DE102014213506A1

DE102014213506A1 - Winding element for an axial flow machine, stator unit for an axial flow machine and method for producing a stator unit for an axial flow machine

Info

Publication number: DE102014213506A1
Application number: DE102014213506.0A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Sauer; Alexander Kudlek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2016-01-14
Also published as: WO2016005081A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wicklungselement (1) zur Herstellung einer Statoreinheit (2) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Axialflussmaschine, wobei das Wicklungselement (1) aus einem Leiterstrang ausgebildet ist und umfasst:
– mehrere Schlaufenabschnitte (11) zum Aufsetzen auf Statorzähne (22) eines Statorkörpers; und
– einen oder mehrere Verbindungsabschnitte (12), die zwischen den Schlaufenabschnitten (11) vorgesehen sind, um die Schlaufenabschnitte (11) gleichmäßig in Anordnungsrichtung der mehreren Schlaufenabschnitte (11) voneinander zu beabstanden, wobei mindestens einer der Verbindungsabschnitte (12) mit einer Stufung (14) quer zur Erstreckung der Schlaufenabschnitte (11) versehen ist.The invention relates to a winding element (1) for producing a stator unit (2) for an electrical machine, in particular an axial flux machine, wherein the winding element (1) is formed from a conductor strand and comprises:
- Several loop sections (11) for placement on stator teeth (22) of a stator body; and
- one or more connecting portions (12) provided between the loop portions (11) for spacing the loop portions (11) uniformly in the arrangement direction of the plurality of loop portions (11), at least one of the connecting portions (12) being graded ( 14) is provided transversely to the extension of the loop portions (11).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft rotatorische elektrische Maschinen mit in axialer Richtung ausgerichteten Statorzähnen einer Statoreinheit, insbesondere elektrische Maschinen mit einem Scheibenläufer. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zum Anordnen einer Statorwicklung an einer Statoreinheit einer elektrischen Maschine.The invention relates to rotary electric machines with axially aligned stator teeth of a stator unit, in particular electrical machines with a pancake. Furthermore, the present invention relates to methods for arranging a stator winding on a stator of an electric machine.

Stand der TechnikState of the art

Für Scheibenläufer vorgesehene Statoreinheiten von elektrischen Maschinen, insbesondere Axialflussmaschinen, weisen Wicklungen auf, die zwischen Statorzähnen eines ringförmig angeordneten Statorkörpers verlaufen. Die Wicklungen werden üblicherweise durch Einziehen des Wicklungsdrahts mithilfe eines Einzugsverfahrens, durch Bewickeln der Statorzähne oder durch Stecken von Wicklungsabschnitten mithilfe eines Steckverfahrens ausgebildet. For pancake provided stator units of electrical machines, in particular axial flow machines, windings, which extend between stator teeth of a ring-shaped stator body. The windings are usually formed by drawing in the winding wire by means of a pull-in method, by winding the stator teeth or by inserting winding sections by means of a plug-in method.

Mithilfe eines Steckverfahrens hergestellte Wicklungen werden in der Regel durch offene Formspulen gebildet, die zur Bildung einer Wicklung vor dem Einsetzen in den Statorkörper verschränkt und an ihren Enden in geeigneter Weise elektrisch miteinander verbunden werden müssen. Die offenen Formspulen, aus denen die Wicklungen mit der Stecktechnik hergestellt werden, weisen üblicherweise eine U-Form auf und werden nach dem Verschränken mit einem geeigneten Werkzeug an ihren Spulenenden durch ein geeignetes Fügeverfahren dauerhaft miteinander verbunden.Windings produced by a plug-in method are typically formed by open forming coils which, in order to form a winding, must be folded prior to insertion into the stator body and electrically connected together at their ends. The open form coils, from which the windings are produced with the plug-in technology, usually have a U-shape and are permanently connected to each other after interlocking with a suitable tool at their coil ends by a suitable joining method.

Bei einer Einzelzahnwicklung können die Statorzähne direkt mit dem Wicklungsdraht bewickelt werden oder es werden bewickelte Spulenträger auf die Statorzähne aufgesetzt. In a single-tooth winding, the stator teeth can be wound directly with the winding wire or wound coil carriers are placed on the stator teeth.

Aus der Druckschrift US 2013/0307366 A1 ist ein Stator für eine Axialflussmaschine bekannt, dessen Statoreinheit mit einer mäanderförmigen Wicklung versehen ist. Die flache mäanderförmige Wicklung weist Schlaufen auf, die sich in einer Ebene im Wesentlichen quer zur axialen Richtung erstrecken.From the publication US 2013/0307366 A1 a stator for an axial flow machine is known, the stator is provided with a meandering winding. The flat meandering winding has loops that extend in a plane substantially transverse to the axial direction.

Die Druckschrift WO 2008/071147 offenbart eine Axialflussmaschine mit einer Statoreinheit. Die Statorzähne ragen in axialer Richtung von der Statoreinheit in Richtung eines Scheibenläufers. Die Statorzähne sind mit vorgewickelten Spulenelementen versehen, die jeweils über einen Ringleiter seriell miteinander verbunden sind.The publication WO 2008/071147 discloses an axial flow machine with a stator unit. The stator teeth protrude in the axial direction of the stator in the direction of a disk rotor. The stator teeth are provided with pre-wound coil elements, which are each connected in series via a ring conductor.

