定子

技术领域

本发明涉及用于电机、特别是用于在机动车辆的混合动力或全电动传动系中使用的电机的定子，其中，定子具有筒形开口，该筒形开口轴向地延伸穿过定子，并且在该筒形开口上存在有多个定子槽，所述定子槽以外周分布的方式布置并从筒形开口的内筒状护套表面径向向外延伸，并且在定子的整个轴向长度上形成，其中，定子槽各自在其径向外端部上具有槽基部并且在其径向内端部上具有通向转子的空气间隙，转子可以被接纳在筒形开口中，其中，在定子槽中布置有定子绕组与绕组线，并且定子绕组被设计为具有第一绕组垫和第二绕组垫的波形绕组。

背景技术

电动马达越来越多地用于驱动机动车辆，以便产生需要化石燃料的内燃机的替代方案。已经做出巨大努力来改善电驱动对日常使用的适用性，并且还能够为用户提供他们习惯的驾驶舒适性。

然而，仍然需要针对大众市场进一步优化这种电动马达，特别是在生产成本方面进行优化。生产这些电动马达的主要成本因素是定子绕组的卷绕和互连。

用于具有波形绕组的电机的定子从现有技术中还已知用于在机动车辆的传动系中使用。在这种波形绕组中，各个绕组线不以环形的方式布设在两个定子槽之间，而是根据波形形式连续穿过定子的所有定子槽成环。这允许使用自动化生产设备，从而使得能够更有效地且更经济地生产合适的绕线定子。

如果这些通用定子需要具有两个或更多个绕组垫的绕组构型，则绕组垫的相应的绕组端部通常以周向偏移180°的方式抵接定子。绕组端部的这种大的周向距离导致增加的互连工作量以及更复杂和昂贵的生产，因为互连通常必须借助于一个或更多个附加的互连环来实现。尽管这借助于将每个绕组端部以预先限定的方式定位在其中来降低生产过程的复杂性，但是针对这种附加部件的附加生产工作量和相关联的成本是不利的。作为使用互连环的替代方案，绕组端部也可以直接互连，但是这涉及这种定子的生产方面的复杂性和成本的显著增加。

例如，DE102008007409A1描述了一种用于定子的三部分式切换环，其中，三个汇流条和星点环布置在一个平面中，从而彼此并排平放在由耐高温塑料制成的承载环中。汇流条和星点环的接触点从承载环突出并且连接至定子的部分绕组的线材端部。

现在，本发明的目的是提供一种定子，该定子至少减轻或完全消除现有技术的所述缺点，并且其中，具有至少两个绕组垫的定子绕组的互连可以在不使用互连环的情况下以简单的和成本优化的方式实。

发明内容

该目的通过一种用于电机、特别是用于在机动车辆的混合动力或全电动传动系中使用的电机的定子来实现，其中，定子具有筒形开口，该筒形开口轴向地延伸穿过定子，并且在该筒形开口上存在有多个定子槽，所述定子槽以外周分布的方式布置并从筒形开口的内筒状护套表面径向向外延伸，并且在定子的整个轴向长度上形成，其中，定子槽各自在其径向外端部上具有槽基部并且在其径向内端部上具有通向转子的空气间隙，转子可以被接纳在筒形开口中，其中，在定子槽中布置有定子绕组与绕组线，并且定子绕组被设计为具有第一绕组垫和第二绕组垫的波形绕组，其中，第一绕组垫具有第一组绕组线，该第一组绕组线的绕组端部在各自情况下均布置在相同的定子槽的上方，并且第一组绕组线的绕组端部各自具有第一绕组端部和第二绕组端部，其中，第一组绕组线的第一绕组端部面向槽基部抵接，并且第一组绕组线的第二绕组端部面向该定子槽的空气间隙抵接，并且第二绕组垫具有第二组绕组线，该第二组绕组线的绕组端部在各自情况下均布置在相同的定子槽的上方，并且第二组绕组线的绕组端部各自具有第一绕组端部和第二绕组端部，其中，第二组绕组线的第一绕组端部面向槽基部抵接，并且第二组绕组线的第二绕组端部面向该定子槽的空气间隙抵接。

因此，根据本发明的定子的优点在于，可以省去附加的互连环，因为不需要将绕组线端部从定子的一侧沿周向方向互连至相反侧来将绕组线端部互连。根据本发明的定子仅允许两个极内的互连，这减少了定子绕组互连的生产工作量和成本。

首先，本发明的要求保护的主题的各个元件按照这些元件在权利要求中提及的顺序进行解释，并且下面描述了本发明的主题的特别优选的实施方式。

特别地，根据本发明的定子构造成用于设计为径向磁通电机的电机内。

电机用于将电能转换为机械能以及/或者将机械能转换为电能，并且电机通常包括被称为定子、支架或电枢的静止部分以及被称为转子或转动件并且以能够相对于静止部分运动的方式布置的部分。

