DE102023117019A1

DE102023117019A1 - Systeme für einen elektromotor

Info

Publication number: DE102023117019A1
Application number: DE102023117019.8A
Authority: DE
Inventors: Benoit BLANCHARD ST-JACQUES
Original assignee: Dana TM4 Inc
Current assignee: Dana TM4 Inc
Priority date: 2022-06-29
Filing date: 2023-06-28
Publication date: 2024-01-04
Also published as: US20240006935A1; CN117318352A

Abstract

Es werden Systeme für einen Elektromotor bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein System eine Mehrzahl von segmentierten Nuten aufweisen, die um eine Innenfläche eines Stators herum positioniert sind, wobei jede von der Mehrzahl von segmentierten Nuten einen ersten, eine erste Breite umfassenden Abschnitt und einen zweiten, eine zweite Breite umfassenden Abschnitt umfasst, wobei die zweite Breite von der ersten Breite verschieden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Statornutkonfigurationen zur Erhöhung einer Leistungsdichte eines Elektromotors.
HINTERGRUND UND ABRISS
Eine Verbreitung von elektrischen Fahrzeugen beinhaltet verschiedene Stufen der Elektrifizierung in Form verschiedener Grade an hybriden Fähigkeiten und vollelektrischen Fähigkeiten. Ein Elektromotor kann eingerichtet sein, eine oder mehrere Achsen eines Fahrzeugs mittels elektrischer Energie aus einer Energiespeichervorrichtung anzutreiben. Aufgrund eines Strebens nach Verringerung einer Packungsgröße von Fahrzeugkomponenten, um Wirkungsgrade zu erhöhen, kann der Raum, der für den Elektromotor zur Verfügung steht, begrenzt sein.
Ein Beispiel für die Verringerung einer Größe des Elektromotors und die Erhöhung des Wirkungsgrads ist die Erhöhung eines Nutfüllfaktors des Elektromotors. Manche Anwendungen können rechtwinklige Drähte in dem Elektromotor verwenden, um einen Füllfaktor zu verbessern. Nuten, die so geformt sind, dass sie die rechtwinkligen Drähte aufnehmen können, können möglicherweise nur eine einzige Drahtgröße einschließen, was die Leistung des Elektromotors aufgrund thermischer Grenzen und des Wirkungsgrads der Wicklungen begrenzen kann. Aufgrund höherer Geschwindigkeit kann ein Skin-Effekt bewirken, dass die Stromdichte einer Oberfläche der Leiter vergrö-ßert ist, und ein Proximity-Effekt erzeugt mehr Verlust für die Leiter, die näher an einer Nutöffnung liegen. Das Magnetfeld von dem Rotor kann auch hohe Frequenzverluste an den Leitern verursachen, die näher an der Nutöffnung liegen.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein System für eine Statoranordnung eines Elektromotors gelöst werden, das eine Mehrzahl segmentierter Nuten umfasst, die um eine innere Oberfläche eines Stators herum positioniert sind. Jede von der Mehrzahl von segmentierten Nuten umfasst einen ersten Abschnitt, der eine erste Breite umfasst, und einen zweiten Abschnitt, der eine zweite Breite umfasst. Die zweite Breite ist von der ersten Breite verschieden. Auf diese Weise kann die Statorkonfiguration eine größere Leistungsdichte und verringerte elektrische Verluste bereitstellen.
Zum Beispiel können die Abschnitte und die darin positionierten Drähte in der Breite zueinanderpassen. In einem Beispiel gibt es keine Lücken zwischen den Drähten und Oberflächen der Abschnitte der segmentierten Nuten. Dadurch kann eine Wärmeabfuhr aus den Wicklungen verstärkt sein, was eine elektrische Leistungsfähigkeit des Elektromotors verbessern kann.
Man beachte, dass der vorstehende Abriss bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Er soll nicht dazu dienen, wichtige oder essenzielle Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu kennzeichnen, dessen Schutzumfang durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in anderen Teilen dieser Offenbarung genannten Nachteile beheben.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die hierin beschriebenen Vorteile werden durch Lesen eines Beispiels für eine Ausführungsform, auf die hierin unter Ausführliche Beschreibung Bezug genommen wird, allein oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:

1 eine Skizze eines Fahrzeugs darstellt, das einen Elektromotor einschließt;
2 einen Querschnitt des Elektromotors darstellt;
3 eine erste Ausführungsform von Wicklungen von Statornuten eines Elektromotors darstellt; und
4 eine erste Ausführungsform einer Wicklung unterschiedlicher Drahttypen in ein und derselben Nut darstellt.
5 stellt eine erste Ausführungsform eines Rutherford-Kabels dar.
6 stellt eine erste Ausführungsform eines Roebelstabs dar.
7 stellt eine erste Ausführungsform eines Litzendrahts dar.
8 stellt einen Produktionsprozess zum Wickeln von axial eingeführten Drähten durch einen Statorkern dar.
9 stellt eine alternative Ausführungsform einer Statornut mit Wicklungen, die sich dort hindurch erstrecken, dar.
10 stellt eine weitere Ausführungsform einer Statornut mit Wicklungen, die sich dort hindurch erstrecken, dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme für Statornuten eines Elektromotors. Der Elektromotor kann in einem Fahrzeug angeordnet sein, wie in 1 dargestellt. Ein Querschnitt des Elektromotors ist in 2 dargestellt. Die Statornuten können eine Reihe verschiedener Formen und darin angeordneter Drähte einschließen, wie in 3-4 im Detail dargestellt. 5 stellt eine erste Ausführungsform eines Rutherford-Kabels dar. 6 stellt eine erste Ausführungsform eines Roebelstabs dar. 7 stellt eine erste Ausführungsform eines Litzendrahts dar. 8 stellt einen Produktionsprozess zum Wickeln von axial eingeführten Drähten durch einen Statorkern dar. 9 und 10 stellen alternative Ausführungsformen einer Statornut dar.
In einem Beispiel schließt der Elektromotor einen Rotor und einen Stator ein, die konzentrisch um eine Achse angeordnet sind. Der Stator kann eine Mehrzahl von Nuten einschließen, in denen Wicklungen mit unterschiedlichen Drahttypen angeordnet sind. Drahttypen können unterschiedliche Stärken bzw. Gauge-Maße und Drahtkonfigurationen einschließen. Drahtkonfigurationen können einen Massivdraht, einen Litzendraht und einen hybriden Draht einschließen. Bei einer gegebenen Stärke bzw. einem gegebenen Gauge-Maß kann ein Massivdraht einen einzelnen Draht mit einer Stärke einschließen, die der gegebenen Stärke gleich ist. Ein Litzendraht kann eine Mehrzahl von Drähten einschließen, die, wenn sie zusammengedrückt werden, eine Stärke einschließen, die der gegebenen Stärke gleich ist. Ein hybrider Draht kann einen einzelnen Draht einschließen, der von einer Mehrzahl von Drähten umgeben ist, die sich in einer Richtung erstrecken, die zu dem einzelnen Draht parallel ist. Die Kombination aus dem einzelnen Draht und der Mehrzahl von Drähten kann eine Stärke umfassen, die der gegebenen Stärke gleich ist.
In einem Beispiel kann eine Zahl von Einzeldrahttypen innerhalb einer einzelnen Nut gerade sein (z.B. 2, 4, 6 usw.), so dass ein Einzeldrahttyp paarweise angeordnet ist, wenn U-förmige Drähte verwendet werden, die axial (z.B. senkrecht zu einer radialen Richtung) in die Nut eingeführt werden und auf nur einer Seite angeschweißt werden. Falls die Drahttypen mit Schweißverbindungen an beiden Enden angeordnet werden (z.B. I-förmige Drähte), dann können die Drähte einzeln oder paarweise angeordnet werden. Eine axiale Ansicht von U-förmigen Wicklungen, die miteinander gekoppelt und axial durch einen Statorkern eingeführt sind, ist in einer Ausführungsform 800 von 8 gezeigt. Schritt 802 stellt eine Formung dar, Schritt 804 stellt eine Einführung von Drähten in einen Statorkern 805 dar, Schritt 806 stellt eine Verdrillung von benachbarten Drähten dar und Schritt 808 stellt eine Verschweißung 809 der benachbarten Drähte an einer Endwicklungsstelle dar.
