DE102018125839A1 - Method for arranging electrical conductors in a stator of an electric motor - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung von elektrischen Leitern in einem Elektromotor in einer ersten Halblage und einer zweiten Halblage mit einem Wechsel der Halblagen mit einer Hilfslage.The present invention relates to an arrangement of electrical conductors in an electric motor in a first half-layer and a second half-layer with a change of the half-layers with an auxiliary layer.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft den Wechsel von Halbebenen von Stabwicklungen, Formspulen und Hairpinwicklungen eines Elektromotors.The present invention relates to the change of half-planes of rod windings, form coils and hairpin windings of an electric motor.
Ein Trend bei der Herstellung von Elektromotoren, insbesondere bei Elektromotoren für Kraftfahrzeuge, ist die Verwendung von Leiterstäben mit in der Regel rechteckigem Querschnitt anstatt konventioneller, dünner, runder Drähte. Die Wicklung wird aus einzelnen Segmenten gelegt und geschweißt. Ein besonderer Vorteil ist dabei ein hoher Füllgrad der Nuten der Statoren der Elektromotoren mit Kupfer und damit einhergehend ein geringer ohmscher Widerstand der Wicklung. Weiterhin erlaubt die Verwendung von Leiterstäben eine weitgehend automatisierte Fertigung. Die Leiterstäbe werden üblicherweise in mehreren Ebenen in den Nuten angeordnet.A trend in the manufacture of electric motors, in particular electric motors for motor vehicles, is the use of conductor bars with a generally rectangular cross section instead of conventional, thin, round wires. The winding is laid out of individual segments and welded. A particular advantage is a high degree of filling of the slots in the stators of the electric motors with copper and, as a result, a low ohmic resistance of the winding. Furthermore, the use of conductor bars enables largely automated production. The conductor bars are usually arranged in several levels in the grooves.
Beim Verbinden der Leiterstäbe am Wickelkopf gilt es insbesondere darauf zu achten, dass der Wickelkopf möglichst klein gestaltet wird. Dies spart Bauraum, Gewicht und Material.When connecting the conductor bars to the end winding, it is particularly important to ensure that the end winding is made as small as possible. This saves installation space, weight and material.
Um dieses Ziel zu erreichen, werden die Leiterstäbe nicht einfach als parallele Ebenen in den Nuten angeordnet, die Leiter werden vielmehr in Halblagen verflochten, was gerade an den Schweiß- und Biegestellen im Wickelkopf Platz spart und ein überschneidungsloses Aneinandervorbeiführen der Halblagen ermöglicht. Das Verflechten führt dazu, dass die Halblagen in einem Zick-Zack-Muster um den Stator verlaufen und dabei gegenseitig von durchlaufener Nute zu durchlaufener Nute die Ebene tauschen.In order to achieve this goal, the conductor bars are not simply arranged as parallel planes in the grooves, rather the conductors are interwoven in half-layers, which saves space especially at the welding and bending points in the winding head and enables the half-layers to be brought together without overlap. The interlacing leads to the half-layers running around the stator in a zigzag pattern and thereby exchanging the plane from one another to the other.
Ein Problem bei der beschriebenen Anordnung der elektrischen Leiter im Stator ist, dass ein Wechsel zwischen den Halblagen nicht direkt möglich ist. Die elektrischen Leiter zweier benachbarter Halblagen treffen sich an keinem Wickelkopf, vielmehr liegen sie stets auf einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Stators. Dieser Wechsel ist jedoch häufig dringend benötigt. Durch die Mehrzahl von Ebenen in der Nut entstehen dort viele unabhängige Stränge pro Phase, welche seriell oder parallel verschaltet werden müssen.A problem with the arrangement of the electrical conductors in the stator described is that a change between the half-layers is not possible directly. The electrical conductors of two adjacent half-layers do not meet at any winding head, rather they are always on opposite end faces of the stator. However, this change is often urgently needed. The plurality of levels in the groove creates many independent strands per phase, which have to be connected in series or in parallel.
