DE102011088284A1

DE102011088284A1 - Montagesatz für elektrische Maschinen, elektrische Maschine sowie Verfahren zum Herstellen von elektrischen Maschinen

Info

Publication number: DE102011088284A1
Application number: DE201110088284
Authority: DE
Inventors: Gert Wolf; Juergen Fridrich; Klaus Herbold; Kurt Reutlinger; Mohammad Nassar Albunni
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-13
Also published as: WO2013087437A3; BR112014014031A2; WO2013087437A2; BR112014014031A8; CN104040839A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Montagesatz für elektrische Maschinen (1), bestehend aus einer Vielzahl von gleichen Rotorwicklungsträgern (12), auf welchen jeweils eine Rotorwicklung (13) vorgesehen ist, und aus einer Vielzahl von gleichen Statorwicklungsträgern (19), auf welchen jeweils eine Statorwicklung (21) vorgesehen ist, wobei jeweils ein Rotor (3), bestehend aus einem der Rotorwicklungsträger (12) und einer der Rotorwicklungen (13), und ein Stator (3), bestehend aus einem der Statorwicklungsträger (19) und einer der Statorwicklungen (21), in einem gemeinsamen Maschinengehäuse (4) zur Ausbildung einer der elektrischen Maschinen (1) angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Rotorwicklung (13) aus zumindest einem in einer ersten Anzahl Windungen vorliegenden ersten Wicklungsleiter (13’) aus einem ersten Wicklungsmaterial und die Statorwicklung (21) aus zumindest einem in einer zweiten Anzahl Windungen vorliegenden zweiten Wicklungsleiter (22, 23, 24, 25, 26) aus einem zweiten Wicklungsmaterial besteht, wobei die Wicklungsmaterialien des ersten und des zweiten Wicklungsleiters (13’, 22, 23, 24, 25, 26) aus mehreren unterschiedlichen Materialien und/oder die Stärke der Wicklungsleiter (13’, 22, 23, 24, 25, 26) und/oder die Anzahl der Windungen der Wicklungsleiter (13’, 22, 23, 24, 25, 26) derart gewählt sind, dass zumindest zwei der elektrischen Maschinen (1) voneinander unterschiedliche Nominalleistungen aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine (1) sowie ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Maschinen (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Montagesatz für elektrische Maschinen, bestehend aus einer Vielzahl von gleichen Rotorwicklungsträgern, auf welchen jeweils eine Rotorwicklung vorgesehen ist, und aus einer Vielzahl von gleichen Statorwicklungsträgern, auf welchem jeweils eine Statorwicklung vorgesehen ist, wobei jeweils ein Rotor, bestehend aus einem der Rotorwicklungsträger und einer der Rotorwicklungen, und ein Stator, bestehend aus einem der Statorwicklungsträger und einer der Statorwicklungen, in einem gemeinsamen Maschinengehäuse zur Ausbildung einer der elektrischen Maschinen angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Maschinen.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt, welche den Rotor und den Stator aufweisen, die in dem gemeinsamen Maschinengehäuse angeordnet sind. Zum Herstellen des Rotorwicklungsträgers, des Statorwicklungsträgers sowie zum Wickeln der Rotorwicklung und der Statorwicklung werden Fertigungsverfahren eingesetzt, welche häufig sehr aufwendige Werkzeuge voraussetzen. Diese sind häufig nur für eine bestimmte Wicklung und eine einzige Ausprägung des Rotorwicklungsträgers beziehungsweise des Statorwicklungsträgers geeignet. Insoweit weist der eingangs beschriebene Montagesatz für elektrische Maschinen die Vielzahl von gleichen Rotorwicklungsträgern und die Vielzahl von gleichen Statorwicklungsträgern auf. Aus dem Montagesatz kann nun wenigstens eine elektrische Maschine hergestellt werden, welche eine bestimmte Nominalleistung aufweist. Zum Herstellen einer elektrischen Maschine mit einer von dieser bestimmten Nominalleistung abweichenden Nominalleistung wird ein weiterer Montagesatz verwendet, welcher Rotorwicklungsträger und/oder Statorwicklungsträger unterschiedlicher Größe aufweist, zu deren Herstellung weitere Werkzeuge vorhanden sein müssen.