In einem Beispiel können die Mehrzahl von Verbindungen für Drähte, die sich durch Statornuten erstrecken, an einem Abschnitt, der am weitesten weg liegt von einer Nutöffnung, im Vergleich zu anderen Statorkonfigurationen breiter sein. Die Nuten, und somit auch die Verbindungen, sind eingerichtet, unterschiedliche Drahttypen zu unterstützen, wodurch es möglich ist, Drähte mit höherem Gauge-Maß (z.B. Drähte mit kleinerem Durchmesser) näher an der Nutöffnung anzuordnen und Drähte mit niedrigerem Gauge-Maß (z.B. Drähte mit größerem Durchmesser) in dem Abschnitt anzuordnen, der am weitesten von der Nutöffnung entfernt liegt. Die Anordnung der Drähte mit dem niedrigeren Gauge-Maß kann einen Gleichstrom(DC)-Widerstand im Vergleich zu anderen Statorkonfigurationen verringern. Ferner kann die Querschnittsfläche der Nut in dem Abschnitt vergrößert werden, was zu einer vergrößerten Grenzfläche zwischen den Wicklungen und einem Statorkern führt, was einen Wärmewiderstand zwischen den Wicklungen und dem Kern senken kann, was einen verbesserten Wirkungsgrad des Elektromotors zur Folge hat. Hochfrequenzverluste, die mit Kupferwicklungen im Zusammenhang stehen können, können bei hohen Frequenzen anhand der größeren Querschnittsfläche, die einen magnetischen Streufluss verringert, reduziert werden. Ferner können im Vergleich zu früheren Beispielen dünnere Leiter zwischen der Nutöffnung und den Abschnitten der Statornut angeordnet sein. Die dünneren Leiter können einen Gleichstromwiderstand und Niederfrequenzverluste erhöhen, während sie Hochfrequenzverlustverluste senken. Somit kann der Leiter gemäß einer gewünschten Anwendung (z.B. Gleichstrom oder Wechselstrom) bemessen werden.
1-10 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn gezeigt ist, dass diese Elemente einander direkt berühren oder direkt gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als einander direkt berührend bzw. als direkt gekoppelt bezeichnet werden. Ebenso können in mindestens einem Beispiel Elemente, die aneinander angrenzend oder einander benachbart gezeigt sind, aneinander angrenzen bzw. einander benachbart sein. Beispielsweise können Komponenten, die in einem Flächenkontakt miteinander stehen, als in Flächenkontakt stehend bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die nur über einen Zwischenraum voneinander getrennt und ohne andere, dazwischen liegende Komponenten positioniert sind, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über- bzw. untereinander, auf einander gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten Seiten oder links bzw. rechts voneinander gezeigt sind, in Bezug aufeinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, in mindestens einem Beispiel ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements als „an der Oberseite“ der Komponente liegend bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als „an der Unterseite“ der Komponente liegend bezeichnet werden. Wie hierin verwendet, können an der Oberseite/Unterseite liegend, obere/untere, oberhalb/unterhalb relativ zu einer vertikalen Achse der Figuren gemeint sein und zur Beschreibung des Positionierens von Elementen der Figuren relativ zueinander verwendet werden. Daher sind zum Beispiel Elemente, die oberhalb von anderen Elementen gezeigt sind, vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (beispielsweise als rund, gerade, eben, gewölbt, abgerundet, gefast, abgewinkelt oder dergleichen). Ferner können in mindestens einem Beispiel Elemente, die einander schneidend gezeigt sind, als einander schneidende Elemente oder als einander schneidend bezeichnet werden. Ferner kann zum Beispiel ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, als solches bezeichnet werden. Man beachte, dass eine oder mehrere Komponenten, die als „im Wesentlichen ähnlich und/oder gleich“ bezeichnet werden, abhängig von Herstellungstoleranzen voneinander verschieden sein können (z.B. innerhalb von 1-5 % Abweichung).
1 zeigt eine schematische Abbildung eines Fahrzeugsystems 6, das Antriebsleistung von einem Elektromotor/Getriebe 54 beziehen kann. Der Elektromotor 54 empfängt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 58, um hinteren Fahrzeugrädern 55 ein Drehmoment bereitzustellen. In einem Beispiel kann ein Wechselrichter zwischen der Traktionsbatterie 58 und dem Elektromotor/Getriebe 54 angeordnet sein. Der Elektromotor 54 kann auch als ein Generator betrieben werden, um elektrische Leistung zum Laden der Traktionsbatterie 58 bereitzustellen, beispielsweise während eines Bremsbetriebs. Man beachte, dass zwar 1 einen Elektromotor 54 darstellt, der in einer Hinterradantriebskonfiguration montiert ist, aber andere Konfigurationen möglich sind, beispielsweise ein Einsatz des Elektromotors 54 in einer Vorderradkonfiguration oder in einer Konfiguration, in der ein Elektromotor sowohl an den hinteren Fahrzeugrädern 55 als auch an den vorderen Fahrzeugrädern 56 montiert ist.
Der Elektromotor 54 kann ein darin integriertes Getriebe (das hier näher zu beschreiben ist) einschließen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Elektromotor 54 mit einer Außenseite eines Gehäuses einer Übertragungseinrichtung/eines Getriebes gekoppelt sein. Das integrierte Getriebe kann ein Differenzial und einen Planetenradsatz zum Übertragen von Leistung vom Elektromotor 54 auf die hinteren Fahrzeugräder 55 einschließen. Der Elektromotor 54 kann auch mindestens eine Kupplung einschließen. Eine Steuereinheit 112 kann an einen Aktor der Kupplung ein Signal zum Ein- oder Ausrücken der Kupplung senden, um eine Leistungsübertragung von dem Elektromotor 54 auf die hinteren Fahrzeugräder 55 oder die vorderen Fahrzeugräder 56 zu koppeln oder zu entkoppeln. Zusätzlich oder alternativ dazu können mehrere Traktionsbatterien vorhanden sein, die eingerichtet sind, Leistung an verschiedenen angetriebenen Rädern bereitzustellen, wobei eine Leistung für die Räder auf Basis einer Traktion an den Rädern, einer von einem Fahrer gestellten Forderung und anderen Bedingungen vorgegeben werden kann. In einem Beispiel schließt das Fahrzeugsystem 6 ein Allradantriebs-Fahrzeugsystem ein.
Die Steuereinheit 112 kann einen Teil eines Steuersystems 114 bilden. Das gezeigte Steuersystem 114 empfängt Informationen von einer Mehrzahl von Sensoren 116 und sendet Steuersignale an eine Mehrzahl von Aktoren 181. Die Sensoren 116 können in einem Beispiel Sensoren wie einen Batteriestandssensor, einen Kupplungsaktivierungssensor usw. einschließen. Als weiteres Beispiel können die Aktoren die Kupplung usw. einschließen. Die Steuereinheit 112 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage einer Anweisung oder eines Codes, die in sie einprogrammiert sind, entsprechend einer oder mehreren Routinen die Aktoren auslösen.
Man betrachte nun 2, die eine Ausführungsform 200 einer seitlichen Schnittansicht eines Elektromotors 54 zeigt. Komponenten, die bereits eingeführt wurden, können somit in diesen und folgenden Figuren ähnlich nummeriert sein. Der Motor 54 kann einen Stator 202 einschließen. Der Stator 202 kann eine hohlzylindrische Form umfassen, die eine Außenfläche eines mit einer Rotorwelle 212 gekoppelten Rotors 210 umgibt. Wie dargestellt, kann eine Lücke zwischen dem Stator 202 und dem Rotor 210 angeordnet sein.
