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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer verbesserten Wicklung für einen Rotor einer stromerregten elektrischen Maschine, einen verbesserten Rotor einer stromerregten elektrischen Maschine und eine verbesserte stromerregte elektrische Maschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine stromerregte elektrische Maschine zum Antreiben und/oder Verzögern eines Kraftfahrzeuges.
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Das Kraftfahrzeug mit der stromerregten elektrischen Maschine kann ein vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Fahrzeug mit einem hybriden Antriebsystem, d. h. einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, sein. Bei einer typischen stromerregten elektrischen Maschine wird der Stator mit einem elektrischem Drehfeld, beispielsweise einem dreiphasigen Wechselstrom mit um 120° versetzten Phasen, versorgt. Der Rotor wird mit Gleichstrom versorgt, um ein statisches magnetisches Feld zu erzeugen. Der in den Stator eingespeiste Drehstrom erzeugt ein magnetisches Drehfeld, das den Rotor dreht. Im Übrigen sind stromerregte elektrische Maschinen dem Fachmann bekannt und müssen hierin nicht weiter beschrieben werden.
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Rotoren für stromerregte elektrische Maschinen für Kraftfahrzeuge werden üblicherweise mit einer so genannten Einzelzahnwicklung gewickelt. Dabei werden die Einzelzahnwicklungen je um einen Zahn der Mehrzahl von Zähnen des Rotors angeordnet.
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Diese Einzelzahnwicklungen haben den Vorteil, dass Sie wenig Bauraum benötigen und sehr kompakte Wickelköpfe schaffen. Im Stand der Technik besteht das Problem, dass aus technologischen Gründen eine Nut zwischen zwei Einzelzahnwicklungen mit Wicklungsdrähten nicht vollständig gefüllt werden kann. Ferner können dadurch die Einzelzahnwicklungen bei schnell drehenden Elektromotoren aufgrund der Zentrifugalkraft aus dem Rotor herausgedrückt werden, wodurch der Motor beschädigt wird.
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Um die negativen Auswirkungen der Zentrifugalkraft zu vermeiden, wird eine Nut zwischen Einzelzahnwicklungen aufwändig vergossen.
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Im Stand der Technik sind auch so genannte verteilte Wicklungen bekannt, die die Nuten zwischen den Zähnen besser mit Wicklungsdraht füllen und dadurch effizienter sind sowie mehr Sicherheit gegen ein Herausdrücken der Drähte aufgrund der Zentrifugalkraft bieten. Derartige verteilte Wicklungen erfordern vergleichsweise viel Bauraum und sind komplizierter herzustellen, weshalb sie im Stand der Technik nicht bevorzugt sind.
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Die
DE 11 2008 000 953 T5 offenbart einen Miniaturmotor mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Wicklungen, die an einen Kommutator angeschlossen sind. Die Zahnwicklungen sind mittels eines so genannten Flyer-Drahtes verbunden.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Rotor für eine elektrische Maschine und ein verbessertes Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors einer stromerregten elektrischen Maschine nach Anspruch 1, durch einen Rotor nach Anspruch 7 und durch eine stromerregte elektrische Maschine nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beanspruchen vorteilhafte Weiterbildungen.
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Das Verfahren zum Herstellen eines Rotors einer stromerregten elektrischen Maschine, wobei der Rotor eine Mehrzahl Zähne aufweist, mit den folgenden Schritten: Wickeln einer ersten Zahnwicklung um einen ersten Zahn; Wickeln einer zweiten Zahnwicklung um einen zweiten Zahn, der zum ersten Zahn benachbart ist und mit diesem ein erstes Zahnpaar bildet; und Wickeln einer ersten Zwischenwicklung, die durch einen ersten Zwischenraum zwischen der ersten und zweiten Zahnwicklung verläuft und die an zumindest einer der Zahnwicklungen zumindest abschnittsweise anliegt bzw. entlang eines vorbestimmten Teils der Länge der Zahnwicklung anliegt. Die Zwischenwicklung liegt lediglich an einem Teil der Länge der Zwischenwicklung an einem Teil der Länge der Zahnwicklung an. Die Zwischenwicklung ist zwischen der ersten Zahnwicklung und der zweiten Zahnwicklung angeordnet, so dass die Lücke bzw. der Zwischenraum zwischen der ersten Zahnwicklung und der zweiten Zahnwicklung gefüllt werden kann. Dadurch wird ein höherer magnetischer Fluss erzeugt. Ferner wird verhindert, dass sich die Zahnwicklungen aufgrund der Zentrifugalkraft bewegen können.