Aus der Druckschrift WO 2010/034082 sind vorgewickelte Spulenelemente auf Spulenträgern bekannt, die auf die in axialer Richtung abstehenden Statorzähne einer Statoreinheit für eine Axialflussmaschine aufgesetzt werden. From the publication WO 2010/034082 are pre-wound coil elements on bobbins known, which are placed on the protruding in the axial direction stator teeth of a stator for an axial flux machine.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vereinfachte Möglichkeit zum Aufbringen einer Statorwicklung auf eine Statoreinheit einer Axialflussmaschine bereitzustellen. Insbesondere sollen die Anzahl der Kontaktierungen von offenen Spulenenden reduziert sein und die Wickelköpfe möglichst platzsparend ausgebildet werden.It is an object of the present invention to provide a simplified possibility for applying a stator winding to a stator unit of an axial flow machine. In particular, the number of contacts should be reduced by open coil ends and the winding heads are designed to save space.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Wicklungselement zur Herstellung einer Statoreinheit einer Axialflussmaschine nach Anspruch 1 sowie durch eine Statoreinheit für eine Axialflussmaschine und ein Verfahren zum Ausbilden einer Statoreinheit für eine Axialflussmaschine gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.This object is achieved by a winding element for producing a stator unit of an axial flow machine according to claim 1 and by a stator unit for an axial flow machine and a method for forming a stator unit for an axial flow machine according to the independent claims.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Wicklungselement zur Herstellung einer Statoreinheit für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Axialflussmaschine, vorgesehen, wobei das Wicklungselement aus einem Leiterstrang ausgebildet ist und umfasst:

– mehrere Schlaufenabschnitte zum Aufsetzen auf Statorzähne eines Statorkörpers; und
– einen oder mehrere Verbindungsabschnitte, die zwischen den Schlaufenabschnitten vorgesehen sind, um die Schlaufenabschnitte gleichmäßig voneinander zu beabstanden, wobei mindestens einer der Verbindungsabschnitte mit einer Stufung in Anordnungsrichtung der mehreren Schlaufenabschnitte und quer zur Erstreckung der Schlaufenabschnitte versehen ist.

According to a first aspect, a winding element is provided for producing a stator unit for an electrical machine, in particular an axial flux machine, wherein the winding element is formed from a conductor strand and comprises:

- Several loop sections for placement on stator teeth of a stator body; and
- One or more connecting portions which are provided between the loop portions to evenly spaced from each other the loop portions, wherein at least one of the connecting portions is provided with a gradation in the arrangement direction of the plurality of loop portions and transversely to the extension of the loop portions.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Statoreinheit für eine elektrische Maschine vorgesehen, umfassend:

– ein ringförmiges Statorjoch;
– Statorzähne, die von dem Statorjoch in axialer Richtung abstehen und gleichmäßig voneinander beabstandet sind, so dass zwischen jeweils zwei Statorzähnen eine Nut ausgebildet ist; und
– die obigen Wicklungselemente, die gestaffelt so an den Statorzähnen angeordnet sind, dass die Schlaufenabschnitte jeweils einen Statorzahn umgeben und die Stufungen in axialer Richtung übereinander liegen.

According to a further aspect, there is provided a stator unit for an electric machine, comprising:

An annular stator yoke;
Statorzähne, which protrude from the stator yoke in the axial direction and are uniformly spaced from each other, so that between each two stator teeth, a groove is formed; and
- The above winding elements, which are arranged staggered on the stator teeth, that the loop portions each surround a stator tooth and the gradations lie in the axial direction one above the other.

Eine Idee des obigen, insbesondere einstückig ausgebildeten Wicklungselements ist es, einen Leiterstrang vorzusehen, der mehrere Schlaufenabschnitte aufweist, die beim Aufsetzen des Wicklungselements auf Statorzähne eines Statorkörpers einander nicht unmittelbar benachbarte Statorzähnen in mehreren Wicklungsebenen umgeben. Die Schlaufenabschnitte sind weiterhin über einen oder mehrere Verbindungsabschnitte verbunden, die jeweils eine Stufung aufweisen. Dies ermöglicht es, das jeweilige Wicklungselement versetzt zu einem oder mehreren weiteren gleichartigen Wicklungselementen auf Statorzähne des Statorkörpers aufzusetzen, so dass die Schlaufenabschnitte jedes der Wicklungselemente in mehreren Wicklungsebenen liegen. Die mehreren Wicklungsebenen werden durch die Abschnitte der Wicklungselemente gebildet, die zwischen dem Ende des Wicklungselementes und einer Stufung bzw. zwischen zwei Stufungen des Wicklungselements ausgebildet sind. Die Längen der Verbindungsabschnitte können gleich sein, so dass diese jeweils auf einen entsprechenden axial dazu versetzten Abschnitt eines weiteren Wicklungselements aufgesetzt werden können. Auf diese Weise lässt sich eine Statoreinheit mit mehreren Wicklungselementen ausbilden, indem diese kaskadiert angeordnet werden. Die Endabschnitte der Wicklungselemente können dann in geeigneter Weise miteinander verbunden werden.One idea of the above, in particular integrally formed winding element is to provide a conductor strand, which has a plurality of loop portions which upon placement of the Winding element on stator teeth of a stator body not adjacent to each other directly adjacent stator teeth in several winding levels. The loop portions are further connected via one or more connecting portions, each having a gradation. This makes it possible to place the respective winding element offset relative to one or more further identical winding elements on stator teeth of the stator body, so that the loop sections of each of the winding elements lie in a plurality of winding planes. The plurality of winding planes are formed by the sections of the winding elements which are formed between the end of the winding element and a step or between two steps of the winding element. The lengths of the connecting portions may be the same, so that they can each be placed on a corresponding axially staggered section of another winding element. In this way, a stator with multiple winding elements can be formed by these are arranged in cascade. The end portions of the winding elements can then be connected together in a suitable manner.

