EP4029123A1 - Hairpin-wicklung eines stators einer elektromaschine - Google Patents

Hairpin-wicklung eines stators einer elektromaschine

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Publication number
EP4029123A1
EP4029123A1 EP20768570.2A EP20768570A EP4029123A1 EP 4029123 A1 EP4029123 A1 EP 4029123A1 EP 20768570 A EP20768570 A EP 20768570A EP 4029123 A1 EP4029123 A1 EP 4029123A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pin
stator
connection
double
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20768570.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Boris Dotz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo eAutomotive Germany GmbH
Original Assignee
Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH filed Critical Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH
Publication of EP4029123A1 publication Critical patent/EP4029123A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • H02K15/085—Forming windings by laying conductors into or around core parts by laying conductors into slotted stators
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    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • H02K15/0414—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils
    • H02K15/0421—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils consisting of single conductors, e.g. hairpins
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    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only

Definitions

  • the invention relates to a stator with pins for an electric machine, in particular an electric motor.
  • Electric machines are well known and are increasingly used as electric motors for driving vehicles.
  • An electric machine consists of a stator and a rotor.
  • the stator includes a variety of slots in which the
  • Windings are guided.
  • the turns can be formed from insulated copper rods as so-called pins.
  • the rotor is located in the stator and is connected to a rotor shaft.
  • Such a pin, UPin or hairpin motor is known, for example, from US Pat. No. 9,136,738 B2.
  • the object of the present invention is to provide a stator with turns made of pins that is easy to manufacture.
  • the stator for an electrical machine comprises a plurality of pins which are arranged in slots on concentric circles at different distances from a stator center point and each concentric circle forms a layer, with four pins in different layers being connected in series with one another and one turn form, a first pin of the turn is located in a first groove in the 4n-1 layer, where n is a natural number, a second pin of the turn is located in a second Slot in the 4n layer, the second slot having a first radial distance in a first circumferential direction of the stator to the first slot, a third pin of the turn is located in the first slot in the 4n-3 layer, a fourth pin of the turn is located in the second groove in the 4n-3 layer.
  • a stator with the winding according to the invention can be easily manufactured and generates an efficient electromagnetic field.
  • the connection types create an electrically conductive connection between the pins in the grooves.
  • the type of connection can be the welding of conductors to the pins, or the pins can already be designed as double pins, so-called Upins, and thereby establish a connection as soon as they are inserted into the stator. Furthermore, welding of end sections of pins that are bent towards one another also represents a type of connection.
  • the layers can be numbered in ascending order from the outside to the center of the stator.
  • the stator can preferably have a first and a second end face and the first and second pin can be connected to one another on the second end face by means of a first connection type, the second and third pin can be connected to one another on the first end face by means of a second connection type, the third and the fourth pin on the second end face can be connected to one another by means of a third type of connection, the first, second and third type of connection differing from one another.
  • connection types on different end faces enable improved production.
  • An alternating position of the connection types on different end faces enables the efficient formation of a turn around the stator teeth located between the slots.
  • Even types of connection on the same end face of the stator can differ from the inside or outside of the stator due to the different bending directions of a pin foot.
  • connection on different or the same end faces of the stator is also possible.
  • connection is made by a kind of pre-bent pins, so-called double pins or also called Upins, and on another face of the stator pins are welded individually or one side of the double pin is welded together.
  • the welding points can be at the feet of the pins or double pins.
  • the stator can have at least two turns and at least the fourth pin in the second slot can be connected to a fifth pin in the 4n-1 layer in a third slot by means of a fourth type of connection.
  • the stator can have a plurality of turns that stretch over the entire circumference of the stator and thereby form a partial coil.
  • the windings have a symmetry which creates a uniform rotating field.
  • one pin each of two sub-coils can be connected to one another by means of a fifth type of connection.
  • pins can be so-called end pins, as they mark the end of a sub-coil.
  • Preferred can a second and third end pin can be connected to one another by a fifth connection type.
  • the fifth type of connection can be implemented using a specially bent pin, for example.
  • at least two sub-coils can form one coil. It is possible to interconnect the coils within a quarter of all slots in the stator, i.e. within a quarter of the circumference of the stator.
  • one input of each pin of two coils can be connected to one another by means of a sixth type of connection.
  • the sixth type of connection can be made by a conductor attached to the pins or by a conductive ring.
  • the two coils can be connected in parallel and can also be fed by the same phase.
  • the parallel connection can be made by connecting a first and fifth or fourth and eighth end pin in pairs.
  • the two coils can be connected in parallel and can also be fed by the same phase.
  • the coil sections can form six coils and six phases can be assigned to them in such a way that two coils, which are assigned to different phases, are located in adjacent slots. Furthermore, two phases can each have an almost identical current and voltage curve, and as a result a six phase inverter can only drive a three-phase motor. With this arrangement, current sharing of the switching elements in the inverter is possible.
  • one output of each pin of the two coils can be connected to one another and the two coils can thereby be switched in parallel, and in particular assigned to a phase.
  • Two coils from adjacent slots can thus be switched in parallel and fed by one phase, so that a stator with windings for a three-phase electrical machine is created.
  • the second type of connection can comprise a first double pin, which is formed from the second pin and the third pin, the first double pin having two inwardly bent pin feet each with a welding point and bridging a first radial distance.
  • the double pin can be inserted into the stator from one end and welded to another double pin on the other end.
  • the fourth type of connec tion can comprise a second double pin, which is formed from the fourth pin and the fifth pin, the second double pin having two outwardly bent pin feet each with a welding point and bridging a first radial distance.
  • the fifth type of connection can preferably comprise a third double pin, which is formed from a second end pin and a third end pin, the third double pin having two outwardly bent pin feet each with a welding point and bridging a second radial distance.
  • the first distance describes the number of slots to be bridged.
  • the actual spatial distance to be bridged depends on the position of the pin in the layer, because the double pins connect different layers.
  • the second radial distance can be at least one groove shorter than the first radial distance.
  • a seventh type of connection can comprise a fourth double pin, which is formed from a sixth end pin and a seventh end pin, the fourth double pin having two inwardly bent pin bases each with a weld point and bridging a second radial distance.
  • a single pin can comprise a fourth end pin or a fifth end pin and have a pin base bent in a clockwise direction with a spot weld.
  • a single pin can comprise a first end pin or an eighth end pin and have a pin foot bent counterclockwise with a spot weld.
  • the first type of connection can preferably be formed by a welding connection of a first welding point on the pin base of the second double pin or the first single pin or the third double pin with a second welding point on the pin base of the first double pin or the fourth double pin or the fourth single pin.
  • the third type of connection can be formed by a welded connection of a third weld point on the pin base of the second double pin or the third double pin or the second single pin with a second weld point on the pin base of the second double pin or the fourth double pin or the third single pin .
  • a vehicle has an electrical machine with a stator according to one of the preferred configurations.
  • Description of the figures Figure 1 shows a stator.
  • Figure 2 shows a stator with eight slots and four layers.
  • FIG. 3 shows a winding diagram of a first partial coil.
  • FIG. 4 shows a winding diagram of a second partial coil.
  • Figure 5 shows a stator with two sub-coils and their connection to each other and thus a coil.
  • Figure 6 shows a stator with two coils, each consisting of two sub-coils.
  • Figure 7 shows a stator with two further coils.
  • Figure 8 shows a stator with two further coils.
  • Figure 9 shows a stator with six coils.