Ein Satz von Bezugsachsen 201 ist zum Vergleich zwischen Ansichten, die in 2-4 gezeigt sind, bereitgestellt. Die Bezugsachsen 201 geben eine y-Achse, eine x-Achse und eine z-Achse an. In einem Beispiel kann die y-Achse parallel sein zu einer zentralen Achse 290 des Elektromotors 54. Wenn auf eine Richtung Bezug genommen wird, kann positiv auf die Richtung des Pfeiles der y-Achse, der x-Achse und der z-Achse verweisen und kann negativ auf die zu dem Pfeil der y-Achse, der x-Achse und der z-Achse entgegengesetzte Richtung verweisen. Die x-Achse kann senkrecht zu der y-Achse und zu der zentralen Achse 290 sein. Die z-Achse kann senkrecht sein zu sowohl der y- als auch der x-Achse.
Der Rotor 210 und der Stator 202 können konzentrisch sein um eine zentrale Achse 290. Die Rotorwelle 212 kann sich in einer Richtung erstrecken, die parallel ist zu der zentralen Achse 290. Der Rotor 210 kann sich um die zentrale Achse 290 drehen, während der Stator 202 stationär bleibt. Der Stator 202 kann Wicklungsenden 204 einschließen, die sich von einem Körper aus davon erstrecken.
Der Stator 202 kann eine Mehrzahl von Nuten 320 einschließen, die sich durch einen Statorkern 304 des Stators 202 erstrecken, wie in einer axialen Ansicht 300 von 3 gezeigt. 2 und 3 können hierin zusammen beschrieben werden.Die Mehrzahl von Nuten 320 können einen oder mehrere Drähte einer I-förmigen Wicklung oder einer U-förmigen Wicklung aufnehmen. Die Mehrzahl von Wicklungen können sich durch die Mehrzahl von Nuten 320 erstrecken. In einem Beispiel ist die axiale Richtung parallel zu der zentralen Achse 290.
In einem Beispiel schließt der Stator 202 eine am nächsten an dem Rotor 210 liegende Innenfläche 310 und eine distal zu dem Rotor 210 liegende Außenfläche 314 ein. Die Mehrzahl von Nuten 320 kann zwischen der Innenfläche 310 und der Außenfläche 314 zu den Stirnflächen des Stators 202 durchlaufen. Die Mehrzahl von Nuten 320 kann über additive Fertigung, Spritzgießen oder eine andere Fertigungstechnik, wie etwa als Stapel von gestanzten oder geschnittenen Elektrostahlblechen, in dem Statorkern 904 angeordnet werden. Die Mehrzahl von Wicklungen erstrecken sich in einer Richtung, die parallel ist zu den Nuten, wobei Enden der Wicklungen über Schweiß- oder andere Verbindungen miteinander verbunden sein können. Die Mehrzahl von Nuten können elektrische Drähte (z.B. Wicklungen) einschlie-ßen, die in ihnen angeordnet sind.
Jede von der Mehrzahl von Statornuten 320 kann zwei oder mehr einzigartige Abschnitte einschließen, die durch ihre unterschiedlichen Breiten gekennzeichnet sind. Die Breite kann in einer Richtung gemessen werden, die senkrecht ist zu sowohl der axialen als auch der radialen Richtung. In einem Beispiel kann jede von der Mehrzahl von Statornuten 320 drei Abschnitte einschließen, wobei jeder von den Abschnitten eine einzige Breite einschließen kann. Ein Übergang zwischen den einzelnen Abschnitten kann so eingerichtet sein, dass es keine Zwischenbreiten oder andere Breiten außer den drei einmaligen Breiten der drei Abschnitte gibt, wie hierin noch beschrieben wird.
Die Mehrzahl von Statornuten 320 können angrenzend an die innere Statoroberfläche 310 angeordnet sein. Die innere Statoroberfläche 310 kann einen kreisförmigen Querschnitt einschließen und mit dem Rotor 210 um eine Achse 290 der Welle 212 konzentrisch sein. Die innere Statoroberfläche 310 kann abgedichtet sein, abgesehen von einer darin angeordneten Mehrzahl von Öffnungen 312, die Nutöffnungen der Mehrzahl von Statornuten 320 entsprechen.
Wie in 3 dargestellt, kann jede von der Mehrzahl von Statornuten 320 drei Abschnitte einschließen. Eine erste Statornut 330 von der Mehrzahl von Statornuten 320 kann einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt, 342, 346 bzw. 352, einschließen. Der erste Abschnitt 342 kann eine erste Breite 345 einschließen. Der zweite Abschnitt 346 kann eine zweite Breite 355 einschließen. Der dritte Abschnitt 352 kann eine dritte Breite 365 einschließen. In einem Beispiel schließt der erste Abschnitt 342 nur die erste Breite 345 ein, schließt der zweite Abschnitt 346 nur die zweite Breite 355 ein und schließt der dritte Abschnitt 352 nur die dritte Breite 365 ein. Sowohl die erste Breite 345 als auch die zweite Breite 355 und die dritte Breite 365 werden in einer Richtung gemessen, die senkrecht ist zu einer zentralen Achse 399 der ersten Nut 330. Die zentrale Achse 399 erstreckt sich parallel zu der radialen Richtung und senkrecht zu der zentralen Achse 290.
Der zweite Abschnitt 346 kann zwischen dem ersten und dem dritten Abschnitt, 342, 352, angeordnet sein. Der erste Abschnitt 342 kann am nächsten an einer Nutöffnung 357 von der Mehrzahl von Nutöffnungen 312 liegen und der dritte Abschnitt 352 kann am weitesten weg von der Nutöffnung 357 liegen. In einem Beispiel nimmt die Breite der ersten Statornut 330 in einer Richtung weg von der Nutöffnung 357 und parallel zu einer zentralen Achse 399 der Statornut schrittweise zu. Zum Beispiel ist die dritte Breite 365 größer als die zweite Breite 355 und ist die zweite Breite 355 größer als die erste Breite 345. Eine Grenzfläche zwischen den Abschnitten kann sich in einer Richtung erstrecken, die senkrecht ist zu der zentralen Achse 399. Auf diese Weise schließt die erste Statornut 330 nur die drei Breiten der drei Abschnitte ein, ohne dass Zwischen- oder sich allmählich ändernde Breiten zwischen diesen angeordnet sind. In einer alternativen Ausführungsform kann die erste Statornut 330 mehr als drei Abschnitte umfassen, die in der Richtung weg von der Nutöffnung 357 jeweils schrittschließe zunehmen. Die Breite jedes Abschnitts kann eine gleichmäßige, einzige Breite sein. In einem Beispiel ändert sich die Breite jedes Abschnitts in der Richtung weg von der inneren Statoroberfläche 310 nicht.
Jeder Abschnitt kann eine rechtwinklige Querschnittsform einschlie-ßen, wobei der Querschnitt entlang einer Ebene genommen wird, die parallel ist zu der Richtung, die von der inneren Statoroberfläche 310 weg führt (z.B. zu einer radialen Richtung). Die Breite jedes Abschnitts kann in einer Richtung gemessen werden, die senkrecht ist zu der zentralen Achse 399 der ersten Statornut 330. Die erste Breite 345 kann geringer sein als die zweite Breite 355, wobei die zweite Breite geringer ist als die dritte Breite 365. In einem Beispiel kann eine Differenz zwischen den einzelnen Breiten auf einem festen Betrag basieren. Zum Beispiel kann die zweite Breite um 5-50 % größer sein als die erste Breite, und die dritte Breite kann um 5-50 % größer sein als die zweite Breite.
Die Breiten jedes Abschnitts können in einer Richtung, die parallel ist zu der zentralen Achse 399, gleichmäßig sein. In einem Beispiel werden die separaten Breiten der ersten Statornut 330 von einem ersten Anschlussende 358 zu einem zweiten Anschlussende 359 schrittweise größer. Zum Beispiel mögen zwischen der ersten Breite 345 des ersten Abschnitts 342 zur zweiten Breite 355 des zweiten Abschnitts 346 keine Zwischenbreiten oder andere Breiten mit einem Wert zwischen der ersten Breite 345 und der zweiten Breite 355 vorhanden sein. Ebenso mag es keine Zwischenbreiten zwischen der zweiten Breite 355 und der dritten Breite 365 geben.