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Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Wickelns von Zahnwicklungen um zumindest vier weitere Zähne. Es werden zumindest drei Zwischenwicklungen gewickelt, die sich je zwischen dem ersten Zwischenraum, der sich zwischen dem ersten Zahnpaar befindet, und einem zweiten Zwischenraum, der sich zwischen einem zweiten Zahnpaar befindet, angeordnet sind. In Umfangsrichtung des Rotors betrachtet, befindet sich zwischen dem ersten Zwischenraum und dem zweiten Zwischenraum zumindest ein weiterer zwischen zwei benachbarten Zahnwicklungen ausgebildeter Zwischenraum befindet. Die Zwischenwicklungen können spiegelsymmetrisch oder punktsymmetrisch in Zwischenräumen zwischen Zähnen des Rotors gewickelt sein. Der gedachte Spiegel kann sich in radialer Richtung eines zylinderförmigen Rotors erstrecken.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass durch Anordnen einer Zwischenwicklung, die zwischen den Zwischenräumen einer Mehrzahl Zahnwicklungen gewickelt ist, und einer Mehrzahl Zahnwicklungen die Vorteile von Zahnwicklungen und Zwischenwicklungen (Flyer-Wicklungen) kombiniert werden können. Dadurch ist es möglich, mehr Wicklungen am Rotor anzuordnen, wodurch das statische Magnetfeld des Rotors erhöht wird und vermieden wird, dass die Zahnwicklungen durch die Zentrifugalkraft beschädigt werden, falls der Rotor mit einer hohen Drehzahl rotiert.
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Das Verfahren zum Herstellen eines Rotors einer stromerregten elektrischen Maschine, wobei der Rotor sechs Zähne aufweist, umfasst den Schritt des Wickelns der ersten Zahnwicklung um den ersten Zahn, des Wickelns der zweiten Zahnwicklung um den zweiten Zahn, des Wickelns einer dritten Zahnwicklung um einen dritten Zahn, des Wickelns einer vierten Zahnwicklung um einen vierten Zahn, des Wickelns einer fünften Zahnwicklung um einen fünften Zahn und des Wickelns einer sechsten Zahnwicklung um einen sechsten Zahn. Erfindungsgemäß wickelt das Verfahren eine erste Zwischenwicklung von dem Zwischenraum zwischen der ersten Zahnwicklung und der zweiten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der vierten Zahnwicklung und der fünften Zahnwicklung, eine zweite Zwischenwicklung von dem Zwischenraum zwischen der zweiten Zahnwicklung und der dritten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der fünften Zahnwicklung und der sechsten Zahnwicklung und eine dritte Zwischenwicklung von dem Zwischenraum zwischen der dritten Zahnwicklung und der vierten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der sechsten Zahnwicklung und der ersten Zahnwicklung. Vorzugsweise ist ein Wickeldraht einer Zwischenwicklung zumindest dreimal, vorzugsweise zumindest viermal, mehr bevorzugt zumindest fünfmal, mehr bevorzugt zumindest sechsmal zwischen einen Zwischenraum zwischen zwei Zahnwicklungen gewickelt.
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Eine Anordnung mit mindestens sechs Zahnwicklungen ist im Zusammenhang mit einer Zwischenwicklung erforderlich, um eine einheitliche Richtung des Stromflusses in den Drähten zwischen den Zähnen (in einer Nut) sicherzustellen. Es versteht sich, dass der Rotor acht oder mehr Zahnwicklungen aufweisen kann.
