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Die
Erfindung betrifft die Isolierung der Wicklung, insbesondere der
Statorwicklung, einer elektrischen Maschine.
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Für bestimmte
Anwendungen von elektrischen Maschinen, sind besonders kompakte
Elektromotoren mit hoher Leistungsdichte notwendig. Dies gilt beispielsweise
für Hybrid-,
Brennstoffzellen- bzw. E-Antriebe in einem Kraftfahrzeug, da hier
besonders hohe Ansprüche
hinsichtlich eines möglichst
reduzierten Gewichts und Volumens des Elektromotors herrschen.
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Die
Windungen der Wicklungen von elektrischen Maschinen bestehen aus
Leitern, z.B. aus Kupfer, welche in der Regel zumindest teilweise
in Nuten eines Stator- oder Rotorblechpakets untergebracht sind.
Um bei einer elektrischen Maschine eine möglichst hohe Leistungsdichte
und somit einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es unter anderem sinnvoll,
den ohmschen Widerstand in der Stator- und/oder Rotorwicklung zu
minimieren. Eine hierfür geeignete
Maßnahme
besteht bekanntermaßen
darin, einen möglichst
hohen Leiterquerschnitt als Wicklung beispielsweise in Nuten des
Statorpakets unterzubringen und somit einen möglichst hohen sog. Nutfüllfaktor
zu erreichen. Unter dem Nutfüllfaktor
versteht man das Verhältnis
des blanken Wicklungsquerschnitts in einer Nut zum blanken Nutquerschnitt.
Ein hoher Nutfüllfaktor
führt neben
der Tatsache, dass in der Regel die ohmschen Verluste der Wicklung
minimiert werden, u. a. dazu, dass die Möglichkeiten zur Kühlung der
Wicklung sowie des Stator- bzw. Rotorpakets verbessert werden, da
der Querschnitt der Wicklung mit zunehmendem Nutfüllfaktor
dem Querschnitt der Nut angenähert
wird und sich dann entstehende Wärme
besser abführen lässt. Außerdem lässt sich
so eine besonders kompakte Bauweise des Rotors bzw. des Stators
realisieren. Bei einer Erhöhung
des Nutfüllfaktors
ist jedoch gleichzeitig zu beachten, dass der Querschnitt des einzelnen
Wicklungsdrahts bestimmte Ausmaße nicht überschreiten
darf, um die Ausbildung von Wirbelströmen oder – im Falle von Wechselstrommaschinen – die Auswirkungen
des Skin-Effekts, welche jeweils zu beträchtlichen Leistungsverlusten
führen können, zu
begrenzen. Insbesondere Wirbelströme können neben einer Reduzierung
des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine auch zu zusätzlicher
Wärmeentwicklung
führen,
welche dann wiederum durch Kühlung
kompensiert werden muss. Aus diesem Grunde ist es bekannt, als Wicklungsdraht
einen aus isolierten Einzeldrähten
bestehenden Leiterverbund – sog.
Litzedraht – zu
verwenden, wobei die Isolierung der Einzeldrähte dann eine ausreichende Spannungsfestigkeit
aufweist, um Wirbelstromverluste zu verringern. Des Weiteren ist
es üblich,
bei mehrlagigen Wicklungen aus einem oder mehreren Leiterverbünden, die
einzelnen Lagen und/oder Leiterverbünde gegeneinander zu isolieren.
Hierfür
wird in der Regel eine Leiterisolation um jeden Leiterverbund sowie
eine Lagenisolation zwischen die verschiedenen Lagen des Leiterverbunds
bzw. der Leiterverbünde
eingebracht. Außerdem
muss die Wicklung gegenüber
dem Stator- und/oder
Rotorpaket isoliert werden, was im Falle einer vorhandenen Nut in
der Regel durch Einbringung einer zusätzlichen Nutisolation erfolgt.
Je nach Anwendungsfall sind dabei relative hohe Spannungsfestigkeiten
zur Nutwand notwendig, z.B. im Falte eines elektromagnetischen Getriebes
für den
Einsatz in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb bis zu 5 kV. Die Isolierung
der Einzeldrähte,
des Leiterverbunds und der Lagen sowie der Nut nehmen dann Raum
ein, der somit nicht von Leitermaterial besetzt werden kann, was
wiederum den Wirkungsgrad der Maschine reduziert.