Somit schließt die erste Statornut 330 in einem Beispiel mindestens drei abgegrenzte Abschnitte ein, nämlich den ersten Abschnitt 342, der die erste Breite 345 einschließt, den zweiten Abschnitt 346, der die zweite Breite 355 einschließt, und den dritten Abschnitt 352, der die dritte Breite 365 einschließt. Die Breite von jedem der Abschnitte kann gleichmäßig sein, so dass jeder Abschnitt nur eine einzige Breite einschließt. Die Breiten können so bemessen sein, dass ein Abstand zwischen einer Innenschicht oder Innenfläche der ersten Statornut 330 und darin angeordneten Wicklungen verringert ist. In einem Beispiel sind eine Mehrzahl von Hairpin-Wicklungen durch die Mehrzahl von Nuten 320 hindurch angeordnet. Dadurch kann der Statorbetrieb mit verringerten elektrischen Verlusten verstärkt werden.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Höhe jedes Abschnitts verschieden sein. Die Höhe kann in einer radialen Richtung senkrecht zu der Breite und parallel zu der zentralen Achse 399 gemessen werden. Zum Beispiel kann der erste Abschnitt 342 eine erste Höhe 368 einschließen. Der zweite Abschnitt 346 kann eine zweite Höhe 370 einschließen. Der dritte Abschnitt 352 kann eine dritte Höhe 372 einschließen. Die erste Höhe 368 kann der zweiten Höhe 370 gleich sein oder kleiner sein. Die zweite Höhe 370 kann der dritten Höhe 372 gleich sein oder größer sein.
Die Mehrzahl von Statornuten 320 können sich um den gesamten Umfang der inneren Statoroberfläche 310 herum erstrecken. Die Mehrzahl von Statornuten 320 können um die innere Statoroberfläche 310 herum gleichmäßig voneinander beabstandet sein. Eine Position der Mehrzahl von Statornuten 320 mag sich während des Betriebs des Elektromotors nicht ändern. Die Mehrzahl von Statornuten 320 können entlang des gesamten Umfangs der inneren Statoroberfläche 310 gleich sein. In manchen Beispielen kann eine oder können mehrere von der Mehrzahl von Statornuten 320 im Vergleich zu anderen von der Mehrzahl von Statornuten 320 hinsichtlich einer Packung von darin befindlichen Drähten unterschiedlich sein, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Die erste Statornut 330 kann ferner ein erstes Anschlussende 358 und ein zweites Anschlussende 359 einschließen. Das erste Anschlussende 358 kann an einem Ende der ersten Statornut 330 entgegengesetzt zu dem zweiten Anschlussende 359 angeordnet sein, wobei die Enden einander entlang der zentralen Achse 399 entgegengesetzt sind. Das Anschlussende 358 kann zwischen der Nutöffnung 357 und dem ersten Abschnitt 342 liegen. In einem Beispiel können sowohl das erste als auch das zweite Anschlussende 358, 359 die erste Statornut 330 so abdichten, dass Schmiermittel oder andere Fluide nicht in sie eindringen können.
Eine Breite des zweiten Anschlussendes 359 kann größer sein als eine Breite des ersten Anschlussendes 358. In einem Beispiel kann die Breite des zweiten Anschlussendes 359 der dritten Breite 365 gleich sein. Eine größte Breite des ersten Anschlussendes 358 kann der ersten Breite 345 gleich sein. In manchen Beispielen kann sich die Breite des ersten Anschlussendes 358 in einer Richtung weg von dem ersten Abschnitt und hin zu der inneren Statoroberfläche 310 verringern. In einem Beispiel ist das erste Anschlussende 358 ein Material, das von einem Material, das die erste Statornut 330 auskleidet und/oder formt, verschieden ist. Zum Beispiel kann das erste Anschlussende 358 ein Leiter sein, der eine Trapezform umfasst, wobei sich die Breite des ersten Anschlussendes 358 allmählich ändert. In einem Beispiel entspricht das erste Anschlussende 358 den Enden des elektrischen Drahtes (z.B. Wicklungen), die sich einander annähern. Das zweite Anschlussende 359 kann ein äußerstes Ende des dritten Abschnitts 352 sein, der sich in einer Richtung erstreckt, die senkrecht ist zu der zentralen Achse 399.
Die Abschnitte können einen oder mehrere Drahttypen einschließen. In einem Beispiel kann der erste Abschnitt 342 einen ersten Draht 344 einschließen. Der zweite Abschnitt 346 kann einen zweiten Draht 348 einschlie-ßen. Der dritte Abschnitt 352 kann einen dritten Draht 354 einschließen. In einem Beispiel kann der erste Draht 344 eine Mehrzahl von Drähten einschlie-ßen. Außerdem oder alternativ dazu kann/können der zweite Draht 348 und/oder dritte Draht 354 eine Mehrzahl von Drähten einschließen. In dem Beispiel von 3 können der erste Draht 344, der zweite Draht 348 und der dritte Draht 354 jeweils gleich sein. In einem Beispiel schließt die Ausführungsformen von 3 U-förmige Hairpin-Wicklungen ein, die sich durch die Mehrzahl von Nuten 320 erstrecken. Ein Beispiel für I-förmige Hairpin-Wicklungen, die sich durch eine Mehrzahl von Nuten erstrecken, wobei in jeder Nut andere Drähte angeordnet sind, ist in 4 gezeigt.
Der erste Draht 344, der zweite Draht 348 und der dritte Draht 354 können in jedem entsprechenden Abschnitt der ersten Statornut 330 so angeordnet sein, dass sie zu deren Breite passen. In einem Beispiel kann der erste Draht 344 innerhalb des Abschnitts 342 rechtwinklig geformt sein und eine longitudinale Breite umfassen, die der ersten Breite 345 gleich ist. Sowohl der erste Abschnitt 342 als auch der zweite Abschnitt 346 und der dritte Abschnitt 352 können einen oder mehrere vom ersten Draht 344, zweiten Draht 348 und dritten Draht 354 einschließen. In einer Ausführungsform kann der erste Abschnitt 342 genau vier Sätze (z.B. zwei Paare) von dem ersten Draht 344 einschließen, wobei jeder Satz den ersten Draht 344 einschließt, der zu einer rechtwinkligen Form gewickelt ist, bei der eine longitudinale Breite der ersten Breite 345 gleich ist. In manchen Beispielen kann der erste Draht 344 zusätzlich oder alternativ dazu ein einzelner Massivdraht mit einer Isolierschicht sein, die um einen rechtwinkligen Massivdraht extrudiert ist. Außerdem oder alternativ dazu kann der erste Draht ein Litzendraht des Typs 8 (z.B. ein geformter Litzendraht) sein, der mehrere Stränge bzw. Adern einschließt, die zu einer rechtwinkligen Form gewickelt, verdrillt oder geformt sein können. In manchen Beispielen kann der erste Abschnitt 342 weniger oder mehr als vier Sätze von dem ersten Draht 344 einschließen. In einer anderen Ausführungsform kann der zweite Abschnitt 346 genau vier Sätze von dem zweiten Draht 348 einschließen. Jeder Satz von dem zweiten Draht 348 kann den zweiten Draht 348 einschließen, der zu einer rechtwinkligen Form gewickelt ist, mit einer longitudinalen Breite, die der zweiten Breite 355 gleich ist. In manchen Beispielen kann der zweite Abschnitt 346 weniger oder mehr als vier Sätze von dem zweiten Draht 348 einschließen. In einer anderen Ausführungsform kann der dritte Abschnitt 352 genau zwei Sätze von dem dritten Draht 354 einschließen. In manchen Beispielen kann der dritte Abschnitt 352 weniger oder mehr als zwei Sätze von dem dritten Draht 354 einschließen. Jeder Satz von dem dritten Draht 354 kann den dritten Draht 354 einschließen, der in einer rechtwinkligen Form angeordnet ist, mit einer longitudinalen Breite, die der dritten Breite 365 gleich ist. Durch Formen der Drähte auf solche Weise, dass sie zu einer Breite eines entsprechenden Abschnitts passen, können Lücken zwischen den Drähten und einer Innenfläche (z.B. einer Innenschicht) der ersten Statornut 330 verringert werden, was die Wärmeübertragung der Kupferverluste verbessert, was die Leistungsfähigkeit des Elektromotors erhöhen kann.