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Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Wickelns der ersten Zwischenwicklung entlang der ersten Zahnwicklung und Vorsprüngen, die an den axialen Enden des Rotors ausgebildet sind, und das Wickeln einer zweiten Zwischenwicklung entlang der zweiten Zahnwicklung und Vorsprüngen, die an den axialen Enden des Rotors ausgebildet sind. Insbesondere sind die Vorsprünge jeweils an den axialen und radial innen liegenden Enden der Zähne ausgebildet, insbesondere ist jeder Zahn mit zwei Vorsprüngen versehen. Entlang den Vorsprüngen an den axialen Enden des Rotors ist keine Zahnwicklung gewickelt. Die Vorsprünge können als Lippe oder Wange ausgebildet sein. Die Vorsprünge können gewölbt sein, damit die Zwischenwicklung besser angeordnet werden kann. Die Vorsprünge können an der in Richtung der Achse des Rotors gerichteten Fläche konvex ausgebildet sein. Jede Zwischenwicklung ist um ein Paar von Vorsprüngen gewickelt. Eine Zwischenwicklung kann an zwei entgegengesetzten Seiten, die sich in axialer Richtung erstrecken, einer Zahnwicklung angeordnet, sein.
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Der Schritt des Wickelns einer Zwischenwicklung kann den Zwischenraum zwischen zwei Zahnwicklungen entlang den jeweiligen Zahnwicklungen in radialer Richtung zumindest zu 50%, vorzugsweise zu 75%, mehr bevorzugt zu 90%, höchst bevorzugt vollständig füllen. Vollständig befüllt im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Zwischenwicklung bis zum radial äußeren Ende der Zahnwicklung gewickelt ist. Dadurch kann verhindert werden, dass die Zahnwicklungen bei einer hohen Drehzahl des Rotors beschädigt werden. Ferner wird erreicht, dass mehr Wicklungen am Rotor vorhanden sind, wodurch das statische Magnetfeld des Rotors erhöht wird.
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Das Verfahren kann einen Anschlag in der Lücke bzw. dem Zwischenraum zwischen zwei Zähnen radial auswärts einer Zwischenwicklung anordnen. Dadurch wird vermieden, dass die Zwischenwicklung beschädigt wird, beispielsweise aufgrund einer hohen Drehzahl des Rotors. Der Anschlag kann einen Verschlusskeil und/oder eine Bandagierung aus einer Carbonfaser, einer Glasfaser, einer Aramidfaser oder dergleichen sein. Der Zwischenraum zwischen zwei Zähnen wird auch als Nut bezeichnet. Der Anschlag kann ein Nutkeil sein.
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Alle Zahnwicklungen und alle Zwischenwicklungen können mit einem nicht unterbrochenen Draht gewickelt werden. Die erste Zahnwicklung, die zweite Zahnwicklung, die dritte Zahnwicklung, die vierte Zahnwicklung, die fünfte Zahnwicklung, die sechste Zahnwicklung, die erste Zwischenwicklung, die zweite Zwischenwicklung und die dritte Zwischenwicklung können mit einem nicht unterbrochenen Draht gewickelt sein. Dadurch lässt sich der erfindungsgemäße Rotor besonders effizient wickeln. Es versteht sich, dass der Rotor mehr als vier Zähne und mehr als vier Zahnwicklungen aufweisen kann. Die zuvor beschriebenen Verfahren werden entsprechend für alle Zähne und allen Zwischenräumen zwischen Zahnwicklungen durchgeführt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors einer stromerregten elektrischen Maschine bereitgestellt, wobei der Rotor eine Mehrzahl Zähne aufweist, mit den folgenden Schritten: Wickeln einer dritten Zahnwicklung um einen dritten Zahn; Wickeln einer vierten Zahnwicklung um einen vierten Zahn; Wickeln einer fünften Zahnwicklung um einen fünften Zahn; Wickeln einer sechsten Zahnwicklung um einen sechsten Zahn, wobei die erste bis sechste Zahnwicklung in dieser Reihenfolge entlang einer Umfangsrichtung des Rotors aufeinander folgen; Wickeln einer ersten Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der ersten Zahnwicklung und der zweiten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der vierten Zahnwicklung und der fünften Zahnwicklung als erste Zwischenwicklung; Wickeln einer zweiten Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der zweiten Zahnwicklung und der dritten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der fünften Zahnwicklung und der sechsten Zahnwicklung, und Wickeln einer dritten Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der dritten Zahnwicklung und der vierten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der sechsten Zahnwicklung und der ersten Zahnwicklung.