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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, einen Rotor für eine elektrische Maschine, ein Nutverschlusselement für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zu Herstellung einer elektrischen Maschine nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen mit einem Stator und einem Rotor bekannt, bei denen der Rotor eine Rotorwelle und eine Mehrzahl von Rotorschenkeln aufweist. Hierbei sind die Rotorschenkel der Mehrzahl von Rotorschenkeln in radialer Richtung der Rotorwelle ausgerichtet. Jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung der Rotorwelle benachbarten Rotorschenkeln ist eine Nut ausgebildet. Darin ist eine dem Rotor zugeordnete Erregerwicklung zumindest teilweise angeordnet.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile
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Die vorliegende Erfindung beschreibt eine elektrische Maschine aufweisend einen Stator und einen Rotor, wobei der Rotor und/oder der Stator Zähne aufweist, wobei die Zähne Wicklungen aufweisen und wobei jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen jeweils eine Nut ausgebildet ist, wobei in der Nut zumindest ein Nutverschlusselement angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass das Nutverschlusselement zumindest eine Führung insbesondere einen Kanal, für ein aushärtbares Medium aufweist, wobei die Führung zumindest einen Einlass und zumindest einen Auslass aufweist und wobei der Auslass an den Wicklungen angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass durch den Wickelprozess entstehende, variable Drahtlagen durch ein einfaches und kostengünstiges Verfahren reproduzierbar fixiert werden können. Die Wicklungen sind somit trotz der auf sie wirkenden Fliehkräfte im Betrieb der elektrischen Maschine eindeutig positioniert und verrutschen nicht. Durch das Nutverschlusselement kann ein überwiegender Anteil des Zwischenraumes abgedeckt werden. Es wird vorteilhaft lediglich eine geringe Menge an aushärtbarem Medium benötigt, wodurch die Kosten erheblich gesenkt werden können. Nach dem Einlegen des Nutverschlusselementes, welches kostengünstig in hohen Stückzahlen gefertigt werden kann, werden die verbleibenden freien Spalte im Bereich der Nut durch das aushärtbare Medium aufgefüllt. Aufgrund der Formunbeständigkeit des aushärtbaren Mediums kann es sich flexibel jeder Drahtlage anpassen. Das Nutverschlusselement kann als Einlegeteil wirken. Das aushärtbare Medium ist in der Lage in kleinste freie Spalte einzudringen. Das aushärtbare Medium kann besonders einfach durch das Nutverschlusselement zugeführt werden. Das Nutverschlusselement ist vorteilhaft in der Lage das adhäsive Medium in den verbleibenden Spalten zu verteilen. Auf diese Weise können Toleranzen und Variationen der Wicklungen besonders vorteilhaft ausgeglichen werden. Das aushärtbare Medium verklebt im ausgehärteten Zustand und bildet eine Stützstruktur für die Wicklungen. Vorteilhaft kann mit einem derartigen Nutverschlusselement zur Führung des aushärtbaren Mediums die Wicklung unter der Fliehkraft in Position gehalten werden. Die Unwucht des Rotors kann vorteilhaft reduziert werden. Die Ausfallwahrscheinlichkeit wird vorteilhaft reduziert. Zusätzlich hierzu kann die Belastung der äußeren Blechlamelle vorteilhaft reduziert werden.
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Dabei soll unter einer elektrischen Maschine insbesondere ein Elektromotor verstanden werden, bevorzugt einen rotativer Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor. Vorteilhaft weist der Rotor und/oder der Stator Wicklungen auf. Die Wicklungen können im Betrieb der elektrischen Maschine ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, insbesondere Drehfeld erzeugen, welches dazu vorgesehen ist, den Rotor in Rotation zu versetzten. Unter einer Axialrichtung soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche sich entlang der Drehachse der elektrischen Maschine bzw. des Rotors erstreckt. Vorzugsweise ist der Rotor als Innenläufer ausgebildet und der Stator entsprechend als Außenstator.
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Darunter, dass zwei Zähne zueinander benachbart sind, soll insbesondere verstanden werden, dass die zwei Zähne in Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, insbesondere, dass kein dritter Zahn existiert, welcher entlang des Umfangs einen geringeren Abstand zu jeden der beiden Zähne aufweist, der geringer ist als der Abstand entlang des Umfangs der beiden Zähne zueinander. Anders formuliert ist zwischen den benachbarten Zähnen entlang des Umfangs kein weiterer Zahn angeordnet. Darunter, dass zwischen zwei Zähnen eine Nut angeordnet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Nut in Umfangsrichtung zwischen den beiden Zähnen angeordnet ist.
