DE102021125488A1 - Stator of a rotary electric machine and a rotary electric machine - Google Patents

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Fabian Oehler
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine sowie die elektrische Rotationsmaschine selbst.Der Stator umfasst ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Statorjoch (1) und in Umfangsrichtung verteilte, vom Statorjoch (1) ausgehende und in einer ersten Erstreckungsrichtung (2) sich radial erstreckende sowie in einer zweiten Erstreckungsrichtung (3) sich axial erstreckende Statorzähne (4) sowie zwischen den Statorzähnen (4) mehrere im Wesentlichen sich axial erstreckende Nuten (10) und in den Nuten (10) jeweils zumindest einen Statorzahn (4) umschlingend zumindest eine Wicklung (21) wenigstens eines Leiterelements (20), wobei in wenigstens einer Nut (10) ein breiterer Leiterelementabschnitt (30) mit einem Querschnitt mit einer Breite angeordnet ist, die größer ist als die Breite des Querschnitts wenigstens eines weiteren Leiterelementabschnitts (31) in dieser Nut (10), und diese Nut (10) einen Querschnitt mit mehreren Tiefenabschnitten (11,12) hat, die unterschiedliche, an die Breiten der Leiterelementabschnitte (30,31) angepasste Nutbreiten (14) definieren.Mit dem hier vorgeschlagenen Stator und der damit ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine werden Einrichtungen zur Verfügung gestellt, die einen optimierten Kupferfüllfaktor mit einer ausreichenden Isolationsfestigkeit und Abstützung der Leiter zur Aufnahme der auf die Wicklung wirkenden Kräfte kombinieren.The invention relates to a stator of an electrical rotary machine and to the electrical rotary machine itself second direction of extension (3) axially extending stator teeth (4) and between the stator teeth (4) several essentially axially extending slots (10) and in the slots (10) in each case at least one stator tooth (4) wrapped around at least one winding (21) of at least one conductor element (20), wherein in at least one groove (10) there is arranged a wider conductor element section (30) with a cross section having a width which is greater than the width of the cross section of at least one further conductor element section (31) in this groove (10 ), and this slot (10) has a cross-section with several depth sections (11,12) which define different slot widths (14) adapted to the widths of the conductor element sections (30,31).With the stator proposed here and the electrical Rotary machines are provided with facilities that combine an optimized copper fill factor with sufficient insulation strength and support of the conductors to absorb the forces acting on the winding.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine sowie die elektrische Rotationsmaschine selbst.The invention relates to a stator of an electrical rotary machine and to the electrical rotary machine itself.

Elektrische Rotationsmaschinen sind in vielfältigen Ausgestaltungen für unterschiedlichste Anwendungsfälle bekannt, wobei sie in erster Linie als Antriebsaggregate dienen, oder auch als Generatoren betrieben werden.Electrical rotary machines are known in a variety of configurations for a wide variety of applications, in which case they primarily serve as drive units or are also operated as generators.

Sie umfassen jeweils einen Stator und diesbezüglich drehbar angeordnet einen Rotor. Übliche Ausführungsformen sehen vor, dass sich dabei der Rotor radial innerhalb des Stators befindet bzw. dort drehbar gelagert ist.They each comprise a stator and a rotor arranged to be rotatable in relation thereto. Customary embodiments provide that the rotor is located radially inside the stator or is rotatably mounted there.

An den Stator werden unterschiedliche Anforderungen gestellt. So muss der Stator das von der elektrischen Rotationsmaschine erzeugte Drehmoment abstützen bzw. aufnehmen können und an ein Gehäuse oder auch Gestell übertragen können. Üblicherweise bildet dabei der Stator zumindest teilweise auch ein Gehäuse der elektrischen Rotationsmaschine aus, bzw. ist fest an das Gehäuse angeschlossen. Der Stator ist mit einer relativ hohen Genauigkeit zu fertigen, so dass sichergestellt ist, dass ein Luftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor ausreichend groß ist, so dass auch bei hohen Drehzahlen des Rotors und wirkenden Fliehkräften keine Kollision zwischen dem Rotor und dem Stator stattfindet. Auf der anderen Seite muss jedoch dieser Luftspalt geringgehalten werden, um einen hohen elektrischen Wirkungsgrad der elektrischen Rotationsmaschine zu erreichen. Die mechanische Befestigung des Stators an einem Gehäuse muss möglichst spannungsfrei realisiert werden, so dass keine Verformungen einzelner Elemente des Status, wie zum Beispiel von Blechen von Blechpaketen des Stators auftreten, die wiederum zu elektrischen Verlusten führen könnten.Different requirements are placed on the stator. The stator must be able to support or absorb the torque generated by the rotary electric machine and be able to transmit it to a housing or frame. Usually, the stator also at least partially forms a housing of the electrical rotary machine or is permanently connected to the housing. The stator is to be manufactured with a relatively high level of accuracy, so that it is ensured that an air gap between the stator and the rotor is sufficiently large, so that no collision between the rotor and the stator takes place even at high speeds of the rotor and centrifugal forces acting. On the other hand, however, this air gap must be kept small in order to achieve high electrical efficiency of the electric rotary machine. The mechanical attachment of the stator to a housing must be implemented with as little stress as possible, so that no deformation of individual elements of the status, such as laminations of laminated cores of the stator, occur, which in turn could lead to electrical losses.