  • Figure 10 shows a winding scheme of two coils
  • Figure 11 shows two individual pins of the first coil
  • Figure 12 shows two individual pins of the second coil
  • Figure 13 shows a double pin with inwardly bent pin feet.
  • FIG. 14 shows a double pin with outwardly bent pin feet.
  • FIG. 15 shows a double pin with outwardly bent pin feet and a groove width that is one groove smaller than the double pin from FIG. 14.
  • FIG. 16 shows a double pin with inwardly bent pin bases and a groove width that is one groove smaller than the double pin from FIG. 13.
  • FIG. 17 shows a vehicle with an electric machine, in particular an electric motor, with a stator with an interface.
  • FIG. 1 shows a stator 1 with a large number of slots 5 in which pins 3 are guided.
  • the stator has a first end face 7 and a second end face 9.
  • inputs 81, 87, 101, 107, 111, 117 and outputs 83, 85, 103, 105, 113, 115 of partial coils for connecting the pins to an energy source for operating the electrical machine are shown.
  • a rotor is also required to operate an electrical machine.
  • the pins for the connection are close together and enable short connecting cables.
  • FIG. 2 shows a stator 1 with slots 51, 52, 53, 54, 55,
  • pins are arranged in the grooves.
  • the pins lie next to one another in a groove; in the example in FIG. 2, four pins lie next to one another in a groove.
  • the four pins within a slot are therefore on un ferent concentric circles around the center M of the stator, which thus form individual layers LI, L2, L3, L4.
  • a first distance 71 lies between each two grooves. This first distance 71 is identical between all of the grooves shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the stator 1 from FIG. 2.
  • the pins are furthermore arranged on concentric circles, that is to say layers, the concentric circles not being drawn in for a better representation.
  • FIG. 3 shows which pins are connected to one another in series.
  • a first pin 21 is located in a first groove 51 in layer L3.
  • This first pin 51 is by means of a first type of connection 61, as The dotted line is connected to a second pin 22 in groove 52.
  • the second pin 22 is located in layer L4.
  • the second pin 22 is connected to a third pin 23 in groove 51 by means of a second type of connection 62, shown as a short dashed line.
  • the third pin 23 is in turn located in the first groove 51, that is, in the same groove as the first pin 21. However, the third pin 23 is in layer L2 directly next to the first pin 21.
  • the third pin 23 is connected to a fourth pin 24 via a third connection type 63, shown as a solid line.
  • the fourth pin 24 is in the same groove 52 as the second pin 22.
  • the fourth pin 24 is in the layer LI. Between the fourth pin 24 and the second pin 22 there is still space in the groove 52 for two more pins.
  • the connection of the first, second, third and fourth pins forms a first turn 41.
  • the fourth pin 24 is connected via a fourth type of connection 64, shown in dashed lines, to a fifth pin 25 in layer L3 in a third groove 53.
  • the previously described serial connection of the subsequent pins in the stator begins again with the fifth pin 25, the fifth pin 25 being similar to the first pin 21 with an offset of the groove by 90 degrees.
  • the first pin 21 is, however, a first end pin 21 and has an input, see FIG. 11.
  • the serial connection of the fifth pin 25 with further pins in the grooves 53 and 54 forms a second turn 42.
  • the first, second and third connection types 61, 62, 63 between these pins are identical to the respective first, second and third connection types 61, 62, 63 of the pins of the first turn 41.
  • the two turns 41, 42 are connected by the fourth connec tion type 64.
  • the third turn 43 is formed in the grooves 55, 56 and the fourth turn 44 is formed in the grooves 57, 58.
  • the windings 42, 43, 44 are each connected to the fourth type of connection 64.
  • the fourth type of connection 64 between the respective turns is thus identical.
  • the first, second and third connection types 61, 62, 63 between the pins of the turns 43, 44 are identical to the first, second and third connection types 61, 62, 63 of the first and second turns 41, 42.
  • the four turns 41, 42, 43, 44 form a first partial coil by rotating around the stator 1 in a clockwise direction.
  • the last pin of the coil section is in turn a second end pin 26.
  • the slots have an identical first distance 71 from one another.
  • FIG. 4 shows the stator 1 from FIG. 3, eight slots 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 being shown there, which are located in the direct vicinity of the slots from FIG.
  • Pins 31, 32, 33, 34, 35 are connected in the same way as pins 21, 22, 23, 24, 25 of FIG. Even the type of connection is identical to FIG. 3 and is made clear by the same reference numerals.
  • the turns 45, 46, 47 and 48 are formed and are connected to one another in a clockwise direction by the fourth type of connection 64.
  • the first pin 31 is in turn a third end pin 31.
  • the fourth pin in groove 98 on layer LI of turn 48 is a fourth end pin 36 and has an output 83 for connecting an energy source.
  • the four turns 45, 46, 47, 48 form a second sub-coil.
  • FIG. 5 shows a pin assignment through the first and second sub-coil from FIGS. 3 and 4, which are represented by black squares.
  • the same reference symbols designate the same pins, grooves and connections in the figures.
  • the fourth pin of the turn 48 of the first partial coil in slot 58, layer LI and the first pin of the first turn 45 in slot 91, layer L3 are connected to a fifth type of connection 65.
  • the two partial coils thus form a first coil with an input 81 and an output 83 after two radial cycles around the stator.
  • the end pins 21, 26, 36, 31 can thus be seen, each of which marks the beginning and the end of a coil section.
  • FIG. 6 shows a pin assignment through the first and second sub-coil from FIGS. 3 and 4, which are represented by black squares.
  • the same reference symbols denote the same pins, grooves and connections in the figures.
  • two further sub-coils based on the principle of FIGS. 3 and 4 are drawn as black squares on a white background, which, however, are each offset by 5 slots compared to the first coil and each form a second and third sub-coil.
  • These two sub-coils are also connected by means of the fifth type of connection 65 between a pin in slot 58, layer L2 and a pin in slot 91, layer L4 and form a second coil.
  • the second coil is opposite to the first coil verbun.
  • two parallel coils are shown, each of which consists of two sub-coils.
  • the inputs and outputs of the coils are also shown.
  • the input 81 of the first coil is located on the slot 51 and the output 83 on the slot 98.
  • the input 87 of the second coil is also located on the slot 51 and the output 85 on the slot 98.
  • the inputs and outputs of both Coils are thus in the respective same groove.
  • the second radial distance 73 is, for example, a groove shorter than the first radial distance 71.
  • FIG. 7 shows a pin assignment through a third and fourth coil in the black squares with a white point and the white squares with a black point. This is created by a winding scheme known from FIGS. 3, 4, 5, which is offset by two slots in a clockwise direction compared to the pins and connections provided there.
  • the inputs 101 and outputs 103 of the third coil and inputs 107 and outputs 105 of the fourth coil are also shown. The inputs and outputs of both coils are therefore in the same slot.
  • FIG. 8 shows a pin assignment through a fifth and sixth coil. This is created by a winding scheme known from FIGS. 3, 4, 5, which is offset by four slots in a clockwise direction compared to the pins and connections shown there.
  • the inputs 111 and outputs 113 of the fifth coil and inputs 117 and outputs 115 of the sixth coil are also shown.
  • the inputs and outputs of both coils are therefore in the same slot.
  • FIG. 9 shows a pin assignment through the six coils as a combination of FIGS. 6, 7 and 8.
  • the coils can be interconnected within 12 slots.
  • the inputs and outputs can therefore be interconnected within a quarter of the circumference of the stator.
  • FIG. 10 shows two coils 201, 202, which each consist of two sub-coils.
