EP4331086A1 - Elektrische maschine und stator hierfür mit verbesserter anordnung von leitern einer statorwicklung - Google Patents

Elektrische maschine und stator hierfür mit verbesserter anordnung von leitern einer statorwicklung

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EP4331086A1
EP4331086A1 EP22721096.0A EP22721096A EP4331086A1 EP 4331086 A1 EP4331086 A1 EP 4331086A1 EP 22721096 A EP22721096 A EP 22721096A EP 4331086 A1 EP4331086 A1 EP 4331086A1
Authority
EP
European Patent Office
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phase
strands
stator
phases
block
Prior art date
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Pending
Application number
EP22721096.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dotz BORIS
Ibrahim Afinowi
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo eAutomotive Germany GmbH filed Critical Valeo eAutomotive Germany GmbH
Publication of EP4331086A1 publication Critical patent/EP4331086A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
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    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
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    • H02K7/083—Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
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    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention relates to a stator for an electrical machine, an electrical machine with such a stator and a vehicle with such an electrical machine's.
  • An object of the invention is therefore to provide an improved stator for an electrical machine, an improved electrical machine with such a stator and an improved vehicle with such an electrical machine.
  • the properties mentioned above are to be achieved.
  • stator for an electrical machine which comprises a stator core with a plurality of stator slots that run parallel to an axis of rotation of the electrical machine and in which a plurality of electrical conductors of a stator winding are arranged, with electrical conductors in a stator slot are only arranged radially in several layers, two stator slots arranged next to each other accommodate electrical conductors of one phase and are each combined into blocks,
  • Blocks of a phase are evenly distributed in the stator core, two consecutive blocks of a phase form a pair of poles, - blocks of different phases are arranged next to each other, each phase is divided into four strands, each of which has several electrical conductors connected in series, in the blocks of the positions occupied by electrical conductors are described with column numbers S and layer numbers L, the layers being numbered from the outside inwards in ascending order with the layer numbers L and where the stator slots of a block are numbered with the column numbers S, those of the conductors in adjacent blocks of the same Phase successively at the positions to be occupied with a starting position and incremental values are defi ned, the incremental values describing the change from one block to the next block lying in a first circumferential direction of the same phase, the patterns a and a' in the following table starting values and the patterns b, b', c and d specify incremental values, per phase, a first strand with a first basic pattern sequence a, b, d,
  • the object of the invention is also achieved with an electrical machine which has a first bearing plate and a second bearing plate, a stator of the above-mentioned type arranged between the two bearing plates and a rotor arranged in the stator with a rotor shaft rotatably mounted in the two bearing plates .
  • the object is also achieved by a vehicle with at least two axles, at least one of which is driven, said drive taking place at least partially or at times by the electric machine mentioned above.
  • the after-mentioned parts can be overcome.
  • the following advantages result: the starting points of all strands of a phase are in the first block, the end points of the first and second strand of a phase are radially on the outside of a block, the end points of the third and fourth strand of a phase are radially on the inside of a block.
  • the conductors are formed in pairs by the legs of a U-shaped bracket and the starting points and end points of the strands are each formed by one end of such a leg.
  • a wide and a narrow bracket can be spatially nested in each other ver.
  • the start and end points of all strands are spatially close to one another and can therefore be electrically connected in different ways, as is described below. It is advantageous if the starting points of the four strands of each phase are each connected to one another and the end points of the four strands of all phases are connected to form a star point, or the end points of the four strands of each phase are each connected to one another and the starting points of the four strands of all phases are connected to a star point.
  • the starting points of the four strands of each phase are connected to one another and if the end points of the first and second strands of all phases are connected to a first star point and if the end points of the third and fourth strands of all phases are connected to a second star point are connected to each other or if the end points of the four strands of each phase are connected to each other and if the starting points of the first and second strands of all phases are connected to a first neutral point and if the starting points of the third and fourth strands of all phases are connected to one second star point are connected to each other.
  • first strand and the fourth strand of each phase are each connected in series and the second strand and the third strand of each phase are each connected in series and when the end points of the third strands and fourth strands of all phases are connected to one another Star point are connected to each other or the starting points of the first strands and second strands of all phases are connected to a star point.
  • the strands are connected in pairs in series and in parallel, with all pairs of strands connected in series being connected to a neutral point.
  • first strand and the fourth strand of each phase are each connected in series and the second strand and the third strand of each phase are each connected in series and when the end points of the third strands of all phases are connected to a first neutral point and the end points of the fourth strands of all phases are connected to a second star point or the starting points of the first strands of all phases are connected to a first star point and the starting points of the second strands of all phases are connected to a second star point.
  • the strands are also connected in pairs in series and in parallel, but all pairs of strands connected in series are connected to two neutral points.
  • the four strands of each phase are connected in series with each other, starting with the first strand and ascending to the fourth strand, and the end points of the fourth strands of all phases are connected to form a star point, or the starting points of the first strands of all phases connected to a star point.
  • the strands of each phase are connected in series, with the series-connected strands being connected to form a neutral point.
  • the conductors are designed as conductor bars.
  • the conductor bars have two ends.
  • the conductor bars can be inserted into the stator slots of the stator core from one side. After inserting, the ends of the conductor bars can be connected to one another. This can be done in particular by welding. It is favorable if the conductor bars are formed in pairs by the legs of a U-shaped bracket. i.e. the conductor bars can already be connected on one side before being inserted into the stator slots of the stator core.
  • the ends of the conductor bars to be welded can lie on the same side of the stator core.
  • the pattern sequences a, b; d, b; d, b'; can each be represented by the U-shaped bracket of the ladder rods.
  • the connections between the pattern sequences can be made by welding the ends of the conductor bars.
  • the conductor bars may be formed from wire having a rectangular cross-sectional area.
  • a stator slot can have eight layers.
  • end points are arranged on the side of the welded joints of the ends of the conductor bars.
  • the starting points are arranged on the side of the welded joints of the ends of the conductor bars.
  • the starting points are electrically conductively connected to an inverter.
  • Embodiments of the invention are exemplified in the attached cal matic figures. Show it:
  • FIG. 1 shows an exemplary electrical machine shown schematically in half section
  • FIG. 2 shows an example of a laminated stator core of an electrical machine in a front view
  • FIG. 3 shows a schematic development of the stator slots in a front view
  • Fig. 4 shows an example of a parallel connection of all strands to a
  • FIG. 11 shows an electrical machine with a stator of the proposed type, which is installed in a vehicle.
  • Fig. 1 shows a half section through a schematically illustrated electrical machine 1.
  • the electrical machine 1 comprises a rotor shaft 2 with a rotor 3 seated thereon, not shown in detail here, the rotor shaft 2 being supported by (roller) bearings 4a , 4b is rotatably mounted about an axis of rotation A relative to a stator 5 .
  • the first bearing 4a sits in a first front bearing plate 6 and the second bearing 4b in a second, rear bearing plate 7.
  • the electric machine 1 includes a middle housing part 8, which connects the front bearing plate 6 and the rear bearing plate 7 and the Sta tor 5 accommodates.
  • the front bearing plate 6, the rear bearing plate 7 and the Ge housing part 8 form the housing 9 of the electrical machine 1 in this example.
  • the stator 5 has a plurality of stator laminations 10 which form a laminated stator core 11 or a stator base body.
  • the stator 5 also has stator windings 12 arranged in the stator core 11, which are made up of individual conductor bars 13, the ends of which are connected to one another, in particular welded.