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors einer stromerregten elektrischen Maschine bereitgestellt, wobei der Rotor eine Mehrzahl Zähne aufweist, mit den folgenden Schritten: Wickeln einer dritten Zahnwicklung um einen dritten Zahn; Wickeln einer vierten Zahnwicklung um einen vierten Zahn; Wickeln einer fünften Zahnwicklung um einen fünften Zahn; Wickeln einer sechsten Zahnwicklung um einen sechsten Zahn; Wickeln einer siebten Zahnwicklung um einen siebten Zahn; Wickeln einer achten Zahnwicklung um einen achten Zahn, wobei die erste bis achte Zahnwicklung in dieser Reihenfolge entlang einer Umfangsrichtung des Rotors aufeinander folgen; Wickeln einer ersten Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der ersten Zahnwicklung und der zweiten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der vierten Zahnwicklung und der fünften Zahnwicklung als erste Zwischenwicklung; Wickeln einer zweiten Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der zweiten Zahnwicklung und der dritten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der siebten Zahnwicklung und der achten Zahnwicklung; Wickeln einer dritten Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der dritten Zahnwicklung und der vierten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der sechsten Zahnwicklung und der siebten Zahnwicklung, und Wickeln einer vierten Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der fünften Zahnwicklung und der sechsten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der achten Zahnwicklung und der ersten Zahnwicklung.
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Ein erfindungsgemäßer Rotor einer stromerregten elektrischen Maschine, umfasst eine Mehrzahl Zähne, die sich in radialer Richtung des Rotors erstrecken; eine erste Zahnwicklung, die um einen ersten Zahn gewickelt ist; eine zweite Zahnwicklung, die um einen zweiten Zahn gewickelt ist, der zum ersten Zahn benachbart ist und mit diesem ein erstes Zahnpaar bildet; und eine erste Zwischenwicklung, die durch einen ersten Zwischenraum zwischen der ersten und zweiten Zahnwicklung verläuft und die an zumindest einer der Zahnwicklungen zumindest abschnittsweise anliegt bzw. entlang eines vorbestimmten Teils der Länge der Zahnwicklung anliegt. Die erste Zwischenwicklung liegt nicht entlang ihrer gesamten Länge an einer Zahnwicklung an. Lediglich an einem Teil einer Zahnwicklung liegt eine Zwischenwicklung an. Durch die Zwischenwicklung wird ein höherer magnetischer Fluss im Rotor erzeugt. Ferner wird vermieden, dass sich die Drähte der Zahnwicklung aufgrund der Zentrifugalkraft bewegen.
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Der erfindungsgemäße Rotor kann so weitergebildet sein, wie zuvor hinsichtlich des Verfahrens beschrieben wurde. Der erfindungsgemäße Rotor weist die zuvor hinsichtlich des Verfahrens beschriebenen Vorteile auf.
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Der Rotor kann zumindest vier weitere Zahnwicklungen umfassen, die je um einen Zahn gewickelt sind. Der Rotor umfasst ferner zumindest drei Zwischenwicklungen, die je zwischen dem ersten Zwischenraum, der sich zwischen dem ersten Zahnpaar befindet, und einem zweiten Zwischenraum, der sich zwischen einem zweiten Zahnpaar befindet, gewickelt sind. In Umfangsrichtung des Rotors betrachtet, befindet sich zwischen dem ersten Zwischenraum und dem zweiten Zwischenraum zumindest ein weiterer zwischen zwei benachbarten Zahnwicklungen ausgebildeter Zwischenraum befindet.
