本发明涉及一种电动机器的定子或转子的棒绕组安排，该棒绕组安排包括多个棒区段，这些棒区段被容纳在该定子或该转子的多个槽缝中并且彼此电连接的方式为使得这些棒区段形成该定子或该转子的连续绕组。
背景技术：
从现有技术的不同实施例中已知具有定子或转子的电动机器。在所述电动机器的定子和/或转子中的绕组通常通过相对较细的单独的线(尤其铜线)形成，这些线手动地或借助于对应的绕线机器或拉丝机来插入定子或转子铁芯的开口(所谓的槽缝)中。此处使用的线的典型直径是大约2mm。
替代性地，还可以使用所谓的铜棒绕组，由此代替单独的线将单独的棒区段插入槽缝中。所述棒区段成形的方式为使得这些棒区段可以在其端部处尤其通过焊接彼此连接，从而形成棒绕组安排，该棒绕组安排形成定子和/或转子的连续绕组。在现有技术中，尤其通常使用U形或V形的单独的棒区段，所述棒区段由于其形状使人想起发夹并且因此通常也被称为发夹。这种类型的棒绕组安排与常规的单独的线绕组相比提供了一些优点。尽管自动化程度高，但制造单独的线绕组仍需要许多手动的制造步骤，而棒绕组安排可以以全自动的方式进行生产。此外，棒绕组安排允许更好地使用槽缝的空间，因为通常使用具有矩形截面的棒区段，这些棒区段具有相对较大的截面面积。当使用较细的单独的线时，即便在紧密的几何封装的情况下，在槽缝中也始终保留有空余空间。由于为单独的线而设置的电绝缘涂层，产生了进一步的封装损耗。在单独的线绕组的情况下产生具有从大约30％至50％的数量级的槽缝填充因数，而借助于棒绕组安排可以实现多于80％的槽缝填充因数。因此，可以通过较小的安装空间实现更高的机器功率。
由于单独的棒区段的明确定义的表面和相对较大的尺寸，尤其当使用发夹形棒区段(“发夹”)时，可以在这些棒区段自身之间和在棒区段与定子或转子铁芯之间实现更可靠的电绝缘。
如从US 8,330,318已知的，当使用基本上U形的棒区段时，在组装过程中这些单独的区段可以从前侧开始被插入槽缝中，其结果是可以实现朝向转子关闭的并且为半开放式的槽缝，从而形成气隙，这在具有连续的线的常规的单独的线绕组的情况下仅能够非常困难地实现或完全无法实现。
使用基于发夹形棒区段的棒绕组安排的电动机器由于其高能量密度和自动化制造的可能性而具有很大的优点，尤其在汽车工业中。由DE 10 2010 036 428 A1或US 2009/0140596 A1提供了这种类型的棒绕组安排的实例。如从US 7,759,835 B2或DE 10 2009 040 64 A1已知的，代替在组装过程中可以被插入两个槽缝中的U形或V形的发夹状棒区段，还可以使用各自被插入仅一个槽缝中的较短的棒区段。
与常规的单独的线绕组相比，具有实心的棒区段(其一般具有矩形截面)的棒绕组安排尤其在电动机器的中转速下在核心关键比率方面具有显著的优点。然而，在电动机器的高转速情况下、尤其在大约11000转每分钟以及更高的转速下，棒区段的大的截面导致由高频效应引起的相对较高的功率损耗。
事实上，较低的绕组电阻以及因此较低的损耗应该能够通过较高的槽缝填充因数来实现，该较高的槽缝填充因数可以借助于棒绕组安排来实现。然而，这只适用于直流运行。然而，在如旋转电动机器中产生的相对较高的频率下，损耗实际上是增加的。尽管棒绕组安排明显在其低转速下的效率方面优于单独的线绕组，但是高转速下的损耗通常极大地增加。其原因是：穿过槽缝中的棒区段的旋转场的、以及自身生成围绕其的磁场的通常正弦式控制电流的频率(其由于随着转速增加而增加)所导致的高频效应。从物理的观点来看，存在两种机制引起随着转速大致成平方地增加的损耗。表皮效应和邻近效应增加了棒区段的有效电阻，其方式使得由于电流必须桥接相对较高的电阻而间接地产生了相对较高的损耗。