  • FIG. 2 shows an example of a laminated stator core 11 of an electrical machine 1 in a front view, with some of the stator slots 14 being occupied by conductor bars 13 of the stator winding 12 .
  • 2 shows the following features of the proposed stator 5.
  • Electrical conductors 13 are arranged in several layers in a stator slot 14 only radially in layers (that is, the electrical conductors are not arranged next to one another in the circumferential direction in a stator slot 14), two Stator slots 14 arranged next to one another accommodate electrical conductors 13 of a phase U, V, W and are each combined into blocks G, blocks G of a phase U, V, W are evenly distributed in the laminated core 11 of the stator, two consecutive blocks G of a phase U, V, W form a pair of poles and
  • Blocks G of different phases U, V, W are arranged side by side.
  • Fig. 3 now shows a schematic development of the stator 14 in front view.
  • the stator slots 14 are identified by the stator slot number SN.
  • the example stator 5 has forty-eight stator slots 14 .
  • the associated polarity is also given in addition to the letter for the respective phase. "U+” is therefore specified for the positive U-phase, "U-” for the negative, and so on.
  • the layers L1 .L4 are indicated in FIG.
  • the exemplary stator 5 thus has four layers L1 .L4 per stator slot 14 .
  • the hatched rectangles indicate the position occupied by an electrical conductor 13 in a stator slot 14 .
  • Connecting lines indicate which electrical conductors 13 are connected, with solid connecting lines electrical connections on a first end face of the stator 5 and dashed connecting lines indicate electrical connections on a second end face of the stator 5 .
  • 4 shows the diagrams of how the electrical conductors 13 are arranged in the stator slots 14 for four phases P1 .P4, with the top diagram of phase P1, the second diagram of phase P2, the third diagram of phase P3 and the lowest scheme of phase P4 is assigned.
  • Each phase U, V, W is divided into four strands P1 .. P4, each of which has a plurality of electrical conductors 13 connected in series, with the scheme for phase U being represented in FIG. 2 as a representative.
  • the schemes for phases V and W are the same and only offset by the respective circumferential position.
  • the arrangement of the electrical conductors 13 is as follows: in the blocks G, positions occupied by the electrical conductors 13 are described with column numbers S and layer numbers L, the layers being numbered from the outside inwards in ascending order with the layer numbers L and the stator slots 14 of a block G are numbered with column numbers S, carried by the conductors 13 in adjacent blocks G of the same phase U, V,
  • W positions to be occupied in succession are defined with a starting position and incremental values, the incremental values describing the change from one block G to the next in a first circumferential direction block G of the same phase U, V, W, the patterns a and a' in the
  • the following table specifies the start values and the patterns b, b', c and d incremental values
  • a first strand P1 is described with a first basic pattern sequence a, b, d, b', beginning with a first block G and thus forming a first pair of poles, for each pair of layers per block G, which exceeds two pairs of layers per block G, alternately adding a pattern sequence d, b or d, b' to the first basic pattern sequence a, b, d, b' and one pattern sequence c, d to each one for each additional pair of poles Pattern sequence a, b and a pattern sequence d, b 'and a pattern sequence d, b is added to each.
  • the strands P1 .. P4 have four layers L1 .L4 per block G and thus two pairs of layers per block G and four pairs of poles.
  • the result is the following scheme, with the pattern sequence a, b for the sake of clarity being combined into pattern pair A, the pattern sequence d, b′ into pattern pair B and the pattern sequence c, d into pattern pair C.
  • the second strand P2 is formed in quite a similar manner. Specifically, the second strand P2 is described with a second basic pattern sequence a', b', d, b beginning with a first block G and thus the first pair of poles is supplemented, with each pair of layers per block G having two pairs of layers per block G exceeds tet, alternately a pattern sequence d, b 'or d, b is added to the second basic pattern sequence a', b', d, b and for each additional pair of poles a pattern sequence c, d to each pattern sequence a', b' and one pattern sequence d, b each and one pattern sequence d, b' each is added,
  • the pattern sequence a', b' is associated with the pattern pair A', the pattern sequence d, b with the pattern pair B' and the pattern sequence c, d combined again to pattern pair C.
  • the incremental values are resolved and the absolute positions entered in the right-hand area of the table.
  • the third line P3 is described with a sequence of positions to be filled, which corresponds to the sequence specified for the first line P1, but the sequence for the third line P3 begins at a second block G, which is opposite the first block G a position in the first order circumferential direction is offset.
  • the fourth thread P4 is described with a sequence of positions to be filled, which corresponds to the sequence given for the second thread P2, but the sequence for the fourth thread P4 starts at a second block G, which is opposite to the first block G by a position in the first circumferential direction is offset.
  • the strands P1..P4 have starting points in the first block G and end points at their open end. This is visualized in FIG. 3 in the table above. There the starting points are marked with "X” and the end points with "O". This table also clearly shows that the starting points X and the end points O of the individual strands P1 ..P4 are locally close together.
  • the proposed scheme results in the following advantages: the starting points X of all phases P1 ..P2 of a phase U, V, W are in the first block G, the end points O of the first phase P1 and second phase P2 of a phase U, V , W are located radially on the outside of a block G, the end points O of the third phase P3 and fourth phase P4 of a phase U, V, W are located radially on the inside of a block G.
  • the strands can be connected to one another in many ways without a great deal of wiring effort.
  • the conductors 13 are formed in pairs by the legs of a U-shaped bracket and the starting points X and end points O of the strands P1 ..P4 are each formed by one end of such a leg.
  • a wider and a narrower can be spatially nested in one another.
  • Fig. 4 shows an example in which the starting points X of the four phases P1 ..P4 of each phase U, V, W are connected to one another and in which the end points O of the four phases P1 ..P4 of all phases U, V , W are connected to form a star point.
  • the end points O of the four strands P1 ..P4 of each phase U, V, W to be connected to one another and for the starting points of the four strands P1 ..P4 of all phases U, V, W to form a star point are connected.
  • Fig. 5 shows an example in which the starting points X of the four strands P1 .. P4 each of the phase U, V, W are connected to each other and in which the end points O of the first and second strands P1, P2 of all phases U, V, W are connected to a first star point and in which the end points O of the third and fourth strands P3, P4 of all phases U, V, W are connected to a second star point.
  • Fig. 6 shows an example in which the first phase P1 and the fourth phase P4 each of the phase U, V, W are each connected in series and in which the second phase P2 and the third phase P3 of each phase U, V, W are each connected in series, with the end points O of the third phase P3 and fourth phase P4 of all phases U, V, W being connected to a star point or alternatively the start points X the first phase P1 and second phase P2 of all phases U,
  • V, W are connected to form a star point.
  • the strands P1 ..P4 are connected in pairs in series and in parallel, with all pairs of strands P1 ..P4 connected in series being connected to form a neutral point.
  • Fig. 7 shows an example in which the first phase P1 and the fourth phase P4 of each phase U, V, W are connected in series, and in which the second phase P2 and the third phase P3 of each phase U, V, W are each connected in series, with the end points O of the third phase P3 of all phases U, V, W being connected to a first neutral point and the end points O of the fourth phase P4 of all phases U, V, W being connected to a second neutral point are connected or alternatively the starting points X of the first phases P1 of all phases U, V, W are connected to a first star point and the starting points X of the second phases P2 of all phases U, V, W are connected to a second star point.