  • the same reference numerals represent the Connection with the other figures.
  • the connection of the coil sections to the coil and the connection of the respective coil to an inverter, for example, can be seen in FIG.
  • Pin 21 of the first coil 201 represents a first end pin 21 and has an input 81.
  • the stator is almost completely rotated once radially and the first circulation, which includes the first part of the coil, is formed.
  • the first end pin 21 is located at the beginning of the first sub-coil and the second end pin 26 is located at the end.
  • the second sub-coil is formed by connecting the horizontally dashed pins with the solid arrows.
  • the coil section begins with the third end pin 31 and ends with the fourth end pin 36.
  • the fourth end pin is connected via the output 83 to an inverter, for example.
  • the fifth type of connection 65 is located between the second end pin 26 of the first coil section and the third end pin 31 of the second coil section. Both end pins 31, 26 and the fifth type of connection 65 are shown in FIG. Both revolutions of the first coil 201 take place in a first direction, for example counterclockwise.
  • Pin 20 of the second coil 202 represents a fifth end pin 20 and has an input 87.
  • the stator is almost completely rotated radially and the first rotation, which includes the first sub-coil, is formed.
  • the fifth end pin 21 is located at the beginning of the second sub-coil and the sixth end pin 28 is located at the end.
  • the second sub-coil is formed by connecting the horizontally dashed pins with the solid arrows.
  • the coil section begins with the seventh end pin 38 and ends with the eighth end pin 30.
  • the eighth end pin 30 is connected via the output 85 to an inverter, for example.
  • the seventh type of connection 67 is located between the sixth end pin 28 of the first coil section and the seventh end pin 38 of the second coil section. Both end pins 28, 38 and the seventh type of connection 67 are shown in FIG.
  • Both revolutions of the second coil 201 take place in a second direction, for example counterclockwise.
  • the directions of rotation of the two coils can be freely selected, but they are opposite to one another.
  • FIG. 11 shows two individual pins 217, 219 or Ipins. In the middle is the actual pin 36, 21, which is arranged in the slot of the stator.
  • the reference numerals are identical to the previous figures.
  • the pins are shown from the perspective of the stator center point with the first end face 7 facing up. At the upper end is the input 81, 101, 111 or output 83, 103, 113.
  • the left single pin 219 is used on layer 1 for the fourth end pin 36.
  • the end pin has a pin foot 63a with a weld point 225.
  • the right single pin 217 is used on layer 3 for the first end pin 21 or first pin 21.
  • the end pin has a pin foot 61a with a weld point 221.
  • FIG. 12 shows two individual pins 218, 220 or Ipins. In the middle is the actual pin 30, 20, which is arranged in the slot of the stator.
  • the reference numerals are identical to the previous figures. The pins are out of view of the stator center point with the first end face 7 upwards.
  • the left single pin 218 is used on layer 2 for the eighth end pin 30.
  • the end pin has a pin foot 63b with a weld point 227.
  • the right single pin 220 is used on layer 4 for the fifth end pin 20.
  • the end pin has a pin foot 61a with a weld point 223. Exit 87, 107, 117 is located at the upper end.
  • FIG. 13 shows a first double pin 211 or Upin, which establishes the connection type 62 between a second pin 22, 32 and a third pin 23, 33.
  • the double pin can bridge the first distance 71 between the grooves.
  • the double pin has two inwardly bent pin feet 61a, 63b with a spot weld 223, 227.
  • FIG. 14 shows a second double pin 213 or Upin, which establishes the connection type 64 between a fourth 24, 34 and a fifth pin 25, 35.
  • the double pin can bridge the first distance 71 between the grooves.
  • the double pin has two outwardly bent pin feet 61b, 63a with a welding point 221, 225.
  • the first distance 71 is only identical with regard to the number of grooves to be bridged.
  • the actual spatial distance to be bridged differs because the double pins connect different layers.
  • FIG. 15 shows a third double pin 214 or Upin, which establishes the type of connection 65 between a second end pin 26 and a third end pin 31.
  • the double pin can change the distance So 73 by one groove less than the first distance 71 be wears, bridge.
  • the double pin has two outwardly bent pin feet 61b, 63a with a spot weld 221, 225.
  • FIG. 16 shows a fourth double pin 215 or Upin, which produces the type of connection 67 between a sixth end pin 28 and a seventh end pin 38.
  • the double pin can bridge the distance 73 by one groove less than the first distance 71 be.
  • the double pin has two inwardly bent pin feet 61a, 63b with a spot weld 223, 227.
  • connection 61 is formed by welding the weld points 221, 223 to the pin feet 61a, 61b in accordance with the winding diagram of FIG.
  • connection 63 is formed by welding the weld points 225, 227 to the pin feet 63a, 63b in accordance with the winding diagram of FIG.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of an exemplary embodiment of a vehicle 403, for example a hybrid vehicle or an electric vehicle, comprising an electrical machine 401, in particular an electric motor, with an exemplary embodiment of the stator 1 for driving the vehicle 403 Inverter 405 alswei sen, which supplies the electric machine 401 with an alternating current from a direct current source.

Landscapes

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Abstract

Stator (1) für eine elektrische Maschine (401), umfassend - eine Vielzahl von Pins (21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34), die auf konzentrischen Kreisen mit unterschiedlichen Abständen zu einem Statormittelpunkt (M) in Nuten (51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58) angeordnet sind und jeder konzentrische Kreis einen Layer (L1, L2, L3, L4) bildet; - wobei jeweils vier Pins (21, 22, 23, 24, 25, 31, 32, 33, 34, 35) in unterschiedlichen Layer (L1, L2, L3, L4) miteinander seriell verbunden sind und eine Windung (41) bilden, - ein erster Pin (21) der Windung (41) befindet sich in einer ersten Nut (51) im 4n-1 Layer (L3), wobei n eine natürliche Zahl ist; - ein zweiter Pin (22) der Windung (41) befindet sich in einer zweiten Nut (52) im 4n Layer (L4), wobei die zweite Nut (52) einen ersten radialen Abstand (71) in einer ersten Umfangsrichtung des Stators (1) zu der ersten Nut (51) aufweist; - ein dritter Pin (23) der Windung (41) befindet sich in der ersten Nut (51) im 4n-3 Layer (L2); ein vierter Pin (24) der Windung (41) befindet sich in der zweiten Nut (52) im 4n-3 Layer (L1).

Description

HAIRPIN-WICKLUNG EINES STATORS EINER ELEKTROMASCHINE
Die Erfindung betrifft einen Stator mit Pins für eine elekt rische Maschine, insbesondere einen Elektromotor. Stand der Technik
Elektrische Maschinen sind allgemein bekannt und finden als Elektromotor zunehmend Anwendung für den Antrieb von Fahrzeu gen. Eine elektrische Maschine besteht aus einem Stator und einem Rotor. Der Stator umfasst eine Vielzahl von Slots, in welchen die
Windungen geführt werden. Die Windungen können aus isolierten Kupferstäben als sogenannte Pins gebildet werden. Der Rotor befindet sich im Stator und ist mit einer Rotorwelle verbun den. Ein solcher Pin-, UPin- oder Hairpinmotor ist beispielsweise aus US 9,136,738 B2 bekannt.
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stator mit Windungen aus Pins bereitzustellen, der einfach zu fertigen ist.