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Ein erfindungsgemäßer Rotor einer stromerregten elektrischen Maschine umfasst sechs Zähne, die sich in radialer Richtung des Rotors erstrecken, eine erste Zahnwicklung, die um einen ersten Zahn gewickelt ist, eine zweite Zahnwicklung, die um einen zweiten Zahn gewickelt ist, eine dritte Zahnwicklung, die um einen dritten Zahn gewickelt ist, eine vierte Zahnwicklung, die um einen vierten Zahn gewickelt ist, eine fünfte Zahnwicklung, die um einen fünften Zahn gewickelt ist und eine sechste Zahnwicklung, die um einen sechsten Zahn gewickelt ist. Erfindungsgemäß umfasst der Rotor eine erste Zwischenwicklung, die von dem Zwischenraum zwischen der ersten Zahnwicklung und der zweiten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der vierten Zahnwicklung und der fünften Zahnwicklung gewickelt ist, eine zweite Zwischenwicklung, die von dem Zwischenraum zwischen der zweiten Zahnwicklung und der dritten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der fünften und sechsten Zahnwicklung gewickelt ist und eine dritte Zwischenwicklung, die von dem Zwischenraum zwischen der dritten Zahnwicklung und der vierten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der sechsten und ersten Zahnwicklung gewickelt ist.
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Eine Zwischenwicklung kann zumindest dreimal, vorzugsweise zumindest viermal, mehr bevorzugt zumindest fünfmal, höchst bevorzugt mindestens sechsmal um den Rotor gewickelt sein, wobei sich die Wendepunkte der Wicklung zwischen zwei Zahnwicklungen befinden können.
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Die Zwischenwicklungen vermeiden, dass die Zahnwicklungen bei einer hohen Drehzahl des Rotors durch die Zentrifugalkraft beschädigt werden. Ferner bewirken die Zwischenwicklungen, dass der Rotor ein höheres statisches Magnetfeld aufweist.
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Eine Zwischenwicklung kann den Zwischenraum zwischen zwei Zahnwicklungen entlang den jeweiligen Zahnwicklungen in radialer Richtung zumindest zu 50%, vorzugsweise zumindest zu 75%, mehr bevorzugt zumindest zu 90%, höchst bevorzugt vollständig füllen. Vollständig befüllt kann bedeuten, dass die radial auswärtigen Windungen der Zwischenwicklung etwa in der gleichen radialen Entfernung vom Mittelpunkt wie die radial auswärtigen Wicklungen der Zahnwicklung angeordnet sind.
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In dem Zwischenraum bzw. in der Lücke zwischen zwei Zähnen kann radial auswärts einer Zwischenwicklung ein Anschlag angeordnet sein, der eine Beschädigung der Zwischenwicklung bei einer hohen Drehzahl vermeidet. Wie zuvor beschrieben kann der Anschlag durch einen Verschlusskeil und/oder durch eine Bandagierung aus Carbonfaser, Glasfaser, Aramidfaser oder dergleichen gebildet sein.