In Nuten, die zwischen Zähnen des Stators ausgebildet sind, befinden sich elektrische Leitern in Form von Drahtwicklungen, die mehrere Statorzähne umschlingen. Gegebenenfalls sind diese Wicklungen aus Draht mit den Statorzähnen verklebt oder verklemmt und/ oder mit einem Epoxidharz vollständig vergossen.Electrical conductors are located in slots formed between teeth of the stator in the form of coils of wire wrapped around a plurality of stator teeth. If necessary, these wire windings are glued or clamped to the stator teeth and/or completely encapsulated with an epoxy resin.

Aus der elektromagnetischen Kopplung zwischen Wicklung und Eisen der elektrischen Maschine resultieren im Betrieb der elektrischen Maschine wechselnde Kräfte auf die Wicklung, die das Risiko von Verschleiß oder Ermüdungsverhaltens erhöhen. Insbesondere mit zunehmender Anwendung elektrischer Rotationsmaschinen als Antriebsaggregate in Kraftfahrzeugen besteht die Anforderung einer kosten- und zeiteffizienten Fertigung.The electromagnetic coupling between the winding and the iron of the electric machine results in changing forces on the winding during operation of the electric machine, which increase the risk of wear or fatigue. In particular, with the increasing use of electrical rotary machines as drive units in motor vehicles, there is a requirement for cost-effective and time-efficient production.

Die DE 10 2019 125 574 A1 offenbart ein in Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine, wobei in einem ersten Schritt ein Statorkern mit Statornuten bereitgestellt wird, in einem zweiten Schritt Hair-Pin-Elemente bereitgestellt werden, und in einem dritten Schritt Hair-Pin-Elemente in jeweils zwei der Statornuten angeordnet werden. Das jeweilige Hair-Pin-Element wird in Abhängigkeit von der vorbestimmten Wicklungsposition aus ersten und zweiten Hair-Pin-Elementen ausgewählt und an einer vorbestimmten Wicklungsposition in zwei der Statornuten angeordnet.The DE 10 2019 125 574 A1 discloses a method for producing a stator for an electrical machine, wherein a stator core with stator slots is provided in a first step, hair-pin elements are provided in a second step, and hair-pin elements in twos in a third step of the stator slots are arranged. The respective hair-pin element is selected from first and second hair-pin elements depending on the predetermined winding position and is arranged at a predetermined winding position in two of the stator slots.

Für hohe Leistungsdichten muss die Wicklung einer elektrischen Maschine einen hohen Kupferfüllfaktor aufweisen. Dieser wird üblicherweise realisiert, indem Leiter aus massiven Wicklungsdraht verwendet werden. Diese Art von Wicklungen wird auch als Stabwicklung bezeichnet. Die Leiter werden als Stäbe bezeichnet. Oftmals werden Stäbe von größtenteils rechteckigem Querschnitt gewählt.For high power densities, the winding of an electrical machine must have a high copper fill factor. This is usually realized by using solid winding wire conductors. This type of winding is also referred to as bar winding. The conductors are referred to as rods. Rods of mostly rectangular cross-section are often chosen.

Die 1 bis 5 zeigen herkömmliche Ausführungsformen einer typischen Wicklung.The 1 until 5 show conventional embodiments of a typical winding.

Zunächst wird der allgemeine Aufbau einer Wicklung in einer Nut anhand 1 erläutert.First, the general structure of a winding in a slot is shown 1 explained.

