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Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Wicklung einer elektrischen Maschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Stator einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine.
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Eine elektrische Maschine verfügt über einen Stator sowie über einen Rotor. Der Stator wird auch als Ständer und der Rotor auch als Läufer bezeichnet.
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Der Stator einer elektrischen Maschine umfasst ein Stator-Blechpaket sowie eine Wicklung, wobei die Wicklung vom Stator-Blechpaket aufgenommen ist. So sind Wicklungssegmente der Wicklung in Nuten des Stator-Blechpakets aufgenom m en.
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Aus der
DE 10 2013 225 130 A1 ist eine Wicklung eines Stators einer elektrischen Maschine bekannt. Die dort offenbarte Wicklung ist aus mehreren Wicklungssegmenten zusammengesetzt. Jedes Wicklungssegment umfasst mehrere elektrisch leitende Leiterelemente. Bei den Leiterelementen kann es sich um haarnadelartige oder U-förmige oder stabförmige Leiterelemente handeln. Haarnadelförmige oder U-förmige Leiterelemente werden auch als Hair-Pins bezeichnet. Stabförmige Leiterelemente werden als I-Pins bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2013 225 130 A1 ist es bekannt, dass ein Wicklungssegment einer Wicklung insbesondere zwei Leiterelemente umfasst, die in einem mittleren Abschnitt unter Freilassung von Enden der Leiterelemente mit einer elektrisch isolierenden Isolation umgeben sind. An den freigelassenen Enden sind die Leiterelemente abgewinkelt bzw. gebogen, wobei jedes Leiterelement jedes Wicklungssegments an mindestens einem Ende mit dem Leiterelement eines anderen Wicklungssegments elektrisch leitend verbunden ist. Die miteinander verbundenen Wicklungssegmente bilden die Wicklung, die insbesondere korbförmig ausgebildet ist.
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Aus der
DE 10 2017 103 128 A1 ist es bekannt, in die Leiterelemente, die in diesem Stand der Technik als haarnadelförmige oder U-förmige Leiterelemente ausgeführt sind, an beiden Seiten oder Oberflächen, also sowohl an einer Oberseite als auch an einer Unterseite des jeweiligen Leiterelements, jeweils eine Kühlmittelführungsnut einzubringen. Dann, wenn zwei Leiterelemente mit solchen beidseitigen Kühlmittelführungsnuten miteinander zu verbinden sind, liegen sich jeweils Oberflächen mit Kühlmittelführungsnuten gegenüber. Dies erschwert die elektrisch leitende Verbindung der zu verbindenden Leiterelemente an ihren Enden, insbesondere eine Verbindung durch Verschweißen.
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Es besteht Bedarf an einer neuartigen Wicklung einer elektrischen Maschine, die sowohl gut gekühlt werden kann und bei welcher andererseits elektrisch miteinander zu verbindende Leiterelemente sicher miteinander verbunden werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Wicklung einer elektrischen Maschine, einen Stator mit einer solchen Wicklung und eine elektrische Maschine zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wicklung einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß sind die Kühlmittelführungsnuten ausschließlich an einer Seite oder Oberfläche der Leiterelemente in die Leiterelemente eingebracht.
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Jeweils elektrisch leitend verbundene Leiterelemente sind erfindungsgemäß an ihren verbundenen Enden so zueinander ausgerichtet, dass die Seiten oder Oberfläche der elektrisch leitend verbundenen Leiterelemente, in welche keine Kühlmittelführungsnuten eingebracht sind, einander zugewandt sind, und dass die Seiten oder Oberfläche der elektrisch leitend verbundenen Leiterelemente, in welche die Kühlmittelführungsnuten eingebracht sind, voneinander abgewandt sind.