此外，与棒区段相邻的涡流直接地导致损耗增加。由于磁场在槽缝开口的附近是最大的，因此上述两种效应在该处同样是最大的。为了抵抗所述高频效应，从现有技术已知的是，通过使用具有较小截面的多个棒区段(例如，代替具有大截面的棒区段)对棒绕组安排进行更大程度的分段。这例如是从US 6,956,313B2中已知的。然而，已经证明，仅仅分段不足以将功率损耗减少到令人满意的程度。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种在开篇处提及类型的棒绕组安排，其中可以以简单的方式进一步减少在电动机器的高转速下的功率损耗。
所述目的是通过在开篇处提及类型的具有下述1和10的特征部分的特征的棒绕组安排来实现的。下述2-9涉及本发明的多个有利发展：
1.一种电动机器的定子或转子的棒绕组安排，该棒绕组安排包括多个棒区段，这些棒区段被容纳在该定子或该转子的多个槽缝中并且彼此电连接的方式为使得这些棒区段形成该定子或该转子的连续绕组，其特征在于，这些槽缝中的每个槽缝被这些棒区段划分成棒区段的第一组和棒区段的至少一个第二组，其中该第一组的棒区段具有比该第二组的棒区段更小的截面，其中该第一组的棒区段串联地电连接，并且该第二组的棒区段串联地电连接、并且与该第一组的棒区段并联地电连接，并且其中该第一组的棒区段被安排成比该第二组的棒区段在径向方向上更靠近槽缝开口。
2.如上述1所述的棒绕组安排，其特征在于，串联地连接的棒区段的所有第一组与串联地连接的棒区段的所有第二组彼此并联地连接。
3.如上述1和2中任一项所述的棒绕组安排，其特征在于，所有第一组的棒区段和所有第二组的棒区段的截面被选择的方式为使得
-这两个组在该电动机器的主荷载区域中具有相似的电阻，或者
-这两个组在截面中具有相似的总电流密度，或者
-这两个组在截面中具有相似的功率损耗密度，或者
-这两个组的总电损耗被最小化。
4.如上述1至3之一所述的棒绕组安排，其特征在于，棒区段的第一组和棒区段的第二组具有在相同的方向上延伸的端部绕组。
5.如上述4所述的棒绕组安排，其特征在于，棒区段的第一组和棒区段的第二组在各自情况下在该棒绕组安排的相反端部处通过在这些棒区段的一个或多个层上延伸的至少一个连接区段彼此连接。
6.如上述1至3之一所述的棒绕组安排，其特征在于，棒区段的第一组和棒区段的第二组具有在相反的方向上延伸的端部绕组。
7.如上述6所述的棒绕组安排，其特征在于，棒区段的第一组和棒区段的第二组在该棒绕组安排的第一端部处彼此焊接、并且在与该第一端部相反的第二端部处通过在这些棒区段的一个或多个层上延伸的至少一个连接区段彼此连接。
8.如上述1至7之一所述的棒绕组安排，其特征在于，具有一个或多个棒区段的至少一个第三组被形成在这些槽缝的每个槽缝中，所述一个或多个棒区段具有比该第一组的棒区段和该第二组的棒区段更大的截面、并且被安排成比棒区段的该第二组更靠近相应的槽缝的槽座。
9.如上述8所述的棒绕组安排，其特征在于，所有槽缝的第三组的棒区段在该棒绕组安排的相反的端部之间串联地连接。
10.一种电动机器的定子或转子的棒绕组安排，该棒绕组安排包括多个棒区段，这些棒区段被容纳在该定子或该转子的多个槽缝中并且彼此电连接的方式为使得这些棒区段形成该定子或该转子的连续绕组，其特征在于，这些棒区段被配置并被安排在这些槽缝中并且彼此连接的方式为使得这些棒区段在这些槽缝内产生完全并联的子分段。
