具有径向交错的绕组条的定子、电机和机动车

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的电机的定子。此外，本发明涉及一种用于机动车的电机和一种具有电机的机动车。

背景技术

已知如下电机，其中条状定子绕组作为所谓的发夹结构(Hairpin)布置在定子基体的定子槽中。发夹结构分别具有u形交错(Schränkung)以及从u形交错延伸的两个条支脚，所述条支脚分别具有自由支脚端部。支脚端部与相邻的支脚端部焊接成定子绕组。以这种方式，在两个基体端侧处分别构造有卷绕头。

尤其在具有相对较少的极对数(例如一个或两个极对)的电机中，这种定子绕组在电机的轴向方向上在两个基体端侧处具有较大的结构空间需求。

由DE 10 2015 219 077 A1已知一种电机，其中相应两个发夹结构在定子槽中引导。在定子基体的基体端侧处，在径向方向上远离基体纵向轴线的发夹结构径向向外并再次往回向内弯曲，以及在周向方向上交错。靠近基体纵向轴线布置的发夹结构与周向方向相反地交错。在此不利的是，相邻的发夹结构在绕组头处相叠地引导，并且因此在轴向方向上需要增大的结构空间。WO 2019/231002 A1涉及一种具有每定子槽六个发夹结构的电机。发夹结构的自由端部在定子基体的端侧上在周向方向上交错地构造，并且布置在彼此直接并排布置的六个线路上。由DE 10 2017 201 533 A1以及DE 10 2008 059 800 A1已知这种类型的电机。

已知的电机具有如下缺点，即，由于发夹结构布置在卷绕头处，卷绕头沿定子纵向轴线具有相对较大的结构空间需求。发夹结构的这种布置结构尤其在具有较少极对(例如一个或两个极对)的电机中是不利的。此外，这种电机在定子的定子槽中的直接相邻的发夹结构之间具有相对较高的电位差。

发明内容

因此本发明的目的在于，在用于机动车的电机的定子、用于机动车的电机以及具有驱动系统的机动车中消除或至少部分消除上述缺点。尤其是，本发明的目的在于，提出一种定子、一种电机和一种机动车，其以简单且成本有利的方式具有减小的结构空间和/或改善的效率。

上述目的通过专利权利要求书来实现。因此，该目的通过具有独立权利要求1的特征的用于机动车的电机的定子、具有并列独立权利要求9的特征的用于机动车的电机以及具有并列独立权利要求10的特征的带有驱动系统的机动车来实现。本发明的另外的特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。结合根据本发明的定子描述的特征和细节当然也适用于根据本发明的电机以及根据本发明的机动车，并且相应反之亦然，使得关于本发明的各个方面的公开内容始终交替地参考或者可以交替地参考。

根据本发明的第一方面，该目的通过一种用于机动车的电机的定子来实现。定子具有定子基体，该定子基体具有第一基体端侧、第二基体端侧、基体纵向轴线、定子齿和构造在定子齿之间的定子槽。此外，定子具有多个布置在定子槽中的绕组条。在每个定子槽中，在径向方向上相叠地布置有第一数量的绕组条。绕组条分别配属于定子的多个相中的一个。此外，绕组条在第一基体端侧和第二基体端侧处分别形成卷绕头，其中，绕组条在第一基体端侧处在周向方向上交错，并且分别与在周向方向上偏移的定子槽的绕组条机械以及电气耦联。根据本发明，绕组条的至少一部分在第一基体端侧的区域中在径向方向上具有这种交错，使得相邻定子槽的绕组条在第一基体端侧处在周向方向上布置在第二数量的线路中，其中，第二数量大于第一数量。

定子基体例如由铁构成，或者至少具有铁和/或铁磁材料。定子基体优选地由大量定子盘组成，优选地由电工钢片(Elektroblech)等组成。定子盘优选地借助绝缘器件相对于彼此电绝缘。绝缘器件优选地具有树脂、漆、纸等。定子基体与基体纵向轴线同轴地构造。定子基体具有多个定子槽，所述定子槽优选地朝向基体纵向轴线敞开，并且进一步优选地平行于基体纵向轴线延伸通过定子基体。备选地，定子槽也可以具有在周向方向上的延伸分量。定子槽在径向方向上具有槽深度。此外，定子槽在定子基体的周向方向上受到定子齿限制。根据本发明优选的是，定子槽均匀地或至少有规律地分布在定子基体上。优选的是，在定子槽中布置电气槽绝缘材料，该槽绝缘材料尤其可作为浇注料引入到定子槽中。槽绝缘材料优选布置在定子槽的槽壁处。定子基体在轴向方向上受到第一基体端侧和第二基体端侧限制。