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Aus
der
DE 201 11 217
U1 ist ein Ständernut-Isoliersystem
einer elektrischen Maschine bekannt, bei dem eine Ständerwicklung
in mindestens einer Lage in eine Ständernut einbringbar ist, wobei zwischen
der Lage und dem Ständer
eine Isolierung vorhanden ist und die Isolierung mindestens eine Lage
umgibt und als ein Umschlagteil ausgebildet ist, dessen Verschluss
der Öffnung
der Ständernut
zugewandt ist. Soll jedoch die Isolation gegenüber der Ständernut mindestens zweilagig
sein und soll des Weiteren eine zusätzliche Isolationsschicht zwischen verschiedenen
Lagen vorhanden sein, so ist es bei diesem bekannten Ständernut-Isoliersystem
unumgänglich,
eine zusätzliche
Nutisolationsschicht sowie einen zusätzlichen isolierenden Trennstreifen
zwischen den Lagen einzubringen. Die Einbringung dieser zusätzlichen
Schichten reduziert dann jedoch wiederum den Nutfüllfaktor
und somit den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine.
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Aus
der
DE 1 056 722 ist
eine überspannungsfeste
Isolieranordnung bei Wicklungen von Hochspannungsmaschinen bekannt,
wobei die Leiterisolation aus Drahtlacken sowie einer höchstens dreilagigen
umsponnenen Bedeckung besteht. Die Lagenisolation erfolgt durch
Lackleinenband, Lackglas-Seidenband, Glimmerband oder Folie und
ist z-förmig
zwischen den Lagen eingelegt. Die äußere Isolation der Wicklung
erfolgt dabei durch eine weitere Isolierhülle, welche die Wicklung gegenüber der Nut
isoliert und damit also eine zusätzliche
Nutisolationsschicht verkörpert.
Auch mit dieser bekannten Vorgehensweise wird jedoch aufgrund der
zahlreichen übereinander
verwendeten Isolierschichten kein optimaler Nutfüllfaktor und somit kein optimaler Wirkungsgrad
einer elektrischen Maschine erreicht.
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Weiterhin
ist aus der WO 00/74212 A1 beispielsweise bekannt, dass isolierte
Einzelleiter mit rundem Querschnitt für die Wicklung eines Stators oder
Rotors einer elektrischen Maschine verwendet werden können. Sofern
die Einzeldrähte
aus Aluminium bestehen, wird vorgeschlagen die gegenseitige Isolation
der Einzeldrähte
durch eine Oxidierung der Drahtoberfläche zu erwirken, wobei eine
dünne Aluminiumoxidschicht
die Einzeldrähte
einhüllt.
Dies reduziert die Isolationsdicke und erhöht somit zunächst den
Nutfüllfaktor
gegenüber
einer aus Drahtlack be stehenden Isolation der Einzeldrähte. Ein
beträchtlicher
Nachteil dieser Vorgehensweise besteht jedoch darin, dass Wicklungen,
die aus isolierten Einzeldrähten
mit rundem Querschnitt bestehen, zwar relativ günstig herzustellen sind, aber
aufgrund der bei der Bündelung
zwischen den runden Einzeldrähten entstehenden
Hohlräume
einen wesentlich schlechteren Nutfüllfaktor aufweisen, als Wicklungen,
die aus Flachdrähten
bestehen, und somit wiederum zu einem niedrigeren Wirkungsgrad der
elektrischen Maschine führen.
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Aus
der
JP 09320349 ist
ein Leiter mit einer Isolierschicht von einheitlicher Dicke bekannt,
wobei hier die Isolation durch Oxidation eines Flachdrahts aus Kupfer
erreicht wird und die am Außenumfang des
Leiters entstandene dünne
Oxidschicht die Isolierschicht darstellt. Nachteilig an dieser bekannten Vorgehensweise
ist jedoch die Tatsache, dass Leiter mit eckigem Querschnitt, insbesondere
Flachdrähte, die
nachträglich
isoliert werden, recht aufwendig in der Herstellung und somit sehr
viel teurer sind, als Standarddrähte
mit rundem Querschnitt. Außerdem sind
bei Drähten
mit eckigem Querschnitt regelmäßig die
Kanten isoliertechnisch äußerst problematisch, da
hier die Isolierschicht beim Aufbringen leicht abreißen oder
zu dünn
ausfallen kann.
