EP4264798A1 - Stator für eine elektrische maschine und elektrische maschine - Google Patents

Stator für eine elektrische maschine und elektrische maschine

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Publication number
EP4264798A1
EP4264798A1 EP21840902.7A EP21840902A EP4264798A1 EP 4264798 A1 EP4264798 A1 EP 4264798A1 EP 21840902 A EP21840902 A EP 21840902A EP 4264798 A1 EP4264798 A1 EP 4264798A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
path
conductor
type
stator
winding
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
EP21840902.7A
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 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 eAutomotive Germany GmbH filed Critical Valeo eAutomotive Germany GmbH
Publication of EP4264798A1 publication Critical patent/EP4264798A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for 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
    • H02K15/36—Processes or apparatus for simultaneously twisting two or more open ends of hairpins after their insertion into the machine

Definitions

  • the present invention relates to a stator for an electrical machine.
  • the invention relates to an electric machine for driving a vehicle.
  • Stators with a stator winding formed from shaped conductors are particularly popular in automotive applications, since such stators are particularly suitable for automated production with a high level of process reliability and allow simple connection options for the strands. Stators with two paths connected or connectable in parallel per phase are known.
  • DE 10 2012 108 943 A1 discloses a stator of an electrical machine that contains a stator core and a stator winding.
  • the stator core has a number of slots arranged in a circumferential direction of the stator core.
  • the stator winding consists of a number of phase windings, each of which is wound on the stator core so that it is inserted into the corresponding slots of the stator core.
  • the stator core has n circumferentially consecutive single-phase slots, in which only the phase winding is accommodated, where n is a natural number greater than or equal to 2.
  • Each of the phase windings of the stator winding has k sections, including a first section and a kth section, where k is a natural number greater than or equal to two.
  • the first to k-th sections are arranged in order from one end to the other end of the phase winding.
  • Each of the phase windings of the stator winding consists of j sub-windings connected in parallel to each other between opposite ends of the phase winding, where j is a natural number greater than or equal to 2, and each of the sub-windings includes k sections.
  • Each of the phase windings of the stator winding consists of a plurality of electrical conductor segments, which are inserted into the single-phase slots for are inserted into the phase winding and are electrically connected in series with one another, with each corresponding pair of in-slot portions of the electrical conductor segments being connected on one axial side of the stator core and each corresponding pair of end portions of the electrical conductor segments being connected together on the other axial side of the stator core is.
  • the invention is based on the object of specifying a stator for an electrical machine that is improved in comparison thereto.
  • the stator for an electrical machine has a number N > 3 phases.
  • the stator also has a number P>2 pole pairs.
  • the stator includes a stator core.
  • the stator core has a first face.
  • the stator core has a second face.
  • the second face is opposite the first face.
  • the stator core also has a plurality of slots.
  • the grooves extend from the first face to the second face.
  • the slots are further divided into first to L-th layers with L>4.
  • the stator also includes a plurality of form conductors.
  • the form conductors are radially stacked in the slots in the first to L-th layers. The layers are named in their order in the radial direction.
  • the shaped ladder form a first path, a second path, a third path and a fourth path for each strand.
  • the form conductors are arranged in 2-P winding zones per strand. Each winding zone is subdivided into a first and a second partial winding zone. Each sub-winding zone extends across the L layers.
  • the partial winding zones of a respective winding zone are named in their order along one of a first circumferential direction and a second circumferential direction. The second circumferential direction is in the opposite direction to the first circumferential direction.
  • the form conductors of a respective path are interconnected by connectors to form a series connection.
  • the connectors connect form conductors in adjacent winding zones of the same strand alternately on the first end face and the second end face of the stator core.
  • the series connection has a first end form conductor.
  • the first final shaped conductor is one of the outer shaped conductors of the path with respect to the series connection.
  • the series connection also has a second final form conductor.
  • the second end form conductor is the other of the outer form conductors of the path with respect to the series connection.
  • the final form conductors of each path are arranged in different partial winding zones, so that the path along the series connection has an alternation of the partial winding zones.
  • the stator according to the invention is characterized in particular by the fact that the final form conductors of a respective path are arranged in different partial winding zones.
  • Each path is thus distributed over both partial winding zones, as a result of which symmetry requirements for a stator winding having the paths can already be met for each path.
  • This enables a high degree of flexibility with regard to the selection of the winding scheme of the stator winding, since if the symmetry requirements are met by a respective path, the symmetry requirements are also met when the paths are interconnected, for example when two of the paths are connected in series or when the four paths are connected in parallel can become.
  • the number of holes q is the number of slots per pole and strand of the stator.
  • N ⁇ 12 preferably N ⁇ 9, particularly preferably N ⁇ 6, can be.
  • P ⁇ 20 preferably P ⁇ 16, particularly preferably P ⁇ 12.
  • the number of grooves is preferably less than 200, particularly preferably less than 120.
  • the number of grooves can be exactly 2 P N q.
  • Exactly 2 P N q L form conductors can be provided.
  • each winding zone forms a pole of the stator.
  • a series connection of form conductors realized by the connectors which can also be referred to as a "current path" is to be provided under a "path".
  • the number of form conductors of a respective path accommodated in the first partial winding zone and in the second partial winding zone is preferably the same.
  • one half of the form conductors of a respective path can be arranged in the first partial winding zone and the other half of the form conductors of the respective path can be arranged in the second partial winding zone.
  • each path includes exactly 4-P shape ladders.
  • each pair of adjacent winding zones of a strand is spaced apart from each other by q (N ⁇ 1) slots.
  • the stator is such set up so that the winding zones of a respective strand are traversed in a current direction which is opposite to the current direction of an immediately adjacent winding zone of the same strand.
  • the first layer is the radially outermost layer and/or the fourth layer is the radially innermost layer.
  • the first layer is the radially innermost layer and/or the fourth layer is the radially outermost layer.
  • the shaped conductors can be rod-shaped conductors, in particular made of copper.
  • the form ladders are typically not limp.
  • four shaped conductors in the four layers and/or in the entire groove occupy at least 60%, preferably at least 80%, of the cross-sectional area of a groove.
  • the shaped conductors preferably have a rectangular cross section, which may also be rounded off. Each form conductor can extend completely in the axial direction through one of the grooves.
  • the stator core can be formed by a multiplicity of individual laminations which are firmly connected to one another in layers.
  • the stator core forms a laminated core.
  • the slots are designed in particular as recesses in the stator core that extend in the axial direction. Each slot preferably extends parallel to a central axis, along which extends a receiving space for a rotor surrounded by the stator core. A slot opening which connects the slot to the receiving space can also be formed in the stator core for each slot.
  • the first circumferential direction and the second circumferential direction can also be interpreted as opposite orientations or directions of rotation of a direction that is perpendicular to the axial direction and radial direction in cylindrical coordinates.
  • the first circumferential direction preferably corresponds from the first end face viewed clockwise.
  • the first circumferential direction can also correspond to the counterclockwise direction.
  • two of the paths in particular the first path and the third path, extend along the first circumferential direction from their first end shape conductor to their second end shape conductor and two of the paths, in particular the second path and the fourth path, along the second circumferential direction from its first end shape conductor to its second end shape conductor.
  • first final form conductor and the form conductors that follow it in relation to the series connection are in the same partial winding zone until the partial winding zones change, and that the form conductors are in the same partial winding zone from the change of partial winding zones up to the second final form conductor.
  • the form conductors of a respective path can be distributed to the partial winding zones with a single change of the partial winding zones.
  • Each path preferably occupies each winding zone of the strand at least once. This allows each path to form a complete circuit around the stator in the circumferential direction.
  • the first final form conductor and the form conductors following it in relation to the series connection occupy P winding zones up to the change of the partial winding zones and the form conductors which follow one another in relation to the series connection from the change in the partial winding zones to the second final form conductor occupy P winding zones.
  • the first final form conductor and the form conductors following it in relation to the series connection occupy P+2 winding zones up to the change of partial winding zones and the form conductors following in relation to the series connection from the change of the partial winding zones up to the second final form conductor occupy P+2 winding zones, so that the first final form conductor and the form conductors that follow it with regard to the series connection up to the change of the partial winding zones and the form conductors that follow one another with regard to the series connection from the change of the partial winding zones to the second final form conductor overlap in four winding zones.
  • a further improvement in the symmetry properties can be achieved in that the first final form conductors of two of the paths, in particular the first path and the second path, are in the same partial winding zone, which is different from the partial winding zone in which the first final form conductors of the other two are located of the paths are located.
  • Each strand may have a first end and a second end. Then it is preferred that the first end-form conductor of the first path forms the first end of the strand and the second end-form conductor of the fourth path forms the second end of the strand.
  • the first end shaped conductor of the third path forms the first end of the strand and the second end shaped conductor of the second path forms the second end of the strand.
  • the second end form conductor of the first path and the first end form conductor of the second path can be electrically conductively connected, in particular by means of one of the connectors, so that the first path and the second path are connected in series.
  • the second final form conductor of the third path and the first final form conductor of the fourth path are electrically conductively connected, in particular by means of one of the connectors, so that the third path and the fourth path are connected in series.
  • a second preferred embodiment is described below, in which two paths can be connected in series:
  • the first end form conductor of the second path forms the first end of the strand and the second end form conductor of the third path forms the second end of the strand.
  • the second end form conductor of the first path and the first end form conductor of the third path can be electrically conductively connected, in particular by means of one of the connectors, so that the first path and the third path are connected in series.
  • provision can be made for the second end form conductor of the second path and the first end form conductor of the fourth path to be electrically conductively connected, in particular by means of one of the connectors, so that the second path and the fourth path are connected in series.
  • the first end-form conductors of the paths form the first end of the strand and the second end-form conductors of the paths form the second end of the strand.
  • the stator also has a connection device with phase connections that contact the first end of one of the strands and/or with a star point connector that connects the second ends of the strands to form one, two or four star points. i.e. the second ends of all strands are connected together to form a star point. A star point is created.
  • two of the second ends of the strands can also be connected to two of the second ends of the other two strands to form a star point. So there are six second ends each connected to a star point. This creates two star points.
  • only one of the second ends of one strand can be connected to one of the second ends of the other two strands to form a star point.
  • connection element preferably connects to the end form ladder forming one end of a strand on the first end face and a connecting element of a connector of the second type connects to the second end face.
  • Such an arrangement can also be referred to as an I-pin.
  • the connection element preferably extends further in the axial direction than the connectors of the first type.
  • the connection elements are preferably contacted by the connection device.
  • each path forms a combined loop and wave winding.
  • two of the paths in particular the first path and the third path, can each have at least two groups of the first type, in particular first to P-th groups of the first type, named in their order with regard to the series connection, of four successive form conductors with regard to the series connection, which are named in the order in which they are connected in series.
  • first form conductor of each of the groups of the first type in the first layer of one of the winding zones a second form conductor of each of the groups of the first type in the second layer of a winding zone in which the first form conductor is arranged, along a in the winding zone adjacent to the circumferential directions, a third form conductor of a respective one of the groups of the first type in the fourth layer of the winding zone in which the first form conductor is arranged, and a fourth form conductor of a respective one of the groups of the first type in the third layer of the winding zone in which the second form conductor is arranged.
  • the one circumferential direction is preferably the first circumferential direction.
  • a respective group of the first type can thus in particular form a loop portion of the combined loop and wave winding.
  • the first form conductor of those groups of the first type, which follow another group of the first type with regard to the series connection is arranged in one of the winding zones which, along one circumferential direction, follows the winding zone in which the fourth form conductor of the other group of the first type is arranged .
  • a wave component of the combined loop and wave winding that progresses along the circumferential direction can be formed.
  • two of the groups of the first type in particular the (P/2)-th group of the first type and the [(P/2)+1-th] group of the first type, are electrically conductively connected by one of the connectors and the changeover of the partial winding zones takes place through the connector.
  • first end form conductor of a respective one of the two paths can be the first form conductor of one of the groups of the first type, in particular the first groups of the first type
  • second end form conductor of a respective one of the two paths can be the fourth form conductor of another of the groups of the first type, in particular the P- th group of the first kind.
  • two of the paths in particular the second path and the fourth path, can each have at least two groups of the second type, in particular first to P-th groups of the second type, named in their order with regard to the series connection, of four consecutive form conductors with regard to the series connection, which are named in the order in which they are connected in series.
  • One circumferential direction is preferably the second circumferential direction.
  • the groups of the second type partially form a wave portion of the combined loop and wave winding that progresses along the circumferential direction.
  • the first form conductor of a group of the second type which follows another group of the second type with respect to the series connection, is arranged in the winding zone in which the third form conductor of the other group of the second type is arranged.
  • a loop portion of the combined loop and wave winding can be formed.
  • two of the groups of the second type in particular the (P/2)-th group of the second type and the [(P/2)+1-th] group of the second type, are electrically conductively connected by one of the connectors and the changeover of the partial winding zones takes place through the connector.
  • first end shape conductor of a respective one of the two paths can be the first shape conductor of one of the groups of the second type, in particular the first group of the second type
  • second end shape conductor of a respective one of the two paths can be the fourth shape conductor of another of the groups of the second type, in particular the P- ten group of the second kind.
  • the connectors are designed alternately as connectors of the first type, which are arranged on the first end face of the stator core, and as connectors of the second type, which are arranged on the second end face of the stator core.
  • the first and second end-form conductors of a respective path are connected by connectors in two ter Art connected to the shape conductor adjacent to it with respect to the series connection.
  • the end form conductors can be contacted or connected on the first end face, on which the connectors of the first type are also located.
