DE102021108953B3 - Stator einer elektrischen Axialflussmaschine und Axialflussmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Axialflussmaschine sowie die elektrische Axialflussmaschine selbst.Der Stator (10) der Axialflussmaschine (1) umfasst mehrere axial vorstehende Statorzähne (40), wobei mindestens ein Statorzahn (40) mit einer ersten Wicklung (50) umschlungen ist, und diese erste Wicklung (50) auf ihrer radialen Außenseite (53) zumindest bereichsweise von wenigstens einer weiteren Wicklung (60) umgeben ist. Mit dem hier vorgeschlagenen Stator einer Axialflussmaschine sowie mit der mit dem Stator ausgerüsteten Axialflussmaschine werden langlebige Aggregate zur Verfügung gestellt, die eine axial kompakte Größe mit einer hohen Leistung kombinieren.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen Axialflussmaschine gemäß dem Anspruch 1 sowie die elektrische Axialflussmaschine selbst gemäß dem Anspruch 8.
• Der elektrische Antriebsstrang ist nach dem Stand der Technik bekannt. Dieser besteht aus Komponenten zur Energiespeicherung, Energiewandlung und Energieleitung. Zu den Komponenten der Energiewandlung gehören elektrische Maschinen bspw. Axialflussmaschinen. Axialflussmaschinen sind nach dem Stand der Technik in diversen Bauweisen mit einem oder mehreren Statoren und einem oder mehreren Rotoren bekannt.
• Eine elektrische Axialflussmaschine, auch als Transversalflussmaschine bezeichnet, ist ein Motor oder Generator, bei dem der Magnetfluss zwischen einem Rotor und einem Stator parallel zur Drehachse des Rotors realisiert wird. Andere Bezeichnungen für elektrische Axialflussmaschinen sind auch bürstenloser Gleichstrommotor, permanenterregter Synchronmotor oder Scheibenläufermotor.
• Je nach Leistungsbereich bzw. Anwendungsfall ist es oftmals notwendig, in elektrischen Maschinen durch verschiedene Verluste entstehende Wärme durch eine effektive Kühlung abzuführen. Die Kühlung sorgt dafür, dass kritische Temperaturen, welche zu Beschädigungen an Materialien und Komponenten führen könnten, vermieden werden. Darüber hinaus trägt die Kühlung zur Verbesserung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine bei, da insbesondere der ohmsche Widerstand in elektrischen Leitern stark temperaturabhängig ist, wodurch bei höheren Temperaturen die Leistungsverluste zunehmen.
• Die Kühlung einer elektrischen Rotationsmaschine findet dabei üblicherweise weitgehend im Stator statt. Dabei wird Wärme von der Drahtspule an das umgebende Gehäuse bzw. an den Statorkörper selbst und/ oder umgebende Luft abgegeben.
• Insbesondere bei elektrischen Maschinen, welche eine hohe Drehmoment- bzw. Leistungsdichte aufweisen, reicht eine Oberflächenkühlung mit Wärmeabgabe an die umgebende Luft oftmals nicht aus, so dass eine Kühlung durch ein Kühlfluid erforderlich ist. Als Kühlfluide können prinzipiell Öle, Wasser bzw. Wassergemische wie z. B. Wasser-Glykol, aber auch dielektrische Flüssigkeiten zum Einsatz kommen.
• Es ist jedoch auch der Einsatz von gasförmigen Medien, wie zum Beispiel auch Luft, als Kühlmedium nicht ausgeschlossen.
• Dabei besteht üblicherweise auch die Anforderung, dass das Kühlsystem bei geringem finanziellen sowie technologischen Aufwand einen möglichst geringen Bauraumbedarf aufweist und einen optimalen Wärmeübergang gewährleistet.
• Ein geringer axialer Bauraumbedarf ist zudem auch unabhängig oftmals ein zentrales Anforderungskriterium, unabhängig von der realisierten Kühlung.