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Eine Wicklung, beispielsweise Zahnwicklung oder Sehnenwicklung, wird insbesondere durch einen Leiter bzw. Draht ausgebildet, welcher mindestens einmal, bevorzugt mehrfach um einen Pol gewickelt ist, welcher in einer radialen Richtung der Maschinenkomponente ausgerichtet ist. Bevorzugt weist eine Wicklung einen Kupferleiter bzw. einen Kupferdraht auf. Beispielsweise kann die Wicklung durch zwei unterschiedliche Nuten gewickelt werden. Bevorzugt verläuft eine Windung eines Drahtes einer Wicklung von einer ersten Stirnseite der Maschinenkomponente durch eine erste Nut zur zweiten Stirnseite, anschließend entlang der zweiten Stirnseite zur einer zweiten Nut, dann durch die zweite Nut zurück zur ersten Stirnseite und dann entlang der ersten Stirnseite zurück zur ersten Nut, wo der Umlauf dieser Windung beendet. Anschließend kann der Draht mit dem gleichen Weg um die Maschinenkomponente eine nächste Windung bilden. Typischerweise weist eine Wicklung eine Vielzahl von Windungen auf. Es ist vorgesehen, dass die Wicklung im Betrieb der elektrischen Maschine bestromt wird und ein magnetisches Feld ausbildet. Die Ausrichtung des Pols des magnetischen Feldes kann mit einer radialen Haupterstreckungsrichtung von einem der Zähne zusammenfallen, um welche die Wicklung gewickelt ist.
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Das aushärtbare Medium kann vorzugsweise ein Harz sein. Es ist auch denkbar, dass das aushärtbare Medium einen anderen adhäsiven Werkstoff aufweist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem Nutverschlusselement eine unterstützende Haltestruktur für die Wicklungen verstanden werden. Das Nutverschlusselement ist vorzugsweise im Zwischenraum der Nut angeordnet. Vorzugsweise überdeckt das Nutverschlusselement den Zwischenraum im Wesentlichen zumindest teilweise. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem Zwischenraum einer Nut insbesondere der Raumbereich der Nut zu verstehen, welcher nach Anbringen der Wicklungen innerhalb der Nut noch leer ist. Anders formuliert ist es der Bereich der Nut, in welchem weder die erste Zahnwicklung noch die zweite Zahnwicklung angeordnet ist.
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Das Nutverschlusselement kann vorzugsweise die Nut, insbesondere den radial äußeren Bereich der Nut in Axialrichtung teilweise oder weitgehend vollständig, bevorzugt vollständig abdecken. Bevorzugt kontaktiert das Nutverschlusselement zumindest abschnittsweise - bevorzugt in oder an der ersten Nut - die Wicklungen. Vorzugsweise ist das Nutverschluss als Einlegeelement für den Zwischenraum ausgebildet. Ein Nutverschlusselement der hier zur Rede stehenden Art kann ein Thermoplast oder Duroplast sein. Vorzugsweise wird das Nutverschlusselement spritzgegossen. Es ist auch denkbar, dass Nutverschlusselement zumindest abschnittsweise einen magnetischen Werkstoff aufweist um die Flussführung im Bereich der Nuten zu verbessern.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einer Führung insbesondere ein Bereich an oder innerhalb der Nutverschlusselementes verstanden werden, an oder innerhalb welchem ein aushärtbares Medium in einem noch flüssigen Zustand geleitet wird. Beispielsweise kann der die Führung als Kanal, Ausnehmung oder Bohrung im Nutverschlusselement ausgebildet sein. Der Einlass stellt insbesondere im noch unbefüllten Zustand eine Öffnung dar, durch welche das aushärtbare Medium in das Nutverschlusselement eingeleitet werden kann. Es ist auch denkbar, dass das aushärtbare Medium über eine Zuführung in den Einlass eingeleitet wird. Es ist denkbar, dass das aushärtbare Medium den Einlass im ausgehärteten Zustand zumindest teilweise verschließen kann. Die Zuführung kann beispielsweise durch den Einlass in die Führung eingeschoben werden, sodass das freie Ende der Zuführung innerhalb der Führung angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Führung als Kanal ausgebildet. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein solcher Kanal einen Strömungsdurchmesser von 0.5 bis 5 mm, vorzugsweise im Bereich von 1mm auf. Vorzugsweise erfolgt die Injektion des aushärtbaren Mediums in das Nutverschlusselement mit niedrigem Druck beispielsweise in einem Reaction Injection Moulding (RIM) oder Reinforced Reaction Injection Moulding (RRIM) Prozess. Es ist auch denkbar, während des Befüllens einen Unterdruck durch ein Anlegen eines Vakuums zu erzeigen.