Auf diese Weise kann eine Statoreinheit für eine Axialflussmaschine bereitgestellt werden, bei der die Leiterstränge der Wicklung sich im Bereich des Wicklungsverlaufs im Wesentlichen nicht kreuzen, da die Wicklungselemente durch Staffelung an den Statorzähnen der Statoreinheit angeordnet sind. Durch das Vermeiden von Kreuzungen der Leiterstränge in der Statoreinheit kann die Wickelkopfhöhe deutlich verringert werden. Weiterhin kann durch das Vorsehen von mehreren Schlaufenabschnitten pro Wicklungselement die Anzahl der Verbindungsstellen zwischen den Kontaktierungsabschnitten von Wicklungselementen verringert werden, und es kann erreicht werden, dass pro Nut des Statorkörpers jeweils nur eine Verbindungsstelle zwischen den Kontaktierungsabschnitten zweier Wicklungselemente vorgesehen ist.In this way, a stator unit for an axial flow machine can be provided, in which the conductor strands of the winding do not essentially intersect in the region of the winding profile, since the winding elements are arranged by staggering on the stator teeth of the stator unit. By avoiding crossings of the conductor strands in the stator unit, the winding head height can be significantly reduced. Furthermore, by providing a plurality of loop sections per winding element, the number of connection sites between the contacting sections of winding elements can be reduced, and it can be achieved that only one connection point between the contacting sections of two winding elements is provided per groove of the stator body.

Weiterhin ermöglicht die Ausgestaltung der Schlaufenabschnitte der Wicklungselemente eine Anpassung an nahezu jeden beliebigen Querschnitt der Statorzähne, so dass mit den Wicklungselementen eine Statoreinheit in flexibler Weise mit einer Wicklung versehen werden kann.Furthermore, the configuration of the loop portions of the winding elements allows adaptation to almost any cross-section of the stator teeth, so that a stator unit can be provided with a winding in a flexible manner with the winding elements.

Weiterhin kann jeder der Verbindungsabschnitte zwischen den Schlaufenabschnitten mit einer Stufung versehen sein. Furthermore, each of the connecting portions between the loop portions may be graded.

Gemäß einer Ausführungsform können die eine oder die mehreren Stufungen eine Stufungshöhe aufweisen, die mindestens der Breite des Leiterstrangs in Richtung der Stufung entspricht und insbesondere etwa der Breite des Leiterstrangs in Richtung der Stufung entspricht.According to one embodiment, the one or more gradations may have a step height which corresponds at least to the width of the conductor strand in the direction of the grading and in particular corresponds approximately to the width of the conductor strand in the direction of grading.

Weiterhin kann der Leiterstrang an dessen Enden mit einem ersten Endabschnitt bzw. einem zweiten Endabschnitt versehen sein, die jeweils in einer Richtung von dem Wicklungselement abstehen, die entgegengesetzt zur Erstreckung der mehreren Schlaufenabschnitte und/oder quer zur Wicklungsebene des jeweiligen Wicklungselements verläuft.Furthermore, the conductor strand may be provided at its ends with a first end portion and a second end portion, respectively, projecting in a direction away from the winding element, which is opposite to the extension of the plurality of loop portions and / or transverse to the winding plane of the respective winding element.

Insbesondere kann der erste Endabschnitt einen Zuführungsabschnitt aufweisen, der sich entgegengesetzt zur Richtung der Stufung erstreckt. In particular, the first end portion may have a feed portion that extends opposite to the direction of the grading.

Es kann vorgesehen sein, dass sich der erste und/oder zweite Endabschnitt unmittelbar an einen Schlaufenabschnitt anschließen. It can be provided that the first and / or second end section directly adjoin a loop section.

Gemäß einer Ausführungsform kann sich das Wicklungselement kreissegmentförmig erstrecken.According to one embodiment, the winding element may extend in a circular segment.

Weiterhin können bei der obigen Statoreinheit die Verbindungsabschnitte an einem radial äußeren Umfang der Anordnung der Statorzähne entlang angeordnet sein.Furthermore, in the above stator unit, the connection portions may be arranged along a radially outer periphery of the arrangement of the stator teeth.

Gemäß einer Ausführungsform können zwei übereinanderliegende Wicklungselemente zueinander um einen oder mehrere Statorzähne versetzt angeordnet sein, wobei insbesondere die Schlaufenabschnitte und die Wicklungsabschnitte vollständig mit Abschnitten von Leitersträngen von Wicklungselementen gefüllte Wicklungsebenen ausbilden. According to one embodiment, two superimposed winding elements can be arranged offset relative to one another by one or more stator teeth, wherein in particular the loop sections and the winding sections completely form winding planes filled with sections of conductor strands of winding elements.

Gemäß einer Ausführungsform können die Leiterstränge der Wicklungselemente jeweils an deren Enden mit einem ersten Endabschnitt bzw. einem zweiten Endabschnitt versehen sein, die jeweils radial nach außen hervorstehen und elektrisch an einem jeweiligen Kontaktabschnitt kontaktierbar sind.According to one embodiment, the conductor strands of the winding elements may each be provided at their ends with a first end portion and a second end portion, respectively, projecting radially outward and are electrically contacted to a respective contact portion.