绕组条如此布置在定子槽中，使得第一数量的绕组条在径向方向上并排地布置在定子槽中。绕组条优选地构造为发夹结构。绕组条进一步优选地由具有高导电性的材料(例如铜等)形成。进一步优选地，绕组条周向电绝缘，以避免相邻绕组条之间的短路。绕组条优选地具有矩形的条横截面。绕组条优选地具有相应于或略微小于定子槽的槽宽度的条宽度，使得绕组条在周向方向上的运动受到定子齿形状配合地限制。绕组条优选地具有如下条宽度，该条宽度相应于定子槽的槽宽度减去布置在定子槽中的可能的电气槽绝缘材料的两倍厚度。绕组条优选地具有小于条宽度的条高度。条高度与条宽度的比优选地介于1:2和4:5之间、优选地大约2:3。

在第一基体侧和第二基体侧处，绕组条从定子槽中引出并形成卷绕头。此外，绕组条在第一基体侧处在周向方向上交错，并且分别与另一绕组条机械以及电气耦联，优选地经由材料配合的连接(例如焊接连接)机械以及电气耦联。以这种方式直接彼此耦联的绕组条优选地在周向方向上具有相反的交错方向。在绕组头处，绕组条互联成定子绕组。定子绕组优选地具有多个相、尤其是三个相。根据本发明可以设置成，定子绕组具有一个极对或多个极对。根据本发明可以设置成，和绕组条在第一基体侧处一致，绕组条在第二基体侧处在周向方向上和/或在径向方向上交错。

在第一基体端侧的区域中，绕组条的至少一部分在径向方向上具有交错。交错例如是弯折、弯曲等。因此，交错可以具有折弯和/或半径。因此，绕组条在交错的两侧具有不同的定向。根据本发明，交错如此构造，使得相邻定子槽的绕组条在第一基体端侧处在周向方向上布置在第二数量的线路中，其中，第二数量大于第一数量。线路具有大于等于绕组条的条宽度的线路宽度。线路在径向方向上并排地布置，并且因此具有大于绕组条的条宽度之和的总线路宽度。第二数量优选地比第一数量至少大50%。径向方向上的交错优选地远离基体纵向轴线指向，从而避免卷绕头与可旋转地支承在定子中的转子的碰撞。附加地或备选地优选的是，径向方向上的交错不突出超过定子基体的周向表面，以便不增大定子的结构空间需求。

根据本发明的定子相对于传统定子具有如下优点，即，利用简单的手段以及以成本有利的方式减小了卷绕头中的至少一个的轴向延伸。特别是在具有一个或两个极对的少极的定子的情况下，以这种方式可以实现卷绕头的轴向延伸的20%和40%之间的减小。此外，根据本发明的定子具有如下优点，即，减小定子槽中两个直接相邻的绕组条之间的电位差。另一个优点在于，由于绕组条的径向交错，卷绕头具有冷却通道，所述冷却通道构造用于改善冷却流体的穿引。由此，改善了卷绕头的冷却和因此定子的负载能力。

根据本发明的一个优选的改进方案，在定子中可以设置成，第二数量是第一数量的两倍大。这意味着，为定子槽的每个绕组条提供两个线路，其中，两个相邻定子槽的绕组条分布到所述线路上。因此在每定子槽四个绕组条的情况下，来自两个相邻定子槽的绕组条在总共八个并排布置的线路上具有径向交错。在此根据本发明优选的是，至少两个相邻定子槽的绕组条的线路不具有重叠。因此，线路的总线路宽度是定子槽的绕组条的总宽度的两倍大。这具有如下优点，即，可以利用简单的手段以及以成本有利的方式实现绕组条在卷绕头中的特别有利的布置，并且因此实现卷绕头的轴向延伸的有利减小。

根据本发明优选的是，定子具有三个或更少的极对。具有最多三个极对的定子尤其构造用于在异步机中应用。在极对的数量如此少的情况下，绕组条在卷绕头处的径向交错效果特别强烈。这具有如下优点，即，与用于具有两个极对的异步机的传统定子相比，利用简单的手段以及以成本有利的方式改善了卷绕头的轴向延伸的百分比减小。

进一步优选地，第一数量为四个、六个或八个。因此，优选地在每个定子槽中在径向方向上并排地布置有四个、六个或八个绕组条。这具有如下优点，即，可以利用简单的手段以及以成本有利的方式产生绕组条的径向以及轴向的交错。

在一个特别优选的设计方案中，在定子中可以设置成，绕组条在第一基体端侧处分别成对地在径向方向上对于各绕组条对关于相同的距离交错。这意味着，绕组条的线路在卷绕头中成对地伸延。在此优选的是，绕组条对分别由定子槽的直接相邻的绕组条形成。这具有如下优点，即，可以利用简单的手段以及以成本有利的方式实现绕组条的径向交错。由此，改善了定子的可制造性。