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Die
Erhöhung
des Nutfüllfaktors
bei gleichzeitiger Minimierung der Isolationsdicke zur Verbesserung
des Wirkungsgrads und der Leistungsdichte einer elektrischen Maschine
stellt somit ein Problem dar, welches bislang von den üblichen
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen
noch nicht befriedigend gelöst
wird.
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Der
Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine verbesserte
Wicklungsisolierung für
elektrische Maschinen zu schaffen.
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Die
Lösung
des technischen Problems ergibt sich erfindungsgemäß durch
den Gegenstand der Ansprüche
1 und 12. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Der
Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine besonders
günstige
Anordnung der Leiter- und Lagenisolationsschichten einer Wicklung
der Nutfüllfaktor
und damit der Wirkungsgrad und die Leistungsdichte einer elektrischen
Maschine dadurch erhöht
werden können,
dass gegebenenfalls auf eine zusätzliche
Nutisolationsschicht verzichtet werden kann und dennoch die notwendige Isolationswirkung
an der Wicklung gegeben ist. Dies wird erfindungsgemäß gelöst, indem
in einer besonders geschickten Anordnung von Leiter- und Lagenisolation
beide dergestalt eingesetzt werden, dass sie immer eine zweilagige
Isolation gegenüber
der Nutwand bilden, auf diese Weise dann die gleiche Isolationswirkung
wie mit einer Nutisolation erzielen und somit eine zusätzliche
Nutisolationsschicht überflüssig machen.
Dadurch wird u.a. eine besonders kompakte Bauweise des Stators bzw.
Rotors ermöglicht. Dies
wird erreicht, indem in der optimierten Anordnung von Lagen- und
Leiterisolationsschicht diese so gewickelt werden, dass die Wicklung
des Stators bzw. Rotors gegenüber
der Nutwand an jeder Stelle von mindestens zwei Schichten isoliert
ist. Die Aufgabe der Nutisolation wird somit dann von der Lagen- und
Leiterisolationsschicht übernommen.
Die zu Grunde liegende elektrische Maschine, deren Wirkungsgrad
und Leistungsdichte verbessert werden sollen, kann dabei sowohl
als Generator als auch als Motor ausgeführt sein. Der Gegenstand der
Erfindung findet dabei bevorzugt in einer Generator-Elektromotor-Kombination
Verwendung, die als elektromagnetischer Drehmomentwandler oder als
elektromagnetisches Getriebe einsetzbar ist, wie sie aus der
DE 44 08 719 C1 bekannt
ist. Hierbei ist eine besonders kompakte Bauweise des elektromagnetischen Getriebes
und eine hohe Leistungsdichte notwendig, um den Ansprüchen hinsichtlich
Gewicht und Volumen zum Einsatz in einem Kfz zu genügen. Es
ist jedoch auch eine Verwendung des Gegenstands der Erfindung in
allen anderen möglichen
Arten von elektrischen Maschinen, wie z.B. Synchron- oder Asynchronmaschinen
sowie Kommutator- oder Reluktanz- bzw.
Hysteresemaschinen denkbar.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist die Wicklung dergestalt ausgeführt, dass die zweilagige Isolation
entweder aus der Lagen- und der Leiterisolationsschicht oder aus
einer doppellagigen Leiterisolationsschicht besteht. Dabei ist an
einer Stelle der Wicklung immer dann eine doppellagige Leiterisolationsschicht
vorgesehen, wenn an dieser Stelle zwischen der Wicklung und der
Nutwand keine Lagenisolationsschicht vorhanden ist. Die doppellagige
Leiterisolationsschicht übernimmt
dann an dieser bestimmten Stelle alleine die Aufgabe der Isolation
gegenüber
der Nutwand, so dass weiterhin auf eine zusätzliche Nutisolationsschicht
verzichtet werden kann. Dabei sind verschiedene Ausführungsformen vorstellbar,
wie die Lagen- und die Leiterisolationsschicht gewickelt und miteinander
kombiniert sein können,
um stets eine zweilagige Isolation zur Nutwand zu gewährleisten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wicklung ist
die Lagenisolationsschicht mäanderförmig zwischen
den Lagen des Leiterverbunds bzw. der Leitenverbünde eingebracht. Dies entspricht einer
besonders bevorzugten Ausführungsform,
da in diesem Falle die Lagenisolationsschicht aus einem Stück, z.B.