Offenbarung der Erfindung
Demgegenüber weist der Montagesatz gemäß dem Anspruch 1 den Vorteil auf, dass er die Herstellung von elektrischen Maschinen mit voneinander abweichenden Nominalleistungen bei gleichbleibenden Rotorwicklungsträgern und Statorwicklungsträgern ermöglicht. Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rotorwicklung aus zumindest einem in einer ersten Anzahl Windungen vorliegenden ersten Wicklungsleiter aus einem ersten Wicklungsmaterial und die Statorwicklung aus zumindest einem in einer zweiten Anzahl Windungen vorliegenden zweiten Wicklungsleiter aus einem zweiten Wicklungsmaterial besteht, wobei die Wicklungsmaterialien des ersten und des zweiten Wicklungsleiters aus mehreren unterschiedlichen Materialien und/oder die Stärke der Wicklungsleiter und/oder die Anzahl der Windungen der Wicklungsleiter derart gewählt sind, dass zumindest zwei der elektrischen Maschinen voneinander unterschiedliche Nominalleistungen aufweisen. Die Rotorwicklungsträger und die Statorwicklungsträger bleiben dabei stets die gleichen. Es sind also keine verschiedenen Ausführungsformen der Rotorwicklungsträger und/oder der Statorwicklungsträger notwendig, um elektrische Maschinen mit voneinander unterschiedlicher Nominalleistung herzustellen. Die unterschiedlichen Nominalleistungen werden vielmehr ausschließlich durch Variationen der Rotorwicklung und/oder der Statorwicklung erzielt, insbesondere durch Variationen des Wicklungsmaterials beziehungsweise Wicklungsmetalls, der Stärke beziehungsweise Drahtstärke und/oder der Windungsanzahl des ersten und des zweiten Wicklungsleiters, also in der Rotorwicklung und der Statorwicklung.
Die Rotorwicklung weist den ersten Wicklungsleiter auf, welcher beispielsweise als Wicklungsdraht vorliegt. Entsprechend kann auch der zweite Wicklungsleiter der Statorwicklung als Wicklungsdraht ausgebildet sein. Der erste Wicklungsleiter besteht aus dem ersten Wicklungsmaterial, der zweite Wicklungsleiter aus dem zweiten Wicklungsmaterial. Die Wicklungsmaterialien werden aus mehreren unterschiedlichen Materialien ausgewählt, sodass die wenigstens zwei elektrischen Maschinen mit voneinander abweichenden Nominalleistungen vorliegen. Die Wicklungsmaterialien können dabei für die Rotorwicklung und die Statorwicklung unterschiedlich, aber auch gleich sein. Die ausgewählten Wicklungsmaterialien bestimmen den Widerstand von Rotorwicklung und Statorwicklung. Entsprechend können durch passende Wahl der Wicklungsmaterialien die Nominalleistungen der aus dem Montagesatz hergestellten elektrischen Maschinen auf den gewünschten Wert eingestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann auch die Stärke der Wicklungsleiter, also der Durchmesser der Wicklungsdrähte, variiert werden. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass die Anzahl der Windungen der Wicklungsleiter für die wenigstens zwei der elektrischen Maschinen voneinander abweichen, sodass die verschiedenen Nominalleistungen erzielt werden. Auch die Stärke und die Anzahl der Windungen beeinflussen den Widerstand von Rotorwicklung und Statorwicklung. Auf diese Weise wird es möglich, stets die gleichen Rotorwicklungsträger und die gleichen Statorwicklungsträger zu verwenden und dennoch unterschiedliche Nominalleistungen für die elektrischen Maschinen zu erzielen. Entsprechend können für die Herstellung der Rotorwicklungsträger und der Statorwicklungsträger des Montagesatzes stets die gleichen Werkzeuge eingesetzt werden, ohne dass ein Umrüsten der Werkzeuge oder sogar zusätzliche Werkzeuge notwendig wären. Insoweit ist also eine äußerst kostengünstige Herstellung der elektrischen Maschine mit Hilfe des Montagesatzes möglich.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Wicklungsmaterialien aus den Materialien Kupfer, Aluminium, Zink, Eisen und Silber und deren Legierungen gewählt sind. Insbesondere Kupfer bietet dabei den Vorteil einer sehr guten elektrischen Leitfähigkeit bei vertretbaren Materialkosten. Nur Silber bietet bei normalen Betriebstemperaturen eine bessere elektrische Leitfähigkeit; dies jedoch zu unverhältnismäßig höheren Kosten. Die Leitfähigkeit des Wicklungsmaterials entscheidet über den elektrischen Widerstand der Rotorwicklung beziehungsweise der Statorwicklung und damit über die erzielbare Feldstärke des magnetischen Felds des Stators beziehungsweise des Rotors bei egebener Stromstärke. Die Leitfähigkeit von Kupfer beträgt 56 × 10⁶ S/m; die von Aluminium 35 × 10⁶ S/m; die von Zink 16,7 × 10⁶ S/m; die von reinem Eisen 10⁶ S/m und die von Silber 66,5 × 10⁶ S/m. Durch entsprechende Legierung der genannten Materialien miteinander oder mit weiteren Elementen kann gezielt die elektrische Leitfähigkeit des jeweiligen Wicklungsmaterials und entsprechend der Widerstand von Rotorwicklung und/oder Statorwicklung eingestellt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest einer der Wicklungsleiter aus mehreren elektrisch parallel oder hintereinander geschalteten Wicklungsdrähten besteht, wobei zumindest einer der Wicklungsdrähte aus dem jeweiligen Wicklungsmaterial und wenigstens ein weiterer der Wicklungsdrähte aus einem von diesem unterschiedlichen Material besteht. Durch das elektrische Parallel- oder Hintereinanderschalten der Wicklungsdrähte zu dem