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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine. Der Stator umfasst eine Vielzahl von Aussparungen, die radial von einer zentralen Achse der elektrischen Maschine beabstandet sind. Die Aussparungen sind gleich verteilt entlang einer Umfangsrichtung im Stator ausgebildet. Zwei der benachbarten Aussparungen sind jeweils von einem Statorzahn getrennt. Mehrere Windungen sind jeweils um einen Statorzahn angebracht. Dabei sind die Windungen in eine Gruppe von Windungen mit einem hohen Spannungsniveau und in eine Gruppe von Windungen mit einem niedrigen Spannungsniveau eingeteilt. Die Gruppen von Windungen mit einem hohen Spannungsniveau wechseln sich in Umfangsrichtung mit der Gruppe von Windungen mit einem niedrigen Spannungsniveau ab. Die Gruppen sind gleich verteilt und abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine. Der Stator besitzt eine Vielzahl von Statorzähnen, die durch Aussparungen voneinander beabstandet sind. Die Statorzähne und die Aussparungen sind entlang einer Umfangsrichtung gleich verteilt im Stator ausgebildet.
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Die japanische Patentanmeldung
JP 2009/195009 offenbart eine rotierende elektrische Maschine. Die elektrische Maschine ist mit einem Stator versehen, der Wicklungen umfasst, die mit einer geeigneten Isolierung versehen sind. Der Isolator ist dabei derart gestaltet, dass er sowohl die obere Windung, als auch die untere Windung umschließt.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2014 223 205 A1 offenbart einen Stator für einen Elektromotor. Der Stator besitzt einen Statorkern, der mindestens einen ersten Statorzahn aufweist, der mit einem ersten Wicklungsabschnitt einer zugeordneten Statorwicklung versehen ist. Im Bereich zwischen dem ersten Wicklungsabschnitt und dem ersten Statorzahn ist zur elektrischen Isolierung des Statorkerns von der Statorwicklung zumindest bereichsweise Isolierpapier angeordnet.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2012 219 668 A1 offenbart ein Verfahren zum Bilden von Statorspulen eines Motors. Zunächst werden mehrere Haarnadelspulen in mehreren Schlitzen angeordnet. Die mehreren Haarnadelspulen weisen eine erste Haarnadelspule und eine zweite Haarnadelspule auf, wobei die erste Haarnadelspule ein erstes Ende und die zweite Haarnadelspule ein zweites Ende aufweist. Anschließend erfolgt das Einführen des ersten und des zweiten Endes in einen Hohlraum eines elektrisch leitfähigen Verbinders, um das erste und das zweite Ende elektrisch miteinander zu verbinden. Schließlich erfolgt das Anordnen einer Isolierkappe über den Verbinder, um den Verbinder vor dem Kontakt mit anderen elektrisch leitfähigen Materialien zu schützen.
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Die
JP 2012-147674 A , die
JP H11-155270 A und die
DE 698 11 564 T2 zeigen eine elektrische Maschine mit einem Stator, bei welchem Leitersegmente durch Schlitze in einem Statorkern verlaufen. In den Schlitzen befindet sich jeweils ein Isolator aus einem folienartigen Material, welcher die Leitersegmente gegenüber dem Statorkern, aber auch gegeneinander isoliert. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass die Isolatoren aus dem folienartigen Material nicht starr sind und sich daher während des Betriebes verformen oder auch reißen können, wodurch die Isolationswirkung verloren gehen kann.