Ein Statorjoch 1 bildet mehrere Nuten 10 aus. Beispielhaft ist in 1 nur eine derartige Nut 10 gezeigt. Die Nut 10 ist durch beidseitig angeordnete Statorzähne 4 ausgebildet und erstreckt sich in radialer Richtung entlang einer ersten Erstreckungsrichtung 2 und in axialer Richtung entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung 3. In der Nut 10 sind radial zueinander versetzt mehrere Leiterelemente 20 bzw. Abschnitte davon angeordnet. Die Leiterelemente 20 bilden zusammen eine Wicklung 21 aus. Ein jeweiliges Leiterelement 20 ist durch einen elektrisch leitfähigen Leiterkern 22 und eine diesen Leiterkern 22 umgebende Isolationsummantelung 23 ausgebildet. Die Leiterelemente 20 sind üblicherweise derart kompakt in der Nut 10 angeordnet, dass sie die Nut 10 im Wesentlichen entlang der Tiefe 13 der Nut 10 füllen. Ebenso sind die Leiterelemente 10 derart dimensioniert, dass sie im Wesentlichen so breit wie die Breite 14 der Nut 10 ausgeführt sind. Derart lässt sich ein hoher Kupferfüllfaktor erreichen.A stator yoke 1 forms a plurality of slots 10 . An example is in 1 only one such groove 10 is shown. The slot 10 is formed by stator teeth 4 arranged on both sides and extends in the radial direction along a first direction of extent 2 and in the axial direction along a second direction of extent 3. A plurality of conductor elements 20 or sections thereof are arranged in the slot 10 radially offset from one another. The conductor elements 20 together form a winding 21 . A respective conductor element 20 is formed by an electrically conductive conductor core 22 and an insulating sheathing 23 surrounding this conductor core 22 . The conductor elements 20 are usually arranged so compactly in the slot 10 that they essentially fill the slot 10 along the depth 13 of the slot 10 . Likewise, the conductor elements 10 are dimensioned in such a way that they are essentially as wide as the width 14 of the slot 10 . A high copper fill factor can be achieved in this way.

Aufgrund der auf die Leiterelemente wirkenden elektromagnetischen Kräfte kann es erforderlich sein, einzelne Leiter bzw. Leiterelemente im Querschnitt größer zu dimensionieren. Derartige Ausführungsformen sind in den 2-5 dargestellt.Due to the electromagnetic forces acting on the conductor elements, it may be necessary to dimension individual conductors or conductor elements with a larger cross section. Such embodiments are in the 2-5 shown.

2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der am tiefsten in der Nut 10 angeordnete Leiterelementabschnitt eine in der Breite dickere Isolationsummantelung 23 aufweist als die anderen Leiterelementabschnitte 20. Entsprechend ist dieser Leiterelementabschnitt ein breiterer Leiterelementabschnitt 30 als die in der Nut 10 angeordneten weiteren Leiterelementabschnitte 31. 2 shows an embodiment in which the deepest in the groove 10 arranged ladder element ment section has an insulating jacket 23 that is thicker in width than the other conductor element sections 20. Accordingly, this conductor element section is a wider conductor element section 30 than the further conductor element sections 31 arranged in the slot 10.

3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei der der am tiefsten in der Nut 10 angeordnete Leiterelementabschnitt eine umlaufend dickere Isolationsummantelung 23 aufweist als die anderen Leiterelementabschnitte 20. Auch dadurch ist dieser Leiterelementabschnitt ein breiterer Leiterelementabschnitt 30 als die weiteren Leiterelementabschnitt der 31, die in der Nut angeordnet sind. 3 shows a similar embodiment, in which the conductor element section arranged deepest in the groove 10 has a thicker insulating sheathing 23 all around than the other conductor element sections 20. This also means that this conductor element section is a wider conductor element section 30 than the other conductor element sections of 31 that are arranged in the groove .

4 zeigt eine Ausführungsform, bei der der breitere Leiterelementabschnitt 30 derjenige ist, der am dichtesten an der Öffnung der Nut 10 angeordnet ist. 4 FIG. 12 shows an embodiment in which the wider conductor element portion 30 is the one located closest to the opening of the slot 10. FIG.