  • the connectors of the first type are formed in one piece with the shaped conductors connected by them and extend away from the stator core on the first end face.
  • the connector of the first type and the shaped conductors connected thereby are preferably formed from an electrically conductive rod, the connector of the first type being formed in particular by bending the rod.
  • the connectors of the second type comprise two connecting elements which, on the second end face, connect to the shaped conductors connected by the connector of the second type, extending away from the stator core and are electrically conductively connected to one another, in particular in a materially bonded manner.
  • the shaped conductors and the connecting elements adjoining them can be formed from the or an electrically conductive rod.
  • the connecting elements can be formed by bending the rod. In particular, bending of the bar occurs after insertion into the stator core.
  • a respective first connector, the shaped conductor connected by it and the connecting elements of two second connectors adjoining the shaped conductor can consequently form a one-piece conductor segment, which can also be referred to as a hair pin conductor or U-pin.
  • the connectors of the first type are arranged in a staggered manner.
  • Such an arrangement also known as U-and-U-interlacing (English U-and-U-imbrica- tion), allows the installation space at the end faces to be used efficiently and a low winding overhang, i.e. a reduced axial extension of the connector over the Front side out, can be realized.
  • one of the connectors of the first type is arranged axially inside the other connector of the first type.
  • that connector of the first type is arranged axially on the inside, which realizes a slight offset over a number of grooves.
  • Such a topology also known as U-inside-U - allows a small winding overhang to be implemented.
  • the connector through which the changeover between the partial winding zones takes place preferably realizes an offset by N-q+1 or N-q-1 slots.
  • the connectors, through which the changeover between the partial winding zones takes place, of the first path and the second path preferably realize an offset by N-q-1 slots and the connectors, through which the changeover between the partial winding zones takes place, of the third path and the fourth path realize an offset by N-q+1 grooves.
  • the connectors which connect two of the paths in series can realize an offset of N-q+1 or N-q-1 slots.
  • the connector which serially connects the first path and the second path realizes an offset of N-q+1 slots and/or the connector which serially connects the third path and the fourth path implements an offset of N-q-1 grooves.
  • the connectors which connect two of the paths in series can realize an offset of Nq slots.
  • the connector which serially connects the first path and the third path and/or the connector which serially connects the second path and the fourth path implements an offset of Nq slots.
  • the object on which the invention is based is also achieved by an electric machine for driving a vehicle, comprising a stator according to one of the preceding claims and a rotor which is rotatably mounted within the stator.
  • the electrical machine is preferably an electric motor.
  • the electrical machine can be, for example, a permanently excited synchronous machine or a permanently excited synchronous motor or an asynchronous machine/induction machine or an asynchronous motor.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a stator
  • FIG. 2 shows a block diagram of the stator winding of a first exemplary embodiment of the stator according to the invention
  • FIG. 3 shows a winding scheme according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a basic sketch of several conductor segments according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a block diagram of the stator winding of a second exemplary embodiment of the stator according to the invention
  • FIG. 7 shows a winding scheme according to the second exemplary embodiment
  • 8 shows a block diagram of the stator winding of a third exemplary embodiment of the stator according to the invention
  • FIG. 10 shows a schematic diagram of a vehicle with an exemplary embodiment of the electric machine according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a stator 1 .
  • the stator 1 has a stator core 2 which has a multiplicity of essentially axial slots 3 which are arranged in the stator core 3 along a first circumferential direction 27a or a second circumferential direction 27b in the opposite direction thereto.
  • the stator 1 has a multiplicity of shaped conductors 4 which are arranged in layers in the slots 3 .
  • the shaped conductors 4 extend completely in the axial direction, i.e. parallel to a central axis 6 passing through a receiving space 5 for a rotor, through the slots 3.
  • the slots 3 also extend parallel to the central axis 6.
  • the slots 3 are designed as recesses in the stator core 2 and connected to the receiving space 5 through slot openings in the stator core 2 .
  • the form conductors 4 are connected in pairs by connectors of the first type 8.
  • the connectors of the first type 8 are formed in one piece with the pair of shaped conductors 4 and bend by 180°.
  • the pair of shaped conductors 4 is connected to another pair of shaped conductors 4 by connectors of the second type 10 .
  • a respective connector of the second type 10 comprises two curved connecting elements 11a, 11b which adjoin the connected form conductor 4 in one piece and are connected to connecting elements 11a, 11b of other connectors of the second type 10.
  • the connection is materially bonded here, in particular by welding.
  • FIG. 2 is a block diagram of a stator winding according to a first exemplary embodiment of a stator 1 to which the statements relating to the stator 1 shown in FIG. 1 can be transferred.
  • the shaped conductors 4 form a first path 15a, a second path 15b, a third path 15c and a fourth path 15d.
  • two paths 15a-d of a respective branch U, V, W are connected in series by a connector 8 of the first type.
  • the phase connections 13 contact a first end 16a of a respective strand U, V, W.
  • the star point connector 14 contacts the second ends 16b of the strands U, V, W.
  • the shaped conductors 4 of a respective path 15a-d are connected in series.
  • the shape conductors 4 of the first path 15a and the third path 15c form first to fourth (Pth) groups of first type 18a-d of series-connected shape conductors 4 and the shape conductors 4 of the second path 15b and the fourth path 15d first through fourth (Pth) second type groups 19a-d.
  • the groups of the first and second type 18a-d, 19a-d are named in their respective order with respect to the series connection, counted here from the phase connection 13 to the neutral point 14.
  • the first path 15a and the second path 15b are connected in series. Furthermore, the third path 15c and the fourth path 15d are connected in series.
  • the stator 3 is a winding diagram of the stator winding according to the first embodiment.
  • the number of holes q thus describes the ratio of the number of slots 3 to the product of the number of poles 2 P and the number of strands N.
  • the shaped conductors 4 are arranged in a first layer 26a, a second layer 26b, a third layer 26c and a fourth layer 26d, the layers 26a-d being named according to their order from radially outside to radially inside.
  • the first layer 26a is the radially outermost and the fourth layer 26d is the radially innermost of the four layers 26a-d.
  • Exactly one shaped conductor 4 is arranged in each layer 26a-d of a respective groove 3.
  • Fig. 3 shows the first circumferential direction 27a, which corresponds to the clockwise direction when viewed from the first end face 7 of the stator 1, and the second circumferential direction 27b, which, viewed from the first end face 7 of the stator 1, corresponds to the counterclockwise (see also FIG. 1 ). Furthermore, Fig. 3 below the upper table shows a slot numbering from 1 to 48. The upper table in Fig. 3 shows to which strand U, V, W a shaped conductor 4 arranged in a respective receiving location belongs, with the addition "+" and a polarity of an electric current through the corresponding form conductor 4 is designated.
  • Each path 15a-d has a first end-form conductor 28a-d and a second end-form conductor 29a-d, which are the outer form conductors 4 of the path 15a-d with respect to the series connection.
  • the first end-form conductors 28a, 28c of the first path 15a and the third path 15c form the first end 16a of a respective rod U, V, W.
  • the second endform ladder 29b, 29d of the second path 15b and the fourth path 15d form the second end 16b of a respective strand U, V, W.
  • the receiving locations for the first end-shaped conductors 28a, 28c forming the first end 16a of a respective strand U, V, W are also marked with an “X”.
  • the first final form conductors 28a, 28c are connected to the phase connection 13.
  • receiving locations for the second end 16b of a respective strand U, V, W forming the second end-shaped conductor 29b, 29d are marked with a “Y”.
  • the second end form conductors 29b, 29d are connected to the star point connector 14.
  • the first partial winding zone 31a follows the second partial winding zone 31b along the first circumferential direction 27a.
  • Each partial winding zone 31a, 31b extends over all four layers 26a-d.
  • each partial winding zone 31a, 31b is, for example, in exactly one slot 3.
  • the connectors of the first type 8 are identified by dashed arrows and the connectors of the second type 10 by solid arrows between the receiving locations of the form conductors 4 .
  • the form conductors of a respective path 15a-d form a combined loop and wave winding.
  • the representation of the form conductor 4 and the connector 8, 10 for the strand U is representative of the other strands V, W, in which the arrangement of the form conductor 4 and connector 8, 10 is the same as that of the strand U corresponds.
  • phase U The structure of the stator winding is explained below using phase U:
  • the final form conductors 28a-d, 29a-d of each path 15a-d are arranged in different partial winding zones 31a, 31b, so that the path 15a-d has an alternation 20 of the partial winding zones.
  • the first endform conductors 28a, 28b of the first and second paths 15a, 15b are arranged in the first partial winding zone 31a.
  • the first final form conductors 28c, 28d of the third and fourth paths 15c, 15d are arranged in the second partial winding zone 31b.
  • the second end-form conductors 29a, 29b of the first and second paths 15a, 15b are arranged in the second partial winding zone 31b and the second end-form conductors 29c, 29d of the third and fourth paths 15c, 15d are arranged in the first partial winding zone 31a, 31b.
  • the shaped conductors 4 of the first and second [(P/2)-th] groups of the first type 18a, 18b of the first path 15a on the one hand and the third path 15c on the other hand are arranged in different partial winding zones 31a, 31b.
  • the shaped conductors 4 of the third [(P/2+1)th] and fourth (Pth) group of the first type 18c, 18d of the first path 15a on the one hand and of the third path 15c on the other hand are also in different partial winding zones 31a, 31b arranged.
  • the shaped conductors 4 of the first and second [(P/2)-th] groups of the second type 19a, 19b of the second path 15b on the one hand and of the fourth path 15d on the other hand are arranged in different partial winding zones 31a, 31b.
  • the shaped conductors 4 of the third [(P/2+1)th] and fourth (Pth) group of the second type 19c, 19d of the second path 15b on the one hand and of the fourth path 15d on the other hand are also in different partial winding zones 31a, 31b arranged.
  • the first and second type first groups 18a, 19a each include the first end-form conductor 28a-d and the fourth (Pth) first and second-type groups 18d, 19d each include the second end-form conductor 29a-d.
  • the partial winding zones 31a, 31b are changed 20 in each case.
  • connectors designated separately as 32a-d which are embodied here as connectors of the first type 8, are provided.
  • the connector 32a serially connects the second [(P/2)th] and the third [(P/2)+1th] first type groups 18b, 18c of the first path 15a.
  • the connector 32b switches the second [(P/2)-th] and the third [( P/2)+1 -th] Group of the first kind 18b, 18c of the third path 15c in series.
  • the connector 32c serially connects the second [(P/2)th] and the third [(P/2)+1th] second kind groups 19b, 19c of the second path 15c.
  • the connector 32d serially connects the second [(P/2)th] and the third [(P/2)+1th] second kind groups 19b, 19c of the fourth path 15d.
  • Each path 15-d essentially completes a full circuit around the stator core 2.
  • first and third paths 15a, 15c extend around the stator core 2 along the first circumferential direction 27a, while the second and fourth paths 15b, 15d extend around the stator core 2 along the second circumferential direction 27b.
  • the second end-shape conductor 29a of the first path 15a and the first end-shape conductor 28b of the second path 15b are connected in series. Accordingly, the fourth (Pth) first type group 18d of the first path 15a and the first second type group 19a of the second path 15b are connected in series. Further, the second end-shape conductor 29c of the third path 15c and the first end-shape conductor 28d of the fourth path 15d are connected in series. Accordingly, the fourth (Pth) first type group 18d of the third path 15c and the first second type group 19a of the fourth path 15d are connected in series.
  • connectors designated separately as 33a-d which are embodied here as connectors of the first type 8, are provided.
  • the connector 33a connects the second end-form conductor 29c of the third path 15c and the first end-form conductor 28d of the fourth path 15d in series.
  • the connector 33b serially connects the second end-form conductor 29a of the first path 15a and the first end-form conductor 28b of the second path 15b.
  • the connector 33b connecting the second end-form conductor 29a of the first path 15a and the first end form conductor 28b of the second path 15b in series, realizes an offset by q-N+1 7 slots 3.
  • Fig. 4 is a detailed representation of the groups 18a-d, 19a-d of form conductors 4 according to the first embodiment.
  • the groups of the first type 18a-d comprise four form conductors 4 which follow one another in relation to the series connection and which are separately designated 34a-d. Also, in Fig. 4, three adjacent ones of the winding zones 30 are separately designated 30a-c.
  • a first form conductor 34a is arranged in the first layer 26a of one of the winding zones 30a.
  • a second form conductor 34b is arranged in the second layer 26b of a winding zone 30b adjacent to the winding zone 30a, in which the first form conductor 34a is arranged, along the first circumferential direction 27a.
  • a third form conductor 34c is arranged in the fourth layer 26d of the winding zone 30a in which the first form conductor 34a is arranged.
  • a fourth form conductor 34d is arranged in the third layer 26c of the winding zone 30b in which the second form conductor 34b is arranged.
  • the first form conductor 34a of such groups of the first type 18b-d which in terms of the series circuit directly follow a fourth form conductor 34d of another of the groups of the first type 18a-c, is arranged in that winding zone 30c which is the winding zone 30b in which the fourth form conductor 34d is arranged follows along the first circumferential direction 27a.
  • the groups of the second type 19a-d comprise four form conductors 4 which follow one another in relation to the series connection and which are separately designated 35a-d. Furthermore, four adjacent winding zones 30 are separately designated 30d-g in FIG.
  • a first form conductor 35a is arranged in the second layer 26b of one of the winding zones 30d.
