EP4162589A1 - Stator mit radial verschränkten wicklungsstäben, elektromaschine und kraftfahrzeug - Google Patents

Stator mit radial verschränkten wicklungsstäben, elektromaschine und kraftfahrzeug

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Publication number
EP4162589A1
EP4162589A1 EP21733383.0A EP21733383A EP4162589A1 EP 4162589 A1 EP4162589 A1 EP 4162589A1 EP 21733383 A EP21733383 A EP 21733383A EP 4162589 A1 EP4162589 A1 EP 4162589A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stator
winding
base body
face
winding bars
Prior art date
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Pending
Application number
EP21733383.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arash Shaghaghi
Peter Bugiel
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.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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 Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4162589A1 publication Critical patent/EP4162589A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/30—Manufacture of winding connections
    • H02K15/33—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/35—Form-wound windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a stator for an electric machine for a motor vehicle.
  • the invention also relates to an electric machine for a motor vehicle and a motor vehicle with an electric machine.
  • rod-shaped stator windings are arranged as so-called hairpins in stator slots of a stator base body.
  • the hairpins each have a U-shaped twist and two rod legs extending from the U-shaped twist, each with a free leg end.
  • the leg ends are welded to adjacent leg ends to form the stator winding. In this way, an angled head is formed on each of the two base body front sides.
  • stator windings of this type have a large amount of installation space in the axial direction of the electrical machine on both base body end faces.
  • the free ends of the hairpins are set on the base body front side of the stator in the circumferential direction and are arranged on six tracks arranged directly next to one another.
  • Generic electrical machines are known from DE 102017201 533 A1 and DE 102008059800 A1.
  • Known electrical machines have the disadvantage that the winding heads require a relatively large amount of space due to the arrangement of the hairpins on the winding head along the longitudinal axis of the stator.
  • Such an arrangement of the hairpins is particularly disadvantageous in electrical machines with a small number of pole pairs, such as one or two pole pairs.
  • such electrical machines have relatively high potential differences between directly adjacent hairpins in the stator slots of the stator.
  • stator for an electric machine for a motor vehicle, an electric machine for a motor vehicle and a motor vehicle with a drive system.
  • object of the present invention to create a stator, an electric machine and a motor vehicle which have reduced installation space and / or an improved degree of efficiency in a simple and inexpensive manner.
  • the object is achieved by a stator for an electric machine for a motor vehicle.
  • the stator has a stator base body with a first base body end face, a second base body end face, a base body longitudinal axis, stator teeth and stator grooves formed between the stator teeth.
  • the stator has a plurality of winding bars arranged in the stator slots. A first number of winding bars are arranged one above the other in the radial direction in each stator slot. The winding bars are each assigned to one of several phases of the stator.
  • the winding bars form on the first Base body end face and the second base body end face each have a winding head, the winding bars on the first base body end face being set in the circumferential direction and mechanically and electrically coupled to a respective winding bar of a stator slot offset in the circumferential direction.
  • at least some of the winding bars in the area of the first base body face have such an offset in the radial direction that the winding bars of adjacent stator slots on the first base body face are arranged in a second number of tracks in the circumferential direction, the second number being greater than the first number .
  • the stator base body consists for example of iron or at least has iron and / or a ferromagnetic material.
  • the stator base body is preferably composed of a large number of stator disks, preferably made of electrical sheet metal or the like.
  • the stator disks are preferably electrically insulated from one another by means of an insulating means.
  • the insulating means preferably comprises resin, varnish, paper or the like.
  • the stator base body is designed coaxially to the longitudinal axis of the base body.
  • the stator main body has a plurality of stator slots which are preferably open towards the main body longitudinal axis and furthermore preferably extend parallel to the main body longitudinal axis through the stator main body. Alternatively, the stator slots can also have an extension component in the circumferential direction.
  • the stator slots have a slot depth in the radial direction. Furthermore, the stator slots are delimited in the circumferential direction of the stator base body by the stator teeth. It is preferred according to the invention that the stator slots are distributed uniformly or at least regularly over the stator base body. It is preferred that electrical slot insulating material, which in particular can be introduced into the stator slots as a potting compound, is arranged in the stator slots. The slot insulating material is preferably arranged on a slot wall of the stator slot.
  • the stator base body is delimited in the axial direction by the first base body end face and the second base body end face.
  • the winding bars are arranged in the stator slots in such a way that the first number of winding bars are arranged next to one another in a stator slot in the radial direction.
  • the curling rods are preferably designed as hairpins.
  • the winding rods are more preferably made of a material with a high electrical conductivity, such as copper or the like.
  • the winding bars are furthermore preferably electrically insulated around the circumference in order to avoid a short circuit between adjacent winding bars.
  • the winding rods preferably have a rectangular rod cross-section.
  • the winding bars preferably have a bar width which corresponds to a slot width of the stator slots or is slightly smaller, so that a movement of the winding bars is bounded positively in the circumferential direction by the stator teeth.
  • the winding bars preferably have a bar width which corresponds to a slot width of the stator slots minus twice the thickness of any electrical slot insulation material arranged in the stator slot.
  • the winding bars preferably have a bar height which is smaller than the bar width.
  • a ratio of bar height to bar width is preferably between 1: 2 and 4: 5, preferably about 2: 3.
  • the winding bars are led out of the stator slots and form an angled head.
  • the winding bars on the first base body side are set in the circumferential direction and are each mechanically and electrically coupled to a further winding bar, preferably via an integral connection, such as a welded connection.
  • Winding bars that are directly coupled to one another in this way preferably have opposite twisting directions in the circumferential direction.
  • the winding bars are connected to form a stator winding.
  • the stator winding preferably has several phases, in particular three phases. According to the invention, it can be provided that the stator winding has one pole pair or several pole pairs. It can be provided according to the invention that the winding bars on the second base body side are set in the circumferential direction and / or in the radial direction in accordance with the winding bars on the first base body side.
  • the coiling rods In the area of the first base body end face, at least some of the coiling rods have an offset in the radial direction.
  • a twist is, for example, a bend, bend or the like. Accordingly, the twist can have a kink and / or a radius.
  • the curling bars thus have a different orientation on both sides of the twist.
  • the offset is designed such that winding bars of adjacent stator slots are arranged on the first base body end face in the circumferential direction in a second number of tracks, the second number being greater than the first number.
  • the webs have a web width which is greater than or equal to a bar width of the winding bar.
  • the tracks are arranged next to one another in the radial direction and thus have a total track width which is greater than the sum of the bar widths of the winding bars.
  • the second number is preferably at least 50% greater than the first number.