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Alle Zahnwicklungen um alle Zähne und anschließend alle dazwischen angeordneten Zwischenwicklungen können nacheinander mit einem nicht unterbrochenen Draht gewickelt sein. Dadurch kann der Rotor besonders effizient hergestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Rotor einer stromerregten elektrischen Maschine bereitgestellt, wobei der Rotor aufweist: eine Mehrzahl Zähne; eine dritte Zahnwicklung um einen dritten Zahn; eine vierte Zahnwicklung um einen vierten Zahn; eine fünfte Zahnwicklung um einen fünften Zahn; eine sechste Zahnwicklung um einen sechsten Zahn, wobei die erste bis sechste Zahnwicklung in dieser Reihenfolge entlang einer Umfangsrichtung des Rotors aufeinander folgen; eine erste Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der ersten Zahnwicklung und der zweiten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der vierten Zahnwicklung und der fünften Zahnwicklung als erste Zwischenwicklung; eine zweite Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der zweiten Zahnwicklung und der dritten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der fünften Zahnwicklung und der sechsten Zahnwicklung, und eine dritte Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der dritten Zahnwicklung und der vierten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der sechsten Zahnwicklung und der ersten Zahnwicklung.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Rotor einer stromerregten elektrischen Maschine bereitgestellt, wobei der Rotor aufweist: eine Mehrzahl Zähne; eine dritte Zahnwicklung um einen dritten Zahn; eine vierte Zahnwicklung um einen vierten Zahn; eine fünfte Zahnwicklung um einen fünften Zahn; eine sechste Zahnwicklung um einen sechsten Zahn; eine siebte Zahnwicklung um einen siebten Zahn; eine achte Zahnwicklung um einen achten Zahn, wobei die erste bis achte Zahnwicklung in dieser Reihenfolge entlang einer Umfangsrichtung des Rotors aufeinander folgen; eine ersten Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der ersten Zahnwicklung und der zweiten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der vierten Zahnwicklung und der fünften Zahnwicklung als erste Zwischenwicklung; eine zweite Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der zweiten Zahnwicklung und der dritten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der siebten Zahnwicklung und der achten Zahnwicklung; eine dritte Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der dritten Zahnwicklung und der vierten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der sechsten Zahnwicklung und der siebten Zahnwicklung, und eine vierte Wicklung von dem Zwischenraum zwischen der fünften Zahnwicklung und der sechsten Zahnwicklung zu dem Zwischenraum zwischen der achten Zahnwicklung und der ersten Zahnwicklung.
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Die Erfindung betrifft auch eine stromerregte elektrische Maschine mit dem zuvor beschriebenen Rotor. Die elektrische Maschine kann eine gleichstromerregte elektrische Maschine sein.
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Die stromerregte elektrische Maschine kann eine Gleichstromübertragungseinrichtung aufweisen, die Gleichstrom in den Draht der Wicklung des Rotors speist. Die Gleichstromübertragungseinrichtung kann eine induktive Übertragungseinrichtung oder ein Schleifring-Bürsten-System aufweisen.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei die Beschreibung dem Verständnis dient und nicht als beschränkend aufzufassen ist. Es zeigen:
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1a einen Rotor gemäß einer ersten Ausführungsform mit einer Mehrzahl Zahnwicklungen;
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1b einen Schnitt durch einen Zwischenraum zwischen zwei Zähnen des Rotors mit Zahnwicklungen gemäß der ersten Ausführungsform;
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2a einen erfindungsgemäßen Rotor mit Zahnwicklungen und Zwischenwicklungen gemäß der ersten Ausführungsform;
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2b einen Schnitt durch einen Zwischenraum zwischen zwei Zähnen des erfindungsgemäßen Rotors gemäß der ersten Ausführungsform;
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3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Rotors mit Zahnwicklungen und Zwischenwicklungen gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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4a bis 4c perspektivische Ansichten des erfindungsgemäßen Rotors gemäß der zweiten Ausführungsform.
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1a zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem Rotor 1 mit acht Zähnen 6 um die jeweils Zahnwicklungen 2 gewickelt sind. Die Zahnwicklungen werden nacheinander sukzessive mittels einer Wickelmaschine auf die Zähne 6 gewickelt. Der Rotor 1 weist in seinem Mittelpunkt eine axiale Öffnung 8 auf, die auf einer Welle einer elektrischen Maschine befestigt werden kann.
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1b zeigt einen Schnitt durch einen Zwischenraum 7 zwischen zwei Zähnen 6. Mittels einer Wickelnadel der Wickelmaschine werden die Zahnwicklungen 2 unter dem Zahnkopf 8 der Zähne 6 angeordnet. Der Zwischenraum 7 zwischen zwei Zähnen 6 wird auch als Lücke oder Nut bezeichnet.
