电机的定子

技术领域

本发明涉及一种用于六相的电压供应的电机的定子。

背景技术

电的机动车驱动器包括电机(其作为牵引驱动器用于机动车)以及功率电子设备且通常实施成三相的。在将来进一步功率提高的驱动器中需求的功率不能仅三相地来供给。这里提出，由两个三相的可供使用的半功率的功率电子设备和六相的电机来构建六相的驱动器。六相的驱动器除了功率提高之外提供故障容许(Fehlertoleranz)的优点。如果这两个三相功率电子设备中的一个或在电机中这两个三相绕组中的一个失灵，尽管如此机动车仍能够以一半功率继续行驶直至车间。提高的故障容许在将来的自主行驶的机动车中预计比迄今对于非自主行驶的机动车的情况还将具有更大的重要性。

为了提供所要求的更高的功率且必要时所要求的相对于驱动系统的失灵的故障容许已知提供每个轴线相应带有驱动器、即电机和功率电子设备的全轮驱动系统。提供相应带有功率电子设备的两个电机但是导致机动车的更高的重量和更高的成本，其中，驱动器的效率和可达到的有效距离由于在第二电机和功率电子设备中的附加损失以及更高的重量而降低。

从文件DE 10 2016 224 178 A1已知一种六相的永磁激励的同步电机的控制。在此应确定电机的转子的转动角和转动速度。

从文件DE 10 2011 016 123 A1已知一种电动的机器，其定子具有用于布置绕组的缝隙。绕组以一定的方式布置在缝隙中。

发明内容

本发明的目的是至少部分地解决关于现有技术所列举的问题。尤其应提出一种电驱动器，其具有较高的效率和较高的故障容许且在此使成本和重量节省成为可能。

根据本发明的电机的定子有助于实现该目的。有利的改进方案是说明书的内容。在本发明中单独列举的特征能够以技术上适宜的方式相互组合且可通过所阐述的说明书中的情况和/或附图中的细节来补充，其中，列举了本发明的另外的实施变体。

提出一种带有旋转轴线的用于六相电压供应(Spannungsversorgung)的电机的定子。六相的电压供应包括：第一三相交流电系统(Drehstromsystem)，其带有第一组的相：第一相、第二相、第三相；以及第二三相交流电系统，其带有第二组的相：第四相、第五相、第六相。定子包括带有多个槽的至少一个柱状基体，这些槽相应沿着轴向和径向延伸并且沿着周向彼此并排布置且在此在其之间相应构造齿。在槽中布置有电导体，其相应与相相关联。在分布的绕组中每个槽具有相的去向导体(Hinleiter)或返回导体(Rueckleiter)。在齿线圈绕组(Zahnspulenwicklung)中每个齿在相邻的槽中由相的导体缠绕。第一组的三个相相应布置在定子的第一环形区段中而第二组的三个相相应布置在定子的第二环形区段中。环形区段沿着周向交替地布置。

电机尤其是同步电机(SM)尤其永磁激励电机(PSM)、磁阻电机(SRM)、他励电机(FSM)或者异步电机(ASM)。电机包括静止的定子和旋转的转子。尤其地，转子在径向上在外部、但是优选地在定子内布置。可经由转子来驱动轴、例如驱动轴。

定子尤其实施成由六相的电压供应来驱动。在此提供两个三相交流电系统。每个相组的各个相尤其彼此偏移了相应120角度。

定子尤其包括柱状的基体，其在外部的周缘面处或在内部的周缘面处具有多个槽、也称为缝隙。槽沿着轴向、尤其平行于旋转轴线延伸。槽具有沿着径向延伸的深度、沿着周向延伸的宽度和沿着轴向延伸的长度。在相应两个槽之间构造有齿。

在槽中布置有电导体，其相应与相导电地连接。电导体尤其通过成卷圈地布置在定子上的缆线形成。每个卷圈由去向导体和返回导体构成，其表示在两个不同的槽中的各一卷圈侧(Windungsseite)，且可由一缆线或多个并联的缆线构成。线圈(Spule)通过至少一个卷圈来形成。类似于卷圈，线圈也由两个侧构成，其如卷圈侧那样相应布置在两个不同的槽中。电导体即形成线圈。以电流加载电导体以已知的方式产生旋转场，其与用于驱动转子的转子场相互作用。

