-
Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb weisen eine elektrische Maschine auf mit einem Stator, in dessen Nuten Wicklungen eingelegt sind. Durch Bestromung dieser Wicklungen ergibt sich etwa bei Synchronmotoren oder bei Asynchronmotoren ein umlaufendes elektrisches Feld, um so einen Rotor der elektrischen Maschine anzutreiben. Bei Anwendungen im Fahrzeugbereich ergeben sich relativ hohe Leistungen, sodass die Wicklungs- und Nutenstruktur nicht beliebig fein ausgeführt sein kann, sondern es ergeben sich diskrete Nuten, in denen Wicklungen liegen, wobei die Nuten einen Winkelbereich von typischerweise ca. 7° oder 10° bis 15° beanspruchen. Diese Diskretisierung beim mechanischen bzw. elektromechanischen Aufbau führt zu einem Rippel in dem erzeugten Drehmoment und im Strom, der durch die Wicklungen fließt.
-
Derartige Rippel werden durch einen Zwischenkreiskondensator abgefangen, wobei jedoch dieser einen Kostenfaktor darstellt und daher Interesse daran besteht, den Rippel so gering wie möglich und somit auch die Dimensionierung des Zwischenkreiskondensators so gering wie möglich zu halten. Zudem macht sich der Drehmoment-Rippel auch bemerkbar durch eine schwankende Antriebsleistung (gerade bei langsamer Fahrt) und durch eine Geräuschentwicklung.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich ein elektrischer Antrieb derart ausbilden lässt, dass nur ein geringer Rippel (im Hinblick auf Drehmoment und/oder im Hinblick auf den Laststrom) ergibt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Anspruch 1. Weitere Anwendungsbereiche, Ausführungsformen, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den Gegenständen der abhängigen Ansprüche.
-
Es wird vorgeschlagen, einen elektrischen Antrieb mit einer elektrischen Maschine vorzusehen, bei der mehrere Wicklungssysteme im Stator vorgesehen sind, und wobei die Wicklungssysteme zueinander versetzt sind (entlang oder entgegen der Umfangsrichtung, d.h. von einer Nut zur anderen). Es bestehen zusammenhängende Phasengruppen, die mehrere Wicklungen aufweisen, die der gleichen Phase (und dem gleichen Wicklungssystem) zugeordnet sind. Innerhalb der Phasengruppen bestehen somit mehrere Wicklungen nebeneinander, die nebeneinander liegende Nuten mit Wicklungen der gleichen Phase belegen. Dies ermöglicht einen Versatz der Wicklungssysteme zueinander, der kleiner ist als die Breite einer Phasengruppe. Liegen bspw. Phasengruppe vor, die Wicklungen umfassen, die sich über zwei benachbarte Nuten erstrecken, d.h. Phasengruppe mit der Breite von 2 (Nuten), dann kann ein Wicklungssystem zum anderen um eine Nutenanzahl versetzt werden, die kleiner ist als die Breite der Phasengruppen (etwa nur eine Nut bzw. nur eine Wicklung). Damit überschneiden sich Phasengruppen unterschiedlicher Wicklungssysteme, wodurch der Rippel verringert wird. Überschneidung stellt somit einen Übergang zwischen verschiedener Phasengruppen dar, die unterschiedlichen Wicklungssystem angehören. Durch diese Überschneidung folgt somit nicht (für mehrere Wicklungssysteme gesehen) eine Phasengruppe auf die andere, sondern es bestehen Überschneidungen, die den Übergang „weicher“ machen. Durch den verringerten Rippel wird der Zwischenkreiskondensator des Antriebs weniger belastet, d.h. die Wechselstromkomponenten sind verringert, insbesondere im Bereich der mehrfachen harmonischen zur Grundwelle des Antriebstroms. Der Zwischenkreiskondensator kann dadurch mit geringeren Anforderungen und somit kostengünstiger ausgelegt werden, wobei sich ferner gegenüber nicht versetzten Wicklungssystemen eine geringere Geräuschentwicklung ergibt. Als Wicklung innerhalb der Nut wird insbesondere ein Teil der Wicklung bezeichnet, der sich entlang der Nut erstreckt (d.h. in axialer Richtung), d.h. ein Abschnitt der Wicklung. Eine Windung kann sich entlang einer Nut erstrecken, über eine Verbindung zu einer weiteren Nut führen, und sich dort entlang der weiteren Nut erstrecken. Die Erstreckungsrichtung in der erstgenannten Nut ist insbesondere entgegengesetzt zur Erstreckungsrichtung zur weiteren Nut. In den Figuren sind die unterschiedlichen Erstreckungsrichtungen mit unterschiedlichen Vorzeichen dargestellt.
-
Es wird daher ein elektrischer Antrieb mit einer elektrischen Maschine beschrieben, die einen Stator mit n Wicklungssystemen aufweist, beispielsweise 2 (oder 3 oder 4). Der elektrische Antrieb ist insbesondere ein Traktionsantrieb eines Fahrzeugs. Jedes der n Wicklungssysteme hat m Phasen, beispielsweise 3 (oder 6). Der Stator weist umlaufend angeordnet Nuten auf. Diese sind axial ausgerichtet, d.h. parallel zur Rotationsachse der elektrischen Maschine. In den Nuten sind die mehreren Wicklungssysteme eingelegt. Die Anzahl der Nuten s ist 2 × m × n2 oder ein ganzzahliges oder geradzahliges Vielfaches hiervon. Die Nuten sind in Umlaufrichtung abwechselnd mit einer ersten Wicklungssystemgruppe von Wicklungen und eines ersten Wicklungssystems befüllt, und mit einer zweiten Wicklungssystemgruppe von Wicklungen eines zweiten Wicklungssystems. Die beiden Wicklungssysteme (bzw. -gruppen) können sich daher einfach abwechseln (Muster: A - B mit zwei Wicklungssystemen A und B) oder mehrfach abwechseln, indem sich entlang eines Umlaufs die beiden Wicklungssysteme mehrfach abwechseln (Muster: A - B - A - B mit zwei Wicklungssystemen A und B). Bei einem einfachen Abwechseln füllt somit die zweite Wicklungssystemgruppe den verbleibenden Winkel zum vollständigen Umfang aus, der nach der ersten Wicklungssystemgruppe folgt. Somit sind die Wicklungssystemgruppen nacheinander angeordnet, wobei sich eine Wicklungsgruppe (in einer Lage) nicht noch einmal wiederholt, und bei einem mehrfachen Abwechseln sind diese mehrfach alternierend nacheinander angeordnet. Jedes Wicklungssystem kann als eine (einzige) Wicklungssystemgruppe vorgesehen sein, oder kann von mehreren Wicklungssystemgruppen gebildet werden. Die ein oder mehreren ersten Wicklungssystemgruppen bilden das erste Wicklungssystem. Die ein oder mehreren zweiten Wicklungssystemgruppen bilden das erste Wicklungssystem.
-
Sind die Wicklungen in mehreren Lagen vorgesehen, dann ist eine Wicklungssystemgruppe der ersten Lage versetzt gegenüber der gleichen Wicklungssystemgruppe der anderen Lage, insbesondere um die Länge von m Phasengruppen + 1 Nut oder - 1 Nut. Die Lagen können somit jeweils alle Wicklungssysteme aufweisen, wobei diese (entlang eines Umfangs des Stators) mehrfach vorliegen können. Alle Lagen weisen vorzugsweise jeweils Phasengruppen aller Wicklungssysteme auf. Bei mehreren Lagen ist eine Wicklungssystemgruppe in der ersten Lage versetzt zur gleichen Wicklungssystemgruppe in der anderen Lage, wobei die Versetzung vorzugsweise kleiner ist als die Breite von m Phasengruppen. Eine Wicklungssystemgruppe beinhaltet somit alle Wicklungen eines Wicklungssystems (wenn die Wicklungssystemgruppe bzw. das Wicklungssystem nicht entlang des Umfangs oder über mehrere Lagen wiederholt wird) oder beinhaltet einen Teil der Wicklungen eines Wicklungssystems (wenn diese entlang des Umfangs oder über mehrere Lagen wiederholt werden). Da jedes Wicklungssystem mehrere Phasen aufweist, ist jede Wicklungssystemgruppe in mehrere Phasengruppen aufgeteilt.