Wicklungsleiter kann durch entsprechende Auswahl des Wicklungsmaterials beziehungsweise des weiteren Materials ebenfalls der elektrische Widerstand des Wicklungsleiters auf einfache Art und Weise eingestellt werden. Bei der elektrischen Parallelschaltung der Wicklungsdrähte liegen diese über die gesamte Länge des Wicklungsleiters in paralleler Anordnung zueinander vor. Bei dem Hintereinanderschalten sind dagegen wenigstens zwei Wicklungsdrähte vorgesehen, welche gemeinsam den Wicklungsleiter ausbilden. Entsprechend wird ein Teil der Windung beziehungsweise der Windungen der entsprechenden Wicklung aus dem jeweiligen Wicklungsmaterial und ein anderer Teil der Windung beziehungsweise der Windungen aus dem von dem Wicklungsmaterial unterschiedlichen Material hergestellt. Das Wicklungsmaterial ist in diesem Fall beispielsweise Kupfer und das weitere Material Aluminium.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest einer der Wicklungsleiter mit einem von dem jeweiligen Wicklungsmaterial verschiedenen Kaschierungsmaterial kaschiert ist. Darunter ist zu verstehen, dass der Wicklungsleiter und/oder wenigstens einer der Wicklungsdrähte im Querschnitt gesehen einen Kern aus dem jeweiligen Wicklungsmaterial aufweist. Dieser Kern ist mit einer Schicht des von dem Wicklungsmaterial verschiedenen Kaschierungsmaterials – im Querschnitt gesehen – vollständig überdeckt, sodass eine Kaschierung des Kerns aus Wicklungsmaterial vorliegt. Die Kaschierung bildet insbesondere eine Schutzschicht für den Kern. Sie erlaubt es jedoch vor allem, den Kern, welcher einen großen Volumenanteil des Wicklungsleiters beziehungsweise der Wicklungsdrähte aufweist, aus einem vergleichsweise günstigen Material herzustellen, während der elektrische Widerstand mittels der Kaschierung aus dem anderen Material wunschgemäß eingestellt wird. Beispielsweise wird als Wicklungsmaterial Aluminium und als Kaschierungsmaterial Kupfer verwendet.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Rotorwicklungsträger und die Statorwicklungsträger als Gleichteile vorliegen. Auf diese Weise wird der vorstehend genannte Vorteil realisiert, dass nämlich alle Rotorwicklungsträger beziehungsweise alle Statorwicklungsträger jeweils mittels des gleichen Werkzeugs herstellbar sind. Auch zum Herstellen der Wicklungen kann stets ein und dieselbe Einrichtung verwendet werden. Es ist also nicht notwendig, für die Realisierung von unterschiedlichen Nominalleistungen eine Vielzahl von Werkzeugen für die Herstellung der (in diesem Fall unterschiedlichen) Rotorwicklungsträger beziehungsweise Statorwicklungsträger und/oder für das Aufbringen der Wicklungen auf diese vorzusehen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Maschinengehäuse eines aus einer Vielzahl von gleichen Maschinengehäusen ist. Auch das Maschinengehäuse soll demnach als Gleichteil vorliegen, sodass alle elektrischen Maschinen des Montagesatzes über das gleiche Maschinengehäuse verfügen. Dies bedeutet eine weitere Reduzierung des Herstellungsaufwands des Montagesatzes.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jeder elektrischen Maschine ein der Nominalleistung entsprechendes Steuergerät zugeordnet ist. Das Steuergerät beziehungsweise eine dem Steuergerät zugeordnete Leistungselektronik ist üblicherweise auf die Nominalleistung der herzustellenden elektrischen Maschine abgestimmt. Insoweit liegt üblicherweise für jede Nominalleistung ein entsprechendes Steuergerät vor. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Steuergeräte für diskrete Nominalleistungsbereiche ausgelegt sind. Auf diese Weise kann die Anzahl der vorzuhaltenden Steuergeräte reduziert werden, weil jedes Steuergerät für mehrere voneinander verschiedene Nominalleistungen in einem bestimmten Nominalleistungsbereich einsetzbar ist. In einer alternativen Ausführungsform kann es selbstverständlich vorgesehen sein, dass das Steuergerät ebenfalls als Gleichteil vorliegt, sodass der auszubildenden elektrischen Maschine unabhängig von ihrer Nominalleistung das gleiche, universell einsetzbare Steuergerät zugeordnet wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine, hergestellt aus einem Montagesatz gemäß den vorstehenden Ausführungen, bestehend aus einem Rotorwicklungsträger, auf welchem eine Rotorwicklung vorgesehen ist, und aus einem Statorwicklungsträger, auf welchem eine Statorwicklung vorgesehen ist, wobei ein Rotor, bestehend aus dem Rotorwicklungsträger und der Rotorwicklung, und ein Stator, bestehend aus dem Statorwicklungsträger und der Statorwicklung, in einem gemeinsamen Maschinengehäuse zur Ausbildung der elektrischen Maschine angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Rotorwicklung aus zumindest einem in einer ersten Anzahl Windungen vorliegenden ersten Wicklungsleiter aus einem ersten Wicklungsmaterial und die Statorwicklung aus zumindest einem in einer zweiten Anzahl Windungen vorliegenden zweiten Wicklungsleiter aus einem zweiten Wicklungsmaterial besteht, wobei die Wicklungsmaterialien des ersten und des zweiten Wicklungsleiters aus mehreren unterschiedlichen Materialien und/oder die Stärke der Wicklungsleiter und/oder die Anzahl der Windungen der Wicklungsleiter derart gewählt sind, dass die elektrische Maschine die gewünschte Nominalleistung aufweist.
