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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Es ist schon eine elektrische Maschine aus der
DE102018208321 A1 bekannt, mit einem um eine Drehachse drehbaren Innenrotor und einem den Innenrotor umschließenden Stator, der einen Statorkörper, insbesondere zumindest ein Statorblechpaket, und eine elektrische Statorwicklung umfasst, wobei der Statorkörper Statorzähne und zwischen den Statorzähnen gebildete Statornuten aufweist, in denen elektrische Leiter der Statorwicklung verlaufen, wobei die Statorwicklung an den beiden Stirnseiten des Statorkörpers jeweils einen Wickelkopf bildet, wobei die Statorwicklung eine mehrphasige elektrische Wellenwicklung ist und eine Vielzahl von in den Statornuten liegenden, insbesondere stabförmigen, Leiterschenkeln umfasst, wobei in jeder Statornut zwei Leiterschenkel vorgesehen sind, die an einer in der jeweiligen Statornut liegenden Fügestelle durch eine Fügeverbindung zu einem in axialer Richtung durch die Statornut durchgehenden elektrischen Leiter gefügt sind, wobei die beiden Leiterschenkel der jeweiligen Fügeverbindung an den einander zugewandten Leiterenden einander zugewandte Fügeflächen zur Herstellung der jeweiligen Fügeverbindung aufweisen und wobei die Statorzähne und die Statornuten des Statorkörpers an einer dem Innenrotor zugewandten Statorinnenseite des Statorkörpers ausgebildet sind. Nachteilig ist, dass in jeder Statornut zwei durchgehende elektrische Leiter der Statorwicklung angeordnet sind, die jeweils durch eine in der Statornut liegende Fügeverbindung gefügt sind. Die einem Nutgrund der Statornuten zugewandten inneren elektrischen Leiter der Statornuten sind dadurch nach Montage der Statorwicklung im Statorkörper für eine stoffschlüssige Fügeverbindung nicht zugänglich, da sie durch die äußeren elektrischen Leiter überdeckt sind.
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Weiterhin ist schon eine elektrische Maschine aus der
DE 4023791 A1 und der
JP2001136606 A2 bekannt, mit einem um eine Drehachse drehbaren Außenrotor, einem mit dem Außenrotor gekoppelten Innenrotor und einem in radialer Richtung bezüglich der Drehachse zwischen dem Außenrotor und dem Innenrotor angeordneten Stator, der einen Statorkörper und eine Statorwicklung umfasst, wobei der Statorkörper Statorzähne und zwischen den Statorzähnen gebildete Statornuten aufweist, in denen elektrische Leiter der Statorwicklung verlaufen, wobei die Statorwicklung an den beiden Stirnseiten des Statorkörpers jeweils einen Wickelkopf bildet, wobei die Statorzähne und die Statornuten des Statorkörpers an einer dem Außenrotor zugewandten Statoraußenseite und an einer dem Innenrotor zugewandten Statorinnenseite des Statorkörpers ausgebildet sind. Die Statorwicklung ist als Joch- bzw. Ringwicklung ausgebildet, die um ein Statorjoch des Statorkörpers gewickelt ist. Das Statorjoch, das für die Jochwicklung als Rückschluss für den jeweiligen Magnetkreis erforderlich ist, muss für den Magnetfluss eine vergleichsweise große Jochhöhe aufweisen, was zu einem hohen Gewicht des Statorkörpers führt und den notwendigen Bauraum für die elektrische Maschine erhöht. Außerdem treten vergleichsweise hohe Magnetverluste in dem Statorjoch auf.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass für Statorwicklungen, die Fügestellen in den Statornuten vorsehen, ein stoffschlüssiges Fügen der in den Statornuten liegenden Leiterschenkel ermöglicht wird, indem die Fügestellen für die bei der Herstellung verwendeten Fügeeinrichtungen entweder von der Statorinnenseite oder von einer Statoraußenseite her zugänglich sind. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Statorzähne und die Statornuten des Statorkörpers zusätzlich an einer dem Innenrotor abgewandten Statoraußenseite ausgebildet sind, ein mit dem Innenrotor gekoppelter Außenrotor vorgesehen ist und der Stator in radialer Richtung bezüglich der Drehachse zwischen dem Außenrotor und dem Innenrotor angeordnet ist, und indem in jeder Statornut der Statorinnenseite und der Statoraußenseite nur ein einziger, in axialer Richtung durch die jeweilige Statornut durchgehender, elektrischer Leiter der Statorwicklung angeordnet ist, wobei der einzige Leiter pro Statornut jeweils durch zwei der Leiterschenkel gebildet ist, die über eine stoffschlüssige Fügeverbindung, insbesondere durch Schweißen oder Löten, innerhalb der jeweiligen Statornut miteinander gefügt sind.