• Für hohe Leistungsdichten muss die Wicklung einer elektrischen Maschine einen hohen Kupferfüllfaktor aufweisen. Dieser wird üblicherweise realisiert, indem Leiter aus massiven Wicklungsdraht verwendet werden. Diese Art von Wicklungen wird auch als Stabwicklung bezeichnet. Die Leiter werden als Stäbe bezeichnet. Oftmals werden Stäbe von größtenteils rechteckigem Querschnitt gewählt.
• Eine Spule einer Wicklung einer Axialflussmaschine weist eine positive Spulenseite und eine negative, in Umfangsrichtung auf der geometrisch gegenüberliegenden Seite eines Statorzahns angeordnete Spulenseite auf, wobei beide Spulenseiten in dafür vorgesehenen Nuten positioniert sind, die Lücken zwischen den Statorzähnen ausbilden. Als Wicklung einer elektrischen Maschine wird der Zusammenschluss mehrerer Spulen mit definierter Windungszahl bezeichnet. Je Spulenseite einer Wicklung im magnetischen Feld wird eine definierte Spannung induziert. Konzentrierte Stabwicklungen sind nach dem Stand der Technik bekannt. Bei dieser Form der Wicklung werden ein oder mehrere Stäbe unterbrechungsfrei mindestens einmal um den Statorzahn geführt, sodass in jeder Spulenseite eine vorzeichengleiche Spannungsinduktion vorliegt.
• Aus der elektromagnetischen Kopplung zwischen Wicklung und Eisen weiterer Bestandteile der elektrischen Maschine resultieren im Betrieb der elektrischen Maschine wechselnde Kräfte auf die Wicklung, die das Risiko von Verschleiß oder Ermüdungsverhaltens erhöhen.
• Gegebenenfalls sind die Wicklungen mit Statorzähnen verklebt oder verklemmt und/ oder mit einem Epoxidharz vollständig vergossen.
• Bei einigen bekannten Axialflussmaschinen sind die Wicklungen durch eine sehr hohe Anzahl von elektrischen Leitern in Form von dünnen Drähten, die mehrere Statorzähne umschlingen, realisiert.
• Aus der WO 01/11755 A1 ist eine elektrische Axialflussmaschine bekannt, die beidseitig eines Rotors jeweils einen Stator aufweist. Die Statoren weisen wiederum jeweils ein ringförmiges Joch auf, mit sich radial von innen nach außen erstreckenden Nuten, in denen Mehrphasenwicklungen geführt sind.
• Um insbesondere axial kompakte Maschinen zu realisieren ist es notwendig, die Abmessungen der gesamten Maschine sowie die Abmessungen der einzelnen Komponenten zu optimieren bzw. zu minimieren. Gleichzeitig muss aber für die geforderte Leerlaufspannung die gesamte Spannungsinduktion jeder Phase mittels einer passenden Anzahl an Windungen bzw. Spulenseiten in einer passenden elektrischen Verschaltung gewährleistet sein.
• Aus der WO 2013 / 080 720 A1 sind ein Stator einer Axialflussmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Axialflussmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 bekannt.
• Auch die nicht vorveröffentlichte DE 10 2020 114 441 A1 zeigt entsprechende Merkmale.
• Bezüglich weiteren Standes der Technik wird auf HAGEDORN, Jürgen; SELL-LE BLANC, Florian; FLEISCHER, Jürgen: Wickeltechnik, in: Handbuch der Wickeltechnik für hocheffiziente Spulen und Motoren: Ein Beitrag zur Energieeffizienz, Berlin: Springer Vieweg, 2016, Seiten 141 bis 248, ISBN 978-3-662-49210-9, DOI: 10.1007/978-3-662-49210-9_3, URL:
• https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2F978-3-662-49210-9_3.pdf [abgerufen am 2022-02-11], verwiesen.
• Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stator einer Axialflussmaschine sowie eine mit dem Stator ausgerüstete langlebige Axialflussmaschine zur Verfügung zu stellen, die eine axial kompakte Größe mit einer hohen Leistung kombinieren.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator einer Axialflussmaschine gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Axialflussmaschine gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Stators der Axialflussmaschine sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben.
