DE102022004796A1

DE102022004796A1 - Electric machine for a motor vehicle and motor vehicles

Info

Publication number: DE102022004796A1
Application number: DE102022004796.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel Keller; Quentin Werner; Robin Krüger
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-12-19
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2023-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stator (12), welcher einen Statorträger (20) mit Nuten (22) und wenigstens eine an dem Statorträger (20) gehaltene und zumindest teilweise in den Nuten (22) angeordnete Wicklung aufweist, wobei die Nuten (22) in einer senkrecht zur axialen Richtung der elektrischen Maschine (10) verlaufenden Ebene betrachtet in eine Drehrichtung (18) gekrümmt und/oder geneigt sind, in welche ein Rotor (14) der elektrischen Maschine (10) während eines Betriebs der elektrischen Maschine (10) relativ zu dem Stator (12) drehbar ist.

The invention relates to an electrical machine (10) for a motor vehicle, having a stator (12) which has a stator support (20) with slots (22) and at least one stator support (20) held and at least partially in the slots (22) arranged winding, wherein the slots (22) are curved and/or inclined in a direction of rotation (18) viewed in a plane running perpendicularly to the axial direction of the electrical machine (10), in which direction a rotor (14) of the electrical machine (10 ) is rotatable relative to the stator (12) during operation of the electric machine (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen elektrischen Maschine.The invention relates to an electrical machine for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1. The invention also relates to a motor vehicle with at least one such electrical machine.

Eine solche elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug ist beispielsweise bereits der WO 2015/139080 A1 beziehungsweise der EP 3 271 998 A1 als bekannt zu entnehmen. Die elektrische Maschine weist einen Stator auf, welcher einen Statorträger mit Nuten und wenigstens eine Wicklung aufweist, die an dem Statorträger gehalten und zumindest teilweise in den Nuten angeordnet ist. Außerdem ist der DE 10 2020 004 916 A1 ein Axialflussmotor als bekannt zu entnehmen.Such an electric machine for a motor vehicle is already the example WO 2015/139080 A1 or the EP 3 271 998 A1 to be taken as known. The electrical machine has a stator, which has a stator carrier with slots and at least one winding which is held on the stator carrier and is at least partially arranged in the slots. Besides, the DE 10 2020 004 916 A1 an axial flux motor can be seen as known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass ein besonders effizienter Betrieb der elektrischen Maschine realisiert werden kann.The object of the present invention is to create an electric machine for a motor vehicle and a motor vehicle, so that the electric machine can be operated particularly efficiently.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an electrical machine having the features of patent claim 1 and by a motor vehicle having the features of patent claim 4 . Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um eine elektrische Maschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders verlustarmer und somit effizienter Betrieb der elektrischen Maschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die auch als Statornuten bezeichneten Nuten in einer Ebene betrachtet, die senkrecht zur axialen Richtung der elektrischen Maschine verläuft, in eine Drehrichtung gekrümmt und/oder geneigt sind, in welche ein Rotor der elektrischen Maschine während eines Betriebs der elektrischen Maschine relativ zu dem Stator drehbar ist. Mit anderen Worten ist der Rotor mittels des Stators antreibbar und dadurch in die Drehrichtung relativ zu einer Maschinendrehachse der elektrischen Maschine relativ zu dem Stator drehbar, wobei die Nuten in die Drehrichtung gekrümmt und/oder geneigt sind. Ganz vorzugsweise sind die Nuten bogenförmig ausgebildet und somit gekrümmt, wobei die Nuten in die Drehrichtung gekrümmt sind. Somit sind Nuten beispielsweise entgegengesetzt zur Drehrichtung konvex gewölbt. Da die vorzugsweise bogenförmigen Nuten in die Drehrichtung gekrümmt sind, sind die Nuten vorwärts gekrümmt, wodurch Verluste, insbesondere Eisenverluste, der elektrischen Maschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.In order to further develop an electrical machine of the type specified in the preamble of patent claim 1 in such a way that particularly low-loss and therefore efficient operation of the electrical machine can be implemented, it is provided according to the invention that the slots, also known as stator slots, are viewed in a plane that is perpendicular to the runs in the axial direction of the electrical machine, are curved and/or inclined in a direction of rotation, in which a rotor of the electrical machine can be rotated relative to the stator during operation of the electrical machine. In other words, the rotor can be driven by the stator and can thus be rotated in the direction of rotation relative to a machine axis of rotation of the electrical machine relative to the stator, with the slots being curved and/or inclined in the direction of rotation. Most preferably, the grooves are arcuate and thus curved, with the grooves being curved in the direction of rotation. Thus, for example, grooves are convexly curved in the opposite direction to the direction of rotation. Since the preferably arcuate slots are curved in the direction of rotation, the slots are curved forward, as a result of which losses, in particular iron losses, of the electrical machine can be kept to a particularly low level.