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen elektrischen Maschine möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn an einem Stoß der Leiterschenkel der jeweiligen Fügeverbindung ein Paar von sich gegenüberliegenden ebenen Fügeflächen ausgebildet ist, die in radialer Richtung gesehen jeweils von einer Seite des jeweiligen Leiterschenkels durchgängig zur gegenüberliegenden Seite desselben Leiterschenkels reichen. Auf diese Weise können die Fügeflächen der jeweiligen Fügeverbindung in der radialen Tiefe durchgängig miteinander stoffschlüssig gefügt werden, so dass nach dem Fügen ein ausreichend großer wirksamer Leiterquerschnitt an den Fügestellen, also am Übergang von dem einen in den anderen Leiterschenkel, erreicht ist.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Leiterschenkel der jeweiligen Fügeverbindung einen bezüglich der Längserstreckung der Leiterschenkel geraden oder schrägen Stoß, insbesondere einen geraden Blattstoß oder einen schrägen Blattstoß, insbesondere einen Gerberstoß, bilden. Die genannten Stoßarten sind begrifflich angelehnt an entsprechende zimmermannmäßige Holzverbindungen und sind besonders vorteilhaft für ein stoffschlüssiges Fügen der Leiterschenkel in den Statornuten.
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Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Fügeflächen der Leiterschenkel der jeweiligen Fügeverbindung sich jeweils ausschließlich in radialer und axialer Richtung bezüglich der Drehachse erstrecken. Auf diese Weise können Fügeflächen der Leiterschenkel der jeweiligen Fügeverbindung erzeugt werden, die in Umfangsrichtung jeweils beabstandet, insbesondere parallel, sind zu den beiden Statorzähnen, insbesondere Zahnköpfen der Statorzähne, der jeweiligen Statornut. Beispielsweise können die Fügeflächen der Leiterschenkel der jeweiligen Fügeverbindung in der jeweiligen Statornut jeweils in einer Nutmitte bezüglich der Nuterstreckung in Umfangsrichtung liegen. Dies hat den Vorteil, dass die Fügenähte im genügenden Abstand zu den Statorzähnen, insbesondere Zahnflanken der Zahnköpfe, erzeugt werden können, so dass Beschädigungen des Statorkörpers durch das Fügeverfahren vermieden werden können.
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Auch vorteilhaft ist, wenn die Leiterschenkel der jeweiligen Fügeverbindung an dem Stoß jeweils einen in axialer Richtung vorstehenden Vorsprung aufweisen, der durch eine Ausnehmung am jeweiligen Leiterende gebildet ist, wobei bei der jeweiligen Fügeverbindung jeweils der Vorsprung des einen Leiterschenkels in die Ausnehmung des anderen Leiterschenkels hineinreicht. Auf diese Weise kann ein durchgängig verschweißbarer gerader oder schräger Blattstoß erreicht werden.
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Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die Ausnehmung des jeweiligen Leiterschenkels der jeweiligen Fügeverbindung in axialer Richtung jeweils länger ausgebildet ist als die Länge, mit der der Vorsprung des anderen Leiterschenkels in axialer Richtung in die Ausnehmung des Leiterschenkels vorsteht, wodurch jeweils ein Ausgleichsspalt gebildet ist. Auf diese Weise können Toleranzen bezüglich einer Länge der Leiterschenkel bei der Herstellung der jeweiligen Fügeverbindung ausgeglichen werden.
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Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Statorzähne des Statorkörpers jeweils einen Zahnkopf aufweisen und ein Leiterquerschnitt der Leiterschenkel hinsichtlich der Fläche und/oder der Form und/oder der Abmessungen korrespondierend, insbesondere passgenau oder mit einer Spielpassung, zum Querschnitt der Statornuten des Statorkörpers ausgebildet ist. Auf diese Weise können die in der jeweiligen Statornut zu fügenden Leiterschenkel, die von gegenüberliegenden Stirnseiten des Statorkörpers in die jeweilige Statornut eingesteckt werden, am Stoß gut zueinander gepaart werden, so dass die Vorsprünge der Leiterschenkel jeweils in die zugehörige Ausnehmung des anderen Leiterschenkels der jeweiligen Fügeverbindung finden. Außerdem wird auf diese Weise ein hoher Nutfüllfaktor erzielt.