einem Band oder einer Folie, gefertigt sein kann und diese dann
auf einfache und wirtschaftliche Weise zwischen die Lagen eingewickelt werden
kann. Dabei erzielt dann die Lagenisolationsschicht nicht nur eine
Isolationswirkung zwischen den Lagen des Leiterverbunds bzw. der
Leiterverbünde
untereinander, sondern bewirkt aufgrund der mäanderförmigen Einwicklungsweise auch
zumindest abschnittsweise eine Isolation gegenüber der Nutwand in Kombination
mit der jeweiligen Leiterisolationsschicht. Es ist jedoch des Weiteren
auch durchaus denkbar, dass die Lagenisolationsschicht nicht an
einem Stück
eingebracht ist und dabei genau die Form eines Mäanders beschreibt, sondern
beispielsweise in Form von einzelnen z-förmigen Abschnitten zwischen
die Lagen des Leiterverbunds bzw. der Leiterverbünde eingelegt ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Leiterisolationsschicht
an jedem an die Nutwand angrenzenden Abschnitt der Wicklung, an dem
keine Isolierung durch die Lagenisolationsschicht erfolgt, sich
selbst überlappend
zweilagig umgeschlagen. Dabei ist die Leiterisolationsschicht in der
Regel als Umschlagteil ausgeführt,
d.h. die Ausdehnung der Leiterisolationsschicht in Umfangsrichtung
des Leiterverbunds ist größer, als
es aufgrund des Umfangs des Leiterverbunds notwendig wäre, um diesen
einmal vollständig
zu umschlingen, so dass dann ein zweilagiges Überlappen der Leiterisolationsschicht
mit sich selbst möglich
wird. Das zweilagige Überlappen
kann z.B. dadurch erfolgen, dass der über den eigentlichen Umfang
des Leiterverbunds hinausgehende Abschnitt der Leiterisolationsschicht
dann das Anfangsstück
der den Leiterverbund umschlingenden Leiterisolationsschicht überlappt.
Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass der über den eigentlichen Umfang
des Leiterverbunds hinausgehende Abschnitt der Leiterisolationsschicht
in Umfangsrichtung des Leiterverbunds genau so lang ist, wie das
gegenüber
der Nutwand zu isolierende Teilstück der Wicklung, an dem keine
Lagenisolationsschicht vorhanden ist. Des Weiteren ist darauf zu achten,
dass der aus dem über
den eigentlichen Umfang des Leiterverbunds hinausgehenden Abschnitt der
Leiterisolationsschicht entstehende sich selbst überlappende zweilagige Abschnitt
der Leiterisolation genau an der Stelle der Wicklung positioniert
wird, wo keine Lagenisolationsschicht mehr zwischen Wicklung und
Nutwand vorhanden ist. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass auch wenn an
einer bestimmten Stelle aufgrund ihrer jeweiligen Einbringungsweise
keine Lagenisolationsschicht zwischen Wicklung und Nutwand vorhanden
ist, dennoch stets eine mindestens zweilagige Isolation zur Nutwand gegeben
ist und somit auf eine zusätzliche
Nutisolationsschicht verzichtet werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht die Lagen- und/oder die Leiterisolationsschicht aus einer
Polyimidfolie. Die Verwendung von Polyimidfolie als Isolationsschicht
gewährleistet
eine minimierte und gleichmäßige Isolationsdicke,
welche unter 0,05 mm liegen kann, bei gleichzeitig hoher Spannungsfestigkeit
sowie günstigen
Hochtemperatureigenschaften und Beständigkeit. Auf diese Weise kann
wiederum der Nutfüllfaktor
und somit der Wirkungsgrad und die Leistungsdichte der elektrischen Maschine
optimiert werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
setzt sich mindestens ein Leiterverbund aus gebündelten Einzeldrähten zusammen,
welche gegeneinander isoliert sind. Dies hat den Vorteil, dass mögliche Wirbelstromverluste
in einem Leiterverbund reduziert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Einzelleiter
durch eine Oxidschicht gegeneinander isoliert. Dies hat den Vorteil,
dass Oxidschichten neben der Tatsache, in der Regel besonders hart
zu sein, auch relativ dünn
sind und häufig eine
für die
Praxis ausreichende Isolationswirkung aufweisen. Dadurch wird neben
der Erhöhung
des Nutfüllfaktors
wiederum eine besonders kompakte Bauweise der Wicklung bei gleicher
Leistung ermöglicht.