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Bei einem Stator einer elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik werden die Haarnadelspulen in eine Aussparung des Stators zusammen mit einem Isolator eingesetzt. Für den Fall, dass das Eingangsniveau der Spannung hoch ist, reicht die Isolationseigenschaft der Lackbeschichtung der Windung nicht aus. Deshalb wird ein speziell geformter Isolator zwischen der Spule und der Aussparung des Stators eingebracht, um die Isolationseigenschaften zu verbessern. Hierzu wird der Isolator gebogen und geformt, um ihn in Form zu bringen, damit dieser in die Aussparung des Stators eingesetzt werden kann. Alle Isolatoren haben dabei die gleiche Form und sind so konstruiert, dass sie eine maximale Potentialdifferenz zwischen den Spulen und der Aussparung des Stators gewährleisten können. Der Nachteil des Standes der Technik ist, dass nach dem Formen und Biegen die Isolatorstruktur nicht fixiert ist. Ferner kann sich der Isolator auch nach dem Einsetzen in die Aussparung des Stators leicht bewegen und seine Form ändern, da die Form des Isolators flexibel wie Papier ist. Falls der Isolator nicht an der vorgesehenen Position in der Aussparung platziert ist, kann der Isolator nach der Einführung der Windung durch das Ende bzw. die Kante der Windung gerissen werden. Dies führt zu einem erhöhten Ausschuss bei der Produktion von Statoren für elektrische Maschinen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stator zu schaffen, der eine zuverlässige Isolierung zwischen den Wicklungen einer Spule untereinander und eine Isolierung gegenüber dem Stator selbst gewährleistet, wobei der Einsatz von Isoliermaterial auf ein Mindestmaß reduziert ist und wobei gleichzeitig der Ausschuss bei der Produktion von Statoren vermindert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stator für eine elektrische Maschine gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine zu schaffen, der mit einem Isolator derart ausgestaltet ist, dass die Isolation zwischen den Windungen der Spule im Stator und die Isolation der Windungen zum Stator selbst gewährleistet ist und der Materialeinsatz an Isoliermaterial auf ein Mindestmaß reduziert ist. Gleichzeitig soll der Ausschuss bei der Herstellung des Stators für die elektrische Maschine minimiert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 8 umfasst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der Stator einer elektrischen Maschine umfasst eine Vielzahl von zu einer zentralen Achse der elektrischen Maschine radial beabstandeten Aussparungen. Diese Aussparungen sind gleich verteilt entlang einer Umfangsrichtung im Stator ausgebildet. Zwei benachbarte Aussparungen sind jeweils von einem Statorzahn räumlich getrennt. Mehrere Windungen einer Spule sind jeweils um einen der Vielzahl der Statorzähne angebracht. Dabei sind die Windungen um die Statorzähne in Gruppen eingeteilt. Somit existiert eine Gruppe von Windungen, in der ein hohes Spannungsniveau vorherrscht. Bei einer anderen Gruppe von Windungen liegt ein niedriges Spannungsniveau vor. Die beiden Gruppen sind abwechselnd voneinander in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Für jede der Gruppen der Windungen ist erfindungsgemäß ein anders geformtes Isoliermaterial vorgesehen. Somit ist jede der Windungen der Gruppe von Windungen mit einem hohen Spannungsniveau von einem ersten geformten Isoliermaterial umgeben. Sämtliche Windungen der Gruppe von Windungen mit dem niedrigen Spannungsniveau sind von einem zweiten Isoliermaterial umschlossen.
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Das erste, geformte Isoliermaterial ist dabei derart ausgebildet, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Windungen der Gruppe von Windungen mit hohem Spannungsniveau ein Isoliermaterial vorgesehen ist und durch das Isoliermaterial die Windungen vom Stator bzw. Statorzahn getrennt sind. Das erste geformte Isoliermaterial hat eine S-förmige Gestalt und ist im Wesentlichen an die Querschnittsform der Aussparung angepasst. Das zweite, geformte Isoliermaterial ist derart ausgebildet, dass die Windungen der Gruppe von Windungen mit niedrigem Spannungsniveau durch das Isoliermaterial vom Stator bzw. Statorzahn getrennt sind. Das zweite, geformte Isoliermaterial besitzt eine O-förmige Gestalt und ist im Wesentlichen an die Querschnittsform der Aussparung angepasst.
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Die Windungen für die Spulen sind Haarnadelschleifen, die um die Statorzähne gelegt sind. Die Windungen selbst sind mit einer Lackschicht isoliert.
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Das Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst die Statorzähne des Stators zur Aufnahme einer Gruppe von Windungen mit einem hohen Spannungsniveau bzw. zur Aufnahme einer Gruppe von Windungen mit einem niedrigen Spannungsniveau eingeteilt werden. Die Gruppen mit hohem Spannungsniveau bzw. die Gruppen mit niedrigem Spannungsniveau sind abwechselnd entlang der Umfangsrichtung des Stators gleich verteilt angeordnet. Es erfolgt das Einsetzen eines ersten geformten Isoliermaterials in die Aussparungen zur Aufnahme der Gruppe von Windungen mit einem hohen Spannungsniveau. Ebenso erfolgt das Einsetzen eines zweiten geformten Isoliermaterials in die Aussparungen zur Aufnahme der Gruppe von Windungen mit niedrigem Spannungsniveau.