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Darunter, dass sich ein Element weitgehend oder im Wesentlichen in einer Richtung bzw. entlang einer Achse erstreckt, soll insbesondere verstanden werden, dass sich das Element weitgehend parallel zu dieser Richtung bzw. Achse erstreckt. Unter weitgehend parallel bzw. einer weitgehend parallelen Anordnung soll insbesondere um weniger als 8°, bevorzugt weniger als 5°, besonders bevorzugt weniger als 2° abweichend von parallel bzw. von einer parallelen Anordnung verstanden werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Nuten und/oder die Zähne in Umfangsrichtung äquidistant zueinander angeordnet.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Wicklungen in einem Wicklungsraum angeordnet sind, wobei der Auslass kontaktierend am Wicklungsraum anliegt. Auf diese Weise kann das aushärtbare Medium besonders einfach und gezielt an die Wicklungen gebracht werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem Wickelraum ein Bereich des Rotors und/oder Stators zu verstehen, in welchem die Wicklungen nach dem Bewickeln angeordnet sind. Der Wicklungsraum ist dabei in Umfangsrichtung zwischen den Zähnen angeordnet. Der Wicklungsraum liegt an den Zahnschenkeln an. Vorzugsweise erstreckt sich der Wicklungsraum auch im Bereich des Nutgrundes. Vorzugwese weist der Wicklungsraum eine im Wesentlichen V-förmige Kontur auf.
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Vorzugsweise ist zumindest ein Auslass einer Nut zugewandt ausgebildet. Auf diese Weise gelangt das aushärtbare Medium besonders einfach auch an den schwer zugänglichen, radial innenliegenden Nutgrund. Unter einem Nutgrund soll insbesondere der Bereich der Nut verstanden werden, welcher den geringsten Abstand zur Drehachse aufweist. Bevorzugt ist der Nutgrund zumindest abschnittsweise als eine Fläche ausgebildet, auf welcher jede Stelle weitgehend den gleichen Abstand zur Drehachse aufweist. Es ist auch denkbar, dass der Nutgrund zumindest abschnittsweise eben ausgebildet ist, bevorzugt senkrecht zur Radialrichtung des Rotors und/oder Stators angeordnet. Vorzugsweise ist zumindest ein Auslass einem Zahnschenkel eines Zahns zugewandt ausgebildet. Auf diese Weise kann besonders bevorzugt der Wicklungsraum mit den im Wicklungsraum angeordneten Wicklungen in den verbleibenden Spalten mit dem aushärtbaren Medium möglichst gleichmäßig gefüllt werden. Vorzugsweise ist die Auslassgröße und Anordnung an die Größe des anliegenden Wickelraumabschnittes angepasst ausgebildet.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Führung einen Hauptführungsweg aufweist, wobei der Hauptführungsweg mit zumindest zwei Teilführungswegen fluidtechnisch verbunden ist, wobei die Teilführungswege jeweils einen Auslass aufweisen. Vorzugsweise weist der Hauptführungsweg zumindest einen Einlass auf. Vorzugsweise ist der Hauptführungsweg und die Teilführungswege als Öffnung, insbesondere als Kanal, insbesondere als kanalförmiger Durchlass, insbesondere als Bohrung im Nutverschlusselement ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Teilführungswege einen kleineren Strömungsquerschnitt auf als der Hauptführungsweg. Insbesondere kann sich die Kapillarwirkung der Teilführungswege zum Transport des aushärtbaren Mediums an die Wicklungen zu Nutze gemacht werden.
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Unter einem Hauptführungsweg soll insbesondere ein Abschnitt im Nutverschlusselement verstanden werden, welcher beim Injizieren des aushärtbaren Mediums von einem Hauptstrom des aushärtbaren Mediums von einem Einlass zu den Teilströmungswegen durchströmt wird. Unter einem Teilführungsweg soll insbesondere ein Abschnitt im Nutverschlusselement verstanden werden, welcher beim Injizieren des aushärtbaren Mediums von einem Teilstrom des aushärtbaren Mediums vom Hauptführungsweg zu einem Auslass weitgehend durchströmt wird. Dabei ist der Teilstrom des aushärtbaren Mediums ein Teil des durch den Einlass in das Nutverschlusselement einströmenden Gesamtstroms des aushärtbaren Mediums. Vorzugsweise sind die Teilführungswege voneinander getrennt ausgebildet. Darunter, dass zwei Teilführungswege voneinander getrennt sind, soll insbesondere verstanden werden, dass Nutverschlusselement derart ausgebildet ist, dass Injizieren des aushärtbaren Mediums durch den Einlass der erste Teilstrom des ersten Teilführungswegs nicht den zweiten Teilführungsweg durchströmt und dass der zweite Teilstrom des zweiten Teilströmungswegs nicht den ersten Teilströmungsweg durchströmt. Die Teilführungswege sind dabei während dem Befüllen durchströmbar. Wie bereits erwähnt, können im Bereich der Teilführungswege im ausgehärteten Zustand des aushärtbaren Mediums zumindest abschnittsweise Stützstrukturbereiche angeordnet sein, welche den Querschnitt der Führungen verändern und oder verschließen kann. Die beiden Teilführungswege bzw. Teilströme können durch bauliche Elemente Nutverschlusselementes voneinander getrennt sein, beispielsweise durch Trennwände, Hülsen und dergleichen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich der Hauptführungsweg im Wesentlichen in einer Axialrichtung erstreckt. Auf diese Weise kann ein Befüllen beziehungsweise Einspritzen des aushärtbaren Mediums in das Nutverschlusselement besonders einfach erfolgen. Die Verteilung des aushärtbaren Mediums erfolgt innerhalb des Nutverschlusselementes.