  • a second form conductor 35b is arranged in the first layer 26a of a winding zone 30e adjacent to the winding zone 30d, in which the first form conductor 35a is arranged, along the second circumferential direction 27b.
  • a third form conductor 35c is arranged in the third layer 26c of a winding zone 30f adjacent to the winding zone 30e, in which the second form conductor 35b is arranged, along the second circumferential direction 27b.
  • a fourth form conductor 35d is in the fourth layer 26d a winding zone 30g adjacent to the winding zone 30f, in which the third form conductor 35c is arranged, along the second circumferential direction 27b.
  • the first form conductor 35a of such groups of the second type 19b-d which in terms of the series connection immediately follows a fourth form conductor 35d of another of the groups of the second type 19a-c, is arranged in that winding zone 30f in which the third form conductor 35c of the other of the groups of the second Art 19a-c is arranged.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of multiple conductor segments 38a-i according to the first embodiment.
  • the conductor segments 38a-h each consist of two shaped conductors 4, a connector of the first type 8, 32a-d, 33a, 33b, which connects to the two shaped conductors 4 on the first end face 7 and connects them, and two connecting elements 11a, 1 1 b, which connect to the second end face 9 to a respective one of the two form conductors 4 is formed.
  • the conductor segments 38a-h are embodied in one piece here, for example, but can alternatively also be embodied by assembling separate components.
  • Two connecting elements 11a, 11b each of different conductor segments 38a-i form a connector of the second type 10.
  • the connecting elements 11a, 11b point towards one another in opposite circumferential directions 27a, 27b.
  • the connected second and third shaped conductors 34a, 34b of a respective group of the first type 18a-d and the connected fourth and first shaped conductors 35d, 35a of different groups of the second type 19a-d are formed by conductor segments 38a.
  • the connecting elements 11a, 11b point away from one another in opposite circumferential directions 27a, 27b.
  • the connected fourth and first shaped conductors 34d, 34a of different first type groups 18a-d and the connected second and third shaped conductors 35b, 35c of a respective second type group 19a-d are formed by conductor segments 38b.
  • the connecting elements 11a, 11b are oriented in opposite circumferential directions 27a, 27b pointing away from one another.
  • the connector of the first type 32a of the conductor segment 38c is arranged axially inside the connector of the first type 32b of the conductor segment 38d. Consequently, the first type connector 32a is formed axially shorter than the first type connector 32b.
  • the alternation 20 of the partial winding zones 31a, 31b in the first and third paths 15a, 15c is formed by the conductor segments 38c, 38d.
  • the connecting elements 11a, 11b are oriented in opposite circumferential directions 27a, 27b.
  • the connector of the first type 32c of the conductor segment 38e is arranged axially inside the connector of the first type 32d of the conductor segment 38f. Consequently, the first type connector 32c is formed axially shorter than the first type connector 32d.
  • the alternation 20 of the partial winding zones 31a, 31b in the second and fourth paths 15b, 15d is formed by the conductor segments 38e, 38f.
  • the connecting elements 11a, 11b are oriented in the second circumferential direction 27b.
  • the connector of the first type 33a of the conductor segment 38g is arranged axially inside the connector of the first type 33b of the conductor segment 38h. Consequently, the first type connector 33h is formed axially shorter than the first type connector 33h.
  • the third path 15c and the fourth path 15d are connected in series by the conductor segment 38g.
  • the first path 15a and the second path 15b are connected in series by the conductor segment 38h.
  • the conductor segment 38i comprises a shaped conductor 4, a connecting element 11a adjoining the shaped conductor 4 on the second end face 9 and a connecting element 39 for making contact with the connecting device 12 (see FIG. 1).
  • the end-form conductors 28a, 28c, 29b, 29d not connected to another of the paths 15a-d are formed by conductor segments 38i.
  • the conductor segments 38a-g are schematic, in particular without a precise depiction of the number of slots 3 by which the connectors of the first type 8, 32a-d, 33a, 33b or the connecting elements 11a, 11b have an offset realize, shown.
  • the conductor segments 38a-h can also be interpreted as U-pins or hairpin conductors and the conductor segments 38i as I-pins.
  • the entire stator winding is then also referred to as a hair pin winding.
  • FIG. 6 is a block diagram of a stator winding according to a second embodiment of a stator 1 . Unless otherwise described in the following, all statements relating to the first exemplary embodiment can be transferred to the second exemplary embodiment. Components that are the same or have the same effect are provided with identical reference symbols.
  • the first path 15a and the third path 15c are connected in series. Furthermore, the second path 15b and the fourth path 15d are connected in series.
  • FIG. 7 is a winding diagram according to the second embodiment.
  • the second end-shape conductor 29a of the first path 15a and the first end-shape conductor 28c of the third path 15b are connected in series. Accordingly, the fourth (Pth) first type group 18d of the first path 15a and the first first type group 18a of the third path 15c are connected in series. Further, the second end-shape conductor 29b of the second path 15b and the first end-shape conductor 28d of the fourth path 15d are connected in series. Accordingly, the fourth (Pth) second type group 19d of the second path 15b and the first second type group 19a of the fourth path 15d are connected in series.
  • a first type connector 8 formed by a conductor segment 38b connects in series the second end-form conductor 29a of the first path 15a and the first end-form conductor 28c of the third path 15c. Furthermore, a connector of the first type 8 formed by a conductor segment 38a (see Fig. 5) switches the second end-form conductor 29b of the second path 15b and the first end-form conductor 28d of the fourth path 15d in series.
  • the conductor segments 38g, 38h arranged one inside the other can consequently be dispensed with.
  • FIG. 8 is a block diagram of a stator winding according to a third embodiment of a stator 1.
  • FIG. Unless otherwise described in the following, all statements relating to the first exemplary embodiment can be transferred to the third exemplary embodiment. Components that are the same or have the same effect are provided with identical reference symbols.
  • first to fourth paths 15a-d of a respective strand U, V, W are connected in parallel. All second final form conductors 29a-d are interconnected to form a single star point 14 here.
  • FIG. 9 is a winding diagram according to the third embodiment.
  • first end-form conductors 28a-d form the first end 16a and the second end-form conductors 29a-d form the second end 16b of a respective U,V,W rod.
  • Each end-form conductor 28a-d, 29a-d is formed by a conductor segment 38i (see Figure 5).
  • the conductor segments 38g, 38h can be omitted.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a vehicle 100 with an exemplary embodiment of an electric machine 101, for example a synchronous machine or an asynchronous machine/induction machine, which is designed as an electric motor.
  • the electrical machine 101 includes a stator 1 according to one of the exemplary embodiments described above and a rotor 102 which is rotatably mounted within the stator 1 .
  • the rotor 102 is, for example, permanently excited.

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Abstract

Stator (1) für eine elektrische Maschine (101), wobei – der Stator (1) eine Anzahl N ≥ 3 Stränge (U, V, W), eine Anzahl P ≥ 2 Pol- paare und eine Lochzahl q = 2 aufweist, wobei – der Stator (1) einen Statorkern (2), welcher zwei Stirnseite (7, 9) und eine Vielzahl von Nuten (3), welche in erste bis L-te Schichten (26a-d) mit L ≥ 4 untergliedert sind, aufweist, wobei – die Formleiter (4) je Strang (U, V, W) erste bis vierte Pfade (15a-d) ausbilden und in 2·P Wicklungszonen (30, 30a-g) angeordnet sind, wobei – jede Wicklungszone (30, 30a-g) in eine erste und zweite Teilwicklungszone (31a, 31b) untergliedert ist und sich jede Teilwicklungszone (31a, 31b) über die L Schichten (26a-d) erstreckt, wobei – die Formleiter (4) eines jeweiligen Pfads (15a-d) durch Verbinder (8, 10, 32a-d), welche Formleiter (4) in benachbarten Wicklungszonen (30) desselben Strangs (U, V, W) abwechselnd an der ersten Stirnseite (8) und der zweiten Stirnseite (10) des Statorkerns (2) verbinden, zu einer Reihenschaltung mit einem ersten Endformleiter (28a-d), der einer der bezüglich der Reihenschaltung äußeren Formleiter (4) des Pfads (15a-d) ist, und mit einem zweiten Endformleiter (29a-d), der der andere der bezüglich der Reihenschaltung äußere Formleiter (4) des Pfads (15a-d) ist, verschaltet sind, wobei – die Endformleiter (28a-d) jedes Pfads (15a-d) in unterschiedlichen Teilwicklungszonen (31a, 31b) angeordnet sind, sodass der (15a-d) Pfad entlang der Reihenschaltung einen Wechsel (20) der Teilwicklungszonen (31a, 31b) aufweist.

Description

Stator für eine elektrische Maschine und elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine. Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs.
Statoren mit einer aus Formleitern gebildeten Statorwicklung erfreuen sich insbesondere bei automotiven Anwendungen großer Beliebtheit, da sich derartige Statoren besonders zur automatisierten Fertigung mit einer hohen Prozesszuverlässigkeit eignen und einfache Anschlussmöglichkeiten für die Stränge ermöglichen. Es sind Statoren mit zwei parallel verschalteten bzw. verschaltbaren Pfaden je Strang bekannt.
So offenbart beispielsweise DE 10 2012 108 943 A1 einen Stator einer elektrischen Maschine, der einen Statorkern und eine Statorwicklung enthält. Der Statorkern weist eine Anzahl von Nuten auf, die in einer Umfangsrichtung des Statorkerns angeordnet sind. Die Statorwicklung besteht aus einer Anzahl von Phasenwicklungen, von denen jede so auf den Statorkern gewickelt ist, dass sie in den entsprechenden Nuten des Statorkerns eingesetzt ist. Der Statorkern weist für jede der Phasenwicklungen der Statorwicklung n umfangsmäßig aufeinander folgende Einphasen-Nuten auf, in welchen nur die Phasenwicklung Aufnahme findet, worin n eine natürliche Zahl größer als oder gleich 2 ist. Jede der Phasenwicklungen der Statorwicklung weist k Abschnitte auf, welche einen ersten Abschnitt und einen k-ten Abschnitt enthalten, worin k eine natürliche Zahl größer als oder gleich 2 ist. Die ersten bis k-ten Abschnitte sind der Reihe nach von einem Ende zu dem anderen Ende der Phasenwicklung angeordnet. Jede der Phasenwicklungen der Statorwicklung besteht aus j Unter-Wicklungen, die parallel zueinander zwischen gegenüberliegenden Enden der Phasenwicklung geschaltet sind, worin j eine natürliche Zahl größer als oder gleich 2 ist und jede der Unter-Wicklungen k Abschnitte enthält. Jede der Phasenwicklungen der Statorwicklung besteht aus einer Mehrzahl von elektrischen Leitersegmenten, welche in die Einphasen-Nuten für die Phasenwicklung eingesetzt und elektrisch zueinander in Reihe geschaltet sind, wobei auf einer axialen Seite des Statorkerns jedes entsprechende Paar von in der Nut befindlichen Abschnitten der elektrischen Leitersegmente verbunden sind und auf der anderen axialen Seite des Statorkerns jedes entsprechende Paar von Endteilen der elektrischen Leitersegmente miteinander verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen demgegenüber verbesserten Stator für eine elektrische Maschine anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine, wobei der Stator eine Anzahl N > 3 Stränge, eine Anzahl P > 2 Polpaare und eine Lochzahl q = 2 aufweist, wobei der Stator einen Statorkern, welcher eine erste Stirnseite, eine der ersten Stirnseite gegenüberliegende zweite Stirnseite und eine Vielzahl von Nuten, welche sich von der ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite erstrecken und in erste bis L-te Schichten mit L > 4 untergliedert sind, aufweist, und eine Vielzahl von Formleitern, die in der ersten bis L-ten Schicht radial geschichtet in den Nuten angeordnet sind, umfasst, wobei die Schichten in ihrer Reihenfolge in Radialrichtung benannt sind, wobei die Formleiter je Strang einen ersten Pfad, einen zweiten Pfad, einen dritten Pfad und einen vierten Pfad ausbilden und in 2- P Wicklungszonen angeordnet sind, wobei jede Wicklungszone in eine erste und zweite Teilwicklungszone untergliedert ist, sich jede Teilwicklungszone über die L Schichten erstreckt und die Teilwicklungszonen einer jeweiligen Wicklungszone in ihrer Reihenfolge entlang einer aus einer ersten Umfangsrichtung und einer zur ersten Umfangsrichtung gegensinnigen zweiten Umfangsrichtung benannt sind, wobei die Formleiter eines jeweiligen Pfads durch Verbinder, welche Formleiter in benachbarten Wicklungszonen desselben Strangs abwechselnd an der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite des Statorkerns verbinden, zu einer Reihenschaltung mit einem ersten Endformleiter, der einer der bezüglich der Reihenschaltung äußeren Formleiter des Pfads ist, und mit einem zweiten Endformleiter, der der andere der bezüglich der Reihenschaltung äußeren Formleiter des Pfads ist, verschaltet sind, wobei die Endformleiter jedes Pfads in unterschiedlichen Teilwicklungszonen angeordnet sind, sodass der Pfad entlang der Reihenschaltung einen Wechsel der Teilwicklungszonen aufweist.