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Aus technologischen Gründen bleibt zwischen der Zahnwicklung 2 am rechten Zahn 6 und der Zahnwicklung 2 am linken Zahn 6 eine Lücke bzw. ein Zwischenraum. Dies verursacht, dass sich die Drähte bewegen können, insbesondere aufgrund der Zentrifugalkraft bei einer hohen Drehzahl. Zudem wird der Zwischenraum 7 zwischen den Zähnen 6 nicht so effizient zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes verwendet, wie möglich und wünschenswert ist.
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2a zeigt den erfindungsgemäßen Rotor 1 gemäß der ersten Ausführungsform nachdem in den Zwischenräumen 7 zwischen den Zahnwicklungen 2 Zwischenwicklungen 4 gewickelt wurden. Bei der in 2a gezeigten Ausführungsform umfasst der Rotor vier Zwischenwicklungen 4. Die Zwischenwicklungen 4 werden nach dem Wickeln der Zahnwicklungen 2 gewickelt. Die Zwischenwicklungen 4 erstrecken sich von einem ersten Zwischenraum 7 zwischen zwei Zahnwicklungen 2 zu einem zweiten Zwischenraum 7 zwischen zwei anderen Zahnwicklungen 2. Bei der in 2a dargestellten Ausführungsform sind die Zwischenwicklungen 4 spiegelsymmetrisch gewickelt, d. h. symmetrisch zu einem gedachten Spiegel, der sich in radialer Richtung senkrecht zum Draht der Zwischenwicklung 4 erstreckt. Dadurch kann vermieden werden, dass die Zwischenwicklungen 4 die Achse des Rotors (nicht gezeigt) kreuzen. Zwischen den Zwischenräumen 7, durch die eine Zwischenwicklung 4 verläuft, befinden sich bei der in 2a gezeigten Ausführungsform zwei weitere Zwischenräumen 7.
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Der Grundkörper des Rotors 1 und die Rotorzähne 6 sind aus Blechpaketen aufgebaut. Dadurch wird der Großteil des magnetischen Flusses der Zwischenwicklungen 4 in die Rotorzähne 6 gerichtet und lediglich ein geringer Teil des magnetischen Flusses der Zwischenwicklung 4 tritt in axialer Richtung aus. Die Blechpakete des Rotors 1 können Eisen umfassen. Alle Zahnwicklungen 2 und alle Zwischenwicklungen 4 können durch einen einzigen Draht gewickelt sein. Der Draht kann ein isolierter Kupferdraht sein.
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Eine Gleichstromübertragungseinrichtung 10 versorgt die Wicklungen des Rotors 1 mit Strom. Die Gleichstromübertragungseinrichtung 10 kann den Gleichstrom von einem statischen Bereich der elektrischen Maschine zu dem rotierenden Rotor 1 übertragen, beispielsweise mittels einer induktiven Kopplung oder eines Schleifring-Bürsten-Systems, wie dem Fachmann bekannt ist.
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Es wird auf 2b Bezug genommen, die einen Schnitt durch einen Zwischenraum zwischen zwei Zähnen 6 zeigt. Unter den Zahnköpfen 8 der Zähne 6 ist in dem Zwischenraum zwischen den Zahnwicklungen 2 eine Zwischenwicklung 4 gewickelt. Dadurch wird der zur Verfügung stehende Raum der Lücke zwischen zwei Zähnen 6 besser verwertet, um das statische Magnetfeld zu erzeugen. Ferner wird verhindert, dass sich die Zahnwicklungen 2 bewegen können, beispielsweise aufgrund der Zentrifugalkraft.