-
In der ersten Wicklungssystemgruppe folgen mehrere Phasengruppen unterschiedlicher Phasen aufeinander. Dies gilt insbesondere auch für die zweite Wicklungssystemgruppe sowie auch für Wiederholungen der ersten und zweiten Wicklungssystemgruppe, die in unterschiedlichen Lagen und/oder entlang des Umfangs auftreten. Innerhalb jeder Wicklungssystemgruppe können sich mehrere Phasengruppen wiederholen. Bei drei Phasen U, V, W treten mehrere Wicklungen der gleichen Phase nebeneinander auf (Muster: U1, U2), worauf mehrere Wicklungen einer weiteren Phase (Muster: V1, V2) folgen. Innerhalb jeder Phasengruppe sind somit mehrere Phasen nebeneinander gereiht, wobei jede Phase durch mehrere (aufeinanderfolgende) Wicklungen der gleichen Phase repräsentiert ist. In jeder Phasengruppe folgen mehrere Wicklungen der gleichen Phase aufeinander. In jeder Phasengruppe folgen insbesondere eine Anzahl von mehreren Wicklungen der gleichen Phase aufeinander, die der Phasenzahl m (oder einem ganzzahligen oder geradzahligen Vielfachen hiervon) entspricht. Dies betrifft insbesondere alle Phasengruppen des ersten Wicklungssystems bzw. Wicklungssystemgruppen hiervon und vorzugsweise nur einen Teil der Phasengruppen des zweiten Wicklungssystems bzw. Wicklungssystemgruppen hiervon, insbesondere die Phasengruppen des zweiten Wicklungssystems, die nicht ein Ende der zweiten Wicklungssystemgruppe bilden bzw. die nicht an eine Phasengruppe des anderen Wicklungssystems.
-
Es können somit (insbesondere einer zweiten Wicklungssystemgruppe) Phasengruppen bestehen, in denen eine Phase nicht durch eine Anzahl von m Wicklungen in m Nuten repräsentiert ist, sondern durch eine geringere Anzahl bspw. durch eine Anzahl von m - 1 Wicklungen in m - 1 Nuten. Insbesondere kann in einer Phasengruppe eine Phase auch nur durch eine einzelne Wicklung repräsentiert sein bzw. diese Phasengruppe kann einzelne Wicklungen aufweisen, die sich an zwei entgegengesetzten Enden der Wicklungssystemgruppe befinden. Die gegenüber m geringere Anzahl an Wicklungen für eine Phase in einer Phasengruppe (am Anfang oder am Ende einer zweiten Wicklungssystemgruppe) kann sich ergeben durch den hier beschriebenen Versatz, durch den der Rippel verringert wird.
-
In jeder Wicklungssystemgruppe folgen vorzugsweise mehrere Phasengruppen unterschiedlicher Phasen aufeinander. Damit wiederholt sich innerhalb jeder Wicklungssystemgruppe die Phasenabfolge mehrfach. Die Phasengruppe steht hierbei für eine einfache Abfolge aller m (gleichen) Phasen, während die Wicklungssystemgruppe mehrere dieser einfachen Abfolgen wiederholt. Als einfache Abfolge wird eine Phasengruppe bezeichnet, bei der jede Phase durch eine oder insbesondere durch mehrere Wicklungen repräsentiert ist, diese Wicklungen der gleichen Phase jedoch direkt nacheinander vorgesehen sind und diese nacheinander folgenden Wicklungen bzw. deren Phasen nicht wiederholt werden. Bestehen daher Wicklungen zu den Phasen U, V, W, dann ist die Phasengruppe definiert durch die Wicklungen der Phase U, auf die die Wicklungen der Phase V in einer zweiten Phasengruppe folgt, woraufhin wiederum die Wicklungen der Phase W in einer dritten Phasengruppe folgen, ohne jedoch andere Phasen nach Phase W zu wiederholen.
-
Die Wicklungssystemgruppen sind zueinander versetzt, insbesondere um einen Nutenanzahl kleiner als die Phasenzahl m oder um ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl von Nuten in einer Phasengruppe, wobei diese Zahl um 1 erhöht (oder verringert) wird. Sind die Wicklungen in mehreren Lagen vorgesehen, dann kann die Wicklung, die sich anfügt, sich an eine zweite Wicklungssystemgruppe anfügen, die in einer anderen Lage ist als die zweite Wicklungssystemgruppe, von der diese versetzt wurde. Die sich anfügende Wicklung kann sich somit an eine zweite Wicklungssystemgruppe anfügen, die in einer anderen Wicklungslage vorgesehen ist. Somit kann eine Wicklung, die der gleichen Phase wie der Phase der ersten Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe in einer ersten Wicklungslage angehört, sich an die letzte Phasengruppe oder erste Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe anfügen, wobei diese letzte Phasengruppe sich in einer anderen Lage wie die erste Phasengruppe befindet. Eine Wicklung der ersten Phasengruppe kann sich in einer ersten Lage befinden, während sich eine weitere Wicklung der selben Phasengruppe (bzw. ein Abschnitt der selben Wicklung) in einer anderen Lage befindet, sofern beide Phasengruppen der zweiten Wicklungssystemgruppe angehören. Der sich durch das Anfügen vergebende Versatz kann somit lagenübergreifend sein. Somit kann eine Wicklung einer ersten Phasengruppe versetzt werden an eine Phasengruppe in einer anderen Lage bzw. dort weitergeführt werden. Das Anfügen einer Wicklung aus einer ersten Phasengruppe an die letzte (vollständige) Phasengruppe des gleichen (zweiten) Wicklungssystems bezieht sich nicht auf eine bestimmte Umlaufrichtung, in der „erster“ und „letzter“ definiert wäre. Vielmehr wird mit „erster“ und „letzter“ Phasengruppe lediglich angesprochen, dass es sich um zwei Phasengruppen an den Enden einer zweiten Wicklungssystemgruppe handelt, wobei wie erwähnt die beiden angesprochenen Phasengruppen sich in unterschiedlichen Wicklungslagen befinden können, wenn mehrere Wicklungslagen vorliegen.
-
Der Antrieb kann auch mit drei (oder mehr) Wicklungssystemen vorgesehen werden. Gemäß einer Ausführungsform sind die Nuten in einer Umlaufrichtung abwechselnd mit der ersten Wicklungssystemgruppe von Wicklungen des ersten Wicklungssystems befüllt, mit der zweiten Wicklungssystemgruppe von Wicklungen des zweiten Wicklungssystems befüllt und mit einer dritten Wicklungssystemgruppe von Wicklungen eines dritten Wicklungssystems befüllt. Die drei Wicklungssysteme sind somit jeweils in Wicklungssystemgruppen geordnet. In der dritten Wicklungssystemgruppe folgen mehrere Phasengruppen unterschiedlicher Phasen aufeinander. Die dritte Wicklungssystemgruppe ist somit grundsätzlich wie die ersten beiden Wicklungssystemgruppen geordnet. Zwei Wicklungen, die der gleichen Phase wie die Phase der ersten Phasengruppe der dritten Wicklungssystemgruppe angehören, fügen sich an die letzte Phasengruppe der dritten Wicklungssystemgruppe an bzw. werden dort weitergeführt. Nachdem in der zweiten Wicklungssystemgruppe eine Wicklung in dieser Weise an die letzte Phasengruppe versetzt wurde, sind nun zwei Wicklungen (d.h. mehr Wicklungen als bei den ersten Wicklungssystemen) an die letzte Phasengruppe versetzt. Somit ist auch die dritte Wicklungssystemgruppe (um eine Wicklung) zu der zweiten Wicklungssystemgruppe versetzt bzw. ist um mehr als eine Wicklung zu der ersten Wicklungssystemgruppe versetzt. Bei mehr als zwei Wicklungssystemen sind diese vorzugsweise in der gleichen Umlaufrichtung und zueinander gleichmäßig versetzt, d.h. mit der gleichen Wicklungsanzahl zueinander versetzt. Sieht die zweite Wicklungssystemgruppe i Wicklungen vor, die sich an die letzte Phasengruppe anschließen (und der ersten Phasengruppe entnommen sind), dann ist gemäß einer Ausführungsform die dritte Wicklungssystemgruppe um i Wicklungen (bzw. um i Nuten) gegenüber der zweiten Wicklungssystemgruppe versetzt, die von der ersten Phasengruppe entnommen sind und sich an die letzte Phasengruppe dieser Wicklungsgruppe anschließen. Vorzugsweise wird mit steigender Ordnung der Wicklungssystemgruppe immer eine Wicklung mehr von der ersten Phasengruppe dieser Wicklungssystemgruppe entnommen und an die letzte Phasengruppe angefügt.