Jeder Satz von dem ersten Draht 344 kann die gleiche oder eine ähnliche Wickelhöhe (z.B. Dicke) aufweisen. Jeder Satz von dem zweiten Draht 348 kann die gleiche Wickelhöhe aufweisen. Jeder Satz von dem dritten Draht 354 kann die gleiche Wickelhöhe aufweisen. In einem Beispiel können die Wickelhöhen des ersten Drahtes 344, des zweiten Drahtes 348 und des dritten Drahtes 354 gleich oder verschieden sein. Höhen der gewickelten Drähte können auf Basis eines Gauge-Maßes des Drahtes angepasst werden.
In einem Beispiel ist mit einem Satz von Drähten ein Draht gemeint, der in ein und derselben Wicklung enthalten ist. Zum Beispiel kann die erste Nut 330 10 Drähte einschließen, die sich durch sie hindurch erstrecken, wobei vier Drähte der erste Draht 344 sind, vier Drähte der zweite Draht 348 sind und zwei Drähte der dritte Draht 354 sind. Die vier Sätze von dem ersten Draht 344 sind in vier separaten Wicklungen enthalten. Die vier Sätze von dem zweiten Draht 348 sind in vier separaten Wicklungen enthalten. Die zwei Sätze von dem dritten Draht 354 sind in zwei separaten Wicklungen enthalten. Somit können die erste Nut 330 und eine angrenzende Nut, wie etwa die zweite Nut 360, anhand von 10 U-förmigen Hairpin-Wicklungen gepackt werden.
Einer oder mehrere von dem ersten Draht, dem zweiten Draht und dem dritten Draht, 344, 348 bzw. 354, kann bzw. können eine Mehrzahl von Litzendrähten einschließen. In einem Beispiel können die Mehrzahl von Litzendrähten Kupfer, Aluminium, eine Kombination davon oder ein anderes leitendes Material sein. In einem Beispiel können die Drähte zu einer rechtwinkligen Form verdrillt sein. In einer Ausführungsform kann der Draht 344 ein Litzendraht des Typs acht sein, oder alternativ dazu ein Satz von Draht mit hohem Gauge-Maß. In einer Ausführungsform kann es sich bei dem Draht 354 um verdrillte Stränge bzw. Adern handeln, die zu einer rechtwinkligen Form ausgebildet sind. In einem Beispiel kann die Mehrzahl von Litzendrähten ein Bündel Drähte mit höherem Gauge-Maß einschließen, die, nachdem sie gewickelt wurden, einem einzelnen Draht mit niedrigerem Gauge-Maß ähneln. Die Mehrzahl von Litzendrähten können flexibler sein als ein einzelner Massivdraht mit niedrigerem Gauge-Maß.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann bzw. können einer oder mehrere von dem ersten Draht, dem zweiten Draht und dem dritten Draht, 344, 348 bzw. 354 jeweils einen Massivdraht einschließen. In einem Beispiel kann der Massivdraht einen einzelnen Draht einschließen, der eine einziges Gauge-Maß umfasst. Der Massivdraht kann weniger flexibel sein als eine Mehrzahl von Litzendrähten, während gleichzeitig eine verbesserte Leistungsfähigkeit bereitgestellt wird.
In einem noch anderen Beispiel kann bzw. können einer vom ersten Draht, zweiten Draht und dritten Draht, 344, 348 bzw. 354, einen Massivdraht einschließen, der an seiner Außenseite mit Litzendraht umwickelt ist, was hierin als hybrider Draht bezeichnet wird. In einem Beispiel schließt der erste Draht 344 eine Mehrzahl von Litzendrähten ein, und der zweite Draht 348 und der dritte Draht 354 schließen einen Massivdraht ein. In einem Beispiel handelt es sich bei der Drahtmehrzahl 344 im ersten Abschnitt 368 um einen Litzendraht des Typs acht, 385. In einem Beispiel handelt es sich bei der Mehrzahl von Drähten 348 im zweiten Abschnitt 346 um einen Roebelstab 395 oder alternativ um ein Rutherford-Kabel. In einem Beispiel handelt es sich bei der Mehrzahl von Drähten 354 im dritten Abschnitt 352 um einen Roebelstab oder alternativ um ein Rutherford-Kabel.
Die Mehrzahl von Statornuten 320 können ferner die zweite Statornut und eine dritte Statornut, 360 bzw. 380, einschließen. Die zweite Statornut 360 und die dritte Statornut 380 können der ersten Statornut 330 im Wesentlichen gleich sein. Somit können die zweite Statornut und die dritte Statornut, 360 bzw. 380, jeweils eine Mehrzahl von separaten Abschnitten einschließen, die Breiten einschließen, die Breiten der Abschnitte der ersten Statornut 330 gleich sind. Jeder Abschnitt jeder Nut schließt nur eine gleichmäßige Breite entlang seiner Höhe auf, die entlang seiner zentralen Achse 399 gemessen wird. Die in der zweiten Statornut 360 und der dritten Statornut 380 enthaltenen Drähte können den Drähten, die in der ersten Statornut 330 enthalten sind, gleich sein, wenn U-förmige Wicklungen verwendet werden. In manchen Beispielen können die in der zweiten Statornut 360 und der dritten Statornut 380 enthaltenen Drähte anders sein als die Drähte, die in der ersten Statornut 330 enthalten sind, wenn I-förmige Wicklungen verwendet werden.
Man betrachte nun 4, wo eine Ausführungsform 400 gezeigt ist, die eine Statornut 430 darstellt, die drei Abschnitte einschließt, die einen ersten Abschnitt 442, einen zweiten Abschnitt 446 und einen dritten Abschnitt 452 einschließen. In einem Beispiel kann die Statornut 430 in dem Beispiel von 3 eingeschlossen sein und Teil der Mehrzahl von Statornuten 320 sein. In einem Beispiel schloss die Statornut 430 eine Mehrzahl von I-förmigen Wicklungen ein und schließt die in 3 dargestellte Statornut eine Mehrzahl von U-förmigen Wicklungen ein. Somit kann ein Stator eine Mehrzahl von Nuten einschließen, einschließlich der U-förmigen Wicklungen und/oder der I-förmigen Wicklungen.
Die Statornut 430 kann ein erstes Anschlussende 440 einschließen, das zwischen einer Nutöffnung 438 und dem ersten Abschnitt 442 positioniert ist. In einem Beispiel kann der erste Abschnitt 442 eine erste Breite 455 mit zwei Drahttypen 444, 445 einschließen. In einem Beispiel handelt es sich bei dem ersten Draht 444 oder dem zweiten Draht 445 innerhalb des ersten Abschnitts 442 um eine Mehrzahl von Litzendraht des Typs acht. Alternativ dazu kann es sich bei dem ersten Draht 444 oder dem zweiten Draht 445 um eine Mehrzahl von Draht mit hohem Gauge-Maß handeln, der zu einer rechtwinkligen Form verdrillt wurde, während der Draht 448, 454 ein Draht mit niedrigem Gauge-Maß sein kann. Ein erster Draht 444 kann rechtwinklig geformt sein, mit einer Höhe 468 und einer Breite, die der ersten Breite 455 gleich ist. Ein zweiter Draht 455 kann rechtwinklig geformt sein, mit einer Höhe 470 und einer Breite, die der ersten Breite 455 gleich ist. In einem Beispiel kann die Höhe 470 größer sein als die Höhe 468, wobei eine Summe der Höhe 468 und der Höhe 470 von jedem Satz aus dem ersten Draht 444 und dem zweiten Draht 445 einer Gesamthöhe des ersten Abschnitts 442 gleich sein kann. Auf diese Weise kann eine Querschnittsfläche des ersten Drahtes 444 kleiner sein als eine Querschnittsfläche des zweiten Drahtes 445. In manchen Beispielen kann bzw. können zusätzlich oder alternativ dazu einer oder mehrere vom ersten Draht 444 und zweiten Draht 445 ein Litzendraht sein. In einer anderen Ausführungsform kann bzw. können einer oder mehrere vom ersten Draht 444 und zweiten Draht 445 ein Massivdraht sein. In einer alternativen Ausführungsform kann bzw. können einer oder mehrere vom ersten Draht 444 und zweiten Draht 445 ein hybrider Draht sein.