Die elektrische Maschine kann gemäß den vorstehenden Ausführen weitergebildet sein. Alle Ausführungen bezüglich des Montagesatzes sind demnach analog auf die elektrische Maschine anwendbar. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Wicklungen, also die Rotorwicklung und die Statorwicklung, aus unterschiedlichen Wicklungsmaterialien bestehen. Besonders bevorzugt ist dabei die Ausführungsform, bei welcher wenigstens einer der Wicklungsleiter mehrere Wicklungsdrähte aufweist, die entweder zueinander elektrisch parallel oder hintereinandergeschaltet sind. Das Wicklungsmaterial wird aus den Materialien Kupfer, Aluminium, Zink, Eisen und Silber und deren Legierungen gewählt. Dies gilt ebenso für das für einen weiteren der Wicklungsdrähte verwendete Material sowie ein eventuell vorgesehenes Kaschierungsmaterial.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Maschinen, insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, aus einem Montagesatz für elektrische Maschinen, vorzugsweise entsprechend dem bereits beschriebenen Montagesatz, wobei der Montagesatz aus einer Vielzahl von gleichen Rotorwicklungsträgern, auf welche jeweils eine Rotorwicklung aufgewickelt wird, und aus einer Vielzahl von gleichen Statorwicklungsträgern, auf welche jeweils eine Statorwicklung aufgewickelt wird, besteht, wobei jeweils ein Rotor, bestehend aus einem der Rotorwicklungsträger und einer der Rotorwicklungen, und ein Stator, bestehend aus einem der Statorwicklungsträger und einer der Statorwicklungen, in einem gemeinsamen Maschinengehäuse zum Ausbilden einer der elektrischen Maschine angeordnet werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Rotorwicklungen aus zumindest einem in einer ersten Anzahl Windungen vorliegenden ersten Wicklungsleiter aus einem ersten Wicklungsmaterial und die Statorwicklung aus zumindest einem in einer zweiten Anzahl Windungen vorliegenden zweiten Wicklungsleiter aus einem zweiten Wicklungsmaterial besteht, wobei die Wicklungsmaterialien des ersten und des zweiten Wicklungsleiters aus mehreren unterschiedlichen Materialien und/oder die Stärke der Wicklungsleiter und/oder die Anzahl der Wicklungsleiter derart gewählt werden, dass zumindest zwei der elektrischen Maschinen voneinander unterschiedliche Nominalleistungen aufweisen.
Die mittels des Verfahrens hergestellten elektrischen Maschinen sollen also der vorstehend beschriebenen elektrischen Maschine entsprechen. Das Herstellen erfolgt dabei mit Hilfe des eingangs beschriebenen Montagesatzes, welcher gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein kann. Bei dem Herstellen der elektrischen Maschinen werden die Rotorwicklungsträger und die Statorwicklungsträger in stets gleichbleibender Ausführung bereitgestellt beziehungsweise hergestellt. Letzteres kann dabei mit Hilfe von stets gleichbleibenden Werkzeugen erzielt werden. Die Rotorwicklungsträger und die Statorwicklungsträger liegen insoweit vorzugsweise als Gleichteile vor, was eine kostengünstige Herstellung insbesondere in großer Serie ermöglicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Statorwicklung beziehungsweise die Rotorwicklung unabhängig von dem jeweiligen Wicklungsmaterial, der Stärke und der Anzahl der Windungen stets mit derselben Wickelmaschine auf den Statorwicklungsträger beziehungsweise den Rotorwicklungsträger aufgewickelt wird. Dies wird insbesondere durch die Ausbildung des Statorwicklungsträgers beziehungsweise des Rotorwicklungsträgers als Gleichteil möglich. Es ist insoweit keine Anpassung oder gar ein Austausch der Wickelmaschine notwendig. Der Wickelmaschine wird der auf den Statorwicklungsträger beziehungsweise dem Rotorwicklungsträger aufzuwickelnde Wicklungsleiter, bestehend aus dem jeweiligen Wicklungsmaterial, zugeführt. Bei einem Wechsel des Wicklungsmaterials zum Herstellen einer elektrischen Maschine mit einer anderen Nominalleistung ist lediglich das Zuführen des Wicklungselements bestehend aus dem neuen Wicklungsmaterial notwendig. An der Wickelmaschine selbst sind keinerlei Änderungen vorzunehmen. Auch auf diese Weise wird ein einfaches und kostengünstiges Herstellen der elektrischen Maschine in großer Serie ermöglicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine elektrische Maschine, und
2 eine beispielhafte schematische Darstellung der elektrischen Maschine.