  • the strands P1 ..P4 are also connected in pairs in series and in parallel, but all pairs of strands P1 .P4 connected in series are connected to two neutral points.
  • Fig. 8 shows an example in which the four strands P1 .. P4 of each phase U, V, W are connected in series with each other, starting with the first strand P1 and increasing to the fourth strand P4, and in which the end points O of the fourth Phases P4 of all phases U, V, W are connected to one another to form a star point, or alternatively the starting points X of the first phases P1 of all phases U, V, W are connected to one another to form a star point.
  • the strands P1 ..P4 of each phase are connected in series, with the series-connected strands P1 ..P4 being connected to form a neutral point.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of how the schemes shown can be extended for any number of layer pairs per block G. From the 9 it can be seen that the pattern for two pairs of layers is continued correspondingly starting from the basic pattern sequence.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of how the schemes shown can be extended for any number of pole pairs. Further pattern sequences are inserted between the basic pattern sequences.
  • the table below shows a scheme for an exemplary stator 5 with four pairs of layers and four pairs of poles.
  • FIG. 11 shows the electric machine 1 installed in a vehicle 15.
  • the vehicle 15 has at least two axles, of which at least one is driven.
  • the electric motor 1 is connected to a transmission 16 which, in particular, can also take on the function of a differential gear.
  • the flap axles 17 of the flinter axle connect to the gear 16 .
  • the driven wheels 18 are mounted on the semi-axles 17 .
  • the vehicle 15 is driven at least partially or temporarily by the electric machine 1. This means that the electric machine 1 can be used to drive the vehicle 15 alone or, for example, be provided in combination with an internal combustion engine (hybrid drive).

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Abstract

Es wird ein Stator (5) für eine elektrische Maschine (1) angegeben, bei dem elektrische Leiter (13) einer Statorwicklung (12) in einer Statornut (14) nur radial geschichtet in mehreren Lagen angeordnet sind. Zwei nebeneinander angeordnete Statornuten (14) werden zu Blöcken (G) einer Phase (U, V, W) zusammengefasst. In den Blöcken (G) sind von den elektrischen Leitern (13) besetzte Positionen mit Spaltennummern S und Lagennummern L beschrieben, die mit einer Startposition und Inkrementalwerten definiert werden. Weiter wird eine elektrische Maschine (1) mit einem solchen Stator (5) und ein Fahrzeug (15) mit einer solchen elektrischen Maschine (1) angegeben.

Description

Elektrische Maschine und Stator hierfür mit verbesserter Anordnung von Leitern einer Statorwicklung
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator sowie ein Fahrzeug mit einer solchen elektri schen Maschine.
STAND DER TECHNIK
Für elektrische Maschinen wurde eine Vielzahl von Schemata für die Anordnung von Leitern einer Statorwicklung vorgeschlagen. Dennoch fehlt es an einer Lö sung, bei welcher die Anfangs- und Endpunkte der verschiedenen Stränge einer Phase an den beiden Enden des Stators einerseits räumlich eng zueinander ange ordnet sind und daher leicht verbunden werden können, welche andererseits aber auch eine flexible Verschaltung der Phasen ermöglicht.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Stator für eine elekt rische Maschine, eine verbesserte elektrische Maschine mit einem solchen Stator sowie ein verbessertes Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine anzuge ben. Insbesondere sollen die oben angesprochenen Eigenschaften erzielt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Stator für eine elektrische Maschine ge löst, welcher ein Statorblechpaket mit mehreren Statornuten umfasst, die parallel zu einer Drehachse der elektrischen Maschine verlaufen und in denen jeweils mehrere elektrische Leiter einer Statorwicklung angeordnet sind, wobei elektrische Leiter in einer Statornut nur radial geschichtet in mehreren La gen angeordnet sind, zwei nebeneinander angeordnete Statornuten elektrische Leiter einer Phase aufnehmen und jeweils zu Blöcken zusammengefasst werden,
Blöcke einer Phase im Statorblechpaket gleichmäßig verteilt sind, zwei aufeinanderfolgende Blöcke einer Phase ein Polpaar bilden, - Blöcke unterschiedlicher Phasen nebeneinander angeordnet sind, jede Phase in vier Stränge unterteilt ist, die jeweils mehrere in Serie ge schaltete elektrische Leiter aufweisen, in den Blöcken von den elektrischen Leitern besetzte Positionen mit Spal tennummern S und Lagennummern L beschrieben werden, wobei die Lagen von außen nach innen aufsteigend mit den Lagennummern L nummeriert sind und wo bei die Statornuten eines Blocks mit den Spaltennummern S nummeriert sind, die von den Leitern in benachbarten Blöcken derselben Phase nacheinan der zu besetzenden Positionen mit einer Startposition und Inkrementalwerten defi niert werden, wobei die Inkrementalwerte die Änderung von einem Block zum nächsten in einer ersten Umfangsrichtung liegenden Block derselben Phase be schreiben, die Muster a und a‘ in der folgende Tabelle Startwerte und die Muster b, b‘, c und d Inkrementalwerte angeben, je Phase ein erster Strang mit einer ersten Basis-Musterfolge a, b, d, b‘ be- ginnend mit einem ersten Block beschrieben wird und damit ein erstes Polpaar ge bildet wird, wobei für jedes Lagenpaar pro Block, welches zwei Lagenpaare pro Block überschreitet, alternierend je eine Musterfolge d, b oder d, b‘ an die erste Basis-Musterfolge a, b, d, b‘ angefügt wird und wobei für jedes zusätzliche Polpaar je eine Musterfolge c, d an je eine Musterfolge a, b und an je eine Musterfolge d, b‘ und an je eine Musterfolge d, b angefügt wird, je Phase ein zweiter Strang mit einer zweiten Basis-Musterfolge a‘, b‘, d, b beginnend mit einem ersten Block beschrieben wird und damit das erste Polpaar ergänzt wird, wobei für jedes Lagenpaar pro Block, welches zwei Lagenpaare pro Block überschreitet, alternierend je eine Musterfolge d, b‘ oder d, b an die zweite Basis-Musterfolge a‘, b‘, d, b angefügt wird und wobei für jedes zusätzliche Pol paar je eine Musterfolge c, d an je eine Musterfolge a‘, b‘ und an je eine Muster folge d, b und an je eine Musterfolge d, b‘ angefügt wird, je Phase ein dritter Strang mit einer Abfolge von zu besetzenden Positionen beschrieben wird, welche der für den ersten Strang angegebenen Abfolge ent spricht, wobei die Abfolge für den dritten Strang jedoch bei einem zweiten Block beginnt, welcher gegenüber dem ersten Block um eine Position in die erste Um- fangsrichtung versetzt ist, je Phase ein vierter Strang mit einer Abfolge von zu besetzenden Positio nen beschrieben wird, welche der für den zweiten Strang angegebenen Abfolge entspricht, wobei die Abfolge für den vierten Strang jedoch bei einem zweiten Block beginnt, welcher gegenüber dem ersten Block um eine Position in die erste Umfangsrichtung versetzt ist, und die Stränge im ersten Block Anfangspunkte und am anderen offenen Ende Endpunkte haben.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einer elektrischen Maschine gelöst, welche ein erstes Lagerschild und ein zweites Lagerschild aufweist, einen zwi schen den beiden Lagerschilden angeordneten Stator der oben genannten Art so wie einen im Stator angeordneten Rotor mit einer in den beiden Lagerschilden drehbar gelagerten Rotorwelle.