In dem Beispiel von 4 kann ein zweiter Abschnitt 446 den dritten Draht 448 einschließen und kann einen dritter Abschnitt 452 den vierten Draht 454 einschließen. Somit kann jede Wicklungsgruppe aus dem dritten Draht 448 in dem zweiten Abschnitt 446 eine rechtwinklige Querschnittsform mit einer Höhe 472 und einer Breite, die der zweiten Breite 465 des zweiten Abschnitts 446 gleich ist, umfassen. In einer Ausführungsform kann ein dritter Draht 448 ein Litzendraht des Typs acht Rutherford-Kabel, Roebeldraht oder irgendein anderer geeigneter transponierter Draht sein. Ein transponierter Draht umfasst einzelne Kupferleiter, die verdrillt und/oder verwoben sind, um ein Muster zu bilden, das elektrische Verluste verringert, die von Wirbelströmen verursacht werden. Alternativ dazu kann es sich bei einem dritten Draht 448 um eine Mehrzahl von Drähten mit hohem Gauge-Maß handeln, die in eine rechtwinklige Form gepresst sind und die sich so erstrecken, dass sie die Breite des zweiten Abschnitts 446 ausfüllen. Ebenso kann jede Wicklungsgruppe aus dem vierten Draht 454 in dem dritten Abschnitt 452 eine rechtwinklige Querschnittsform umfassen, mit einer Höhe 482 und einer Breite, die der dritten Breite 485 des dritten Abschnitts 452 gleich ist. In einem Beispiel können die Höhen 472 und 482 gleich sein. In einem Beispiel kann die Breite 465 kleiner sein als die Breite 485. In einem Beispiel kann es sich bei dem Draht 454 um eine Mehrzahl von Drähten mit niedrigem Gauge-Maß handeln. Zusätzlich oder alternativ dazu können Höhen der gepackten Drähte in einer Richtung weg von der Nutöffnung 438 zunehmen, so dass die Höhe 468 kleiner ist als die Höhe 470, die Höhe 470 kleiner ist als die Höhe 472 und die Höhe 472 kleiner ist als die Höhe 482. In einer Ausführungsform können die Gauge-Maße der Drähte in der Richtung weg von der Nutöffnung 438 zunehmen, so dass der erste Draht 444 das höchste Gauge-Maß hat und der vierte Draht 454 das niedrigste Gauge-Maß hat. Durch Anordnen der Drähte im ersten Abschnitt 442 auf solche Weise, dass dieser angrenzend an das Anschlussende 440 einen Draht mit geringerer Höhe einschließt, wie etwa einen Litzendraht des Typs acht, ein Rutherford-Kabel, Roebelstäbe oder irgendeinen anderen geeigneten transponierten Draht, ist die Querschnittsfläche in dem dritten Abschnitt 452 größer als die der Querschnittsfläche, die innerhalb des ersten Abschnitts 442 zu finden ist. Ein Rutherford-Kabel ist eines, das eine Mehrzahl von Draht mit hohem Gauge-Maß einschließt, der zu einer Helixform gewickelt und auf eine rechtwinklige Form abgeflacht ist. Dadurch können elektrische Wechselstromverluste näher an der Nutöffnung 438 verringert werden. In einem Beispiel kann die dritte Breite 485 größer sein als andere Nutbreiten, die in früheren Statorbeispielen verwendet wurden. Durch Vergrößern der Querschnittsfläche der Statornut 430 wird eine Größe einer Grenzfläche zwischen den Drähten in der Nut 430 und einem Statorkern ebenfalls vergrößert, was zu einem erhöhten Wärmewiderstand und einem verbesserten Wirkungsgrad des Motors führen kann. In einem Beispiel ist die Grenzfläche eine Fläche, wo die Nut und/oder die Drähte mit dem Statorkern in Kontakt stehen. Durch dichteres Packen des feineren Litzendrahtes in der Nähe der Nutöffnung 438 ist der Motor in der Lage, mehr Ausgangsleistung pro Einheitsvolumen zu produzieren.
In einem Beispiel sind der erste Draht 444 und der zweite Draht 445 paarweise angeordnet. Der erste Draht 444 und der zweite Draht 445 sind Hairpin-Wicklungen, für die U-förmige Drähte verwendet werden, die axial (z.B. senkrecht zu einer zentralen Achse) in die Nut 430 eingeführt und auf ein und derselben Seite verschweißt werden. Außerdem oder alternativ dazu kann der erste Abschnitt 442 vier verschiedene Drahttypen einschließen, die in einer I-Form angeordnet und an beiden Enden verschweißt sein. In einem Beispiel kann ein Abschnitt einen paarweise angeordneten Draht und einen anderen Draht, der nicht als Paar (z.B. einzeln) angeordnet ist, einschließen.
Als weiteres Beispiel kann der dritte Abschnitt 452 zwei verschiedene Drahttypen einschließen. Ein Drahttyp kann hierin ein bestimmtes Gauge-Maß bzw. eine bestimmte Stärke und/oder Struktur (z.B. Massivdraht, Litzendraht, eine Kombinationen davon (hybrid) oder Hohlkern) einschließen. Somit kann sich der erste Draht 444 vom zweiten Draht 445 oder anderen Drähten durch Gauge-Maß und/oder Struktur unterscheiden.
In manchen Beispielen kann bzw. können der zweite Abschnitt 446 und/oder der dritte Abschnitt 452 zusätzlich oder alternativ dazu mehrere Drahttypen einschließen, ähnlich wie der erste Abschnitt 442, die zu unterschiedlichen rechtwinkligen Querschnittsflächen so gepackt (z.B. gewickelt) sind.
Man betrachte nun 5, eine detaillierte Darstellung einer Ausführungsform 500 eines Rutherford-Kabels 503 oder alternativ dazu einer Mehrzahl von Drähten mit hohem Gauge-Maß, die zu einer rechtwinkligen Form verdrillt sind und die so verlaufen, dass sie die Breite des gesamten ersten Abschnitts 342 ausfüllen. In einem Beispiel kann es sich bei einem Draht mit hohem Gauge-Maß 344 um eine Mehrzahl von Litzendrähten des Typs acht 385 handeln, die so übereinander transponiert sind, dass sie die Höhe 368 des ersten Abschnitts 342 besetzen. In einem anderen Beispiel kann es sich bei einem Draht mit hohem Gauge-Maß 344 um einen Rutherford-Draht 503 handeln. Ein Rutherford-Draht 503 ist einer, der eine Mehrzahl von Draht mit hohem Gauge-Maß umfasst, der in einer rechtwinkligen Form ausgebildet ist, wobei einzelne Drähte auf solche Weise angeordnet sind, dass der Leerraum einer ersten Reihe von Drähten 504 von einer zweiten Reihe von Drähten 505 besetzt ist.