电机特别地意在用于混合动力或全电动机动车辆的传动系内。特别地，电机定尺寸成使得可以实现超过50km/h、优选地超过80km/h、并且特别地超过100km/h的车辆速度。电动马达特别优选地具有超过30kW、优选地超过50kW、并且特别地超过70kW的输出。此外，优选的是，电机提供大于5,000rpm、特别优选地大于10,000rpm、非常特别优选地大于12,500rpm的速度。

定子具有筒形结构并且优选地包括电叠片，这些电叠片彼此电绝缘，以分层的方式构造并且被封装以形成叠片芯。通过该结构，定子中的由定子场引起的涡流保持得低。定子槽以围绕圆周分布的方式嵌入到平行于转子轴延伸的电叠片中，这些定子槽接纳定子绕组或该定子绕组的部分。根据朝向表面的构造，定子槽可以用封闭元件、比如封闭楔形件或覆盖件等进行封闭，以防止定子绕组分离。

定子齿是定子的部件，这些定子齿被设计为定子的径向向内或径向向外地引导的周向间隔开的齿状部分，并且在这些定子齿的自由端部与转子本体之间形成有用于磁场的空气间隙。

定子绕组是导电导体，其长度延伸远大于其直径。定子绕组通常可以具有任何横截面形状。矩形横截面形状是优选的，因为这些矩形横截面形状允许高封装密度，并且因此实现高功率密度。特别优选地，定子绕组由铜形成。优选地，定子绕组具有绝缘件。

特别地，定子可以设置成用于机动车辆的传动系内的电动机器中。在本申请的上下文中，机动车辆的传动系被理解为是指机动车辆中的产生用于驱动机动车辆的动力并经由车轮将该动力传递至道路的所有部件。

定子还可以优选地设置成用于机动车辆所用的混合动力模块内的电机中。在混合动力模块中，混合动力传动系的结构元件和功能元件可以在空间上和/或结构上组合和预构造成使得混合动力模块可以以特别简单的方式集成到机动车辆的传动系中。特别地，在混合动力模块中可以存在有电机和离合器系统，特别是具有用于将电机接合到传动系中和/或将电机与传动系断开接合的分离式离合器的离合器系统。

特别地，定子还可以优选地设置成用于机动车辆的传动系内的电动轴传动系中。机动车辆的电动轴传动系包括电机和传动装置，其中，电机和传动装置形成结构单元。该结构单元有时也被称为E轴。

根据本发明的有利实施方式，第一组绕组线的绕组端部和第二组绕组线的绕组端部可以沿周向方向彼此相对地布置在定子的定子槽中。

根据本发明的进一步优选的其他改进方案，第一绕组垫和第二绕组垫可以大致相同地形成，由此可以通过降低所使用的部件的复杂性来进一步优化定子的生产成本。

此外，根据本发明的同样有利的实施方式，第一组绕组线的绕组端部可以布置在周向相邻的定子槽中并且/或者第二组绕组线的绕组端部可以布置在周向相邻的定子槽中，这由于待互连的绕组端部的对应的空间接近性而进一步减少了互连工作量。

根据本发明的另一特别优选的实施方式，定子绕组可以被设计成用于特别是3相旋转场式机器中。

此外，本发明还可以进一步发展成，第一绕线垫的第一组绕组线的互连和第二绕线垫的第二组绕组线的互连是相同的，由此通过使用相同的部件来实现复杂性和成本的降低。此外，使用相同的绕组垫允许简化绕组垫的安装。

在本发明的同样优选的实施方式中，定子绕组可以具有多于两个的数目为n的绕组垫，并且绕组垫可以以彼此周向地偏移n/360°的方式布置在定子的定子槽中。这允许例如通过调整并联分支的数目和/或绕组垫的数目来对电机进行简单的设计调整。此外，可以通过在以这种方式卷绕的电机的生产和组装中针对不同设计使用相同的互连来实现复杂性的降低。

附图说明

下面将在不限制本发明的总体构思的情况下参照附图更详细地解释本发明。

在附图中：

图1示出了具有定子的电机的横截面图，

图2以示意性框图示出了具有混合动力和全电动传动系的机动车辆，

图3以定子的绕组头部端部的示意图示出了绕线定子，

图3a以示意性横截面图示出了绕线定子，

图4示出了具有36个定子槽和两个绕组垫的定子的互连图。

具体实施方式

图1示出了用于电机2的定子1。电机2构造为径向磁通电机，在该径向磁通电机中，筒形转子24在电机2的定子1内旋转。定子1具有对应于转子24的筒形开口5，该筒形开口轴向地延伸穿过定子1，并且在该筒形开口上存在有多个定子槽7，所述定子槽以外周分布的方式布置并从筒形开口5的内筒状护套表面6径向向外延伸，并且在定子1的整个轴向长度上形成。