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Vorzugsweise ist das Nutverschlusselement im Wesentlichen keilförmig ausgebildet. Somit kann ein robustes und stabiles Nutverschlusselement bereitgestellt werden. Vorzugsweise erstrecken sich die Teilströmungswege jeweils im Wesentlichen in einer Radialebene. So kann der Wicklungsraum unter Ausnutzung der Schwerkraft und der Kapillareffekte besonders einfach befüllt werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Teilführungswege im Wesentlichen in Umfangsrichtung in der Radialebene. Auf diese Weise kann die Zentrifugalkraft beim Einbringen des aushärtbaren Mediums in den Wicklungsraum vorteilhaft genutzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Stützstruktur aus aushärtbarem Medium vorgesehen, wobei die Stützstruktur an Wicklungen und dem Nutverschlusselement kontaktierend anliegt, insbesondere wobei die Stützstruktur an Wicklungen und dem Nutverschlusselement stoffschlüssig verbunden ausgebildet ist, wobei die Stützstruktur vorzugsweise zumindest abschnittsweise in der Führung angeordnet ist. Somit kann ein besonders robustes und stabiles Maschinenelement bereitgestellt werden.
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Bei der Herstellung einer derartigen elektrischen Maschine wird vorzugsweise nach dem Bewickeln der Zähne mit den Wicklungen in einem ersten Schritt das Nutverschlusselement in die Nut eingelegt. Vorzugsweise ist das Nutverschlusselement derart dimensioniert, dass es den Zwischenraum zu einem möglichst großen Anteil überdeckt. Gleichzeitig sollte das Nutverschlusselement beim Einführen die Wicklungen nicht verschieben. Anschließend wird das aushärtbare Medium durch den Einlass in das Nutverschlusselement eingeführt. Das Nutverschlusselement ist derart ausgebildet, dass es über die Führung das aushärtbare Medium zu den Wicklungen transportiert. Das aushärtbare Medium ist vorteilhaft in der Lage verbleibende Freiräume zwischen den Wicklungen und zwischen der Wicklung und einem Nutverschlusselement zu füllen. Nach dem Aushärten bildet das aushärtbare Medium die Stützstruktur. Die Wicklungen sind aufgrund der Stützstruktur vor einem ungewünscheten Verschieben gesperrt. Die Stützstruktur verklebt vorzugsweise die Wicklungen und das Nutverschlusselement.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der elektrischen Maschine dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine.
- 2a eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes eines Rotors gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2b eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes eines Rotors gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 3 eine perspektivische Darstellung eines Nutverschlusselementes gemäß einer Ausführungsform gemäß 2a
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Beschreibung
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In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.
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1 zeigt eine Maschinenkomponente 10 für eine elektrische Maschine. Die Maschinenkomponente 10 ist beispielhaft als Rotor ausgebildet. Die Maschinenkomponente 10 ist bevorzugt weitgehend zylinderförmig ausgebildet, wobei in der fertig montierten elektrischen Maschine die Zylinderachse 20 mit einer Rotationsachse der elektrischen Maschine zusammenfällt. 1 zeigt eine Ansicht auf die Maschinenkomponente 10 entlang der Zylinderachse 20. Die Zylinderachse 20 ist senkrecht zur Bildebene angeordnet. Die Umfangsrichtung 22 und eine beispielhafte Radialrichtung 24 der Maschinenkomponente 10 sind in der Bildebene von 1 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen ist es denkbar, dass die Maschinenkomponente 10 als Stator für eine elektrische Maschine ausgebildet ist.
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Die Maschinenkomponente 10 weist eine Mehrzahl an radial nach außen weisenden Zähnen 12 auf. Ein Zahn 12 erstreckt sich jeweils in Radialrichtung 24 von der Zylinderachse 20 nach außen. Ein Zahn 12 erstreckt sich insbesondere auch entlang der Zylinderachse 20. Beispielhaft weist die Maschinenkomponente 10 acht Zähne 12 auf. Es sind andere Ausführungsformen denkbar, in welchen die Maschinenkomponente 10 eine andere Zahl von Zähnen 12 größer als drei, bevorzugt fünf aufweist. Die Anzahl der Zähne 12 der Maschinenkomponente 10 ist nicht wesentlich.
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Zwischen zwei in Umfangsrichtung der Maschinenkomponente 10 benachbarten Zähnen 12 ist jeweils eine Nut 16 angeordnet. Eine Nut 16 erstreckt sich insbesondere weitgehend parallel zur Zylinderachse 20. Der erste Zahn 12a und der zweite Zahn 12b sind in Umfangsrichtung der Maschinenkomponente 10 zueinander unmittelbar benachbart, insbesondere ist in Umfangsrichtung der Maschinenkomponente 10 kein weiterer Zahn 12 zwischen dem ersten Zahn 12a und dem zweiten Zahn 12b angeordnet. Zwischen dem ersten Zahn 12a und dem zweiten Zahn 12b ist eine erste Nut 16a angeordnet.