  • the inclinations in the radial direction are preferably directed away from the longitudinal axis of the main body, so that a collision of the end winding with a rotor that is rotatably mounted in the stator is avoided. Additionally or alternatively, it is preferred that the inclinations do not protrude in the radial direction beyond a circumferential surface of the stator base body in order not to increase the space requirement of the stator.
  • a stator according to the invention has the advantage over conventional stators that an axial extension of at least one of the end windings is reduced by simple means and in a cost-effective manner. Particularly in the case of low-pole stators with one or two pole pairs, a reduction in the axial extent of the end windings of between 20% and 40% can be achieved in this way.
  • the stator according to the invention has the advantage that potential differences between two directly adjacent winding bars in the stator slot are reduced.
  • Another advantage is that, due to the radial twisting of the winding bars, the winding heads have cooling channels which are designed for the improved passage of a cooling fluid. This improves the cooling of the end windings and, consequently, the load capacity of the stator.
  • the second number is twice as large as the first number.
  • the total width of the tracks is thus twice as large as the total width of the winding bars of a stator slot.
  • the stator has three or fewer pole pairs.
  • a stator with a maximum of three pole pairs is designed in particular for use in an asynchronous machine. With such a small number of pole pairs, the effect of the radial twisting of the winding bars at the end windings is particularly pronounced.
  • the first number is more preferably four, six or eight. Accordingly, four, six or eight winding bars are preferably arranged next to one another in the radial direction in each stator slot. This has the advantage that the radial and axial twisting of the winding bars can be produced with simple means and in a cost-effective manner.
  • the winding bars on the first base body end face are set in pairs in the radial direction by the same distance per winding bar pair. This means that the paths of the winding bars run in pairs in the winding head. It is preferred here that the winding bar pairs are each formed from directly adjacent winding bars of a stator slot. This has the advantage that the radial twisting of the winding bars can be achieved with simple means and in a cost-effective manner. The manufacturability of the stator is thus improved.
  • winding bars arranged further away from the longitudinal axis of the base body preferably have a greater radial offset than winding bars arranged closer to the longitudinal axis of the base body. Accordingly, winding bars arranged closer to the longitudinal axis of the base body have, for example, no radial twist or a radial twist by one or two track widths. A winding bar arranged further from the longitudinal axis of the base body has, for example, a radial twist by two or more track widths. This has the advantage that a compact winding head is ensured with simple means and in a cost-effective manner, with a degree of radial inclinations being reduced.
  • the winding bars have two bar legs and, on the second base body end face, a U-shaped offset connecting the bar legs, each of the bar legs of a winding bar being arranged in two spaced apart stator slots.
  • such winding bars can, for example, first be brought together to form a cage and then, with the free ends of the bar legs, can be introduced into the stator slots via the second base body face and can be pushed into the base body parallel to the base body longitudinal axis in such a way that the free ends of the bar branches on the first base body face out of the stator slots stick out.
  • the free ends can be crossed in the circumferential direction and at least partially in the radial direction and can be electrically interconnected to form the coil winding.
  • the stator can be manufactured using simple means and in a cost-effective manner.
  • at least some of the winding bars in the area of the second base body face have such an offset in the radial direction that the winding bars of adjacent stator slots are arranged on the second base body face in the circumferential direction in the second number of tracks.
  • the winding bars thus have radial inclinations formed analogously to the first base body end face.
  • the object is achieved by an electric machine for a motor vehicle.
  • the electric machine has a stator and a rotor rotatably mounted on the stator.
  • the stator is designed as a stator according to the invention.
  • the rotor is preferably arranged coaxially to the longitudinal axis of the main body. More preferably, at least one active part of the rotor is surrounded by the stator, in particular over its entire circumference. A rotor connecting part of the rotor preferably protrudes from the stator in the axial direction.
  • the rotor preferably has rotor coils for generating an alternating magnetic field. Alternatively, the rotor can also have permanent magnets.
  • the electric machine according to the invention has all the advantages that have already been described for a stator according to the first aspect of the invention. Accordingly, the electric machine according to the invention has the advantage over conventional electric machines that an axial extent of at least one of the end windings of the stator is reduced with simple means and in a cost-effective manner and thus external dimensions of the electric machine are reduced with the same power. Particularly in the case of low-pole stators with one or two pole pairs, a reduction in the axial extent of the end windings of between 20% and 40% can be achieved in this way.
  • the electric machine according to the invention has the advantage that potential differences between two directly adjacent winding bars in the stator slot of the stator are reduced, so that the efficiency of the electric machine is improved.
  • the object is achieved by a motor vehicle.
  • the motor vehicle has a drive system.
  • the drive system for driving the motor vehicle has an electric machine according to the invention.
  • the drive system can also have several electrical machines, in particular according to the invention.
  • the drive system is designed as a hybrid drive system and has an internal combustion engine to drive the motor vehicle and / or to generate electrical energy to operate the electric machine.
  • the drive system preferably has a battery, in particular a high-voltage battery.
  • the motor vehicle according to the invention has all the advantages that have already been described for a stator according to the first aspect of the invention and for an electric machine according to the second aspect of the invention. Accordingly, the motor vehicle according to the invention has the advantage over conventional motor vehicles that an axial extent of at least one of the end windings of the stator is reduced with simple means and in a cost-effective manner and thus the external dimensions of the electric machine are reduced with the same power. The installation space and weight of the motor vehicle can thus be reduced. Particularly in the case of low-pole stators with one or two pole pairs, a reduction in the axial extent of the end windings of between 20% and 40% can be achieved in this way.
  • the motor vehicle according to the invention has the advantage that potential differences between two directly adjacent winding bars in the stator slot of the stator are reduced, so that the efficiency of the electric machine is improved.
  • Another advantage is that, due to the radial twisting of the winding bars, the winding heads have cooling channels which are designed for the improved passage of a cooling fluid. This improves cooling of the end windings and thus the load capacity of the electric motor.
  • stator according to the invention an electric machine according to the invention and a motor vehicle according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings. They each show schematically:
  • FIG. 1 shows a perspective sectional illustration of a region of a second
  • FIG. 2 shows a perspective sectional illustration of a region of a second
  • FIG. 3 shows a perspective view of a detail of the stator from FIG. 2 in the area of the second base body end face
  • FIG. 4 shows, in a sectional view, an arrangement of the winding bars in stator slots of a stator according to the invention
  • FIG. 5 shows a sectional illustration of radially set winding bars in an end winding of the stator from FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a perspective view of a region of a first
  • FIG. 7 shows a side view of a stator according to the prior art
  • FIG. 8 shows a side view of a stator according to the invention.