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Vorteilhaft ist, wenn die gefügten Leiterschenkel der jeweiligen Fügeverbindung in axialer Richtung gleich lang sind und identische Leiterenden aufweisen, da die Statorwicklung auf diese Weise aus zwei miteinander fügbaren Wicklungsteilen gebildet werden kann, die gleiche Leiterelemente umfassen. Durch die Verwendung von Gleichteilen für beide Wicklungsteile können die Herstellungskosten für die Statorwicklung gesenkt werden.
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Außerdem vorteilhaft ist, wenn die Statorwicklung in axialer Richtung bezüglich der Drehachse in zwei Wicklungsteile geteilt ist, wobei jeder Wicklungsteil einen der beiden Wickelköpfe und eine Vielzahl der Leiterschenkel umfasst, wobei die Leiterschenkel des einen Wicklungsteils innerhalb der Statornuten des Statorkörpers mit Leiterschenkeln des anderen Wicklungsteils mittels der Fügeverbindungen stoffschlüssig gefügt sind. Auf diese Weise können die beiden Wicklungsteile getrennt voneinander außerhalb des Statorkörpers zusammengebaut und durch stirnseitiges Einstecken in den Statorkörper mit geringen axialen Fügekräften zusammengefügt und anschließend stoffschlüssig verbunden werden.
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Weiter vorteilhaft ist, wenn jeder Leiterschenkel Teil eines hairpinförmigen Leiterelementes oder eines Anschluss-Leiterelementes der Statorwicklung ist. Auf diese Weise wird die Statorwicklung als einfach und kostengünstig herstellbare Steckwicklung ausgebildet.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Leiterelemente der Statorwicklung Gussteile, insbesondere Druckguss- oder Spritzgussteile, oder vorgeformte, insbesondere vorgeprägte, Drähte, wobei als Leitermaterial für die Leiterelemente insbesondere Aluminium oder Kupfer vorgesehen ist. Auf diese Weise können die Leiterelemente besonders kostengünstig hergestellt werden. Im Fall von Aluminium kann die Statorwicklung sehr leicht ausgeführt werden, wodurch das Gewicht des Stators noch weiter verringert werden kann.
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Der Statorkörper hat nach dem Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise ein ringförmiges Statorjoch auf, von dem ausgehend die Statorzähne in radialer Richtung bezüglich der Drehachse abragen und das eine in radialer Richtung gemessene Jochhöhe aufweist. Durch die Ausbildung der Statorwicklung als verteilte Wicklung bzw. Wellenwicklung wird erreicht, dass der Magnetfluss der Magnetkreise den Statorkörper jeweils ausschließlich in radialer Richtung durchsetzt, so dass hinsichtlich des Magnetkreises kein Statorjoch erforderlich ist. Das Statorjoch wird lediglich aus mechanischen Gründen benötigt, um die Statorzähne zu einer Baueinheit zusammenzufassen. Diese mechanische Festigkeit des Statorkörpers kann mit niedrigeren Jochhöhen als im Stand der Technik erreicht werden. Dadurch wird das Gewicht des Stators weiter verringert und der nötige Bauraum für die elektrische Maschine verkleinert.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Maschine im Längsschnitt,
- 2 die elektrische Maschine nach 1 im Querschnitt,
- 3 eine Teilansicht des Stators nach 1 und 2 im Querschnitt,
- 4 eine Teilansicht einer Statoraußenseite des Stators nach 1 bis 3 mit erfindungsgemäßen Fügeverbindungen,
- 5 eine dreidimensionale Teilansicht des Stators nach 1 bis 4,
- 6 eine zweidimensionale Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wickelkopfes des Stators nach 1 bis 5,
- 7 eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Wickelkopf des Stators nach 1 bis 6,
- 8 eine Ansicht der Statoraußenseite des Stators nach 1 bis 7,
- 9 eine Ansicht einer Statorinnenseite des im Schnitt dargestellten Stators nach 1 bis 8,
- 10 ein hairpinförmiges Leiterelement der Statorwicklung des Stators nach 1 bis 9 und
- 11 ein Anschluss-Leiterelement der Statorwicklung des Stators nach 1 bis 9.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Maschine im Längsschnitt.