Weiterhin kann der erste Endabschnitt eines der Wicklungselemente mit einem Zuführungsabschnitt versehen sein, um den entsprechenden Kontaktabschnitt einem Kontaktabschnitt des zweiten Endabschnitts eines weiteren der Wicklungselemente zuzuführen, wobei der erste Endabschnitt und der zweite Endabschnitt der beiden Wicklungselemente miteinander, insbesondere durch ein stoffschlüssiges Verfahren, verbunden sind. Furthermore, the first end portion of one of the winding members may be provided with a feeding portion to feed the corresponding contact portion to a contact portion of the second end portion of another one of the winding members, the first end portion and the second end portion of the two winding members being connected to each other, particularly by a material bonding method ,

An den Verbindungsabschnitten kann eine Kühleinrichtung anliegen, die von den ersten und zweiten Endabschnitten umgeben wird, so dass eine Wärmeentwicklung in der Statoreinheit über die Verbindungsabschnitte und die Endabschnitte ableitbar ist.At the connecting portions, a cooling device may be present, which is surrounded by the first and second end portions, so that heat development in the stator unit via the connecting portions and the end portions can be derived.

Insbesondere kann die Kühleinrichtung konzentrisch zu der Statoreinheit ausgebildet sein und einen umlaufenden Kühlmittelkanal aufweisen, um ein Kühlmittel zu führen. In particular, the cooling device may be formed concentrically with the stator unit and have a circulating coolant channel in order to guide a coolant.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Statoreinheit mit den obigen Wicklungselementen vorgesehen, wobei die Wicklungselemente auf einen Statorkörper aufgesetzt werden, der ein ringförmiges Statorjoch und Statorzähne umfasst, die von dem Statorjoch in axialer Richtung abstehen und gleichmäßig voneinander beabstandet sind, so dass zwischen jeweils zwei Statorzähnen eine Nut ausgebildet ist, wobei die Wicklungselemente gestaffelt so an den Statorzähnen angeordnet werden, dass die Schlaufenabschnitte jeweils einen Statorzahn umgeben und die Stufungen von mehreren der Wicklungselemente in axialer Richtung übereinander liegen. According to another aspect, there is provided a method of forming a stator unit with the above coil members, wherein the coil members are mounted on a stator body including an annular stator yoke and stator teeth projecting from the stator yoke in the axial direction and equally spaced from each other, so that between each two stator teeth, a groove is formed, wherein the winding elements are staggered arranged on the stator teeth, that the loop portions each surround a stator tooth and the gradations of several of the winding elements in the axial direction are superimposed.

Weiterhin können zwei übereinanderliegende Wicklungselemente zueinander um einen oder mehrere Statorzähne versetzt angeordnet werden, so dass insbesondere die Schlaufenabschnitte und die Wicklungsabschnitte vollständig mit Abschnitten von Leitersträngen von Wicklungselementen gefüllte Wicklungsebenen ausbilden. Furthermore, two superimposed winding elements can be arranged offset relative to one another by one or more stator teeth, so that in particular the loop sections and the winding sections completely form winding planes filled with sections of conductor strands of winding elements.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1a und 1b eine perspektivische Darstellung und eine Draufsichtdarstellung eines Wicklungselements für das Vorsehen von Windungen für vier Statorzähne; 1a and 1b a perspective view and a plan view of a winding element for providing windings for four stator teeth;

2a und 2b eine Draufsicht auf eine Statoreinheit mit eingelegten Wicklungselementen sowie eine entsprechende Querschnittsdarstellung; 2a and 2 B a plan view of a stator with inserted winding elements and a corresponding cross-sectional view;

3 eine Seitenansicht einer Statoreinheit, bei der die Statorwicklung durch Wicklungselemente der 1a und 1b vorgesehen ist; und 3 a side view of a stator in which the stator winding through winding elements of 1a and 1b is provided; and

4a und 4b eine Draufsicht auf eine Statoreinheit und eine Schnittansicht durch die Statoreinheit, die mit einer Statorwicklung aus Wicklungselementen versehen ist, wobei die Statorwicklung durch eine Kühleinrichtung gekühlt wird. 4a and 4b a plan view of a stator and a sectional view through the stator unit, which is provided with a stator winding of winding elements, wherein the stator winding is cooled by a cooling device.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

Die 1a und 1b zeigen eine perspektivische Darstellung eines Wicklungselements 1 bzw. eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Wicklungselement 1 zum Ausbilden einer Wicklung für eine Statoreinheit einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Axialflussmaschine. Das Wicklungselement 1 besteht im Wesentlichen aus einem Leiterstrang mit einem oder mehreren parallelen Leitern. In der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform umfasst das Wicklungselement 1 einen Leiterstrang mit einem einzelnen Leiter.The 1a and 1b show a perspective view of a winding element 1 or a plan view of an exemplary winding element 1 for forming a winding for a stator unit of an electrical machine, in particular an axial flux machine. The winding element 1 consists essentially of a conductor strand with one or more parallel conductors. In the embodiment described below, the winding element comprises 1 a conductor strand with a single conductor.

Der bzw. die Leiter des Leiterstrangs sind aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, gebildet und mit einem Isolationslack oder einer sonstigen Isolationsschicht überzogen.The conductor (s) of the conductor strand are made of a material with good electrical conductivity, such as copper or aluminum, for example, and are coated with an insulating varnish or another insulating layer.