  • FIG. 9 shows a side view of a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention.
  • a region of a second base body end face 6 of a stator 1 is shown schematically in a perspective sectional view.
  • the stator 1 has a stator base body 4 with a plurality of stator slots 9 separated from one another by stator teeth 8.
  • stator slots 9 In each of the stator slots 9, four bar legs 14 of different winding bars 10 are arranged next to one another in the radial direction.
  • the individual winding bars 10 of the stator 1 each have two bar legs 14 which are connected to one another via a U-shaped offset 15.
  • the areas of the winding bars 10 protruding from the stator slots 9 are set in the circumferential direction as well as in arranged in the radial direction in four adjacent tracks 12 and together form a winding head 11 of the stator.
  • FIG. 2 shows a region of a second base body end face 6 of a stator 1 according to a preferred embodiment of the invention, schematically in a perspective sectional illustration.
  • the winding head 11 differs from the winding head 11 from FIG. 1 by an additional twisting of some winding rod pairs 13 of the winding rods 10 in the radial direction, so that the winding rods 10 in the winding head 11 are arranged in eight juxtaposed tracks 12 in the radial direction.
  • the winding rods 10 of a winding rod pair 13 each have the same radial inclination, the individual winding rod pairs 13 having or being able to have different radial inclinations.
  • FIG. 3 a section of the stator 1 from FIG. 2 in the area of the second base body end face 6 is shown schematically in a perspective view. In this view it can be seen that the stator 1 has three phases and two pole pairs.
  • FIG. 4 shows an arrangement of the winding bars 10 in stator slots 9 of a stator 1 according to the invention, schematically in a sectional illustration. In this view, the stator slots 9 separated from one another by stator teeth 8 can be clearly seen. In each stator slot 9, four winding rods 10 are arranged next to one another in the radial direction. In each case two winding bars 10 are combined to form a winding bar pair 13.
  • FIG. 5 radially set winding rods 10 in the angled head 11 of the stator 1 from FIG. 4 are shown schematically in a sectional view.
  • the winding rod pairs 13 have different radial inclinations and are arranged next to one another in eight tracks 12 in the radial direction.
  • a first inner winding bar pair 13a of a first stator slot 9a has no radial offset
  • a second inner winding bar pair 13b of a second stator slot 9b adjacent to the first stator slot 9a has a radial offset around two tracks 12
  • a first outer winding rod pair 13c of the first stator slot 9a has a radial offset two tracks 12
  • a second outer winding rod pair 13d of the second stator groove 9b have a radial twist around four tracks 12.
  • Winding bars 10 are set in the circumferential direction and partly in the radial direction. Leg ends 18 of adjacent winding rods 10 are welded to one another. The winding bars 10 thus form a further angled head 10 on the first base body side 5.
  • FIG. 7 a stator 1 according to the prior art is shown schematically in a side view.
  • FIG. 8 shows a stator 1 according to the invention schematically in a side view.
  • both stators 1 have stator base bodies 4 with the same dimensions.
  • the stator base bodies 4 extend along a base body longitudinal axis 7.
  • Both stators 1 have on their first base body end face 5 and their second base body end face 6 each an angled head 11 formed from the coiling rods.
  • the winding rods 10 of both stators 1 have an offset in the circumferential direction at the angled heads 11.
  • stator 1 according to the invention has an offset in the radial direction, while the stator according to the prior art from FIG. 7 does not have such an offset. It can be clearly seen that the angular heads 11 of the stator 1 according to the invention have a smaller extension in the axial direction than the angular heads 11 of the stator according to the prior art. The stator 1 according to the invention thus has a reduced space requirement for the same power.
  • the motor vehicle 3 has a drive system 17 with an electric machine 2 and a battery 19.
  • the electric machine 2 has a stator 1 according to the invention with a stator base body 4 extending along a stator longitudinal axis 7 and a rotor 16 rotatably mounted about the stator longitudinal axis 7.
  • the stator base body 4 has a first base body end face 5 and a second base body end face 6 and completely encloses a section of the rotor 16. A further section of the rotor 16 protrudes from the stator base body 4 on the first base body end face 5. Alternatively, the rotor 16 can protrude from the second base body front side 6 instead of the first base body end face 5.
  • stator electric machine motor vehicle stator base body first base body end face second base body end face base body longitudinal axis stator tooth stator slot a first stator slot b second stator slot 0 winding bar 1 winding head 2 track 3 winding bar pair 3a first inner winding bar pair 3b second inner winding bar pair 3c first outer winding bar pair 3c first outer winding pair 13d outer winding pair 6 rotor 7 drive system 8 leg end 9 battery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) für eine Elektromaschine (2) für ein Kraftfahrzeug (3), aufweisend einen Statorgrundkörper (4) mit einer ersten Grundkörperstirnseite (5), einer zweiten Grundkörperstirnseite (6), einer Grundkörperlängsachse (7), Statorzähnen (8) und zwischen den Statorzähnen (8) ausgebildeten Statornuten (9), eine Mehrzahl von in den Statornuten (9) angeordneten Wicklungsstäben (10), wobei in jeder Statornut (9) eine erste Anzahl an Wicklungsstäben (10) in radialer Richtung übereinander angeordnet ist, wobei die Wicklungsstäbe (10) jeweils einer von mehreren Phasen des Stators (1) zugeordnet sind, und wobei die Wicklungsstäbe (10) an der ersten Grundkörperstirnseite (5) und der zweiten Grundkörperstirnseite (6) jeweils einen Wickelkopf (11) bilden, wobei die Wicklungsstäbe (10) an der ersten Grundkörperstirnseite (5) in Umfangsrichtung verschränkt und mit jeweils einem Wicklungsstab (10) einer in Umfangsrichtung versetzten Statornut (9) mechanisch sowie elektrisch gekoppelt sind. Zumindest ein Teil der Wicklungsstäbe (10) weist im Bereich der ersten Grundkörperstirnseite (5) eine derartige Schränkung in radialer Richtung auf, dass die Wicklungsstäbe (10) benachbarter Statornuten (9) an der ersten Grundkörperstirnseite (5) in Umfangsrichtung in einer zweiten Anzahl an Bahnen (12) angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl größer als die erste Anzahl ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Elektromaschine (2) mit einem erfindungsgemäßen Stator (1) sowie ein Kraftfahrzeug (3) mit einer erfindungsgemäßen Elektromaschine (2).

Description

Beschreibung
Stator mit radial verschränkten Wicklungsstäben, Elektromaschine und Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Elektromaschine.