Vorzugsweise ist die relativ zu dem Stator und in die Drehrichtung um die Maschinendrehachse erfolgende Drehung des Rotors zum Erwirken einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs vorgesehen, sodass es sich vorzugsweise bei der Drehrichtung um eine Vorzugsrichtung der elektrischen Maschine handelt. Mit anderen Worten, das die elektrische Maschine aufweisende Kraftfahrzeug wird beispielsweise während des zuvor genannten Betriebs der elektrischen Maschine dadurch angetrieben und dadurch vorwärtsgefahren, dass der Stator den Rotor antreibt und dadurch relativ zu dem Stator um die Maschinendrehachse in die Drehrichtung (Vorzugsrichtung) dreht. Da dabei vorzugsweise die Nuten in die Vorzugsrichtung gekrümmt und/oder geneigt sind, können Verluste, insbesondere Eisenverluste, der elektrischen Maschine besonders geringgehalten werden, sodass ein besonders effizienter Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden kann.Preferably, the rotation of the rotor relative to the stator and in the direction of rotation about the axis of rotation of the machine is provided to effect forward travel of the motor vehicle, so that the direction of rotation is preferably a preferred direction of the electric machine. In other words, the motor vehicle having the electric machine is driven and driven forward during the aforementioned operation of the electric machine, for example, in that the stator drives the rotor and thereby rotates relative to the stator about the machine axis of rotation in the direction of rotation (preferred direction). Since the slots are preferably curved and/or inclined in the preferred direction, losses, in particular iron losses, of the electrical machine can be kept particularly low, so that particularly efficient operation of the electrical machine can be ensured.

Zur Erfindung gehört auch ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes und einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine erfindungsgemäße, elektrische Maschine aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen, elektrischen Maschine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt.The invention also includes a motor vehicle, preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, and also simply referred to as a vehicle, which has at least one electric machine according to the invention and can be driven electrically, in particular purely, by means of the electric machine. Further advantages and advantageous configurations of the electric machine according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the motor vehicle according to the invention and vice versa.

Ganz vorzugsweise ist die elektrische Maschine als eine Radialflussmaschine (RFM) ausgebildet. Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Wicklung als eine verteilte Wicklung ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Stator mehrere, auch als Statorwicklungen bezeichnete Wicklungen aufweist, nämlich die zuvor genannte Wicklung sowie wenigstens eine weitere oder mehrere weitere Wicklungen. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Wicklungen verteilte Wicklungen sind. Ferner ist es denkbar, dass der Statorträger ein Blechpaket ist oder umfasst.The electrical machine is very preferably designed as a radial flux machine (RFM). It has also been shown to be particularly advantageous if the winding is in the form of a distributed winding. In other words, provision is preferably made for the stator to have a plurality of windings, also referred to as stator windings, namely the aforementioned winding and at least one further or a plurality of further windings. It is preferably provided that the windings are distributed windings. Furthermore, it is conceivable that the stator support is or comprises a laminated core.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen, bei denen die jeweilige Nut gerade, das heißt geradlinig und dabei in radialer Richtung der elektrischen Maschine verläuft, ist es bei der Erfindung demgegenüber vorgesehen, dass die jeweilige Nut in die Drehrichtung geneigt und/oder gekrümmt ist, wodurch Verluste, insbesondere Eisenverluste, im Vergleich zu den herkömmlichen Lösungen reduziert werden können.In contrast to conventional solutions, in which the respective groove is straight, i.e. straight and runs in the radial direction of the electrical machine, the invention provides that the respective groove is inclined and/or curved in the direction of rotation, resulting in losses , especially iron losses, can be reduced compared to conventional solutions.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following Description of a preferred embodiment and based on the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the single figure can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the frame to abandon the invention.

Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Vorderansicht einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug.In the single figure, the drawing shows a detail of a schematic and sectional front view of an electrical machine for a motor vehicle.

Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Vorderansicht eine als Radialflussmaschine (RFM) ausgebildete, elektrische Maschine 10 für ein einfach auch als Fahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine 10 aufweist und mittels der elektrischen Maschine 10, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine 10 als eine Hochvolt-Komponente ausgebildet, deren elektrischen Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- und Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Die elektrische Maschine 10 weist einen Stator 12 und einen Rotor 14 auf, welcher mittels des Stators 12 antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse 16 relativ zu dem Stator 12 drehbar ist. Um beispielsweise das Kraftfahrzeug anzutreiben und hierdurch vorwärtszufahren, wird während eines Betriebs der elektrischen Maschine 10 der Rotor 14 derart mittels des Stators 12 angetrieben, dass der Rotor 14 um die Maschinendrehachse 16 relativ zu dem Stator 12 in eine auch als Vorzugsrichtung bezeichnete und in der Figur durch einen Pfeil 18 veranschaulichte Drehrichtung gedreht wird. Somit ist die um die Maschinendrehachse 16 und relativ zu dem Stator 12 in die durch den Pfeil 18 veranschaulichte Drehrichtung erfolgende Drehung des Rotors 14 für eine Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs, das heißt zum Bewirken einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs vorgesehen.The only figure shows a detail in a schematic and sectional front view of an electrical machine 10 designed as a radial flux machine (RFM) for a motor vehicle designed simply as a vehicle. This means that the motor vehicle has the electric machine 10 in its completely manufactured state and can be driven electrically, in particular purely, by means of the electric machine 10 . Electrical machine 10 is preferably designed as a high-voltage component whose electrical voltage, in particular electrical operating and rated voltage, is preferably greater than 50 volts, in particular greater than 60 volts, and very preferably amounts to several hundred volts. The electrical machine 10 has a stator 12 and a rotor 14 , which can be driven by the stator 12 and is therefore rotatable about a machine axis of rotation 16 relative to the stator 12 . In order, for example, to drive the motor vehicle and thus drive forwards, the rotor 14 is driven by the stator 12 during operation of the electric machine 10 in such a way that the rotor 14 rotates about the machine axis of rotation 16 relative to the stator 12 in a direction also referred to as the preferred direction and shown in the figure is rotated in the direction of rotation illustrated by an arrow 18 . Thus, the rotation of the rotor 14 about the machine axis of rotation 16 and relative to the stator 12 in the direction of rotation illustrated by the arrow 18 is provided for forward travel of the motor vehicle, ie to effect forward travel of the motor vehicle.

Der Stator 12 weist einen Statorträger 20 auf, welcher beispielsweise als ein Blechpaket ausgebildet ist oder ein Blechpaket umfasst. Der einfach auch als Träger bezeichnete Statorträger 20 weist mehrere, auch als Statornuten bezeichnete Nuten 22 auf, welche beispielsweise in die durch den Pfeil 18 veranschaulichte Drehrichtung betrachtet voneinander beabstandet und aufeinanderfolgend angeordnet sind. Der Stator 12 weist außerdem in der Fig. nicht dargestellte, mehrere Wicklungen auf, welche auch als Statorwicklungen bezeichnet werden. Vorzugsweise sind die Wicklungen als verteilte Wicklungen ausgebildet. Die Wicklungen sind an dem Statorträger 20 gehalten und jeweils zumindest teilweise in den Nuten 22 angeordnet.The stator 12 has a stator carrier 20 which is designed, for example, as a laminated core or comprises a laminated core. The stator carrier 20, also simply referred to as a carrier, has a plurality of slots 22, also referred to as stator slots, which are spaced apart from one another and arranged in succession, for example viewed in the direction of rotation illustrated by the arrow 18. The stator 12 also has a plurality of windings (not shown in the figure), which are also referred to as stator windings. The windings are preferably designed as distributed windings. The windings are held on the stator carrier 20 and are each at least partially arranged in the slots 22 .