-
Bei der zweiten Wicklungssystemgruppe wird gegenüber der ersten Wicklungssystemgruppe eine Wicklung der ersten Phasengruppe an das andere Ende versetzt und mit jeder weiteren Wicklungssystemgruppe (dritte, vierte, ...) bzw. mit jedem weiteren Wicklungssystem wird eine Wicklung mehr von der ersten Phasengruppe zu der Phasengruppe am anderen Ende der betreffenden Wicklungssystemgruppe versetzt bzw. diese Wicklung wird dort weitergeführt.
-
Die Wicklungen jeder Wicklungssystemgruppe sind vorzugsweise in direkt aufeinanderfolgenden Nuten angeordnet. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Wicklungen jeder Phasengruppe der gleichen Phase angehören. Vorzugsweise sind die Wicklungen, die der gleichen Phase angehören und der gleichen Phasengruppe, in direkt aufeinanderfolgenden Nuten angeordnet. Dies trifft vorzugsweise auf alle Phasengruppen zu, die keine Wicklungen aufweisen, welche an die letzte Phasengruppe bzw. Phasengruppen des entgegengesetzten Endes der Wicklungssystemgruppe angefügt ist. Gemäß einer Ausführungsform mit mehreren Wicklungslagen sind unterschiedliche Enden (der gleichen Wicklung) in unterschiedlichen Lagen angeordnet. Vorzugsweise sind unterschiedliche Enden der gleichen Wicklung in aufeinanderfolgenden Phasengruppen der gleichen Phase vorgesehen. Bei Ausführungsformen mit mehreren Wicklungslagen können aufeinanderfolgende Phasengruppen in unterschiedlichen Wicklungslagen vorgesehen sein.
-
Es bestehen Ausführungsformen, bei denen entlang des Statorumfangs nur eine Wicklungssystemgruppe vorgesehen ist. Andere Ausführungen sehen vor, dass sich mehrere Wicklungssystemgruppen entlang eines Umlaufs bzw. innerhalb eines Umlaufs wiederholen. Hierbei können sich die Wicklungssystemgruppen innerhalb eines Umlaufs abwechselnd wiederholen (sodass bspw. eine zweite Wicklungssystemgruppe auf eine erste folgt und auf die zweite Wicklungssystemgruppe wiederum eine weitere erste Wicklungssystemgruppe). Alternativ oder in Kombination hiermit können sich die Phasengruppen innerhalb jeder Wicklungssystemgruppe ein- oder mehrfach wiederholen. Dies bezieht sich ebenso auf einen Umlauf des Stators. Ferner ist es möglich, dass sich die Wicklungsgruppen innerhalb mehrerer Umläufe wiederholen. Diese Wiederholung über mehrere Umläufe führt insbesondere zu mehreren Wicklungslagen, sodass sich die Wicklungsgruppen innerhalb mehrerer Umläufe entlang der mehreren Wicklungslagen wiederholen. Es befinden sich in den gleichen Nuten (in allen Nuten oder nur ein Teil hiervon) unterschiedliche Wicklungssystemgruppen bzw. Wicklungen verschiedener Wicklungssysteme. Diese sind zueinander um mindestens eine Nut versetzt angeordnet. Somit sind unterschiedliche Wicklungsgruppen größtenteils überlappend in den gleichen Nuten vorgesehen, wobei jedoch die unterschiedlichen Wicklungsgruppen zueinander versetzt sind. Hierbei kann die zweite Wicklungsgruppe zur ersten versetzt sein. Vorzugsweise um eine Nutenanzahl, die kleiner ist als die Zahl aufeinanderfolgender Nuten mit gleicher Phase.
-
Ein weiterer Aspekt ist die Verbindung zwischen verschiedenen Phasengruppen der gleichen Wicklungssystemgruppe, insbesondere die elektrische Anbindung der sich anfügenden Wicklung bzw. des sich anfügenden Wicklungsabschnitts. Die sich an die letzte Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe anfügende Wicklung (bzw. dort weitergeführt Wicklung ist über eine elektrische Verbindung mit der ersten Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe verbunden. Vorzugsweise liegen die Enden der ersten Wicklung der ersten Phasengruppe und die sich an die letzte Phasengruppe anfügende Wicklung nebeneinander. Die elektrische Verbindung befindet sich vorzugsweise an der Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe, die der gleichen Phase wie die erste Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe angehört. Die Verbindung liegt vorzugsweise zwischen dieser ersten Phasengruppe und derjenigen Wicklung, welche sich an die letzte Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe anfügt bzw. dort weitergeführt wird. Entsprechendes gilt auch für dritte und weitere Wicklungssystemgruppen: die sich anfügende Wicklung bzw. sich anfügenden Wicklungen (bzw. der Wicklungsabschnitt in der sich anfügenden Nut oder Nuten) sind vorzugsweise über eine Verbindung mit der ersten Phasengruppe des gleichen Wicklungssystems verbunden, aus dem diese „entnommen“ sind. Der Begriff „entnommen“ bezieht sich auf die geringere Anzahl von Nuten der ersten Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe (im Vergleich zu der Nutenanzahl, die von der folgenden Phasengruppe belegt wird), wobei die Differenz als letzte Phasengruppe vorliegt. Diese Differenz bzw. die Wicklung(en) der letzten Phasengruppe kann als das angesehen werden, was der ersten Phasengruppe entnommen ist, wobei die erste (unvollständige) Phasengruppe und die letzte (unvollständige) Phasengruppe zusammen als eine vollständige Phasengruppe (mit der gleichen Anzahl an Nuten wie die zweite) betrachtet werden können.
-
Aufeinanderfolgende Phasengruppen der gleichen Phase weisen jeweils ein Ende der zwei entgegengesetzten Enden derselben Wicklung auf. Ein Ende der sich anfügenden Wicklung ist vorzugsweise in einer Nut, von der aus sich eine erste Wicklung zur ersten Phasengruppe hin erstreckt (aus der die sich anfügende Wicklung entnommen wurde), und von der aus sich in entgegengesetzter Richtung eine weitere Wicklung der gleichen Phase erstreckt.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein erstes Ende der Wicklung jeder Phasengruppe der ersten Wicklungssystemgruppe gegenüber der ersten Nut dieser Phasengruppe in Umlaufrichtung versetzt ist. Ein zweites Ende dieser Wicklung kann in der letzten Nut der darauffolgenden Phasengruppe der gleichen Phase vorgesehen sein. Ferner kann ein Wicklungssystem vorgesehen sein, das Enden aufweist, von dem aus sich immer in der gleichen Umlaufrichtung eine Wicklung hin erstreckt. Dies betrifft insbesondere die erste Wicklungssystemgruppe. Es kann ferner eine Wicklungssystemgruppe vorgesehen sein, die Enden aufweist, wobei sich von jedem Ende eine Wicklung in Richtung einer Umlaufrichtung erstreckt, und eine weitere Wicklung in entgegengesetzter Umlaufrichtung. Ausgehend von jedem Ende befindet sich somit zu beiden Seiten jeweils eine Wicklung. Für die äußeren Enden der Wicklungssystemgruppe kann vorgesehen sein, dass sich jeweils eine Wicklung zum jeweils anderen Ende hin erstreckt, die auch eine Verbindung zu einem weiteren Ende aufweist. Die Enden werden vorzugsweise weitergeführt zu einem Phasensammelpunkt, an dem sich ein Phasenanschluss einer Wicklungssystemgruppe befindet.
-
Wie erwähnt können die Nuten in mehreren Lagen befüllt sein. Es ergeben sich mehrere Wicklungslagen. Insbesondere können die Nuten in einer ersten und in einer zweiten Lage mit den Wicklungssystemgruppen befüllt sein. Die erste und/oder die zweite Lage (Wicklungslage) weist eine Wicklung auf, die der gleichen Phase wie die Phase der ersten Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe dieser Lage angehört. Vorzugsweise fügt sich diese an die letzte Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe dieser Lage an.
-
Die erste Lage ist vorzugsweise um eine Nutenzahl v zur zweiten Lage versetzt, wobei v der Breite der ersten Phasengruppe (d.h. abzüglich der sich anfügenden Wicklung) entspricht. Mit anderen Worten ist v = (m x Anzahl der Wicklungen pro Phasengruppe) - 1 (oder +1). Die Variable m entspricht der Anzahl der Phasen. Die Wicklungen der gleichen Phasengruppe sind der gleichen Phase zugeordnet. Damit befinden sich die Wicklungen der Wicklungssystemgruppe, die die erste Phasengruppe aufweist, der eine Wicklung „entnommen“ ist, in der ersten Lage, während sich die „entnommene“ Wicklung in der anderen Lage befindet. Dies vereinfacht den Wicklungsprozess.