In den 2a und 2b sind eine Draufsicht in axialer Richtung auf einen Ausschnitt einer Statoreinheit 2 für die elektrische Maschine sowie eine Querschnittsansicht auf einen Ausschnitt der Statoreinheit 2 gezeigt, die ein ringförmiges Statorjoch 21 und davon in axialer Richtung abstehende Statorzähne 22 aufweist. Zwischen den Statorzähnen 22 sind Nuten 23 zur Aufnahme der Leiterstränge der Wicklung ausgebildet.In the 2a and 2 B are a plan view in the axial direction of a section of a stator 2 for the electrical machine and a cross-sectional view of a section of the stator unit 2 shown an annular stator yoke 21 and stator teeth extending therefrom in the axial direction 22 having. Between the stator teeth 22 are grooves 23 formed for receiving the conductor strands of the winding.

Das in den 1a und 1b gezeigte Wicklungselement 1 weist grundsätzlich eine kreissegmentförmige Erstreckung in einer Umfangsrichtung U auf, deren Radius einem Radius einer ringförmigen Anordnung von Statorzähnen 22 eines Statorkörpers entspricht. Das Wicklungselement 1 weist eine Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Schlaufenabschnitten 11 auf, die über Verbindungsabschnitte 12 miteinander verbunden sind. An den Enden des Wicklungselements 1 in Umfangsrichtung U sind Endabschnitte 13 vorgesehen, die eine geeignete Kontaktierung des Wicklungselements 1 ermöglichen sollen.That in the 1a and 1b shown winding element 1 basically has a circular segment-shaped extent in a circumferential direction U, the radius of which is a radius of an annular arrangement of stator teeth 22 a stator body corresponds. The winding element 1 has a number of evenly spaced loop portions 11 on that over connecting sections 12 connected to each other. At the ends of the winding element 1 in the circumferential direction U are end portions 13 provided, which is a suitable contacting of the winding element 1 should allow.

Bei der Statoreinheit 2 der 2 ist dargestellt, wie die Schlaufenabschnitte 11 um die Statorzähne 22 herum geführt sind. Dabei verläuft jeder der Schlaufenabschnitte 11 ausgehend von einem Außenumfang UA der Statoreinheit 2 durch eine der Nuten 23 zwischen benachbarten Statorzähnen 22 radial innen zu einem Innenumfang UI der Statoreinheit 2 und durch eine dazu benachbarte der Nuten 23 zwischen Statorzähnen 22 radial nach außen. At the stator unit 2 of the 2 is shown as the loop sections 11 around the stator teeth 22 are guided around. Each of the loop sections runs 11 starting from an outer circumference UA of the stator unit 2 through one of the grooves 23 between adjacent stator teeth 22 radially inward to an inner circumference UI of the stator unit 2 and by an adjacent thereto of the grooves 23 between stator teeth 22 radially outward.

Die Abmessung der Schlaufenabschnitte 11 ist daher so gewählt, dass diese einen Statorzahn 22 umgeben und dass der sich daran anschließende Verbindungsabschnitt 12 an den radial äußeren Rändern der nicht von Schlaufenabschnitten 11 umschlossenen Statorzähne 22 anliegt. Auf diese Weise kann ein sehr kompakter Aufbau der Statoreinheit 2 gewährleistet werden.The dimension of the loop sections 11 is therefore chosen so that it has a stator tooth 22 surrounded and that the adjoining connecting section 12 at the radially outer edges of not loop portions 11 enclosed stator teeth 22 is applied. In this way, a very compact construction of the stator unit 2 be guaranteed.

Die Schlaufenabschnitte 11 weisen einen Abstand zueinander auf, der im vorliegenden Fall drei Statorzähnen 22 entspricht. Dies ist zur Ausbildung einer dreiphasigen elektrischen Maschine zweckmäßig, da jedes der Wicklungselemente 1 nur einer Phase zugeordnet sein kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen den Statorzähnen 22, die durch die Schlaufenabschnitte 11 eines Wicklungselements 1 umgeben sind, einer anderen Anzahl von Statorzähnen 22 entspricht. Insbesondere können für dreiphasige elektrische Maschinen auch Vielfache der Anzahl der Phasen bzw. bei elektrischen Maschinen mit anderer Anzahl von Phasen das Ein- oder Vielfache der Anzahl der Phasen als Abstände zwischen den Statorzähnen 22, die durch die Schlaufenabschnitte 11 des Wicklungselements 1 umgeben sind, vorgesehen sein. The loop sections 11 have a distance from each other, in the present case, three stator teeth 22 equivalent. This is useful for forming a three-phase electric machine, since each of the winding elements 1 only one phase can be assigned. However, it may also be provided that the distance between the stator teeth 22 passing through the loop sections 11 a winding element 1 surrounded by a different number of stator teeth 22 equivalent. In particular, for three-phase electrical machines, multiples of the number of phases or, in the case of electrical machines with a different number of phases, one or more times the number of phases as distances between the stator teeth 22 passing through the loop sections 11 of the winding element 1 are provided, be provided.

Die Leiterstränge der Wicklungselemente 1 werden nach den an ihren Enden in Umfangsrichtung U vorgesehenen Schlaufenabschnitten 11 radial nach außen geführt, wo die Endabschnitte 13 des Leiterstrangs jeweils einen Kontaktabschnitt ausbilden. Dieser dient dazu, eine elektrische Verbindung zu dem Wicklungselement 1 herzustellen und dieses insbesondere mit Kontaktabschnitten weiterer Wicklungselemente 1 elektrisch zu verbinden.The conductor strands of the winding elements 1 be after the provided at their ends in the circumferential direction U loop portions 11 guided radially outwards, where the end sections 13 of the conductor strand in each case form a contact section. This serves to make an electrical connection to the winding element 1 and this in particular with contact portions of other winding elements 1 electrically connect.