优选地，在径向方向上更远离基体纵向轴线布置的绕组条具有比更靠近基体纵向轴线布置的绕组条更强烈的径向交错。因此，更靠近基体纵向轴线布置的绕组条例如不具有径向交错，或者具有关于一个或两个线路宽度的径向交错。远离基体纵向轴线布置的绕组条例如具有关于两个或更多个线路宽度的径向交错。这具有如下优点，即，利用简单的手段以及以成本有利的方式确保了紧凑的卷绕头，其中，减小了径向交错的程度。

根据本发明的一个优选实施方式，绕组条具有两个条支脚，并且在第二基体端侧处具有将条支脚相互连接的u形交错，其中，绕组条的条支脚分别布置在两个彼此间隔开的定子槽中。这种绕组条在装配过程中例如可以首先组装成篮子，并且然后可以利用条支脚的自由端部经由第二基体端侧导入到定子槽中，并且平行于基体纵向轴线如此插入到基体中，使得条支脚的自由端部在第一基体端侧处从定子槽中伸出。然后，自由端部可以在周向方向上以及至少部分地在径向方向上根据本发明进行交错，并且彼此电气互联以形成线圈绕组。这具有如下优点，即，利用简单的手段以及以成本有利的方式改善了定子的制造。

特别优选地，绕组条的至少一部分在第二基体端侧区域中在径向方向上具有这种交错，使得相邻定子槽的绕组条在第二基体端侧处在周向方向上布置在第二数量的线路中。在第二基体端侧处，绕组条因此具有与第一基体端侧类似地构造的径向交错。这具有如下优点，即，利用简单的手段以及以成本有利的方式减小了卷绕头在第二基体端侧处的轴向延伸。

根据本发明的第二方面，该目的通过一种用于机动车的电机来实现。该电机具有定子和可转动地支承在定子处的转子。根据本发明，所述定子构造为根据本发明的定子。

转子优选地与基体纵向轴线同轴地布置。进一步优选地，转子的至少一个有源部分由定子尤其全周向地包围。转子的转子联接部分优选地在轴向方向上从定子中突出。转子优选地具有转子线圈，以产生交变磁场。备选地，转子也可以具有永磁体。

在根据本发明的电机中得出已经针对根据本发明的第一方面的定子描述的所有优点。因此，根据本发明的电机与传统电机相比具有如下优点，即，利用简单的手段以及以成本有利的方式减小了定子的卷绕头中的至少一个的轴向延伸，并且因此在功率相同的情况下减小了电机的外部尺寸。特别是在具有一个或两个极对的少极的定子的情况下，以这种方式可以实现卷绕头的轴向延伸的20%和40%之间的减小。此外，根据本发明的电机具有如下优点，即，减小了在定子的定子槽中的两个直接相邻的绕组条之间的电位差，从而改善了电机的效率。另一个优点在于，由于绕组条的径向交错，卷绕头具有冷却通道，所述冷却通道构造用于改善冷却流体的穿引。由此，改善了卷绕头的冷却和因此电机的负载能力。

根据本发明的第三方面，该目的通过一种机动车来实现。机动车具有驱动系统。根据本发明，用于驱动机动车的驱动系统具有根据本发明的电机。

在本发明的范围内，驱动系统也可以具有多个尤其根据本发明的电机。根据本发明可以设置成，驱动系统构造为混合动力驱动系统，并且具有内燃机，以驱动机动车和/或产生用于运行电机的电能。驱动系统优选具有电池、尤其是高压电池。

在根据本发明的机动车中得出已经针对根据本发明的第一方面的定子以及根据本发明的第二方面的电机描述的所有优点。因此，根据本发明的机动车与传统机动车相比具有如下优点，即，利用简单的手段以及以成本有利的方式减小了定子的卷绕头中的至少一个的轴向延伸，并且因此在功率相同的情况下减小了电机的外部尺寸。由此可减小机动车的结构空间和重量。特别是在具有一个或两个极对的少极的定子的情况下，以这种方式可以实现卷绕头的轴向延伸20%和40%之间的减小。此外，根据本发明的机动车具有如下优点，即，减小了在定子的定子槽中的两个直接相邻的绕组条之间的电位差，从而改善了电机的效率。另一个优点在于，由于绕组条的径向交错，卷绕头具有冷却通道，所述冷却通道构造用于改善冷却流体的穿引。由此，改善了卷绕头的冷却和因此电动机的负载能力。