-
Vorzugsweise sind mehrere oder alle Wicklungen jeweils verteilt auf die erste und die zweite Lage vorgesehen. Hierbei befindet sich ein Teil der Wicklungen der ersten Lage, und ein weiterer Teil, d.h. bspw. ein zweiter Abschnitt, in der zweiten Lage. Vorzugsweise befinden sich verschiedene Enden einer Wicklung in verschiedenen Lagen.
-
Ein spezifisches Beispiel sieht vor, dass der Stator aus n = 2 Wicklungssystemen besteht, die jeweils aus m = 3 Phasen bestehen. Die gesamte Anzahl der Nuten des Stators beträgt vorzugsweise s = 24. Hierbei können sich (pro Wicklungssystem) die Phasengruppen ein (1) Mal wiederholen, wobei in den in Umfangsrichtung zuerst auftretenden drei Phasengruppen erste Enden von Wicklungen sind und in der Wiederholung dieser Phasengruppen die zweiten Enden dieser Wicklungen vorliegen. Pro Wicklungssystem liegt somit jede Phasengruppe zweifach vor (d.h. das erste Auftreten der Phasengruppe und deren einmalige Wiederholung). Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Stator aus n = 2 Wicklungssystemen besteht, die jeweils mit m = 3 Phasen ausgestattet sind, wie im vorangehenden Beispiel. Jedoch wiederholen sich die der weiteren Ausführungsform die Phasengruppen jeweils 3 Mal. Die jeweils zuerst auftretenden Phasengruppen und deren Wiederholungen ergeben pro Wicklungssystem 4 Phasengruppen, die der gleichen Phase angehören. Nachdem somit 2 Wicklungssysteme jeweils 4 Abfolgen von unterschiedliche Phasengruppen aufweisen und jede Phasengruppe 2 Nuten aufweist, ergeben sich insgesamt 48 Nuten des Stators.
-
Ein weiteres Beispiel sieht vor, dass der Stator mit insgesamt n = 2 Wicklungssystemen bestückt ist. Diese weisen jeweils insgesamt m = 3 Phasen auf. Die Abfolge der zweiten Wicklungsgruppe auf die erste wiederholt sich entlang eines Umlaufs einmal; die erste und die zweite Wicklungsgruppe treten somit jeweils zweimal auf. Entlang eines Umlaufs wird die zweite Wicklungsgruppe wiederholt, wobei die Wiederholung direkt folgt. Die Anzahl der Nuten des Stators kann hierbei = 48 betragen.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Stator insgesamt n = 2 Wicklungssysteme aufweist, die jeweils mit m = 3 Phasen versehen sind. Entlang eines Umlaufs folgen zwei erste Wicklungssystemgruppen direkt aufeinander, woraufhin zwei direkt aufeinanderfolgende zweite Wicklungssystemgruppen folgen. Die zwei ersten Wicklungssystemgruppen sehen, in Umfangsrichtung gesehen, m=3 Phasengruppen vor, die sich einmal wiederholen und so Hin- und Rückabschnitte der gleichen Wicklung bilden, sowie weitere m=3 Phasengruppen vor, die sich einmal wiederholen und so Hin- und Rückabschnitte der gleichen Wicklung (d.h. einer weiteren Wicklung) bilden. Es folgen danach die zwei zweiten Wicklungssystemgruppen, die vorzugsweise wie die zwei ersten Wicklungssystemgruppen ausgebildet sind. Jede Phasengruppe (bis auf die letzte und die erste Phasengruppen der zweiten Wicklungssysteme) belegt 2 aufeinanderfolgende Nuten mit Wicklungsabschnitten / Wicklungen der gleichen Phase. Die Anzahl der Nuten des Stators beträgt s = 48, d.h. das Doppelte der Gleichung s = 2 × m × n2 und somit das Doppelte von 2 × 3 × 22 = 2 × 24.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der elektrische Antrieb einen Inverter und eine damit ansteuernd verbundene Invertersteuerschaltung auf. Der Inverter ist mit der elektrischen Maschine verbunden. Die Invertersteuerschaltung ist eingerichtet, einen Pulsweitenmodulationsbetrieb und einen Blockbetrieb vorzusehen. In dem Blockbetrieb werden die Phasen der elektrischen Maschine ohne pulsweite Modulation angesteuert, d.h. ohne pulsweite Modulation, die auf eine Sinusform ausgerichtet wäre. Die Invertersteuerschaltung ist ferner eingerichtet, den pulsweiten Modulationsbetrieb oberhalb einer (vorgegebenen) Drehzahlgrenze einzustellen. Unterhalb der Drehzahlgrenze bzw. nicht oberhalb der Drehzahlgrenze wird von der Steuerschaltung der Blockbetrieb eingestellt.
-
Schließlich kann die elektrische Maschine als Synchronmaschine ausgebildet sein, oder auch als Asynchronmaschine. Der elektrische Antrieb kann als elektrischer Traktionsantrieb oder als Startergenerator eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
-
Die 1 bis 4 zeigen Wicklungsschemata zur beispielhaften Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung.
-
In der 1 ist ein Wicklungsschema dargestellt mit m = 3 Phasen, n = 2 Wicklungssystemen und s = 24 Nuten. Dies entspricht der Formel s = 2 × m × n2 = 2 × 3 × 4= 24. Die Wicklungen sind aufgeteilt in eine erste Wicklungssystemgruppe WG1, die ein erstes Wicklungssystem repräsentiert, und einer Wicklungssystemgruppe WG2, die Wicklungen des zweiten Wicklungssystems enthält. In Umfangsrichtung folgt das zweite Wicklungssystem auf das erste Wicklungssystem, wobei sich weder die erste Wicklungssystemgruppe noch die zweite Wicklungssystemgruppe wiederholen. Die erste Wicklungssystemgruppe WG 1 enthält keine Wicklungen des zweiten Wicklungssystems und umgekehrt. Diese Art und Weise der Gruppierung gilt auch für die weiteren Figuren.
-
Weiterhin besteht eine Gruppierung der Wicklungen gemäß Phasengruppen. In jeder Wicklungssystemgruppe WG1, WG2 bestehen mehrere Phasengruppen PG 1 bis PG 3. Unterschiedliche Phasengruppen sind unterschiedlichen Phasen zuzuordnen. Die Phasengruppe PG 1 ist der Phase U zugeordnet, die Phasengruppe PG 2 der Phase V und die Phasengruppe PG 3 der Phase W. Dies gilt insbesondere für das erste Wicklungssystem bzw. die erste Wicklungssystemgruppe WG1. Wie in den folgenden Figuren dargestellt, können die Phasengruppe PG 1 bis PG 3 der zweiten Wicklungssystemgruppe auch mit anderen Buchstaben gekennzeichnet sein als die Phasen der ersten Wicklungssystemgruppe, um diese nochmals auch über die Bezugszeichen auseinanderhalten zu können. So können die Phasengruppe PG1 bis PG3 der zweiten Wicklungssystemgruppe auch mit Phasenbezeichnungen versehen sein, die nicht UVW entsprechen, sondern die mit X, Y, Z bezeichnet sind, vgl. 2 -4.
-
Aufgrund der sichtbaren Trennung zwischen den Wicklungssystemgruppen WG1 und WG2 in der 1 sind die Phasen der unterschiedlichen Wicklungssysteme gut trennbar.
-
Die Phasengruppen PG 1, PG 2 und PG 3 der beiden Wicklungssysteme WG 1 und WG 2 der 1 weisen jeweils zwei Wicklungen der gleichen Phase auf. Diese folgen in der gleichen Phasengruppe unmittelbar aufeinander (Ausnahme: erste und letzte Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe, die unvollständig sind). Mit steigendem elektrischem Winkel alpha bzw. mit steigernder Nutenzahl G wechseln sich die Phasensystemgruppen PG 1, PG 3 und PG 2 der ersten Wicklungssystemgruppe WG 1 in dieser Abfolge einander ab. Somit reihen sich die betreffenden Wicklungen in 30°-Schritten (elektrischer Winkel) aneinander, wobei die Wicklungen derselben Phase zweimal unmittelbar nacheinander auftreten. Folglich reihen sich in der ersten Wicklungssystemgruppe WG 1 Paare derselben Phase (die die gleiche Phasengruppe bilden) aneinander.