Die Verbindungsabschnitte 12 sind jeweils mit einer Stufung 14 versehen, die in einer Richtung quer zur Erstreckung der Verbindungsabschnitte 12 und quer zur Erstreckung der Schlaufenabschnitte 11 verläuft. Mit anderen Worten sind im Verlauf der gesamten Erstreckung des Wicklungselements 1 (in Umfangsrichtung U) Stufungen 14 in axialer Richtung oder quer zur Wicklungsebene vorgesehen. Entlang einer Umfangsrichtung U des Wicklungselements 1 verlaufen die Stufungen 14 in jeweils die gleichen Richtungen, d. h. bezüglich einer Richtung der Erstreckung des Wicklungselements 1 jeweils in eine axiale Richtung. Insbesondere in der perspektivischen Darstellung der 1a ist dies deutlich erkennbar. The connecting sections 12 are each graduated 14 provided in a direction transverse to the extension of the connecting portions 12 and across the extension of the loop portions 11 runs. In other words, in the course of the entire extension of the winding element 1 (in the circumferential direction U) gradations 14 provided in the axial direction or transverse to the winding plane. Along a circumferential direction U of the winding element 1 the gradations go 14 in each case in the same directions, ie with respect to a direction of extension of the winding element 1 each in an axial direction. In particular, in the perspective view of 1a this is clearly visible.

Die Stufungen 14 weisen vorzugsweise eine Höhe auf, die der gesamten axialen Breite des Leiterstrangs, aus dem das Wicklungselement 1 geformt ist, (einschließlich einer etwaigen Isolationsschicht) entspricht. The gradations 14 preferably have a height corresponding to the total axial width of the conductor strand from which the winding element 1 is shaped (including any insulating layer) corresponds.

Bei obiger Ausgestaltung des Wicklungselements 1 kann dieses zum einen auf eine ringförmige Statoreinheit 2 mit im Wesentlichen in axialer Richtung gleichmäßig beabstandet in Umfangsrichtung U angeordneten Statorzähnen 22 aufgesetzt werden, und zum anderen können mehrere Wicklungselemente 1 gestaffelt versetzt zueinander auf den Statorzähnen 22 angeordnet werden, so dass die Stufungen 14 in axialer Richtung übereinander liegen, wie es beispielsweise in 3, die eine Seitenansicht der Statoranordnung darstellt, gezeigt ist.In the above embodiment of the winding element 1 this can on the one hand on an annular stator 2 with substantially uniformly spaced in the axial direction in the circumferential direction U arranged stator teeth 22 on the other hand, several winding elements 1 Staggered staggered on the stator teeth 22 be arranged so that the gradations 14 lie one above the other in the axial direction, as for example in 3 showing a side view of the stator assembly is shown.

Die so gestaffelt angeordneten Wicklungselemente 1 bilden dadurch mehrere in axialer Richtung übereinander liegende Wicklungsebenen aus, die an der Statoreinheit 2 angeordnet sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass jeder Schlaufenabschnitt 11 des Wicklungselements 1 in einer Wicklungsebene liegt, wobei mindestens zwei Schlaufenabschnitte 11 eines einzelnen Wicklungselements 1 in zwei verschiedenen Wicklungsebenen liegen. In der dargestellten Ausführungsform liegt jeder Schlaufenabschnitt 11 in einer anderen Wicklungsebene.The staggered arranged winding elements 1 As a result, a plurality of winding levels lying one above the other in the axial direction form on the stator unit 2 are arranged. In particular, it is provided that each loop section 11 of the winding element 1 lying in a winding plane, wherein at least two loop sections 11 a single winding element 1 lie in two different winding levels. In the illustrated embodiment, each loop portion lies 11 in another winding plane.

Durch die gestaffelte Anordnung liegen auch die Verbindungsabschnitte 12 in Wicklungsebenen übereinander, so dass ein Überkreuzen der Leiterstränge der Wicklungselemente 1 am Außenumfang UA der Statorzähne 22 vermieden werden kann. Due to the staggered arrangement are also the connecting sections 12 in winding planes one above the other, so that a crossing of the conductor strands of the winding elements 1 on the outer circumference UA of the stator teeth 22 can be avoided.

Bei der gestaffelten Anordnung von Wicklungselementen 1 befindet sich ein erster Endabschnitt 13a der Endabschnitte 13 bezüglich der axialen Richtung auf einer untersten Wicklungsebene (Wicklungsebene, die sich unmittelbar an den durch das Statorjoch 21 gebildeten Nutboden anschließt). Aufgrund der Stufungen 14 verlässt ein zweiter Endabschnitt 13b der Endabschnitte 13 des Wicklungselements 1 die jeweilige Nut 23 in einer davon verschiedenen Wicklungsebene. In the staggered arrangement of winding elements 1 there is a first end section 13a the end sections 13 with respect to the axial direction on a lowermost winding plane (winding plane immediately adjacent to that through the stator yoke 21 formed groove bottom connects). Due to the gradations 14 leaves a second end section 13b the end sections 13 of the winding element 1 the respective groove 23 in a different winding level.

