Die Erfindung betrifft eine Statorvorrichtung zum Einbauen in einen Elektromotor mit einem Stator und mit mindestens drei Statorwicklungen, wobei die Statorwicklungen entlang eines Statorumfangs des Stators an dem Stator festgelegt sind, und wobei jede Statorwicklung von einer mit der Statorwicklung elektrisch leitend verbundenen Leistungsmoduleinheit mit einer Wechselspannung versorgbar ist, sodass sich entlang des Statorumfangs ein magnetisches Drehfeld ausbilden und einen in dem Stator drehbar um eine Rotorachse gelagerten Rotor antrieben kann.

Statoren von Elektromotoren weisen üblicherweise entlang des Statorumfangs abwechselnd Statornuten und Statorzähne auf, wobei in die Statornuten Kupferdrähte gelegt werden bzw. um die Statorzähne gewickelt werden - und somit zu den Statorwicklungen verdrahtet werden. Oftmals bestehen die Statoren aus durchgehenden und gestanzten Blechpaketen, wobei optional die Statoren auch aus Segmenten von Statorzähnen zusammengefügt werden können. Im Ergebnis besteht ein Stator jedoch üblicherweise aus einem Blechpaket mit Statornuten oder aus mehreren zusammenhängenden die Statorzähne ausbildenden Blechpaketen, wobei beginnend bei einem Wechselstrom-Elektromotor der Stator mindestens zwei Statorwicklungen aufweist.

Die Statorwicklungen werden dabei an den zwei gegenüberliegenden Statorenden zu Wickelköpfen verdrahtet und an einem dieser Enden nach außen als Phasenanschlüsse herausgeführt. Werden die Statorwicklungen beispielsweise von einem Leistungsmodul mit einem Wechselstrom bestromt, entsteht bedingt durch die Statorwicklungen ein magnetisches Drehfeld entlang des Statorumfangs, das einen in dem Stator gelagerten Rotor abhängig von der Amplitude und Frequenz des Drehfelds um eine Rotorachse antreiben kann. Insoweit bestromt das außerhalb des Stators befindliche Leistungsmodul alle Statorwicklungen gleichzeitig und gibt durch elektrische Wechselspannungen und -ströme das in dem Stator befindliche magnetische Drehfeld vor. Aus der Praxis sind Leistungsmodule bekannt, die mehrere Leistungsmoduleinheiten aufweisen, wobei die einzelnen Leistungsmoduleinheiten jeweils einer Statorwicklung zugeordnet sind und mit dieser Statorwicklung elektrisch leitend verbunden sind, sodass jede Statorwicklung jeweils nur von einer Leistungsmoduleinheit bestromt wird. Das ist insoweit vorteilhaft als die elektrische und thermische Anbindung der Leistungsmoduleinheit und der Statorwicklung dadurch verbessert werden kann.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Statorvorrichtung bereitzustellen, mit der die elektrische und thermische Anbindung der Leistungsmoduleinheit und der Statorwicklung weiter verbessert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach Patentanspruch 1 gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Leistungsmoduleinheit an dem Stator festgelegt ist, wobei sowohl der Stator als auch die Leistungsmoduleinheit von der Statorwicklung umgeben sind. Die Leistungsmoduleinheit umfasst üblicherweise mindestens zwei Leistungshalbleiter, die zu einer Halbbrückenschaltung verschaltet sind, sodass die Leistungsmoduleinheit ein zwischen den Leistungshalbleitern angeschlossenes Statorwicklungsende auf ein positives oder negatives oder auf gar kein Potential schalten kann - die Schalterstellung der Leistungshalbleiter bestimmt dabei die Stromrichtung in der jeweiligen Statorwicklung. Das andere Statorwicklungsende der Statorwicklung kann mit den anderen Statorwicklungsenden der anderen Statorwicklungen elektrisch leitend verbunden werden.

Ist die Leistungsmoduleinheit mechanisch oder stoffschlüssig direkt an dem Stator festgelegt, beispielsweise durch Verschrauben oder Verkleben, kann eine sehr gute thermische Anbindung der Leistungsmoduleinheit an den Stator gewährleistet werden. Üblicherweise befindet sich zwischen dem Stator und der Leistungsmoduleinheit, die an dem Stator festgelegt ist, eine Wärmeleitpaste, die den thermischen Übergang noch weiter verbessert.