Die 1 zeigt eine elektrische Maschine 1, welche beispielsweise als Generator, insbesondere Wechselstromgenerator, eines Kraftfahrzeugs vorliegt. Die elektrische Maschine 1 ist in dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel als Klauenpolmaschine ausgebildet. Die elektrische Maschine 1 besteht insbesondere aus einem Stator 2 und einem Rotor 3, welche in einem gemeinsamen Maschinengehäuse 4 angeordnet sind. Das Maschinengehäuse 4 setzt sich aus einem Gehäusekörper 5 und zwei Lagerschilden 6 und 7 zusammen, welche in Ausnehmungen auf Stirnseiten des Gehäusekörpers 5 befestigt sind. Die Lagerschilde 6 und 7 dienen dabei zum einen dem Verschließen des Gehäusekörpers 5 beziehungsweise von dessen Stirnseiten und zum anderen der Lagerung einer Rotorwelle 8, auf welcher der Rotor 3 drehfest befestigt ist. Alternativ kann das Maschinengehäuse 4 wie hier gezeigt auch allein aus den Lagerschilden 6 und 7 bestehen. Der Gehäusekörper entfällt entsprechend. Über die Rotorwelle 8 ist eine Wirkverbindung zwischen dem Rotor 3 und einem Drehmomentübertragungselement 9, beispielsweise einer Riemenscheibe, hergestellt. Zur Lagerung der Rotorwelle 8 in den Lagerschilden 6 und 7 sind Lager 10 und 11, insbesondere Kugellager, vorgesehen.
Der Rotor 3 besteht unter anderem aus einem Rotorwicklungsträger 12 und einer Rotorwicklung 13, wobei letztere beispielsweise wenigstens einen Wicklungsleiter 13’ aufweist. Weil die elektrische Maschine 1 in der hier dargestellten Ausführungsform als Klauenpolmaschine ausgebildet ist, besteht der Rotorwicklungsträger 12 aus zwei Klauenpolplatinen 14 und 15. An deren Außenumfang sind jeweils sich in axialer Richtung erstreckende Klauenpolfinger 16 und 17 angeordnet. Die Klauenpolplatinen 14 und 15 sind derart zueinander angeordnet, dass sich ihre in axialer Richtung erstreckenden Klauenpolfinger 16 und 17 an einem Außenumfang (im Querschnitt gesehen) des Rotors 3 einander als Nord- und Südpole abwechseln. Es ergeben sich dadurch magnetisch erforderliche Klauenpolzwischenräume zwischen den gegensinnig magnetisierten Klauenpolfingern 16 und 17, welche wegen der sich zu ihrem freien Ende hin verjüngenden Klauenpolfinger 16 und 17 leicht schräg zur Maschinenachse verlaufen. Bei derartigen elektrischen Maschinen 1 existieren eine Vielzahl an Möglichkeiten, zusätzliche Magnete in den Rotor 3 zu integrieren. Diese Magnete werden bei derartigen elektrischen Maschinen 1 in der Regel in Umfangsrichtung zwischen den Klauenpolfingern 16 und 17 als sogenannte Streuflusskompensationsmagnete eingesetzt.
In radialer Richtung ist der Rotor 3 durch einen Arbeitsluftspalt 18 von dem Stator 2 beabstandet. Der Stator 2 ist zwischen den Lagerschilden 6 und 7 aufgenommen. Er verfügt über ein Statorblechpaket 19, welches beispielsweise kreisringförmig ist und den Rotor 3 in Umfangsrichtung vollständig umgreift. Das Statorblechpaket 19 weist nach innen offene und sich in axialer Richtung erstreckende Nuten 20 auf, in welchen eine Statorwicklung 21 eingelegt ist. Das Statorblechpaket 19 stellt insoweit einen Statorwicklungsträger dar. Weil sowohl der Stator 2 als auch der Rotor 3 über eine Wicklung, nämlich die Rotorwicklung 13 und die Statorwicklung 21, verfügen, liegt hier eine elektrisch erregte elektrische Maschine 1 vor.