Im bevorzugten Anwendungsbeispiel eines elektromagnetischen Getriebes
wird beispielsweise für
die Einzeldrähte
der Wicklung eine Spannungsfestigkeit von 10–20 V als ausreichend für die Isolation
gegenüber
Wirbelströmen
angesehen. Innerhalb dieses Spannungsbereichs genügt dann
beispielsweise für
einen Leiter aus Kupfer eine Oxidschicht, welche in der Regel lediglich
eine Dicke von wenigen um aufweist, zum Erreichen der erwünschten
Isolationswirkung. Einzeldrähte
werden dabei vorzugsweise aus Kupfer gefertigt. Denkbar sind jedoch
auch andere Werkstoffe, die als Leiter geeignete Eigenschaften aufweisen
und eine für
die beabsichtigten Isolationszwecke ausreichende dünne Oxidschicht bilden,
wie z.B. Aluminium.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform setzt sich mindestens
ein Leiterverbund aus gebündelten
Einzeldrähten
mit ursprünglich
rundem Querschnitt zusammen. Der Einsatz von Einzeldrähten mit
rundem Querschnitt bietet den Vorteil, dass für die Fertigung des Leiterverbunds
Standarddrähte, beispielsweise
aus Kupfer, verwendet werden können,
die sich mit einfachen technischen Mitteln isolieren lassen, da
z.B. keinerlei Kanten vorhanden sind. Dies reduziert zunächst den
technischen Aufwand und die Kosten erheblich im Vergleich zum Einsatz von
eckigen Leitern, d.h. Flachdrähten,
welche sich nur mit größerem Aufwand
herstellen und isolieren lassen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Hohlräume zwischen
den Einzelleitern eines Leiterverbunds durch Verpressen des Leiterverbunds
minimiert. Dies bietet besonders bei Einzelleitern mit ursprünglich im
Wesentlichen rundem Querschnitt den Vorteil, dass zwar nach wie
vor auf ein günstiges
Standardprodukt, d.h. Einzelleiter mit rundem Querschnitt zur Fertigung
des Leiterverbunds zurückgegriffen
werden kann, jedoch die Nachteile, die sich aus der Verwendung von
Einzelleitern mit rundem Querschnitt ergeben, nachträglich weitgehend
ausgeglichen werden können.
Durch das Verpressen der ursprünglich
runden Einzelleiter wird nämlich
das Problem eines reduzierten Nutfüllfaktors aufgrund der entstehenden
Hohlräume
zwischen den aneinander angrenzenden Einzelleitern dadurch behoben,
dass die Hohlräume
zusammengepresst und somit minimiert werden und auf diese Weise
der Nutfüllfaktor
beträchtlich
erhöht
werden kann. Des Weiteren führt
diese Maßnahme
damit ebenfalls zu einer kompakteren Bauweise der Wicklung und damit
zu einer höheren
Leistungsdichte der elektrischen Maschine.