尤其已知用于将导体布置在槽中的不同绕组类型。在分布的绕组中线圈的线圈侧未定位在彼此相邻的槽中而是在沿着周向彼此进一步间隔开地布置的槽中。多个线圈的在槽之外延伸的且将线圈侧连接的线圈头那么相叠。分布的绕组产生近似正弦形的气隙场(Luftspaltfeld)，通过该气隙场积极地影响电机的运行特性。

在齿线圈绕组中线圈侧布置在彼此相邻的槽中且卷圈围绕布置在其之间的齿延伸。

尤其地在至少一个槽中、优选地在每个槽中布置有多个电导体，其仅与一组的一相相关联。

尤其地，定子包括2n个环形区段，其中n=1,2,3,…

尤其地，每个环形区段包括相同数量的槽或齿。尤其地，每个环形区段包括沿着周向的相应相同的角范围。

尤其地，定子包括最多四个环形区段。尤其地，每个环形区段包括沿着周向的相应相同的角范围。在四个环形区段的情况中每个环形区段即包括90角度。尤其地，与第一组的三个相相关联的电导体例如布置在带有0至90角度的角范围的第一环形区段中和在带有180至270角度的角范围的第三环形区段中。尤其地，与第二组的三个相相关联的电导体例如布置在带有90至180角度的角范围的第二环形区段中和在带有270至360或零角度的角范围的第四环形区段中。

尤其地，定子包括恰好两个环形区段。尤其地，每个环形区段包括沿着周向的相应相同的角范围。在两个环形区段的情况中每个环形区段即包括180角度。尤其地，与第一组的三个相相关联的电导体例如布置在带有0至180角度的角范围的第一环形区段中。尤其地，与第二组的三个相相关联的电导体例如布置在带有180至360或零角度的角范围的第二环形区段中。

如果定子例如包括六个环形区段，与第一组的三个相相关联的导体布置在第一环形区段(0至60角度)中、在第三环形区段(120至180角度)和在第五环形区段(240至300角度)中。

尤其地导体实施为圆形缆线或成型缆线(Formdraht)(也称为发夹)。

另外提出一种用于带有所说明的定子的电机的驱动系统。驱动系统包括：带有中间回路电容器的至少一个直流电压中间回路(Gleichspannungszwischenkreis)，用于提供电压和可变的电流以驱动电机；以及用于电机的以第一组相的电压供应的第一变换器(Umrichter)和用于电机的以第二组相的电压供应的第二变换器。这两个变换器从直流电压中间回路产生脉冲宽度调制信号或PWM信号，其中，第一变换器的第一脉冲宽度调制信号和第二变换器的第二脉冲宽度调制信号可彼此在时间上偏移地产生(所谓的PWM交错)。

尤其地，通过使相应的变换器时间上偏移地将块状的电压从直流电压中间回路截除(ausschneiden)，每个变换器生成用于电机的正弦形的电压。该截除被称为脉冲宽度调制(PWM)。

尤其地，在从直流电压中间回路或中间回路电容器截除直流电压时通过相应的三相变换器在中间回路电容器中激励寄生的谐波电压(Oberschwingungsspannung)。由于通过这两个变换器截除的直流电压的时间上的偏移，一变换器的寄生的谐波可通过另一变换器的反相的信号至少在很大程度上来补偿、即平衡。此外，中间回路电容器可比在相同功率的仅仅三相的系统(即带有仅仅一个变换器)的情况中尺寸设计得明显更小。