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Dabei ist das erste geformte Isoliermaterial derart gestaltet, dass jede der Windungen der Gruppe von Windungen mit hohem Spannungsniveau von Isoliermaterial umgeben ist und die Windungen gegenüber dem Stator isoliert sind. Das zweite geformte Isoliermaterial ist derart gestaltet, dass sämtliche Windungen der Gruppe von Windungen mit niedrigem Spannungsniveau von einem zweiten geformten Isoliermaterial umschlossen und somit die Windungen gegenüber dem Stator isoliert sind. Innerhalb des zweiten geformten Isoliermaterials sind die Windungen der Gruppe von Windungen mit niedrigem Spannungsniveau nicht gegeneinander isoliert. Dies hat den Vorteil, dass man Material für die Isolierung der Windungen, bei denen die Isolierung nicht erforderlich ist, einsparen kann.
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Der Stator ist für eine elektrische Maschine vorgesehen. Die elektrische Maschine ist beispielsweise durch einen elektrischen Motor oder durch einen Generator gebildet und umfasst weiterhin einen gegenüber dem Stator um eine Rotationsachse rotierbaren Rotor. Die Rotationsachse definiert eine axiale Richtung und entsprechend auch eine dazu senkrechte radiale Richtung und eine dazu senkrechte tangentiale bzw. umlaufende Richtung. Der Stator umfasst einen Statorkern aus einem ferromagnetischen Material. Der Statorkern weist mehrere Schlitze auf, in denen jeweils mindestens zwei Leitersegmente mindestens einer im Stator angeordneten elektrischen Spule verlaufen. Die Leitersegmente erstrecken sich in den Schlitzen und verlaufen bevorzugt gerade in den Schlitzen. Die mindestens eine elektrische Spule bildet bevorzugt eine Motorspule oder eine Generatorspule der elektrischen Maschine. Die Leitersegmente sind in den Schlitzen mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen, sodass es bei einer gegenseitigen Berührung nicht zu einem Kurzschluss kommen kann. Die isolierende Beschichtung kann beispielsweise durch eine isolierende Lackschicht, durch eine isolierende eingebrannte Lackschicht, durch eine Kunststoffschicht oder durch eine isolierende Glasierung gebildet sein. Die isolierende Beschichtung kann auch durch eine isolierende Füllung in den Schlitzen gebildet sein. In den Schlitzen ist zudem jeweils mindestens ein Isolator angeordnet, welcher sich zwischen einer Innenwand des jeweiligen Schlitzes und den Leitersegmenten erstreckt. Die Isolatoren hüllen jeweils alle der in dem jeweiligen Schlitz angeordneten Leitersegmente gemeinschaftlich ein. Erfindungsgemäß sind die Isolatoren in den Schlitzen einer ersten Gruppe der Schlitze jeweils so ausgebildet, dass die im jeweiligen Schlitz angeordneten benachbarten Leitersegmente sich mit ihren Beschichtungen unmittelbar gegenüberstehen und sich gegebenenfalls berühren. Folglich sind die Leitersegmente in den Schlitzen der ersten Gruppe der Schlitze jeweils nur durch deren Beschichtungen gegeneinander isoliert. Die Isolatoren befinden sich nicht in den in der axialen Richtung verlaufenden Zwischenräumen zwischen den benachbarten Leitersegmenten. Die Isolatoren in den Schlitzen einer zweiten Gruppe der Schlitze sind jeweils so ausgebildet, dass sich die Isolatoren im jeweiligen Schlitz auch zwischen den benachbarten Leitersegmenten in der axialen Richtung erstrecken. Folglich isolieren die Isolatoren die Leitersegmente nicht lediglich gegenüber dem Statorkern, sondern auch gegeneinander.