• Die Erfindung betrifft einen Stator einer Axialflussmaschine mit mehreren axial vorstehenden Statorzähne, wobei mindestens ein Statorzahn mit einer ersten Wicklung umschlungen ist, und diese erste Wicklung auf ihrer radialen Außenseite zumindest bereichsweise von wenigstens einer weiteren Wicklung umgeben ist.
• Unter einem Statorzahn ist im Sinne der Erfindung ein axial von einem Statorjoch, welches eine im Wesentlichen zweidimensionale Ausgestaltung aufweist, axial abstehender Vorsprung zu verstehen, der mit einem elektrischen Leiter umwickelt ist, so dass der elektrische Leiter eine Spule ausbildet, dessen Längsachse im Wesentlichen parallel zu einer Drehachse einer mit einem Rotor ausgestatteten Axialflussmaschine verläuft.
• Die Begriffe „radial“, „axial“ und „in Umfangsrichtung“ beziehen sich im Rahmen der hier vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche auf die Wicklung um einen Statorzahn, insofern nicht explizit anders bezeichnet.
• Die jeweilige Wicklung umfasst mehrere Windungen, die mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Steigung um den Statorzahn herumgeführt sind, und damit je Statorzahn eine Spule ausbilden.
• Die erste Wicklung ist dabei unmittelbar benachbart zum Statorzahn ausgeführt, wobei erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen sein soll, dass zwischen der ersten Wicklung und dem Statorzahn noch eine weitere Schicht bzw. ein weiteres Element angeordnet ist, wie zum Beispiel ein Lack oder auch Isoliermaterial.
• An ihrer radialen Außenseite ist die erste Wicklung an ihrem Umfang von der weiteren Wicklung umschlossen. Hinsichtlich der axialen Erstreckungen der beiden Wicklungen kann es Unterschiede zwischen den beiden Wicklungen geben.
• Die aus der ersten Wicklung und einer jeweiligen weiteren Wicklung realisierte Einheit wird auch als Wicklungspaket bezeichnet.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform des Stators sind sämtliche Statorzähne mit einer ersten Wicklung und mit einer weiteren, die jeweilige erste Wicklung umschlingenden Wicklung versehen.
• Die Erfindung schließt des Weiteren nicht aus, dass mehrere weitere Wicklungen in Bezug zu einem jeweiligen Statorzahn angeordnet sind, wobei alle Wicklungen radial ineinander verschachtelt angeordnet sind.
• Die radial ineinander geschachtelte Anordnung von mehreren Wicklungen bzw. Spulen eröffnet die Möglichkeit einer deutlich erhöhten Spannungsinduktion bzw. Anlegen einer Spannung und damit einen höheren Wirkungsgrad. Dies bedingt, dass die mit dem erfindungsgemäßen Rotor ausgestattete Axialflussmaschine axial relativ kurz gebaut werden kann, oder aber bei gleichbleibender axialer Länge mit einer höheren Spannung betrieben werden kann.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die an einem jeweiligen Statorzahn angeordneten Wicklungen elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind.
• Dabei können an einem jeweiligen Statorzahn radial unmittelbar zueinander benachbart angeordnete Wicklungen miteinander mittels jeweils eines Verbindungsabschnitts elektrisch verbunden sein.
• Beispielsweise können dabei die an einem jeweiligen Statorzahn angeordneten Wicklungen eine gleiche Steigung und/ oder eine gleiche Wicklungsrichtung haben.
• Zur Realisierung einer hohen Stromdichte ist erfindungsgemäß des Weiteren vorgesehen, dass die an einem jeweiligen Statorzahn angeordneten Wicklungen stabförmige Längselemente aufweisen, die im Wesentlichen radial in Bezug zur Drehachse einer mit dem Rotor ausgestatteten Axialflussmaschine verlaufen. Derartige stabförmige Längselemente können auch als Stäbe bezeichnet werden.
• In üblicher Ausgestaltung des Rotors verläuft die Drehachse einer mit dem Rotor ausgestatteten Axialschlussmaschine im geometrischen Zentrumsbereich bzw. Mittelpunkt des Rotors.