定子槽7各自在其径向外端部上具有槽基部14并且在其径向内端部上具有通向转子16的空气间隙15，转子可以被接纳在筒形开口5中。在定子槽7中布置有定子绕组8与绕组线9。

定子绕组8形成为具有第一绕组垫10和第二绕组垫11的波形绕组，其中，第一绕组垫10和第二绕组垫19大致相同地形成。

图3示出了具有24个定子槽7的定子1的实施方式，这些定子槽等距地分布在筒形定子1的圆周上并且大致相同地形成。在绕组头部的视角中，绕组端部13、21沿轴向方向定位在定子槽7的上方。从示出了横截面图的图3a中的表示可以看出，绕组端部13、21以在周向方向上彼此偏移的方式延伸穿过定子槽7。例如，绕组端部22、23并不终止于同一定子槽7，而是以偏移一个极的方式延伸穿过定子1，这在图3a中可以很好地看到。在图3、图3a的实施方式中，极由三个连续的定子槽7中的绕组形成。将波形绕组8扭转使绕组端部22、23朝向彼此移动成使得绕组端部22、23终止于同一定子槽7，如图3的绕组头部的俯视图中所示。

参照图3，可以看出，第一绕组垫10具有第一组绕组线12，该第一组绕组线的绕组端部13在各自情况下均布置在相同的定子槽7的上方，并且第一组绕组线12的绕组端部13各自具有第一绕组端部17和第二绕组端部18。第一组绕组线12的第一绕组端部17面向槽基部14抵接，并且第一组绕组线12的第二绕组端部18面向该定子槽7的空气间隙15抵接。

类似地，第二绕组垫19具有第二组绕组线20，该第二组绕组线的绕组端部21在各自情况下均布置在相同的定子槽7的上方，并且第二组绕组线20的绕组端部21各自具有第一绕组端部22和第二绕组端部23。第二组绕组线20的第一绕组端部22面向槽基部14定位，并且第二组绕组线20的第二绕组端部23面向该定子槽7的空气间隙15定位。

图3还示出了第一组绕组线12的绕组端部13和第二组绕组线20的绕组端部21沿周向方向彼此相对地布置在定子1的定子槽7中。第一组绕组线12的绕组端部13布置在周向相邻的定子槽7中，并且第二组绕组线20的绕组端部21布置在周向相邻的定子槽中。

原则上，绕组端部22、23可以在共同的绕组头部端部处或在不同的绕组头部端部处离开定子1的定子槽7。

图4示出了具有两个绕组垫10、19的定子绕组8的互连拓扑结构的可能实施方式。所示的定子绕组8被设计成用于3相旋转场式机器。在图4种所示的实施方式中，定子1的互连区域具有总共36个槽7。因此，在这一点上应当注意的是，图4未示出从图3、图3a中已知的具有24个槽的定子1的互连拓扑结构。槽7中产生的磁极性27由位于表示槽7的顺序的数字的上方或下方的“+”或“-”指示。此外，各个绕组线12、20按字母数字顺序表示，其中，字母指示绕组线12、20的相，并且随后的数字指示与绕组线12、20相关联的组。带框的按字母数字顺序表示的绕组线12、20在各自情况下都标识其相应的绕组端部。

因此，在图4中所示的示例性实施方式中，设置有四个并联分支(组/1、2、3、4)和三个相(A、B、C)。

用“a”表示的上部互连图示出了定子1的第一端面上的互连，并且用“b”表示的下部互连图示出了定子1的第二端面上的互连。

在图4中所示的示例性实施方式中，各自具有18个绕组线12、20的两个绕组垫10、19布置成围绕定子的圆周彼此偏移180°。因此，第一绕组垫10插入到槽1至槽18中，而第二绕组垫19布置在槽19至槽36中。

绕组垫10、19的绕组线12、20在定子1的靠近槽7的轭部的端面中的一个端面处开始沿径向方向延伸，以便沿轴向方向延伸穿过该槽7并从定子的相反端面上的对应槽7离开。

在这方面，无论互连设计如何，绕组的数目都取决于槽7的数目和每个槽7的绕组线12、20的数目。这意味着具有36个、54个、72个或90个槽7且每个槽具有4个、6个、8个等导体的马达可以以相同的方式互连。