Um nun Verluste, insbesondere Eisenverluste, der elektrischen Maschine 10 besonders geringhalten und in der Folge einen besonders effizienten Betrieb der elektrischen Maschine 10 realisieren zu können, ist es vorgesehen, dass die Nuten in einer senkrecht zur axialen Richtung der elektrischen Maschine 10 verlaufenden Ebene betrachtet bogenförmig ausgebildet und dadurch in die durch den Pfeil 18 veranschaulichte Drehrichtung gekrümmt sind. Die Axialrichtung der elektrischen Maschine 10 fällt mit der Maschinendrehachse 16 zusammen, sodass die zuvor genannte, senkrecht zur axialen Richtung der elektrischen Maschine 10 verlaufende Ebene senkrecht zur Maschinendrehachse 16 verläuft. Außerdem verläuft somit die genannte Ebene parallel zur Bildebene der Fig. oder die genannte Ebene fällt mit der Bildebene der Fig. zusammen. Es ist erkennbar, dass somit eine drehrichtungsabhängige, auch als Stator-Auslegung bezeichnete Auslegung des Stators 12, insbesondere der Nuten 22, vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass bei der Auslegung des Stators 12 die Drehrichtung, insbesondere die Vorzugsrichtung, berücksichtigt ist oder wird, sodass die jeweilige Nut 22 nicht mehr gerade in radialer Richtung der elektrischen Maschine 10 verläuft, sondern hinsichtlich ihres insbesondere gekrümmten Verlaufs der Drehrichtung folgt. Hierdurch können im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen Eisenverluste gezielt reduziert werden.In order to keep losses, in particular iron losses, of the electrical machine 10 particularly low and consequently to be able to operate the electrical machine 10 particularly efficiently, it is provided that the slots are arcuate when viewed in a plane running perpendicular to the axial direction of the electrical machine 10 are formed and thereby curved in the direction of rotation illustrated by the arrow 18 . The axial direction of the electrical machine 10 coincides with the machine axis of rotation 16 , so that the aforementioned plane running perpendicular to the axial direction of the electrical machine 10 runs perpendicular to the machine axis of rotation 16 . In addition, the said plane runs parallel to the image plane of the figure or the said plane coincides with the image plane of the figure. It can be seen that a design of the stator 12, in particular of the slots 22, which is dependent on the direction of rotation and is also referred to as a stator design is provided. This means that the direction of rotation, in particular the preferred direction, is or will be taken into account when designing the stator 12, so that the respective slot 22 no longer runs straight in the radial direction of the electrical machine 10, but instead follows the direction of rotation with regard to its particularly curved course. As a result, iron losses can be reduced in a targeted manner in comparison to conventional solutions.

BezugszeichenlisteReference List

1010: elektrische Maschineelectric machine
1212: Statorstator
1414: Rotorrotor
1616: Maschinendrehachsemachine axis of rotation
1818: PfeilArrow
2020: Statorträgerstator carrier
2222: Nutengrooves

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2015139080 A1 [0002]
EP 3271998 A1 [0002]
DE 102020004916 A1 [0002]

Claims

Electrical machine (10) for a motor vehicle, with a stator (12) which has a stator support (20) with slots (22) and at least one winding which is held on the stator support (20) and is at least partially arranged in the slots (22), characterized in that the grooves (22), viewed in a plane running perpendicularly to the axial direction of the electric machine (10), are curved and/or inclined in a direction of rotation (18) in which a rotor (14) of the electric machine (10) is rotatable relative to the stator (12) during operation of the electric machine (10).

Electrical machine (10) after claim 1 , characterized in that relative to the stator (12) and in the direction of rotation (18) taking place rotation of the rotor (14) is provided for causing a forward drive of the motor vehicle.

Electrical machine (10) after claim 1 or 2 , characterized in that the electrical machine (10) is designed as a radial flow machine.

Motor vehicle with at least one electrical machine (10) according to one of the preceding claims, wherein the motor vehicle can be driven electrically by means of the electrical machine (10).