Man betrachte nun 6, eine detaillierte Darstellung einer Ausführungsform 600 eines Roebelstabs 603 oder alternativ dazu eines Drahtes mit niedrigem Gauge-Maß, der einen rechtwinkligen Querschnitt 605 aufweist. In einem Beispiel kann es sich bei dem Draht 348, der den zweiten Abschnitt 346 besetzt, und dem Draht 354, der den dritten Abschnitt 352 besetzt, um eine Mehrzahl von Roebelstäben 603 oder alternativ dazu um eine Mehrzahl von Drähten mit niedrigem Gauge-Maß handeln, die zu einer rechtwinkligen Form verdrillt sind und die auf solche Weise übereinander transponiert sind, dass sie die Höhe 370 des zweiten Abschnitts 346 und die Höhe 372 des dritten Abschnitts 352 besetzen.
Man betrachte nun 7, eine detaillierte Querschnittsansicht 700 einer ersten Ausführungsform eines Litzendrahts 703, der eine Mehrzahl von miteinander verflochtenen Drähten mit hohem Gauge-Maß umfasst. Jeder von der Mehrzahl von Drahtsträngen 701 ist mit einzelnen Isolatoren umwickelt, und der Litzendraht 703 ist seinerseits mit einem gemeinsamen Isolator 702 umwickelt. In einem Beispiel ist die Mehrzahl von Drahtsträngen 701 so angeordnet, dass jeder Satz von Strängen den Leerraum besetzt, der von einem angrenzenden Satz von Strängen gebildet wird. In manchen Beispielen kann ein Draht zusätzlich oder alternativ dazu einen Kühlkanal in seiner Mitte einschließen, wie in 9 gezeigt. Eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit kann durch die Mitte strömen. Auf diese Weise können die Leiter der vorliegenden Anmeldung hohl sein und nicht-leitende Kühlmittel umfassen, die durch sie hindurch strömen.
Man betrachte nun 9, wo eine Ausführungsform 900 einer Statornut 910 gezeigt ist, die einen Kühlkanal 912 einschließt, der in ihrer Mitte angeordnet ist. Der Kühlkanal 912 kann in einer Mitte eines zweiten Abschnitts 930 und eines dritten Abschnitts 940 der Statornut 910 angeordnet sein. Ein erster Abschnitt 920 der Statornut 910 kann mit einem ersten Draht 922 gepackt sein. Der zweite Draht 932 des zweiten Abschnitts 930 und der dritte Draht 942 des dritten Abschnitts 940 können anders ausgerichtet sein als der erste Draht 922 im ersten Abschnitt 920. In einem Beispiel kann der erste Draht 922 senkrecht zu einer zentralen Achse 999 ausgerichtet sein. Der zweite Draht 932 kann parallel zu der zentralen Achse 999 ausgerichtet sein. Der dritte Draht 942 kann parallel und abgewinkelt zu der zentralen Achse 999 ausgerichtet sein.
In dem Beispiel von 9 schließt der dritte Abschnitt 940 eine Fünfeckform ein. Ein äußerstes Ende des dritten Abschnitts 940, das distal zu der Nutöffnung und zum zweiten Abschnitt 930 liegt, kann eine Zuspitzung einschließen und eine Spitze oder ein anderes Merkmal, das von einer Linearität abweicht, einschließen. In einem Beispiel kann die Statornut 910 zusammen mit der Statornut 430 von 4 und den Statornuten 320 von 3 in einem einzigen Statorkern enthalten sein.
Man betrachte nun 10, wo eine Ausführungsform 1000 einer Statornut 1010 gezeigt ist, die einen Kühlkanal 1012 einschließt, der an einer radial einwärts gelegenen Stelle zwischen einem ersten Draht 1022 und einer Nutöffnung 1057 angeordnet ist. Der Kühlkanal 1012 kann parallel zu dem ersten Draht 1022 in einem ersten Abschnitt 1020, einem zweiten Draht 1032 in einem zweiten Abschnitt 1030 und einem dritten Draht 1042 in einem dritten Abschnitt 1040 sein. Der Kühlkanal 1012 kann Kühlmittel und/oder Luft enthalten, was eine Steuerung der Wärme der Drähte verbessern kann.
Die Ausführungsform 1000 kann mit U-förmigen oder I-förmigen Stiftwicklungen verwendet werden. Im Vergleich zu der Ausführungsform 900 von 9 kann ein Querschnitt eines Kupfer- oder anderen leitenden Materials in der Nut 1010 beibehalten werden, während trotzdem Raum für den Kühlkanal 1012 bereitgestellt wird.
In einem Beispiel erhöht der Stator der vorliegenden Offenbarung die Packungsdichte der Statornut durch Abstimmen von Drahtbreiten auf solche Weise, dass sie zu einer inneren Breite von segmentierten Abschnitten der Statornut passen. Die technische Wirkung einer Segmentierung der Abschnitte der Statornut ist eine Erhöhung der Packungsdichte, die zu verringerten elektrischen Verlusten ebenso wie zu einer verstärkten Wärmeabfuhr aus dem Elektromotorsystem im Vergleich zu Nuten mit einer einzigen Breite oder einer sich allmählich ändernden Breite führt. Ferner kann eine Fertigung der Statornuten und zugehöriger Wicklungen dadurch vereinfacht werden, dass eine endliche Anzahl von Breiten eingeschlossen ist.
Die Offenbarung unterstützt ein System für eine Statoranordnung eines Elektromotors, die eine um eine innere Oberfläche eines Stators herum positionierte Mehrzahl von segmentierten Nuten einschließt, wobei jede von der Mehrzahl von segmentierten Nuten einen ersten, eine erste Breite umfassenden Abschnitt und einen zweiten, eine zweite Breite umfassenden Abschnitt umfasst, wobei die zweite Breite von der ersten Breite verschieden ist. Ein erstes Beispiel für das System schließt ferner ein, dass der erste Abschnitt zwischen dem zweiten Abschnitt und einer Nutöffnung einer Nut von der Mehrzahl von segmentierten Nuten angeordnet ist. Ein zweites Beispiel des Systems, das optional das erste Beispiel einschließt, schließt ferner ein, dass der erste Abschnitt Litzendrähte umfasst und der zweite Abschnitt Massivdrähte umfasst. Ein drittes Beispiel für das System, das optional eines oder mehrere der vorangehenden Beispiele einschließt, schließt ferner ein, dass die Litzendrähte zu einer rechtwinkligen Form verdrillt sind und sich so erstrecken, dass sie eine gesamte Breite des ersten Abschnitts ausfüllen. Ein viertes Beispiel für das System, das optional eines oder mehrere von den vorangehenden Beispielen einschließt, schließt ferner einen dritten Abschnitt ein, der eine dritte Breite einschließt, wobei die dritte Breite sowohl von der ersten Breite als auch der zweiten Breite verschieden ist. Ein fünftes Beispiel für das System, das optional eines oder mehrere der vorangehenden Beispiele einschließt, schließt ferner ein, dass die dritte Breite größer ist als die zweite Breite und dass die zweite Breite größer ist als die erste Breite. Ein sechstes Beispiel für das System, das optional eines oder mehrere von den vorangehenden Beispielen einschließt, schließt ferner ein, dass der zweite Abschnitt zwischen dem ersten Abschnitt und dem dritten Abschnitt angeordnet ist und dass der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt und der dritte Abschnitt abgestuft sind. Ein siebtes Beispiel für das System, das optional eines oder mehrere von den vorangehenden Beispiele einschließt, schließt ferner ein, dass jeder vom ersten Abschnitt, zweiten Abschnitt und dritten Abschnitt eine gleichmäßige Breite einschließt.