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Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, die Kühlführungsnuten ausschließlich an einer Seite oder Oberfläche der Leiterelemente in dieselben einzubringen. Jeweils elektrisch leitend verbundene Leiterelemente sind an ihren verbundenen Enden definiert zueinander ausgerichtet, und zwar derart, dass die Seiten oder Oberflächen mit den Kühlungsführungsnuten voneinander abgewandt und die Seiten oder Oberflächen ohne die Kühlungsführungsnuten einander zugewandt sind. So ist es einerseits möglich, die Wicklung gut zu kühlen und andererseits die Leiterelemente von Wicklungssegmenten der Wicklung mit hoher Qualität, insbesondere durch Verschweißen, miteinander zu verbinden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die verbundenen Enden zumindest einiger der elektrisch leitend verbundenen Leiterelemente derart zueinander verdreht und zusammengeführt, dass die Seiten oder Oberfläche derselben, in welche keine Kühlmittelführungsnuten eingebracht sind, einander zugewandt sind. Alternativ oder zusätzlich sind die verbundenen Enden zumindest einiger der elektrisch leitend verbundenen Leiterelemente verdrehungslos derart zusammengeführt, dass die Seiten oder Oberfläche derselben, in welche keine Kühlmittelführungsnuten eingebracht sind, einander zugewandt sind. Die miteinander verbundenen Leiterelemente können im Bereich ihrer Enden entweder zueinander verdreht und zusammengeführt oder ohne Verdrehung zusammengeführt sein, und zwar jeweils derart, dass sich die Oberflächen ohne Kühlmittelführungsnuten einander gegenüberliegen bzw. einander zugewandt sind.
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Der erfindungsgemäße Stator ist in Anspruch 6 und die elektrische Maschine ist in Anspruch 9 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Stators einer elektrischen Maschine;
- 2 ein Detail von zwei an ihren Enden verbundenen Leiterelementen zweier Wicklungssegmente einer Wicklung des Stators;
- 3 ein Detail von zwei in einer Nut angeordneten Leiterelementen eines Wicklungssegments des Stators;
- 4 ein Detail von zwei in einer Nut angeordneten Leiterelementen eines anderen Wicklungssegments des Stators,
- 5 ein Detail von zwei in einer Nut angeordneten Leiterelementen eines anderen Wicklungssegments des Stators.
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, einen Stator der elektrischen Maschine und eine Wicklung des Stators der elektrischen Maschine.
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Eine elektrische Maschine verfügt über einen Stator und einen Rotor. Der Stator wird auch als Ständer und der Rotor auch als Läufer bezeichnet.
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1 zeigen einen Stator 10 einer elektrischen Maschine, wobei der Stator 10 ein Stator-Blechpaket 11 sowie eine Wicklung 12 aufweist. Die Wicklung 12 des Stators 10 der elektrischen Maschine ist aus mehreren Wicklungssegmenten 13 zusammengesetzt. Jedes Wicklungssegment 13 ist in einer Nut 14 des Stator-Blechpakets 11 positioniert.
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Jedes Wicklungssegment 13 der Wicklung 12 verfügt über mindestens zwei elektrisch leitende, haarnadelförmige oder U-förmige Leiterelemente oder stabförmige Leiterelemente 15. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 umfasst jedes Wicklungssegment 13 zwei elektrisch leitende Leiterelemente 15, die haarnadelförmig oder U-förmig oder stabförmig ausgeführt sein können.
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Haarnadelförmige oder U-förmige Leiterelemente werden auch als Hair-Pin-Leiterelemente bezeichnet. Stabförmige Leiterelemente werden auch als I-Pin-Leiterelemente bezeichnet.
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Die Leiterelemente 15 eines Wicklungssegments 13 sind in einer Reihe bzw. Spalte nebeneinander bzw. übereinander angeordnet und bilden ein Band aus Leiterelementen 15.
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Vorzugsweise sind Leiterelemente 15 zumindest in einem mittleren Abschnitt derselben und Freilassen von Enden 16 der Leiterelemente 15 mit einer nicht gezeigten, elektrisch isolierenden Isolation umgeben. Diese Isolation wird auch als Primärisolation bezeichnet und isoliert die reihenartig oder spaltenartig zu einem Band zusammengefassten Leiterelemente 15 eines Wicklungssegments 13 gegeneinander. Bei der Primärisolation kann es sich um eine Lackisolation oder eine gewickelte Isolation handeln. Dort, wo die Wicklungssegmente 13 bzw. Leiterelemente 15 der Wicklungssegmente 13 in den Nuten 14 des Stator-Blechpakets 11 angeordnet bzw. geführt sind, tragen die Leiterelemente 15 diese elektrische Isolation. An aus dem Stator-Blechpaket 11 hervorstehenden bzw. herausragenden Enden 16 der Leiterelemente 15 sind hingegen die Enden 16 der Leiterelemente 15 nicht mit der elektrischen Isolation beschichtet, um so Enden der Leiterelemente 15 eines Wicklungssegments 13 mit Leiterelementen 15 benachbarter Wicklungssegmente 13 elektrisch leitend zu verbinden.