Schließlich wird die Aufgabe auch durch ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Ach sen gelöst, von denen wenigstens eine angetrieben ist, wobei der besagte Antrieb zumindest teilweise oder zeitweise durch die oben genannte elektrische Maschine erfolgt. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Maßnahmen können die eingangs genannten Nach teile überwunden werden. Insbesondere ergeben sich folgende Vorteile: die Anfangspunkte aller Stränge einer Phase liegen im ersten Block, die Endpunkte des ersten und zweiten Strangs einer Phase liegen radial außen in einem Block, die Endpunkte des dritten und vierten Strangs einer Phase liegen radial in nen in einem Block.
Dadurch können die einzelnen Phasen auf vielfache Weise verschaltet werden.
An dieser Stelle wird ergänzend auch angemerkt, dass elektrische Leiter benach barter Statornuten eines Blocks im Betrieb der elektrischen Maschine in gleichen Richtungen von einem Strom durchflossen werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.
Günstig ist es, wenn die Leiter paarweise durch die Schenkel eines U-förmigen Bügels gebildet sind und die Anfangspunkte und Endpunkte der Stränge jeweils durch ein Ende eines solchen Schenkels gebildet sind. Bei dieser Ausführungsva riante ergeben sich pro Lagenpaar ein weiter und ein enger U-förmiger Bügel, wel che im ersten und zweiten Strang vom ersten Block ausgehen und im dritten und vierten Strang vom zweiten Block ausgehen. Alle übrigen Bügel haben mittlere Weite. Vorteilhaft können ein weiter und ein enger Bügel räumlich ineinander ver schachtelt werden.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn zwischen den ersten Blöcken unterschiedlicher Phasen jeweils genau ein anderer Block liegt. Dadurch liegen die Anfangs- und Endpunkte aller Stränge räumlich nahe zueinander und können daher gut in unter schiedlicher Weise elektrisch verschaltet werden, so wie dies nachfolgend be schrieben ist. Vorteilhaft ist es, wenn die Anfangspunkte der vier Stränge jeder Phase jeweils miteinander ver bunden sind und die Endpunkte der vier Stränge aller Phasen zu einem Stern punkt miteinander verbunden sind oder die Endpunkte der vier Stränge jeder Phase jeweils miteinander verbunden sind und die Anfangspunkte der vier Stränge aller Phasen zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind.
Hier ergibt sich eine Parallelschaltung aller Stränge, die zu einem Sternpunkt ver schaltet sind.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Anfangspunkte der vier Stränge jeder Phase jeweils miteinander verbunden sind und wenn die Endpunkte der ersten und zweiten Stränge aller Phasen zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und wenn die Endpunkte der dritten und vierten Stränge aller Phasen zu einem zweiten Stern punkt miteinander verbunden sind oder wenn die Endpunkte der vier Stränge jeder Phase jeweils miteinander ver bunden sind und wenn die Anfangspunkte der ersten und zweiten Stränge aller Phasen zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und wenn die An fangspunkte der dritten und vierten Stränge aller Phasen zu einem zweiten Stern punkt miteinander verbunden sind.
Hier ergibt sich ebenfalls eine Parallelschaltung aller Stränge, die jedoch zu zwei Sternpunkten verschaltet sind.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn der erste Strang und der vierte Strang jeder Phase jeweils in Serie geschaltet sind und der zweite Strang und der dritte Strang jeder Phase jeweils in Serie geschaltet sind und wenn die Endpunkte der dritten Stränge und vierten Stränge aller Phasen zu ei nem Sternpunkt miteinander verbunden sind oder die Anfangspunkte der ersten Stränge und zweiten Stränge aller Phasen zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind. Hier sind die Stränge paarweise in Serie und parallelgeschaltet, wobei alle paar weise in Serie geschalteten Stränge zu einem Sternpunkt verschaltet sind.
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn der erste Strang und der vierte Strang jeder Phase jeweils in Serie geschaltet sind und der zweite Strang und der dritte Strang jeder Phase jeweils in Serie geschaltet sind und wenn die Endpunkte der dritten Stränge aller Phasen zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und die Endpunkte der vierten Stränge aller Phasen zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind oder die Anfangspunkte der ersten Stränge aller Phasen zu einem ersten Stern punkt miteinander verbunden sind und die Anfangspunkte der zweiten Stränge al ler Phasen zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind.
Hier sind die Stränge ebenfalls paarweise in Serie und parallelgeschaltet, wobei jedoch alle paarweise in Serie geschalteten Stränge zu zwei Sternpunkten ver schaltet sind.
Vorteilhaft ist es schließlich, wenn die vier Stränge jeder Phase beginnend beim ersten Strang aufsteigend bis zum vierten Strang jeweils miteinander in Serie ge schaltet sind und die Endpunkte der vierten Stränge aller Phasen zu einem Sternpunkt mitei nander verbunden sind oder die Anfangspunkte der ersten Stränge aller Phasen zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind.
Hier sind die Stränge jeder Phase in Serie geschaltet, wobei die in Serie geschal teten Stränge zu einem Sternpunkt verschaltet sind.
Vorteilhaft ist es wenn die Leiter, als Leiterstäbe ausgebildet sind. Dadurch weisen die Leiterstäbe zwei Enden auf. In der Fertigung können die Leiterstäbe von einer Seite in die Statornuten des Statorblechpaketes eingeführt werden. Nach dem Ein führen können die Enden der Leiterstäbe untereinander verbunden werden. Dies kann insbesondere durch Schweißen erfolgen. Günstig ist es, wenn die Leiterstäbe paarweise durch die Schenkel eines U-förmi gen Bügels gebildet sind. D. h. die Leiterstäbe können schon vor dem Einführen in die Statornuten des Statorblechpaketes auf einer Seite verbunden sein.
Wenn die Leiterstäbe paarweise durch die Schenkel eines U-förmigen Bügels ge bildet sind, können die zu verschweißenden Enden der Leiterstäbe auf derselben Seite des Statorblechpaketes liegen.
Die Musterfolgen a, b; d, b; d, b‘; können jeweils den U-förmigen Bügel der Leiter stäbe dargestellt werden. Die Verbindungen der Musterfolgen untereinander kön nen jeweils durch eine Schweißverbindung der Enden der Leiterstäbe erfolgen.
Die Leiterstäbe können aus einem Draht mit einer rechteckigen Querschnittsfläche gebildet sein.