Erfindungsgemäß umfasst der Stator für eine elektrische Ma schine eine Vielzahl von Pins, die auf konzentrischen Kreisen mit unterschiedlichen Abständen zu einem Statormittelpunkt in Nuten angeordnet sind und jeder konzentrische Kreis einen Layer bildet, wobei jeweils vier Pins in unterschiedlichen Layer miteinander seriell verbunden sind und eine Windung bilden, ein erster Pin der Windung befindet sich in einer ersten Nut im 4n-l Layer, wobei n eine natürliche Zahl ist, ein zweiter Pin der Windung befindet sich in einer zweiten Nut im 4n Layer, wobei die zweite Nut einen ersten radialen Abstand in einer ersten Umfangsrichtung des Stators zu der ersten Nut aufweist, ein dritter Pin der Windung befindet sich in der ersten Nut im 4n-3 Layer, ein vierter Pin der Windung befindet sich in der zweiten Nut im 4n-3 Layer.
Ein Stator mit der erfindungsgemäßen Wicklung lässt sich ein fach hersteilen und erzeugt ein effizientes elektromagneti sches Feld. Die Verbindungsarten stellen eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Pins in den Nuten her. Die Verbindungsart kann ein Anschweißen von Leitern an die Pins sein oder die Pins können bereits als Doppelpin, sogenannte Upins ausgebildet sein und dadurch bereits beim Einführen in den Stator eine Verbindung hersteilen. Ferner stellt auch ein Verschweißen von zueinander gebogenen Endabschnitten von Pins eine Verbindungsart dar.
Die Layer können von außen nach innen zum Statormittelpunkt aufsteigend nummeriert werden.
Bevorzugt kann der Stator eine erste und eine zweite Stirn seite aufweisen und der erste und zweite Pin auf der zweiten Stirnseite mittels einer ersten Verbindungsart miteinander verbunden sein, der zweite und dritte Pin auf der ersten Stirnseite mittels einer zweiten Verbindungsart miteinander verbunden sein, der dritte und vierte Pin auf der zweiten Stirnseite mittels einer dritten Verbindungsart miteinander verbunden sein, wobei sich die erste, zweite und dritte Ver bindungsart voneinander unterscheiden.
Die unterschiedlichen Verbindungsarten ermöglichen eine ver besserte Fertigung. Eine abwechselnde Lage der Verbindungsar ten auf verschiedenen Stirnseiten ermöglicht das effiziente Bilden einer Windung um die zwischen den Nuten liegenden Statorzähne . Selbst Verbindungsarten auf derselben Stirnseite des Stators können sich durch unterschiedliche Biegerichtungen eines Pin fußes zum Statorinneren oder -äußeren unterscheiden.
Eine Kombination der vorher genannten Verbindungsarten auf unterschiedlichen oder gleichen Stirnseiten des Stators ist auch möglich. Durch eine gleiche Verbindungsart auf gleichen Stirnseiten und verschiedenen Verbindungsarten auf unter schiedlichen Stirnseiten des Stators ist eine einfache und schnelle Fertigung möglich. Beispielsweise wird auf einer Stirnseite die Verbindung durch eine Art vorgebogene Pins, sogenannte Doppelpins oder auch Upins genannt, hergestellt und auf einer anderen Stirnseite des Stators werden Pins ein zeln oder jeweils eine Seite des Doppelpins miteinander ver schweißt. Die Schweißpunkte können an Füßen der Pins oder Doppelpins liegen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Stator zumin dest zwei Windungen aufweisen und zumindest der vierte Pin in der zweiten Nut mit einem fünften Pin im 4n-l Layer in einer dritten Nut mittels einer vierten Verbindungsart verbunden sein.
Weiter bevorzugt kann der Stator eine Vielzahl von Windungen aufweisen, die sich über den gesamten Umfang des Stators er strecken und dabei eine Teilspule bilden.
Die Wicklungen weisen dadurch eine Symmetrie auf, welche ein gleichmäßiges Drehfeld erzeugt.
In einer weiteren Ausgestaltung kann je ein Pin von zwei Teilspulen mittels einer fünften Verbindungsart miteinander verbunden sein.
Bei diesen Pins kann es sich um sogenannte Endpins handeln, da sie das Ende einer Teilspule markieren. Bevorzugt können ein zweiter und dritter Endpin durch eine fünfte Verbindungs art miteinander verbunden werden.
Die fünfte Verbindungsart kann beispielsweise durch einen speziell gebogenen Pin realisiert werden. Bevorzugt können mindestens zwei Teilspulen eine Spule bil den. Eine Verschaltung der Spulen innerhalb von einem Viertel aller Nuten des Stators, also innerhalb eines Viertels des Statorumfangs, ist möglich.
Weiter bevorzugt kann je ein Eingang eines Pins von zwei Spu- len mittels einer sechsten Verbindungsart miteinander verbun den sein.
Die sechste Verbindungsart kann durch einen an den Pins ange brachten Leiter oder durch einen leitenden Ring hergestellt werden. Die beiden Spulen können parallel verbunden sein und können zusätzlich von einer gleichen Phase gespeist werden. Die Pa rallelverbindung kann durch das paarweise verbinden von einem ersten und fünften oder vierten und achten Endpin erfolgen.
Die beiden Spulen können parallel verbunden sein und können zusätzlich von einer gleichen Phase gespeist werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können die Teilspulen sechs Spulen bilden und diesen derart sechs Phasen zugeordnet sein, dass sich jeweils zwei Spulen, die verschie denen Phasen zugeordnet sind, in benachbarten Nuten befinden. Ferner können jeweils zwei Phasen einen annährend identischen Strom- und Spannungsverlauf aufweisen, und dadurch ein sechs Phaseninverter lediglich einen dreiphasigen Motor ansteuern. Mit dieser Anordnung ist eine Stromteilung der Schaltelemente im Inverter möglich. Bevorzugt kann je ein Ausgang eines Pins der zwei Spulen mit einander verbunden und die zwei Spulen dadurch parallelge schaltet, und insbesondere einer Phase, zugeordnet sein.
Zwei Spulen von benachbarten Nuten können somit parallelge schaltet und von einer Phase gespeist werden, sodass ein Sta tor mit Wicklungen für eine dreiphasige elektrische Maschine entsteht.
Weiter bevorzugt kann die zweite Verbindungsart einen ersten Doppelpin umfassen, der aus dem zweiten Pin und dem dritten Pin gebildet wird, wobei der erste Doppelpin zwei nach innen gebogene Pinfüße mit je einem Schweißpunkt aufweist und einen ersten radialen Abstand überbrückt.
Der Doppelpin kann von einer Stirnseite in den Stator einge führt und auf der anderen Stirnseite mit einem weiteren Dop pelpin verschweißt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die vierte Verbin dungsart einen zweiten Doppelpin umfassen, der aus dem vier ten Pin und dem fünften Pin gebildet wird, wobei der zweite Doppelpin zwei nach außen gebogene Pinfüße mit je einem Schweißpunkt aufweist und einen ersten radialen Abstand über brückt.
Bevorzugt kann die fünfte Verbindungsart einen dritten Dop pelpin umfassen, der aus einem zweiten Endpin und einem drit ten Endpin gebildet wird, wobei der dritte Doppelpin zwei nach außen gebogene Pinfüße mit je einem Schweißpunkt auf weist und einen zweiten radialen Abstand überbrückt.
Der erste Abstand beschreibt eine zu überbrückende Nutanzahl. Der tatsächlich zu überbrückende räumliche Abstand hängt von der Lage des Pins im Layer ab, weil die Doppelpins unter schiedliche Layer verbinden. Der zweite radiale Abstand kann mindestens eine Nut kürzer als der erste radiale Abstand sein.