-
Dies ist auch für die zweite Wicklungssystemgruppe der Fall, sofern man die elektrischen Winkel alpha 30° bis 300° betrachtet. Gegenüber der ersten Wicklungssystemgruppe WG1 ist die zweite Wicklungssystemgruppe WG2 jedoch um einen halben Statorumfang abzüglich einer Nut versetzt. Dies bezieht sich auf den geometrischen Versatz. Zwischen den Wicklungssystemgruppen WG1 und WG2 besteht ein Versatz von alpha = 30° (elektrisch). Die erste Wicklungssystemgruppe belegt die Nuten G = 1...12, während zweite Wicklungssystemgruppe die Nuten G = 13...24 belegt. Die Versetzungsrichtung ist entgegen dem zunehmenden Winkel bzw. entgegen zunehmender Nutenzahl. Somit ist die Versetzungsrichtung in der 1 die Richtung der Phasenreihenfolge der Phasen U, V, W. Zurückkommend auf den geometrischen Versatz der Gruppe WG2 zur Gruppe WG 1 umfasst die erste Phasengruppe PG1 der Gruppe WG 2 nur eine Wicklung (U2+) und belegt nur die Nut an dem Winkel 0° bzw. die Nut G = 13, und nicht auch noch die darauf folgende Nut. Die andere Wicklung, die der ersten Phasengruppe PG1 der zweiten Wicklungssystemgruppe WG2 angehört, fügt sich, in Richtung des zunehmenden Winkels betrachtet, an die letzte (vollständige, d.h. mit 2 Wicklungen belegte) Phasengruppe PG 2 der zweiten Wicklungsgruppe an. In den elektrischen Wickelbereich 0° - 30° der ersten Phasengruppe (G= 1, 2) der ersten Wicklungssystemgruppe WG1 fällt somit die (einzelne Wicklung U2+ der) erste Phasengruppe (U2+ der PG 1) der zweiten Wicklungssystemgruppe WG2 sowie eine Wicklung (W2-, Nut 14) der darauffolgenden Phasengruppe PG3 der zweiten Wicklungssystemgruppe WG2. Es besteht somit, bezogen auf den elektrischen Winkel des Wicklungsschemas, kein Versatz zwischen den unterschiedlichen Wicklungsystemen Stoß auf Stoß, sondern ein überlappender Versatz, bei dem, wie bei einem Mauerwerk, ein Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Phasengruppen einer Wicklungssystemgruppe (bspw. PG1 → PG3 der Nuten G = 13,14, WG2 zwischen 0° und 30°) auf eine zusammenhängende Phasengruppe der anderen Wicklungssystemgruppe fällt (bspw. PG1 der Nuten G = 1, 2, WG1, Winkelintervall 0° - 30°). Diese Überlappung bezieht sich vorzugsweise auf den elektrischen Winkelverlauf, und kann sich ggf. auf den geometrischen Wicklungsverlauf beziehen. Der Versatz ist möglich, da ausreichend Nuten vorgesehen sind bzw. ausreichend Wicklungen bzw. Nuten pro Phasengruppe, die eine derartige überlappende Versetzung ermöglichen. Insbesondere ist der Versatz zwischen den Wicklungssystemgruppen kleiner als die Anzahl an Wicklungen pro (vollständiger) Phasengruppe.
-
In der 1 sind die beiden Wicklungssystemgruppe nacheinander abfolgend dargestellt. Die ersten 12 Nuten 1 bis 12 nehmend die erste Wicklungssystemgruppe WG 1 auf, und die darauffolgenden Nuten 13 bis 24 weitere 12 Wicklungen, die der zweiten Wicklungssystemgruppe angehören. Der Winkel alpha ist der elektrische Winkel zu verstehen, wobei der Versatz um eine Nut einen Winkelversatz von 30° (elektrischer Winkel) entspricht.
-
Im Weiteren sind weitere Wicklungsschemata dargestellt, in denen zwei Wicklungssystemgruppe auf andere Weise im selben Stator vorgesehen sind, wobei auch dort ein Versatz zwischen den Wicklungssystemen vorgesehen ist, der kleiner ist als die Winkelbreite bzw. Nutenanzahl, die von einer zusammenhängenden Phasengruppe belegt wird. Mit anderen Worten ist auch in den weiteren dargestellten Ausführungsformen die Anzahl der aufeinanderfolgenden Wicklungen in derselben Phasengruppe größer als der Versatz zwischen den Wicklungssystemgruppen (ggf. plus/minus 180 Grad), um so neben dem Versatz eine Überlappung von Phasengruppen verschiedener Wicklungssysteme zu ermöglichen.
-
Die 2 zeigt ebenso ein Wicklungsmuster mit 48 Nuten. Hierbei werden n = 2 Wicklungssysteme verwendet (U, V, W zum einen, X, Y, Z zum anderen). Jedes der beiden Wicklungssysteme hat somit m = 3 Phasen. Mit zunehmender Nutenzahl G wiederholen sich die Phasengruppen PG 1 bis PG 3 der Wicklungssysteme regelmäßig, wobei die Wicklungsreihenfolge U, W, V auf (mit zunehmender Nutzahl G) eine Wicklungsrichtung definiert, die entgegengesetzt ist zur Drehrichtung des Rotors, sofern die Phasen U, V, W in der üblichen Weise zueinander phasenversetzt sind (U: 0°, V: 120°, W: 240°).
-
Die 2 zeigt in der oberen Hälfte die zwei erste Wicklungssystemgruppen WG1, WG1', die zusammen das erste Wicklungssystem bilden. Die zwei erste Wicklungssystemgruppen WG1, WG1' liegen nacheinander vor und belegen die Nuten G = 1 bis 24. Die Wicklungssystemgruppe WG1' entspricht einer Wiederholung der Wicklungssystemgruppe WG1. In der unteren Hälfte der 2 ist das zweite Wicklungssystem dargestellt, das gebildet wird aus zwei zweiten Wicklungssystemgruppen WG2, WG2`, die aufeinander folgen. Die zwei zweiten Wicklungssystemgruppen belegen die Nuten G = 25 bis 48. In jeder Wicklungsystemgruppe WG1, WG1', WG2, WG2' wechseln sich die Phasengruppen PG 1, PG 3, PG 2 (in dieser Reihenfolge entlang zunehmender Nutzahl G) ab. Diese Abfolge wiederholt sich in jeder Wicklungssystemgruppe ein Mal. In dem ersten Wicklungssystem (Gruppen WG1, WG1`) ergeben sich aufeinander folgende Phasengruppen, die jeweils zwei Wicklungen der gleichen Phase aufweisen. In der ersten Phasengruppe einer bestimmten Phase können erste Abschnitte von Wicklungen vorliegen, während in der darauffolgenden Phasengruppe der gleichen Phase die zweiten Abschnitten der selben Wicklungen vorliegen können. Beispiel hierfür sind die Nuten 1, 2, die erste Abschnitte zweier Wicklungen aufweisen, deren zweiten Abschnitte in den Nuten 7, 8 vorliegen, d.h. in einer als Wiederholung auftretenden Phasengruppe PG1 (Nuten 7, 8), die der gleichen Phase (U) wie die erste der Phasengruppe PG1 (Nuten 1, 2) angehört.
-
Die untere Hälfte der 2 zeigt eine erste und eine zweite der zwei zweiten Wicklungssystemgruppen WG2, WG2'. Die ersten Phasengruppen PG1 der zweiten Wicklungssystemgruppen WG2, WG2' weisen jeweils nur eine einzelne Wicklung auf, siehe PG1 der Nut G = 25 und PG1 der Nut G = 37. An diese ersten Phasengruppen mit nur einer Wicklung / Nut schließen sich in jeder der Wicklungssystemgruppen WG2, WG2` die Phasengruppen PG3, PG2, PG1,... an, die jeweils eine Wicklung mehr, d.h. zwei Wicklungen, aufweisen. Die erste der zweiten Wicklungssystemgruppen WG2 erstreckt sich über die Nuten 25 - 36, die auf das erste Wicklungssystem (Nuten 1- 24) folgen. An die letzte vollständige (d.h. mit zwei Wicklungen versehene) Phasengruppe PG2 der Wicklungssystemgruppe WG2 (Nuten G = 34, 35) schließt sich in der Nut 36 eine Wicklung an, die einer Phasengruppe PG1 entspricht, die unvollständig ist (d.h. sich nur über eine Nut erstreckt). Es folgt direkt die zweite Wicklungssystemgruppe WG2' des zweiten Wicklungssystems. Diese beginnt in Nut G = 37 mit der ersten (und somit unvollständigen) Phasengruppe PG1 (vergleichbar mit PG1 der Nut 25 der davor liegenden Wicklungssystemgruppe WG2 des gleichen Wicklungssystems). Es folgen bei der Wicklungssystemgruppe WG2` (wie bei der Wicklungssystemgruppe WG2) Phasengruppen PG3, PG2, PG1, PG3, PG2 (Nuten 38 - 47), die vollständig sind. An diese schließt sich eine Nut mit einer unvollständigen Phasengruppe PG1 (Nut 48) an, d.h. eine einzelne Wicklung. Die beiden unvollständigen Phasengruppen PG1 (Nut 37, Nut 48) der zweiten Wicklungssystemgruppe WG' haben jeweils nur eine Wicklung, d.h. eine Wicklung (bzw. Nut) weniger als die dazwischenliegenden Phasengruppen bzw. eine Wicklung (bzw. Nut) weniger als die erste Phasengruppe PG1 einer der ersten Wicklungssystemgruppen WG1, WG1'. Für jede der zweiten Wicklungssystemgruppen WG2, WG2' besteht somit eine erste Phasengruppe PG1, die eine Wicklung aufweist, welche sich an die jeweilige zweite Wicklungssystemgruppen bzw. an deren letzte (vollständige) Phasengruppe der Wicklungssystemgruppe anfügt.