这也可以在下述内容中很好地看出：定子1的第一端面“a”和第二端面“b”上的用于第一绕组垫10的编号为1至18的定子槽7中的顺序为A1、A2、A1、B2、B1、B2、C1、C2、C1、A2、A1、A2、B1、B2、B1、C2、C1、C2的绕组的相同名称；以及定子1的第一端面“a”和第二端面“b”上的用于第二绕组垫19的编号为19至36的定子槽7中的顺序为A3、A4、A3、B4、B3、B4、C3、C4、C3、A4、A3、A4、B3、B4、B3、C4、C3、C4的绕组的相同名称。

在图4中所示的示例性实施方式中，第一绕组垫10在第一端面“a”上进行如下互连：

·编号为2的槽7中的绕组线12电连接至编号为10的槽7中的绕组线12。

·编号为3的槽7中的绕组线12电连接至编号为11的槽7中的绕组线12。

·编号为5的槽7中的绕组线12电连接至编号为13的槽7中的绕组线12。

·编号为6的槽7中的绕组线12电连接至编号为14的槽7中的绕组线12。

·编号为8的槽7中的绕组线12电连接至编号为16的槽7中的绕组线12。

·编号为9的槽7中的绕组线12电连接至编号为17的槽7中的绕组线12。

在图4中所示的示例性实施方式中，第一绕组垫10在第一端面“b”上进行如下互连：

·编号为1的槽7中的绕组线12电连接至编号为11的槽7中的绕组线12。

·编号为2的槽7中的绕组线12电连接至编号为12的槽7中的绕组线12。

·编号为4的槽7中的绕组线12电连接至编号为14的槽7中的绕组线12。

·编号为5的槽7中的绕组线12电连接至编号为15的槽7中的绕组线12。

·编号为7的槽7中的绕组线12电连接至编号为17的槽7中的绕组线12。

·编号为8的槽7中的绕组线12电连接至编号为18的槽7中的绕组线12。

在图4中所示的示例性实施方式中，第二绕组垫19在第二端面“b”上进行如下互连：

·编号为20的槽7中的绕组线20电连接至编号为28的槽7中的绕组线20。

·编号为21的槽7中的绕组线20电连接至编号为29的槽7中的绕组线20。

·编号为23的槽7中的绕组线20电连接至编号为31的槽7中的绕组线20。

·编号为24的槽7中的绕组线20电连接至编号为32的槽7中的绕组线20。

·编号为26的槽7中的绕组线20电连接至编号为34的槽7中的绕组线20。

·编号为27的槽7中的绕组线20电连接至编号为35的槽7中的绕组线20。

在图4中所示的示例性实施方式中，第二绕组垫19在第一端面“a”上进行如下互连：

·编号为19的槽7中的绕组线20电连接至编号为29的槽7中的绕组线20。

·编号为20的槽7中的绕组线20电连接至编号为30的槽7中的绕组线20。

·编号为22的槽7中的绕组线20电连接至编号为32的槽7中的绕组线20。

·编号为23的槽7中的绕组线20电连接至编号为33的槽7中的绕组线20。

·编号为25的槽7中的绕组线20电连接至编号为35的槽7中的绕组线2。

·编号为26的槽7中的绕组线20电连接至编号为36的槽7中的绕组线20。

从图4中可以容易地看出，第一绕组垫10的第一组绕组线12的互连24和第二绕组垫19的第二组绕组线20的互连是相同的。

此外，从图4中可以看出，在第一绕组垫10的绕组线12反复穿过定子1之后，这些绕组线各自终止于靠近空气间隙的绕组头部的另一侧部(a、b)。例如，从定子1突出的绕组线12在定子1的第一端面“a”上终止于编号为1(A1)的槽7中，并且在定子的第二端面“b”上终止于编号为3(A1)的槽7中。

特别地，定子1意在用于如图2中示例性地示出的机动车辆4的混合动力或全电动传动系3中。

本发明不限于附图中所示的实施方式。因此，以上描述不应被视为是限制性的，而应被视为是说明性的。以下权利要求应当理解为是指在本发明的至少一个实施方式中存在指定特征。这不排除其他特征的存在。如果专利权利要求和以上描述限定了“第一”特征和“第二”特征，则这种命名用于在相同类型的两个特征之间进行区分，而不限定优先顺序。

附图标记列表

1 定子

2 电机

3 传动系

4 机动车辆

5 开口

6 筒状护套表面

7 定子槽

8 定子绕组

9 绕组线

10 绕组垫

12 绕组线

13 绕组端部

14 槽基部

15 空气间隙

16 转子

17 绕组端部

18 绕组端部

19 绕组垫

20 绕组线

21 绕组端部

22 绕组端部

23 绕组端部

24 互连

25 定子齿

26 壳体

27 极性。