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In
einer weiteren Ausführungsform
entspricht die Querschnittsform der Wicklung im Wesentlichen der
Querschnittsform einer Stator- und/oder Rotornut, in die die Wicklung
einbringbar ist. Dies bietet ebenfalls den Vorteil, dass Hohlräume zwischen
der Wicklung und der Nut minimiert und mit Leitermaterial ausgefüllt werden
können,
was wiederum zu einem höheren
Nutfüllfaktor
führt und
einen höheren
Wirkungsgrad der elektrischen Maschine nach sich zieht. Dabei kann
die Anpassung der Querschnittsform der Wicklung an die Querschnittsform
der Nut beispielsweise durch plastische Verformung mittels Verpressen
von mindestens einem Leiterverbund erfolgen. Es ist jedoch auch
denkbar, dass die Querschnittsform der Wicklung beispielsweise durch
die Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Einzelleitern
innerhalb der verschiedenen Windungsebenen eines Leiterverbunds
oder durch die Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Leiterverbünden innerhalb
von verschiedenen Wicklungslagen an die Querschnittsform der Nut
angepasst wird. Dies umfasst auch die Möglichkeit, dass die Querschnittsform
der Wicklung durch die Schaffung unterschiedlicher Höhen- und
Breitenverhältnisse
innerhalb des verwendeten Leiterverbunds bzw. der verwendeten Leiterverbünde an die
Querschnittsform der Nut angepasst werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist der Querschnitt mindestens eines Leiterverbunds trapezförmig ausgeführt. Dies
ist insbesondere für
den Anwendungsfall einer trapezförmigen
Nut von Vorteil. Nuten in Stator- bzw. Rotorpaketen werden häufig trapezförmig ausgeführt, da
bei entsprechender Anschrägung
der gegenüberliegenden
Nutwände
die Zähne,
die aus den zwischen den Nuten liegenden Abschnitten des Stator-
bzw. Rotorpakets entstehen, eine nahezu rechteckige Querschnittskontur
erhalten. Dazu müssen
die einen gemeinsamen Zahn des Stator- bzw. Rotorpakets bildenden Nutwände zweier nebeneinander
liegenden Nuten nahezu parallel verlaufen, so dass der Querschnitt
einer Nut dann trapezförmig
ausgeformt ist. Durch eine trapezförmige Nut bzw. durch eine rechteckige
Zahnkontur kann dann ein besonders gleichmäßiger magnetischer Feldverlauf
gewährleistet
werden, was die entstehenden magnetischen Verluste im Stator bzw.
Rotor reduziert und somit den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine
erhöht.
Durch die Anpassung des Querschnitts des Leiterverbunds an den trapezförmigen Querschnitt
der Nut kann dann wiederum ein möglichst
hoher Nutfüllfaktor
erzielt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die
Fig. zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Wicklung eines Statorpakets einer
elektrischen Maschine und
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2 eine
schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
einer Wicklung eines Statorpakets einer elektrischen Maschine und
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3 eine
schematische Darstellung eines Leiterverbunds, der aus Einzelleitern
aus Kupfer mit ursprünglich
rundem Querschnitt mittels Verpressen hergestellt wurde.
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1 zeigt
schematisch eine Wicklung eines Statorpakets 10 eines elektromagnetischen
Getriebes, die von einem gewickelten Leiterverbund 22 gebildet
wird. Der Leiterverbund 22 setzt sich aus gebündelten
Einzelleitern 20 aus Kupfer mit ursprünglich rundem Querschnitt zusammen,
welche durch eine Oxidschicht gegeneinander isoliert sind. Die Hohlräume zwischen
den Einzelleitern 20 des Leiterverbunds 22 wurden
vorab durch Verpressen des Leiterverbunds 22' minimiert. Der Leiterverbund 22 ist
in vier Lagen unterschiedlicher Breite und Höhe gewickelt, so dass die aus
den vier Lagen des Leiterverbunds 22 gebildete Wicklung
trapezförmig
ausgebildet ist und in eine Statornut mit trapezförmigem Querschnitt
eingebracht ist. Die Querschnittsform der Wicklung entspricht somit
im Wesentlichen der Querschnittsform der Statornut, in die die Wicklung
eingebracht ist und die Hohlräume
zwischen der Wicklung und der Nut sind auf diese Weise minimiert.