Der Stator für eine elektrische Maschine weist eine Anzahl N > 3 Stränge auf. Der Stator weist ferner eine Anzahl P > 2 Polpaare auf. Der Stator weist ferner eine Lochzahl q = 2 auf. Der Stator umfasst einen Statorkern. Der Statorkern weist eine erste Stirnseite auf. Der Statorkern weist eine zweite Stirnseite auf. Die zweite Stirnseite liegt der ersten Stirnseite gegenüber. Der Statorkern ferner eine Vielzahl von Nuten auf. Die Nuten erstrecken sich von der ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite. Die Nuten sind ferner in erste bis L-te Schichten mit L > 4 untergliedert. Der Stator umfasst ferner eine Vielzahl von Formleitern. Die Formleiter sind in der ersten bis L-ten Schicht radial geschichtet in den Nuten angeordnet. Die Schichten sind in ihrer Reihenfolge in Radialrichtung benannt. Die Formleiter bilden je Strang einen ersten Pfad, einen zweiten Pfad, einen dritten Pfad und einen vierten Pfad aus. Die Formleiter sind je Strang in 2- P Wicklungszonen angeordnet sind. Jede Wicklungszone ist in eine erste und zweite Teilwicklungszone untergliedert. Jede Teilwicklungszone erstreckt sich über die L Schichten erstreckt. Die Teilwicklungszonen einer jeweiligen Wicklungszone sind in ihrer Reihenfolge entlang einer aus einer ersten Umfangsrichtung und zweiten Umfangsrichtung benannt sind. Die zweite Umfangsrichtung ist gegensinnig zur ersten Umfangsrichtung. Die Formleiter eines jeweiligen Pfads sind durch Verbinder zu einer Reihenschaltung verschaltet. Die Verbinder verbinden Formleiter in benachbarten Wicklungszonen desselben Strangs abwechselnd an der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite des Statorkerns. Die Reihenschaltung weist einen ersten Endformleiter auf. Der erste Endformleiter ist einer der bezüglich der Reihenschaltung äußeren Formleiter des Pfads. Die Reihenschaltung weist ferner einen zweiten Endformleiter auf. Der zweite Endformleiter ist der andere der bezüglich der Reihenschaltung äußeren Formleiter des Pfads. Die Endformleiter jedes Pfads sind in unterschiedlichen Teilwicklungszonen angeordnet sind, sodass der Pfad entlang der Reihenschaltung einen Wechsel der Teilwicklungszonen aufweist. Der erfindungsgemäße Stator zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Endformleiter eines jeweiligen Pfads in unterschiedlichen Teilwicklungszonen angeordnet sind. So ist jeder Pfad auf beide Teilwicklungszonen verteilt, wodurch Symmetrieanforderungen an eine die Pfade aufweisende Statorwicklung bereits für jeden Pfad erfüllt werden können. Dies ermöglicht eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Auswahl des Wicklungsschemas der Statorwicklung, da bei Erfüllung der Symmetrieanforderungen durch einen jeweiligen Pfad, die Symmetrieanforderungen auch bei einer Zusammenschaltung der Pfade, beispielsweise bei einer Reihenschaltung von je zwei der Pfade oder bei einer Parallelschaltung der vier Pfade, erfüllt werden können.
Die Lochzahl q ist die Anzahl der Nuten je Pol und Strang des Stators. Bei dem erfindungsgemäßen Stator kann N < 12, bevorzugt N < 9, besonders bevorzugt N < 6, sein. Es kann vorgesehen sein, dass P < 20, bevorzugt P < 16, besonders bevorzugt P < 12, ist. Die Anzahl der Nuten ist bevorzugt kleiner als 200, besonders bevorzugt kleiner als 120. Die Anzahl der Nuten kann genau 2 P N q betragen. Es können genau 2 P N q L Formleiter vorgesehen sein. Vorzugsweise realisiert jede Wicklungszone einen Pol des Stators.
Unter einem „Pfad“ ist eine durch die Verbinder realisierte Reihenschaltung von Formleitern zu versehen, die auch als „Strompfad“ bezeichnet werden kann. Vorzugsweise sind die Anzahlen der in der ersten Teilwicklungszone und in der zweiten Teilwicklungszone aufgenommenen Formleiter eines jeweiligen Pfads gleich. Mit anderen Worten können die eine Hälfte der Formleiter eines jeweiligen Pfads in der ersten Teilwicklungszone und die andere Hälfte der Formleiter des jeweiligen Pfads in der zweiten Teilwicklungszone angeordnet sein. Typischerweise umfasst jeder Pfad genau 4-P Formleiter.
Zweckmäßigerweise befindet sich zwischen jedem Paar der benachbarten Wicklungszonen eines Strangs jeweils genau eine Wicklungszone der übrigen Stränge. Mit anderen Worten ist jedes Paar benachbarter Wicklungszonen eines Strangs um q (N-1 ) Nuten voneinander beabstandet. Vorzugsweise ist der Stator derart eingerichtet, dass die Wicklungszonen eines jeweiligen Strangs in einer Stromrichtung durchströmt werden, welche der Stromrichtung einer unmittelbar benachbarten Wicklungszone desselben Strangs entgegengesetzt ist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in jeder Nut genau vier Formleiter aufgenommen sind und/oder N genau 3 beträgt und/oder P genau 2, 4, 6, o- der 8 beträgt und/oder q genau 2 beträgt. Vorzugsweise ist die erste Schicht die radial äußerste Schicht und/oder die vierte Schicht die radial innerste Schicht. Es ist aber auch denkbar, dass die erste Schicht die radial innerste Schicht und/oder die vierte Schicht die radial äußerste Schicht ist.
Die Formleiter können stabförmige Leiter, insbesondere aus Kupfer, sein. Die Formleiter sind typischerweise nicht biegeschlaff. Vorzugsweise nehmen vier Formleiter in den vier Schichten und/oder in der gesamten Nut wenigstens 60 %, bevorzugt wenigstens 80 %, der Querschnittsfläche einer Nut ein. Bevorzugt weisen die Formleiter einen, gegebenenfalls auch abgerundeten, rechteckigen Querschnitt auf. Jeder Formleiter kann sich vollständig in axialer Richtung durch eine der Nuten erstrecken.
Der Statorkern kann durch eine Vielzahl von geschichtet miteinander fest verbundenen Einzelblechen ausgebildet sein. Insbesondere bildet der Statorkern ein Blechpaket aus. Die Nuten sind insbesondere als sich in Axialrichtung erstreckende Ausnehmungen des Statorkern ausgebildet. Bevorzugt erstreckt sich jede Nut parallel zu einer Mittelachse, entlang welcher sich ein vom Statorkern umgebener Aufnahmeraum für einen Rotor erstreckt. Im Statorkern kann ferner für jede Nut eine Nutöffnung ausgebildet sein, welche die Nut mit dem Aufnahmeraum verbindet.
Die erste Umfangsrichtung und die zweite Umfangsrichtung können auch als gegensinnige Orientierungen oder Umlaufsinne einer in Zylinderkoordinaten senkrecht zur Axialrichtung und Radialrichtung stehenden Richtung aufgefasst werden. Die erste Umfangsrichtung entspricht vorzugsweise von der ersten Stirnseite aus gesehen dem Uhrzeigersinn. Die erste Umfangsrichtung kann alternativ auch dem Gegenuhrzeigersinn entsprechen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich zwei der Pfade, insbesondere der erste Pfad und der dritte Pfad, entlang der ersten Umfangsrichtung von ihrem ersten Endformleiter zu ihrem zweiten Endformleiter erstrecken und zwei der Pfade, insbesondere der zweite Pfad und der vierte Pfad, entlang der zweiten Umfangsrichtung von ihrem ersten Endformleiter zu ihrem zweiten Endformleiter erstrecken. Dadurch kann auch hinsichtlich der Wicklungsrichtung der Statorwicklung eine gute Symmetrie erzielt werden.
Es ist bevorzugt, dass sich der erste Endformleiter und die ihm bezüglich der Reihenschaltung nachfolgenden Formleiter bis zum Wechsel der Teilwicklungszonen in derselben Teilwicklungszone befinden und dass sich die Formleiter ab dem Wechsel der Teilwicklungszonen bis zum zweiten Endformleiter in derselben Teilwicklungszone befinden. Dadurch kann die Verteilung der Formleiter eines jeweiligen Pfads auf die Teilwicklungszonen mit einem einzigen Wechsel der Teilwicklungszonen erzielt werden.
Vorzugsweise belegt jeder Pfad jede Wicklungszone des Strangs wenigstens einmal. Dadurch kann jeder Pfad einen vollständigen Umlauf um den Stator in Umfangsrichtung ausbilden.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass bei zwei der Pfade der erste Endformleiter und die ihm bezüglich der Reihenschaltung nachfolgenden Formleiter bis zum Wechsel der Teilwicklungszonen P Wicklungszonen belegen und die bezüglich der Reihenschaltung aufeinanderfolgenden Formleiter vom Wechsel der Teilwicklungszonen bis zum zweiten Endformleiter P Wicklungszonen belegen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass bei zwei der Pfade der erste Endformleiter und die ihm bezüglich der Reihenschaltung nachfolgenden Formleiter bis zum Wechsel der Teilwicklungszonen P+2 Wicklungszonen belegen und die bezüglich der Reihenschaltung aufeinanderfolgenden Formleiter vom Wechsel der Teilwicklungszonen bis zum zweiten Endformleiter P+2 Wicklungszonen belegen, sodass sich der erste Endformleiter und die ihm bezüglich der Reihenschaltung nachfolgenden Formleiter bis zum Wechsel der Teilwicklungszonen und die bezüglich der Reihenschaltung aufeinanderfolgenden Formleiter vom Wechsel der Teilwicklungszonen bis zum zweiten Endformleiter in vier Wicklungszonen überlappen.
Eine weitere Verbesserung der Symmetrieeigenschaften kann dadurch erzielt werden, dass sich die ersten Endformleiter von zwei der Pfade, insbesondere des ersten Pfads und des zweiten Pfads, in derselben Teilwicklungszone befinden, welche verschieden von der Teilwicklungszone ist, in welcher sich die ersten Endformleiter der anderen zwei der Pfade befinden.
Ein jeweiliger Strang kann ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen. Dann ist es bevorzugt, dass der erste Endformleiter des ersten Pfads das erste Ende des Strangs ausbildet und der zweite Endformleiter des vierten Pfads das zweite Ende des Strangs ausbildet.
Im Folgenden wird eine erste bevorzugte Ausgestaltung beschrieben, bei welcher jeweils zwei Pfade in Reihe schaltbar sind:
Bei der ersten bevorzugten Ausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, dass der erste Endformleiter des dritten Pfads das erste Ende des Strangs ausbildet und der zweite Endformleiter des zweiten Pfads das zweite Ende des Strangs ausbildet. Es ist ferner möglich, dass der zweite Endformleiter des ersten Pfads und der erste Endformleiter des zweiten Pfads, insbesondere mittels eines der Verbinder, elektrisch leitfähig verbunden sind, sodass der erste Pfad und der zweite Pfad in Reihe geschaltet sind. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der zweite Endformleiter des dritten Pfads und der erste Endformleiter des vierten Pfads, insbesondere mittels eines der Verbinder, elektrisch leitfähig verbunden sind, sodass der dritte Pfad und der vierte Pfad in Reihe geschaltet sind. Im Folgenden wird eine zweite bevorzugte Ausgestaltung beschrieben, bei welcher jeweils zwei Pfade in Reihe schaltbar sind:
Bei der zweiten bevorzugten Ausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, dass der erste Endformleiter des zweiten Pfads das erste Ende des Strangs ausbildet und der zweite Endformleiter des dritten Pfads das zweite Ende des Strangs ausbildet. Es ist ferner möglich, dass der zweite Endformleiter des ersten Pfads und der erste Endformleiter des dritten Pfads, insbesondere mittels eines der Verbinder, elektrisch leitfähig verbunden sind, sodass der erste Pfad und der dritte Pfad in Reihe geschaltet sind. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der zweite Endformleiter des zweiten Pfads und der erste Endformleiter des vierten Pfads, insbesondere mittels eines der Verbinder, elektrisch leitfähig verbunden sind, sodass der zweite Pfad und der vierte Pfad in Reihe geschaltet sind.
Gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung, bei welcher die vier Pfade parallelgeschaltet sind, ist vorgesehen, dass die ersten Endformleiter der Pfade das erste Ende des Strangs ausbilden und die zweiten Endformleiter der Pfade das zweite Ende des Strangs ausbilden.
In bevorzugter Weiterbildung weist der Stator ferner eine Anschlusseinrichtung mit Phasenanschlüssen, die jeweils das erste Ende eines der Stränge kontaktieren, und/oder mit einem Sternpunktverbinder, welcher die zweiten Enden der Stränge zu einem, zwei oder vier Sternpunkten verbindet, auf. D. h. die zweiten Enden aller Stränge werden zusammen zu einem Sternpunkt verbunden. Es entsteht ein Sternpunkt. Alternativ können aber auch jeweils zwei der zweiten Enden der Stränge mit jeweils zwei der zweiten Enden der beiden anderen Stränge zu einem Sternpunkt verbunden werden. Es werden also sechs zweite Enden jeweils zu einem Sternpunkt verbunden. Dadurch entstehen zwei Sternpunkte. Und als dritte Alternative kann auch nur jeweils eines der zweiten Enden jeweils eines Stranges mit jeweils einem der zweiten Enden der anderen beiden Stränge zu einem Sternpunkt verbunden werden. Es werden also drei zweite Enden jeweils zu einem Sternpunkt verbunden. Es entstehen somit vier Sternpunkte. An die ein Ende eines Strangs ausbildenden Endformleiter schließt sich bevorzugt an der ersten Stirnseite ein Anschlusselement an und an der zweiten Stirnseite ein Verbindungselement eines Verbinders zweiter Art an. Eine solche Anordnung kann auch als I-Pin bezeichnet werden. Das Anschlusselement erstreckt sich vorzugsweise weiter in Axialrichtung als die Verbinder erster Art. Die Anschlusselemente werden bevorzugt durch die Anschlusseinrichtung kontaktiert.