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Unter weitgehend parallel bzw. darunter, dass eine erste Achse weitgehend parallel zu einer zweiten Achse angeordnet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die erste Achse mit der zweiten Achse einen Winkel einschließt, der nicht mehr als 8°, vorteilhaft nicht mehr als 5°, besonders vorteilhaft nicht mehr als 2° von 0° abweicht. Ein dritter Zahn 12c weist eine dritte Zahnwicklung 14c auf. Ein vierter Zahn 12d weist eine vierte Zahnwicklung 14d auf. Der dritte Zahn 12c und der vierte Zahn 12d sind in Umfangsrichtung der Maschinenkomponente 10 zueinander benachbart. Zwischen dem zweiten Zahn 12b und dem dritten Zahn 12c ist eine zweite Nut 16b angeordnet.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Rotor 11 darüber hinaus beispielhaft einen optionalen Rotorring 18, der eine Rotorwelle 20 mit der Mehrzahl Zähnen 12 verbindet. Die Zähne 12 erstrecken sich gemäß der in 1 dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, radial nach außen. Bevorzugt handelt es sich bei einer elektrischen Maschine, insbesondere bei einem Elektromotor der hier zur Rede stehenden Art um einen Innenläufer.
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Bevorzugt ist die Mehrzahl Zähnen 12 mit einer zugeordneten Mehrzahl von Wicklungen 14 versehen. Illustrativ ist der Zahn 12a mit einer Wicklung 14a versehen, der Zahn 12b ist mit Wicklung 14b versehen, und der Zahn 12c ist mit einer Wicklung 14c versehen. Durch die Stromführung in der Mehrzahl von Wicklungen 14 wird ein elektromagnetisches Feld erregt, das in einer dem Fachmann bekannten Weise zum Antrieb der elektrischen Maschine 10 genutzt werden kann.
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Vorzugsweise wird die Mehrzahl von Wicklungen 14 über geeignete Isolierkörper von der Mehrzahl von Zähnen 12 isoliert. Geeignete Isolierkörper sind dem Fachmann hinreichend bekannt, so dass hier auf eine genauere Beschreibung verzichtet werden kann. Auch sind die entsprechenden Isolierkörper in den Zeichnungen nicht gesondert gekennzeichnet, da sie als solche nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind.
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Von dieser Mehrzahl von Nuten 16 sind lediglich beispielhaft, zwecks Klarheit und Übersichtlichkeit der Zeichnung, nur die Nuten 16a, 16b mit einem separaten Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Mehrzahl von Nuten 16 ist bevorzugt mit einer Mehrzahl von zugeordneten Nutverschlusselementen 30 verschlossen. Die Mehrzahl von Nutverschlusselementen 30 dient insbesondere zur Fixierung der Mehrzahl von Wicklungen 4 an der Mehrzahl von Zähnen 12. Zwecks Klarheit und Übersichtlichkeit der Zeichnung ist lediglich ein einzelnes Nutverschlusselement separat mit dem Bezugszeichen 30d gekennzeichnet. Dieses Nutverschlusselement 30d dient hierbei zur Fixierung Wicklungen 14d, 14e an den Zähnen12d, 12e.
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Konkret ist in 1 illustrativ ein Ausschnitt 100 der elektrischen Maschine 10 markiert. Dieser Ausschnitt 100 umfasst abschnittsweise Zähne 12d, 12e und die daran vorgesehenen Wicklungen 14d, 14e, sowie die Nut 16d die mit dem beispielhaften Nutverschlusselement 30d im Wesentlichen zumindest teilweise verschlossen ist. Dieser Ausschnitt 100 wird in den nachfolgenden Figuren näher beschrieben, um beispielhaft die verschiedenen Varianten des Nutverschlusselements 30 im Detail zu beschreiben.
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2a zeigt den Ausschnitt 100 einer ersten Nut 16 einer Maschinenkomponente 10. 2a zeigt eine Draufsicht auf einen Schnitt durch die Maschinenkomponente 10 senkrecht zur Axialrichtung 20. Zwischen der Wicklung 14d und der Wicklung 14e ist in der Nut 16 ein Zwischenraum 28 angeordnet. Der Zwischenraum 28 wird für die Bewicklung des der Zähne 12 mit den Wicklungen 14 benötigt, beispielsweise als Wickelgasse zum Einführen einer Wickelnadel beim Bewickeln durch Nadelwickeln. Typischerweise beträgt die benötigte Breite der Wickelgasse in Umfangsrichtung 22 etwa das Fünffache des Drahtdurchmessers der Wicklung 14.In dem in 2a gezeigten Beispiel füllt die Wicklung 14 die Nut 16 zu weitgehend 30% aus. 2b zeigt eine weitere Variante, in welcher die erste Wicklung die Nut 16 zu etwa 30% ausfüllt.