根据本发明的棒绕组安排的特征在于，这些槽缝中的每个槽缝被这些棒区段划分成棒区段的第一组和棒区段的至少一个第二组，其中，该第一组的棒区段具有比该第二组的棒区段更小的截面，其中，该第一组的棒区段串联地电连接，并且该第二组的棒区段串联地电连接、并且与该第一组的棒区段并联地电连接，并且其中，该第一组的棒区段被安排成比该第二组的棒区段在径向方向上更靠近槽缝开口。本发明所基于的认识在于，上文解释的高频效应尤其集中在定子和/或转子的槽缝的槽缝开口附近，并且在该区域中对功率损耗具有显著的影响。因此，在本发明中提出，以不均匀的方式通过这些棒区段对这些槽缝进行分段，其中，具有比该第二组的棒区段更小的截面的该第一组的棒区段被安排在这些槽缝的每个槽缝中的进一步靠外处并且因此在该槽缝开口附近。在此情况下，这两个组的棒区段有利地以尽可能平行于磁场线、或沿着磁场线的方式被划分。通过使用较小的截面，在产生非常高的交变磁场的这些槽缝开口附近比在径向方向上进一步靠内的槽缝区域中的分段程度更高。作为其结果，可以有利地实现高的槽缝填充因数，其中，由于特定的互连类型，同时在槽缝内的这种类型的效应主导损耗的那些位置处产生了相对较低的高频效应。
在一个优选的实施方案中，提出的是，串联地连接的棒区段的所有第一组与串联地连接的棒区段的所有第二组彼此并联地连接。在此在该棒区段安排的相反的端部处(并非在每个单独的槽缝与容纳在其中的这些棒区段一起形成该棒区段安排的部分区段之后)有利地提供并联连接，因为在此产生的相对较小的环路可能导致高的局部涡流。因此，换言之，所有第一组有利地串联地连接，并且所有第二组有利地串联地连接、并且与该第一组并联地连接。有利地，在整个棒绕组安排上，并联地连接的这两个组的棒区段的大部分不同场通量相互抵消。
在一个特别优选的实施方案中，提出的是，所有第一组的棒区段和所有第二组的棒区段的截面被选择的方式为使得
-这两个组在该电动机器的主荷载区域中具有相似的电阻，或者
-这两个组在截面中具有相似的总电流密度，或者
-这两个组在截面中具有相似的功率损耗密度，或者
-这两个组的总电损耗被最小化。以此方式，可能的是，该第一组的棒区段和该第二组的棒区段的截面针对特定的目标荷载区域或在整个行驶循环上有利地被优化。
在一个有利的实施方案中，这些第一组的棒区段和这些第二组的棒区段可以具有在相同的方向上延伸的端部绕组。为此，有利的是，棒区段的这些第一组和棒区段的这些第二组在各自情况下在该棒绕组安排的相反的端部处通过在这些棒区段的一个或多个层上延伸的至少一个连接区段彼此连接。替代性地，这些棒区段还可以在多个层上弯曲并且在这些相反的端部处彼此焊接。
在一个替代性的实施方案中，还可能的是，棒区段的这些第一组和棒区段的这些第二组具有在相反的方向上延伸的端部绕组。换言之，在该实施例中，棒区段的这两组中的一组以相对于另一组反向的方式缠绕，其方式使得这两组以反向的方式延伸穿过该定子和/或该转子的槽缝并且在该棒区段安排的这两个相反的端部之一处相接。在这种连接中，有利的是，棒区段的这些第一组和棒区段的这些第二组在该棒绕组安排的第一端部处彼此焊接、并且在与该第一端部相反的第二端部处通过在这些棒区段的一个或多个层上延伸的至少一个连接区段彼此连接。
在该棒绕组安排的串联绕组的情况下，所述串联绕组本身是有利的，在这些单独的棒区段组内的电阻应允许相似的电流，从而不产生瓶颈。因此，这尤其是非常高要求的，恰恰因为该第一组的棒区段在该槽缝开口附近具有小的截面，并且所述小的截面如上所述地由于由局部的(即，直接并联连接的)棒区段的组导致的涡流损耗的增加而无法被增大。为了缓解这个问题，有利的改进方案提出，具有一个或多个棒区段的至少一个第三组被形成在这些槽缝的每个槽缝中，所述一个或多个棒区段具有比该第一组的棒区段和该第二组的棒区段更大的截面、并且被安排成比棒区段的该第二组更靠近相应的槽缝的槽座。所有槽缝的第三组的棒区段可以有利地在该棒绕组安排的这些相反的端部之间串联地连接。已经证明，棒区段的这两个并联连接的第一组和第二组可以被配置成其方式使得一旦它们与该第三组串联地连接，则它们可以防止上述瓶颈。