Allgemein ist es bevorzugt, dass jeder Pfad eine kombinierte Schleifen- und Wellenwicklung ausbildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Stator können zwei der Pfade, insbesondere der erste Pfad und der dritte Pfad, jeweils wenigstens zwei Gruppen erster Art, insbesondere in ihrer Reihenfolge bezüglich der Reihenschaltung benannte erste bis P- te Gruppen erster Art, von vier bezüglich der Reihenschaltung aufeinanderfolgenden Formleitern, die in ihrer Reihenfolge bezüglich der Reihenschaltung benannt sind, umfassen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass ein erster Formleiter einer jeweiligen der Gruppen erster Art in der ersten Schicht einer der Wicklungszonen, ein zweiter Formleiter einer jeweiligen der Gruppen erster Art in der zweiten Schicht einer zur Wicklungszone, in welcher der erste Formleiter angeordnet ist, entlang einer der Umfangsrichtungen benachbarten Wicklungszone angeordnet ist, ein dritter Formleiter einer jeweiligen der Gruppen erster Art in der vierten Schicht der Wicklungszone, in welcher der erste Formleiter angeordnet ist, und ein vierter Formleiter einer jeweiligen der Gruppen erster Art in der dritten Schicht der Wicklungszone, in welcher der zweite Formleiter angeordnet ist, angeordnet sind. Die eine Umfangsrichtung ist vorzugsweise die erste Umfangsrichtung. Eine jeweilige Gruppe erster Art kann so insbesondere einen Schleifenanteil der kombinierten Schleifen- und Wellenwicklung ausbilden. Vorzugsweise ist der erste Formleiter solcher Gruppen erster Art, die einer anderen Gruppe erster Art bezüglich der Reihenschaltung nachfolgen, in einer der Wicklungszonen angeordnet ist, welche entlang der einen Umfangsrichtung der Wicklungszone, in welcher der vierte Formleiter der anderen Gruppe erster Art angeordnet ist, nachfolgt. So kann insbesondere ein entlang der Umfangsrichtung fortschreitender Wellenanteil der kombinierten Schleifen- und Wellenwicklung ausgebildet werden.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zwei der Gruppen erster Art, insbesondere die (P/2)-te Gruppe erster Art und die [(P/2)+1 -te] Gruppe erster Art, durch einen der Verbinder elektrisch leitfähig verbunden sind und durch den Verbinder der Wechsel der Teilwicklungszonen erfolgt.
Ferner können der erste Endformleiter eines jeweiligen der zwei Pfade der erste Formleiter einer der Gruppen erster Art, insbesondere der ersten Gruppen erster Art, sein und der zweite Endformleiter eines jeweiligen der zwei Pfade der vierte Formleiter einer anderen der Gruppen erster Art, insbesondere der P-ten Gruppe erster Art, sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Stator können zwei der Pfade, insbesondere der zweite Pfad und der vierte Pfad, jeweils wenigstens zwei Gruppen zweiter Art, insbesondere in ihrer Reihenfolge bezüglich der Reihenschaltung benannte erste bis P-te Gruppen zweiter Art, von vier bezüglich der Reihenschaltung aufeinanderfolgenden Formleitern, die in ihrer Reihenfolge bezüglich der Reihenschaltung benannt sind, umfassen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass ein erster Formleiter einer jeweiligen der Gruppen zweiter Art in der zweiten Schicht einer der Wicklungszonen, ein zweiter Formleiter einer jeweiligen der Gruppen zweiter Art in der ersten Schicht einer zur Wicklungszone, in welcher der erste Formleiter angeordnet ist, entlang einer der Umfangsrichtungen benachbarten Wicklungszone, ein dritter Formleiter einer jeweiligen der Gruppen zweiter Art in der dritten Schicht einer zur Wicklungszone, in welcher der zweite Formleiter angeordnet ist, entlang der einen Umfangsrichtung benachbarten Wicklungszone und ein vierter Formleiter einer jeweiligen der Gruppen zweiter Art in der vierten Schicht einer zur Wicklungszone, in welcher der dritte Formleiter angeordnet ist, entlang der einen Umfangsrichtung benachbarten Wicklungszone angeordnet sind. Die eine Umfangsrichtung ist bevorzugt die zweite Umfangsrichtung. Die Gruppen zweiter Art bilden so insbesondere teilweise einen entlang der Umfangsrichtung fortschreitenden Wellenanteil der kombinierten Schleifen- und Wellenwicklung aus.
Vorzugsweise ist der erste Formleiter einer Gruppe zweiter Art, die bezüglich der Reihenschaltung einer anderen Gruppe zweiter Art nachfolgt, in der Wicklungszone angeordnet, in welcher der dritte Formleiter der anderen Gruppe zweiter Art angeordnet. So kann insbesondere ein Schleifenanteil der kombinierten Schleifen- und Wellenwicklung ausgebildet werden.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zwei der Gruppen zweiter Art, insbesondere die (P/2)-te Gruppe zweiter Art und die [(P/2)+1 -te] Gruppe zweiter Art, durch einen der Verbinder elektrisch leitfähig verbunden sind und durch den Verbinder der Wechsel der Teilwicklungszonen erfolgt.
Ferner können der erste Endformleiter eines jeweiligen der zwei Pfade der erste Formleiter einer der Gruppen zweiter Art, insbesondere der ersten Gruppe zweiter Art, sein und der zweite Endformleiter eines jeweiligen der zwei Pfade der vierte Formleiter einer anderen der Gruppen zweiter Art, insbesondere der P-ten Gruppe zweiter Art, sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Stator kann außerdem vorgesehen sein, dass die Verbinder abwechselnd als Verbinder erster Art, die an der ersten Stirnseite des Statorkerns angeordnet sind, und als Verbinder zweiter Art, die an der zweiten Stirnseite des Statorkerns angeordnet sind, ausgebildet sind. Bevorzugt sind dabei die ersten und zweiten Endformleiter eines jeweiligen Pfads durch Verbinder zwei- ter Art mit dem ihm bezüglich der Reihenschaltung benachbarten Formleiter verbunden. Insbesondere können so die Endformleiter an der ersten Stirnseite, an der sich auch die Verbinder erster Art befinden, kontaktiert bzw. angeschlossen werden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass die Verbinder erster Art einstückig mit den durch sie verbundenen Formleitern ausgebildet sind und sich an der ersten Stirnseite von dem Statorkern weg erstrecken. Der Verbinder erster Art und die durch ihn verbundenen Formleiter sind vorzugsweise aus einem elektrischen leitfähigen Stab geformt, wobei der Verbinder erster Art insbesondere durch Biegen des Stabs ausgebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Verbinder zweiter Art zwei Verbindungselemente umfassen, die sich an der zweiten Stirnseite an die durch den Verbinder zweiter Art verbundenen Formleiter von dem Statorkern weg erstreckend anschließen und, insbesondere stoffschlüssig, miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Formleiter und die an sie anschließenden Verbindungselemente können aus dem bzw. einem elektrisch leitfähigen Stab geformt sein. Die Verbindungselemente können durch Biegen des Stabs ausgebildet sein. Insbesondere erfolgt das Biegen des Stabs nach dem Einsetzen in den Statorkern.
Ein jeweiliger erster Verbinder, die durch ihn verbundenen Formleiter und die sich an die Formleiter anschließenden Verbindungselemente zweier zweiter Verbinder können folglich ein einstückiges Leitersegment ausbilden, welches auch als Haarnadelleiter (engl. hair pin conductor) oder U-Pin bezeichnet werden kann.
Es wird ferner bevorzugt, dass die Verbinder erster Art verschränkt angeordnet sind. Durch eine solche, auch als U-und-U-Verschränkung (engl. U-and-U-imbrica- tion) bezeichnete Anordnung kann der Bauraum an den Stirnseiten effizient ausgenutzt und ein geringer Wicklungsüberhang, also eine reduzierte axiale Erstreckung der Verbinder über die Stirnseite hinaus, realisiert werden. Es ist ferner von Vorteil, wenn von den, den Wechsel zwischen den Teilwicklungszonen ausbildenden Verbindern erster Art, jeweils zweier Pfade einer der Verbinder erster Art axial innerhalb des anderen Verbinders erster Art angeordnet ist. Insbesondere ist derjenige Verbinder erster Art axial innen angeordnet, der einen geringen Versatz über mehrere Nuten realisiert. Durch eine solche - auch U-inner- halb-U (engl. U-inside-U) genannte - Topologie kann ein geringer Wicklungsüberhang realisiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Stator kann vorgesehen sein, dass alle Verbinder, die in derselben Teilwicklungszone befindliche Formleiter verbinden, einen Versatz um N-q Nuten realisieren.
Vorzugsweise realisiert derjenige Verbinder, durch welchen der Wechsel zwischen den Teilwicklungszonen erfolgt, einen Versatz um N-q+1 oder N-q-1 Nuten. Bevorzugt realisieren die Verbinder, durch welche der Wechsel zwischen den Teilwicklungszonen erfolgt, des ersten Pfads und des zweiten Pfads einen Versatz um N-q-1 Nuten und die Verbinder, durch welche der Wechsel zwischen den Teilwicklungszonen erfolgt, des dritten Pfads und des vierten Pfads einen Versatz um N-q+1 Nuten.
Die Verbinder, welcher zwei der Pfade in Reihe schalten, können einen Versatz um N-q+1 oder N-q-1 Nuten realisieren. Bevorzugt realisiert der Verbinder, welcher den ersten Pfad und den zweiten Pfad in Reihe schaltet, einen Versatz um N-q+1 Nuten und/oder der Verbinder, welcher den dritten Pfad und den vierten Pfad in Reihe schaltet, einen Versatz um N-q-1 Nuten.
Alternativ können die Verbinder, welche zwei der Pfade in Reihe schalten, einen Versatz um N-q Nuten realisieren. Bevorzugt realisieren der Verbinder, welcher den ersten Pfad und den dritten Pfad in Reihe schaltet, und/oder der Verbinder, welcher den zweiten Pfad und den vierten Pfad in Reihe schaltet, einen Versatz um N-q Nuten. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs, umfassend einen Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen innerhalb des Stators drehbar gelagerten Rotor. Die elektrische Maschine ist bevorzugt ein Elektromotor. Die elektrische Maschine kann z.B. eine permanenterregte Synchronmaschine bzw. ein permanenterregter Synchronmotor oder eine Asynchronmaschine/Induktionsma- schine bzw. ein Asynchronmotor sein.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Stators;
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Statorwicklung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stators;
Fig. 3 ein Wicklungsschema gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine Detaildarstellung der Gruppen von Formleitern gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine Prinzipskizze mehrerer Leitersegmente gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 ein Blockschaltbild der Statorwicklung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stators;
Fig. 7 ein Wicklungsschema gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; Fig. 8 ein Blockschaltbild der Statorwicklung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stators;
Fig. 9 ein Wicklungsschema gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 10 eine Prinzipskizze eines Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
Fig. 1 ist eine Prinzipskizze eines Stators 1 .
Der Stator 1 weist einen Statorkern 2 auf, der eine Vielzahl von im Wesentlichen axialen Nuten 3 aufweist, die entlang einer ersten Umfangsrichtung 27a bzw. einer dazu gegensinnigen zweiten Umfangsrichtung 27b im Statorkern 3 angeordnet sind. Daneben weist der Stator 1 eine Vielzahl von Formleitern 4 auf, die geschichtet in den Nuten 3 angeordnet sind. Die Formleiter 4 erstrecken sich vollständig in axialer Richtung, also parallel zu einer einen Aufnahmeraum 5 für einen Rotor durchsetzenden Mittelachse 6, durch die Nuten 3. Ebenso erstrecken sich die Nuten 3 parallel zur Mittelachse 6. Die Nuten 3 sind als Ausnehmungen im Statorkern 2 ausgebildet und durch Nutöffnungen im Statorkern 2 mit dem Aufnahmeraum 5 verbunden.
An einer ersten Stirnseite 7 des Stators 1 sind die Formleiter 4 paarweise durch Verbinder erster Art 8 verbunden. Die Verbinder erster Art 8 sind dabei einstückig mit dem Paar Formleiter 4 ausgebildet und realisieren eine Biegung um 180°. An einer zweiten Stirnseite 9 des Stators 1 ist das Paar Formleiter 4 durch Verbinder zweiter Art 10 mit einem anderen Paar Formleiter 4 verbunden. Ein jeweiliger Verbinder zweiter Art 10 umfasst zwei sich einstückig an die verbundenen Formleiter 4 anschließende, gebogene Verbindungselemente 1 1 a, 11 b, die mit Verbindungselementen 1 1 a, 1 1 b anderer Verbinder zweiter Art 10 verbunden sind. Die Verbindung ist hier stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, ausgebildet. Die Formleiter 4 und die Verbinder 8, 10 bilden eine Statorwicklung des Stators 1 aus. In Fig. 1 ist ferner eine Anschlusseinrichtung 12 gezeigt, welche Phasenanschlüsse 13 und einen oder mehrere Sternpunktverbinder 14 aufweist.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Statorwicklung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines Stators 1 , auf den sich die Ausführungen zum in Fig. 1 gezeigten Stator 1 übertragen lassen.