Weiter bevorzugt kann eine siebte Verbindungsart einen vier ten Doppelpin umfassen, der aus einem sechsten Endpin und ei nem siebten Endpin gebildet wird, wobei der vierte Doppelpin zwei nach innen gebogene Pinfüße mit je einem Schweißpunkt aufweist und einen zweiten radialen Abstand überbrückt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Einzelpin einen vierten Endpin oder einen fünften Endpin umfassen und einen im Uhrzeigersinn gebogenen Pinfuß mit einem Schweißpunkt auf weisen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann ein Einzelpin einen ers ten Endpin oder einen achten Endpin umfassen und einen gegen den Uhrzeigersinn gebogenen Pinfuß mit einem Schweißpunkt aufweisen.
Bevorzugt kann die erste Verbindungsart durch eine Schweiß verbindung eines ersten Schweißpunkts am Pinfuß des zweiten Doppelpins oder des ersten Einzelpins oder des dritten Dop pelpins mit einem zweiten Schweißpunkt am Pinfuß des ersten Doppelpins oder des vierten Doppelpins oder des vierten Ein zelpins gebildet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die dritte Verbindungsart durch eine Schweißverbindung eines dritten Schweißpunkts am Pinfuß des zweiten Doppelpins oder des drit ten Doppelpins oder des zweiten Einzelpins mit einem zweiten Schweißpunkt am Pinfuß des zweiten Doppelpins oder des vier ten Doppelpins oder des dritten Einzelpins gebildet werden.
Erfindungsgemäß weist ein Fahrzeug eine elektrische Maschine mit einem Stator gemäß einer der bevorzugten Ausgestaltungen auf. Figurenbeschreibung Figur 1 zeigt einen Stator.
Figur 2 zeigt einen Stator mit acht Nuten und vier Layer.
Figur 3 zeigt ein Wickelschema einer ersten Teilspule.
Figur 4 zeigt ein Wickelschema einer zweiten Teilspule.
Figur 5 zeigt einen Stator mit zwei Teilspulen und deren Ver bindung miteinander und somit eine Spule.
Figur 6 zeigt einen Stator mit zwei Spulen, bestehend aus je weils zwei Teilspulen.
Figur 7 zeigt einen Stator mit zwei weiteren Spulen.
Figur 8 zeigt einen Stator mit zwei weiteren Spulen.
Figur 9 zeigt einen Stator mit sechs Spulen.
Figur 10 zeigt ein Wickelschema von zwei Spulen,
Figur 11 zeigt zwei Einzelpins der ersten Spule,
Figur 12 zeigt zwei Einzelpins der zweiten Spule,
Figur 13 zeigt einen Doppelpin mit nach innen gebogenen Pin füßen.
Figur 14 zeigt einen Doppelpin mit nach außen gebogenen Pin- füßen.
Figur 15 zeigt einen Doppelpin mit nach außen gebogenen Pin füßen und einer um eine Nut geringere Nutweite als der Dop pelpin aus Figur 14.
Figur 16 zeigt einen Doppelpin mit nach innen gebogenen Pin füßen und eine um eine Nut geringere Nutweite als der Doppel pin aus Figur 13. Figur 17 zeigt ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine, insbesondere einem Elektromotor, mit einem Stator mit Schnittstelle .
Figur 1 zeigt einen Stator 1 mit einer Vielzahl von Nuten 5 in denen Pins 3 geführt werden. Der Stator weist eine ersten Stirnseite 7 und eine zweite Stirnseite 9 auf. Auf der ersten Stirnseite 7 sind Ein- 81, 87, 101, 107, 111, 117 und Aus gänge 83, 85, 103, 105, 113, 115 von Teilspulen zum Anschluss der Pins an eine Energiequelle zum Betrieb der elektrischen Maschine gezeigt. Selbstverständlich ist zum Betrieb einer elektrischen Maschine ferner ein Rotor nötig. Die Pins zum Anschluss liegen dicht beieinander und ermöglichen kurze An schlussleitungen .
Figur 2 zeigt einen Stator 1 mit Nuten 51, 52, 53, 54, 55,
56, 57, 58 und Pins 21, 22, 23, 24 auf vier Layer, wobei le diglich acht Nuten dargestellt sind. In den Nuten sind Pins angeordnet. Die Pins liegen nebeneinander in einer Nut, im Beispiel der Figur 2 liegen vier Pins nebeneinander in einer Nut. Die vier Pins innerhalb einer Nut liegen somit auf un terschiedlichen konzentrischen Kreisen um den Mittelpunkt M des Stators, die somit einzelne Layer LI, L2, L3, L4 bilden. Zwischen jeweils zwei Nuten liegt ein erster Abstand 71. Die ser erste Abstand 71 ist zwischen allen in Figur 2 gezeigten Nuten identisch.
Figur 3 zeigt den Stator 1 aus Figur 2. Die Pins sind weiter hin auf konzentrischen Kreisen, also Layer, angeordnet, wobei die konzentrischen Kreise wegen einer besseren Darstellung nicht eingezeichnet sind. In Figur 3 ist dargestellt, welche Pins miteinander in Serie verbunden sind. Ein erster Pin 21 befindet sich in einer ersten Nut 51 im Layer L3. Dieser erste Pin 51 ist mittels einer ersten Verbindungsart 61, als gepunktete Linie dargestellt, mit einem zweiten Pin 22 in Nut 52 verbunden. Der zweite Pin 22 befindet sich im Layer L4.
Der zweite Pin 22 ist mittels einer zweiten Verbindungsart 62, als kurz gestrichelte Linie dargestellt, mit einem drit ten Pin 23 in Nut 51 verbunden. Der dritte Pin 23 befindet sich wiederum in der ersten Nut 51, also in derselben Nut wie der erste Pin 21. Der dritte Pin 23 liegt jedoch im Layer L2 direkt neben dem ersten Pin 21. Neben den beiden Pins 21, 23 in der Nut 51 ist somit noch Platz für zwei weitere Pins in Layer LI und L4. Der dritte Pin 23 ist über eine dritte Ver bindungsart 63, als durchgezogene Linie dargestellt, mit ei nem vierten Pin 24 verbunden. Der vierte Pin 24 liegt in der selben Nut 52 wie der zweite Pin 22. Der vierte Pin 24 liegt im Layer LI. Zwischen dem vierten Pin 24 und dem zweiten Pin 22 ist somit noch Platz in der Nut 52 für zwei weitere Pins. Die Verbindung des ersten, zweiten, dritten, und vierten Pins bildet eine erste Windung 41.
Der vierte Pin 24 ist über eine vierte Verbindungsart 64, ge strichelt dargestellt, mit einem fünften Pin 25 in Layer L3 in einer dritten Nut 53 verbunden. Mit dem fünften Pin 25 be ginnt die vorher beschriebene serielle Verbindung der im Sta tor nachfolgenden Pins erneut, wobei der fünfte Pin 25 ähn lich zum ersten Pin 21 mit einem Versatz der Nut um 90 Grad ist. Der erste Pin 21 ist jedoch ein erster Endpin 21 und weist einen Eingang auf, siehe Figur 11.