根据上述10记载的内容，本发明所基于的目的还通过在开篇处提及类型的棒绕组安排来实现，该棒绕组安排的区别之处在于以下事实：这些棒区段被配置并被安排在这些槽缝中、并且彼此连接的方式为使得这些棒区段在这些槽缝内产生完全并联的子分段。子分段是在每个槽缝中执行的。该措施使得将该棒区段安排细分成条，然而，这些条可以以固定的方式连结在一起。在此情况下，所述棒区段安排的单独的棒区段可以穿过仅一个槽缝、两个槽缝(在此该棒区段典型地被实施为“发夹”)、或多个槽缝，然后与一个或多个接下来的棒区段接触。
在一个特别有利的实施方案中，可以提供的是，这些棒区段具有矩形截面。因此可以实现非常高的槽缝填充因数。
在此处所述的实施例中，通过棒绕组安排形成的定子和/或转子的绕组可以是波形绕组或替代性地环形绕组。该波形绕组可以例如通过连接适当成形的可以接合在两个槽缝中的发夹状的棒区段、或者通过连接可以接合在一个槽缝中的发夹部分状的棒区段来形成。当提供环形绕组时，这些棒区段以环状的方式成形并且穿透定子和/或转子的多个槽缝。
附图说明
参照附图，本发明的进一步的特征和优点将从优选的示例性实施例的以下描述中变得清楚，在附图中
图1示出了电动机器的定子的这些槽缝之一的示意性高度简化的图示，其中安排有根据本发明的第一示例性实施例实施的棒绕组安排的多个棒区段，
图2示出了示意性高度简化的图示，该图示展示了根据本发明的第一示例性实施例的棒绕组安排的这些棒区段的电互连，
图3以示意性高度简化的图示示出了根据本发明的第一示例性实施例的棒绕组安排的第一绕组图，
图4示出了当使用根据图3的绕组图时的棒绕组安排的端部绕组的俯视图，
图5以示意性高度简化的图示示出了根据本发明的第一示例性实施例的棒绕组安排的第二绕组图，
图6示出了当使用根据图5的绕组图时的棒绕组安排的端部绕组的俯视图，
图7示出了电动机器的定子的这些槽缝之一的示意性高度简化的图示，其中安排有根据本发明的第二示例性实施例实施的棒绕组安排的多个棒区段，
图8示出了示意性高度简化的图示，该图示展示了根据本发明的第二示例性实施例的棒绕组安排的这些棒区段的电互连，
图9以示意性高度简化的图示示出了根据本发明的第二示例性实施例的棒绕组安排的绕组图，
图10示出了电动机器的定子的多个槽缝的示意性高度简化的图示，其中安排有根据本发明的第三示例性实施例实施的棒绕组安排的多个棒区段。
具体实施方式
参照图1至图6，电动机器的定子3或转子的棒绕组安排1具有多个槽缝2，在图1中详细地示出了这些槽缝之一。在该示例性实施例中，四个棒区段4a、4b、4c、4d在各自情况下被容纳在所述槽缝2中。从根据图1的图示清楚的是，所述四个棒区段4a、4b、4c、4d具有不同的截面。在槽缝2中的每个槽缝中，第一棒区段4a和第二棒区段4b具有比第三棒区段4c和第四棒区段4d更小的截面。第一棒区段4a和第二棒区段4b形成棒区段4a、4b的第一组G1，在该示例性实施例中，这些棒区段具有基本上相等的、优选地矩形的截面，但是也可以具有不同的截面，这些截面小于第三棒区段4c和第四棒区段4d的截面。第三棒区段4c和第四棒区段4d形成棒区段4c、4d的第二组G2，在该示例性实施例中，这些棒区段具有基本上相等的、优选地矩形的截面，但是也可以具有不同的截面，这些截面大于第一棒区段4a和第二棒区段4b的截面。