-
Die unvollständigen Phasengruppen PG1 bzw. die sich an die letzte (vollständige) Phasengruppe anfügende Wicklung gehört der gleichen Phase wie die erste Phasengruppe PG1 der Wicklungssystemgruppe WG2 an, die ebenso unvollständig ist und insbesondere nur eine Wicklung aufweist. Es ist zu erkennen, dass die beiden Phasengruppe PG1 (Nut 25) und PG1 (Nut 48) der gleichen Phase angehören, nämlich der Phase X. Phasengruppen mit der gleichen letzten Ziffer gehören der gleichen Phase an. Die zweite Wicklungssystemgruppe WG 2 beginnt somit mit einer unvollständigen Phasengruppe, d.h. mit einer Phasengruppe, die weniger Wicklungen aufweist als jeweils die folgenden Phasengruppen der Nuten 26 bis 47. An die letzte Phasengruppe PG2, die in diesem Sinne vollständig ist (hier: zwei Wicklungen) schließt sich eine unvollständige Phasengruppe PG1 an, die weniger Wicklungen aufweist als die vorangehenden vollständigen Wicklungsgruppen. Die unvollständige Phasengruppe, die sich an die letzte (vollständige) Phasengruppe anfügt, erstreckt sich über eine Anzahl von Nuten, die der Anzahl von Nuten einer vollständigen Phasengruppe abzüglich der Anzahl der Nuten der ersten, unvollständigen Phasengruppe entspricht. Hat eine vollständige Phasengruppe 2 Nuten, dann ergibt sich für jede unvollständige Phasengruppe jeweils eine Nut. Dies entspricht einer Nut vor den vollständigen Phasengruppen und eine Nut nach den vollständigen Phasengruppen. Die beiden unvollständigen Phasengruppen PG1, Nut 25 und PG1, Nut 36 der zweiten Wicklungssystemgruppe WG2 haben zusammen so viele Wicklungen wie eine der dazwischen liegenden (vollständigen) Phasengruppe der Nuten 26 bis 35. Die beiden unvollständigen Phasengruppen PG1, Nut 37 und PG1, Nut 48 der weiteren zweiten Wicklungssystemgruppe WG2` haben zusammen so viele Wicklungen wie eine der dazwischen liegenden (vollständigen) Phasengruppe der Nuten 38 bis 47. Die Phasengruppe PG1, Nut 25 und Nut 36, sowie die Phasengruppe PG1, Nut 37 und Nut 48, sind jeweils aufgeteilt, wobei die restlichen Phasengruppen der betreffenden Wicklungssystemgruppe WG2, WG2`, zwischen diesen vorliegen. Diese aufgeteilten Phasengruppen sind der gleichen Phase zugeordnet, und sind der gleichen, durchlaufenden Wicklung zugeordnet, wie den Zeilen unterhalb der beiden Tabellen der 2 zu entnehmen ist.
-
Unterhalb der beiden Zeilen der 2, die die Phasengruppen PGn, die Phase PH und die Nut G zeigen, sind jeweils einzelne Wicklungsverläufe schematisch dargestellt. Zu erkennen ist der Wicklungsverlauf selbst, sowie die als senkrechte Striche dargestellten Nutgrenzen zwischen zwei verschiedenen Nuten, in denen die Wicklung verläuft. Für die erste Wicklungssystemgruppen WG1 ist zu erkennen, dass ein erstes Wicklungsende WA1, d.h. der Wicklungsanfang, nicht von der Wicklung in der ersten Nut der ersten Phasengruppe PG1 gebildet wird, sondern von der zweiten Nut (G = 2) der ersten Phasengruppe der ersten Wicklungssystemgruppe WG 1. Das zweite Ende dieses Wicklungsverlaufs, d.h. das Wicklungsende WE1, befindet sich in der Phasengruppe PG1, die auf die Phasengruppe PG 1 folgt, in der Wicklungsanfang WA 1 vorliegt. Es ist zu erkennen, dass auch in der Phasengruppe PG 1, in der das Wicklungsende WE 1 vorliegt, das Wicklungsende nicht in der ersten Nut 7, sondern in der zweiten Nut 8 vorliegt. Die dargestellte Wicklung umgreift somit zwei (= Phasenanzahl minus 1) vollständige Phasengruppen PG 3, PG 2. Gleiches gilt auch für die darauffolgend dargestellte Wicklung der Nuten 13 bis 20 in dem Wicklungssystem WG1', wobei auch dort der Wicklungsanfang WA 2 der Phasengruppe PG 1 (Nut 13, 14) in der zweiten Nut dieser Phasengruppe vorliegt. Auch das zweite Ende, d.h. das Wicklungsende WE 2, ist in der darauffolgenden Phasengruppe PG 1 der Nuten G = 19, 20 vorgesehen, und liegt dort in der zweiten Nut dieser Phasengruppe vor. Dies entspricht der Nut 20.
-
Nachdem die zweite Wicklungsgruppe WG2 nicht mit einer Phasengruppe PG 1 beginnt, die vollständig ist, ist dort in der Nut 25 der Wicklungsanfang WA 3 eines Wicklungsverlaufs des zweiten Wicklungssystems vorgesehen. Es besteht eine Verbindung V1 zwischen der darauffolgenden Wiederholung der gleichen Phasengruppe PG 1, insbesondere von der Nut 30, d.h. der ersten Wicklung dieser Phasengruppe PG 1, zu der darauffolgenden Wicklung, die in der darauffolgenden Nut (Nut 31) beginnt. Der Wicklungsverlauf führt weiter zur darauffolgenden Phasengruppe PG1 der Nuten 36, 37, d.h. zu der Phasengruppe PG 1, die auf die erste vollständige Phasengruppe PG 1 der ersten Phase folgt. Die Wicklung wird wie dargestellt zurückgeführt in der ersten (und einzigen) Nut der unvollständigen Phasengruppe PG1 in Nut 36, wobei diese Nut einen Wicklungsabschnitt einer unvollständigen Phasengruppe führt, die sich an die letzte vollständige Phasengruppe PG2 (Nuten 34, 35) anfügt. Es ergibt sich ein Wicklungsende WE 3 in der ersten vollständigen Phasengruppe PG 1 der ersten Phase, vgl. Nut 31, wobei das Wicklungsende WE3 in der zweiten Wicklung der Phasengruppe PG 1 der Nuten 30, 31 vorliegt. Somit befindet sich das Wicklungsende WE 3 der zweiten Wicklungssystemgruppe WG2 in der zweiten Nut der ersten vollständigen Phasengruppe PG 1, die die gleiche Phase wie die allererste Phasengruppe PG 1 der zweiten Wicklungsgruppe WG 2 aufweist. Während somit in WG1 ausgehend von dem ersten Wicklungsende WA 1 die Wicklung weitergeführt wird zur nächsten Wicklungsgruppe PG 1 der gleichen Phase, um dann wieder zurückgeführt zu werden zur ersten Phasengruppe PG 1 der Gruppe WG 1, wird für das zweite Wicklungssystem die Wicklung weitergeführt, um eine dritte Phasengruppe der gleichen Phase zu erreichen. Von dort aus wird in der zweiten Wicklungsgruppe WG2, WG2' die Wicklung zurückgeführt zu der zweiten Phasengruppe PG1 der gleichen Phase. Dies ist auch dargestellt für eine weitere Wicklung der zweiten Wicklungssystemgruppe WG2`, die in Nut 37 beginnt (vgl. Wicklungsanfang WA4), weitergeführt wird zur darauffolgenden Phasengruppe PG1 der gleichen Phase, nämlich zur Nut 42. Von dort aus führt eine weitere Verbindung V2 weiter zu einem darauffolgenden Wicklungsverlauf, der die weitere, darauffolgende Phasengruppe PG1 der Nut 48 erreicht, und von dort aus zurückgeführt wird zur Phasengruppe 42, 43 (dort: zur zweiten Wicklung dieser Phasengruppe in Nut 43). Somit erstreckt sich ein erster Teil dieser Wicklung mit Enden WA4, WE4 ausgehend von einer vollständigen Phasengruppe PG 1 (dort die zweite Nut) zu der nächsten (vollständigen) Phasengruppe der Nuten 42, 43, um von dort aus weitergeführt zu werden zu der weiteren, darauffolgenden (unvollständigen) Phasengruppe PG 1 der Nut 48. Von dort aus wird die Wicklung zurückgeführt zur zweiten Nut der mittleren Phasengruppe PG1, die sich in der Mitte zwischen der rechten Phasengruppe PG1 der Nut 48 und der linken der Phasengruppe PG 1 der Nut 36, 37 befindet. Diese mittlere Phasengruppe PG1 ist die einzige vollständige Phasengruppe dieser Phase in der zweiten Wicklungssystemgruppe WG2`. Dies gilt auch für die mittlere Phasengruppe PG1 der zweiten Wicklungssystemgruppe WG2, die vor der Wicklungssystemgruppe WG2` liegt. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass sich aus der mittleren Phasengruppe PG1, die vollständig ist, Wicklungsverläufe in beide Richtungen erstrecken; die mittleren Phasengruppe PG1, die vollständig ist, entspricht einer Symmetrieachse für Wicklungsverläufe, die sich von dieser erstrecken und die von einer ersten und letzten, unvollständigen Phasengruppe der gleichen Phase zurückgeführt werden.