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Die elektrische Maschine 1 umfasst einen um eine Drehachse 2 drehbaren Innenrotor 3.2 und einen den Innenrotor 3.2 umschließenden Stator 5, der einen Statorkörper 6, beispielsweise zumindest ein Statorblechpaket, und eine elektrische Statorwicklung 7 umfasst. Der Statorkörper 6 weist Statorzähne 8 und zwischen den Statorzähnen 8 gebildete Statornuten 9 auf, in denen elektrische Leiter der Statorwicklung 7 verlaufen. Die Statorzähne 8 des Statorkörpers 6 haben beispielsweise jeweils einen Zahnkopf 8.1.
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Die Statorwicklung 7 bildet an den beiden Stirnseiten des Statorkörpers 6 jeweils einen Wickelkopf 10. Die Statorwicklung 7 ist eine mehrphasige elektrische Wellenwicklung und umfasst eine Vielzahl von in den Statornuten 9 liegenden, beispielsweise stabförmigen, Leiterschenkeln 18. In jeder Statornut 9 des Statorkörpers 6 sind zwei Leiterschenkel 18 vorgesehen, die an einer in der jeweiligen Statornut 9 liegenden Fügestelle 35 durch eine Fügeverbindung 36 zu einem in axialer Richtung durch die Statornut 9 (elektrisch) durchgehenden elektrischen Leiter gefügt sind.
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2 zeigt die elektrische Maschine nach 1 im Querschnitt. 3 zeigt eine Teilansicht des Stators nach 1 und 2 im Querschnitt.
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Die Statorzähne 8 und die Statornuten 9 des Statorkörpers 6 sind an einer dem Innenrotor 3.2 zugewandten Statorinnenseite 6.2 des Statorkörpers 6 ausgebildet.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Statorzähne 8 und die Statornuten 9 des Statorkörpers 6 zusätzlich an einer dem Innenrotor 3.2 abgewandten Statoraußenseite 6.1 ausgebildet sind, ein mit dem Innenrotor 3.2 gekoppelter Außenrotor 3.1 vorgesehen ist und der Stator 5 in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 2 zwischen dem Außenrotor 3.1 und dem Innenrotor 3.2 angeordnet ist. Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in jeder Statornut 9 der Statorinnenseite 6.2 und der Statoraußenseite 6.1 nur ein einziger in axialer Richtung durch die jeweilige Statornut 9 durchgehender elektrischer Leiter der Statorwicklung 7 angeordnet ist, wobei der einzige elektrische Leiter pro Statornut 9 jeweils durch zwei der Leiterschenkel 18 gebildet ist, die nach 4 über eine stoffschlüssige Fügeverbindung 36, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, innerhalb der jeweiligen Statornut 9 miteinander gefügt sind.
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4 zeigt eine Teilansicht einer Statoraußenseite des Stators nach 1 bis 3 mit erfindungsgemäßen stoffschlüssigen Fügeverbindungen 36.
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Die beiden Leiterschenkel 18 der jeweiligen stoffschlüssigen Fügeverbindung 36 haben an einem Stoß einander zugewandte Fügeflächen 37 zur Herstellung der jeweiligen Fügeverbindung 36. Die Fügeflächen 37 der Leiterschenkel 18 der jeweiligen Fügeverbindung 36 sind erfindungsgemäß eben ausgebildet und reichen im eingebauten Zustand in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 2 gesehen jeweils von einer radial äußeren Seite des jeweiligen Leiterschenkels 18 durchgängig zu einer gegenüberliegenden radial inneren Seite desselben Leiterschenkels 18. Die Leiterschenkel 18 der jeweiligen Fügeverbindung 36 können einen bezüglich der Längserstreckung der Leiterschenkel 18 geraden oder schrägen Stoß bilden, beispielsweise einen geraden Blattstoß oder einen schrägen Blattstoß oder einen Gerberstoß. Diese genannten Stoßarten sind begrifflich angelehnt an entsprechende zimmermannmäßige Holzverbindungen. Die Fügeflächen 37 der Leiterschenkel 18 der jeweiligen Fügeverbindung 36 erstrecken sich im eingebauten Zustand jeweils ausschließlich in radialer und axialer Richtung bezüglich der Drehachse 2.