Eine Statornut kann acht Lagen aufweisen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Endpunkte auf der Seite der Schweißverbindungen der Enden der Leiterstäbe angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es, wenn die Anfangspunkte auf der Seite der Schweißverbindungen der Enden der Leiterstäbe angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es, wenn die Anfangspunkte elektrisch leitend mit einem Wechsel richter verbunden sind.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind exemplarisch in den beigefügten sche matischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisch im Halbschnitt dargestellte, beispielhafte elektrische Maschine;
Fig. 2 ein Beispiel für ein Statorblechpaket einer elektrischen Maschine in Vorderansicht;
Fig. 3 eine schematisierte Abwicklung der Statornuten in Vorderansicht;
Fig. 4 ein Beispiel für eine Parallelschaltung aller Stränge, die zu einem
Sternpunkt verschaltet sind;
Fig. 5 ein Beispiel für eine Parallelschaltung aller Stränge, die zu zwei Stern punkten verschaltet sind;
Fig. 6 ein Beispiel, bei dem die Stränge paarweise in Serie und parallelge schaltet sind und die paarweise in Serie geschalteten Stränge zu ei nem Sternpunkt verschaltet sind;
Fig. 7 ein Beispiel, bei dem die Stränge paarweise in Serie und parallelge schaltet sind und die paarweise in Serie geschalteten Stränge zu zwei Sternpunkten verschaltet sind;
Fig. 8 ein Beispiel für eine Serienschaltung der Stränge, die zu einem Stern punkt verschaltet sind;
Fig. 9 eine Möglichkeit wie die gezeigten Schemata für eine beliebige Anzahl an Lagenpaaren pro Block erweitert werden können; Fig. 10 eine Möglichkeit wie die gezeigten Schemata für eine beliebige Anzahl an Polpaaren erweitert werden können und
Fig. 11 eine elektrische Maschine mit einem Stator der vorgeschlagenen Art, welche in ein Fahrzeug eingebaut ist.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Einführend wird festgehalten, dass gleiche Teile in den unterschiedlich Ausfüh rungsformen mit gleichen Bezugszeichen beziehungsweise gleichen Bauteilbe zeichnungen versehen werden, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Indizes. Die in der Beschreibung enthaltene Offenbarungen eines Bauteils kann sinngemäß ein anderes Bauteil mit gleichem Bezugszeichen beziehungsweise gleicher Bauteilbe zeichnung übertragen werden. Auch sind die in der Beschreibung gewählten La geangaben, wie zum Beispiel "oben", "unten", "hinten", "vorne", "seitlich" und so weiter auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Fig. 1 zeigt einen Halbschnitt durch eine schematisch dargestellte elektrische Ma schine 1. Die elektrische Maschine 1 umfasst, eine Rotorwelle 2 mit einem darauf sitzenden, hier nicht im Detail dargestellten, Rotor 3, wobei die Rotorwelle 2 mit Hilfe von (Wälz)lagern 4a, 4b um eine Drehachse A gegenüber einem Stator 5 drehbar gelagert ist. Konkret sitzt das erste Lager 4a in einem ersten vorderen La gerschild 6 und das zweite Lager 4b in einem zweiten, hinteren Lagerschild 7. Weiterhin umfasst die elektrische Maschine 1 ein mittleres Gehäuseteil 8, welches das vordere Lagerschild 6 und das hintere Lagerschild 7 verbindet und den Sta tor 5 aufnimmt. Das vordere Lagerschild 6, das hintere Lagerschild 7 und das Ge häuseteil 8 bilden in diesem Beispiel das Gehäuse 9 der elektrische Maschine 1.
Der Stator 5 weist in diesem Beispiel mehrere Statorbleche 10 auf, welche ein Statorblechpaket 11 beziehungsweise einen Stator-Grundkörper bilden. Der Stator 5 weist zudem im Statorblechpaket 11 angeordnete Statorwicklungen 12, die aus einzelnen Leiterstäben 13 aufgebaut sind, deren Enden untereinander verbunden, insbesondere verschweißt sind.
Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein Statorblechpaket 11 einer elektrischen Ma schine 1 in Vorderansicht, wobei einige der Statornuten 14 mit Leiterstäben 13 der Statorwicklung 12 besetzt sind. Aus der Fig. 2 sind insbesondere folgende Merk male des vorgeschlagenen Stators 5 erkennbar elektrische Leiter 13 sind in einer Statornut 14 nur radial geschichtet in mehreren Lagen angeordnet (das heißt, in einer Statornut 14 sind die elektrischen Leiter nicht nebeneinander in Umfangsrichtung angeordnet), zwei nebeneinander angeordnete Statornuten 14 nehmen elektrische Leiter 13 einer Phase U, V, W auf und werden jeweils zu Blöcken G zusammengefasst, Blöcke G einer Phase U, V, W sind im Statorblechpaket 11 gleichmäßig verteilt, zwei aufeinanderfolgende Blöcke G einer Phase U, V, W bilden ein Polpaar und
Blöcke G unterschiedlicher Phasen U, V, W sind nebeneinander angeord net.
Fig. 3 zeigt nun eine schematisierte Abwicklung der Statornuten 14 in Vorderan sicht. Dabei sind die Statornuten 14 mit der Statornutennummer SN bezeichnet. Wie erkennbar ist, weist der beispielhafte Stator 5 achtundvierzig Statornuten 14 auf. Bei den Phasen PH ist neben dem Buchstaben für die jeweilige Phase auch die zugehörige Polarität angegeben. Für die positive U-Phase ist somit „U+“ ange geben, für die negative „U-“ und so weiter. Weiterhin sind in der Fig. 3 die Lagen L1 .L4 bezeichnet. Der beispielhafte Stator 5 weist also vier Lagen L1 .L4 pro Statornut 14 auf.
Die schraffierten Rechtecke geben die jeweils in einer Statornut 14 von einem elektrischen Leiter 13 besetzte Position an. Verbindungslinien zeigen an, welche elektrischen Leiter 13 verbunden sind, wobei durchgezogene Verbindungslinien elektrische Verbindungen auf einer ersten Stirnseite des Stators 5 und strichlich- lierte Verbindungslinien elektrische Verbindungen auf einer zweiten Stirnseite des Stators 5 anzeigen. In der Fig. 4 sind die Schemata wie die elektrischen Leiter 13 in den Statornuten 14 angeordnet sind für vier Phasen P1 .P4 angegeben, wobei das oberste Schema der Phase P1 , das zweite Schema der Phase P2, das dritte Schema der Phase P3 und das unterste Schema der Phase P4 zugeordnet ist. Jede Phase U, V, W ist in vier Stränge P1 ..P4 unterteilt, die jeweils mehrere in Se rie geschaltete elektrische Leiter 13 aufweisen, wobei in der Fig. 2 stellvertretend das Schema für die Phase U dargestellt ist. Die Schemata für die Phasen V und W sind jedoch gleich und nur um die jeweilige Umfangsposition versetzt.
Die Anordnung der elektrischen Leiter 13 ist nun wie folgt: in den Blöcken G werden von den elektrischen Leitern 13 besetzte Positio nen mit Spaltennummern S und Lagennummern L beschrieben, wobei die Lagen von außen nach innen aufsteigend mit den Lagennummern L nummeriert sind und wobei die Statornuten 14 eines Blocks G mit den Spaltennummern S nummeriert sind, die von den Leitern 13 in benachbarten Blöcken G derselben Phase U, V,
W nacheinander zu besetzenden Positionen werden mit einer Startposition und In krementalwerten definiert, wobei die Inkrementalwerte die Änderung von einem Block G zum nächsten in einer ersten Umfangsrichtung liegenden Block G dersel ben Phase U, V, W beschreiben, die Muster a und a‘ in der folgende Tabelle geben dabei Startwerte und die Muster b, b‘, c und d Inkrementalwerte an,
Je Phase U, V, W wird ein erster Strang P1 mit einer ersten Basis-Musterfolge a, b, d, b‘ beginnend mit einem ersten Block G beschrieben und damit ein erstes Pol paar gebildet, wobei für jedes Lagenpaar pro Block G, welches zwei Lagenpaare pro Block G überschreitet, alternierend je eine Musterfolge d, b oder d, b‘ an die erste Basis-Musterfolge a, b, d, b‘ angefügt wird und wobei für jedes zusätzliche Polpaar je eine Musterfolge c, d an je eine Musterfolge a, b und an je eine Muster folge d, b‘ und an je eine Musterfolge d, b angefügt wird.