-
Die 3 zeigt wie die 2 ein Wicklungsmuster für zwei Wicklungssysteme mit jeweils drei Phasen, wobei die Wicklungssysteme in den 48 Nuten des Stators untergebracht sind. Während 2 mit fortlaufender Nutenzahl G zuerst die ersten Wicklungssystemgruppen WG1, WG1` nacheinander und dann die zweiten Wicklungssystemgruppen WG2, WG2' nacheinander im Stator vorliegen, sind in der 3 die Wicklungssystemgruppen alternierend zweigeteilt. Es ergeben sich in der 3 zwei erste Wicklungssystemgruppen WA1, WA1' und zwei zweite Wicklungssystemgruppen WA2, WA2`, die zusammen die beiden Wicklungssysteme darstellen. Auf den ersten Teil des ersten Wicklungssystems, d.h. auf die erste Wicklungssystemgruppe WA1, folgt der erste Teil des zweiten Wicklungssystems, d.h. die zweite Wicklungssystemgruppe WA2. Es folgt hierauf die weitere erste Wicklungssystemgruppe WA1', die den zweiten Teil des ersten Wicklungssystems darstellt, woraufhin die weitere zweite Wicklungssystemgruppe WA2` folgt, d.h. der zweite Teil des zweiten Wicklungssystems. Die beiden Wicklungssysteme sind somit in mehrere Teile aufgeteilt, wobei sich die Teile unterschiedlicher Wicklungssysteme abwechseln.
-
Dies ist auch an der Phasenbezeichnung zu erkennen, wobei die Phasen U, V, W den ersten Wicklungssystemgruppen (d.h. dem ersten Wicklungssystem) zugeordnet sind, und die Phasen X, Y, Z den zweiten Wicklungssystemgruppen (d.h. dem zweiten Wicklungssystem). Es ist ferner zu erkennen, dass in 3 die ersten Wicklungssystemgruppen WG1, WG1' jeweils mit einer vollständigen Phasengruppe PG1 beginnen (vgl. Nuten 1, 2 sowie 25, 26) und auch mit einer vollständigen Phasengruppe enden (vgl. Nuten 11, 12 sowie 35, 36).
-
Im Gegensatz hierzu beginnen in 3 die zweiten Wicklungssystemgruppen, d.h. die Wicklungssystemgruppen der Phasen X, Y, Z mit einer Phasengruppe PG1, die weniger Wicklungen aufweist als die darauffolgende Phasengruppe bzw. weniger als eine vollständige Phasengruppe. Im dargestellten Fall weist die erste Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe WG2 (im Verlauf mit zunehmender Nutenzahl gesehen) nur eine Wicklung auf, vgl. Nut 13, wobei dies auch für die letzte Phasengruppe PG1 dieses ersten Teils des zweiten Wicklungssystems gilt, nämlich für die Nut 24. Die Nuten 13 und 24, die jeweils nur eine einzelne Wicklung der gleichen Phase haben, können zusammen als eine Phasengruppe gesehen werden, die jedoch nicht aufeinander folgende Wicklungen aufweist, sondern voneinander beabstandete Wicklungen aufweist. Zwischen den Wicklungen dieser Phasengruppe liegen 5 (m × n - 1) vollständige Phasengruppen, vgl. Nuten 14 - 23.
-
Auf den ersten Teil des zweiten Wicklungssystems, d.h. auf die zweite Wicklungssystemgruppe WG2 (Nuten 13 bis 24), folgt die erste (und auch vollständige) Phasengruppe PG1 (Nuten 25, 26) des zweiten Teils des ersten Wicklungssystems, die der ersten Phasengruppe PG1 der weiteren ersten Wicklungssystemgruppe WG1' entspricht. Der zweite Teil des zweiten Wicklungssystems, d.h. die weitere zweite Wicklungssystemgruppe WG2` beginnt mit der Nut 37, die, wie auch die letzte Phasengruppe PG 1 der zweiten Wicklungssystemgruppe, unvollständig ist, und somit weniger Wicklungen als eine vollständige Phasengruppe aufweist. Im dargestellten Fall umgreift eine vollständige Phasengruppe 2 Nuten. Die beiden unvollständigen Phasengruppen PG1 der Nuten 37, 48 umgreifen nur eine (1) Nut bzw. überstreichen zusammengenommen so viele Nuten wie eine der vollständigen Phasengruppen. Die Nuten bzw. Wicklungen der beiden unvollständigen Phasengruppen PG1 der Nuten 37, 48 liegen voneinander getrennt vor. Zwischen den Wicklungen der unvollständigen Phasengruppe PG 1 der Nuten 37, 48 befinden sich die vollständigen Phasengruppen (alle Phasengruppen des zweiten Teils der zweiten Wicklungssystemgruppe). Die beiden unvollständigen Phasengruppen können als eine gemeinsame Phasengruppe angesehen werden, deren Nuten nicht direkt aufeinander folgen, sondern über mehrere (vollständige) Phasengruppen getrennt sind, insbesondere über die Nuten von 5 (n x m - 1 oder 2 * m - 1) vollständigen Phasengruppen.
-
Wie auch in der 2 ist in der 3 unterhalb der Tabellen angegeben, wie einige beispielhafte Wicklungen verlaufen.
-
Es ist zu erkennen, dass die erste dargestellte Wicklung in der zweiten Nut (G = 2) der ersten Phasengruppe PG1 der zuerst auftretenden ersten Wicklungssystemgruppe WG1 beginnt, d.h. in einer Phasengruppe PG 1, die vollständig ist. Sie endet in der darauffolgenden Wiederholung der Phasengruppe PG1 der gleichen Phase, insbesondere dort in der zweiten Nut (G = 8) der zweiten Phasengruppe PG1, die die gleiche Phase wie die zuerst auftretende Phasengruppe PG1 der Nuten 1 und 2 hat. Dies gilt auch für die weitere erste Wicklungssystemgruppe WG1' (d.h. den zweiten Teil des ersten Wicklungssystems) mit den Nuten 25 bis 32. Es ergibt sich somit für die erste Phasengruppe PG1 der ersten Wicklungssystemgruppe WG1 eine erste Wicklung, die zwei aufeinander folgende Nuten belegt und die zwei Phasengruppen PG3, PG2 umgreift, wobei diese zwei Phasengruppen PG3, PG2 eine andere Phase als die Phase der ersten Phasengruppe PG1 aufweisen. Diese Wicklung ist doppelt ausgeführt. Die erste dargestellte Wicklung (mit den Enden WA3, WE3) der zweiten Wicklungssystemgruppe WG2 auch doppelt ausgeführt. Jedoch umgreifen die beiden Windungen der Wicklung nicht dieselben Phasengruppen, sondern unterschiedliche Phasengruppen. Dargestellt ist, dass die erste Windung zwischen den Nuten 13 bis 18 die Phasengruppen PG 3, PG 2 (einfache Ausführung) umgreift und die zweite Windung die in den Nuten 20 - 23 folgenden Phasengruppen PG 3, PG 2, d.h. Wiederholungen der erstgenannten Phasengruppen PG 3, PG 2, die von der ersten Windung umgriffen werden. Eine Verbindung V1 ermöglicht die Weiterführung der ersten Windung zur zweiten Windung.