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Die Fügeflächen 37 der jeweiligen Fügeverbindung 36 sind in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse 2 gesehen jeweils beabstandet, beispielsweise parallel, zu den beiden Statorzähnen 8 der jeweiligen Statornut 9, nach dem Ausführungsbeispiel beabstandet zu Zahnköpfen 8.1 der Statorzähne 8. Die Fügeflächen 37 der jeweiligen Fügeverbindung 36 können in der jeweiligen Statornut 9 jeweils beispielsweise in einer Nutmitte 40 bezüglich der Nuterstreckung in Umfangsrichtung liegen, also in einer Mitte zwischen zwei Flanken der die jeweilige Statornut 9 begrenzenden Zahnköpfe 8.1.
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Die Leiterschenkel 18 der jeweiligen Fügeverbindung 36 weisen an dem Stoß jeweils einen in axialer Richtung vorstehenden Vorsprung 39 auf, der durch eine Ausnehmung 40 am jeweiligen Leiterende des jeweiligen Leiterschenkels 18 gebildet ist, wobei bei der jeweiligen Fügeverbindung 36 jeweils der Vorsprung 39 des einen Leiterschenkels 18 in die Ausnehmung 40 des anderen Leiterschenkels 18 hineinreicht.
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Die Ausnehmung 40 des jeweiligen Leiterschenkels 18 der jeweiligen Fügeverbindung 36 ist in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 2 jeweils länger ausgebildet als die Länge, mit der der Vorsprung 39 des anderen Leiterschenkels 18 in axialer Richtung in die Ausnehmung 40 des Leiterschenkels 18 vorsteht, wodurch jeweils ein Ausgleichsspalt 41, also pro Fügeverbindung 36 zwei Ausgleichsspalte 41, gebildet wird bzw. gebildet werden. Die Leiterschenkel 18 der jeweiligen Fügeverbindung 36 sind in axialer Richtung beispielsweise gleich lang ausgeführt und weisen am Stoß beispielsweise identische Leiterenden auf.
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Ein Leiterquerschnitt der Leiterschenkel 18 ist nach 3 hinsichtlich der Fläche und/oder der Form und/oder der Abmessungen korrespondierend, insbesondere passgenau oder mit einer Spielpassung, zum Querschnitt der Statornuten 9 des Statorkörpers 6 ausgebildet. Auf diese Weise können die in der jeweiligen Statornut 9 zu fügenden Leiterschenkel 18, die von gegenüberliegenden Stirnseiten des Statorkörpers 6 in die jeweilige Statornut 9 eingesteckt werden, am Stoß gut zueinander gepaart werden, so dass die Vorsprünge 39 der Leiterschenkel 18 jeweils in die zugehörige Ausnehmung 40 des anderen Leiterschenkels 18 der jeweiligen Fügeverbindung 36 finden.
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Die Statornuten 9 des Statorkörpers 6 können jeweils einen viereckigen, beispielsweise rechteckförmigen, quadratischen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Die elektrischen Leiter der Statorwicklung 7 können jeweils beispielsweise einen viereckigen, insbesondere quadratischen oder rechteckförmigen, Leiterquerschnitt haben. Der einzige elektrische Leiter pro Statornut 9 kann in radialer Richtung gesehen von einem am Statorjoch 11 ausgebildeten Nutgrund 9.1 der jeweiligen Statornut 9 bis zu einer dem einzigen elektrischen Leiter zugewandten Unterseite des jeweiligen Zahnkopfes 8.1 reichen.
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5 zeigt eine dreidimensionale Teilansicht des Stators nach 1 bis 4. 6 zeigt eine zweidimensionale Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wickelkopfes des Stators nach 1 bis 5.
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Beide Wickelköpfe 10 des Stators 5 haben jeweils ringförmige, insbesondere hohlzylinderförmige, Schichten 17 für den Verlauf der elektrischen Leiter der Statorwicklung 7. Nach dem Ausführungsbeispiel weisen die Wickelköpfe 10 jeweils zwei Schichten 17 auf. Die elektrischen Leiter in jeder Schicht 17 des jeweiligen Wickelkopfes 10 sind durch eine Vielzahl von Leiterformabschnitten 20 gebildet.