In dem konkreten Beispiel bedeutet dies Folgendes:
Der erste Strang P1 beginnt im Block G, der durch die Statornuten 14 mit den Statornutennummern SN=13 und SN=14 bezeichnet ist. Betrachtet man den Block G isoliert, dann entspricht die Statornutennummer SN=13 der Spaltennummer S=1 , und die Statornutennummer SN=14 entspricht der Spaltennummer S=2. Die Lagennummer L=1 entspricht der Lage L1 . Für das Muster a bedeutet dies nun, dass die Position mit der Spaltennummer S=2 entsprechend der Statornutennum mer SN=14 und mit der Lagennummer L=1 entsprechend der Lage L1 mit einem elektrischen Leiter 13 besetzt wird. Die entsprechende Position ist in der Fig. 3 schraffiert dargestellt.
Die Stränge P1 ..P4 weisen in dem gezeigten Beispiel vier Lagen L1 .L4 pro Block G und somit zwei Lagenpaare pro Block G auf sowie vier Polpaare. Es ergibt sich somit folgendes Schema, wobei die Musterfolge a, b der besseren Übersicht hal ber zum Musterpaar A, die Musterfolge d, b‘ zum Musterpaar B und die die Mus terfolge c, d zum Musterpaar C zusammengefasst sind.
Im rechten Bereich der Tabelle sind die Inkrementalwerte aufgelöst und die abso luten Positionen eingetragen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass wegen der Blöcke für die Phasen V und W, die zwischen den Blöcken G für die Phase U liegen, die Zahl „6“ zusätzlich zu subtrahieren ist und zu negativen Zahlen die Zahl „48“ hin zugezählt wird.
Der zweite Strang P2 wird in recht ähnlicher Weise gebildet. Konkret wird der zweite Strang P2 mit einer zweiten Basis-Musterfolge a‘, b‘, d, b beginnend mit ei- nem ersten Block G beschrieben und damit das erste Polpaar ergänzt, wobei für jedes Lagenpaar pro Block G, welches zwei Lagenpaare pro Block G überschrei tet, alternierend je eine Musterfolge d, b‘ oder d, b an die zweite Basis-Musterfolge a‘, b‘, d, b angefügt wird und wobei für jedes zusätzliche Polpaar je eine Muster folge c, d an je eine Musterfolge a‘, b‘ und an je eine Musterfolge d, b und an je eine Musterfolge d, b‘ angefügt wird,
In dem konkreten Beispiel beginnt der zweite Strang P2 wieder in dem Block G, der durch die Statornuten 14 mit den Statornutennummern SN=13 und SN=14 be zeichnet ist. Die Musterfolge a‘, b‘ ist dabei der besseren Übersicht halber zum Musterpaar A‘, die Musterfolge d, b zum Musterpaar B‘ und die die Musterfolge c, d wieder zum Musterpaar C zusammengefasst. Im rechten Bereich der Tabelle sind die Inkrementalwerte aufgelöst und die absoluten Positionen eingetragen. Der dritte Strang P3 wird mit einer Abfolge von zu besetzenden Positionen be schrieben, welche der für den ersten Strang P1 angegebenen Abfolge entspricht, wobei die Abfolge für den dritten Strang P3 jedoch bei einem zweiten Block G be ginnt, welcher gegenüber dem ersten Block G um eine Position in die erste Um fangsrichtung versetzt ist. Konkret beginnt der dritte Strang P3 somit im Block G, der durch die Statornuten 14 mit den Statornutennummern SN=7 und SN=8 be zeichnet ist.
Der vierte Strang P4 wird schließlich mit einer Abfolge von zu besetzenden Positi onen beschrieben, welche der für den zweiten Strang P2 angegebenen Abfolge entspricht, wobei die Abfolge für den vierten Strang P4 jedoch bei einem zweiten Block G beginnt, welcher gegenüber dem ersten Block G um eine Position in die erste Umfangsrichtung versetzt ist. Konkret beginnt vierte Strang P4 somit wiede rum im Block G, der durch die Statornuten 14 mit den Statornutennummern SN=7 und SN=8 bezeichnet ist.
Generell haben die Stränge P1..P4 im ersten Block G Anfangspunkte und am an deren offenen Ende Endpunkte. Diese ist in der Fig. 3 in der Tabelle oben visuali- siert. Dort sind die Anfangspunkte mit „X“ und die Endpunkte mit „O“ bezeichnet. Aus dieser Tabelle ist auch gut erkennbar, dass die Anfangspunkte X und die End punkte O der einzelnen Stränge P1 ..P4 örtlich eng beisammen liegen. Ganz allge mein ergeben sich durch das vorgeschlagene Schema folgende Vorteile: die Anfangspunkte X aller Stränge P1 ..P2 einer Phase U, V, W liegen im ersten Block G, die Endpunkte O des ersten Strangs P1 und zweiten Strangs P2 einer Phase U, V, W liegen radial außen in einem Block G, die Endpunkte O des dritten Strangs P3 und vierten Strangs P4 einer Phase U, V, W liegen radial innen in einem Block G.
Dadurch können die Stränge ohne großen Verschaltungsaufwand in vielfacher Weise miteinander verschalten werden.
Von Vorteil ist es auch, wenn die Leiter 13 paarweise durch die Schenkel eines U- förmigen Bügels gebildet sind und die Anfangspunkte X und Endpunkte O der Stränge P1 ..P4 jeweils durch ein Ende eines solchen Schenkels gebildet sind. Bei dieser Ausführungsvariante ergeben sich pro Lagenpaar ein weiter und ein enger U-förmiger Bügel, welche im ersten Strang P1 und zweiten Strang P2 vom ersten Block G ausgehen und im dritten Strang P3 und vierten Strang P4 vom zweiten Block G ausgehen. Alle übrigen Bügel haben mittlere Weite. Vorteilhaft können ein weiter und ein enger räumlich ineinander verschachtelt werden.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn zwischen den ersten Blöcken G unterschiedli cher Phasen U, V, W jeweils genau ein anderer Block G liegt. Dadurch liegen die Anfangspunkte X und Endpunkte O aller Stränge P1 ..P4 räumlich nahe zueinan der und können daher gut in unterschiedlicher Weise elektrisch verschaltet wer den.