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Die elektrisch leitend verbundenen Wicklungssegmente 13 bilden einen sogenannten Wicklungskorb der Wicklung 12 des Stators 10 der elektrischen Maschine aus.
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In die Leiterelemente 15 der Wicklungssegmente 13 sind Kühlmittelführungsnuten 17 zur Kühlmittelführung eingebracht. Dies dient der effektiven Kühlung der Wicklung 12.
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Erfindungsgemäß sind die Kühlungsführungsnuten 17 ausschließlich an einer Seite oder Oberfläche der Leiterelemente 15 in dieselben eingebracht. An der gegenüberliegenden Seite oder Oberfläche des jeweiligen Leiterelements 15 ist keine Kühlmittelführungsnut 17 vorgesehen.
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Jeweils elektrisch leitend verbundene Leiterelemente 15 sind an ihren aus den Nuten 14 herausragenden Enden 16, an welchen die Leiterelemente 15 elektrisch leitend miteinander verbunden sind, definiert zueinander ausgerichtet, und zwar so, dass die Seiten oder Oberflächen der Leiterelemente 15, in welchen keine Kühlmittelführungsnuten 17 eingebracht sind, einander zugewandt sind, wohingegen die Seiten oder Oberflächen der verbundenen Leiterelemente 15, in welche die Kühlmittelführungsnuten 17 eingebracht sind, voneinander abgewandt sind.
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So zeigt 2 im Bereich eines Endes 16 zwei elektrisch leitend miteinander verbundene Leiterelemente 15 zweier Wicklungssegmente 13 der Wicklung 12. Diese beiden Leiterelemente 15 sind an ihren elektrisch leitend verbundenen Enden 16, die aus den Nuten 14 des Stator-Blechpakets 11 herausragen, so zueinander ausgerichtet, dass die kühlmittelführungsnutlosen Seiten oder Oberflächen der beiden Leiterelemente 15 einander zugewandt sind, wohingegen die Seiten oder Oberflächen der beiden Leiterelemente 15, welche die Kühlmittelführungsnuten 17 aufweisen, voneinander abgewandt sind.
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Hierdurch ist es möglich, die elektrisch leitend verbundenen Leiterelemente 15 im Bereich ihrer Enden 16 vorteilhaft miteinander zu verbinden, insbesondere miteinander zu verschweißen.
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Die verbundenen Enden 16 zumindest einiger der elektrisch leitend verbundenen Leiterelemente 15 sind vorzugsweise derart zueinander verdreht und zusammengeführt, dass die Seiten oder Oberflächen derselben, in welche keine Kühlmittelführungsnuten 17 eingebracht sind, einander zugewandt sind. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die verbundenen Enden 16 zumindest einiger der elektrisch leitend verbundenen Leiterelemente 15 verdrehungslos zusammengeführt sind, und zwar wiederum derart, dass die Seiten oder Oberflächen derselben, in welchen keine Kühlmittelführungsnuten 17 eingebracht sind, einander zugewandt sind.
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Ob es erforderlich ist, die Enden 16 von elektrisch leitend verbundenen Leiterelementen 15, die aus den Nuten 14 herausragen, zueinander zu verdrehen, oder ob dieselben verdrehungslos zusammengeführt werden können, hängt von der Anordnung der Leiterelemente 15 der Wicklungssegmente 13 in den Nuten 17 sowie vom für die Wicklung 12 bereitzustellenden Wickelschema ab.
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Wie bereits ausgeführt, sind die Leiterelemente 15 entweder haarnadelförmig oder U-förmig, also als Hair-Pins, oder stabförmig, also als I-Pins, ausgeführt.
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Die Kühlmittelführungsnuten 17 sind vorzugsweise derart in das jeweilige Leiterelement 15 eingebracht, dass sich die jeweilige Kühlmittelführungsnut 17 an der Seite oder Oberfläche, in welche dieselbe eingebracht ist, über die gesamte Länge des jeweiligen Leiterelements 15 zwischen den Enden 16 desselben erstreckt.
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3, 4 und 5 zeigen Ausschnitte aus dem Stator 10 im Bereich einer Nut 14, die Leiterelemente 15 ein und desselben Wicklungssegments 13 aufnimmt.