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Ein besonderer Vorteil des Stators besteht darin, dass nur diejenigen der Isolatoren für eine Isolierung der Leitersegmente untereinander ausgebildet sein müssen, für die es aufgrund einer im Betrieb zwischen den Leitersegmenten auftretenden größeren Spannung notwendig ist. Diejenigen der Leitersegmente, zwischen denen im Betrieb eine kleinere Spannung auftritt, sind in den Schlitzen der ersten Gruppe durch weniger aufwändige Isolatoren nur gemeinsam gegen den Statorkern elektrisch isoliert. Diese weniger aufwändigen Isolatoren sind zudem weniger anfällig, wodurch die Ausfallsicherheit insgesamt erhöht ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind so ausgebildet, dass während des Betriebes der elektrischen Maschine zwischen den Leitersegmenten in den Schlitzen der zweiten Gruppe der Schlitze jeweils eine höhere elektrische Spannung als zwischen den Leitersegmenten in den Schlitzen der ersten Gruppe der Schlitze anliegt. Diese Ausbildung des Stators ergibt sich durch die elektrische Verschaltung der Spulen im Stator.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen sind die Leitersegmente in den Schlitzen jeweils einer von mehreren der Spulen zugeordnet. Entsprechend ist der Stator bevorzugt so ausgebildet, dass während des Betriebes der elektrischen Maschine zwischen den Spulen in den Schlitzen der zweiten Gruppe der Schlitze jeweils eine höhere elektrische Spannung als zwischen den Spulen in den Schlitzen der ersten Gruppe der Schlitze anliegt. Diese Ausbildung des Stators ergibt sich durch die elektrische Verschaltung der Spulen im Stator.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Stators sind so ausgebildet, dass während des Betriebes der elektrischen Maschine an den Leitersegmenten in den Schlitzen der zweiten Gruppe der Schlitze jeweils eine höhere elektrische Spannung gegenüber einem Nullpotenzial als an den Leitersegmenten in den Schlitzen der ersten Gruppe der Schlitze anliegt. Die Leitersegmente in den Schlitzen der ersten Gruppe der Schlitze bilden bevorzugt mindestens eine der Spulen, die einer ersten Gruppe der Spulen zugeordnet ist, während die Leitersegmente in den Schlitzen der zweiten Gruppe der Schlitze mindestens eine der Spulen bilden, die einer zweiten Gruppe der Spulen zugeordnet ist. Der Stator ist bevorzugt so ausgebildet, dass während des Betriebes der elektrischen Maschine an der mindestens einen Spule der zweiten Gruppe der Spulen jeweils eine höhere elektrische Spannung gegenüber einem Nullpotenzial als an der mindestens einen Spule der ersten Gruppe der Spulen anliegt. Das Nullpotenzial ist bevorzugt durch ein Massepotenzial gebildet ist, welches bevorzugt auch der Statorkern aufweist.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des Stators umfassen die erste Gruppe der Schlitze und die zweite Gruppe der Schlitze jeweils mindestens ein Zehntel der Schlitze, sodass beide Gruppen jeweils einen relevanten Teil der Schlitze umfassen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stators umfassen die erste Gruppe der Schlitze und die zweite Gruppe der Schlitze jeweils mindestens ein Drittel der Schlitze, sodass beide Gruppen jeweils etwa eine Hälfte der Schlitze umfassen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stators umfassen die erste Gruppe der Schlitze und die zweite Gruppe der Schlitze jeweils eine Hälfte der Schlitze.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des Stators weisen die Isolatoren in den Schlitzen der ersten Gruppe der Schlitze jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt oder einen O-förmigen Querschnitt auf. Dieser Querschnitt liegt in einer Ebene, die senkrecht zu der Rotationsachse der elektrischen Maschine angeordnet ist. Dieser Querschnitt liegt in einer Ebene, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Schlitze angeordnet ist. Die Rechteckform bzw. die O-Form umschließt alle der in dem jeweiligen Schlitz befindlichen Leitersegmente gemeinschaftlich.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des Stators weisen die Isolatoren in den Schlitzen der zweiten Gruppe der Schlitze jeweils einen S-förmigen Querschnitt oder einen 8-förmigen Querschnitt auf. Dieser Querschnitt liegt in einer Ebene, die senkrecht zu der Rotationsachse der elektrischen Maschine angeordnet ist. Dieser Querschnitt liegt in einer Ebene, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Schlitze angeordnet ist. Die S-Form bzw. die 8-Form umschließt alle der in dem jeweiligen Schlitz befindlichen Leitersegmente gemeinschaftlich. Zudem umschließen die Bögen der S-Form bzw. der 8-Form jeweils einen einzelnen der in dem jeweiligen Schlitz befindlichen Leitersegmente in Alleinstellung gegenüber dem jeweils benachbarten der Leitersegmente. Die S-Form bzw. die 8-Form ist bevorzugt mehrfach ausgebildet, wenn sich mehr als zwei der Leitersegmente in dem jeweiligen Schlitz befinden. Grundsätzlich können die Isolatoren jeweils auch aus mehreren Isolatorelementen bestehen, wobei die Isolatorelemente in ihrer Summe alle der in dem jeweiligen Schlitz befindlichen Leitersegmente gemeinschaftlich und jeweils die einzelnen der in dem jeweiligen Schlitz befindlichen Leitersegmente in Alleinstellung gegenüber dem jeweils benachbarten der Leitersegmente umschließen.