Prinzipiell könnte man für einen Wechsel der Halblagen die zu verbindenden Halblagen in axialer Richtung des Stators aus dem Wickelkopf herausstehen lassen und an der entsprechenden Stelle zum Verbinden wieder einfädeln. Allerdings benötigt diese Lösung sehr viel Bauraum in axialer Richtung, da sie den Wickelkopf deutlich verlängert. Weiterhin müssen hierbei spezielle Leiterstücke angepasst und hergestellt werden.In principle, for a change of the half-layers, the half-layers to be connected could protrude from the winding head in the axial direction of the stator and be re-threaded at the corresponding point for connection. However, this solution requires a lot of installation space in the axial direction, since it significantly lengthens the winding head. Furthermore, special conductor pieces have to be adapted and manufactured.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Anordnung von elektrischen Leitern in einem Stator eines Elektromotors bereitzustellen, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und eine Möglichkeit zum platzsparenden Wechsel von Halblagen bietet, wobei vorzugsweise als Verbindungselement zum Wechsel der Halblage die Verbindungselemente zum Überführen von einer Nut in eine andere Nut dienen können.It is therefore an object of the present invention to provide a method for arranging electrical conductors in a stator of an electric motor which does not have the disadvantages of the prior art mentioned and which offers the possibility of changing half-layers in a space-saving manner, preferably as a connecting element for changing the half-layer the connecting elements can be used to transfer from one groove to another groove.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Anordnung von elektrischen Leitern in einem Stator eines Elektromotors, wobei die elektrischen Leiter in einer ersten Halblage und einer zweiten Halblage angeordnet werden, wobei die erste Halblage zumindest teilweise in einer axialen Richtung des Stators in einem ersten Teilbereich einer ersten Nut des Stators angeordnet wird und die zweite Halblage zumindest teilweise in der axialen Richtung des Stators in einem zweiten Teilbereich der ersten Nut des Stators angeordnet wird, wobei die erste Halblage zumindest teilweise in der axialen Richtung des Stators in einem zweiten Teilbereich einer zweiten Nut des Stators angeordnet wird und die zweite Halblage zumindest teilweise in der axialen Richtung des Stators in einem ersten Teilbereich der zweiten Nut des Stators angeordnet wird, wobei der erste Teilbereich der ersten Nut näher an einem Rotor des Elektromotors angeordnet ist als der zweite Teilbereich der ersten Nut, wobei der erste Teilbereich der zweiten Nut näher an einem Rotor des Elektromotors angeordnet ist als der zweite Teilbereich der zweiten Nut, wobei die erste Halblage und die zweite Halblage in einem Wickelkopf des Stators von der ersten Nut zur zweien Nut geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halblage und die zweite Halblage an einer Sprungstelle des Wickelkopfes durch eine Hilfslage elektrisch miteinander verbunden werden.This object is achieved by a method for arranging electrical conductors in a stator of an electric motor, the electrical conductors being arranged in a first half-layer and a second half-layer, the first half-layer being at least partially in an axial direction of the stator in a first partial region the first groove of the stator is arranged and the second half-layer is arranged at least partially in the axial direction of the stator in a second partial area of the first groove of the stator, the first half-layer at least partially in the axial direction of the stator in a second partial area of a second groove of the Stator is arranged and the second half-layer is arranged at least partially in the axial direction of the stator in a first partial region of the second groove of the stator, the first partial region of the first groove being arranged closer to a rotor of the electric motor than the second partial region of the first groove, the first T Rush area of the second groove is arranged closer to a rotor of the electric motor than the second partial area of the second groove, the first half-layer and the second half-layer being guided in a winding head of the stator from the first groove to the second groove, characterized in that the first half-layer and the second half-layer is electrically connected to one another at a jump point of the winding head by an auxiliary layer.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht den platzsparenden Wechsel der Halblage. Die dazu eingeführte Hilfslage wird vorzugsweise auf der innersten oder äußersten Bahn der elektrischen Leiter am Wickelkopf angebracht. Innen und außen beziehen sich dabei auf den Stator, wobei innen und außen im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass ein innerer Bereich näher am Rotor liegt als ein äußerer Bereich. Für die Hilfslage wird der elektrische Leiter der ersten Halblage vorzugsweise so angeordnet, dass, wenn dieser auf der innersten oder äußersten Ebene durch die erste Nut verläuft, er an der Sprungstelle außerhalb der ersten Nut mit einer zusätzlichen Halblage elektrisch verbunden wird. Diese zusätzliche Halblage ist die Hilfslage. Die Hilfslage kann nun in axialer Richtung parallel zu der ersten oder zweiten Hauptlage und in radialer Richtung nach innen oder außen geführt werden, so dass die zweite Halblage durch die Hilfslage erreicht wird und kontaktiert werden kann. Somit ist es weiterhin vorteilhaft möglich, als Hilfslage bereits existierende Verbindungselemente, welche zum Überführen von einer Nut in eine andere Nut dienen, zu verwenden.The method according to the invention enables the space-saving change of the half-layer. The auxiliary layer introduced for this purpose is preferably attached to the winding head on the innermost or outermost path of the electrical conductors. The inside and outside refer to the stator, whereby inside and outside in the sense of the present invention means that an inner area is closer to the rotor than an outer area. For the auxiliary layer, the electrical conductor of the first half-layer is preferably arranged such that when it runs through the first groove on the innermost or outermost level, it is electrically connected to an additional half-layer at the jump point outside the first groove. This additional half layer is the auxiliary layer. The auxiliary layer can now be guided in the axial direction parallel to the first or second main layer and in the radial direction inwards or outwards, so that the second half-layer can be reached and contacted by the auxiliary layer. So it is still advantageous possible to use as an auxiliary layer already existing connecting elements, which are used to transfer from one groove to another groove.