Der Stator 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist in der gezeigten exemplarischen Konfiguration N = 3 Stränge U, V, W und P = 4 Polpaare sowie eine Lochzahl q = 2 auf. Für jeden Strang U, V, W bilden die Formleiter 4 einen ersten Pfad 15a, einen zweiten Pfad 15b, einen dritten Pfad 15c und einen vierten Pfad 15d aus. Jeweils zwei Pfade 15a-d eines jeweiligen Strangs U, V, W sind durch einen Verbinder erster Art 8 in Reihe geschaltet. Die Phasenanschlüsse 13 kontaktieren ein erstes Ende 16a eines jeweiligen Strangs U, V, W. Der Sternpunktverbinder 14 kontaktiert die zweiten Enden 16b der Stränge U, V, W. Die Formleiter 4 eines jeweiligen Pfads 15a-d sind in Reihe geschaltet.
Für jeden der Stränge U, V, W bilden die Formleiter 4 des ersten Pfads 15a und dies dritten Pfads 15c erste bis vierte (P-te) Gruppen erster Art 18a-d von in Reihe geschalteten Formleitern 4 und die Formleiter 4 des zweiten Pfads 15b und des vierten Pfads 15d erste bis vierte (P-te) Gruppen zweiter Art 19a-d aus. Dabei sind die Gruppen erster und zweiter Art 18a-d, 19a-d in ihrer jeweiligen Reihenfolge bezüglich der Reihenschaltung, hier vom Phasenanschluss 13 zum Sternpunkt 14 gezählt, benannt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der erste Pfad 15a und der zweite Pfad 15b in Reihe geschaltet. Ferner sind der dritte Pfad 15c und der vierte Pfad 15d in Reihe geschaltet.
Fig. 3 ist ein Wicklungsschema der Statorwicklung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Stator 1 weist eine Lochzahl q = 2 auf. Daraus ergibt sich vorliegend eine Gesamtzahl von 2 P N q = 48 Nuten 3. Die Lochzahl q beschreibt also das Verhältnis der Anzahl der Nuten 3 zum Produkt aus der Anzahl der Pole 2 P und der Anzahl der Stränge N.
Die Formleiter 4 sind dabei in einer ersten Schicht 26a, einer zweiten Schicht 26b, einer dritten Schicht 26c und einer vierten Schicht 26d angeordnet, wobei die Schichten 26a-d entsprechend ihrer Reihenfolge von radial außen nach radial innen benannt sind. Die erste Schicht 26a ist die radial äußerste und die vierte Schicht 26d die radial innerste Schicht der vier Schichten 26a-d. In jeder Schicht 26a-d einer jeweiligen Nut 3 ist genau ein Formleiter 4 angeordnet. Anders gesagt bildet jede Schicht 26a-d einer jeweiligen Nut 3 einen Aufnahmeplatz für genau einen Formleiter 4 aus. Daraus ergibt sich eine Anzahl von insgesamt 2 P N q L = 192 Aufnahmeplätzen bzw. Formleitern 4 des Stators 1 , wobei L die Anzahl der Schichten 26a-d beschreibt.
Fig. 3 zeigt durch zwei oberhalb der oberen Tabelle angeordnete Pfeile die erste Umfangsrichtung 27a, die von der ersten Stirnseite 7 des Stators 1 aus gesehen dem Uhrzeigersinn entspricht, und die zweite Umfangsrichtung 27b, die von der ersten Stirnseite 7 des Stators 1 aus betrachtet dem Gegenuhrzeigersinn entspricht (siehe auch Fig. 1 ). Ferner zeigt Fig. 3 unterhalb der oberen Tabelle eine Nutnummerierung von 1 bis 48. Die obere Tabelle in Fig. 3 zeigt, zu welchem Strang U, V, W ein in einem jeweiligen Aufnahmeplatz angeordneter Formleiter 4 gehört, wobei durch den Zusatz „+“ bzw. eine Polarität eines elektrischen Stroms durch den entsprechenden Formleiter 4 bezeichnet ist.
Jeder Pfad 15a-d weist einen ersten Endformleiter 28a-d und einen zweiten Endformleiter 29a-d auf, welche die bezüglich der Reihenschaltung äußeren Formleiter 4 des Pfads 15a-d sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden die ersten Endformleiter 28a, 28c des ersten Pfads 15a und des dritten Pfads 15c das erste Ende 16a eines jeweiligen Stangs U, V, W aus. Die zweiten Endformleiter 29b, 29d des zweiten Pfads 15b und des vierten Pfads 15d bilden das zweite Ende 16b eines jeweiligen Strangs U, V, W aus.
In der oberen Tabelle sind ferner Aufnahmeplätze für die das erste Ende 16a eines jeweiligen Strangs U, V, W ausbildenden ersten Endformleiter 28a, 28c mit einem „X“ gekennzeichnet. Die ersten Endformleiter 28a, 28c sind an den Phasenanschluss 13 angeschlossen. Außerdem sind Aufnahmeplätze für die das zweite Ende 16b eines jeweiligen Strangs U, V, W ausbildenden zweiten Endformleiter 29b, 29d mit einem „Y“ gekennzeichnet. Die zweiten Endformleiter 29b, 29d sind mit dem Sternpunktverbinder 14 verbunden.
Ersichtlich sind die Formleiter je Strang U, V, W in 2 P = 8 Wicklungszonen 30 angeordnet, die jeweils genau q L = 8 Aufnahmeplätze umfassen. Jede Wicklungszone 30 ist in q = 2 Teilwicklungszonen 31 a, 31 b untergliedert. In jeder Wicklungszone 30 folgt die erste Teilwicklungszone 31 a entlang der ersten Umfangsrichtung 27a der zweiten Teilwicklungszone 31 b. Jede Teilwicklungszone 31 a, 31 b erstreckt sich über alle vier Schichten 26a-d. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt jede Teilwicklungszone 31 a, 31 b exemplarisch in genau einer Nut 3.
Zwischen den Aufnahmeplätzen der Formleiter 4 sind die Verbinder erster Art 8 mit gestrichelten Pfeilen und die Verbinder zweiter Art 10 mit durchgezogenen Pfeilen gekennzeichnet. Die Formleiter eines jeweiligen Pfads 15a-d bilden eine kombinierte Schleifen- und Wellenwicklung aus. Die Darstellung der Formleiter 4 und der Verbinder 8, 10 für den Strang U ist dabei repräsentativ für die übrigen Stränge V, W, bei denen die Anordnung der Formleiter 4 und Verbinder 8, 10 bis auf eine Verschiebung um q = 2 Nuten 3 jener des Strangs U entspricht.
Im Folgenden wird der Aufbau der Statorwicklung anhand des Strangs U erläutert:
Die Endformleiter 28a-d, 29a-d jedes Pfads 15a-d sind in unterschiedlichen Teilwicklungszonen 31 a, 31 b angeordnet, sodass der Pfad 15a-d einen Wechsel 20 der Teilwicklungszonen aufweist. Die ersten Endformleiter 28a, 28b der ersten und zweiten Pfade 15a, 15b sind in der ersten Teilwicklungszone 31 a angeordnet. Die ersten Endformleiter 28c, 28d der dritten und vierten Pfade 15c, 15d sind in der zweiten Teilwicklungszone 31 b angeordnet. Dementsprechend sind die zweiten Endformleiter 29a, 29b der ersten und zweiten Pfade 15a, 15b in der zweiten Teilwicklungszone 31 b und die zweiten Endformleiter 29c, 29d der dritten und vierten Pfade 15c, 15d in der ersten Teilwicklungszone 31 a, 31 b angeordnet.
Im Detail sind die Formleiter 4 der ersten und zweiten [(P/2)-ten] Gruppen erster Art 18a, 18b des ersten Pfads 15a einerseits und des dritten Pfads 15c andererseits sind in unterschiedlichen Teilwicklungszonen 31 a, 31 b angeordnet. Die Formleiter 4 der dritten [( P/2+1 )-ten] und vierten (P-ten) Gruppe erster Art 18c, 18d des ersten Pfads 15a einerseits und des dritten Pfads 15c andererseits sind ebenfalls in unterschiedlichen Teilwicklungszonen 31 a, 31 b angeordnet. Ferner sind die Formleiter 4 der ersten und zweiten [(P/2)-ten] Gruppen zweiter Art 19a, 19b des zweiten Pfads 15b einerseits und des vierten Pfads 15d andererseits in unterschiedlichen Teilwicklungszonen 31 a, 31 b angeordnet. Die Formleiter 4 der dritten [(P/2+1 )-ten] und vierten (P-ten) Gruppe zweiter Art 19c, 19d des zweiten Pfads 15b einerseits und des vierten Pfads 15d andererseits sind ebenfalls in unterschiedlichen Teilwicklungszonen 31 a, 31 b angeordnet. Dabei umfassen die ersten Gruppen erster und zweiter Art 18a, 19a jeweils den ersten Endformleiter 28a- d und die vierten (P-ten) Gruppen ersten und zweiter Art 18d, 19d jeweils den zweiten Endformleiter 29a-d.
Zwischen der zweiten [(P/2)-ten] und der dritten [(P/2+1 )-ten] Gruppe erster Art 18b, 18c der ersten und dritten Pfade 15a, 15c sowie zwischen der zweiten [(P/2)- ten] und der dritten [(P/2+1 )-ten] Gruppe zweiter Art 19b, 19c der zweiten und vierten Pfade 15b, 15d erfolgt jeweils der Wechsel 20 der Teilwicklungszonen 31 a, 31 b. Dazu sind gesondert mit 32a-d bezeichnete Verbinder, die hier als Verbinder erster Art 8 ausgebildet sind, vorgesehen. Der Verbinder 32a schaltet die zweite [(P/2)-te] und die dritte [(P/2)+1 -te] Gruppe erster Art 18b, 18c des ersten Pfads 15a in Reihe. Der Verbinder 32b schaltet die zweite [(P/2)-te] und die dritte [( P/2)+1 -te] Gruppe erster Art 18b, 18c des dritten Pfads 15c in Reihe. Der Verbinder 32c schaltet die zweite [(P/2)-te] und die dritte [(P/2)+1 -te] Gruppe zweiter Art 19b, 19c des zweiten Pfads 15c in Reihe. Der Verbinder 32d schaltet die zweite [(P/2)-te] und die dritte [(P/2)+1 -te] Gruppe zweiter Art 19b, 19c des vierten Pfads 15d in Reihe.
Der Verbinder 32a, welcher die zweite [(P/2)-te] und die dritte [(P/2)+1 -te] Gruppe erster Art 18b, 18c des ersten Pfads 15a in Reihe schaltet, und der Verbinder 32c, welcher die zweite [(P/2)-te] und die dritte [(P/2)+1 -te] Gruppe zweiter Art 19b, 19c des zweiten Pfads 15b in Reihe schaltet, realisieren jeweils einen Versatz um q-N- 1 = 5 Nuten 3. Der Verbinder 32b, welcher die zweite [(P/2)-te] und die dritte [( P/2)+1 -te] Gruppe erster Art 18b, 18c des dritten Pfads 15c in Reihe schaltet, und der Verbinder 32d, welcher die zweite [(P/2)-te] und die dritte [(P/2)+1 -te] Gruppe zweiter Art 19b, 19c des vierten Pfads 15d in Reihe schaltet, realisiert jeweils einen Versatz um q-N+1 = 7 Nuten 3. Die übrigen Verbinder, welche Gruppen erster Art 18a-d der ersten und dritten Pfade 15a, 15c und Gruppen zweiter Art 19a-d der zweiten und vierten Pfade 15b, 15d in Reihe schalten, realisieren jeweils einen Versatz um q-N = 6 Nuten 3.
Jeder Pfad 15-d vollzieht im Wesentlichen einen vollen Umlauf um den Statorkern 2. Die ersten und dritten Pfade 15a, 15c belegen dabei jeweils 2- P = 8 unmittelbar aufeinanderfolgende Wicklungszonen. Vom ersten Endformleiter 28a, 28c bis zum Wechsel 20 der Teilwicklungszonen 31 a, 31 b belegen die ersten und dritten Pfade 15a, 15c jeweils P = 4 unmittelbar aufeinanderfolgende Wicklungszonen 30. Vom Wechsel 20 der Teilwicklungszonen 31 a, 31 b bis zum zweiten Endformleiter 29a, 29 belegen die ersten und dritten Pfade 15a, 15b ebenfalls jeweils P = 4 unmittelbar aufeinanderfolgende Wicklungszonen 30. Die zweiten und vierten Pfade 15b, 15d belegen (2-P)+2 = 10 unmittelbar aufeinanderfolgende Wicklungszonen, da sich ein jeweiliger Pfad 15b, 15d in zwei Wicklungszonen 30 überlappt. Vom ersten Endformleiter 28b, 28d bis zum Wechsel 20 der Teilwicklungszonen 31 a, 31 b belegen die zweiten und vierten Pfade 15b, 15d jeweils P+2 = 6 unmittelbar aufeinanderfolgende Wicklungszonen 30. Vom Wechsel 20 der Teilwicklungszonen 31 a, 31 b bis zum zweiten Endformleiter 29b, 2d belegen die zweiten und vierten Pfade 15b, 15d ebenfalls jeweils P+2 = 6 unmittelbar aufeinanderfolgende Wicklungszonen 30, da sich die Gruppen zweiter Art 19a-d am Wechsel 20 der Teilwicklungszonen 31 a, 31 b und bei den Endformleitern 28b, 29b, 28d, 29d überlappen.