棒区段4a、4b的第一组G1在槽缝2内比棒区段4c、4d的第二组G2在径向方向上更靠外地安排在槽缝开口20附近。因此，第二组G2的第三棒区段4c和第四棒区段4d被安排成比第一棒区段4a和第二棒区段4b更靠近槽缝2的槽座21。由于磁通量密度通常在槽缝2的槽缝开口20的区域中是最高的，有利的是，在那里提供更精细的分段，使得第一棒区段4a和第二棒区段4b的截面非常谨慎地被选择为小于在径向方向上更靠内的第三棒区段4c和第四棒区段4d的截面。由于在槽缝开口20的区域中产生了相对较大的交变场，具有较小的截面的第一棒区段4a和第二棒区段4b的所述更精细的子划分在该区域中是特别有利的，因为可以有利地防止由于磁场导致的不期望的电流流动。
如在根据图2的示意性图示中以及在根据图3和图5的两个绕组图中可以看到的，在槽缝2内的第一组G1的所有第一棒区段4a和第二棒区段4b在各自情况下彼此串联地连接。此外，定子3的所有槽缝2的第一棒区段4a和第二棒区段4b的第一组G1彼此串联地连接。第二组G2的所有第三棒区段4c和第四棒区段4d同样在各自情况下在槽缝2内彼此串联地连接。此外，定子3的所有槽缝2的第一棒区段4a和第二棒区段4b的第二组G2彼此串联地连接。跨定子3的所有槽缝2总体上使得所有槽缝2的第一棒区段4a和第二棒区段4b的第一组G1与所有槽缝2的第三棒区段4c和第四棒区段4d的第二组G2并联地连接，所述并联连接实现起来非常简单。
在这种连接中，有利的是，在定子3的棒绕组安排1的相反的端部处提供并联连接，然而这并非在槽缝2中的每个槽缝形成棒绕组安排1的部分区段之后，因为否则由此导致的环路可能造成高的局部涡流。相反地，跨定子3的所有槽缝2彼此并联地连接的两个组G1、G2的棒区段4a、4b、4c、4d的大部分不同场通量被有利地抵消。
由于这两个棒区段组G1、G2跨定子3的所有槽缝2延伸，因此这两个棒区段组G1、G2可以在不借助于相应地其他棒区段组G1、G2的情况下至少近似地生成磁场。由于并联连接，电流以与两个棒区段组G1、G2的电阻成反比的方式在这两个棒区段组之间进行划分。
所有第一组G1的棒区段4a、4b和所有第二组G2的棒区段4c、4d的截面优选地被选择的方式为使得
-这两个组G1、G2在该电动机器的主荷载区域中具有相似的电阻，或者
-这两个组G1、G2在截面中具有相似的总电流密度，或者
-这两个组G1、G2在截面中具有相似的功率损耗密度，或者
-这两个组G1、G2的总电损耗被最小化。以此方式，可能的是，第一组G1的棒区段4a、4b和第二组G2的棒区段4c、4d的截面针对特定的目标荷载区域或在整个行驶循环上有利地被优化。
在图3中以示意性高度简化的方式展示了根据本发明的第一示例性实施例实施的棒绕组安排1的第一绕组图。在此情况下，这是相同方向的绕组图。在此，在槽缝2中的每个槽缝中，第一棒区段4a与第一组G1的第二棒区段4b在各自情况下串联地连接。在相关联的槽缝2中的第二棒区段4b与另一个槽缝2的、尤其相邻的槽缝2的第一组G1的第一棒区段4a串联地连接，以此类推。在槽缝2中的每个槽缝中，第三棒区段4c与第二组G2的第四棒区段4d在各自情况下串联地连接。在相关联的槽缝2的第四棒区段4d与另一个槽缝2的、尤其相邻的槽缝2的第三棒区段4c串联地连接，以此类推。这导致了跨所有槽缝2的这两个组G1、G2的第一棒区段4a和第二棒区段4b与第三棒区段4c和第四棒区段4d的并联连接。将这两个平行的层彼此连接的连接区段5在各自情况下设置在棒区段安排1的两个相反的端部处。替代性地，设置在端部侧上的棒区段4a、4c、4b、4d还可以在多个层上弯曲并且彼此焊接。图4示出了使用根据图3的绕组图的棒绕组安排1的端部绕组40、41的俯视图。从该图示中清楚的是，槽缝2之间的过渡部彼此平行地延伸。