Um eine Kontaktierung des ersten Endabschnitts 13a eines Wicklungselements 1 mit einem zweiten Endabschnitt 13b eines weiteren Wicklungselements 1 in besonders einfacher Weise zu ermöglichen, kann daher vorgesehen sein, dass die zweiten Endabschnitte 13b in axialer Richtung senkrecht oder schräg hierzu in Richtung der ersten Wicklungsebene durch einen entsprechenden Zuführungsabschnitt 15 abgebogen sind, um eine Kontaktierung mit einem entsprechenden ersten Endabschnitt 13a eines weiteren Wicklungselements 1 der gleichen oder einer benachbarten Nut 23 zu ermöglichen. To contact the first end section 13a a winding element 1 with a second end portion 13b another winding element 1 In a particularly simple manner, it can therefore be provided that the second end sections 13b in the axial direction perpendicular or obliquely thereto in the direction of the first winding plane through a corresponding feed section 15 are bent to make contact with a corresponding first end portion 13a another winding element 1 the same or a neighboring groove 23 to enable.

Die ersten und zweiten Endabschnitte 13a, 13b können an ihren Enden jeweils Kontaktierungsabschnitte aufweisen, die sich in radialer Richtung erstrecken und dadurch eine elektrische Kontaktierung vereinfachen. Insbesondere können dadurch die ersten und zweiten Endabschnitte 13a, 13b im Wesentlichen parallel aneinander anliegen. Eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten Endabschnitt 13a des Wicklungselements 1 und einem zweiten Endabschnitt 13b eines weiteren Wicklungselements 1 kann in einfacher Weise durch Löten oder ein sonstiges stoffschlüssiges Verfahren hergestellt werden. The first and second end sections 13a . 13b can each have at their ends Kontaktierungsabschnitte extending in the radial direction and thereby simplify electrical contact. In particular, thereby the first and second end portions 13a . 13b lie substantially parallel to each other. An electrical connection between a first end portion 13a of the winding element 1 and a second end portion 13b another winding element 1 can be prepared in a simple manner by soldering or other cohesive method.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den 4a und 4b als Draufsichtdarstellung und als Querschnittsdarstellung gezeigt ist, sind die Wicklungselemente 1 so ausgebildet, dass deren Endabschnitte 13a, 13b in radialer Richtung nach außen verlängert sind. An den Verbindungsabschnitten 12, die an dem Außenumfang UA der Statorzähne 22 anliegen, kann dann eine Kühleinrichtung 4 mit einem umlaufenden Kühlmittelkanal 41 vorgesehen sein, wie es in der Querschnittsdarstellung der 4b gezeigt ist. Die Kühleinrichtung 4 kann aus einem wärmeleitenden Werkstoff, wie z. B. einem metallischen Material, ausgebildet sein. Der Querschnitt der Kühleinrichtung 4 ist vorzugsweise rechteckig, so dass sich dieser an den Außenrand des durch die Verbindungsabschnitte 12 der Wicklungselemente 1 gebildeten Außenumfangs anlegen kann. Die Kühleinrichtung 4 kann weiterhin die Statoreinheit 2 konzentrisch umlaufen. According to a further embodiment, which in the 4a and 4b is shown as a plan view and as a cross-sectional view, the winding elements 1 designed so that their end sections 13a . 13b are extended in the radial direction to the outside. At the connection sections 12 on the outer circumference UA of the stator teeth 22 abut, then a cooling device 4 with a circulating coolant channel 41 be provided, as it is in the cross-sectional representation of 4b is shown. The cooling device 4 can be made of a thermally conductive material such. B. one metallic material, be formed. The cross section of the cooling device 4 is preferably rectangular, so that this at the outer edge of the through the connecting portions 12 the winding elements 1 can create created outer circumference. The cooling device 4 can continue the stator unit 2 circulate concentrically.

Die Kühleinrichtung 4 kann aus segmentförmigen Kühlelementen 42 ausgebildet sein, die an ihren Enden für den Kühlmittelkanal 41 Zu- bzw. Ableitungen 43 für ein Kühlmittel aufweisen. Die Anzahl der segmentförmigen Kühlelemente 42 der Kühleinrichtung 4 kann beliebig gewählt sein, wobei die segmentförmigen Kühlelemente 42 durch Verbindungsstücke miteinander verbunden werden können, so dass ein Kühlmitteldurchfluss durch den dadurch entstehenden umlaufenden Kühlmittelkanal 41 ermöglicht wird.The cooling device 4 can be made of segmental cooling elements 42 be formed at their ends for the coolant channel 41 Inlets and outlets 43 for a coolant. The number of segmental cooling elements 42 the cooling device 4 can be chosen arbitrarily, wherein the segment-shaped cooling elements 42 can be interconnected by connecting pieces, so that a coolant flow through the resulting circulating coolant channel 41 is possible.

Wie in 4a dargestellt, können die segmentförmigen Kühlelemente 42 mit ihren benachbarten Zu- und Ableitungen 43 miteinander verbunden werden und an einer Position können die Zu- bzw. Ableitungen 43 zum Zuführen bzw. Abführen von Kühlmittel vorgesehen werden. Durch das Anschließen der Kühleinrichtung 4 unmittelbar an den Wickelkopf kann eine enge Verbindung zwischen der Wicklung der Statoreinheit 2 und der Kühleinrichtung 4 gewährleistet werden. As in 4a shown, the segment-shaped cooling elements 42 with their neighboring supply and discharge lines 43 can be connected to each other and in one position, the supply and discharge lines 43 be provided for supplying or discharging coolant. By connecting the cooling device 4 directly to the winding head, a close connection between the winding of the stator 2 and the cooling device 4 be guaranteed.

