geschalteten Stränge P1..P4 zu einem Sternpunkt verschaltet sind.
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7 zeigt ein Beispiel, bei dem der erste Strang P1 und der vierte Strang P4 jeder Phase U, V, W jeweils in Serie geschaltet sind und bei dem der zweite Strang P2 und der dritte Strang P3 jeder Phase U, V, W jeweils in Serie geschaltet sind, wobei die Endpunkte O der dritten Stränge P3 aller Phasen U, V, W zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und die Endpunkte O der vierten Stränge P4 aller Phasen U, V, W zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind oder alternativ die Anfangspunkte X der ersten Stränge P1 aller Phasen U, V, W zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und die Anfangspunkte X der zweiten Stränge P2 aller Phasen U, V, W zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind. Hier sind die Stränge P1..P4 ebenfalls paarweise in Serie und parallelgeschaltet, wobei jedoch alle paarweise in Serie geschalteten Stränge P1..P4 zu zwei Sternpunkten verschaltet sind.
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8 zeigt schließlich ein Beispiel, bei dem die vier Stränge P1..P4 jeder Phase U, V, W beginnend beim ersten Strang P1 aufsteigend bis zum vierten Strang P4 jeweils miteinander in Serie geschaltet sind und bei dem die Endpunkte O der vierten Stränge P4 aller Phasen U, V, W zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind oder alternativ die Anfangspunkte X der ersten Stränge P1 aller Phasen U, V, W zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind. Hier sind die Stränge P1..P4 jeder Phase in Serie geschaltet, wobei die in Serie geschalteten Stränge P1..P4 zu einem Sternpunkt verschaltet sind.
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9 zeigt eine schematische Darstellung, wie die gezeigten Schemata für eine beliebige Anzahl an Lagenpaaren pro Block G erweitert werden können. Aus der 9 ist ersichtlich, dass das Muster für zwei Lagenpaare ausgehend von der Basis-Musterfolge entsprechend fortgesetzt wird.
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10 zeigt eine schematische Darstellung, wie die gezeigten Schemata für eine beliebige Anzahl an Polpaaren erweitert werden können. Dabei werden zwischen die Basis-Musterfolgen weitere Musterfolgen eingefügt.
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Im Zusammenhang mit der
9 und
10 zeigt die untenstehende Tabelle ein Schema für einen beispielhaften Stator 5 mit vier Lagenpaaren und vier Polpaaren.
| | | P1 | | | | P2 |
| | | S | L | | | S | L |
| A | a | 2 | 1 | | A' | a' | 1 | 1 |
| b | -1 | +1 | | b' | +1 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 | | d | 0 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 | | d | 0 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 | | d | 0 | +1 |
| B | d | 0 | +1 | B' | d | 0 | +1 |
| b' | +1 | +1 | | b | -1 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 | | d | 0 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 | | d | 0 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 | | d | 0 | +1 |
| B' | d | 0 | +1 | B | d | 0 | +1 |
| b | -1 | +1 | | b' | +1 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 | | d | 0 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| | d | 0 | +1 | | | d | 0 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 | d | 0 | +1 |
| B | d | 0 | +1 | B' | d | 0 | +1 |
| b' | +1 | +1 | b | -1 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 | d | 0 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 | d | 0 | +1 |
| C | c | 0 | -1 | C | c | 0 | -1 |
| d | 0 | +1 | d | 0 | +1 |
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Die 11 zeigt schließlich die in ein Fahrzeug 15 eingebaute elektrische Maschine 1. Das Fahrzeug 15 weist wenigstens zwei Achsen auf, von denen wenigstens eine angetrieben ist. Konkret ist der Elektromotor 1 mit einem Getriebe 16 verbunden, das insbesondere auch die Funktion eines Differentialgetriebes übernehmen kann. An das Getriebe 16 schließen die Halbachsen 17 der Hinterachse an. An den Halbachsen 17 sind schließlich die angetriebenen Räder 18 montiert. Der Antrieb des Fahrzeugs 15 erfolgt zumindest teilweise oder zeitweise durch die elektrische Maschine 1. Das heißt, die elektrische Maschine 1 kann zum alleinigen Antrieb des Fahrzeugs 15 dienen oder zum Beispiel im Verbund mit einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein (Hybridantrieb).
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Abschließend wird auch festgehalten, dass der Schutzbereich durch die Patentansprüche bestimmt ist. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Die in den Figuren enthaltenen Merkmale können beliebig ausgetauscht und miteinander kombiniert werden. Insbesondere wird auch festgehalten, dass die dargestellten Vorrichtungen in der Realität auch mehr oder auch weniger Bestandteile als dargestellt umfassen können. Teilweise können die dargestellten Vorrichtungen beziehungsweise deren Bestandteile auch unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt sein.