Es sind Elektromaschinen bekannt, bei welchen stabförmige Statorwicklungen als sogenannte Hairpins in Statornuten eines Statorgrundkörpers angeordnet sind. Die Hairpins weisen jeweils eine u-förmige Schränkung sowie zwei sich von der u-förmigen Schränkung erstreckende Stabschenkel mit jeweils einem freien Schenkelende auf. Die Schenkelenden sind mit benachbarten Schenkelenden zur Statorwicklung verschweißt. Auf diese Weise ist an beiden Grundkörperstirnseiten jeweils ein Wckelkopf ausgebildet.
Insbesondere bei Elektromaschinen mit einer verhältnismäßig geringen Polpaarzahl, wie beispielsweise einem oder zwei Poolpaaren, weisen derartige Statorwicklungen in axialer Richtung der Elektromaschine an beiden Grundkörperstirnseiten einen großen Bauraumbedarf auf.
Aus der DE 102015219077 A1 ist eine Elektromaschine bekannt, bei welcher jeweils zwei Hairpins in einer Statornut geführt sind. An einer Grundkörperstirnseite des Statorgrundkörpers sind in radialer Richtung von der Grundkörperlängsachse entferntere Hairpins radial nach außen und wieder zurück nach innen gebogen sowie in Umfangsrichtung geschränkt. Die näher an der Grundkörperlängsachse angeordneten Hairpins sind entgegen der Umfangsrichtung geschränkt. Nachteilig hierbei ist, dass benachbarte Hairpins am Wckelkopf übereinander geführt sind und somit in axialer Richtung einen vergrößerten Bauraum erfordern. Die WO 2019/231002 A1 betrifft eine Elektromaschine mit sechs Hairpins pro Statornut. Die freien Enden der Hairpins sind an der Grundkörperstirnseite des Stators in Umfangsrichtung geschränkt ausgebildet und auf sechs direkt nebeneinander angeordneten Bahnen angeordnet. Gattungsgemäße Elektromaschinen sind aus der DE 102017201 533 A1 sowie der DE 102008059800 A1 bekannt. Bekannte Elektromaschinen haben den Nachteil, dass die Wickelköpfe aufgrund der Anordnung der Hairpins am Wickelkopf entlang der Statorlängsachse einen verhältnismäßig großen Bauraumbedarf aufweisen. Eine derartige Anordnung der Hairpins ist besonders bei Elektromaschinen mit einer geringen Polpaarzahl, wie beispielsweise einem oder zwei Polpaaren von Nachteil. Überdies weisen derartige Elektromaschinen zwischen direkt benachbarten Hairpins in den Statornuten des Stators verhältnismäßig hohe Potenzialdifferenzen auf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Stator für eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug, einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug sowie einem Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Stator, eine Elektromaschine und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise einen reduzierten Bauraum und/oder einen verbesserten Wirkungsgrad aufweisen.
Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch einen Stator für eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stator beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektromaschine sowie dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Stator für eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug gelöst. Der Stator weist einen Statorgrundkörper mit einer ersten Grundkörperstirnseite, einer zweiten Grundkörperstirnseite, einer Grundkörperlängsachse, Statorzähnen und zwischen den Statorzähnen ausgebildeten Statornuten auf. Zudem weist der Stator eine Mehrzahl von in den Statornuten angeordneten Wicklungsstäben auf. In jeder Statornut ist eine erste Anzahl an Wicklungsstäben in radialer Richtung übereinander angeordnet. Die Wicklungsstäbe sind jeweils einer von mehreren Phasen des Stators zugeordnet sind. Ferner bilden die Wicklungsstäbe an der ersten Grundkörperstirnseite und der zweiten Grundkörperstirnseite jeweils einen Wickelkopf, wobei die Wicklungsstäbe an der ersten Grundkörperstirnseite in Umfangsrichtung geschränkt und mit jeweils einem Wcklungsstab einer in Umfangsrichtung versetzten Statornut mechanisch sowie elektrisch gekoppelt sind. Erfindungsgemäß weist zumindest ein Teil der Wicklungsstäbe im Bereich der ersten Grundkörperstirnseite eine derartige Schränkung in radialer Richtung auf, dass die Wcklungsstäbe benachbarter Statornuten an der ersten Grundkörperstirnseite in Umfangsrichtung in einer zweiten Anzahl an Bahnen angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl größer als die erste Anzahl ist.
Der Statorgrundkörper besteht beispielsweise aus Eisen oder weist zumindest Eisen und/oder ein ferromagnetisches Material auf. Vorzugsweise ist der Statorgrundkörper aus einer Vielzahl von Statorscheiben, vorzugsweise aus Elektroblech oder dergleichen, zusammengesetzt. Die Statorscheiben sind vorzugsweise zueinander elektrisch mittels eines Isoliermittels isoliert. Das Isoliermittel weist vorzugsweise Harz, Lack, Papier oder dergleichen auf. Der Statorgrundkörper ist koaxial zur Grundkörperlängsachse ausgebildet. Der Statorgrundkörper weist eine Mehrzahl von Statornuten auf, die vorzugsweise zur Grundkörperlängsachse hin offen sind und sich weiter bevorzugt parallel zur Grundkörperlängsachse durch den Statorgrundkörper erstrecken. Alternativ können die Statornuten auch eine Erstreckungskomponente in Umfangsrichtung aufweisen. Die Statornuten weisen in radialer Richtung eine Nuttiefe auf. Ferner sind die Statornuten in Umfangsrichtung des Statorgrundkörpers durch die Statorzähne begrenzt. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Statornuten gleichmäßig oder zumindest regelmäßig über Statorgrundkörper verteilt sind. Es ist bevorzugt, dass in den Statornuten elektrisches Nutisoliermaterial, welches insbesondere als Vergussmasse in die Statornuten einbringbar ist, angeordnet ist. Das Nutisoliermaterial ist vorzugsweise an einer Nutwandung der Statornut angeordnet. Der Statorgrundkörper ist in axialer Richtung durch die erste Grundkörperstirnseite und die zweite Grundkörperstirnseite begrenzt.