5 zeigt eine Ausführungsform mit 2 breiteren Leiterelementabschnitten 30, die dichter an der Öffnung der Nut 10 angeordnet sind als die weiteren Leiterelementabschnitte 31 5 shows an embodiment with 2 wider conductor element sections 30, which are arranged closer to the opening of the groove 10 than the other conductor element sections 31

Ersichtlich ist, dass in den bekannten Ausführungsformen bei unterschiedlich dimensionierten Leiterquerschnitten nicht immer eine optimale Fixierung der Leiter in der Nut und/ oder nicht immer ein optimaler Kupferfüllfaktor erreicht wird, da aufgrund der Anordnung mindestens eines breiteren Leiterelementabschnitts 30 die Nut 10 eine entsprechende Breite 14 erhalten muss.It can be seen that in the known embodiments with differently dimensioned conductor cross sections, an optimal fixation of the conductors in the slot and/or an optimal copper fill factor is not always achieved, since the arrangement of at least one wider conductor element section 30 gives the slot 10 a corresponding width 14 must.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stator sowie eine diesen Stator umfassende elektrische Rotationsmaschine zur Verfügung zu stellen, die einen optimierten Kupferfüllfaktor mit einer ausreichenden Isolationsfestigkeit und Abstützung der Leiter zur Aufnahme der auf die Wicklung wirkenden Kräfte kombinieren.Proceeding from this, the object of the present invention is to provide a stator and an electrical rotary machine comprising this stator that combine an optimized copper fill factor with sufficient insulation strength and support of the conductors to absorb the forces acting on the winding.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Stator gemäß Anspruch 1 sowie durch die elektrische Rotationsmaschine gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Stators sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben.This object is achieved by the stator according to claim 1 and by the electrical rotary machine according to claim 8. Advantageous configurations of the stator are specified in subclaims 2 to 7.

Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.The features of the claims can be combined in any technically meaningful way, with the explanations from the following description and features from the figures also being able to be used for this purpose, which include supplementary configurations of the invention.

Die Erfindung betrifft einen einen Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, der ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Statorjoch und in Umfangsrichtung verteilte, vom Statorjoch ausgehende und in einer ersten Erstreckungsrichtung sich radial erstreckende sowie in einer zweiten Erstreckungsrichtung sich axial erstreckende Statorzähne umfasst. Weiterhin umfasst der Stator zwischen den Statorzähnen mehrere im Wesentlichen sich axial erstreckende Nuten und in den Nuten jeweils zumindest einen Statorzahn umschlingend zumindest eine Wicklung wenigstens eines Leiterelements, wobei in wenigstens einer Nut ein breiterer Leiterelementabschnitt mit einem Querschnitt mit einer Breite angeordnet ist, die größer ist als die Breite des Querschnitts wenigstens eines weiteren Leiterelementabschnitts in dieser Nut. Diese Nut hat einen Querschnitt mit mehreren Tiefenabschnitten, die unterschiedliche, an die Breiten der Leiterelementabschnitte angepasste Nutbreiten definieren.The invention relates to a stator of an electrical rotary machine, which comprises a substantially hollow-cylindrical stator yoke and stator teeth distributed in the circumferential direction, starting from the stator yoke and extending radially in a first direction of extension and axially in a second direction of extension. Furthermore, the stator between the stator teeth comprises a plurality of essentially axially extending slots and in the slots in each case at least one winding of at least one conductor element wraps around at least one stator tooth, wherein in at least one slot a wider conductor element section with a cross-section with a width that is greater is arranged than the width of the cross section of at least one further conductor element section in this groove. This groove has a cross-section with several depth sections that define different groove widths that are adapted to the widths of the conductor element sections.

Die Begriffe „radial“, „axial“ und „Umfangsrichtung“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Drehachse eines Rotors der erfindungsgemäßen elektrischen Rotationsmaschine bzw. auf die Anordnung der Statorzähne.In the context of the present invention, the terms “radial”, “axial” and “circumferential direction” always refer to the axis of rotation of a rotor of the electric rotary machine according to the invention or to the arrangement of the stator teeth.

Das bedeutet, dass der Stator zumindest eine Nut und insbesondere mehrere Nuten aufweist, die entlang der Tiefe der Nut unterschiedlich breit ausgeführt ist, in Anpassung an unterschiedlich breite Leiterelementabschnitte. Die Tiefe der Nut ist hier in radialer Richtung definiert. Die Breite ist in Umfangsrichtung zu messen.This means that the stator has at least one groove and in particular a plurality of grooves, which are of different widths along the depth of the groove, in adaptation to conductor element sections of different widths. The depth of the groove is defined here in the radial direction. The width is to be measured in the circumferential direction.