Vorzugsweise liegt der erste Teilbereich weiter innen als der zweite Teilbereich.The first partial area is preferably located further inside than the second partial area.
Denkbar ist, dass die Hilfslage als Spange angeordnet ist, welche größtenteils in dem Bereich des Wickelkopfes verläuft, welcher am weitesten vom Stator entfernt ist.It is conceivable that the auxiliary layer is arranged as a clasp, which mostly runs in the area of the winding head that is furthest from the stator.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims and in the description with reference to the drawings.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sprungstelle so angeordnet ist, dass diese der Teil des Wickelkopfes ist, der dem Rotor am nächsten ist. Dies ermöglicht ein Anordnen der Hilfslage, ohne dass dabei ein anderer elektrischer Leiter über- oder unterquert werden muss. Weiterhin können so eine trotz des Einfügens einer Hilfslage die äußeren Maße des Elektromotors und insbesondere die äußeren Maße des Wickelkopfes so gestaltet werden, wie wenn keine Hilfslage eingefügt werden würde.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the jump point is arranged so that it is the part of the winding head that is closest to the rotor. This enables the auxiliary layer to be arranged without having to cross over or under another electrical conductor. Furthermore, despite the insertion of an auxiliary layer, the external dimensions of the electric motor and in particular the external dimensions of the winding head can be designed as if no auxiliary layer were inserted.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wickelkopf so angeordnet wird, dass dieser entlang der axialen Richtung von den Nuten weg in einer radialen Richtung des Stators von einem Innenbereich des Stators weg geneigt ist. Damit ist es vorteilhaft möglich, den durch die Hilfslage nach innen eingeschränkten Bauraum zu vergrößern. Die Neigung des Wickelkopfes ermöglicht eine Anordnung der Hilfslage so, dass mehr Platz für den Rotor oder etwa eine Ölkühlung auf der Innenseite des Stators bleibt. Innenbereich im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet der Bereich des Elektromotors, welcher vom Stator eingeschlossen ist. Innenseite im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet die Seite des Stators, welche dem Rotor zugewandt ist.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the winding head is arranged in such a way that it is inclined away from the grooves in the radial direction of the stator, away from an inner region of the stator, along the axial direction. It is thus advantageously possible to enlarge the installation space which is restricted inwards by the auxiliary layer. The inclination of the winding head enables the auxiliary layer to be arranged so that there is more space for the rotor or, for example, oil cooling on the inside of the stator. Internal area in the sense of the present invention means the area of the electric motor which is enclosed by the stator. Inside in the sense of the present invention means the side of the stator which faces the rotor.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hilfslage in radialer Richtung eine rotorseitige Innenseite des Stators nicht überragt. Somit kann auf vorteilhafte Weise der vorhandene Bauraum im Vergleich zu Elektromotoren ohne Hilfslagen gleich gehalten werden. Dies ermöglicht eine weitere Standardisierung des Herstellungsverfahrens und damit eine Reduktion der Kosten.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the auxiliary layer does not protrude in the radial direction from the inside of the stator on the rotor side. In this way, the available installation space can advantageously be kept the same in comparison to electric motors without auxiliary layers. This enables a further standardization of the manufacturing process and thus a reduction in costs.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sprungstelle so angeordnet ist, dass diese der Teil des Wickelkopfes ist, der dem Rotor am entferntesten ist. Damit wird eine Anordnung der Hilfslage an der äußeren Seite des Stators ermöglicht, was einen vorteilhaften Effekt auf den Bauraum auf der inneren Seite des Stators hat.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the jump point is arranged in such a way that it is the part of the end winding which is the most distant from the rotor. This enables the auxiliary layer to be arranged on the outer side of the stator, which has an advantageous effect on the installation space on the inner side of the stator.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wickelkopf so angeordnet wird, dass dieser entlang der axialen Richtung von den Nuten weg in einer radialen Richtung des Stators zu einem Innenbereich des Stators hin geneigt ist. Dies ermöglicht, den durch die Hilfslage nach außen erhöhten Platzbedarf des Wickelkopfes zu verringern. Die Neigung des Wickelkopfes ermöglicht eine Anordnung der Hilfslage so, dass mehr Platz für beispielsweise den Einbau des Elektromotors unter beengten Verhältnissen bleibt.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the winding head is arranged in such a way that it is inclined along the axial direction away from the slots in a radial direction of the stator towards an inner region of the stator. This makes it possible to reduce the space requirement of the winding head, which is increased due to the auxiliary layer. The inclination of the winding head enables the auxiliary layer to be arranged in such a way that more space remains for, for example, the installation of the electric motor in tight spaces.