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Die Leiterformabschnitten 20 verlaufen in derselben Schicht 17 jeweils von einer dem Statorkörper 6 zugewandten unteren Stirnseite 10.1 des Wickelkopfes 10 ausgehend unter demselben Winkel α bezüglich der Statorachse 2 in dieselbe Umfangsrichtung bis an eine dem Statorkörper 6 abgewandte obere Stirnseite 10.2 des Wickelkopfes 10, sind mit jeweils einem Elementabstand 21 zueinander über den gesamten Umfang hintereinander angeordnet und beispielsweise identisch ausgebildet. Nach dem Ausführungsbeispiel ist der Elementabstand 21 zwischen zwei benachbarten Leiterformabschnitten 20 derselben Schicht 17 entlang der Längserstreckung der beiden benachbarten Leiterformabschnitte 20 jeweils im wesentlichen, also im Rahmen von Fertigungstoleranzen, konstant ausgebildet, wobei alle Elementabstände 21 derselben Schicht 17 im wesentlichen gleich groß ausgeführt sind.
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Beispielsweise führen benachbarte Leiterformabschnitte 20 derselben Schicht 17 jeweils zu elektrischen Leitern in benachbarten Statornuten 9 des Statorkörpers 6.
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Die Leiterformabschnitte 20 der beiden Schichten 17 des jeweiligen Wickelkopfes 10 bilden eine rotationssymmetrische, insbesondere hohlzylinderförmige, Kontur des Wickelkopfes 10, die einen Konturquerschnitt aufweist, in dem pro Schicht 17 eine bestimmte Anzahl von übereinander angeordneten Leiterquerschnitten der Leiterformabschnitte 20 vorgesehen ist. Dieser Konturquerschnitt hat eine in radialer Richtung gemessene Wickelkopfbreite BWK und eine in axialer Richtung gemessene Wickelkopfhöhe HWK und ist beispielsweise viereckförmig oder rechteckförmig ausgebildet.
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Es sind Leiterformabschnitte 20 der einen Schicht 17 des Wickelkopfes 10 vorgesehen, die zur Bildung eines Wickelschrittes mit einem Leiterformabschnitt 20 der anderen Schicht 17 desselben Wickelkopfes 10 über einen an der oberen Stirnseite 10.2 des Wickelkopfes 10 angeordneten, in radialer Richtung verlaufenden stabförmigen Leiterverbindungsabschnitt 25 verbunden sind, der eine in radialer Richtung gemessene Länge Lv aufweist, die beispielsweise der Wickelkopfbreite BWK entspricht. Es ist eine Vielzahl der Leiterverbindungsabschnitte 25 entlang dem ringförmigen Verlauf des Wickelkopfes 10 hintereinander angeordnet, wobei zwischen benachbarten Leiterverbindungsabschnitten 25 jeweils ein Verbinderabstand 23 vorgesehen ist, der beispielsweise dem Elementabstand 21 entspricht. Die Leiterstränge der Statorwicklung 7 führen bei jedem Durchgang durch einen der beiden Wickelköpfe 10 einen Schichtwechsel von einer Schicht 17 des Wickelkopfs 10 in die andere Schicht 17 desselben Wickelkopfes 10 und dadurch einen Lagenwechsel von einer der an der Statorinnenseite 6.2 des Stators 5 liegenden Statornuten 9 in eine der an der Statoraußenseite 6.1 liegenden Statornuten 9 oder umgekehrt aus, und zwar mittels eines der Leiterverbindungeabschnitte 25. Auf diese Weise verläuft die Statorwicklung 7 sowohl durch die an der Statorinnenseite 6.2 liegenden Statornuten 9 als auch durch die an der Statoraußenseite 6.1 liegenden Statornuten 9. Die Leiterformabschnitte 20 verlaufen in den beiden Schichten 17 desselben Wickelkopfes 10 in Umfangsrichtung entgegengesetzt. Die Leiterformabschnitte 20 von lagegleichen Schichten 17 (bezüglich radialer Lage, also Außenlage oder Innenlage) unterschiedlicher Wickelköpfe 10 verlaufen ebenfalls in Umfangsrichtung entgegengesetzt.
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7 zeigt eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Wickelkopf des Stators nach 1 bis 6.
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Zwischen den beiden Schichten 17 des Wickelkopfes 10 ist ein Schichtabstand 22 vorgesehen, der beispielsweise dem Elementabstand 21 entspricht.
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8 zeigt eine Ansicht der Statoraußenseite des Stators nach 1 bis 7. 9 zeigt eine Ansicht der Statorinnenseite des im Schnitt dargestellten Stators nach 1 bis 8.