Die serielle Verbindung des fünften Pins 25 mit weiteren Pins in den Nuten 53 und 54 bildet eine zweite Windung 42. Die erste, zweite und dritte Verbindungsart 61, 62, 63 zwischen diesen Pins ist identisch zu der jeweiligen ersten, zweiten und dritten Verbindungsart 61, 62, 63 der Pins der ersten Windung 41. Die beiden Windungen 41, 42 sind durch die vierte Verbin dungsart 64 verbunden. Durch die Fortsetzung der seriellen Verbindung wird die dritte Windung 43 in den Nuten 55, 56 und die vierte Windung 44 in den Nuten 57, 58 gebildet. Die Win dungen 42, 43, 44 sind jeweils mit der vierten Verbindungsart 64 verbunden. Die vierte Verbindungsart 64 zwischen den je weiligen Windungen ist somit identisch. Auch die erste, zweite und dritte Verbindungsart 61, 62, 63 zwischen den Pins der Windungen 43, 44 ist identisch zu der ersten, zweiten und dritten Verbindungsart 61, 62, 63 der ersten und zweiten Win dung 41, 42.
Die vier Windungen 41, 42, 43, 44 bilden durch einen Umlauf um den Stator 1 mit dem Uhrzeigersinn eine erste Teilspule. Der letzte Pin der Teilspule ist wiederum ein zweiter Endpin 26. Die Nuten weisen untereinander einen identischen ersten Abstand 71 auf.
Figur 4 zeigt den Stator 1 aus Figur 3, wobei dort acht Nuten 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 gezeigt sind, die sich in di rekter Nachbarschaft zu den Nuten aus Figur 3 befinden.
Die Pins 31, 32, 33, 34, 35 sind in gleicher Weise wie die Pins 21, 22, 23, 24, 25 der Figur 3 verbunden. Selbst die Verbindungsart ist identisch zur Figur 3 und durch die glei chen Bezugszeichen deutlich gemacht. In gleichen Weise wie bei Figur 3 beschrieben, werden die Windungen 45, 46, 47 und 48 gebildet und sind im Uhrzeigersinn miteinander durch die vierte Verbindungsart 64 verbunden. Der erste Pin 31 ist wie derum ein dritter Endpin 31.
Der vierte Pin in Nut 98 auf dem Layer LI der Windung 48 ist ein vierter Endpin 36 und weist einen Ausgang 83 zum An schluss einer Energiequelle auf. Die vier Windungen 45, 46, 47, 48 bilden eine zweite Teilspule. Figur 5 zeigt eine Pinbelegung durch die erste und zweite Teilspule aus Figur 3 und 4, welche durch schwarze Vierecke dargestellt sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnet gleiche Pins, Nuten, Verbindungen in den Figuren. Der vierte Pin der Windung 48 der ersten Teilspule in Nut 58, Layer LI und der erste Pin der ersten Windung 45 in Nut 91, Layer L3 sind mit einer fünften Verbindungsart 65 verbunden. Die beiden Teil spulen bilden somit eine erste Spule mit einem Eingang 81 und einem Ausgang 83 nach zweimaligem radialen Umlauf um den Sta tor. Es sind somit die Endpins 21, 26, 36, 31 ersichtlich, die jeweils das Anfang und das Ende einer Teilspule markie ren.
Figur 6 zeigt eine Pinbelegung durch die erste und zweite Teilspule aus Figur 3 und 4, welche durch schwarze Vierecke dargestellt sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Pins, Nuten, Verbindungen in den Figuren. Ferner sind zwei weitere Teilspulen nach dem Prinzip der Figuren 3 und 4 als schwarze Vierecke auf weißem Grund gezeichnet, die jedoch je weils um 5 Nuten im Vergleich zur ersten Spule versetzt sind und jeweils eine zweite und dritte Teilspule bilden. Auch diese beiden Teilspulen sind mittels der fünften Verbindungs art 65 zwischen einem Pin in Nut 58, Layer L2 und einem Pin in Nut 91, Layer L4 verbunden und bilden eine zweite Spule. Die zweite Spule ist entgegengesetzt zur ersten Spule verbun den.
In Figur 6 sind somit zwei parallele Spulen gezeigt, die je weils aus zwei Teilspulen bestehen. Ebenfalls sind die Ein- und Ausgänge der Spulen gezeigt. Der Eingang 81 der ersten Spule befindet sich an der Nut 51 und der Ausgang 83 an der Nut 98. Der Eingang 87 der zweiten Spule befindet sich eben falls an der Nut 51 und der Ausgang 85 an der Nut 98. Die Ein- und Ausgänge beider Spulen liegen somit in der jeweils gleichen Nut. Der zweite radiale Abstand 73 ist beispiels weise eine Nut kürzer als der erste radiale Abstand 71.
Figur 7 zeigt eine Pinbelegung durch eine dritte und vierte Spule in den schwarzen Vierecken mit weißem Punkt und den weißen Vierecken mit schwarzem Punkt. Diese entsteht durch ein aus den Figuren 3, 4, 5 bekanntes Wickelschema, welches um zwei Nuten im Uhrzeigersinn im Vergleich zu den dort dar gestellten Pins und Verbindungen versetzt ist. Ebenfalls sind die Ein- 101 und Ausgänge 103 der dritten Spule und Ein- 107 und Ausgänge 105 der vierten Spule gezeigt. Die Ein- und Aus gänge beider Spulen liegen somit in der jeweils gleichen Nut.
Figur 8 zeigt eine Pinbelegung durch eine fünfte und sechste Spule. Diese entsteht durch ein aus den Figuren 3, 4, 5 be kanntes Wickelschema, welches um vier Nuten im Uhrzeigersinn im Vergleich zu den dort dargestellten Pins und Verbindungen versetzt ist.
Ebenfalls sind die Ein- 111 und Ausgänge 113 der fünften Spule und Ein- 117 und Ausgänge 115 der sechsten Spule ge zeigt. Die Ein- und Ausgänge beider Spulen liegen somit in der jeweils gleichen Nut.
Figur 9 zeigt eine Pinbelegung durch die sechs Spulen als eine Kombination aus den Figuren 6, 7 und 8. Insbesondere aus der Lage der Ein- 81, 87, 101, 107, 111, 117 und Ausgänge 83, 85, 103, 105, 113, 115 wird ersichtlich, dass eine Verschal tung der Spulen innerhalb von 12 Nuten erfolgen kann. Bei dem dargestellten 48 Nuten Stator ist eine Verschaltung der Ein- und Ausgänge somit innerhalb von einem Viertel des Statorum fangs möglich.
Figur 10 zeigt zwei Spulen 201, 202, die aus jeweils zwei Teilspulen bestehen. Die gleichen Bezugszeichen stellen den Zusammenhang mit den anderen Figuren her. Die Verbindung der Teilspulen zur Spule und der Anschluss der jeweiligen Spule an beispielsweise einen Inverter ist aus Figur 10 ersicht lich. Pin 21 der ersten Spule 201 stellt einen ersten Endpin 21 dar und weist einen Eingang 81 auf. Durch eine serielle Verbindung der horizontal gestrichelten Pins mittels der ge strichelten Pfeile wird der Stator radial einmal fast voll ständig umlaufen und der erste Umlauf, der die erste Teil spule umfasst, gebildet. Am Anfang der ersten Teilspule liegt der erste Endpin 21 und am Ende liegt der zweite Endpin 26.
Die zweite Teilspule wird durch ein Verbinden der waagerecht gestrichelten Pins mit den durchgezogenen Pfeilen gebildet. Die Teilspule beginnt mit dem dritten Endpin 31 und endet mit dem vierten Endpin 36. Der vierte Endpin ist über den Ausgang 83 beispielsweise mit einem Inverter verbunden. Zwischen dem zweiten Endpin 26 der ersten Teilspule und dem dritten Endpin 31 der zweiten Teilspule befindet sich die fünfte Verbin dungsart 65. Beide Endpins 31, 26 und die fünfte Verbindungs art 65 sind in Figur 15 gezeigt. Beide Umläufe der ersten Spule 201 erfolgen in einer ersten Richtung, beispielsweise gegen den Urzeigersinn.