Die Wcklungsstäbe sind in den Statornuten derart angeordnet, dass die erste Anzahl an Wcklungsstäben in radialer Richtung nebeneinander in einer Statornut angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Wcklungsstäbe als Hairpins ausgebildet. Die Wcklungsstäbe sind weiter bevorzugt aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer oder dergleichen, gebildet. Weiter bevorzugt sind die Wicklungsstäbe umfänglich elektrisch isoliert, um einen Kurzschluss zwischen benachbarten Wicklungsstäben zu vermeiden. Die Wcklungsstäbe weisen vorzugsweise einen rechteckigen Stabquerschnitt auf. Vorzugsweise weisen die Wcklungsstäbe eine Stabbreite auf, welche einer Nutbreite der Statornuten entspricht oder geringfügig kleiner ist, sodass eine Bewegung der Wicklungsstäbe in Umfangsrichtung durch die Statorzähne formschlüssig begrenzt ist. Vorzugsweise weisen die Wicklungsstäbe eine Stabbreite auf, welcher einer Nutbreite der Statornuten minus einer zweifachen Dicke eines etwaigen in der Statornut angeordneten elektrischen Nutisolierungsmaterials entspricht. Die Wcklungstäbe weisen vorzugsweise eine Stabhöhe auf, welche kleiner als die Stabbreite ist. Ein Verhältnis von Stabhöhe zu Stabbreite beträgt vorzugsweise zwischen 1:2 und 4:5, vorzugsweise etwa 2:3.
An der ersten Grundkörperseite und der zweiten Grundkörperseite sind die Wcklungsstäbe aus den Statornuten herausgeführt und bilden einen Wckelkopf. Zudem sind die Wicklungsstäbe an der ersten Grundkörperseite in Umfangsrichtung geschränkt und jeweils mit einem weiteren Wcklungsstab mechanisch sowie elektrisch gekoppelt, vorzugsweise über eine stoffschlüssige Verbindung, wie beispielsweise eine Schweißverbindung. Miteinander auf diese Weise direkt gekoppelte Wicklungsstäbe weisen vorzugsweise in Umfangsrichtung entgegengesetzte Schränkungsrichtungen auf. An den Wckelköpfen sind die Wcklungsstäbe zu einer Statorwicklung verschaltet. Die Statorwicklung weist vorzugsweise mehrere Phasen, insbesondere drei Phasen, auf. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Statorwicklung ein Polpaar oder mehrere Polpaare aufweist. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Wcklungsstäbe an der zweiten Grundkörperseite gemäß den Wcklungsstäben an der ersten Grundkörperseite in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung geschränkt sind.
Im Bereich der ersten Grundkörperstirnseite weist zumindest ein Teil der Wcklungsstäbe eine Schränkung in radialer Richtung auf. Eine Schränkung ist beispielsweise eine Abwinklung, Umbiegung oder dergleichen. Demnach kann die Schränkung einen Knick und/oder einen Radius aufweisen. Die Wcklungsstäbe weisen somit beidseits der Schränkung eine unterschiedliche Orientierung auf. Die Schränkung ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass Wcklungsstäbe benachbarter Statornuten an der ersten Grundkörperstirnseite in Umfangsrichtung in einer zweiten Anzahl an Bahnen angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl größer als die erste Anzahl ist. Die Bahnen weisen eine Bahnbreite auf, welche größer gleich einer Stabbreite des Wcklungsstabs ist. Die Bahnen sind in radialer Richtung nebeneinander angeordnet und weisen somit eine Gesamtbahnbreite auf, welche größer als eine Summe der Stabbreiten der Wcklungsstäbe ist. Die zweite Anzahl ist vorzugsweise mindestens um 50% größer als die erste Anzahl. Die Schränkungen in radialer Richtung sind vorzugsweise von der Grundkörperlängsachse weggerichtet, sodass eine Kollision des Wickelkopfs mit einem im Stator rotierbar gelagerten Rotor vermieden ist. Zusätzlich oder alternativ ist es bevorzugt, dass die Schränkungen in radialer Richtung nicht über eine Umfangsfläche des Statorgrundkörpers hinausragen, um einen Bauraumbedarf des Stators nicht zu vergrößern.
Ein erfindungsgemäßer Stator hat gegenüber herkömmlichen Statoren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine axiale Erstreckung mindestens eines der Wickelköpfe reduziert ist. Besonders bei niedrigpoligen Statoren mit einem oder zwei Polpaaren ist auf diese Weise eine Reduzierung der axialen Erstreckung der Wickelköpfe von zwischen 20% und 40% erzielbar. Überdies hat der erfindungsgemäße Stator den Vorteil, dass Potenzialdifferenzen zwischen zwei direkt benachbarten Wicklungsstäben in der Statornut reduziert sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der radialen Schränkung der Wicklungsstäbe die Wickelköpfe Kühlkanäle aufweisen, welche zum verbesserten Durchleiten eines Kühlfluids ausgebildet sind. Somit ist eine Kühlung der Wickelköpfe und demnach eine Belastbarkeit des Stators verbessert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Stator vorgesehen sein, dass die zweite Anzahl doppelt so groß wie die erste Anzahl ist. Das bedeutet, dass für jeden Wicklungsstab einer Statornut zwei Bahnen bereitgestellt sind, wobei die Wicklungsstäbe von zwei benachbarten Statornuten auf die Bahnen verteilt sind. Bei vier Wicklungsstäben pro Statornut weisen die Wicklungsstäbe aus zwei benachbarten Statornuten somit eine radiale Schränkung auf insgesamt acht nebeneinander angeordneten Bahnen auf. Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Bahnen der Wicklungsstäbe von mindestens zwei benachbarten Statornuten keine Überlappungen aufweisen. Somit ist die Gesamtbahnbreite der Bahnen doppelt so groß wie die Gesamtbreite der Wicklungsstäbe einer Statornut. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine besonders vorteilhafte Anordnung der Wicklungsstäbe in den Wickelköpfen und somit eine vorteilhafte Reduzierung der axialen Erstreckung der Wickelköpfe erzielbar ist
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Stator drei oder weniger Polpaare aufweist. Ein Stator mit maximal drei Polpaaren ist insbesondere zur Verwendung in einer Asynchronmaschine ausgebildet. Bei einer derart geringen Anzahl an Polpaaren kommt der Effekt des radialen Schränkens der Wicklungsstäbe an den Wickelköpfen besonders stark zum Tragen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine prozentuale Reduzierung der axialen Erstreckung der Wickelköpfe gegenüber herkömmlichen Statoren für Asynchronmaschinen mit zwei Polpaaren verbessert ist. Weiter bevorzugt beträgt die erste Anzahl vier, sechs oder acht. Demnach sind vorzugsweise in jeder Statornut vier, sechs oder acht Wicklungsstäbe in radialer Richtung nebeneinander angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die radiale sowie axiale Schränkung der Wicklungsstäbe herstellbar ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann bei einem Stator vorgesehen sein, dass die Wicklungsstäbe an der ersten Grundkörperstirnseite jeweils paarweise in radialer Richtung um dieselbe Strecke pro Wicklungsstabpaar geschränkt sind. Das bedeutet, dass die Bahnen der Wicklungsstäbe im Wickelkopf paarweise verlaufen. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Wicklungsstabpaare jeweils aus direkt benachbarten Wicklungsstäben einer Statornut gebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die radiale Schränkung der Wicklungsstäbe erzielbar ist. Die Herstellbarkeit des Stators ist somit verbessert.