Die 2 zeigt ein Schaltbild der elektrischen Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 verfügt über fünf phasenbildende Wicklungsleiter 22, 23, 24, 25 und 26. Diese Wicklungsleiter 22 bis 26 können auch als Wicklungsstränge bezeichnet werden. Die Gesamtheit der Wicklungsleiter 22 bis 26 bilden die Statorwicklung 21. Die Wicklungsleiter 22 bis 26 sind zu einer Grundschaltung als fünfzackiger Stern (Drudenfuß) verschaltet, wobei die jeweils in den Zacken des Sterns verschalteten Wicklungsleiter 22 bis 26 einen Winkel von jeweils cirka 36° elektrisch einschließen. Die Wicklungsleiter 22 bis 26 weisen Verschaltungspunkte 27, 28, 29, 30 und 31 auf. An diese ist eine Gleichrichterbrückenschaltung 32 angeschlossen. Die Wicklungsleiter 22 bis 26 sind wie folgt verschaltet: Der Wicklungsleiter 22 ist am Verschaltungspunkt 27 mit dem Wicklungsleiter 23 verbunden. Der Wicklungsleiter 23 ist an seinem dem Wicklungsleiter 22 gegenüberliegenden Ende an dem Verschaltungspunkt 28 mit dem Wicklungsleiter 24 verbunden. Dieser ist wiederum mit seinem gegenüberliegenden Ende an dem Verschaltungspunkt 29 mit dem Wicklungsleiter 25 verbunden. Der Wicklungsleiter 25 ist an seinem wiederum gegenüberliegenden Ende an dem Verschaltungspunkt 30 mit dem Wicklungsleiter 26 verbunden. Dieser wiederum ist mit seinem gegenüberliegenden Ende an dem Verschaltungspunkt 31 mit dem Wicklungsleiter 22 verbunden.
Die Verschaltungspunkte 27 bis 31 befinden sich vorzugsweise axial auf oder neben einem elektronikseitigen Wickelkopf 33, um möglichst kurze Verschaltungswege zu realisieren. Hierzu treten jeweils zu verschaltende Anschlussdrähte der Wicklungsleiter 22 bis 26 eines der Verschaltungspunkte 27 bis 31 vorzugsweise aus in Umfangsrichtung direkt benachbarten Nuten 20 aus. Die Verschaltungspunkte 27 bis 31 der Wicklungsleiter 22 bis 26 sind mit einer Gleichrichterbrückenschaltung 32 verbunden, die aus fünf Minusdioden 34 und fünf Plusdioden 35 aufgebaut ist. Gleichspannungsseitig ist ein Spannungsregler 36 der Gleichrichterbrückenschaltung 32 parallel geschaltet, der durch Beeinflussung des Stromes durch die Rotorwicklung 13 die Erregung der elektrischen Maschine 1 und insoweit entweder die Drehzahl der elektrischen Maschine 1, wenn diese als Motor betrieben wird, oder die erzeugte Spannung, wenn die elektrische Maschine 1 als Generator dient, festlegt. Der Spannungsregler 36 kann zusätzlich noch eine Verbindung zu der Gleichrichterbrückenschaltung 32 aufweisen, um den Spannungsabfall über einer der Dioden 34 oder 35 zu messen und hieraus die aktuelle Drehzahl der elektrischen Maschine 1 zu ermitteln.
Ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs ist schematisch durch eine Fahrzeugbatterie 37 und einen Fahrzeugverbraucher 38 dargestellt. Zur besseren Regelung der elektrischen Maschine ist es auch möglich, die Rotorwicklung 13 beziehungsweise die Erregerwicklung mit Hilfe von vier Endstufen, die zu einer H-Brückenschaltung verbunden werden, anzusteuern. Hierdurch wird es möglich, in die Rotorwicklung 13 auch negative Erregerströme einzuprägen. Dies ergibt Vorteile in Bezug auf das Leistungsabregelungsverhalten der elektrischen Maschine 1, insbesondere wenn diese als Generator ausgebildet ist, beziehungsweise in Bezug auf die erreichbare Regelgeschwindigkeit. Selbstverständlich lassen sich auch andere Phasenzahlen und Verschaltungsarten in bekannter Weise darstellen. Besonders zu erwähnen sind hierbei dreiphasige Systeme in Sternschaltung oder Dreieckschaltung sowie sechsphasige und siebenphasige Systeme beziehungsweise Wicklungen.