Pin 20 der zweiten Spule 202 stellt einen fünften Endpin 20 dar und weist einen Eingang 87 auf. Durch eine serielle Ver bindung der horizontal gestrichelten Pins mittels der gestri chelten Pfeile wird der Stator radial einmal fast vollständig umlaufen und der erste Umlauf, der die erste Teilspule um fasst, gebildet. Am Anfang der zweiten Teilspule liegt der fünfte Endpin 21 und am Ende liegt der sechste Endpin 28.
Die zweite Teilspule wird durch ein Verbinden der waagerecht gestrichelten Pins mit den durchgezogenen Pfeilen gebildet. Die Teilspule beginnt mit dem siebten Endpin 38 und endet mit dem achten Endpin 30. Der achte Endpin 30 ist über den Aus gang 85 beispielsweise mit einem Inverter verbunden. Zwischen dem sechsten Endpin 28 der ersten Teilspule und dem siebten Endpin 38 der zweiten Teilspule befindet sich die siebte Ver- bindungsart 67. Beide Endpins 28, 38 und die siebte Verbin dungsart 67 sind in Figur 16 gezeigt.
Beide Umläufe der zweiten Spule 201 erfolgen in einer zweiten Richtung, beispielsweise gegen den Urzeigersinn. Die Umlauf richtungen der beiden Spulen können frei gewählt werden, je- doch liegen sie entgegengesetzt zueinander.
Figur 11 zeigt zwei Einzelpins 217, 219 oder Ipins. In der Mitte befindet sich der eigentliche Pin 36, 21, der in der Nut des Stators angeordnet ist. Die Bezugszeichen sind iden tisch zu den vorhergehenden Figuren. Die Pins sind aus Sicht des Statormittelpunkts mit der ersten Stirnseite 7 nach oben dargestellt. Am oberen Ende befindet sich der Ein- 81, 101, 111 oder Ausgang 83, 103, 113.
Der linke Einzelpin 219 wird auf Layer 1 für den vierten End pin 36 verwendet. Am unteren Ende weist der Endpin einen Pin- fuß 63a mit einem Schweißpunkt 225 auf. Am oberen Ende befin det sich der Ausgang, 83, 103, 113.
Der rechte Einzelpin 217 wird auf Layer 3 für den ersten End pin 21 oder ersten Pin 21 verwendet. Am unteren Ende weist der Endpin einen Pinfuß 61a mit einem Schweißpunkt 221 auf. Am oberen Ende befindet sich der Eingang 81, 101, 111.
Figur 12 zeigt zwei Einzelpins 218, 220 oder Ipins. In der Mittte befindet sich der eigentliche Pin 30, 20, der in der Nut des Stators angeordnet ist. Die Bezugszeichen sind iden tisch zu den vorhergehenden Figuren. Die Pins sind aus Sicht des Statormittelpunkts mit der ersten Stirnseite 7 nach oben dargestellt .
Der linke Einzelpin 218 wird auf Layer 2 für den achten End pin 30 verwendet. Am unteren Ende weist der Endpin einen Pin- fuß 63b mit einem Schweißpunkt 227 auf. Am oberen Ende befin det sich der Ausgang 85, 105, 115.
Der rechte Einzelpin 220 wird auf Layer 4 für den fünften Endpin 20 verwendet. Am unteren Ende weist der Endpin einen Pinfuß 61a mit einem Schweißpunkt 223 auf. Am oberen Ende be- findet sich der Ausgang 87, 107, 117.
Figur 13 zeigt einen ersten Doppelpin 211 oder Upin, der die Verbindungsart 62 zwischen einem zweiten Pin 22, 32 und einem dritten Pin 23, 33 herstellt. Der Doppelpin kann den ersten Abstand 71 zwischen den Nuten überbrücken. Am unteren Ende weist der Doppelpin zwei nach innen gebogene Pinfüße 61a, 63b mit einem Schweißpunkt 223, 227 auf.
Figur 14 zeigt einen zweiten Doppelpin 213 oder Upin, der die Verbindungsart 64 zwischen einem vierten 24, 34 und einem fünften Pin 25, 35 herstellt. Der Doppelpin kann den ersten Abstand 71 zwischen den Nuten überbrücken. Am unteren Ende weist der Doppelpin zwei nach außen gebogene Pinfüße 61b, 63a mit einem Schweißpunk 221, 225 auf.
Der erste Abstand 71 ist lediglich in Bezug auf die zu über brückende Nutenanzahl identisch. Der tatsächlich zu überbrü- ckende räumliche Abstand unterscheidet sich, weil die Doppel pins unterschiedliche Layer verbinden.
Figur 15 zeigt einen dritten Doppelpin 214 oder Upin, der die Verbindungsart 65 zwischen einem zweiten Endpin 26 und einem dritten Endpin 31 herstellt. Der Doppelpin kann den Abstand 73 also um eine Nut weniger, als der erste Abstand 71 be trägt, überbrücken. Am unteren Ende weist der Doppelpin zwei nach außen gebogene Pinfüße 61b, 63a mit einem Schweißpunkt 221, 225 auf.
Figur 16 zeigt einen vierten Doppelpin 215 oder Upin, der die Verbindungsart 67 zwischen einem sechsten Endpin 28 und einem siebten Endpin 38 herstellt. Der Doppelpin kann den Abstand 73 also um eine Nut weniger, als der erste Abstand 71 be trägt, überbrücken. Am unteren Ende weist der Doppelpin zwei nach innen gebogene Pinfüße 61a, 63b mit einem Schweißpunkt 223, 227 auf.
Die verschiedenen Einzel- und Doppelpins in den Figuren 11 bis 16 weisen ähnliche Pinfüße auf. Die Verbindung 61 wird durch Verschweißen der Schweißpunkte 221, 223 an den Pinfüßen 61a, 61b gemäß Wickelschema der Figur 10 gebildet. Die Ver bindung 63 wird durch Verschweißen der Schweißpunkte 225, 227 an den Pinfüßen 63a, 63b gemäß Wickelschema der Figur 10 ge bildet.