通过PWM交错而减少的谐波尤其使能够减少在电机中和在功率电子设备中的电损失。

另外提出一种用于运行所说明的驱动系统的方法，其至少包括以下步骤：

a) 调试直流电压中间回路；

b) 通过第一变换器生成第一脉冲宽度调制信号以及

c) 通过第二变换器生成第二脉冲宽度调制信号；

其中，第一脉冲宽度调制信号和第二脉冲宽度调制信号在时间上彼此偏移地来产生，从而可减小在中间回路电容器中的电流波动性。

此外提出一种机动车，其至少包括带有作为牵引驱动器的电机的驱动系，其中，电机具有所说明的驱动系统，其通过所说明的方法可运行。

将定子联接到六相的电压供应处一方面使能够提供更高的功率例如用于驱动机动车，而且使能够提供更高的故障容许。运行变换器以产生在时间上彼此偏移的PWM信号、即利用PWM交错可导致，在电机的卷圈中产生附加的电流谐波(Stromoberwelle)。如果第一组的导体紧邻第二组的导体布置，那么这尤其发生。为了减小该效应在此尤其提出将不同组的相的导体在空间上尽可能远地彼此分离。这尤其由此来实现，即与第一组的三个相相关联的电导体布置在一环形区段中而与第二组的三个相相关联的电导体布置在另一环形区段中。

驱动系统尤其包括控制器，其设计、配置或编程成执行所说明的方法。

此外，该方法也可由计算机或利用控制单元的处理器来实施。

相应地也提出一种用于数据处理的系统，该系统包括这样的处理器，其适配/配置成使得其执行该方法或所提出的方法的步骤的一部分。

可设置有计算机可读的存储介质，该存储介质包括指令，该指令在通过计算机/处理器实施时促使其实施该方法或所提出的方法的步骤的至少一部分。

对于定子的实施方案尤其可转用于驱动系统、方法、必要时计算机执行的方法(即计算机或处理器、用于数据处理的系统、计算机可读存储介质)和机动车并且相应反之亦然。

不定冠词(“一”、“一个”)尤其在本发明中的应用应理解为这样的而不应理解为数词。相应地以此引入的术语或部件因此应理解成其存在至少一次且但是尤其也可多重地存在。

预防性地应注意，在此所使用的数词(“第一”、“第二”……)主要(仅)用于区分多个同类的对象、参量或过程，即尤其不强制性地规定这些对象、参量或过程彼此的相关性和/或顺序。如果应需要相关性和/或顺序，这在此明确地说明或对于本领域技术人员在研究具体说明的设计方案时显而易见地得出。倘若构件可多重出现(“至少一个”)，对于这些构件中的一个的说明可同样适用于这些构件的所有或其多个的一部分，但是这不是强制性的。

附图说明

接下来根据附图来进一步阐述本发明以及技术领域。应指出的是，本发明不应受所列举的实施例限制。尤其地，只要未明确地另外表示，也可提取在图中所阐述的情况的部分方面且与本说明书中的其他组成部分和认识相组合。尤其应指出的是，图和尤其所示出的尺寸比例仅是示意性的。其中：

图1显示了带有驱动系的机动车；

图2以沿着旋转轴线的视图在截面中显示了电机的第一实施变体；

图3以沿着旋转轴线的视图在截面中显示了根据按照图2的第一实施变体的定子；

图4以沿着旋转轴线的视图在截面中显示了电机的第二实施变体；

图5以沿着旋转轴线的视图在截面中显示了根据按照图4的第二实施变体的电机；

图6以沿着旋转轴线的视图在截面中显示了根据按照图4的第二实施变体的定子；

图7显示了由驱动系统产生的电信号的图示。

具体实施方式

图1显示了带有驱动系35的机动车34。驱动系35包括作为牵引驱动器的电机2，其中，电机2具有带有控制器33的驱动系统26。驱动系统26包括直流电压中间回路27，其带有电压供应3、电阻37、电感36和中间回路电容器28。直流电压中间回路27用于提供电压和可变电流用于驱动电机2。直流电压中间回路27此外包括：第一变换器29，用于以第一三相交流电系统5(其包括第一组6的相7,8,9)电压供应电机2；和第二变换器30，用于以第二三相交流电系统10(其包括第二组11的相12,13,14)电压供应电机2。这两个变换器29,30从直流电压中间回路27产生脉冲宽度调制信号31,32或PWM信号，其中，第一变换器29的第一脉冲宽度调制信号31和第二变换器30的第二脉冲宽度调制信号32可彼此在时间上偏移地产生(所谓的PWM交错)。驱动系统26通过控制器33来控制。