Beispiele für die elektrische Verschaltung der Stränge P1 ..P4 sind in den Fig. 4 bis 8 dargestellt.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel, bei dem die Anfangspunkte X der vier Stränge P1 ..P4 je der Phase U, V, W jeweils miteinander verbunden sind und bei dem die End punkte O der vier Stränge P1 ..P4 aller Phasen U, V, W zu einem Sternpunkt mitei nander verbunden sind. Gleichwertig wäre auch möglich, dass die Endpunkte O der vier Stränge P1 ..P4 jeder Phase U, V, W jeweils miteinander verbunden sind und dass die Anfangspunkte der vier Stränge P1 ..P4 aller Phasen U, V, W zu ei nem Sternpunkt miteinander verbunden sind. Hier ergibt sich in beiden Fällen eine Parallelschaltung aller Stränge P1 ..P4, die zu einem Sternpunkt verschaltet sind.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem die Anfangspunkte X der vier Stränge P1 ..P4 je der Phase U, V, W jeweils miteinander verbunden sind und bei dem die End punkte O der ersten und zweiten Stränge P1 , P2 aller Phasen U, V, W zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und bei dem die Endpunkte O der dritten und vierten Stränge P3, P4 aller Phasen U, V, W zu einem zweiten Stern punkt miteinander verbunden sind. Gleichwertig wäre auch möglich, dass die End punkte O der vier Stränge P1 ..P4 jeder Phase U, V, W jeweils miteinander verbun den sind und dass die Anfangspunkte X der ersten und zweiten Stränge P1 , P2 al ler Phasen U, V, W zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und dass die Anfangspunkte X der dritten und vierten Stränge P3, P4 aller Phasen U, V, W zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind. Hier ergibt sich in beiden Fällen ebenfalls eine Parallelschaltung aller Stränge P1 ..P4, die jedoch zu zwei Sternpunkten verschaltet sind.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem der erste Strang P1 und der vierte Strang P4 je der Phase U, V, W jeweils in Serie geschaltet sind und bei dem der zweite Strang P2 und der dritte Strang P3 jeder Phase U, V, W jeweils in Serie geschaltet sind, wobei die Endpunkte O der dritten Stränge P3 und vierten Stränge P4 aller Pha sen U, V, W zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind oder alternativ die Anfangspunkte X der ersten Stränge P1 und zweiten Stränge P2 aller Phasen U,
V, W zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind. Hier sind die Stränge P1 ..P4 paarweise in Serie und parallelgeschaltet, wobei alle paarweise in Serie geschalteten Stränge P1 ..P4 zu einem Sternpunkt verschaltet sind.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel, bei dem der erste Strang P1 und der vierte Strang P4 je der Phase U, V, W jeweils in Serie geschaltet sind und bei dem der zweite Strang P2 und der dritte Strang P3 jeder Phase U, V, W jeweils in Serie geschaltet sind, wobei die Endpunkte O der dritten Stränge P3 aller Phasen U, V, W zu einem ers ten Sternpunkt miteinander verbunden sind und die Endpunkte O der vierten Stränge P4 aller Phasen U, V, W zu einem zweiten Sternpunkt miteinander ver bunden sind oder alternativ die Anfangspunkte X der ersten Stränge P1 aller Pha sen U, V, W zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und die An fangspunkte X der zweiten Stränge P2 aller Phasen U, V, W zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind. Hier sind die Stränge P1 ..P4 ebenfalls paarweise in Serie und parallelgeschaltet, wobei jedoch alle paarweise in Serie geschalteten Stränge P1 .P4 zu zwei Sternpunkten verschaltet sind.
Fig. 8 zeigt schließlich ein Beispiel, bei dem die vier Stränge P1 ..P4 jeder Phase U, V, W beginnend beim ersten Strang P1 aufsteigend bis zum vierten Strang P4 jeweils miteinander in Serie geschaltet sind und bei dem die Endpunkte O der vier ten Stränge P4 aller Phasen U, V, W zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind oder alternativ die Anfangspunkte X der ersten Stränge P1 aller Phasen U, V, W zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind. Hier sind die Stränge P1 ..P4 jeder Phase in Serie geschaltet, wobei die in Serie geschalteten Stränge P1 ..P4 zu einem Sternpunkt verschaltet sind.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung, wie die gezeigten Schemata für eine beliebige Anzahl an Lagenpaaren pro Block G erweitert werden können. Aus der Fig. 9 ist ersichtlich, dass das Muster für zwei Lagenpaare ausgehend von der Ba sis-Musterfolge entsprechend fortgesetzt wird.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung, wie die gezeigten Schemata für eine beliebige Anzahl an Polpaaren erweitert werden können. Dabei werden zwischen die Basis-Musterfolgen weitere Musterfolgen eingefügt.
Im Zusammenhang mit der Fig. 9 und 10 zeigt die untenstehende Tabelle ein Schema für einen beispielhaften Stator 5 mit vier Lagenpaaren und vier Polpaa- ren.
Die Fig. 11 zeigt schließlich die in ein Fahrzeug 15 eingebaute elektrische Ma schine 1. Das Fahrzeug 15 weist wenigstens zwei Achsen auf, von denen wenigs tens eine angetrieben ist. Konkret ist der Elektromotor 1 mit einem Getriebe 16 verbunden, das insbesondere auch die Funktion eines Differentialgetriebes über nehmen kann. An das Getriebe 16 schließen die Flalbachsen 17 der Flinterachse an. An den Halbachsen 17 sind schließlich die angetriebenen Räder 18 montiert. Der Antrieb des Fahrzeugs 15 erfolgt zumindest teilweise oder zeitweise durch die elektrische Maschine 1. Das heißt, die elektrische Maschine 1 kann zum alleinigen Antrieb des Fahrzeugs 15 dienen oder zum Beispiel im Verbund mit einer Ver brennungskraftmaschine vorgesehen sein (Hybridantrieb).
Abschließend wird auch festgehalten, dass der Schutzbereich durch die Patentan sprüche bestimmt ist. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Aus- legung der Ansprüche heranzuziehen. Die in den Figuren enthaltenen Merkmale können beliebig ausgetauscht und miteinander kombiniert werden. Insbesondere wird auch festgehalten, dass die dargestellten Vorrichtungen in der Realität auch mehr oder auch weniger Bestandteile als dargestellt umfassen können. Teilweise können die dargestellten Vorrichtungen beziehungsweise deren Bestandteile auch unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Stator (5) für eine elektrische Maschine (1 ), umfassend ein Statorblechpa ket (11) mit mehreren Statornuten (14), die parallel zu einer Drehachse (z) der elektrischen Maschine (1) verlaufen und in denen jeweils mehrere elektrische Lei ter (13) einer Statorwicklung (12) angeordnet sind, wobei elektrische Leiter (13) in einer Statornut (14) nur radial geschichtet in meh reren Lagen angeordnet sind, zwei nebeneinander angeordnete Statornuten (14) elektrische Leiter (13) einer Phase (U, V, W) aufnehmen und jeweils zu Blöcken (G) zusammengefasst werden,
Blöcke (G) einer Phase (U, V, W) im Statorblechpaket (11 ) gleichmäßig ver teilt sind, zwei aufeinanderfolgende Blöcke (G) einer Phase (U, V, W) ein Polpaar bil den,