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Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist der Rotor zwei benachbarte Zähne 12d, 12 e auf, welche jeweils mit einer Wicklung 14 bewickelt sind. Zwischen den benachbarten Zähnen ist eine Nut 16 ausgebildet. Die Wicklungen 14 sind im Wesentlichen zumindest teilweise innerhalb der Nut 16 angeordnet. Im bewickelten Zustand verbleibt zwischen den Wicklungen ein Zwischenraum 28. Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist im Zwischenraum 28 ein Nutverschlusselement 30 angeordnet. Das Nutverschlusselement 30 ist vorteilhaft dazu ausgebildet die Wicklungen 14d, 14e jeweils in Umfangsrichtung an den entsprechenden Zahnschenkel 36d, 36e der Zähne 12d, 12e zu positionieren.
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Wie in 2a deutlich zu erkennen ist, nimmt die Nutbreite 32 radial nach außen hin zu. Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform weisen die Zähne 12d, 12e jeweils an ihrem radial außenliegenden, freien Ende einen sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung 22 erstreckenden Polschuh 34d, 34e auf. Die Wicklungen sind im Bereich der Zahnschenkel 36d, 36e angeordnet. Die Nut 16 weist radial innenliegend im Bereich des Trägerrings einen Nutgrund 38 auf. Die Wicklungen 14d, 14e sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bezogen auf die Umfangsrichtung im radialen Überdeckungsbereich der Polschuh 34d, 34e angeordnet. Nach dem Bewickeln der Zähne 12 mit den entsprechenden Wicklungen 14 verbleibt zwischen zwei benachbarten Wicklungen ein Zwischenraum 28. In diesem Zwischenraum 28 ist ein Nutverschlusselement 30 angeordnet.
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Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist das Nutverschlusselement 30 eine im Wesentlichen keilförmige Form auf. Die im Wesentlichen dreieckige Grundfläche des im Wesentlichen keilförmigen Nutverschlusselementes 30 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung 20. Das Nutverschlusselement 30 weist einen ersten Schenkel 40d und einen zweiten Schenkel 40e auf, vorzugsweise sind der erste Schenkel 40d und der zweite Schenkel 40e im Wesentlichen gleich lang. Das im Wesentlichen keilförmige Nutverschlusselement 30 weist radial innenliegend eine Spitze 42 und radial außenliegend eine Basisfläche 44 auf. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Schenkel 40d des Nutverschlusselementes 30 im Wesentlichen parallel zu einem Zahnschenkel 36d ausgerichtet ist. Vorzugsweise überdeckt die Basisfläche 44 die zwischen zwei benachbarten Polschuhen 34d, 34e verbleibende Breite in Umfangsrichtung 22 im Wesentlichen vollständig. Zwischen den Schenkeln 40d, 403 des Nutverschlusselementes 30 und den Zahnschenkeln 36d, 36e der Zähne 12d, 12 sind Wicklungen 14 angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindungen sind zwischen der Spitze 42 des Nutverschlusselementes 30 und dem Nutgrund 38 ebenfalls zumindest teilweise Wicklungen 14 angeordnet.
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Das Nutverschlusselement 30 weist eine Führung 50 auf. Die Führung 50 ist dazu ausgebildet ein aushärtbares Medium 52 insbesondere ein adhäsives Medium, vorzugsweise einen Klebstoff oder ein Harz zu führen. Das aushärtbare Medium 52 fließt als Flüssigkeit durch die Führung 50. Die Führung 50 ist gemäß der in 5 dargestellten Ausführungsform als Durchgang durch das Nutverschlusselement 30 ausgebildet. Die Führung 50 weist zumindest einen Einlass 54 für das Eintreten des aushärtbare Mediums 52 in das Nutverschlusselement 30 und zumindest einen Auslass 56 für das Austreten des aushärtbaren Mediums 52 aus dem Nutverschlusselement 30 auf.
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Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Nutverschlusselement 30 als Hohlkörper ausgebildet. Der Innenraum 58 des Hohlkörpers erstreckt sich entlang der Längsrichtung des Nutverschlusselementes 30. Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Längsrichtung im Wesentlichen in Axialrichtung 20 des elektrischen Antriebes 10. Der Innenraum 58 des Hohlkörpers ist durch die Wandung 60 radial begrenzt. Der Einlass 54 wird durch den Öffnungsquerschnitt des Innenraums 58 einer Seitenfläche 62 des Hohlkörpers gebildet. Das durch den Einlass 54 in das Nutverschlusselement 30 eingeführte, aushärtbare Medium fließt im Wesentlichen in einem Hauptführungsweg 64 in Axialrichtung 20 durch den Innenraum 58 des Nutverschlusselementes 30. Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Hauptführungsweg 64 senkrecht zur Bildebene durch das hohle Nutverschlusselement 30.