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hilfslage in radialer Richtung eine dem Rotor abgewandte Außenseite des Stators nicht überragt. Damit kann auf vorteilhafte Weise der benötigte Bauraum für den Einbau des Elektromotors mit Hilfslagen im Vergleich zu Elektromotoren ohne Hilfslagen gleich gehalten werden. Dies ermöglicht eine weitere Standardisierung des Herstellungsverfahrens und damit eine Reduktion der Kosten.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the auxiliary layer does not protrude in the radial direction from an outside of the stator facing away from the rotor. In this way, the space required for installing the electric motor with auxiliary layers can advantageously be kept the same in comparison to electric motors without auxiliary layers. This enables a further standardization of the manufacturing process and thus a reduction in costs.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hilfslage so angeordnet wird, dass diese den Wickelkopf in der axialen Richtung nicht überragt. Damit wird ein möglichst kurzer Elektromotor ermöglicht. Insbesondere ist somit der Elektromotor mit Hilfslagen ebenso lang wie ein entsprechender Elektromotor ohne den Wechsel von Halblagen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the auxiliary layer is arranged in such a way that it does not project beyond the winding head in the axial direction. This enables the shortest possible electric motor. In particular, the electric motor with auxiliary layers is therefore just as long as a corresponding electric motor without changing half layers.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hilfslage so angeordnet wird, dass diese den Wickelkopf in der axialen Richtung überragt. Damit wird in vorteilhafter Weise ein leichtes elektrisches Kontaktieren der Hilfslage mit weiteren elektrischen Leitern ermöglicht.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the auxiliary layer is arranged in such a way that it projects beyond the winding head in the axial direction. This advantageously enables easy electrical contacting of the auxiliary layer with further electrical conductors.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung von elektrischen Leitern in einem Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht den platzsparenden und einfachen Wechsel von Halblagen von elektrischen Leitern.Another object of the invention is an arrangement of electrical conductors in an electric motor, characterized in that the electrical conductors are arranged according to one of the preceding claims. The arrangement according to the invention enables the space-saving and simple change of half-layers of electrical conductors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Halblage und/oder die zweite Halblage durch Umbiegen und/oder Verschweißen und/oder Verquetschen von Leiterstäben und/oder im Wesentlichen U-förmigen oder V-förmige Hairpin-Segmenten und/oder Formspulen hergestellt sind.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the first half-layer and / or the second half-layer by bending and / or welding and / or squeezing conductor bars and / or essentially U-shaped or V-shaped hairpin segments and / or form coils are produced.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Elektromotor aufweisend einen Stator, einen Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eine Anordnung von elektrischen Leitern gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11 aufweist.Another object of the invention is an electric motor having a stator, a rotor, characterized in that the electric motor has an arrangement of electrical conductors according to one of
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug aufweisend einen Elektromotor nach Anspruch 12.Another object of the invention is a vehicle having an electric motor according to
Alle vorstehenden Ausführungen gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Anordnung, den erfindungsgemäßen Elektromotor und das erfindungsgemäße Fahrzeug.All of the above statements apply equally to the method according to the invention, the arrangement according to the invention, the electric motor according to the invention and the vehicle according to the invention.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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1 illustriert schematisch den grundsätzlichen Verlauf von Halblagen von elektrischen Leitern gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
2 illustriert schematisch die Anordnung von elektrischen Leitern mit Wechseln von Halblagen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
3 illustriert schematisch den Wickelkopf gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
4 illustriert schematisch den Wickelkopf gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
5 illustriert schematisch die Anordnung von elektrischen Leitern mit einem Wechseln von Halblagen gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
6 illustriert schematisch das Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 schematically illustrates the basic course of half-layers of electrical conductors according to an exemplary embodiment of the present invention. -
2nd schematically illustrates the arrangement of electrical conductors with changes in half-layers according to an exemplary embodiment of the present invention. -
3rd schematically illustrates the end winding according to an exemplary embodiment of the present invention. -
4th schematically illustrates the end winding according to a further exemplary embodiment of the present invention. -
5 schematically illustrates the arrangement of electrical conductors with a change of half-layers according to a further exemplary embodiment of the present invention. -
6 schematically illustrates the vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
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