Aus Fig. 3 ist ferner ersichtlich, dass sich die ersten und dritten Pfade 15a, 15c entlang der ersten Umfangsrichtung 27a um den Statorkern 2 erstrecken, während sich die zweiten und vierten Pfade 15b, 15d entlang der zweiten Umfangsrichtung 27b um den Statorkern 2 erstrecken.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der zweite Endformleiter 29a des ersten Pfads 15a und der erste Endformleiter 28b des zweiten Pfads 15b in Reihe geschaltet. Dementsprechend sind die vierte (P-te) Gruppe erster Art 18d des ersten Pfads 15a und die erste Gruppe zweiter Art 19a des zweiten Pfads 15b in Reihe geschaltet. Ferner sind der zweite Endformleiter 29c des dritten Pfads 15c und der erste Endformleiter 28d des vierten Pfads 15d in Reihe geschaltet. Dementsprechend sind die vierte (P-te) Gruppe erster Art 18d des dritten Pfads 15c und die erste Gruppe zweiter Art 19a des vierten Pfads 15d in Reihe geschaltet. Dazu sind gesondert mit 33a-d bezeichnete Verbinder, die hier als Verbinder erster Art 8 ausgebildet sind, vorgesehen. Dabei schaltet der Verbinder 33a den zweiten Endformleiter 29c des dritten Pfads 15c und den ersten Endformleiter 28d des vierten Pfads 15d in Reihe. Der Verbinder 33b schaltet den zweiten Endformleiter 29a des ersten Pfads 15a und den ersten Endformleiter 28b des zweiten Pfads 15b in Reihe.
Der Verbinder 33a, welcher den zweiten Endformleiter 29c des dritten Pfads 15c und den ersten Endformleiter 28d des vierten Pfads 15d in Reihe schaltet, realisiert einen Versatz um q-N-1 = 5 Nuten 3. Der Verbinder 33b, der den zweiten Endformleiter 29a des ersten Pfads 15a und den ersten Endformleiter 28b des zweiten Pfads 15b in Reihe schaltet, realisiert einen Versatz um q-N+1 = 7 Nuten 3. Fig. 4 ist eine Detaildarstellung die Gruppen 18a-d, 19a-d von Formleitern 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Gruppen erster Art 18a-d umfassen vier bezüglich der Reihenschaltung aufeinanderfolgende Formleiter 4, die gesondert mit 34a-d bezeichnet sind. Ferner sind in Fig. 4 drei benachbarte der Wicklungszonen 30 gesondert mit 30a-c bezeichnet. Bei den Gruppen erster Art 18a-d ist ein erster Formleiter 34a in der ersten Schicht 26a einer der Wicklungszonen 30a angeordnet. Ein zweiter Formleiter 34b ist in der zweiten Schicht 26b einer zur Wicklungszone 30a, in welcher der erste Formleiter 34a angeordnet ist, entlang der ersten Umfangsrichtung 27a benachbarten Wicklungszone 30b angeordnet. Ein dritter Formleiter 34c ist in der vierten Schicht 26d der Wicklungszone 30a, in welcher der erste Formleiter 34a angeordnet ist, angeordnet. Ein vierter Formleiter 34d ist in der dritten Schicht 26c der Wicklungszone 30b, in welcher der zweite Formleiter 34b angeordnet ist, angeordnet. Der erste Formleiter 34a solcher Gruppen erster Art 18b-d, die bezüglich der Reihenschaltung unmittelbar einem vierten Formleiter 34d einer anderen der Gruppen erster Art 18a-c nachfolgen, ist in derjenigen Wicklungszone 30c angeordnet, die der Wicklungszone 30b, in welcher der vierte Formleiter 34d angeordnet ist, entlang der ersten Umfangsrichtung 27a nachfolgt.
Die Gruppen zweiter Art 19a-d umfassen vier bezüglich der Reihenschaltung aufeinanderfolgende Formleiter 4, die gesondert mit 35a-d bezeichnet sind. Ferner sind in Fig. 4 vier benachbarte Wicklungszonen 30 gesondert mit 30d-g bezeichnet. Bei den Gruppen zweiter Art 19a-d ist ein erster Formleiter 35a in der zweiten Schicht 26b einer der Wicklungszonen 30d angeordnet. Ein zweiter Formleiter 35b ist in der ersten Schicht 26a einer zur Wicklungszone 30d, in welcher der erste Formleiter 35a angeordnet ist, entlang der zweiten Umfangsrichtung 27b benachbarten Wicklungszone 30e angeordnet. Ein dritter Formleiter 35c ist in der dritten Schicht 26c einer zur Wicklungszone 30e, in welcher der zweite Formleiter 35b angeordnet ist, entlang der zweiten Umfangsrichtung 27b benachbarten Wicklungszone 30f angeordnet. Ein vierter Formleiter 35d ist in der vierten Schicht 26d einer zur Wicklungszone 30f, in welcher der dritte Formleiter 35c angeordnet ist, entlang der zweiten Umfangsrichtung 27b benachbarten Wicklungszone 30g angeordnet. Der erste Formleiter 35a solcher Gruppen zweiter Art 19b-d, die bezüglich der Reihenschaltung unmittelbar einem vierten Formleiter 35d einer anderen der Gruppen zweiter Art 19a-c nachfolgen, ist in derjenigen Wicklungszone 30f angeordnet, in welcher der dritte Formleiter 35c der anderen der Gruppen zweiter Art 19a-c angeordnet ist, angeordnet.
Fig. 5 ist eine Prinzipskizze mehrerer Leitersegmente 38a-i gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Leitersegmente 38a-h sind jeweils aus zwei Formleitern 4, einem Verbinder erster Art 8, 32a-d, 33a, 33b, der sich an die zwei Formleiter 4 an der ersten Stirnseite 7 anschließt und diese verbindet, und zwei Verbindungselementen 1 1 a, 1 1 b, die sich an der zweiten Stirnseite 9 an einen jeweiligen der zwei Formleiter 4 anschließen, ausgebildet. Die Leitersegmente 38a-h sind hier exemplarisch einstückig ausgebildet, können aber alternativ auch durch Zusammenfügen getrennter Komponenten ausgebildet sein. Jeweils zwei Verbindungselemente 1 1 a, 1 1 b unterschiedlicher Leitersegmente 38a-i bilden einen Verbinder zweiter Art 10 aus.
Bei dem Leitersegment 38a weisen die Verbindungselemente 1 1 a, 1 1 b zueinander in entgegensetzte Umfangsrichtungen 27a, 27b. Die verbundenen zweiten und dritten Formleiter 34a, 34b einer jeweiligen Gruppe erster Art 18a-d und die die verbundenen vierten und ersten Formleiter 35d, 35a unterschiedlicher Gruppen zweiter Art 19a-d sind durch Leitersegmente 38a ausgebildet.
Bei dem Leitersegment 38b weisen die Verbindungelemente 1 1 a, 11 b voneinander weg in entgegengesetzte Umfangsrichtungen 27a, 27b. Die verbundenen vierten und ersten Formleiter 34d, 34a unterschiedlicher Gruppen erster Art 18a-d und die verbundenen zweiten und dritten Formleiter 35b, 35c einer jeweiligen Gruppe zweiter Art 19a-d sind durch Leitersegmente 38b ausgebildet. Bei einem jeweiligen Leitersegment 38c, 38d sind die Verbindungselemente 1 1 a, 11 b in entgegengesetzte Umfangsrichtungen 27a, 27b voneinander wegweisend orientiert. Der Verbinder erster Art 32a des Leitersegments 38c ist dabei axial innerhalb des Verbinders erster Art 32b des Leitersegments 38d angeordnet. Folglich ist der Verbinder erster Art 32a axial kürzer als der Verbinder erster Art 32b ausgebildet. Durch die Leitersegmente 38c, 38d wird der Wechsel 20 der Teilwicklungszonen 31 a, 31 b in den ersten und dritten Pfaden 15a, 15c ausgebildet.
Bei einem jeweiligen Leitersegment 38e, 38f sind die Verbindungselemente 1 1 a, 1 1 b in entgegengesetzte Umfangsrichtungen 27a, 27b orientiert. Der Verbinder erster Art 32c des Leitersegments 38e ist dabei axial innerhalb des Verbinders erster Art 32d des Leitersegments 38f angeordnet. Folglich ist der Verbinder erster Art 32c axial kürzer als der Verbinder erster Art 32d ausgebildet. Durch die Leitersegmente 38e, 38f wird der Wechsel 20 der Teilwicklungszonen 31 a, 31 b in den zweiten und vierten Pfaden 15b, 15d ausgebildet.
Bei einem jeweiligen Leitersegment 38g, 38h sind die Verbindungselemente 1 1 a, 1 1 b in die zweite Umfangsrichtung 27b orientiert. Der Verbinder erster Art 33a des Leitersegments 38g ist dabei axial innerhalb des Verbinders erster Art 33b des Leitersegments 38h angeordnet. Folglich ist der Verbinder erster Art 33h axial kürzer als der Verbinder erster Art 33h ausgebildet. Durch das Leitersegment 38g werden der dritte Pfad 15c und der vierte Pfad 15d in Reihe geschaltet. Durch das Leitersegment 38h werden der erste Pfad 15a und der zweite Pfad 15b in Reihe geschaltet.
Das Leitersegment 38i umfasst einen Formleiter 4, ein sich an den Formleiter 4 an der zweiten Stirnseite 9 anschließendes Verbindungselement 1 1 a und ein Anschlusselement 39 zum Kontaktieren mit der Anschlusseinrichtung 12 (siehe Fig. 1 ). Die Endformleiter 28a, 28c, 29b, 29d, die nicht mit einem anderen der Pfade 15a-d verbunden sind, sind durch Leitersegmente 38i ausgebildet. In Fig. 5 sind die Leitersegmente 38a-g schematisch, insbesondere ohne genaue Darstellung der Anzahl der Nuten 3, um welche die Verbinder erster Art 8, 32a-d, 33a, 33b bzw. die Verbindungselemente 1 1 a, 1 1 b einen Versatz realisieren, gezeigt. Die Leitersegmente 38a-h können auch als U-Pins bzw. Haarnadelleiter und die Leitersegmente 38i als I-Pins aufgefasst werden. Die gesamte Statorwicklung wird dann auch als Haarnadelwicklung (engl. hair pin winding) bezeichnet.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer Statorwicklung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Stators 1 . Soweit im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben wird, lassen sich alle Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel auf das zweite Ausführungsbeispiel übertragen. Dabei sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der erste Pfad 15a und der dritte Pfad 15c in Reihe geschaltet. Ferner sind der zweite Pfad 15b und der vierte Pfad 15d in Reihe geschaltet.
Fig. 7 ist ein Wicklungsschema gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel sind der zweite Endformleiter 29a des ersten Pfads 15a und der erste Endformleiter 28c des dritten Pfads 15b in Reihe geschaltet. Dementsprechend sind die vierte (P-te) Gruppe erster Art 18d des ersten Pfads 15a und die erste Gruppe erster Art 18a des dritten Pfads 15c in Reihe geschaltet. Ferner sind der zweite Endformleiter 29b des zweiten Pfads 15b und der erste Endformleiter 28d des vierten Pfads 15d in Reihe geschaltet. Dementsprechend sind die vierte (P-te) Gruppe zweiter Art 19d des zweiten Pfads 15b und die erste Gruppe zweiter Art 19a des vierten Pfads 15d in Reihe geschaltet.
Dabei schaltet ein durch ein Leitersegment 38b (siehe Fig. 5) ausgebildeter Verbinder erster Art 8 den zweiten Endformleiter 29a des ersten Pfads 15a und den ersten Endformleiter 28c des dritten Pfads 15c in Reihe. Ferner schaltet ein durch ein Leitersegment 38a (siehe Fig. 5) ausgebildeter Verbinder erster Art 8 den zweiten Endformleiter 29b des zweiten Pfads 15b und den ersten Endformleiter 28d des vierten Pfads 15d in Reihe. Die die zweiten und ersten Endformleiter 29a, 28c, 29b, 28d unterschiedlicher Pfade 15a-d in Reihe schaltenden Verbinder erster Art 8 realisieren einen Versatz um q-N = 6 Nuten 3.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel kann folglich auf die ineinander angeordneten Leitersegmente 38g, 38h verzichtet werden.
Fig. 8 ist ein Blockschaltbild einer Statorwicklung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel eines Stators 1 . Soweit im Folgenden nichts Abweichendes beschrieben wird, lassen sich alle Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel auf das dritte Ausführungsbeispiel übertragen. Dabei sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die ersten bis vierten Pfade 15a-d eines jeweiligen Strangs U, V, W parallelgeschaltet. Alle zweiten Endformleiter 29a-d sind hier zu einem einzigen Sternpunkt 14 zusammengeschalten.
Fig. 9 ist ein Wicklungsschema gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
Beim dritten Ausführungsbeispiel bilden die ersten Endformleiter 28a-d das erste Ende 16a und die zweiten Endformleiter 29a-d das zweite Ende 16b eines jeweiligen Stangs U, V, W aus. Jeder Endformleiter 28a-d, 29a-d ist durch ein Leitersegment 38i (siehe Fig. 5) ausgebildet. Auf die Leitersegmente 38g, 38h kann verzichtet werden.