下面将参照图5和图6更详细地解释根据本发明的第一示例性实施例实施的棒绕组安排1的第二绕组图。在此情况下，这是相反方向的绕组图。在此，第一组G1的绕组对应于根据图3和图4的第一绕组图的绕组。在槽缝2中的每个槽缝中，在各自情况下第四棒区段4d与第二组G2的第三棒区段4c串联地连接。现在，在相关联的槽缝2的第三棒区段4c与另一个槽缝2的、尤其相邻的槽缝2的第四棒区段4d串联地连接，以此类推。因此，棒绕组安排1的这两个层之一在反向的方向上缠绕。如在根据图6的俯视图中可以看到的，在该绕组图中，在这些槽缝2之间的过渡部以基本上V形的方式分叉。这些层在棒绕组安排1的这两个相反侧之一处相接并且可以例如通过焊接连接件6在那里彼此连接。然而，在相反侧上，优选地使用连接区段5来连接这些层。
在棒绕组安排1的串联绕组的情况下，所述串联绕组本身是有利的，在这些单独的棒区段组G1、G2内的电阻应允许相似的电流，从而不产生瓶颈。因此，这尤其是非常高要求的，恰恰因为第一线圈组G1的这些棒区段4a、4b在槽缝开口20附近具有小的截面，并且所述小的截面如上所述地由于由局部的(即，直接地并联连接的)棒区段4a、4b、4c、4d的组G1、G2导致的涡流损耗的增加而无法被增大。下面将参照图7至图9更详细地解释应对这个问题的电动机器的定子3或转子的棒绕组安排1的第二示例性实施例。除了具有第一棒区段4a和第二棒区段4b的第一组G1以及具有第三棒区段4c和第四棒区段4d的第二组G2之外，在这些槽缝2中的每个槽缝中还安排了具有第五棒区段4e和第六棒区段4f的第三组G3。第三组G3的棒区段4e、4f具有比第一组G1的棒区段4a、4b和第二组G2的棒区段4c、4d更大的截面并且被安排成比棒区段4c、4d的第二组G2更靠近相应的槽缝2的槽座21。如在图8中可以看到的，第一组G1和第二组G2进而形成以上述方式实施的并联连接。在此情况下，如在图3中示出的，跨所有槽缝2的第一组G1和第二组G2的绕组被实施为在相同方向上延伸的绕组。如图5中，原则上，所述绕组也可以被实施为在相反方向上延伸。
如从根据图9的绕组图中也可以看到的，在槽缝2中的每个内，第三组G3的第五棒区段4e与第六棒区段4f串联地连接。第六棒区段4f与另一个槽缝、尤其相邻的槽缝2的第五棒区段4e串联地电连接，以此类推。因此形成的跨所有槽缝2的组G3的第五棒区段4e和第六棒区段4f的串联连接与这两个并联连接的组G1和G2串联地连接。已经证明，棒区段4a、4b、4c、4d的这两个并联连接的第一组和第二组可以被配置成其方式使得一旦它们与第三组G3串联地连接，则它们可以防止上述瓶颈。
在上述示例性实施例中，棒区段4a、4b、4c、4d、4e、4f以发夹区段的方式成形并且可以在将其插入槽缝2中之后在其端部处彼此焊接。
图10示出了电动机器的定子3的多个槽缝2的示意性高度简化的视图，其中安排有根据本发明的第三示例性实施例的棒绕组安排1的棒区段7a、7b、7c、7d。在此情况下，这些槽缝2中的每个槽缝被划分成四个棒区段级E1、E2、E3、E4，这些棒区段级已经通过在图10的左手侧展示的槽缝2的实例进行了展示。槽缝2中的每个槽缝的绕组图提供的是
-第一棒区段7a接合在第一槽缝2的第一棒区段级E1和第二槽缝2的第三棒区段级E3中，
-第二棒区段7b接合在第一槽缝2的第二棒区段级E2和第二槽缝2的第四棒区段级E4中，
-第三棒区段7c接合在第一槽缝2的第三棒区段级E3和第二槽缝2的第一棒区段级E1中，以及
-第四棒区段7d接合在第一槽缝2的第四棒区段级E4和第二槽缝2的第二棒区段级E2中。
这种措施借助于棒绕组安排1实现了所有槽缝2的完全并联的分段。在图10中已经用实线展示了前端部绕组70，而后端部绕组71已经通过虚线进行表示。
已经参照电动机器的定子3通过实例对本发明的多个示例性实施例进行了解释。在此应强调的是，此处描述的设计也适用于电动机器的转子。