Sind ferner sowohl der Stator in dem Bereich, in dem die Leistungsmoduleinheit an dem Stator festgelegt ist, als auch die Leistungsmoduleinheit von der Statorwicklung umgeben und umwickelt, ergeben sich erfindungsgemäß weitere Vorteile - dafür kann die Leistungsmoduleinheit beispielsweise stirnseitig an einem Stator festgelegt werden. Zum einen kann die elektrische Anbindung der Leistungsmoduleinheit und der Statorwicklung besonders kurzgehalten werden, sodass die parasitären Schaltinduktivitäten des kombinierten Aufbaus klein gehalten werden können, zum anderen befindet sich die Leistungsmoduleinheit innerhalb des magnetischen Flusses der Statorwicklung, sodass einfacher magnetische Kenngrößen erfasst werden können und aus diesen auf die elektrischen Kenngrößen geschlossen werden kann.

Insoweit kann eine Umwicklung der Leistungsmoduleinheit und dem Statorzahn vorteilhaft sein, um die Leistungsmoduleinheit mechanisch an dem Statorzahn festzulegen und zu fixieren.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Stator einzelne Statorsegmente umfasst, wobei jedes Statorsegment eine Statorwicklung und eine Leistungsmoduleinheit aufweist. Insoweit können die Statorsegmente vorab mit der Leistungsmoduleinheit und der Statorwicklung in hohen Stückzahlen kostengünstiger vorproduziert werden, sodass der endgültige Stator erst später zusammengesetzt werden kann. Demnach können Statoren mit unterschiedlicher Anzahl an Statorwicklungen und somit Phasen aus denselben Statorsegmenten zusammengebaut werden. Drei und mehrphasige Statoren sind so einfach, schnell und kostengünstig zusammensetzbar.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Statorsegment einen Statorzahn aufweist, an dem die Leistungsmoduleinheit festgelegt ist, wobei der Statorzahn des Statorsegments und die an dem Statorzahn festgelegte Leistungsmoduleinheit von der Statorwicklung umwickelt sind. Die technische Funktion des Statorzahns ist insoweit, einen magnetischen Fluss zu bündeln.

Um einen niederinduktiven Aufbau gewährleisten zu können, kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Statorvorrichtung vorgesehen sein, dass die Leistungsmoduleinheit einen kapazitiven Zwischenkreis aufweist. Ist der kapazitive Zwischenkreis in Ausgestaltung mindestens eines Zwischenkreiskondensators von der Leistungsmoduleinheit umfasst, verkürzen sich weiter die Pfade des Laststromes aus dem Zwischenkreis in die Statorwicklung, sodass die durch die parasitären Schaltinduktivitäten bedingten Schaltüberspannungen weiter reduziert werden können. Zusätzlich sinkt die von der Leistungsmoduleinheit geschaltete Gleichspannung an der Leistungsmoduleinheit weniger ab innerhalb einer Schaltperiode, da der mindestens eine Zwischenkreiskondensator auf die Gleichspannung stützend wirkt.

Um eine gute thermische Anbindung der Leistungsmoduleinheit erreichen zu können, kann nach einer optionalen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Statorvorrichtung vorgesehen sein, dass die mit der Statorwicklung elektrisch leitend verbundene Leistungsmoduleinheit in einer thermischen Wirkverbindung mit dem Stator steht. Dazu wird die Leistungsmoduleinheit üblicherweise direkt an dem metallischen Stator und dessen Blechpaketen festgelegt, wobei eine in der Leistungsmoduleinheit generierte Abwärme direkt und thermisch begünstigt in den Stator übergehen kann.