Figur 16 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 403, beispielsweise eines Hybridfahrzeugs o- der eines Elektrofahrzeugs, umfassend eine elektrische Ma schine 401, insbesondere einen Elektromotor, mit einem Aus führungsbeispiel des Stators 1 zum Antreiben des Fahrzeugs 403. Ferner kann das Fahrzeug 403 einen Inverter 405 aufwei sen, der die elektrische Maschine 401 mit einem Wechselstrom aus einer Gleichstromquelle versorgt. Bezugszeichenliste
1 Stator
2, 21, 22, 23, 24, 25 Pin 31, 32, 33, 34, 35 Pin
5, 51, 52, 53, 54, 55, 56, Nut
57, 58, 91, 92, 93, 94, 95, Nut
96, 97, 98 Nut 7 erste Stirnseite 9 zweite Stirnseite
20, 21, 26, 28, 30, 31, 36 ,38 Endpins 41 - 48 Windung
61 erste Verbindungsart
62 zweite Verbindungsart 63 dritte Verbindungsart
64 vierte Verbindungsart
65 fünfte Verbindungsart
66 sechste Verbindungsart
67 siebte Verbindungsart 61a, 61b, 63a, 63b Pinfuß
71 erster radialer Abstand
73 zweiter radialer Abstand 401 elektrische Maschine
81, 87, 101, 107, 111, 117 Eingang 83, 85, 103, 105, 113, 115 Ausgang 201 erste Spule 202 zweite Spule
211, 213, 214, 215 Doppelpin 217, 218, 219, 220 Einzelpin 221, 223, 225, 227 Schweißpunkt 403 Fahrzeug 405 Inverter
LI, L2, L3, L4 Layer M Statormittelpunkt

Claims

Patentansprüche
1. Stator (1) für eine elektrische Maschine (401), umfas send
- eine Vielzahl von Pins (21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34), die auf konzentrischen Kreisen mit unter schiedlichen Abständen zu einem Statormittelpunkt (M) in Nuten (51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58) ange ordnet sind und jeder konzentrische Kreis einen Layer (LI, L2, L3, L4) bildet;
- wobei jeweils vier Pins (21, 22, 23, 24, 25, 31,
32, 33, 34, 35) in unterschiedlichen Layer (LI, L2, L3, L4) miteinander seriell verbunden sind und eine Windung (41) bilden,
- ein erster Pin (21) der Windung (41) befindet sich in einer ersten Nut (51) im 4n-l Layer (L3), wobei n eine natürliche Zahl ist;
- ein zweiter Pin (22) der Windung (41) befindet sich in einer zweiten Nut (52) im 4n Layer (L4), wobei die zweite Nut (52) einen ersten radialen Abstand (71) in einer ersten Umfangsrichtung des Stators
(1) zu der ersten Nut (51) aufweist;
- ein dritter Pin (23) der Windung (41) befindet sich in der ersten Nut (51) im 4n-3 Layer (L2);
- ein vierter Pin (24) der Windung (41) befindet sich in der zweiten Nut (52) im 4n-3 Layer (LI).
2. Stator (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Stator (1) eine erste Stirnseite (7) und eine zweite Stirnseite (9) auf weist; und - der erste (21) und zweite Pin (22) auf der zweiten Stirnseite (9) mittels einer ersten Verbindungsart
(61) miteinander verbunden ist;
- der zweite (22) und dritte Pin (23) auf der ersten Stirnseite (7) mittels einer zweiten Verbindungsart
(62) miteinander verbunden ist;
- der dritte (23) und vierte Pin (24) auf der zweiten Stirnseite mittels einer dritten Verbindungsart
(63) miteinander verbunden ist;
- wobei sich die erste, zweite und dritte Verbin dungsart voneinander unterscheiden.
3. Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei der Stator (1) zumindest zwei Windungen (41, 42, 43, 44) aufweist und zumindest der vierte Pin (24) in der zwei ten Nut (52, 54, 56) mit einem fünften Pin (25) im 4n-l Layer (L3) in einer dritten Nut (53) mittels einer vier ten Verbindungsart (64) verbunden ist.
4. Stator (1) gemäß Anspruch 3, wobei der Stator (1) eine Vielzahl von Windungen (41, 42, 43, 44) aufweist, die sich über den gesamten Umfang des Stators (1) erstrecken und dabei eine Teilspule bilden.
5. Stator (1) gemäß Anspruch 4, wobei je ein Pin von zwei Teilspulen mittels einer fünften Verbindungsart (65) miteinander verbunden ist.
6. Stator (1) gemäß Anspruch 5, wobei mindestens zwei Teil spulen eine Spule (201, 202) bilden.
7. Stator (1) gemäß Anspruch 6, wobei die Teilspulen sechs Spulen bilden und diesen derart sechs Phasen zugeordnet sind, dass sich jeweils zwei Spulen, die verschiedenen Phasen zugeordnet sind, in benachbarten Nuten (51-58, 91-98) befinden.
8. Stator (1) gemäß Anspruch 6, wobei je ein Eingang (81,
101, 111, 85, 105, 115) eines Pins (21) von zwei Spulen
(201, 202) mittels einer sechsten Verbindungsart (66) miteinander verbunden sind.
9. Stator (1) gemäß Anspruch 8, wobei je ein Ausgang (83,
103, 113, 87, 107, 117) eines Pins (36) der zwei Spulen
(201, 202) miteinander verbunden sind und die zwei Spu len dadurch parallelgeschaltet sind, und insbesondere einer Phase zugeordnet sind.
10. Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Verbindungsart (62) einen ersten Doppelpin (211) umfasst, der aus dem zweiten Pin (22, 32) und dem dritten Pin (23, 33) gebildet wird, wobei der erste Dop pelpin (211) zwei nach innen gebogene Pinfüße (61a, 63b) mit je einem Schweißpunkt (223, 227) aufweist und einen ersten radialen Abstand (71) überbrückt.
11. Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die vierte Verbindungsart (64) einen zweiten Doppelpin
(213) umfasst, der aus dem vierten Pin (24, 34) und dem fünften Pin (25, 35) gebildet wird, wobei der zweite Doppelpin (213) zwei nach außen gebogene Pinfüße (61b, 63a) mit je einem Schweißpunkt (221, 225) aufweist und einen ersten radialen Abstand (71) überbrückt.
12. Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die fünfte Verbindungsart (65) einen dritten Doppelpin
(214) umfasst, der aus einem zweiten Endpin (26) und ei nem dritten Endpin (31) gebildet wird, wobei der dritte Doppelpin (214) zwei nach außen gebogene Pinfüße (61b, 63a) mit je einem Schweißpunkt (221, 225) aufweist und einen zweiten radialen Abstand (73) überbrückt.
13. Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei eine siebte Verbindungsart (67) einen vierten Doppelpin (215) umfasst, der aus einem sechsten Endpin (28) und einem siebten Endpin (38) gebildet wird, wobei der vierte Doppelpin (215) zwei nach innen gebogene Pinfüße (61a, 63b) mit je einem Schweißpunkt (223, 227) aufweist und einen zweiten radialen Abstand (73) überbrückt.
14. Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei ein Einzelpin (219, 220) einen vierten Endpin (36) oder einen fünften Endpin (20) umfasst und einen im Uhrzei gersinn gebogenen Pinfuß (61a, 63a) mit einem Schweiß punkt (223, 225) aufweist.
15. Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei ein Einzelpin (217, 218) einen ersten Endpin (21) oder einen achten Endpin (30) umfasst und einen gegen den Uhrzeigersinn gebogenen Pinfuß (61b, 63b) mit einem Schweißpunkt (221, 227) aufweist.
16. Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Verbindungsart (61) durch eine Schweißverbin dung eines ersten Schweißpunkts (221) am Pinfuß (61b) des zweiten Doppelpins (213) oder des ersten Einzelpins (217) oder des dritten Doppelpins (214) mit einem zwei ten Schweißpunkt (223) am Pinfuß (61a) des ersten Dop pelpins (21) oder des vierten Doppelpins (215) oder des vierten Einzelpins (220) gebildet wird.
17. Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche, wobei die dritte Verbindungsart (63) durch eine Schweißverbin dung eines dritten Schweißpunkts (225) am Pinfuß (63a) des zweiten Doppelpins (213) oder des dritten Doppelpins (214) oder des zweiten Einzelpins (219) mit einem zwei ten Schweißpunkt (227) am Pinfuß (63b) des zweiten Dop pelpins (213) oder des vierten Doppelpins (215) oder des dritten Einzelpins (218) gebildet wird.
18. Fahrzeug (403) mit einer elektrischen Maschine (401) mit einem Stator (1) gemäß einer der vorherigen Ansprüche.
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