Zur Versorgung eines Bordnetzes 39, bestehend insbesondere aus der Fahrzeugbatterie 37 und dem Fahrzeugverbraucher 38, werden heutzutage üblicherweise als Klauenpolgenerator ausgebildete elektrische Maschinen 1 eingesetzt. Diese werden auf hochautomatisierten Fertigungsstraßen hergestellt. Für verschiedene Leistungen, insbesondere Nominalleistungen, ergeben sich unterschiedliche Baugrößen für die elektrische Maschine 1. Aus diesem Grund muss für jede Leistung eine eigene Fertigungsstraße mit jeweils anderen Werkzeugen betrieben werden. Es lassen sich nur beschränkt Vorteile durch Gleichteile erzielen. Weil bei hochautomatisierten Fertigungen die Kosten für Werkzeuge und Maschinen erheblich sind, soll nun ein Montagesatz realisiert werden, bei welchem überwiegend Gleichteile zum Einsatz kommen. Auf diese Weise können die Kosten für Werkzeuge und Maschinen verringert werden, weil zumindest der Rotorwicklungsträger 12 und der Statorwicklungsträger 19 als Gleichteile ausgeführt sind.
Der Montagesatz ermöglicht das Ausbilden von elektrischen Maschinen 1, welche voneinander unterschiedliche Nominalleistungen aufweisen. Unter der Nominalleistung ist die Leistung zu verstehen, welche die elektrische Maschine in einem Normalbetrieb, insbesondere dauerhaft, liefern kann. Alternativ kann selbstredend auch zum Beispiel eine Maximalleistung herangezogen werden. Dennoch werden für den Rotorwicklungsträger 12, den Statorwicklungsträger 19 sowie vorzugsweise auch das Maschinengehäuse 4 Gleichteile eingesetzt. Dies wird ermöglicht, indem die Rotorwicklung 13 aus einem in einer ersten Anzahl Windungen vorliegenden ersten Wicklungsleiter (hier nicht dargestellt) besteht, welcher aus einem ersten Wicklungsmaterial hergestellt wird. Gleichzeitig besteht die Statorwicklung 21 aus den Wicklungsleitern 22 bis 26, welche in einer zweiten Anzahl Windungen vorliegen und aus einem zweiten Wicklungsmaterial bestehen. Es ist nun vorgesehen, dass die Wicklungsmaterialien aus mehreren unterschiedlichen Materialien derart ausgewählt werden, dass zwei mit Hilfe des Montagesatzes ausgebildete elektrische Maschinen 1 voneinander unterschiedliche Nominalleistungen aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Stärke der Wicklungsleiter 22 bis 26 der Statorwicklung 21 beziehungsweise von Wicklungsleitern (hier nicht dargestellt) der Rotorwicklung 13 und/oder die entsprechende Anzahl der Windungen zum Einstellen der unterschiedlichen Nominalleistungen gewählt werden.
Insoweit wird eine Baureihe von elektrischen Maschinen 1 realisiert, bei der unterschiedliche Nominalleistungen durch den Einsatz verschiedener Wicklungsmaterialien unter Beibehaltung der restlichen Komponenten, insbesondere des Statorwicklungsträgers 19 und des Rotorwicklungsträgers 12, erzielt werden. Hierdurch wird es möglich, auf einer einzigen Fertigungslinie mit denselben Werkzeugen und insbesondere derselben Wickelmaschine elektrische Maschinen 1 unterschiedlicher Nominalleistungen herzustellen. Dabei werden überwiegend Gleichteile eingesetzt, da alle elektrischen Maschinen 1 die gleichen passiven Elemente als auch dieselben Elemente für einen Eisenkreis einsetzen.

Claims

Montagesatz für elektrische Maschinen (1), bestehend aus einer Vielzahl von gleichen Rotorwicklungsträgern (12), auf welchen jeweils eine Rotorwicklung (13) vorgesehen ist, und aus einer Vielzahl von gleichen Statorwicklungsträgern (19), auf welchen jeweils eine Statorwicklung (21) vorgesehen ist, wobei jeweils ein Rotor (3), bestehend aus einem der Rotorwicklungsträger (12) und einer der Rotorwicklungen (13), und ein Stator (3), bestehend aus einem der Statorwicklungsträger (19) und einer der Statorwicklungen (21), in einem gemeinsamen Maschinengehäuse (4) zur Ausbildung einer der elektrischen Maschinen (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwicklung (13) aus zumindest einem in einer ersten Anzahl Windungen vorliegenden ersten Wicklungsleiter (13’) aus einem ersten Wicklungsmaterial und die Statorwicklung (21) aus zumindest einem in einer zweiten Anzahl Windungen vorliegenden zweiten Wicklungsleiter (22, 23, 24, 25, 26) aus einem zweiten Wicklungsmaterial besteht, wobei die Wicklungsmaterialien des ersten und des zweiten Wicklungsleiters (13’, 22, 23, 24, 25, 26) aus mehreren unterschiedlichen Materialien und/oder die Stärke der Wicklungsleiter (13’, 22, 23, 24, 25, 26) und/oder die Anzahl der Windungen der Wicklungsleiter (13’, 22, 23, 24, 25, 26) derart gewählt sind, dass zumindest zwei der elektrischen Maschinen (1) voneinander unterschiedliche Nominalleistungen aufweisen.
Montagesatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsmaterialien aus den Materialien Kupfer, Aluminium, Zink, Eisen und Silber und deren Legierungen gewählt sind.
Montagesatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Wicklungsleiter (13’, 22, 23, 24, 25, 26) aus mehreren elektrisch parallel oder hintereinander geschalteten Wicklungsdrähten besteht, wobei zumindest einer der Wicklungsdrähte aus dem jeweiligen Wicklungsmaterial und wenigstens ein weiterer der Wicklungsdrähte aus einem von diesem unterschiedlichen Material besteht.
Montagesatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Wicklungsleiter (13’, 22, 23, 24, 25, 26) mit einem von dem jeweiligen Wicklungsmaterial verschiedenen Kaschierungsmaterial kaschiert ist.
Montagesatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwicklungsträger (12) und die Statorwicklungsträger (19) als Gleichteile vorliegen.
Montagesatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinengehäuse (4) eines aus einer Vielzahl von gleichen Maschinengehäusen (4) ist.
Montagesatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder elektrischen Maschine (1) ein der Nominalleistung entsprechendes Steuergerät zugeordnet ist.
Elektrische Maschine (1), hergestellt aus einem Montagesatz nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einem Rotorwicklungsträger (12), auf welchem eine Rotorwicklung (13) vorgesehen ist, und aus einem Statorwicklungsträger (19), auf welchem eine Statorwicklung (21) vorgesehen ist, wobei ein Rotor (3), bestehend aus dem Rotorwicklungsträger (12) und der Rotorwicklung (13), und ein Stator (2), bestehend aus dem Statorwicklungsträger (19) und der Statorwicklung (21) in einem gemeinsamen Maschinengehäuse (4) zur Ausbildung der elektrischen Maschine (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwicklung (13) aus zumindest einem in einer ersten Anzahl Windungen vorliegenden ersten Wicklungsleiter (13’) aus einem ersten Wicklungsmaterial und die Statorwicklung (21) aus zumindest einem in einer zweiten Anzahl Windungen vorliegenden zweiten Wicklungsleiter (22, 23, 24, 25, 26) aus einem zweiten Wicklungsmaterial besteht, wobei die Wicklungsmaterialiendes ersten und des zweiten Wicklungsleiters (13’, 22, 23, 24, 25, 26) aus mehreren unterschiedlichen Materialien und/oder die Stärke der Wicklungsleiter (13’, 22, 23, 24, 25, 26) und/oder die Anzahl der Windungen der Wicklungsleiter (13’, 22, 23, 24, 25, 26) derart gewählt sind, dass die elektrische Maschine (1) die gewünschte Nominalleistung aufweist.
Verfahren zum Herstellen von elektrischen Maschinen (1), insbesondere nach Anspruch 8, aus einem Montagesatz für elektrische Maschinen (1), insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Montagesatz aus einer Vielzahl von gleichen Rotorwicklungsträgern (12), auf welche jeweils eine Rotorwicklung (13) aufgewickelt wird, und aus einer Vielzahl von gleichen Statorwicklungsträgern (19), auf welche jeweils eine Statorwicklung (21) aufgewickelt wird, besteht, wobei jeweils ein Rotor (3), bestehend aus einem der Rotorwicklungsträger (12) und einer der Rotorwicklungen (13) und ein Stator (2), bestehend aus einem der Statorwicklungsträger (19) und einer der Statorwicklungen (21) in einem gemeinsamen Maschinengehäuse (4) zum Ausbilden einer der elektrischen Maschinen (1) angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwicklung (13) aus zumindest einem in einer ersten Anzahl Windungen vorliegenden ersten Wicklungsleiter (13’) aus einem ersten Wicklungsmaterial und die Statorwicklung (21) aus zumindest einem in einer zweiten Anzahl Windungen vorliegenden zweiten Wicklungsleiter (22, 23, 24, 25, 26) aus einem zweiten Wicklungsmaterial besteht, wobei die Wicklungsmaterialien des ersten und des zweiten Wicklungsleiters (13’, 22, 23, 24, 25, 26) aus mehreren unterschiedlichen Materialien und/oder die Stärke der Wicklungsleiter (13’, 22, 23, 24, 25, 26) und/oder die Anzahl der Windungen der Wicklungsleiter (13’, 22, 23, 24, 25, 26) derart gewählt werden, dass zumindest zwei der elektrischen Maschinen (1) voneinander unterschiedliche Nominalleistungen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (21) beziehungsweise die Rotorwicklung (13) unabhängig von dem jeweiligen Wicklungsmaterial, der Stärke und der Anzahl der Windungen stets mit derselben Wickelmaschine auf den Statorwicklungsträger (19) beziehungsweise den Rotorwicklungsträger (12) aufgewickelt wird.