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Die Isolatoren sind bevorzugt jeweils durch einen gefalteten Glimmer- oder Kunststofffilm oder durch eine gefaltete Faser-Kunststoff-Folie gebildet. Der dünne Film bzw. die dünne Folie erfordert nur einen geringen Platzbedarf im jeweiligen Schlitz. Der dünne Film bzw. die dünne Folie ist leicht formbar.
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Der Kunststoff der Isolatoren umfasst bevorzugt ein Aramid. Aramid besitzt einen hohen elektrischen Widerstand und eine hohe Temperaturbeständigkeit. Bevorzugt umfasst der Kunststoff weiterhin ein Polyethylennaphthalat (PEN) und/oder ein Polyethylenterephthalat (PET).
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Die Faser-Kunststoff-Folie ist bevorzugt durch ein Produkt wie NOMEX gebildet.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des Stators erstrecken sich die Schlitze jeweils in der axialen Richtung innerhalb des Statorkerns. Die Schlitze sind an einem der Achse zugewandten radialen Ende bevorzugt jeweils durch eine Öffnung geöffnet.
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Die Öffnungen erstrecken sich bevorzugt über die gesamte axiale Länge der Schlitze.
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Die Schlitze sind hinsichtlich ihrer Form bevorzugt gleich ausgebildet. Die Schlitze weisen bevorzugt jeweils einen gleichen Abstand zur Rotationsachse auf. Die Schlitze sind bevorzugt in umfänglicher Richtung um die Rotationsachse gleich verteilt angeordnet. Die Anzahl der Schlitze beträgt bevorzugt mindestens 20, weiter bevorzugt mindestens 40.
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Die Schlitze weisen bevorzugt jeweils eine Grundform mit einem rechteckförmigen Querschnitt auf. Dieser Querschnitt liegt in einer Ebene, die senkrecht zu der Rotationsachse der elektrischen Maschine angeordnet ist. Dieser Querschnitt liegt in einer Ebene, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Schlitze angeordnet ist.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des Stators sind zwei oder vier der Leitersegmente in jedem der Schlitze angeordnet. Insofern vier der Leitersegmente in jedem der Schlitze angeordnet sind, weisen die Isolatoren in den Schlitzen der zweiten Gruppe der Schlitze bevorzugt einen doppelten S-förmigen Querschnitt bzw. einen doppelten 8-förmigen Querschnitt auf.
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Die Leitersegmente besitzen bevorzugt einen rechteckförmigen Querschnitt, einen ovalen Querschnitt oder einen runden Querschnitt. Dieser Querschnitt liegt in einer Ebene, die senkrecht zu der Rotationsachse der elektrischen Maschine angeordnet ist. Dieser Querschnitt liegt in einer Ebene, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Schlitze angeordnet ist.
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Die Leitersegmente erstrecken sich in den Schlitzen bevorzugt in der axialen Richtung, sodass sie parallel zu der Rotationsachse angeordnet sind.