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Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist das Nutverschlusselement 30 beispielhaft drei Auslässe 56a, 56b, 56c auf. Die Wicklungen 14 sind in einem Wicklungsraum 70 angeordnet. Der Wicklungsraum 70 wird durch den Rotor 11 und das Nutverschlusselement 30 begrenzt. Aufgrund der Geometrie der Wicklungsdrähte verbleiben im Wicklungsraum 70 zwischen den einzelnen Wicklungen 14 kleine Spalte. In diese Spalte kann das aushärtbare Medium 52, welches durch die Führung 50 des Nutverschlusselementes 30 an die Wicklungen geführt wird, eindringen. Im ausgehärteten Zustand bildet das aushärtbare Medium eine Stützstruktur 72.
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Wie in 2a zu erkennen ist, weist das Nutverschlusselement 30 beispielhaft drei Fluidauslässe 56a, 56b, 56c auf. Der erste Auslass 56a ist an einem ersten Schenkel 40a des Nutverschlusselementes 30 angeordnet, der zweite Auslass 56b an einem zweiten Schenkel 40b des Nutverschlusselementes 30 und der dritte Auslass im Bereich der Spitze 42. Sämtliche Auslässe 56a, 56b, 56c kontaktieren des Wicklungsraum 70. Der Hauptführungsweg 64 ist gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung fluidtechnisch mit drei Teilführungswegen 51a, 51b, 51c verbunden. Jeder der Teilführungswege 65a, 65b, 65c weist einen entsprechenden Auslass 56a, 56b, 56c auf. Das aushärtbare Medium 52 strömt durch den Einlass 54 in das Nutverschlusselement 30 ein und wird durch den Hauptführungsweg 64 durch das Nutverschlusselement 30 zu den Teilführungswegen 65a, 65b, 65c geleitet. Durch die Auslässe 56a, 56b, 56c der Teilführungswegen 65a, 65b, 65c strömt das aushärtbare Medium 52 in den Wicklungsraum 70.
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Vorzugsweise erstrecken sich die Teilführungswegen 65a, 65b, 65c jeweils im Wesentlichen in einer Radialebene. Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Teilführungswegen 65a, 65b, 65c in einer gemeinsamen Radialebene durch die Wandung 60 des Nutverschlusselementes 30. Die Basisfläche 44 des Nutverschlusselementes 30 folgt vorzugsweise im Wesentlichen der Außenkontur der Polschuhe 34d, 34e.
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2b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Nutverschlusselementes 30. Der Wicklungsraum 70 ist im Wesentlichen V-förmig ausgebildet, wobei die Schenkel des Wicklungsraumes 70 in Radialrichtung nach außen an Breite zunehmen. Das Nutverschlusselement 30 ist in der Nut 16 angeordnet. Das Nutverschlusselement 30 liegt im Wesentlichen zumindest teilweise an den Wicklungen 14 an. Das Nutverschlusselement 30 weist hier beispielhaft einen im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt auf. Das Nutverschlusselement 30 weist eine Führung 50 auf. Die Führung 50 weist gemäß der in 2b dargestellten Ausführungsform der Erfindung drei Teilführungswege 65a, 65b, 65c auf. Jeder der Teilführungswege 65a, 65b, 65c weist einen entsprechenden Auslass 56a, 56b, 56c auf. Gemäß der in 2b dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist jeder Teilführungsweg 65a, 65b, 65c ferner einen eigenen Einlass 54a, 54b, 54c auf. Das aushärtbare Medium 52 strömt durch die Einlässe 54a, 54b, 54c in das Nutverschlusselement 30 ein und wird durch den Hauptführungsweg 64 durch das Nutverschlusselement 30 zu den Teilführungswegen 65a, 65b, 65c geleitet. Durch die Auslässe 56a, 56b, 56c der Teilführungswegen 65a, 65b, 65c strömt das aushärtbare Medium 52 in den Wicklungsraum 70.
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Gemäß der in 2b dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Einlässe 54a, 54b, 54c in der radial außenliegenden Basisfläche 40 eingebracht. Die Teilführungswegen 65a, 65b, 65c erstrecken sich in einer Radialebene. Die Teilführungswegen 65a, 65b, 65c sind als separate Kanäle innerhalb des Nutverschlusselementes 30 angeordnet. Befindet sich das aushärtbare Medium in einem flüssigen Zustand, so kann der Teilführungsweg 65a, 65b, 65c vom Fluid durchströmt werden. Im ausgehärteten Zustand verschließt gegebenenfalls das aushärtbare Medium den Strömungsquerschnitt der Teilführungsweg 65a, 65b, 65c im Wesentlichen zumindest teilweise, sodass das Nutverschlusselement 30 stoffschlüssig an den Wicklungen 14 angeordnet ist.