-
Es ist zu erkennen, dass die zweite Windung ein Wicklungsende WE2 aufweist, dass an einem Ende der Windung vorgesehen ist, welches der ersten Windung mit den Wicklungsanfang WA2 zugewandt ist. Gleiches ergibt sich auch für die Nuten 37 bis 42, in denen eine erste Windung eine einfache Ausführung der Phasengruppen PG 2, PG 3 umgreift, vgl. Nuten 38 - 42, während eine zweite Windung die darauffolgenden Phasengruppen PG 3, PG 2 umgreift, d.h. deren Wiederholungen in den Nuten 44 - 47. Die sich ergebende Schmetterlingsform wird für die zweite Wicklungssystemgruppe angewandt, während für die erste Wicklungssystemgruppe Windungen verwendet werden, die dieselben Wicklungsgruppen bzw. dieselben Nuten umgreifen.
-
Schließlich zeigt die 4 ein weiteres beispielhaftes Wicklungsschema für einen Stator mit 48 Nuten. Das in 4 dargestellte Wicklungsschema liegt in zwei Lagen L1, L2 vor. Die Lagen sind übereinander in denselben Nuten vorgesehen. Die Wicklungsschemata der 1 - 3 sind vorzugsweise einlagig. Während in der 4 die erste Lage L1 mit Wicklungen des ersten Wicklungssystems beginnt, beginnt die zweite Lage L2 mit Wicklungen des zweiten Wicklungssystems. In der ersten Lage L1 werden die Phasengruppen PG 1 bis PG 3 des ersten Wicklungssystems viermal wiederholt (Abfolge PG1, 3, 2, 1, 3, 2) bis zur Nut 24, wobei sich an diese dann die Wicklungen eines zweiten Wicklungssystems anschließen. Auch hier beginnt das zweite Wicklungssystem mit einer unvollständigen Phasengruppe, d.h. in diesem Fall mit einer einzelnen Wicklung in Nut 25, auf die eine Phasengruppe PG3 einer anderen Phase folgt.
-
Die zweite Lage L2 ist gegenüber der ersten Lage um 5 Nuten verschoben in Richtung zunehmender Nutenzahl. Die Verschiebung entspricht der Anzahl von Nuten, die drei aufeinanderfolgende vollständige Phasengruppen ausfüllen, abzüglich 1. Die Verschiebung der zweiten Lage zur ersten Lage entspricht nicht einem ganzzahligen Vielfachen (bspw. m-fachen) der Nutenanzahl einer vollständigen Phasengruppe, sondern einer derartigen Vielfachen abzüglich oder zuzüglich einem ganzzahligen Teil der Nutenzahl einer vollständigen Phasengruppe. In der zweiten Lage L2 beginnt das Wicklungsschema (mit bei Nut G = 1) mit Phasengruppen der zweiten Wicklungssystemgruppe bzw. des zweiten Wicklungssystems.
-
Insbesondere sind in der zweiten Lage L2 zunächst zwei vollständige Phasengruppen PG3, PG2 der zweiten Wicklungssystemgruppe vorgesehen, vgl. Nuten G = 1 .. 4 mit den Wicklungen bzw. Wicklungsabschnitten Z6-, Z5-, Y6-, Y5-, woraufhin eine unvollständige Wicklungsgruppe PG1 der zweiten Wicklungssystemgruppe folgt in Nut 5, vgl. X5-. Der zugehörige andere Wicklungsabschnitt X5+ dieser Phasengruppe PG1 befindet sich direkt vor der ersten Nut, d.h. in Nut 48, dort jedoch in der ersten Lage und nicht in der zweiten Lage. Somit sind die beiden Wicklungen dieser Phasengruppe (bzw. die beiden unvollständigen Phasengruppen) nicht nur voneinander um zwei vollständige Phasengruppen getrennt, sondern liegen auch in unterschiedlichen Lagen vor. Auf die einzelne Wicklung X5- der zweiten Wicklungssystemgruppe in Nut 5 (in der zweiten Lage L2) folgen vier vollständige Wiederholungen von vollständigen Phasengruppen der ersten Wicklungssystemgruppe. Somit bestehen Wicklungen der ersten Wicklungssystemgruppe in der ersten und in der zweiten Lage.
-
Es folgt mit Nut 30 eine unvollständige Phasengruppe (d.h. eine einzelne Wicklung) der zweiten Wicklungssystemgruppe. Das andere Ende dieses Wicklungsabschnitts X4- in der zweiten Lage der Nut 30 befindet sich in der ersten Lage mit der Bezeichnung X4+. Auch hier sind somit die Wicklungen der unvollständigen Phasengruppen voneinander nicht nur um mehrere Phasengruppen getrennt, sondern liegen auch in unterschiedlichen Lagen vor. In der zweiten Lage folgen auf diese Wicklung X4- der Nut 30 (d.h. auf die betreffende unvollständige Phasengruppe) drei Wiederholungen einer Abfolge von m = 3 vollständiger Phasengruppen, die unterschiedlichen Phasen zugeordnet sind, sowie in den Nuten 1 - 4 zwei vollständige Phasengruppen PG3, PG2 anderer Phasen als die Wicklung der Nut 30. Diese auf Nut 30 folgenden Phasengruppen gehören dem zweiten Wicklungssystem an. Es folgt hierauf eine unvollständige Phasengruppe der zweiten Wicklungssystemgruppe, d.h. eine einzelne Wicklung, die die gleiche Phase wie die vorangehend genannte unvollständige Phasengruppe aufweist (X5- der Nut G=5 in der Lage L2). Es folgen vollständige Phasengruppen des ersten Wicklungssystems. Auf die andere unvollständige Phasengruppe des zweiten Wicklungssystems folgen daher vollständige Phasengruppen des anderen, ersten Wicklungssystems.
-
In der 4 bezeichnen Wicklungen, deren ersten beiden Stellen der Bezeichnung gleich sind, die gleiche Wicklung, wobei das nachfolgende Vorzeichen die unterschiedlichen Enden darstellt. Dies gilt auch für die 1 bis 3.
-
Es können Phasensammelverbindungen vorgesehen sein zwischen den Wicklungen der gleichen Phase, die jedoch in unterschiedlichen Phasengruppen angeordnet sind. Diese führen zusammen zu einem gemeinsamen Phasenanschluss. Wie bereits anhand der anderen Figuren erläutert, kann eine Windung der ersten Wicklungssystemgruppe in der ersten Phasengruppe beginnen, ein oder mehrere Windungen aufweisen, die die darauffolgenden Phasengruppen anderer Phasen umgreifen, um dann fortgeführt zu werden zu ein oder mehreren Windungen, die darauffolgende Phasengruppe anderer Phasen umgreifen. Das andere Ende kann sich in der Phasengruppe der gleichen Phase wie der Anfang befinden, wobei sich diese Phasengruppe zwischen den Phasengruppen anderer Phasen befinden, d.h. in der zweiten Phasengruppe der gleichen Phase wie die erste Phasengruppe, in der sich der Wicklungsanfang befindet.
-
Insbesondere bei zweilagig vorliegenden Wicklungssystemen kann der Wicklungsanfang für eine Phasengruppe des zweiten Wicklungssystems in der ersten Wiederholung einer Phasengruppe vorgesehen sein, d.h. in der ersten vollständigen Phasengruppe, kann von dort aus ein oder mehrere Windungen in Richtung abnehmender Nutenzahl zur davorliegenden (unvollständigen) Phasengruppe aufweisen, und kann weiterhin fortgeführt werden, ausgehend von der ersten vollständigen Phasengruppe zur darauffolgenden Phasengruppe (in Richtung zunehmender Nutenzahl gesehen). Von dort aus kann das Wicklungsschema in dieser Weise fortgesetzt werden und es kann sich in der ersten vollständigen Wiederholung der Phasengruppe der gleichen Phase ein Anschluss befinden. Ausgehend von den Anschlüssen befinden sich somit Windungen, die sich in beide Richtungen erstrecken, d.h. in Richtung zunehmender und abnehmender Nutenzahl.