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Die Statorwicklung 7 ist in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 2 in zwei Wicklungsteile 7.1 und 7.2 geteilt, wobei jeder Wicklungsteil 7.1,7.2 einen der beiden Wickelköpfe 10 und eine Vielzahl der Leiterschenkel 18 umfasst, wobei die Leiterschenkel 18 des einen Wicklungsteils 7.1 innerhalb der Statornuten 9 des Statorkörpers 6 mit Leiterschenkeln 18 des anderen Wicklungsteils 7.2 mittels der Fügeverbindungen 36 stoffschlüssig gefügt sind. Die Fügeverbindungen 36 umfassen jeweils einen der Leiterschenkel 18 des einen Wicklungsteils 7.1 und einen der Leiterschenkel 18 des anderen Wicklungsteils 7.2, wobei die beiden Leiterschenkel 18 der jeweiligen Fügeverbindung 36 in axialer Richtung gleich lang ausgebildet sein können und am Stoß identische Leiterenden aufweisen können. Auf diese Weise können die beiden Wicklungsteile 7.1,7.2 aus den gleichen Leiterelementen 26,27 gebildet werden. Die in axialer Richtung gemessene Länge der Leiterschenkel 18 ist jeweils kürzer ausgebildet als die in axialer Richtung gemessene Länge des Statorkörpers 6.
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Jeder Leiterschenkel 18 des ersten Wicklungsteils 7.1 und jeder Leiterschenkel 18 des zweiten Wicklungsteils 7.2 ist Teil eines hairpinförmigen Leiterelementes 26 oder eines Anschluss-Leiterelementes 27 der Statorwicklung 7.
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Die hairpinförmigen Leiterelemente 26 weisen nach 10 jeweils zwei Leiterschenkel 18 zum Einstecken in die Statornuten 9 und einen die beiden Leiterschenkel 18 verbindenden, einen Wickelschritt bildenden Leiterschenkelverbinder 19 auf.
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Die Anschluss-Leiterelemente 27 weisen nach 11 jeweils einen Leiterschenkel 18 zum Einstecken in eine der Statornuten 9, einen Wickelkopfabschnitt 20 zum Anordnen im Wickelkopf 10 und einen aus dem jeweiligen Wickelkopf 10 vorstehenden Anschlussabschnitt 28 zum Anschließen an eine externe Spannungsversorgung auf.
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Die Leiterelemente 26,27 der Statorwicklung 7 können beispielsweise als Gussteile, insbesondere Druckguss- oder Spritzgussteile, oder als vorgeformte, insbesondere vorgeprägte, Drähte ausgeführt sein. Als Leitermaterial für die Leiterelemente 26,27 ist beispielsweise Aluminium oder Kupfer vorgesehen. Die Leiterelemente 26,27 haben eine nicht dargestellte elektrische Isolation, beispielsweise eine Pulverbeschichtung oder eine Lackbeschichtung.
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Die Statorwicklung 7 kann in den Statornuten 9 fixiert sein, beispielsweise durch eine nicht dargestellte elektrisch isolierende Vergussmasse oder ein elektrisch isolierendes Imprägnierharz.
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Die elektrische Maschine 1 kann nach 1 außerdem eine Abtriebswelle 14 haben, mit der der Außenrotor 3.1 und der Innenrotor 3.2 mechanisch gekoppelt sind. Der Außenrotor 3.1 und der Innenrotor 3.2 weisen jeweils beispielsweise ein Rotorblechpaket auf. Der Außenrotor 3.1 ist beispielsweise über einen Außenrotorträger 13 mit der Abtriebswelle 14 gekoppelt, wobei der Außenrotorträger 13 an einer der beiden Stirnseiten des Statorkörpers 6 in radialer Richtung zur Abtriebswelle 14 hin verläuft.
Der Außenrotor 3.1 und der Innenrotor 3.2 können jeweils eine Käfigwicklung aufweisen, um die elektrische Maschine als Asynchronmaschine auszuführen.
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Die elektrische Maschine 1 kann nach 1 weiterhin ein Lagerschild 4 umfassen. Das Lagerschild 4 ist zur Aufnahme eines Drehlagers 12, beispielsweise eines Wälzlagers, zur Lagerung des Rotors 3 vorgesehen und Teil eines Gehäuses 1.1 der elektrischen Maschine 1. Das Gehäuse 1.1 ist beispielsweise zweiteilig ausgebildet und umfasst einen topfförmigen Gehäuseabschnitt und das Lagerschild 4. Am topfförmigen Gehäuseabschnitt ist beispielsweise ein weiteres Lagerschild mit einem weiteren Drehlager zur Lagerung des Rotors 3 vorgesehen.