Der betreffende Querschnitt der Nut ist hier in einer senkrecht zur Rotationsachse einer elektrischen Rotationsmaschine definiert, deren Bestandteil der vorliegende Stator ist.The relevant cross-section of the slot is defined here in a direction perpendicular to the axis of rotation of an electrical rotary machine, of which the present stator is a part.

Ein jeweiliges Leiterelement bzw. deren Leiterelementabschnitte umfasst bzw. umfassen einen metallischen Leiterkern zur elektrischen Leitung sowie eine Ummantelung aus Isolationsmaterial. Ein jeweiliges Leiterelement kann dabei insbesondere einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.A respective conductor element or its conductor element sections includes or include a metallic conductor core for electrical conduction and a sheathing made of insulating material. A respective conductor element can in particular have a rectangular cross section.

Ein Leiterelement bildet dabei zumindest eine Windung der Wicklung bzw. eine Umschlingung oder einen Teil davon aus.A conductor element forms at least one turn of the winding or a loop or a part thereof.

Eine Umschlingung muss dabei einen oder mehrere Statorzähne nicht zwingend komplett umschlingen, sondern gegebenenfalls auch nur teilweise.A wrap does not necessarily have to wrap around one or more stator teeth completely, but possibly also only partially.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Stators sieht vor, dass ein breiterer Tiefenabschnitt der Nut, der eine größere Breite aufweist als ein benachbarter weiterer Tiefenabschnitt, so tief ist wie die Tiefe lediglich eines in ihm angeordneten breiteren Leiterelementabschnitts.An advantageous embodiment of the stator provides that a wider depth section of the slot, which has a greater width than an adjacent further depth section, is as deep as the depth of only one wider conductor element section arranged in it.

Alternativ kann der Stator derart ausgestaltet sein, dass ein breiterer Tiefenabschnitt, der eine größere Breite aufweist als ein benachbarter weiterer Tiefenabschnitt, so tief ist wie die Summe der Tiefen mehrerer in ihm angeordneter Leiterelementabschnitte.Alternatively, the stator can be designed in such a way that a wider depth section, which has a greater width than an adjacent further depth section, is as deep as the sum of the depths of a plurality of conductor element sections arranged in it.

Demzufolge erstreckt sich Bereich größerer Nutbreite so tief wie die Tiefe mehrerer radial übereinander positionierter Leiterelementabschnitte. In diesem Fall sind auch mehrere radial übereinander positionierte Leiterelementabschnitte in diesem Bereich größerer Nutbreite angeordnet.As a result, the region of greater groove width extends as deep as the depth of a plurality of conductor element sections positioned radially one above the other. In this case, a plurality of conductor element sections positioned radially one above the other are also arranged in this region of greater slot width.

Insbesondere kann ein breiterer Tiefenabschnitt, der eine größere Breite aufweist als jeder weitere Tiefenabschnitt der Nut, in einem radial tiefsten Bereich der Nut ausgeführt sein. Entsprechend ist vorgesehen, dass der breitere Tiefenabschnittradial am weitesten außen in der Nut ausgebildet ist.In particular, a wider depth section, which has a greater width than any further depth section of the groove, can be implemented in a radially deepest region of the groove. Accordingly, it is provided that the wider depth section is formed radially at the outermost point in the groove.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wicklung eine Hair-Pin-Wicklung ist.In one embodiment it is provided that the winding is a hairpin winding.

Unter einer Hairpin-Technologie ist eine Wickeltechnologie für Statoren in elektrischen Motoren und Generatoren zu verstehen, welche insbesondere bei Traktionsmotoren für Elektrofahrzeuge Anwendung findet. Die Hairpin-Technologie basiert auf Steckspulen, welche in die Statornuten des Blechpakets eingefügt werden. Diese Steckpulen werden Hairpins genannt und ähneln in ihrer Geometrie Haarnadeln.A hairpin technology is to be understood as a winding technology for stators in electric motors and generators, which is used in particular in traction motors for electric vehicles. Hairpin technology is based on plug-in coils that are inserted into the stator slots of the laminated core. These plug-in coils are called hairpins and resemble hairpins in their geometry.

Es können hier als Hairpins Steckspulen in U-Geometrie, oder in sogenannter I-Pin-Technologie oder auch im Konzept der Wellenwicklung, als sogenannte Continuous Hairpins, Verwendung finden.Plug-in coils in U-geometry, or in so-called I-pin technology, or also in the concept of wave winding, as so-called continuous hairpins, can be used here as hairpins.