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Der Stator umfasst bevorzugt mehrere der Spulen, wobei der Stator für einen mehrphasigen Betrieb der elektrischen Maschine ausgebildet ist. Die Anzahl der Spulen beträgt bevorzugt drei oder sechs. Die Spulen sind bevorzugt in einer Sternschaltung verschaltet.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des Stators umfasst dieser sechs der Spulen, wobei der Stator für einen dreiphasigen Betrieb ausgebildet. Drei der sechs Spulen gehören bevorzugt der ersten Gruppe der Spulen an. Die drei anderen der sechs Spulen gehören bevorzugt der zweiten Gruppe der Spulen an. Die sechs Spulen sind bevorzugt in einer Sternschaltung verschaltet, wobei jeweils zwei der sechs Spulen in Reihe geschaltet sind.
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Die elektrische Maschine umfasst den Stator und einen gegenüber dem Stator rotierbaren Rotor. Die elektrische Maschine umfasst bevorzugt eine der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des Stators. Im Übrigen weist die elektrische Maschine bevorzugt auch Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem Stator angegeben sind.
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Die elektrische Maschine ist bevorzugt durch einen elektrischen Motor, durch einen elektrischen Generator oder durch eine Kombination aus einem elektrischen Motor und einen elektrischen Generator gebildet.
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Die elektrische Maschine ist bevorzugt durch einen elektrischen Motor eines elektrischen Fahrzeuges oder eines hybriden elektrischen Fahrzeuges gebildet. Insoweit weist der elektrische Motor bevorzugt auch eine Generatorfunktion auf.
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Der elektrische Motor des Fahrzeuges ist bevorzugt durch einen Radnabenmotor oder durch einen Motor einer elektrischen Achse gebildet.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer elektrischen Maschine;
- 2 eine Draufsicht auf einen Stator, der bei der elektrischen Maschine Anwendung findet;
- 3 ein elektrisches Schaltbild des in 2 gezeigten Stators;
- 4 einen Querschnitt durch eine mögliche Ausführungsform einer Windung;
- 5 eine schematische Ansicht eines Querschnitts des Isoliermaterials, welches für die Isolierung der Gruppe von Windungen mit hohem Spannungsniveau verwendet wird;
- 6 eine schematische Teilansicht einer Gruppe von Windungen mit einem hohen Spannungsniveau, bei dem das Isoliermaterial in die Aussparung des Stators eingesetzt ist;
- 7 eine schematische Querschnittsansicht des Isoliermaterials für die Isolierung der Windungen der Gruppe mit niedrigem Spannungsniveau; und
- 8 eine schematische Ansicht des Isoliermaterials in der Aussparung des Stators.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 ist als Innenläufer ausgebildet und besitzt einen Innenrotor 3. Der Innenrotor 3 ist von einem Stator 2 umgeben. Der Stator 2 besitzt eine äußere Ummantelung 5, die den Statorkern 7 umgibt. An dem Statorkern 7 sind die Statorzähne (hier nur schematisch durch Schraffur dargestellt) für die Statorwicklung dargestellt.
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Eine Draufsicht auf den Stator 2 ist in 2 gezeigt. Der Stator 2 weist eine Vielzahl von Aussparungen 4 auf, die gleich verteilt entlang einer Umfangsrichtung U im Stator 2 ausgebildet sind. Die Aussparungen 4 sind jeweils von einem Statorzahn 6 voneinander getrennt. In jeder der Aussparungen 4 sind mehrere Windungen 8 für die Spulen des Stators 2 angeordnet. Die Windungen 8 um die Statorzähne 6 sind dabei in eine Gruppe 8H von Windungen 8 mit einem hohen Spannungsniveau eingeteilt. Ebenso sind die Windungen 8 um die Statorzähne 6 in eine Gruppe 8N von Windungen 8 mit einem niedrigen Spannungsniveau eingeteilt. Die Gruppe 8H von Windungen 8 mit einem hohen Spannungsniveau wechseln sich einander in Umfangsrichtung U mit der Gruppe 8N von Windungen 8 mit niedrigem Spannungsniveau ab.
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3 zeigt ein elektrisches Schaltbild des in 2 gezeigten Stators. Es sind insbesondere die Windungen 8 dargestellt, welche in einer Sternschaltung verschaltet sind. Eine erste Gruppe 8N der Windungen 8 mit einem niedrigen Spannungsniveau ist elektrisch an einen Mittelpunkt M angeschlossen. Eine zweite Gruppe 8H der Windungen 8 mit einem hohen Spannungsniveau ist elektrisch an einen jeweiligen Außenleiter L1, L2, L3 angeschlossen.