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Der Statorkörper 6 hat nach 2 und 3 ein ringförmiges Statorjoch 11, von dem ausgehend die Statorzähne 8 in radialer Richtung abragen. Beispielsweise sind die an der Statoraußenseite 6.1 angeordneten Statorzähne 8 in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 2 gesehen jeweils fluchtend zu einem der an der Statorinnenseite 6.2 angeordneten Statorzähne 8 angeordnet. Das Statorjoch 11 hat eine in radialer Richtung gemessene Jochhöhe HJ, die beispielsweise kleiner ausgebildet ist als eine außerhalb der Zahnköpfe 8.1 in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse 2 gemessene Zahnbreite BZ der Statorzähne 8, insbesondere kleiner als ein Dreiviertel, ein Zweidrittel, eine Hälfte, ein Drittel oder ein Viertel der Zahnbreite BZ der Statorzähne 8. Das zumindest eine Statorblechpaket des Statorkörpers 6 umfasst eine Vielzahl von Statorlamellen, die durch ein Fügemittel, beispielsweise einen Klebstoff oder ein Backlack, stoffschlüssig miteinander verbunden sein können.
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Nach dem Ausführungsbeispiel entspricht die Wickelkopfbreite BWK einer in radialer Richtung gemessenen Statorbreite BST des Statorkörpers 6 (1 und 3), wobei der Wickelkopf 10 zu den radial äußersten und radial innersten Kanten der Statorzähne 8 der Statoraußenseite 6.1 bzw. der Statorinnenseite 6.2 bündig ausgebildet ist. Die Leiterformabschnitte 20 der dem Innenrotor 3.2 zugewandten Schicht 17 reichen also in radialer Richtung bis an die innerste Kante der an der Statorinnenseite 6.2 liegenden Zahnköpfe 8.1 und die Leiterformabschnitte 20 der dem Außenrotor 3.1 zugewandten Schicht 17 in radialer Richtung bis an die äußerste Kante der an der Statoraußenseite 6.1 liegenden Zahnköpfe 8.1 des Statorkörpers 6.
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Die Leiterformabschnitte 20 der Wickelköpfe 10 haben jeweils einen rechteckförmigen Leiterquerschnitt mit zwei Breitseiten und zwei Schmalseiten, wobei die Breitseiten von benachbarten Leiterformabschnitten 20 derselben Schicht 17 im Konturquerschnitt der Kontur des Wickelkopfes 10 einander zugewandt sind (1 und 7).
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Einer der beiden Wickelköpfe 10 der Statorwicklung 7 ist nach 1 in zumindest einer Wickelkopfaufnahme 16, insbesondere einer Vertiefung oder einer Nut, des Lagerschildes 4 befestigt, insbesondere eingespannt, eingeklebt oder eingegossen. Die beispielsweise ringförmige Wickelkopfaufnahme 16 des Lagerschildes 4 weist einen Querschnitt zur Aufnahme des Wickelkopfes 10 auf, der zur Abstützung der auf den Statorkörper 6 wirkenden Kräfte korrespondierend, insbesondere passgenau oder mit einer Spielpassung, zum Konturquerschnitt des am Lagerschild 4 befestigten Wickelkopfes 10 ausgebildet ist. Der Wickelkopf 10 reicht mit einer bestimmten Tiefe in die Wickelkopfaufnahme 16 des Lagerschildes 4 hinein.
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Der andere Wickelkopf 10, der dem am Lagerschild 4 befestigten Wickelkopf 10 gegenüberliegt, kann nach 1 über einen Träger 30 an einem als Drehlager ausgebildeten Stützlager 31 abgestützt sein, das auf der Abtriebswelle 14 der Antriebseinrichtung 1 angeordnet ist. Der Träger 30 ist als Loslager ausgebildet, kann also nur in radialer Richtung auf den anderen Wickelkopf 10 wirkende Kräfte abstützen und damit Schwingungen des Statorkörpers 6 verringern oder vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018208321 A1 [0002]
- DE 4023791 A1 [0003]
- JP 2001136606 A2 [0003]