Vorzugsweise weisen in radialer Richtung von der Grundkörperlängsachse weiter entfernt angeordnete Wicklungsstäbe eine stärkere radiale Schränkung als näher an der Grundkörperlängsachse angeordnete Wicklungsstäbe auf. Demnach weisen näher an der Grundkörperlängsachse angeordnete Wicklungsstäbe beispielsweise keine radiale Schränkung oder eine radiale Schränkung um eine oder zwei Bahnbreiten auf. Eine weiter von der Grundkörperlängsachse angeordneter Wicklungsstab weist beispielsweise eine radiale Schränkung um zwei oder mehr Bahnbreiten auf. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein kompakter Wickelkopf gewährleistet ist, wobei ein Ausmaß an radialen Schränkungen reduziert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Wicklungsstäbe zwei Stabschenkel und an der zweiten Grundkörperstirnseite eine die Stabschenkel miteinander verbindende u-förmige Schränkung auf, wobei jeweils die Stabschenkel eines Wicklungsstabs in zwei voneinander beabstandeten Statornuten angeordnet sind. Derartige Wicklungsstäbe sind beim Montageprozess beispielsweise zuerst zu einem Korb zusammenführbar und anschließend mit den freien Enden der Stabschenkel über die zweite Grundkörperstirnseite in die Statornuten einführbar und parallel zur Grundkörperlängsachse derart in den Grundkörper einschiebbar, dass die freien Enden der Stabschenkel an der ersten Grundkörperstirnseite aus den Statornuten herausragen. Anschließend sind die freien Enden in Umfangsrichtung sowie zumindest teilweise in radialer Richtung erfindungsgemäß schränkbar und zur Bildung der Spulenwicklung miteinander elektrisch verschaltbar. Dies hat den Vorteil, dass eine Herstellung des Stators mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise verbessert ist. Besonders bevorzugt weist zumindest ein Teil der Wicklungsstäbe im Bereich der zweiten Grundkörperstirnseite eine derartige Schränkung in radialer Richtung auf, dass die Wicklungsstäbe benachbarter Statornuten an der zweiten Grundkörperstirnseite in Umfangsrichtung in der zweiten Anzahl an Bahnen angeordnet sind. An der zweiten Grundkörperstirnseite weisen die Wicklungsstäbe somit analog zur ersten Grundkörperstirnseite ausgebildete radiale Schränkungen auf. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine axiale Erstreckung des Wickelkopfs an der zweiten Grundkörperstirnseite reduziert ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug gelöst. Die Elektromaschine weist einen Stator und einen drehbar am Stator gelagerten Rotor auf. Erfindungsgemäß ist der Stator als erfindungsgemäßer Stator ausgebildet.
Der Rotor ist vorzugsweise koaxial zur Grundkörperlängsachse angeordnet. Weiter bevorzugt ist zumindest ein Aktivteil des Rotors vom Stator, insbesondere vollumfänglich, umgeben. Vorzugsweise ragt ein Rotoranschlussteil des Rotors in axialer Richtung aus dem Stator heraus. Der Rotor weist vorzugsweise zur Erzeugung eines wechselnden Magnetfelds Rotorspulen auf. Alternativ kann der Rotor auch Permanentmagnete aufweisen.
Bei der erfindungsgemäßen Elektromaschine ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Stator gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat die erfindungsgemäße Elektromaschine gegenüber herkömmlichen Elektromaschinen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine axiale Erstreckung mindestens eines der Wickelköpfe des Stators reduziert ist und somit äußere Abmessungen der Elektromaschine bei gleicher Leistung reduziert sind. Besonders bei niedrigpoligen Statoren mit einem oder zwei Polpaaren ist auf diese Weise eine Reduzierung der axialen Erstreckung der Wickelköpfe von zwischen 20% und 40% erzielbar. Überdies hat die erfindungsgemäße Elektromaschine den Vorteil, dass Potenzialdifferenzen zwischen zwei direkt benachbarten Wicklungsstäben in der Statornut des Stators reduziert sind, sodass ein Wirkungsgrad der Elektromaschine verbessert ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der radialen Schränkung der Wicklungsstäbe die Wickelköpfe Kühlkanäle aufweisen, welche zum verbesserten Durchleiten eines Kühlfluids ausgebildet sind. Somit ist eine Kühlung der Wickelköpfe und demnach eine Belastbarkeit der Elektromaschine verbessert. Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist ein Antriebssystem auf. Erfindungsgemäß weist das Antriebssystem zum Antreiben des Kraftfahrzeugs eine erfindungsgemäße Elektromaschine auf.
Das Antriebssystem kann im Rahmen der Erfindung auch mehrere, insbesondere erfindungsgemäße, Elektromaschinen aufweisen. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Antriebssystem als hybrides Antriebssystem ausgebildet ist und zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und/oder zum Erzeugen elektrischer Energie zum Betreiben der Elektromaschine eine Verbrennungskraftmaschine aufweist. Vorzugsweise weist das Antriebssystem eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Stator gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einer Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine axiale Erstreckung mindestens eines der Wickelköpfe des Stators reduziert ist und somit die äußeren Abmessungen der Elektromaschine bei gleicher Leistung reduziert sind. Somit sind Bauraum und Gewicht des Kraftfahrzeugs reduzierbar. Besonders bei niedrigpoligen Statoren mit einem oder zwei Polpaaren ist auf diese Weise eine Reduzierung der axialen Erstreckung der Wickelköpfe von zwischen 20% und 40% erzielbar. Überdies hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug den Vorteil, dass Potenzialdifferenzen zwischen zwei direkt benachbarten Wicklungsstäben in der Statornut des Stators reduziert sind, sodass ein Wirkungsgrad der Elektromaschine verbessert ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der radialen Schränkung der Wicklungsstäbe die Wickelköpfe Kühlkanäle aufweisen, welche zum verbesserten Durchleiten eines Kühlfluids ausgebildet sind. Somit ist eine Kühlung der Wickelköpfe und demnach eine Belastbarkeit des Elektromotors verbessert.