Dabei kann hinsichtlich der Isolation der Wicklung gegenüber der
Nutwand 12 aufgrund einer optimierten Anordnung von einer
Lagenisolationsschicht 32 und einer Leiterisolationsschicht 30 auf
eine zusätzliche Nutisolationsschicht 35 verzichtet
werden. Dies ist in 1 dadurch stilisiert dargestellt,
dass die Nutisolationsschicht 35, welche in aus dem Stand
der Technik bekannten Lösungen
regelmäßig vorhanden
sein muss, die jedoch bei der erfindungsgemäßen Lösung eingespart werden kann,
lediglich als gestrichelte Linie angedeutet ist. Dabei bestehen
die Lagenisolationsschicht 32 und die Leiterisolationsschicht 30 aus Polyimidfolie
und sind so gewickelt, dass die Statorwicklung gegenüber der
Nutwand 12 an jeder Stelle von mindestens zwei Schichten
isoliert ist und somit dann die Aufgabe der Nutisolation von der
Lagenisolationsschicht 32 und der Leiterisolationsschicht 30 übernommen
wird. Die Lagenisolationsschicht 32 ist mäanderförmig zwischen
den Lagen des Leiterverbunds 22 eingebracht, so dass die
Lagenisolationsschicht 32 nicht nur eine Isolationswirkung
zwischen den Lagen des Leiterverbunds 22 untereinander
erzielt, sondern auch zumindest abschnittsweise eine Isolation gegenüber der
Nutwand 12 in Kombination mit der jeweiligen Leiterisolationsschicht 30 bewirkt. Dabei
ist an den an die Nutwand 12 angrenzenden Stellen der Wicklung
immer dann eine doppellagige Leiterisolationsschicht 30 vorgesehen,
wenn an der betreffenden Stelle zwischen der Wicklung und der Nutwand 12 keine
Lagenisolationsschicht 32 vorhanden ist. Die jeweilige
Leiterisolationsschicht 30 ist an jedem an die Nutwand 12 angrenzenden
Abschnitt der Wicklung, an dem keine Isolierung durch die Lagenisolationsschicht 32 erfolgt,
sich selbst überlappend
zweilagig umgeschlagen. Dabei ist die Leiterisolationsschicht 30 als
Umschlagteil ausgeführt,
d.h. die Ausdehnung der Leiterisolationsschicht 30 in Umfangsrichtung
des Leitenverbunds 22 ist größer, als es aufgrund des Umfangs
des Leitenverbunds 22 notwendig wäre, um diesen einmal vollständig zu
umschlingen, so dass eine zweilagige Überlappung 31 der
Leiterisolationsschicht 30 mit sich selbst gebildet wird.
Die zweilagige Überlappung 31 erfolgt
dadurch, dass der über
den eigentlichen Umfang des Leitenverbunds 22 hinausgehende
Abschnitt der Leiterisolationsschicht 30 in Umfangsrichtung
des Leiterverbunds 22 über
das Anfangsteilstück
der um den Leiterverbund 22 gewickelten Leiterisolationsschicht 30 überlappend
weitergeführt
ist und somit eine zweilagige Überlappung
mit diesem bildet. Dabei ist der über den eigentlichen Umfang
des Leiterverbunds 22 hinausgehende Abschnitt der Leiterisolationsschicht 30 in
Umfangsrichtung des Leiterverbunds 22 genau so lang, wie
das gegenüber
der Nutwand 12 zu isolierende Teilstück der Wicklung, an dem keine
Lagenisolationsschicht 30 vorhanden ist. Außerdem ist
die aus dem über
den eigentlichen Umfang des Leiterverbunds 22 hinausgehenden
Abschnitt der Leiterisolationsschicht 30 entstandene Überlappung 31 genau
an der Stelle der Wicklung positioniert, wo gerade keine Lagenisolationsschicht 32 mehr
zwischen Wicklung und Nutwand 12 vorhanden ist. Aus Gründen der
Anschaulichkeit sind in den Figuren die Zwischenräume zwischen
der Wicklung und der Nutwand 12 sowie zwischen der Lagenisolationsschicht 32 und
der Leiterisolationsschicht 30 betont übertrieben als sichtbare Luftspalte
dargestellt, welche jedoch tatsächlich
in der Praxis nicht in dieser Form auftreten.