Um eine besondere Robustheit gegen Umwelteinflüsse gewährleisten zu können, kann nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Leistungsmoduleinheit und die zu der Leistungsmoduleinheit gehörende Statorwicklung mit einem elektrisch nichtleitenden Isoliermaterial vergossen sind. Als nichtleitendes Isoliermaterial bietet sich ein Harz an, da Harze überaus robust sind gegenüber Witterungseinflüssen und mechanischen Einwirkungen, sobald das Harz ausgehärtet ist, sodass die Leistungsmoduleinheit sowohl durch die sie umgebende Statorwicklung als auch durch das Isoliermaterial oder das Harz geschützt ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Statorvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Leistungsmoduleinheiten der mindestens zwei Statorwicklungen über eine Signalverbindung miteinander wirkverbun- den sind. Stehen die Leistungsmoduleinheiten nicht nur mit einem optionalen übergeordneten Leistungsmodul kommunikativ in Verbindung, sondern auch untereinander, können die Leistungsmoduleinheiten schneller auf geänderte Anforderungen und Ist- oder Sollwertänderungen reagieren; schnelle Regelalgorithmen sowie Berechnungen der magnetischen und/oder elektrischen Kenngrößen können verteilt und lokal in den einzelnen Leistungsmoduleinheiten durchgeführt werden.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Leistungsmoduleinheiten der mindestens zwei Statorwicklungen mit einem Leistungsmodul elektrisch leitend verbunden sind. Das Leistungsmodul ist dabei in Bezug auf die mindestens zwei Leistungsmoduleinheiten topologisch übergeordnet, steuert und regelt sie und kontrolliert den zentralen Leistungsfluss in den Stator.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch nach Patentanspruch 9 gelöst, der einen Elektromotor mit einem Stator und einem in dem Stator drehbar um eine Rotorachse gelagerten Rotor betrifft, wobei der Elektromotor eine erfindungsgemäße Statorvorrichtung aufweist. Optional kann auch vorgesehen sein, den Stator des Elektromotors vorab beim Herstellen vollständig mit den Leistungsmoduleinheiten zu bestücken und die Statorwicklungen nach dem Bestücken der Leistungsmoduleinheiten, beispielsweise mittels einer verteilten Nadelwicklungstechnik, herzustellen.

Nachfolgend ist die Erfindung exemplarisch anhand von schematischen Darstellungen gezeigt. Es zeigt:

Figur 1 ein Statorsegment eines Stators mit einer daran festgelegten Leistungsmoduleinheit und

Figur 2 ein Statorsegment eines Stators mit einer daran festgelegten Leistungsmoduleinheit und einer Statorwicklung in einer Schnittdarstellung.

Figur 1 zeigt ein bogenförmiges Statorsegment 1 eines Stators einer Elektromaschine, wobei das Statorsegment 1 mit weiteren Statorsegmenten 1 zu einem Stator zusammengefügt werden können. Das Statorsegment 1 weist von dem bogenförmigen Abschnitt 2 des Statorsegments 1 einen in einer radialen Richtung vorspringenden Statorzahn 3 auf. Stirnseitig an dem Statorzahn 3 und dem Statorsegment 1 ist eine Leistungsmoduleinheit 4 festgelegt, wobei die Leistungsmoduleinheit 4 mit sechs elektrischen Kontaktierungen 5 elektrisch leitend verbunden ist und zwei Leistungshalbleiter sowie eine Ansteuerung im Inneren umfasst. Bei den elektrischen Kontaktierungen 5 handelt es sich um zwei Gleichspannungsanschlüsse, Steuer- sowie Messanschlüsse und einen Wicklungsabgriff für die Statorwicklung 6, mit der die Statorwicklung 6 durch die Schalterstellung der Leistungshalbleiter auf eines der Gleichspannungspotentiale geschaltet werden kann.

Mehrere Statorsegmente 1 können mit Hilfe einer Nut 7 und einem der Nut 7 gegenüberliegenden Keil 8 an dem Statorsegment 1 miteinander entlang eines Statorumfangs 9 zu einem vollständigen Stator zusammengefügt werden.

Figur 2 zeigt ein Statorsegment 1 wie vorstehend beschrieben mit einer Statorwicklung 6, wobei die Statorwicklung 6 sowohl den Statorzahn 3 als auch die Leistungsmoduleinheit 4 umgibt und umwickelt. Demnach kann das Statorsegment 1 einzeln hergestellt und mit einem Harz imprägniert werden sowie anschließend erst zu dem Stator zusammengefügt werden. Die Statorsegmente 1 einzeln herzustellen, bietet herstellungsspezifische Kostenvorteile, wenn die Statorsegmente 1 in größeren Stückzahlen hergestellt werden können. Die Imprägnierung schützt dabei die Leistungsmoduleinheit 4 zusätzlich zu der die Leistungsmoduleinheit 4 umgebenden Statorwicklung 6. Insoweit kann jede Statorwicklung 6 einzeln und mit kurzen Strompfaden direkt von der zugeordneten Leistungsmoduleinheit 4 bestromt und mit der geschalteten Gleichspannung versorgt werden, was kosten- sowie leistungstechnische als auch thermische Vorteile mit sich bringt. Bezugszeichenliste

1 Statorsegment

2 Bogenförmiger Abschnitt

3 Statorzahn

4 Leistungsmoduleinheit

5 Kontaktierung

6 Statorwicklung

7 Nut

8 Keil

9 Statorumfang