Ein erfindungsgemäßer Stator, eine erfindungsgemäße Elektromaschine sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 in einer perspektivischen Schnittdarstellung einen Bereich einer zweiten
Grundkörperstirnseite eines Stators nach dem Stand der Technik, Figur 2 in einer perspektivischen Schnittdarstellung einen Bereich einer zweiten
Grundkörperstirnseite eines Stators gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 3 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt des Stators aus Figur 2 im Bereich der zweiten Grundkörperstirnseite,
Figur 4 in einer Schnittdarstellung eine Anordnung der Wicklungsstäbe in Statornuten eines erfindungsgemäßen Stators,
Figur 5 in einer Schnittdarstellung radial geschränkte Wicklungsstäbe in einem Wickelkopf des Stators aus Figur 4,
Figur 6 in einer perspektivischen Ansicht einen Bereich einer ersten
Grundkörperstirnseite eines Stators gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 7 in einer Seitenansicht einen Stator gemäß dem Stand der Technik,
Figur 8 in einer Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Stator, und
Figur 9 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 9 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist ein Bereich einer zweiten Grundkörperstirnseite 6 eines Stators 1 nach dem Stand der Technik schematisch in einer perspektivischen Schnittdarstellung abgebildet. Der Stator 1 weist einen Statorgrundkörper 4 mit mehreren durch Statorzähne 8 voneinander getrennten Statornuten 9 auf. In den Statornuten 9 sind jeweils vier Stabschenkel 14 verschiedener Wicklungsstäbe 10 in radialer Richtung nebeneinander angeordnet. Die einzelnen Wicklungsstäbe 10 des Stators 1 weisen jeweils zwei Stabschenkel 14 auf, welche über eine u- förmige Schränkung 15 miteinander verbunden sind. Die aus den Statornuten 9 heraustretenden Bereiche der Wicklungsstäbe 10 sind in Umfangsrichtung geschränkt sowie in radialer Richtung in vier nebeneinander verlaufenden Bahnen 12 angeordnet und bilden gemeinsam einen Wickelkopf 11 des Stators.
Fig. 2 zeigt einen Bereich einer zweiten Grundkörperstirnseite 6 eines Stators 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer perspektivischen Schnittdarstellung. Der Wckelkopf 11 unterscheidet sich von dem Wickelkopf 11 aus Fig. 1 durch eine zusätzliche Schränkung einiger Wcklungsstabpaare 13 der Wcklungsstäbe 10 in radiale Richtung, sodass die Wcklungsstäbe 10 im Wckelkopf 11 in radialer Richtung in acht nebeneinander verlaufenden Bahnen 12 angeordnet. Die Wcklungsstäbe 10 eines Wcklungsstabpaars 13 weisen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils die gleiche radiale Schränkung auf, wobei die einzelnen Wcklungsstabpaare 13 unterschiedliche radiale Schränkungen aufweisen bzw. aufweisen können.
In Fig. 3 ist ein Ausschnitt des Stators 1 aus Fig. 2 im Bereich der zweiten Grundkörperstirnseite 6 schematisch in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass der Stator 1 drei Phasen sowie zwei Polpaare aufweist.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung der Wcklungsstäbe 10 in Statornuten 9 eines erfindungsgemäßen Stators 1 schematisch in einer Schnittdarstellung. In dieser Ansicht sind die durch Statorzähne 8 voneinander getrennten Statornuten 9 gut erkennbar. In jeder Statornut 9 sind in radialer Richtung vier Wcklungsstäbe 10 nebeneinander angeordnet. Jeweils zwei Wicklungsstäbe 10 sind zu einem Wcklungsstabpaar 13 zusammengefasst.
In Fig. 5 sind radial geschränkte Wcklungsstäbe 10 im Wckelkopf 11 des Stators 1 aus Fig. 4 schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Die Wcklungsstabpaare 13 weisen unterschiedliche radiale Schränkungen auf und sind in radialer Richtung in acht Bahnen 12 nebeneinander angeordnet. Dabei weisen ein erstes inneres Wicklungsstabpaar 13a einer ersten Statornut 9a keine radiale Schränkung, ein zweites inneres Wicklungsstabpaar 13b einer der ersten Statornut 9a benachbarten zweiten Statornut 9b eine radiale Schränkung um zwei Bahnen 12, ein erstes äußeres Wcklungsstabpaar 13c der ersten Statornut 9a eine radiale Schränkung um zwei Bahnen 12 und ein zweites äußeres Wcklungsstabpaar 13d der zweiten Statornut 9b eine radiale Schränkung um vier Bahnen 12 auf.
Fig. 6 zeigt einen Bereich einer ersten Grundkörperstirnseite 5 eines Stators 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer perspektivischen Ansicht. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass die aus den Statornuten 9 heraustretenden Wicklungsstäbe 10 in Umfangsrichtung sowie zum Teil in radialer Richtung geschränkt sind. Schenkelenden 18 benachbarter Wcklungsstäbe 10 sind miteinander verschweißt. Somit bilden die Wicklungsstäbe 10 an der ersten Grundkörperseite 5 einen weiteren Wckelkopf 10.
In Fig. 7 ist ein Stator 1 gemäß dem Stand der Technik schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Zum Vergleich zeigt Fig. 8 einen erfindungsgemäßen Stator 1 schematisch in einer Seitenansicht. We aus den Zeichnungen hervorgeht, weisen beide Statoren 1 Statorgrundkörper4 mit denselben Abmessungen auf. Die Statorgrundkörper 4 erstrecken sich entlang einer Grundkörperlängsachse 7. Beide Statoren 1 weisen an ihrer ersten Grundkörperstirnseite 5 sowie ihrer zweiten Grundkörperstirnseite 6 jeweils einen aus den Wcklungsstäben gebildeten Wckelkopf 11 auf. Die Wcklungsstäbe 10 beider Statoren 1 weisen an den Wckelköpfen 11 eine Schränkung in Umfangsrichtung auf. Zusätzlich weisen einige Wcklungsstäbe 10 des erfindungsgemäßen Stators 1 aus Fig. 8 eine Schränkung in radialer Richtung auf, während der Stator gemäß dem Stand der Technik aus Fig. 7 eine derartige Schränkung nicht aufweist. Es ist deutlich erkennbar, dass die Wckelköpfe 11 des erfindungsgemäßen Stators 1 in axialer Richtung eine geringere Erstreckung aufweisen als die Wckelköpfe 11 des Stators gemäß dem Stand der Technik. Somit weist der erfindungsgemäße Stator 1 bei gleicher Leistung einen reduzierten Bauraumbedarf auf.
Fig. 9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 3 schematisch in einer Seitenansicht. Das Kraftfahrzeug 3 weist ein Antriebssystem 17 mit einer Elektromaschine 2 und einer Batterie 19 auf. Die Elektromaschine 2 weist einen erfindungsgemäßen Stator 1 mit einem sich entlang einer Statorlängsachse 7 erstreckenden Statorgrundkörper 4 und einem um die Statorlängsachse 7 drehbar gelagerten Rotor 16 auf.