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Radial außerhalb der Zahnwicklungen 2 und der Zwischenwicklung 6 ist zwischen den Zahnköpfen 8 der Zähne 6 ein Anschlag 12 angeordnet. Der Anschlag 12 schützt die Zwischenwicklung 4 und/oder die Zahnwicklungen 2 vor Beschädigungen. Zusätzlich wird nochmals sichergestellt, dass sich die Zwischenwicklung 4 und/oder die Zahnwicklungen 2 nicht aufgrund der Zentrifugalkraft bewegen können. Der Anschlag kann ein Verschlusskeil 2 und/oder eine Bandagierung aus Carbonfaser, Glasfaser, Aramidfaser oder dergleichen sein. Der Anschlag 12 wird auch als Nutkeil 12 bezeichnet.
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Es versteht sich, dass der Rotor 1 eine beliebige Anzahl von Zahnwicklungen 2 und Zwischenwicklungen 4 aufweisen kann, wobei zumindest sechs Zahnwicklungen vorhanden sein müssen.
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Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 3, 4a, 4b und 4c erläutert. Der Rotor 13 weist an seinen axialen Enden einen Vorsprung 14 auf, der sich im Wesentlichen in axialer Richtung des Rotors 12 erstreckt. Vorzugsweise ist der Vorsprung 14 radial einwärts des Fuß eines Zahns 6 angeordnet. In Richtung Mittelachse des Rotors 12 kann der Vorsprung konvex ausgebildet sein. Die konvexe Ausbildung ist vorteilhaft, damit die Zwischenwicklung 16 um den Vorsprung 14 gewickelt werden kann.
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Die Zwischenwicklung 14 verläuft entlang einer Zahnwicklung 2 und um einen Vorsprung 14 am vorderen Ende des Rotors und einen Vorsprung 14 am hinteren Ende des Rotors. Die Zwischenwicklung 16 liegt lediglich einen Teil ihrer Länge an einem Teil der Länge der Zahnwicklung 2 an. Folglich kann die Zwischenwicklung 14 als eine von der Zahnwicklung 2 separate Wicklung betrachtet werden.
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Der Vorsprung 14 kann als Lippe oder als Finne ausgebildet sein. Bei einer Ausführungsform kann der Vorsprung in Richtung Mittelachse geneigt sein. Mit anderen Worten, der Vorsprung 14 weist an seinem Übergang zum Rotor 13 einen größeren Abstand von der Mittelachse als an seiner vom Rotor 13 entfernten Spitze auf. Dadurch kann verhindert werden, dass sich die Zwischenwicklung 16 vom Vorsprung 14 löst.
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Die Zwischenwicklung 16 verläuft teilweise entlang einer Zahnwicklung 2. Beispielsweise verläuft die Zwischenwicklung 16 im Wesentlichen in axialer Richtung neben einer Zahnwicklung 2. An den axialen Enden des Rotors 13 verläuft die Zwischenwicklung 16 U-förmig um die Zahnwicklung 2. Die Zwischenwicklung wird von einem sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprung 14 an der Beugung bzw. dem Wendepunkt des U-förmigen Bereichs der Zwischenwicklung 16 am Rotor 13 gehalten. In dem U-förmigen Bereich am axialen Rand des Rotors 13 liegt die Zwischenwicklung nicht an der Zahnwicklung 2 an. Jede Zwischenwicklung 16 ist an einem Paar von Vorsprüngen 14 angeordnet. Die Vorsprünge 14 sind an den Stirnseiten des Rotors 13 angeordnet. Insbesondere sind die Vorsprünge 14 jeweils an den axialen und radial innen liegenden Enden der Zähne 6 ausgebildet, wobei jeder Zahn mit zwei Vorsprüngen 14 versehen ist.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass wie bei einem Rotor, der ausschließlich eine Zwischenwicklung verwendet, der Zwischenraum zwischen den Rotorzähnen nahezu vollständig mit Wicklungsdraht gefüllt werden kann. Jedoch sind bei dem erfindungsgemäßen Rotor die Wickelköpfe deutlich kompakter. Ferner wird die mechanische Stabilität der Wicklungen, d. h. der Kupferwicklung, bei einem schnell drehenden Elektromotor durch eine anschließende Bandagierung nochmals verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112008000953 T5 [0007]