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In 3 sind die beiden Leiterelemente 15 des gezeigten Wicklungssegments 13 derart in der Nut 14 angeordnet, dass die Kühlmittelführungsnuten 17 beider Leiterelemente 15 jeweils nach radial außen in Richtung auf den Nutgrund der jeweiligen Nut 14 gerichtet sind. In 4 und 5 hingegen ist die Ausrichtung der Kühlmittelführungsnuten 17 der Leiterelemente 15 des gezeigten Wicklungssegments 13 derart unterschiedlich, dass die Kühlmittelführungsnut 17 eines Leiterelements 15 nach radial außen in Richtung auf den Nutgrund der jeweiligen Nut 14 gerichtet ist, wohingegen die Kühlmittelführungsnut 17 des anderen Leiterelements 15 nach radial innen in Richtung auf den nicht gezeigten Rotor gerichtet ist. Dabei sind in 4 die kühlmittelführungsnutlosen Oberflächen der beiden Leiterelemente 15 einander zugewandt, während in 5 die Oberflächen mit den Kühlmittelführungsnuten 17 der Leiterelemente 15 des jeweiligen Wicklungssegments 13 einander zugewandt sind.
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Obwohl in den 3 bis 5 nicht gezeigt, ist es auch möglich, die Leiterelemente 15 ein und desselben Wicklungssegments 13 so in der Nut 14 anzuordnen, dass die Kühlmittelführungsnuten 17 beider Leiterelemente 15 des jeweiligen Wicklungssegments 13 nach radial innen gerichtet sind.
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Wie bereits ausgeführt, zeigen 3 bis 5 mögliche Anordnungen der Leiterelemente 15 ein und desselben Wicklungssegments 13 in einer Nut 14 des Stator-Blechpakets 11. 2 zeigt hingegen die Ausrichtung von außerhalb der Nut angeordneten Enden 16 zweier an ihren Enden 16 elektrisch leitend verbundener Leiterelemente 15 zweier unterschiedlicher Wicklungssegmente 13.
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Die in 3 bis 5 gezeigten Anordnungen der Leiterelemente 15 eines Wicklungssegments 13 in einer Nut 14 des Stator-Blechpakets 11 können in Kombination miteinander an ein und demselben Stator 10 genutzt werden. So kann in einer ersten Nut 14 die Anordnung der 3, in einer zweiten Nut 14 die Anordnung der 4 und in einer dritten Nut 14 die Anordnung der 5 gewählt werden, um die jeweiligen Leiterelemente 15 des jeweiligen Wicklungssegments 13 in der jeweiligen Nut 14 anzuordnen.
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Welche Anordnung der Leiterelemente 15 eines Wicklungssegments 13 in der jeweiligen Nut 14 gewählt wird, hängt vom gewünschten Wickelschema der Wicklung 12 des Stators 10 ab, und zwar derart, dass die Enden 16 von miteinander zu verbindenden bzw. von elektrisch leitend miteinander verbundenen Leiterelementen 15 unterschiedlicher Wicklungssegmente 13 möglichst verdrehungslos derart zusammengeführt sind, dass sich an den Enden 16 die Seiten oder Oberflächen der elektrisch leitend verbundenen Leiterelemente 15, in welchen keine Kühlmittelführungsnuten 17 eingebracht sind, einander gegenüberliegen bzw. einander zugewandt sind. Dies ist bevorzugt, um möglichst ohne Verdrehung bzw. Verdrillung der Enden 16 der Leiterelemente 15 der Wicklungssegmente 13 dieselben mit der gewünschten Ausrichtung der kühlmittelführungsnutlosen Seiten oder Oberflächen aufeinander zuzuführen.
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Bei den Leiterelementen 15 der Wicklungssegmente 13 der erfindungsgemäßen Wicklung 12 handelt es sich insbesondere um Flachdraht-Leiterelemente, die als sogenannte Formstäbe ausgeführt sind. Jedes Flachdraht-Leiterelemente verfügt über einen einzigen derartigen Flachdraht bzw. Formstab mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit vorzugsweise abgerundeten Ecken. Derartige Flachdraht-Leiterelemente unterscheiden sich von Litzen-Leiterelementen, die aus mehreren runden Drähten zusammengesetzt sind.
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Neben der erfindungsgemäßen Wicklung 12 und dem erfindungsgemäßen Stator 10, welche die erfindungsgemäße Wicklung 12 aufweist, betrifft die Erfindung weiterhin eine elektrische Maschine, mit einem erfindungsgemäßen Stator 10, der die erfindungsgemäße Wicklung 12 aufweist.
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Die elektrische Maschine ist dabei vorzugsweise als Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, über die an einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs Antriebsleistung oder Traktionsleistung bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013225130 A1 [0004, 0005]
- DE 102017103128 A1 [0006]