图2以沿着旋转轴线4的视图在截面中显示了电机2的第一实施变体。电机2包括带有永磁体(未示出)的转子40以及定子1。备选地转子40也可在所有所示出的实施例中被实施为ASM的短路转子。定子1在径向18上布置在转子40之外。

定子1设计用于六相的电压供应3。六相的电压供应3包括：第一三相交流电系统5，其带有第一组6的相：第一相7、第二相8、第三相9；以及第二三相交流电系统10，其带有第二组11的相：第四相12、第五相13、第六相14。定子1包括带有多个槽16的柱状基体15，这些槽相应沿着轴向17和径向18延伸并且沿着周向19彼此并排地布置且在此在彼此之间相应构造齿20。在槽16中布置有电导体21，其相应与相7,8,9,12,13,14相关联。导体21布置在齿线圈绕组中。在此在相邻的槽16中每个齿20由相7,8,9,12,13,14的导体21缠绕。第一组6的三个相7,8,9相应布置在定子1的第一环形区段24中而第二组11的三个相12,13,14相应布置在定子1的第二环形区段25中。环形区段24,25沿着周向19交替地且在空间上彼此分离地布置。

定子1包括柱状的基体15，其在内部的周缘面处具有多个槽16。槽16具有沿着径向18延伸的深度、沿着周向19延伸的宽度和沿着轴向17延伸的长度。

在槽16中布置有电导体21，其相应与相7,8,9,12,13,14导电地连接。电导体21由成卷圈地布置在定子1上的缆线形成。每个卷圈由去向导体22和返回导体23构成，其表示在两个不同的槽16中的各一卷圈侧，并且可由一缆线或多个并联的缆线构成。一线圈通过至少一个卷圈来形成。类似于卷圈，线圈也由两个侧构成，其相应如卷圈侧那样布置在两个不同的槽16中。电导体21因此形成线圈。以电流加载电导体21以已知的方式产生旋转场，其与用于驱动转子40的转子场相互作用。

在齿线圈绕组中线圈侧布置在彼此相邻的槽16中并且与相7,8,9,12,13,14相关联的卷圈围绕在其之间布置的齿20延伸。

在每个槽16中布置有多个电导体21，其对于各槽16仅与组6,11的一相7,8,9,12,13,14相关联。

每个环形区段24,25包括相同数量的槽16或齿20。定子1包括刚好两个环形区段24,25。每个环形区段24,25包括沿着周向19的相应相同的角范围。在这两个环形区段24,25的情况中每个环形区段24,25包括180角度。与第一三相交流电系统5或第一组6的三个相7,8,9相关联的电导体21布置在带有0至180角度的角范围的第一环形区段24中。与第二三相交流电系统10或第二组11的三个相12,13,14相关联的电导体21布置在带有180至360或零角度的角范围的第二环形区段25中。

由根据图1的两个变换器29,30所提供的相7,8,9,12,13,14对于各组6,11彼此偏移了相应120角度，如在三相交流电系统中常见的那样。不同组的相应相同的相、即例如第一相7和第四相12、第二相8和第五相13、第三相9和第六相14彼此在时间上同相(inPhase)。其此外即具有相同的相角(参见图4中相角的图示)。

在相7,8,9,12,13,14的该布置中可实现不同组6,11的相7,8,9,12,13,14的最大的空间上的分离。因此可减少由于不同相7,8,9,12,13,14的导体21的电感耦合恰好在定子1中的电损失。然而，如果相7,8,9,12,13,14的组6,11失灵，那么存在由电机2提供的转矩的增大的波动性。

图3以沿着旋转轴线4的视图在截面中显示了根据按照图2的第一实施变体(齿线圈绕组)的定子1。参照对于图1和2的实施方案。

与图2不同，定子1在此包括恰好四个环形区段24,25,38,39。每个环形区段24,25,38,39具有相应相同的沿着周向19的90角度的角范围。与第一组6的三个相7,8,9相关联的电导体21布置在带有0至90角度的角范围的第一环形区段24中且布置在带有180至270角度的角范围的第三环形区段38中。与第二组11的三个相12,13,14相关联的电导体21布置在带有90至180角度的角范围的第二环形区段25中且布置在带有270至360或零角度的角范围的第四环形区段39中。