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2 zeigt
schematisch eine Wicklung eines Statorpakets 10 einer elektrischen
Maschine mit einer weiteren möglichen
Ausführungsform
einer Kombination aus Lage- und Leiterisolation. Dabei ist der Leiterverbund 22 in
drei Lagen gleicher Breite und Höhe
gewickelt, so dass die aus den drei Lagen des Leiterverbunds 22 gebildete
Wicklung einen rechteckigen Querschnitt besitzt und in eine Statornut
mit im Wesentlichen gleichem Querschnitt eingebracht ist. Hinsichtlich
der Isolation der Wicklung gegenüber
der Nutwand 12 kann aufgrund einer optimierten Anordnung
von einer Lagenisolationsschicht 32 und einer Leiterisolationsschicht 30 wiederum
auf eine zusätzliche
Nutisolation verzichtet werden. Lagenisolationsschicht 32 und
Leiterisolationsschicht 30 sind auch hier so gewickelt,
dass die Statorwicklung gegenüber
der Nutwand 12 an jeder Stelle von mindestens zwei Schichten
isoliert ist und somit dann die Aufgabe der Nutisolation von der
Lagenisolationsschicht 32 und der Leiterisolationsschicht 30 übernommen
wird. Auch in diesem Ausführungsbeispiel
ist die Lagenisolationsschicht 32 mäanderförmig zwischen den Lagen des
Leiterverbunds 22 eingebracht, allerdings in einer anderen
denkbaren Variante der mäanderförmigen Wicklungsweise,
wodurch doppellagige Schlaufen 29 zwischen den einzelnen
Lagen des Leiterverbunds 22 gebildet werden. Wiederum erzielt
die Lagenisolationsschicht 32 nicht nur eine Isolationswirkung
zwischen den Lagen des Leiterverbunds 22 untereinander,
sondern bewirkt auch zumindest abschnittsweise eine Isolation gegenüber der
Nutwand 12 in Kombination mit der jeweiligen Leiterisolationsschicht 30.
Auch hier ist an den an die Nutwand 12 angrenzenden Stellen
der Wicklung immer dann eine doppellagige Leiterisolationsschicht 30 in
Form einer Überlappung 31 vorgesehen,
wenn an der betreffenden Stelle zwischen der Wicklung und der Nutwand 12 keine
Lagenisolationsschicht 32 vorhanden ist. Die zweilagige Überlappung 31 der
jeweiligen Leiterisolationsschicht 30 liegt somit an jedem
an die Nutwand 12 angrenzenden Abschnitt der Wicklung vor,
an dem keine Isolierung durch die Lagenisolationsschicht 32 erfolgt.
Dabei ist die Leiterisolationsschicht 30 wiederum als Umschlagteil
ausgeführt,
d.h. die Ausdehnung der Leiterisolationsschicht 30 in Umfangsrichtung
des Leiterverbunds 22 ist größer, als es aufgrund des Umfangs des
Leiterverbunds 22 notwendig wäre, um diesen einmal vollständig zu
umschlingen, so dass eine zweilagige Überlappung 31 der
Leiterisolationsschicht 30 mit sich selbst gebildet wird.
Die zweilagige Überlappung 31 erfolgt
wiederum dadurch, dass der über
den eigentlichen Umfang des Leiterverbunds 22 hinausgehende
Abschnitt der Leiterisolationsschicht 30 in Umfangsrichtung
des Leiterverbunds 22 über
das Anfangsteilstück
der um den Leiterverbund 22 gewickelten Leiterisolationsschicht 30 überlappend
weitergeführt
ist und somit eine zweilagige Überlappung
mit diesem bildet. Dabei ist der über den eigentlichen Umfang
des Leiterverbunds 22 hinausgehende Abschnitt der Leiterisolationsschicht 30 in
Umfangsrichtung des Leiterverbunds 22 wiederum genau so
lang, wie das gegenüber
der Nutwand 12 zu isolierende Teilstück der Wicklung, an dem keine
Lagenisolationsschicht 30 vorhanden ist. Außerdem ist
die aus dem über
den eigentlichen Umfang des Leiterverbunds 22 hinausgehenden
Abschnitt der Leiterisolationsschicht 30 entstandene Überlappung 31 genau
an der Stelle der Wicklung positioniert, wo gerade keine Lagenisolationsschicht 32 mehr
zwischen Wicklung und Nutwand 12 vorhanden ist.
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3 zeigt
schematisch einen Leiterverbund 22, der aus sechsunddreißig gebündelten
Einzelleitern 20 aus Kupfer mit ursprünglich rundem Querschnitt,
welche durch eine Oxidschicht 21 gegeneinander isoliert
sind, mittels Verpressen hergestellt wurde. Durch das Verpressen
des Leiterverbunds 22 wurden die Hohlräume zwischen den Einzelleitern 20 des
Leiterverbunds 22 minimiert. Dabei haben die Einzelleiter 20 ihre
ursprünglich
runde Querschnittsform verloren und besitzen nun einen nahezu rechteckigen
Querschnitt.