Der Statorgrundkörper 4 weist eine erste Grundkörperstirnseite 5 und eine zweite Grundkörperstirnseite 6 und umschließt einen Abschnitt des Rotors 16 vollumfänglich. Ein weiterer Abschnitt des Rotors 16 ragt an der ersten Grundkörperstirnseite 5 aus dem Statorgrundkörper 4 heraus. Alternativ kann der Rotor 16 anstatt aus der ersten Grundkörperstirnseite 5 aus der zweiten Grundkörperstirnseite 6 herausragen. Bezugszeichenliste Stator Elektromaschine Kraftfahrzeug Statorgrundkörper erste Grundkörperstirnseite zweite Grundkörperstirnseite Grundkörperlängsachse Statorzahn Statornut a erste Statornut b zweite Statornut 0 Wicklungsstab 1 Wckelkopf 2 Bahn 3 Wicklungsstabpaar 3a erstes inneres Wcklungsstabpaar 3b zweites inneres Wcklungsstabpaar 3c erstes äußeres Wicklungsstabpaar 3d zweites äußeres Wicklungsstabpaar 13d 4 Stabschenkel 5 U-förmige Schränkung 6 Rotor 7 Antriebssystem 8 Schenkelende 9 Batterie

Claims

Patentansprüche
1. Stator (1) für eine Elektromaschine (2) für ein Kraftfahrzeug (3), aufweisend einen Statorgrundkörper (4) mit einer ersten Grundkörperstirnseite (5), einer zweiten Grundkörperstirnseite (6), einer Grundkörperlängsachse (7), Statorzähnen (8) und zwischen den Statorzähnen (8) ausgebildeten Statornuten (9), eine Mehrzahl von in den Statornuten (9) angeordneten Wicklungsstäben (10), wobei in jeder Statornut (9) eine erste Anzahl an Wcklungsstäben (10) in radialer Richtung übereinander angeordnet ist, wobei die Wcklungsstäbe (10) jeweils einer von mehreren Phasen des Stators (1) zugeordnet sind, und wobei die Wcklungsstäbe (10) an der ersten Grundkörperstirnseite (5) und der zweiten Grundkörperstirnseite (6) jeweils einen Wckelkopf (11) bilden, wobei die Wicklungsstäbe (10) an der ersten Grundkörperstirnseite (5) in Umfangsrichtung verschränkt und mit jeweils einem Wcklungsstab (10) einer in Umfangsrichtung versetzten Statornut (9) mechanisch sowie elektrisch gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wcklungsstäbe (10) im Bereich der ersten Grundkörperstirnseite (5) eine derartige Schränkung in radialer Richtung aufweist, dass die Wcklungsstäbe (10) benachbarter Statornuten (9) an der ersten Grundkörperstirnseite (5) in Umfangsrichtung in einer zweiten Anzahl an Bahnen (12) angeordnet sind, wobei die zweite Anzahl größer als die erste Anzahl ist.
2. Stator (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anzahl doppelt so groß wie die erste Anzahl ist.
3. Stator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) drei oder weniger Polpaare aufweist.
4. Stator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl vier, sechs oder acht beträgt.
5. Stator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstäbe (10) an der ersten Grundkörperstirnseite (5) jeweils paarweise in radialer Richtung um dieselbe Strecke pro Wcklungsstabpaar (13) verschränkt sind.
6. Stator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung von der Grundkörperlängsachse (7) weiter entfernt angeordnete Wcklungsstäbe (10) eine stärkere radiale Schränkung als näher an der Grundkörperlängsachse (7) angeordnete Wcklungsstäbe (10) aufweisen.
7. Stator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wcklungsstäbe (10) zwei Stabschenkel (14) und an der zweiten Grundkörperstirnseite (6) eine die Stabschenkel (14) miteinander verbindende u-förmige Schränkung (15) aufweisen, wobei jeweils die Stabschenkel (14) eines Wcklungsstabs (10) in zwei voneinander beabstandeten Statornuten (9) angeordnet sind.
8. Stator (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wcklungsstäbe (10) im Bereich der zweiten Grundkörperstirnseite (6) eine derartige Schränkung in radialer Richtung aufweist, dass die Wicklungsstäbe (10) benachbarter Statornuten (9) an der zweiten Grundkörperstirnseite (6) in Umfangsrichtung in der zweiten Anzahl an Bahnen (12) angeordnet sind.
9. Elektromaschine (2) für ein Kraftfahrzeug (3), aufweisend einen Stator (1) und einen drehbar am Stator (1) gelagerten Rotor (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) als Stator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.
10. Kraftfahrzeug (3), aufweisend ein Antriebssystem (17), dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (17) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (3) eine Elektromaschine (2) nach Anspruch 9 aufweist.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023203094A1 (de) * 2023-04-04 2024-10-10 Zf Friedrichshafen Ag Wicklung mit Coverpins
DE102023206903A1 (de) * 2023-07-20 2025-01-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine Elektromaschine und Elektromaschine
DE102024202044A1 (de) * 2024-03-05 2025-09-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Wickelkopf für eine elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung eines Wickelkopfs

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100253161A1 (en) * 2007-12-27 2010-10-07 Aisin Aw Co., Ltd. Stator and rotating electric machine employing the same

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090140596A1 (en) 2007-11-30 2009-06-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Methods and apparatus for a bar-wound stator with parallel connections
JP5234111B2 (ja) 2008-07-14 2013-07-10 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 ステータ及びその製造方法
JP4852073B2 (ja) * 2008-07-31 2012-01-11 スミダ電機株式会社 波捲きコイル
DK2166644T3 (da) 2008-09-18 2019-05-06 Siemens Ag Gruppe af tre statorviklinger til en stator af en elektrisk maskine, statoranordning, generator og vindmølle
JP5573327B2 (ja) * 2010-04-21 2014-08-20 株式会社デンソー 回転電機の固定子及びその製造方法
DE102015219077A1 (de) 2015-10-02 2017-04-06 Robert Bosch Gmbh Im Stecktechnik- Verfahren hergestellter Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine mit verkürzter Blechlänge
DE102017201533B4 (de) 2017-01-31 2023-05-25 Zf Friedrichshafen Ag Stator für eine elektrische Maschine
JP6305607B1 (ja) * 2017-05-23 2018-04-04 三菱電機株式会社 回転電機
WO2019231002A1 (ko) 2018-05-29 2019-12-05 엘지전자 주식회사 3상 전동기의 권선 패턴 구조

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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