I-Pins sind aus geradlinigen Kupferdrahtelementen gebildet, die in die Statornuten eingesetzt werden. Die Kontaktierung erfolgt an beiden axialen Seiten des Stators. Bei dem Konzept der Wellenwicklung werden sogenannte Wickelmatten aus den Leiterelementen hergestellt und anschließend von radial innen in die Nuten eingelegt. Im Fall der Anwendung Hair-Pin-Technologie können die einzelnen Leiterelementabschnitte vollständige Pins ausbilden.I-Pins are formed from straight copper wire elements that are inserted into the stator slots. Contact is made on both axial sides of the stator. In the case of the wave winding concept, so-called winding mats are produced from the conductor elements and then inserted into the slots from radially inside. If hair-pin technology is used, the individual conductor element sections can form complete pins.

Ein jeweils breiterer Leiterelementabschnitt kann um mindestens 20% breiter sein als ein weiterer Leiterelementabschnitt in der jeweiligen Nut, der eine geringere Breite aufweist.A conductor element section that is wider in each case can be at least 20% wider than another conductor element section in the respective slot that has a smaller width.

Weiterhin kann der Stator derart ausgeführt sein, dass die Leiterelementabschnitte in der Nut jeweils einen Leiterkern sowie eine den Leiterkern umgebende Isolationsummantelung aufweisen, wobei die Breite des Leiterkerns der Leiterelementabschnitte in einer Nut gleich groß ist, und die Breite der Isolationsummantelung des breiteren Leiterelementabschnitts größer ist als die Breite der Isolationsummantelung des weiteren Leiterelementabschnitts, der eine geringere Breite aufweist.Furthermore, the stator can be designed in such a way that the conductor element sections in the slot each have a conductor core and an insulating sheathing surrounding the conductor core, the width of the conductor core of the conductor element sections in a slot being the same and the width of the insulating sheathing of the wider conductor element section being greater than the width of the insulation covering of the further conductor element section, which has a smaller width.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Rotationsmaschine, welches einen Rotor sowie einen erfindungsgemäßen Stator aufweist.A further aspect of the present invention is an electrical rotary machine which has a rotor and a stator according to the invention.

Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

  • 1: eine teilweise Seitenansicht einer zweiten herkömmlichen Ausführungsform eines Stators,
  • 2: eine teilweise Seitenansicht einer zweiten herkömmlichen Ausführungsform eines Stators,
  • 3: eine teilweise Seitenansicht einer dritten herkömmlichen Ausführungsform eines Stators,
  • 4: eine teilweise Seitenansicht einer vierten herkömmlichen Ausführungsform eines Stators,
  • 5: eine teilweise Seitenansicht einer fünften herkömmlichen Ausführungsform eines Stators, und
  • 6: eine teilweise Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Stators.
The invention described above is explained in detail below against the relevant technical background with reference to the accompanying drawings, which show preferred embodiments. The invention is in no way limited by the purely schematic drawings, it being noted that the exemplary embodiments shown in the drawings are not limited to the dimensions shown. It is shown in
  • 1 : a partial side view of a second conventional embodiment of a stator,
  • 2 : a partial side view of a second conventional embodiment of a stator,
  • 3 : a partial side view of a third conventional embodiment of a stator,
  • 4 : a partial side view of a fourth conventional embodiment of a stator,
  • 5 : a partial side view of a fifth conventional embodiment of a stator, and
  • 6 1: a partial side view of an embodiment of a stator according to the invention.