Ist der zweite Endabschnitt 13b der Wicklungselemente 1 mit einem abgebogenen Zuführungsabschnitt 15 versehen, so kann dieser entlang eines Außenumfangs der Kühleinrichtung 4 verlaufen, so dass er zwischen dem Außenumfang der Verbindungsabschnitte 12, den Endabschnitten 13a, 13b und dem Zuführungsabschnitt 15 umschlossen und gehalten wird. Is the second end section 13b the winding elements 1 with a bent feed section 15 provided, it may along an outer periphery of the cooling device 4 run so that it is between the outer circumference of the connecting sections 12 , the end sections 13a . 13b and the feeding section 15 enclosed and held.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2013/0307366 A1 [0005]
WO 2008/071147 [0006]
WO 2010/034082 [0007]

Claims

Winding element ( 1 ) for producing a stator unit ( 2 ) for an electrical machine, in particular an axial flux machine, wherein the winding element ( 1 ) is formed from a conductor strand and comprises: - a plurality of loop sections ( 11 ) for placement on stator teeth ( 22 ) of a stator body; and one or more connecting sections ( 12 ) between the loop sections ( 11 ) are provided to the loop sections ( 11 ) evenly in the direction of arrangement of the plurality of loop portions ( 11 ) spaced from each other, wherein at least one of the connecting portions ( 12 ) with a grading ( 14 ) transverse to the extension of the loop sections ( 11 ) is provided.

Winding element ( 1 ) according to claim 1, wherein each of the connecting sections ( 12 ) between the loop sections ( 11 ) with a grading ( 14 ) is provided.

Winding element ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the grading ( 14 ) has a Stufungshöhe that at least the width of the conductor strand in the direction of gradation ( 14 ) and in particular about the width of the conductor strand in the direction of grading ( 14 ) corresponds.

Winding element ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the conductor strand at its ends with a first end portion ( 13a ) or a second end section ( 13b ), each in a direction of the winding element ( 1 ), which are opposite to the extent of the plurality of loop sections ( 11 ) runs.

Winding element ( 1 ) according to claim 4, wherein the first end portion ( 13a ) a feed section ( 15 ) which opposes the direction of the grading ( 14 ).

Winding element ( 1 ) according to claim 4 or 5, wherein the first and / or second end portion ( 13a . 13b ) directly to a loop section ( 11 ) connect.

Winding element ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the winding element ( 1 ) extends in a circle segment.

Stator unit ( 2 ) for an electrical machine, comprising: - an annular stator yoke ( 21 ); - stator teeth ( 22 ) from the Statorjoch ( 21 ) protrude in the axial direction and are equally spaced, so that between each two stator teeth ( 22 ) a groove ( 23 ) is trained; and - winding elements ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, which are staggered on the stator teeth ( 22 ) are arranged such that the loop sections ( 11 ) each have a stator tooth ( 22 ) and the gradations ( 14 ) lie one above the other in the axial direction.

Stator unit ( 2 ) according to claim 8, wherein the connecting sections ( 12 ) on a radially outer periphery of the arrangement of the stator teeth ( 22 ) are arranged along.

Stator unit ( 2 ) according to one of claims 8 and 9, wherein two superimposed winding elements ( 1 ) about one or more stator teeth ( 22 ) are arranged offset, wherein in particular the loop sections ( 11 ) and the winding sections completely with sections of conductor strands of winding elements ( 1 ) form filled winding planes.

Stator unit ( 2 ) according to one of claims 8 to 10, wherein the conductor strands of the winding elements ( 1 ) at each of its ends with a first end portion ( 13a ) or a second end section ( 13b ) are provided, each projecting radially outward and are electrically contacted to a respective contact portion.

Stator unit ( 2 ) according to claim 11, wherein the first end portion ( 13a ) one of the winding elements ( 1 ) with a feed section ( 15 ) is provided to the corresponding contact portion a contact portion of the second end portion ( 13b ) of another of the winding elements ( 1 ), the first end section ( 13a ) and the second end section ( 13b ) of the two winding elements ( 1 ) are connected to each other, in particular by a cohesive process.

Stator unit ( 2 ) according to one of claims 11 to 12, wherein at the connecting sections ( 12 ) a cooling device ( 4 ) abutting the first and second end sections ( 13a . 13b ), so that a heat development in the stator unit ( 2 ) over the connecting sections ( 12 ) and the end sections ( 13a . 13b ) is derivable.

Stator unit ( 2 ) according to claim 13, wherein the cooling device ( 4 ) concentric with the stator unit ( 2 ) is formed and a circulating coolant channel ( 41 ) to guide a coolant.

Method for forming a stator unit ( 2 ) with winding elements ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the winding elements ( 1 ) are mounted on a stator body having an annular stator yoke ( 21 ) and stator teeth ( 22 ) formed by the stator yoke ( 21 ) protrude in the axial direction and are equally spaced, so that between each two stator teeth ( 22 ) a groove ( 23 ), wherein the winding elements ( 1 ) staggered so on the stator teeth ( 22 ), that the loop sections ( 11 ) each have a stator tooth ( 22 ) and the gradations ( 14 ) of several of the winding elements ( 1 ) lie one above the other in the axial direction.

The method of claim 15, wherein two superimposed winding elements ( 1 ) about one or more stator teeth ( 22 ) are arranged offset, so that in particular the loop sections ( 11 ) and the winding sections completely with sections of conductor strands of winding elements ( 1 ) form filled winding planes.