附图说明

下面借助附图更详细地解释根据本发明的定子、根据本发明的电机以及根据本发明的机动车。其中分别示意性地：

图1以透视性剖视图示出了根据现有技术的定子的第二基体端侧的区域，

图2以透视性剖视图示出了根据本发明的优选实施方式的定子的第二基体端侧的区域，

图3以透视性视图示出了图2中的定子在第二基体端侧区域中的截段，

图4以剖视图示出了绕组条在根据本发明的定子的定子槽中的布置，

图5以剖视图示出了在图4中的定子的卷绕头中径向交错的绕组条，

图6以透视性视图示出了根据本发明的优选实施方式的定子的第一基体端侧的区域，

图7以侧视图示出了根据现有技术的定子，

图8以侧视图示出了根据本发明的定子，以及

图9以侧视图示出了根据本发明的机动车的优选实施方式。

具有相同功能和操作方式的元件在图1至图9中相应设有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中以透视性剖视图示意性地示出了根据现有技术的定子1的第二基体端侧6的区域。定子1具有定子基体4，该定子基体具有由定子齿8彼此分开的多个定子槽9。在定子槽9中，在径向方向上分别并排地布置有不同绕组条10的四个条支脚14。定子1的各个绕组条10分别具有两个条支脚14，所述条支脚经由u形交错15相互连接。绕组条10的从定子槽9中伸出的区域在周向方向上交错，以及在径向方向上布置在四个并排伸延的线路12中，并且共同形成定子的卷绕头11。

图2以透视性剖视图示意性地示出了根据本发明的优选实施方式的定子1的第二基体端侧6的区域。卷绕头11与图1中的卷绕头11区别在于绕组条10的一些绕组条对13在径向方向上的附加交错，使得卷绕头11中的绕组条10在径向方向上布置在八个并排伸延的线路12中。在该实施例中，绕组条对13的绕组条10分别具有相同的径向交错，其中，各个绕组条对13具有或可以具有不同的径向交错。

图3以透视性视图示意性地示出了图2中的定子1在第二基体端侧6的区域中的截段。在该视图中可以看出，定子1具有三个相以及两个极对。

图4以剖视图示意性地示出了绕组条10在根据本发明的定子1的定子槽9中的布置。在该视图中，可以清楚地看出由定子齿8彼此分开的定子槽9。在每个定子槽9中，在径向方向上并排地布置有四个绕组条10。相应两个绕组条10联合成一个绕组条对13。

在图5中，以剖视图示意性地示出了图4中的定子1的卷绕头11中径向交错的绕组条10。绕组条对13具有不同的径向交错，并且在径向方向上并排地布置在八个线路12中。在此，第一定子槽9a的第一内部绕组条对13a不具有径向交错，与第一定子槽9a相邻的第二定子槽9b的第二内部绕组条对13b具有关于两个线路12的径向交错，第一定子槽9a中的第一外部绕组条对13c具有关于两个线路12的径向交错，并且第二定子槽9b的第二外部绕组条对13d具有关于四个线路12的径向交错。

图6以透视性视图示意性地示出了根据本发明的优选实施方式的定子1的第一基体端侧5的区域。在该图示中可以看出，从定子槽9伸出的绕组条10在周向方向上以及部分地在径向方向上交错。相邻的绕组条10的支脚端部18相互焊接。因此，绕组条10在第一基体侧5处形成另一个绕组头10。

图7中以侧视图示意性地示出了根据现有技术的定子1。为了进行比较，图8以侧视图示意性地示出了根据本发明的定子1。如从附图中可以得知，两个定子1具有相同尺寸的定子基体4。定子基体4沿基体纵向轴线7延伸。两个定子1在其第一基体端侧5以及其第二基体端侧6处分别具有由绕组条形成的绕组头11。两个定子1的绕组条10在卷绕头11处在周向方向上具有交错。此外，图8中的根据本发明的定子1的一些绕组条10在径向方向上具有交错，而图7中的根据现有技术的定子不具有这种交错。可以明显看出的是，根据本发明的定子1的绕组头11在轴向方向上具有比根据现有技术的定子的绕组头11更小的延伸。因此，根据本发明的定子1在功率相同的情况下具有减小的结构空间需求。

图9以侧视图示意性地示出了根据本发明的机动车3的优选实施方式。机动车3具有驱动系统17，该驱动系统带有电机2和电池19。电机2具有根据本发明的定子1，该定子具有沿定子纵向轴线7延伸的定子基体4和围绕定子纵向轴线7可转动地支承的转子16。定子基体4具有第一基体端侧5和第二基体端侧6，并且全周向包围转子16的一区段。转子16的另一区段在第一基体端侧5处从定子基体4中伸出。备选地，转子16可以不从第一基体端侧5中伸出而从第二基体端侧6中伸出。

附图标记列表

1 定子

2 电机

3 机动车

4 定子基体

5 第一基体端侧

6 第二基体端侧

7 基体纵向轴线

8 定子齿

9 定子槽

9a 第一定子槽

9b 第二定子槽

10 绕组条

11 卷绕头

12 线路

13 绕组条对

13a 第一内部绕组条对

13b 第二内部绕组条对

13c 第一外部绕组条对

13d 第二外部绕组条对

14 条支脚

15 U形交错

16 转子

17 驱动系统

18 支脚端部

19 电池。