Auf die den Stand der Technik darstellenden 1-5 wurde bereits eingegangen. 6 zeigt eine erfindungsgemäß ausgestaltete Ausführungsform eines Stators. Auch hier bildet ein Statorjoch 1 mehrere Nuten 10 aus. Beispielhaft ist in 1 nur eine derartige Nut 10 gezeigt. Die Nut 10 ist durch beidseitig angeordnete Statorzähne 4 ausgebildet und erstreckt sich in radialer Richtung entlang einer ersten Erstreckungsrichtung 2 und in axialer Richtung entlang einer zweiten Erstreckungsrichtung 3. In der Nut 10 sind radial zueinander versetzt mehrere Leiterelemente 20 bzw. Abschnitte davon angeordnet. Die Leiterelemente 20 bilden zusammen eine Wicklung 21 aus. Ein jeweiliges Leiterelement 20 ist durch einen elektrisch leitfähigen Leiterkern 22 und eine diesen Leiterkern 22 umgebende Isolationsummantelung 23 ausgebildet. Die Leiterelemente 20 sind derart kompakt in der Nut 10 angeordnet, dass sie die Nut 10 im Wesentlichen entlang der Tiefe 13 der Nut 10 füllen.On those representing the state of the art 1-5 has already been received. 6 shows an embodiment of a stator designed according to the invention. Here, too, a stator yoke 1 forms a plurality of slots 10 . An example is in 1 only one such groove 10 is shown. The slot 10 is formed by stator teeth 4 arranged on both sides and extends in the radial direction along a first direction of extent 2 and in the axial direction along a second direction of extent 3. A plurality of conductor elements 20 or sections thereof are arranged in the slot 10 radially offset from one another. The conductor elements 20 together form a winding 21 . A respective conductor element 20 is formed by an electrically conductive conductor core 22 and an insulating sheathing 23 surrounding this conductor core 22 . The conductor elements 20 are arranged in the groove 10 so compactly that they essentially fill the groove 10 along the depth 13 of the groove 10 .

Die Gruppe der in der Nut 10 aufgenommenen Leiterelemente 20 umfasst einen breiteren Leiterelementabschnitt 30 sowie weitere Leiterelementabschnitte 31, die eine geringere Breite aufweisen als der breitere Leiterelementabschnitt 30. die Nut 10 ist derart ausgestaltet, dass sie einen breiteren Tiefenabschnitt 11 zur Aufnahme des breiteren Leiterabschnitts 30 aufweist, und einen weiteren Tiefenabschnitt 12 aufweist, zur Aufnahme der weiteren Leiterelementabschnitte 31. Entsprechend ist die Breite 14 der Nut 10 derart dimensioniert, dass sie in unterschiedlichen Tiefenabschnitten 11,12 den Breiten der dort jeweils aufgenommenen Leiterelementabschnitte 30,31 angepasst ist.The group of conductor elements 20 accommodated in the groove 10 comprises a wider conductor element section 30 and further conductor element sections 31, which have a smaller width than the wider conductor element section 30. The groove 10 is designed in such a way that it has a wider depth section 11 for accommodating the wider conductor section 30 has, and has a further depth section 12 for receiving the further conductor element sections 31. Accordingly, the width 14 of the groove 10 is dimensioned such that it is adapted in different depth sections 11,12 to the widths of the conductor element sections 30,31 respectively received there.

Derart lässt sich ein optimaler Kupferfüllfaktor erreichen, bei gleichzeitig optimaler Abstützung der Leiterelementabschnitte 30,31, sowie mit optimierter Isolationsfestigkeit.In this way, an optimal copper fill factor can be achieved, while at the same time providing optimal support for the conductor element sections 30, 31 and with optimized insulation strength.

Mit dem hier vorgeschlagenen Stator und der damit ausgestatteten elektrischen Rotationsmaschine werden Einrichtungen zur Verfügung gestellt, die einen optimierten Kupferfüllfaktor mit einer ausreichenden Isolationsfestigkeit und Abstützung der Leiter zur Aufnahme der auf die Wicklung wirkenden Kräfte kombinieren.With the stator proposed here and the electric rotary machine equipped with it, devices are made available which combine an optimized copper fill factor with sufficient insulation strength and support of the conductors to absorb the forces acting on the winding.

BezugszeichenlisteReference List

11
Statorjochstator yoke
22
erste Erstreckungsrichtungfirst extension direction
33
zweite Erstreckungsrichtungsecond extension direction
44
Statorzahnstator tooth
1010
Nutgroove
1111
breiterer Tiefenabschnittwider depth section
1212
weiterer Tiefenabschnittfurther depth section
1313
Tiefedepth
1414
BreiteBroad
2020
Leiterelementladder element
2121
Wicklungwinding
2222
Leiterkernconductor core
2323
Isolationsummantelunginsulation jacket
3030
breiterer Leiterelementabschnittwider conductor element section
3131
weiterer Leiterelementabschnittfurther conductor element section

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102019125574 A1 [0007]DE 102019125574 A1 [0007]

Claims (8)