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Um das aushärtbare Medium möglichst gleichmäßig in den Wicklungsraum 70 einzubringen, weist das Nutverschlusselement 30 jeweils einen Auslass 56a, 56b auf, welcher jeweils einem Zahnschenkel 36d, 36e jeweils eines Zahnes 12d, 12e zugewandt ausgebildet ist und einen weiteren Auslass 56c, welcher dem Nutgrund 38 der Nut 16 zugewandt ausgebildet ist.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Nutverschlusselementes 30 aus 2a. Das Nutverschlusselement 30 ist im Wesentlichen keilförmig ausgebildet. Es weist einen Hauptführungsweg 64 durch das Nutverschlusselement auf. Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Hauptführungsweg 64 im Wesentlichen in Längsrichtung des Nutverschlusselementes 30. Das Nutverschlusselement 30 ist zumindest abschnittsweise als Hohlkörper ausgebildet. Das Nutverschlusselement weist an gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Deckfläche 90a, 90b auf. Vorzugsweise erstrecken sich die Deckflächen jeweils im Wesentlichen in einer Radialebene der elektrischen Maschine 10.
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Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist der Hauptführungsweg 64 den Einlass 54 auf. Der Einlass 54 ist in einer Deckfläche 90a des Nutverschlusselementes 30 eingebracht. Der Hauptströmungsweg 64 wird durch Innenraum 58 des Hohlkörpers ausgebildet. Der Hauptströmungsweg ist vorzugweise als Hauptströmungskanal für das aushärtbare Medium ausgebildet. Der Hauptströmungsweg 64 kann im ausgehärteten Zustand des aushärtbaren Mediums vorzugsweise im Wesentlichen, zumindest teilweise mit dem aushärtbaren Medium gefüllt sein.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Hauptströmungsweg 64 im Wesentlichen in Axialrichtung 20. Vorzugsweise entspricht die Axialrichtung 20 im Wesentlichen der Drehachse des Rotors 11. Vorzugsweise ist die zweite Deckfläche 90b im Wesentlichen geschlossen ausgebildet.
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Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist das Nutverschlusselement 30 beispielhaft sechs Auslässe 56a, 56b, 56c, 56d, 56e, 56f 65f auf. Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind in jeder Mantelfläche jeweils eines Schenkel 40a, 40b des Nutverschlusselementes 30 jeweils zwei Auslässe 56a, 56b, 56c, 56d, 56e, 56f angeordnet. Die Auslässe 56a, 56b, 56c, 65d, 65e, 65f jeweils einer Mantelfläche eines Schenkels 40a, 40b sind in Axialrichtung 20 beabstandet zueinander angeordnet. An der Spitze 42 weist das Nutverschluss 30 vorzugsweise zusätzlich zwei Auslässe 56a, 56b, 56c, 56d, 56e, 56f und zwei Teilführungswege 65a, 65b, 65c, 65d, 65e, 65f auf, welche vorzugsweise in Axialrichtung 20 beabstandet zueinander ausgebildet sind.
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Jedem Auslass ist ein Teilführungsweg 65a, 65b, 65c, 65d, 65e, 65f zugeordnet. Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich sämtliche Teilführungsweg 65a, 65b, 65c, 65d, 65e, 65f im Wesentlichen in Radialrichtung. Vorzugweise sind die Teilführungswege 65a, 65b, 65c, 65d, 65e, 65f im Wesentlichen senkrecht zum Hauptführungsweg 64. Der Hauptführungsweg 64 ist fluidtechnisch mit den Teilströmungswegen 65a, 65b, 65c, 65d, 65e, 65f verbunden. Vorzugsweise sind die Teilführungswege 65a, 65b, 65c, 65d, 65e, 65f als Bohrungen in die Wandung 60 des Nutverschlusselementes 30 eingebracht.
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Sämtliche Auslässe 56a, 56b, 56c, 56d, 56e, 56f kontaktieren den Wicklungsraum 70. Das aushärtbare Medium 52 strömt durch den Einlass 54 in das Nutverschlusselement 30 ein und wird durch den Hauptführungsweg 64 durch das Nutverschlusselement 30 zu den Teilführungswegen 65a, 65b, 65c, 65d, 65e, 65f geleitet. Durch die Auslässe 56a, 56b, 56c, 56d, 56e, 56f der Teilführungswegen 65a, 65b, 65c, 65d, 65e, 65f strömt das aushärtbare Medium 52 in den Wicklungsraum 70.
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Das Nutverschlusselement 30 weist in Längsrichtung eine axiale Bauhöhe 94 auf. Vorzugsweise entspricht die axiale Bauhöhe 94 im Wesentlichen der axialen Höhe des Rotors 11. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Nutverschlusselement 30 nur teilweise die Wicklungen in Axialrichtung 20 überdeckt. Es ist auch denkbar, dass in jeder Nut 16 mehrere Nutverschlusselemente 30 angeordnet sind.