Die Offenbarung unterstützt einen Elektromotor, der einen Stator und eine proximal zu einer Innenfläche des Stators angeordnete Mehrzahl von Statornuten einschließt, wobei jede Nut von der Mehrzahl von Statornuten abgestuft ist und eine Mehrzahl von Abschnitten umfasst, die einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt einschließen, wobei der erste Abschnitt eine erste Breite umfasst und der zweite Abschnitt eine zweite Breite umfasst, die größer ist als die erste Breite. Ein erstes Beispiel für den Elektromotor des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts weisen eine gleichmäßige Breite auf. Ein zweites Beispiel für den Elektromotor, das optional das erste Beispiel einschließt, schließt ferner ein, dass der erste Abschnitt eine Mehrzahl von Drähten umfasst, wobei die Mehrzahl von Drähten ein gleiches Gauge-Maß aufweisen. Ein drittes Beispiel für den Elektromotor, das optional eines oder mehrere von den früheren Beispielen einschließt, schließt ferner ein, dass der erste Abschnitt eine Mehrzahl von Drähten umfasst, wobei die Mehrzahl von Drähten unterschiedliche Gauge-Maße aufweisen. Ein viertes Beispiel für den Elektromotor, das optional eines oder mehrere von den vorangehenden Beispielen einschließt, schließt ferner ein, dass eine Drahtstärke von Drähten im ersten Abschnitt von einer Drahtstärke von Drähten im zweiten Abschnitt verschieden ist. Ein fünftes Beispiel für den Elektromotor, das optional eines oder mehrere von den früheren Beispielen einschließt, schließt ferner ein, dass ein dritter Abschnitt eine dritte Breite umfasst, die größer ist als die zweite Breite. Ein sechstes Beispiel für den Elektromotor, das optional eines oder mehrere von den vorangehenden Beispielen einschließt, schließt ferner ein, dass Breiten des ersten Abschnitts, des zweiten Abschnitts und des dritten Abschnitts gestuft sind.
Die Offenbarung unterstützt ferner ein Fahrzeug, das einen Elektromotor umfasst, der einschließt: einen Stator und einen Rotor, die konzentrisch um eine Achse angeordnet sind, eine Mehrzahl von Statornuten, die proximal zu einer Innenfläche des Stators angeordnet sind, wobei jede von der Mehrzahl von Statornuten einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt umfasst, wobei der erste Abschnitt nur eine erste Breite umfasst, der zweite Abschnitt nur eine zweite Breite umfasst und der dritte Abschnitt nur eine dritte Breite umfasst. Ein erstes Beispiel für das Fahrzeug schließt ferner ein, dass es außer der ersten Breite, der zweiten Breite und der dritten Breite keine anderen Breiten gibt. Ein zweites Beispiel für das Fahrzeug, das optional das erste Beispiel einschließt, schließt ferner ein, dass Wicklungen, die in jeder von der Mehrzahl von Statornuten angeordnet sind, zu einem rechtwinkligen Querschnitt geformt sind, und wobei eine Breite des rechtwinkligen Querschnitts einer Breite eines entsprechenden Abschnitts gleich ist. Ein drittes Beispiel für das Fahrzeug, das optional eines oder mehrere von den vorangehenden Beispielen einschließt, schließt ferner ein, dass der erste Abschnitt erste Drähte umfasst, die zu einem rechtwinkligen Querschnitt mit einer ersten Höhe und der ersten Breite geformt sind, wobei der erste Abschnitt ferner zweite Drähte umfasst, die zu einem rechtwinkligen Querschnitt mit einer zweiten Höhe und der ersten Breite geformt sind, wobei die zweite Höhe größer ist als die erste Höhe. Ein viertes Beispiel für das Fahrzeug, das optional eines oder mehrere von den vorangehenden Beispielen einschließt, schließt ferner ein, dass die erste Breite geringer ist als die zweite Breite und die zweite Breite geringer ist als die dritte Breite, und dass eine Höhe der Drähte, die in dem ersten Abschnitt angeordnet sind, geringer ist als eine Höhe der Drähte, die in dem zweiten Abschnitt und dem dritten Abschnitt angeordnet sind, wobei die Höhe entlang einer zentralen Achse einer Statornut gemessen wird.
Man beachte, dass die hierin enthaltenen Beispielroutinen zur Steuerung und Schätzung mit verschiedenen Konfigurationen von elektrischen Maschinen und/oder Fahrzeugsystemen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden und können von dem Steuersystem, das die Steuereinrichtung enthält, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Hardware von elektrischen Maschinen ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere beliebige Verarbeitungsstrategien darstellen, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und ähnliches. Somit können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern dient der einfachen Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen kann/können je nach der konkreten verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen einen Code darstellen, der in einen nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Datenträgers in dem Steuersystem der elektrischen Maschine einprogrammiert ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Abarbeiten der Befehle in einem System, das die verschiedenen Hardwarekomponenten der elektrischen Maschine in Kombination mit der elektronischen Steuereinrichtung aufweist, ausgeführt werden.
Wie hierin verwendet, soll der Begriff „ungefähr“ so verstanden werden, dass er plus oder minus fünf Prozent des Bereichs oder Wertes beinhaltet, sofern nicht anders angegeben.
Die folgenden Ansprüche stellen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden, besonders heraus. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie eine Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen und zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, sei ihr Umfang nun breiter, enger, gleich oder anders als derjenige der ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.

Claims

System für eine Statoranordnung eines Elektromotors, umfassend: eine Mehrzahl von segmentierten Nuten, die um eine Innenfläche eines Stators herum positioniert sind, wobei jede der Mehrzahl von segmentierten Nuten einen ersten, eine erste Breite umfassenden Abschnitt und einen zweiten, eine zweite Breite umfassenden Abschnitt umfasst, wobei die zweite Breite von der ersten Breite verschieden ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Abschnitt zwischen dem zweiten Abschnitt und einer Nutöffnung einer Nut von der Mehrzahl von segmentierten Nuten angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt Litzendrähte umfasst und wobei der zweite Abschnitt Massivdrähte umfasst.
System nach Anspruch 3, wobei die Litzendrähte zu einer rechtwinkligen Form verdrillt sind und sich so erstrecken, dass sie eine gesamte Breite des ersten Abschnitts ausfüllen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner einen dritten Abschnitt umfassend, der eine dritte Breite umfasst, wobei die dritte Breite sowohl von der ersten Breite als auch der zweiten Breite verschieden ist.
System nach Anspruch 5, wobei die dritte Breite größer ist als die zweite Breite und wobei die zweite Breite größer ist als die erste Breite.
System nach Anspruch 5 oder 6, wobei der zweite Abschnitt zwischen dem ersten Abschnitt und dem dritten Abschnitt angeordnet ist und wobei der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt und der dritte Abschnitt abgestuft sind.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei jeder des ersten Abschnitts, des zweiten Abschnitts und dritten Abschnitts eine gleichmäßige Breite aufweist.
Elektromotor, umfassend: einen Stator; und eine Mehrzahl von Statornuten, die proximal zu einer Innenfläche des Stators angeordnet sind, wobei jede Nut der Mehrzahl von Statornuten abgestuft ist und eine Mehrzahl von Abschnitten umfasst, die einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt enthalten, wobei der erste Abschnitt eine erste Breite aufweist und der zweite Abschnitt eine zweite Breite aufweist, die größer ist als die erste Breite.
Elektromotor nach Anspruch 9, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt eine gleichmäßige Breite aufweisen.
Elektromotor nach Anspruch 9 oder 10, wobei der erste Abschnitt eine Mehrzahl von Drähten umfasst, wobei die Mehrzahl von Drähten eine gleiche Stärke aufweisen.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der erste Abschnitt eine Mehrzahl von Drähten umfasst, wobei die Mehrzahl von Drähten unterschiedliche Stärken aufweisen.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei eine Drahtstärke von Drähten im ersten Abschnitt von einer Drahtstärke von Drähten im zweiten Abschnitt verschieden ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, ferner einen dritten Abschnitt umfassend, der eine dritte Breite umfasst, die größer ist als die zweite Breite.
Elektromotor nach Anspruch 14, wobei Breiten des erste Abschnitts, des zweiten Abschnitts und des dritten Abschnitts gestuft sind, und wobei ein Kühlkanal in einem oder mehreren vom ersten Abschnitt, zweiten Abschnitt und dritten Abschnitt angeordnet ist.