Blöcke (G) unterschiedlicher Phasen (U, V, W) nebeneinander angeordnet sind, jede Phase (U, V, W) in vier Stränge (P1..P4) unterteilt ist, die jeweils meh rere in Serie geschaltete elektrische Leiter (13) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Blöcken (G) von den elektrischen Leitern (13) besetzte Positionen mit Spaltennummern S und Lagennummern L beschrieben werden, wobei die La gen von außen nach innen aufsteigend mit den Lagennummern L nummeriert sind und wobei die Statornuten (14) eines Blocks (G) mit den Spaltennummern S num meriert sind, die von den Leitern (13) in benachbarten Blöcken (G) derselben Phase (U, V, W) nacheinander zu besetzenden Positionen mit einer Startposition und Inkre mentalwerten definiert werden, wobei die Inkrementalwerte die Änderung von ei nem Block (G) zum nächsten in einer ersten Umfangsrichtung liegenden Block (G) derselben Phase (U, V, W) beschreiben, die Muster a und a‘ in der folgende Tabelle Startwerte und die Muster b, b‘, c und d Inkrementalwerte angeben, je Phase (U, V, W) ein erster Strang (P1) mit einer ersten Basis-Musterfolge a, b, d, b‘ beginnend mit einem ersten Block (G) beschrieben wird und damit ein erstes Polpaar gebildet wird, wobei für jedes Lagenpaar pro Block (G), welches zwei Lagenpaare pro Block (G) überschreitet, alternierend je eine Musterfolge d, b oder d, b‘ an die erste Basis-Musterfolge a, b, d, b‘ angefügt wird und wobei für je des zusätzliche Polpaar je eine Musterfolge c, d an je eine Musterfolge a, b und an je eine Musterfolge d, b‘ und an je eine Musterfolge d, b angefügt wird, je Phase (U, V, W) ein zweiter Strang (P2) mit einer zweiten Basis-Muster folge a‘, b‘, d, b beginnend mit einem ersten Block (G) beschrieben wird und damit das erste Polpaar ergänzt wird, wobei für jedes Lagenpaar pro Block (G), welches zwei Lagenpaare pro Block (G) überschreitet, alternierend je eine Musterfolge d, b‘ oder d, b an die zweite Basis-Musterfolge a‘, b‘, d, b angefügt wird und wobei für jedes zusätzliche Polpaar je eine Musterfolge c, d an je eine Musterfolge a‘, b‘ und an je eine Musterfolge d, b und an je eine Musterfolge d, b‘ angefügt wird, - je Phase (U, V, W) ein dritter Strang (P3) mit einer Abfolge von zu beset zenden Positionen beschrieben wird, welche der für den ersten Strang (P1) ange gebenen Abfolge entspricht, wobei die Abfolge für den dritten Strang (P3) jedoch bei einem zweiten Block (G) beginnt, welcher gegenüber dem ersten Block (G) um eine Position in die erste Umfangsrichtung versetzt ist, - je Phase (U, V, W) ein vierter Strang (P4) mit einer Abfolge von zu beset zenden Positionen beschrieben wird, welche der für den zweiten Strang (P2) an- gegebenen Abfolge entspricht, wobei die Abfolge für den vierten Strang (P4) je doch bei einem zweiten Block (G) beginnt, welcher gegenüber dem ersten Block (G) um eine Position in die erste Umfangsrichtung versetzt ist, und die Stränge (P1..P4) im ersten Block (G) Anfangspunkte (X) und am ande ren offenen Ende Endpunkte (O) haben.
2. Stator (5) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (13) paarweise durch die Schenkel eines U-förmigen Bügels gebildet sind und die Anfangspunkte (X) und Endpunkte (O) der Stränge (P1..P4) jeweils durch ein Ende eines solchen Schenkels gebildet sind.
3. Stator (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den ersten Blöcken (G) unterschiedlicher Phasen (U, V, W) jeweils genau ein an derer Block (G) liegt.
4. Stator (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangspunkte (X) der vier Stränge (P1..P4) jeder Phase (U, V, W) je weils miteinander verbunden sind und dass die Endpunkte (O) der vier Stränge (P1..P4) aller Phasen (U, V, W) zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind oder die Endpunkte (O) der vier Stränge (P1..P4) jeder Phase (U, V, W) jeweils miteinander verbunden sind und dass die Anfangspunkte (X) der vier Stränge (P1..P4) aller Phasen (U, V, W) zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind.
5. Stator (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangspunkte (X) der vier Stränge (P1..P4) jeder Phase (U, V, W) je weils miteinander verbunden sind und dass die Endpunkte (O) der ersten Stränge (P1) und zweiten Stränge (P2) aller Phasen (U, V, W) zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und dass die Endpunkte (O) der dritten Stränge (P3) und vierten Stränge (P4) aller Phasen (U, V, W) zu einem zweiten Sternpunkt mit einander verbunden sind oder die Endpunkte (O) der vier Stränge (P1..P4) jeder Phase (U, V, W) jeweils miteinander verbunden sind und dass die Anfangspunkte (X) der ersten Stränge (P1) und zweiten Stränge (P2) aller Phasen (U, V, W) zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und dass die Anfangspunkte (X) der dritten Stränge (P3) und vierten Stränge (P4) aller Phasen (U, V, W) zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind.
6. Stator (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strang (P1) und der vierte Strang (P4) jeder Phase (U, V, W) je weils in Serie geschaltet sind, dass der zweite Strang (P2) und der dritte Strang (P3) jeder Phase (U, V, W) jeweils in Serie geschaltet sind und dass die Endpunkte (O) der dritten Stränge (P3) und vierten Stränge (P4) aller Phasen (U, V, W) zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind oder die Anfangspunkte (X) der ersten Stränge (P1) und zweiten Stränge (P2) al ler Phasen (U, V, W) zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind.
7. Stator (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strang (P1) und der vierte Strang (P4) jeder Phase (U, V, W) je weils in Serie geschaltet sind, dass der zweite Strang (P2) und der dritte Strang (P3) jeder Phase (U, V, W) jeweils in Serie geschaltet sind und dass die Endpunkte (O) der dritten Stränge (P3) aller Phasen (U, V, W) zu einem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und dass die Endpunkte (O) der vierten Stränge (P4) aller Phasen (U, V, W) zu einem zweiten Sternpunkt mitei nander verbunden sind oder die Anfangspunkte (X) der ersten Stränge (P1) aller Phasen (U, V, W) zu ei nem ersten Sternpunkt miteinander verbunden sind und dass die Anfangspunkte (X) der zweiten Stränge (P2) aller Phasen (U, V, W) zu einem zweiten Sternpunkt miteinander verbunden sind.
8. Stator (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Stränge (P1..P4) jeder Phase (U, V, W) beginnend beim ersten Strang (P1) aufsteigend bis zum vierten Strang (P4) jeweils miteinander in Serie geschaltet sind und dass die Endpunkte (O) der vierten Stränge (P4) aller Phasen (U, V, W) zu einem Sternpunkt miteinander verbunden sind oder die Anfangspunkte (X) der ersten Stränge (P1) aller Phasen (U, V, W) zu ei nem Sternpunkt miteinander verbunden sind.
9. Stator (5) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (13) als Leiterstäbe ausgebildet sind.
10. Stator (5) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Musterfolgen a, b; d, b; d, b‘; jeweils von den U-förmigen Bügel der Leiterstäbe dargestellt sind.
11. Stator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Musterfolgen untereinander jeweils durch eine Schweißverbindung der Enden der Leiterstäbe erfolgen.
12. Stator (5) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass, die Leiterstäbe aus einem Draht mit einer rechteckigen Querschnittsfläche gebildet sind.
13. Stator (5) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, die Statornuten jeweils acht Lagen aufweisen.
14. Elektrische Maschine (1), gekennzeichnet durch ein erstes Lagerschild (6) und ein zweites Lagerschild (7), einen zwischen den beiden Lagerschilden (6, 7) angeordneten Stator (5) nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, und einen im Stator (5) angeordneten Rotor (3) mit einer in den beiden Lager schilden (6, 7) drehbar gelagerten Rotorwelle (2),
15. Fahrzeug (15) mit wenigstens zwei Achsen, von denen wenigstens eine an getrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Antrieb zumindest teil weise oder zeitweise durch die elektrische Maschine (1) nach Anspruch 14 erfolgt.
EP22721096.0A 2021-04-29 2022-04-21 Elektrische maschine und stator hierfür mit verbesserter anordnung von leitern einer statorwicklung Pending EP4331086A1 (de)

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