Stator einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Statorjoch (1) und in Umfangsrichtung verteilte, vom Statorjoch (1) ausgehende und in einer ersten Erstreckungsrichtung (2) sich radial erstreckende sowie in einer zweiten Erstreckungsrichtung (3) sich axial erstreckende Statorzähne (4) sowie zwischen den Statorzähnen (4) mehrere im Wesentlichen sich axial erstreckende Nuten (10) und in den Nuten (10) jeweils zumindest einen Statorzahn (4) umschlingend zumindest eine Wicklung (21) wenigstens eines Leiterelements (20), wobei in wenigstens einer Nut (10) ein breiterer Leiterelementabschnitt (30) mit einem Querschnitt mit einer Breite angeordnet ist, die größer ist als die Breite des Querschnitts wenigstens eines weiteren Leiterelementabschnitts (31) in dieser Nut (10), und diese Nut (10) einen Querschnitt mit mehreren Tiefenabschnitten (11,12) hat, die unterschiedliche, an die Breiten der Leiterelementabschnitte (30,31) angepasste Nutbreiten (14) definieren.Stator of an electrical rotary machine, comprising a substantially hollow-cylindrical stator yoke (1) and stator teeth (4 ) and between the stator teeth (4) several essentially axially extending slots (10) and in the slots (10) in each case at least one stator tooth (4) wrapping around at least one winding (21) of at least one conductor element (20), wherein in at least one groove (10) a wider conductor element section (30) with a cross section with a width that is greater than the width of the cross section of at least one further conductor element section (31) is arranged in this groove (10), and this groove (10) has a cross section with has a plurality of depth sections (11,12) which define different groove widths (14) adapted to the widths of the conductor element sections (30,31). Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein breiterer Tiefenabschnitt (11) der Nut (10), der eine größere Breite (14) aufweist als ein benachbarter weiterer Tiefenabschnitt (12), so tief ist wie die Tiefe lediglich eines in ihm angeordneten breiteren Leiterelementabschnitts (30).stator after claim 1 , characterized in that a wider depth section (11) of the groove (10), which has a greater width (14) than an adjacent further depth section (12), is as deep as the depth of only one wider conductor element section (30) arranged in it . Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein breiterer Tiefenabschnitt (11), der eine größere Breite (14) aufweist als ein benachbarter weiterer Tiefenabschnitt (12), so tief ist wie die Summe der Tiefen mehrerer in ihm angeordneter Leiterelementabschnitte.stator after claim 1 , characterized in that a wider depth section (11), which has a greater width (14) than an adjacent further depth section (12), is as deep as the sum of the depths of several conductor element sections arranged in it. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein breiterer Tiefenabschnitt (11), der eine größere Breite (14) aufweist als jeder weitere Tiefenabschnitt (12) der Nut (10), in einem radial tiefsten Bereich der Nut (10) ausgeführt ist.Stator according to one of the preceding claims, characterized in that a wider depth section (11), which has a greater width (14) than each further depth section (12) of the slot (10), is implemented in a radially deepest region of the slot (10). is. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (21) eine Hair-Pin-Wicklung ist.Stator according to one of the preceding claims, characterized in that the winding (21) is a hairpin winding. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der breitere Leiterelementabschnitt (30) um mindestens 20% breiter ist als ein weiterer Leiterelementabschnitt (31) in der jeweiligen Nut (10), der eine geringere Breite aufweist.Stator according to one of the preceding claims, characterized in that the wider conductor element section (30) is at least 20% wider than a further conductor element section (31) in the respective slot (10), which has a smaller width. Stator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelementabschnitte (30,31) in der Nut (10) jeweils einen Leiterkern (22) sowie eine den Leiterkern (22) umgebende Isolationsummantelung (23) aufweisen, wobei die Breite des Leiterkerns (22) der Leiterelementabschnitte (30,31) in einer Nut (10) gleich groß ist, und die Breite der Isolationsummantelung (23) des breiteren Leiterelementabschnitts (30) größer ist als die Breite der Isolationsummantelung (23) des weiteren Leiterelementabschnitts (31), der eine geringere Breite aufweist.stator after claim 6 , characterized in that the conductor element sections (30, 31) in the groove (10) each have a conductor core (22) and an insulating sheathing (23) surrounding the conductor core (22), the width of the conductor core (22) of the conductor element sections (30 , 31) is the same size in a groove (10), and the width of the insulating sheathing (23) of the wider conductor element section (30) is greater than the width of the insulating sheathing (23) of the further conductor element section (31), which has a smaller width. Elektrische Rotationsmaschine, umfassend einen Rotor sowie einen Stator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.Electrical rotary machine, comprising a rotor and a stator according to one of Claims 1 until 7 .
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