Anhand der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ergibt sich der Vorteil, dass unterschiedliche Wicklungsschemata, die für jeden Strang U, V, W entweder eine Parallelschaltung von jeweils zwei der Pfade 15a-d oder eine Parallelschaltung aller vier Pfade 15a-d ausbilden, die mit derselben Struktur der Pfade 15a-d erzeugt werden können. Es müssen dazu lediglich die Endformleiter 28a-d, 29a-d entsprechend verschaltet werden. Wegen der Wechsel 20 der Teilwicklungszonen 31 a, 31 b ist jeder Pfad symmetrisch aufgebaut, sodass alle zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ebenfalls entsprechenden Symmetrieanforderungen genügen. Fig. 10 ist eine Prinzipskizze eines Fahrzeugs 100 mit einem Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine 101 , beispielsweise einer Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine/Induktionsmaschine, die als Elektromotor ausgebildet ist. Die elektrische Maschine 101 umfasst einen Stator 1 gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und einen Rotor 102, der drehbar innerhalb des Stators 1 gelagert ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Rotor 102 exemplarisch permanenterregt.

Claims

28 Patentansprüche
1 . Stator (1 ) für eine elektrische Maschine (101 ), wobei
- der Stator (1 ) eine Anzahl N > 3 Stränge (U, V, W), eine Anzahl P > 2 Polpaare und eine Lochzahl q = 2 aufweist, wobei der Stator (1 ) einen Statorkern (2), welcher eine erste Stirnseite (7), eine der ersten Stirnseite (7) gegenüberliegende zweite Stirnseite (9) und eine Vielzahl von Nuten (3), welche sich von der ersten Stirnseite (7) zur zweiten Stirnseite (9) erstrecken und in erste bis L-te Schichten (26a-d) mit L > 4 untergliedert sind, aufweist, und eine Vielzahl von Formleitern (4), die in der ersten bis L-ten Schicht (26a-d) radial geschichtet in den Nuten (3) angeordnet sind, umfasst, wobei die Schichten (26a-d) in ihrer Reihenfolge in Radialrichtung benannt sind, wobei
- die Formleiter (4) je Strang (U, V, W) einen ersten Pfad (15a), einen zweiten Pfad (15b), einen dritten Pfad (15c) und einen vierten Pfad (15d) ausbilden und in 2- P Wicklungszonen (30, 30a-g) angeordnet sind, wobei
- jede Wicklungszone (30, 30a-g) in eine erste und zweite Teilwicklungszone (31 a, 31 b) untergliedert ist, sich jede Teilwicklungszone (31 a, 31 b) über die L Schichten (26a-d) erstreckt und die Teilwicklungszonen (31 a, 31 b) einer jeweiligen Wicklungszone (30, 30a-g) in ihrer Reihenfolge entlang einer aus einer ersten Umfangsrichtung (27a) und einer zur ersten Umfangsrichtung (27a) gegensinnigen zweiten Umfangsrichtung (27b) benannt sind, wobei
- die Formleiter (4) eines jeweiligen Pfads (15a-d) durch Verbinder (8, 10, 32a-d), welche Formleiter (4) in benachbarten Wicklungszonen (30, 30a-g) desselben Strangs (U, V, W) abwechselnd an der ersten Stirnseite (8) und der zweiten Stirnseite (10) des Statorkerns (2) verbinden, zu einer Reihenschaltung mit einem ersten Endformleiter (28a-d), der einer der bezüglich der Reihenschaltung äußeren Formleiter (4) des Pfads (15a-d) ist, und mit einem zweiten Endformleiter (29a-d), der der andere der bezüglich der Reihenschaltung äußeren Formleiter (4) des Pfads (15a-d) ist, verschaltet sind, wobei - die Endformleiter (28a-d) jedes Pfads (15a-d) in unterschiedlichen Teilwicklungszonen (31 a, 31 b) angeordnet sind, sodass der (15a-d) Pfad entlang der Reihenschaltung einen Wechsel (20) der Teilwicklungszonen (31 a, 31 b) aufweist.
2. Stator nach Anspruch 1 , wobei sich zwei der Pfade (15a-d), insbesondere der erste Pfad (15a) und der dritte Pfad (15d), entlang der ersten Umfangsrichtung (27a) von ihrem ersten Endformleiter (28a, 28c) zu ihrem zweiten Endformleiter (29a, 29c) erstrecken und zwei der Pfade (15a-d), insbesondere der zweite Pfad (15b) und der vierte Pfad (15d), entlang der zweiten Umfangsrichtung (27b) von ihrem ersten Endformleiter (28b, 28d) zu ihrem zweiten Endformleiter (29b, 29d) erstrecken.
3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die ersten Endformleiter (28a, 28b) von zwei der Pfade (15a-d), insbesondere des ersten Pfads (15a) und des zweiten Pfads (15b), in derselben Teilwicklungszone (31 a) befinden, welche verschieden von der Teilwicklungszone (31 b) ist, in welcher sich die ersten Endformleiter (28c, 28d) der anderen zwei der Pfade befinden (15c, 15d).
4. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein jeweiliger Strang (U, V, W) ein erstes Ende (16a) und ein zweites Ende (16b) aufweist, wobei der erster Endformleiter (28a) des ersten Pfads (15a) das erste Ende (16a) des Strangs (U, V, W) ausbildet und der zweite Endformleiter (29d) des vierten Pfads (15d) das zweite Ende (16b) des Strangs (U, V, W) ausbildet.
5. Stator nach Anspruch 4, wobei der erste Endformleiter (28c) des dritten Pfads (15c) das erste Ende (16a) des Strangs (U, V, W) ausbildet und der zweite Endformleiter (28b) des zweiten Pfads (15b) das zweite Ende (16b) des Strangs (U, V, W) ausbildet und/oder der zweite Endformleiter (29a) des ersten Pfads (15a) und der erste Endformleiter (28b) des zweiten Pfads (15b), insbesondere mittels eines der Verbinder (33b), elektrisch leitfähig verbunden sind, sodass der erste Pfad (15a) und der zweite Pfad (15b) in Reihe geschaltet sind, und/oder der zweite Endformleiter (29c) des dritten Pfads (15c) und der erste Endformleiter (28d) des vierten Pfads (15d), insbesondere mittels eines der Verbinder (33a), elektrisch leitfähig verbunden sind, sodass der dritte Pfad (15c) und der vierte Pfad (15d) in Reihe geschaltet sind.
6. Stator nach Anspruch 4, wobei der erste Endformleiter (28b) des zweiten Pfads (15b) das erste Ende (16a) des Strangs (U, V, W) ausbildet und der zweite Endformleiter (29c) des dritten Pfads (15c) das zweite Ende (16b) des Strangs (U, V, W) ausbildet und/oder
- der zweite Endformleiter (29a) des ersten Pfads und der erste Endformleiter (28c) des dritten Pfads (15c), insbesondere mittels eines der Verbinder (8), elektrisch leitfähig verbunden sind, sodass der erste Pfad (15a) und der dritte Pfad (15c) in Reihe geschaltet sind, und/oder
- der zweite Endformleiter (29b) des zweiten Pfads (15b) und der erste Endformleiter (28d) des vierten Pfads (15d), insbesondere mittels eines der Verbinder (8), elektrisch leitfähig verbunden sind, sodass der zweite Pfad (15b) und der vierte Pfad (15d) in Reihe geschaltet sind.
7. Stator nach Anspruch 4, wobei die ersten Endformleiter (28a-d) der Pfade (15a-d) das erste Ende (16a) des Strangs (U, V, W) ausbilden und die zweiten Endformleiter (29a-d) der Pfade (15a- d) das zweite Ende (16b) des Strangs (U, V, W) ausbilden.
8. Stator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, ferner umfassend eine Anschlusseinrichtung (12) mit Phasenanschlüssen (13), die jeweils das erste Ende (16a) eines der Stränge (U, V, W) kontaktieren, und/oder mit einem Sternpunktverbinder (14), welcher die zweiten Enden (16b) der Stränge (U, V, W) zu einem oder zwei Sternpunkten verbindet.
9. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei der Pfade (15a-d), insbesondere der erste Pfad (15a) und der dritte Pfad (15c), jeweils wenigstens zwei Gruppen erster Art (18a-d), insbesondere in ihrer Reihenfolge bezüglich der Reihenschaltung benannte erste bis P-te Gruppen erster Art (18a-d), von vier bezüglich der Reihenschaltung aufeinanderfolgenden Formleitern (4), die in ihrer Reihenfolge bezüglich der Reihenschaltung benannt sind, umfassen, wobei ein erster Formleiter (34a) einer jeweiligen der Gruppen erster Art (18a-d) in der ersten Schicht (26a) einer der Wicklungszonen (30a),
- ein zweiter Formleiter (24b) einer jeweiligen der Gruppen erster Art (18a-d) in der zweiten Schicht (26b) einer zur Wicklungszone (30a), in welcher der erste Formleiter (34a) angeordnet ist, entlang einer der Umfangsrichtungen (27a, 27b) benachbarten Wicklungszone (30b) angeordnet ist, ein dritter Formleiter (34c) einer jeweiligen der Gruppen erster Art (18a-d) in der vierten Schicht (26d) der Wicklungszone (30a), in welcher der erste Formleiter (34a) angeordnet ist, und ein vierter Formleiter (34d) einer jeweiligen der Gruppen erster Art (18a-d) in der dritten Schicht (26c) der Wicklungszone (30b), in welcher der zweite Formleiter (34b) angeordnet ist, angeordnet sind, wobei der erste Formleiter (34a) solcher Gruppen erster Art (18b-d), die einer anderen Gruppe erster Art (18a-c) bezüglich der Reihenschaltung nachfolgen, in einer der Wicklungszonen (30c) angeordnet ist, welche entlang der einen Umfangsrichtung (27a) der Wicklungszone (30b), in welcher der vierte Formleiter (34d) der anderen Gruppe erster Art (18a-c) angeordnet ist, nachfolgt.
10. Stator nach Anspruch 9, wobei 32 zwei der Gruppen erster Art (18a-d), insbesondere die (P/2)-te Gruppe erster Art (18b) und die [(P/2)+1-te] Gruppe erster Art (18c), durch einen der Verbinder (32a, 32b) elektrisch leitfähig verbunden sind und durch den Verbinder (32a, 32b) der Wechsel (20) der Teilwicklungszonen (31 a, 31 b) erfolgt.
11 . Stator nach Anspruch 9 oder 10, wobei der erste Endformleiter (28a, 28c) eines jeweiligen der zwei Pfade (15a, 15c) der erste Formleiter (34a) einer der Gruppen erster Art (18a) ist und der zweite Endformleiter (29a, 29c) eines jeweiligen der zwei Pfade (15a, 15c) der vierte Endformleiter (34d) einer anderen der Gruppen erster Art (18d) ist.
12. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei der Pfade (15a-d), insbesondere der zweite Pfad (15b) und der vierte Pfad (15d), jeweils wenigstens zwei Gruppen zweiter Art (19a-d), insbesondere in ihrer Reihenfolge bezüglich der Reihenschaltung benannte erste bis P-te Gruppen zweiter Art (19a-d), von vier bezüglich der Reihenschaltung aufeinanderfolgenden Formleitern (4), die in ihrer Reihenfolge bezüglich der Reihenschaltung benannt sind, umfassen, wobei ein erster Formleiter (35a) einer jeweiligen der Gruppen zweiter Art (19a-d) in der zweiten Schicht (26b) einer der Wicklungszonen (30d),
- ein zweiter Formleiter (35b) einer jeweiligen der Gruppen zweiter Art (19a- d) in der ersten Schicht (26a) einer zur Wicklungszone (30d), in welcher der erste Formleiter (35a) angeordnet ist, entlang einer der Umfangsrichtungen (27b) benachbarten Wicklungszone (30e), ein dritter Formleiter (35c) einer jeweiligen der Gruppen zweiter Art (19a-d) in der dritten Schicht (26c) einer zur Wicklungszone (30e), in welcher der zweite Formleiter (35b) angeordnet ist, entlang der einen Umfangsrichtung (27b) benachbarten Wicklungszone (30f) und
- ein vierter Formleiter (35d) einer jeweiligen der Gruppen zweiter Art (19a-d) in der vierten Schicht (26d) einer zur Wicklungszone (30f), in welcher der dritte Formleiter (35c) angeordnet ist, entlang der einen Umfangsrichtung (27b) benachbarten Wicklungszone (30g) 33 angeordnet sind, wobei der erste Formleiter (35a) einer Gruppe zweiter Art (19b- d), die bezüglich der Reihenschaltung einer anderen Gruppe zweiter Art (19a-c) nachfolgt, in der Wicklungszone (30f) angeordnet, in welcher der dritte Formleiter (35c) der anderen Gruppe zweiter Art (19a-c) angeordnet ist.
13. Stator nach Anspruch 12, wobei zwei der Gruppen zweiter Art (19b, 19c), insbesondere die (P/2)-te Gruppe (19b) zweiter Art und die [(P/2)+1 -te] Gruppe zweiter Art (19c), durch einen der Verbinder (32c, 32d) elektrisch leitfähig verbunden sind und durch den Verbinder (32c, 32d) der Wechsel (20) der Teilwicklungszonen (31 a, 31 b) erfolgt.
14. Stator nach Anspruch 12 oder 13, wobei der erste Endformleiter (28b, 28d) eines jeweiligen der zwei Pfade (15b, 15d) der erste Formleiter (35a) einer der Gruppen zweiter Art (19a) ist und der zweite Endformleiter (29b, 29d) eines jeweiligen der zwei Pfade (15b, 15d) der vierte Endformleiter (25d) einer anderen der Gruppen zweiter Art (19d) ist.
15. Elektrische Maschine (101 ) zum Antreiben eines Fahrzeugs (100), umfassend einen Stator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen innerhalb des Stators (1 ) drehbar gelagerten Rotor (102).
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