由这两个变换器29,30提供的相7,8,9,12,13,14对于各组6,11彼此偏移了相应120角度，如其在三相交流电系统5,10中常见的那样。不同组的相应相同的相、即例如第一相7和第四相12、第二相8和第五相13、第三相9和第六相14在时间上同相。其即具有相同的相角(参见在图4中的相角的图示)。

在相7,8,9,12,13,14的该布置中与在第一实施变体中相比实现不同组6,11的相7,8,9,12,13,14的更小的空间上的分离。因此略微增加由于不同相7,8,9,12,13,14的导体21的电感耦合在定子1中的电损失，因为与根据图2带有180角度相比带有90角度的空间分离更小。如果相7,8,9,12,13,14的组6,11失灵，总还存在由电机2提供的转矩的波动性，但是这明显比在第一实施变体的情况中更低。

图4以沿着旋转轴线4的视图在截面中显示了电机2的第二实施变体。电机2包括带有永磁体(未示出)的转子40以及定子1。参照对图1至3的实施方案。

定子1包括恰好两个环形区段24,25。每个环形区段24,25包括沿着周向19的相应相同的角范围。在这两个环形区段24,25的情况中每个环形区段24,25恰好包括180角度。与第一组6的三个相7,8,9相关联的电导体21布置在带有0至180角度的角范围的第一环形区段24中。与第二组11的三个相12,13,14相关联的电导体21布置在带有180至360或零角度的角范围的第二环形区段25中。

第二实施变体的电导体21布置于在定子1处分布的绕组中。在分布的绕组中每个槽16具有相7,8,9,12,13,14的去向导体22或返回导体23。在分布的绕组中线圈的线圈侧不定位在彼此相邻的槽16中，而是在沿着周向19彼此进一步间隔开地布置的槽16中。多个线圈的在槽16之外伸延的且将线圈侧连接的线圈头相叠。分布的绕组产生近似正弦形的气隙场，通过该气隙场积极地影响电机2的运行特性。在此，相7,8,9,12,13,14的去向导体22布置在相应彼此相邻的槽16中。线圈头沿着周向19跨越多个槽16和齿20延伸到另一对槽16，在其中布置相应的相7,8,9,12,13,14的返回导体23。

图5以沿着旋转轴线4的视图在截面中显示了根据按照图4的第二实施变体的电机2。参照对图4的实施方案。

图6以沿着旋转轴线4的视图在截面中显示了根据按照图4的第二实施变体的定子1。参照对图4的实施方案。

不同于根据图4的定子1，定子1在此包括更小数量的槽16和齿20。然而，在其它方面定子1的构造和导体21及相7,8,9,12,13,14的布置是相同的。

图7以图表显示了由驱动系统26产生的电的PWM信号31,32的图示。参照对图1的实施方案。

在竖直轴线上绘出了电压42。在水平轴向上绘出了时间41。每个相7,8,9,12,13,14的电压42作为电机2的正弦信号来提供。第一变换器29产生第一脉冲宽度调制信号，第二变换器30产生第二脉冲宽度调制信号32。变换器29,30在此工作以产生带有相应的相7,12彼此的时间上的偏移43的信号31,32，所谓的PWM交错。

附图标记清单

1 定子

2 机器

3 电压供应

4 旋转轴线

5 第一三相交流电系统

6 第一组

7 第一相

8 第二相

9 第三相

10 第二三相交流电系统

11 第二组

12 第四相

13 第五相

14 第六相

15 基体

16 槽

17 轴向

18 径向

19 周向

20 齿

21 导体

22 去向导体

23 返回导体

24 第一环形区段

25 第二环形区段

26 驱动系统

27 直流电压中间回路

28 中间回路电容器

29 第一变换器

30 第二变换器

31 第一脉冲宽度调制信号

32 第二脉冲宽度调制信号

33 控制器

34 机动车

35 驱动系

36 电感

37 电阻

38 第三环形区段

39 第四环形区段

40 转子

41 时间

42 电压

43 偏移。