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In 4 ist ein Querschnitt durch eine Windung 8 mit einer annähernd rechteckigen Querschnittsform dargestellt. Die Windung 8 besitzt einen Kern 9 und eine den Kern 9 umgebende Lackschicht 10, die für die elektrische Isolierung gegenüber anderen Windungen 8 der Spule verantwortlich ist. Obwohl hier ein annähernd rechteckförmiger Querschnitt für die Windungen 8 dargestellt ist, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Es ist ebenso denkbar, dass die Windungen 8 für die Spulen eine andere Querschnittsform aufweisen können.
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5 zeigt eine Querschnittsansicht des ersten, geformten Isoliermaterials 11, das in eine S-förmige Gestalt geformt ist. Durch die Formung des Isoliermaterials 11 ergeben sich somit zwei Aufnahmebereiche 14, in die Windungen 8 eingesetzt werden können. Durch die S-förmige Gestalt sind somit die Windungen 8 vollkommen von Isoliermaterial umgeben und somit auch gegenüber einem Stator 2 (siehe 6) isoliert.
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6 zeigt eine Detailansicht der Anordnung des Isoliermaterials 11 in den Aussparungen 4 des Stators 2. Bei der hier gezeigten Darstellung handelt es sich um das erste, geformte Isoliermaterial 11, das für die Gruppe 8H der Windungen 8 mit hohem Spannungsniveau verwendet wird. Wie bereits in der Darstellung der 4 beschrieben, hat das erste geformte Isoliermaterial 11 zwei Aufnahmebereiche 14 ausgebildet, in die jeweils eine Windung 8 der Gruppe 8H von Windungen 8 mit hohem Spannungsniveau eingesetzt ist. Das erste geformte Isoliermaterial 11 weist dabei eine Querschnittsform auf, die im Wesentlichen der Form der Aussparung 4 des Stators 2 entspricht. Wie ebenfalls aus der Beschreibung zu 5 zu erkennen ist, dient das erste Isoliermaterial 11 zur Isolierung der Windungen 8 untereinander und ebenfalls zur Isolierung der Windungen 8 gegenüber den Statorzähnen 6 bzw. dem Stator 2.
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7 zeigt eine Draufsicht auf einen Querschnitt des zweiten, geformten Isoliermaterials 12. Das zweite geformte Isoliermaterial 12 besitzt eine O-förmige Gestalt, die einen einzigen Aufnahmebereich 14 ausgebildet hat.
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8 zeigt die Verwendung des zweiten geformten Isoliermaterials 12 in einer Aussparung 4 des Stators 2. Das O-förmige zweite geformte Isoliermaterial 12 besitzt somit eine Gestalt, die ebenfalls im Wesentlichen an die Querschnittsform der Aussparung 4 angepasst ist. Innerhalb des zweiten geformten Isoliermaterials 12 sind die Windungen 8 der Gruppe 8N von Windungen 8 mit niedrigem Spannungsniveau untergebracht. Zwischen den einzelnen Windungen 8 innerhalb des zweiten geformten Isoliermaterials 12 ist keine Isolierung vorgesehen. Die Windungen 8 der Gruppe 8N von Windungen 8 mit niedrigem Spannungsniveau sind somit durch das Isoliermaterial 12 nur gegenüber dem Stator 2 bzw. den Statorzähnen 6 isoliert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Stator
- 3
- Innenrotor
- 4
- Aussparung
- 5
- Ummantelung
- 6
- Statorzahn
- 7
- Statorkern
- 8
- Windung
- 8H
- Gruppe von Windungen mit hohem Spannungsniveau
- 8N
- Gruppe von Windungen mit niedrigem Spannungsniveau
- 9
- Kern
- 10
- Lackschicht
- 11
- erstes geformtes Isoliermaterial
- 12
- zweites geformtes Isoliermaterial
- 14
- Aufnahmebereich
- A
- zentrale Achse
- U
- Umfangsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009/195009 [0003]
- DE 102014223205 A1 [0004]
- DE 102012219668 A1 [0005]
- JP 2012147674 A [0006]
- JP H11155270 A [0006]
- DE 69811564 T2 [0006]