• Ein jeweiliger Statorzahn umfasst im Wesentlichen senkrecht zur Umfangsrichtung ausgerichtete Seitenflächen. Die stabförmigen Längselemente liegen bei der ersten Wicklung im Wesentlichen an diesen Seitenflächen an. Stabförmige Längselemente von weiteren Wicklungen sind im Wesentlichen parallel zu diesen Seitenflächen ausgerichtet. Beispielsweise kann eine solche Seitenfläche im Wesentlichen eben ausgestaltet sein, sodass dazu parallel verlaufende stabförmige Längselemente im Wesentlichen linear ausgestaltet sind.
• Dabei weist erfindungsgemäß der Querschnitt eines stabförmigen Längselements eine Breite B und eine Dicke D auf, wobei gilt: B/D > 1,5. Zur Anordnung einer großen Anzahl von Windungen in einer Wicklung kann das Verhältnis auch sein: B/D > 2. In einer elektrisch vorteilhaften Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass sich das geometrische Maß mit der größeren Länge, hier also die Breite, radial zur axial verlaufenden Längsachse des Statorzahns erstreckt.
• In alternativer Ausgestaltung ist allerdings auch ein runder Querschnitt des stabförmigen Längselements nicht ausgeschlossen.
• Dabei wird entweder die Gesamtheit mehrerer auf einem Statorzahn angeordneten Wicklungen, also das Wicklungspaket, aus einem durchgängigen Draht bzw. Stabmaterial gefertigt, oder mindestens eine Wicklung auf dem betreffenden Statorzahn aus einem durchgängigen Draht bzw. Stabmaterial gefertigt.
• Zwecks Sicherstellung der notwendigen Positionen der Windungen der Wicklungen kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei der stabförmigen Längselemente wenigstens einer Wicklung aneinander fixiert sind.
• Alternativ oder hinzukommend kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei der stabförmigen Längselemente von unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Wicklungen aneinander fixiert sind.
• Dadurch lässt sich die Wicklung bzw. deren Windungen fixieren und versteifen. Derart können aus der elektromagnetischen Kopplung zwischen Wicklung und Eisen weiterer Bestandteile der elektrischen Maschine im Wechselfeld der elektrischen Maschine erzeugte wechselnde Kräfte sowie thermo-mechanische Spannungen verteilt und derart leichter von den Wicklungen bzw. Windungen ertragen werden.
• Zur Fixierung ist es möglich, die Stäbe der Wicklung oder auch mehrerer Wicklungen durch Verkleben miteinander fest zu verbinden, sodass ein zusammenhängendes Segment entsteht.
• Die Fixierung der stabförmigen Längselemente kann auch durch Verklebung, Verguss und/ oder einen unter Wärme klebenden Backlack realisiert sein, und zwar im Wesentlichen punktuell oder flächig.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Wicklung mittels wenigstens eines Radial-Distanzelements vom Statorzahn beabstandet ist, so dass ein Freiraum zwischen einer radialen Innenseite der ersten Wicklung und dem Statorzahn zwecks Durchströmung mit einem Kühlfluid realisiert ist.
• Die Größe einer vom Radial-Distanzelement an der ersten Wicklung realisierten Anlagefläche kann dabei beispielsweise maximal 1/20 der von der ersten Wicklung gegenüber dem Statorzahn ausgebildeten Innenfläche betragen.
• Der durch das Radial-Distanzelement realisierte Radial-Abstand zwischen der ersten Wicklung und dem Statorzahn beträgt beispielsweise zwischen 0,3 mm und 0,7 mm. Insbesondere kann der Radial-Abstand 0,5 mm bis 0,6 mm betragen.
• Durch diesen Radial-Abstand wird gewährleistet, dass eine direkte Kühlung oder Umspülung der Komponenten mit einem Kühlmittel bei gleichzeitig geringem Bauraum erfolgen kann.
• Dadurch entstehen wesentlich kürzere Wärmepfade mit einem vergleichsweisen geringen thermischen Widerstand, wodurch eine hohe Stromdichte im Wicklungsdraht und damit eine hohe Leistungsdichte, also eine hohe Stromtragfähigkeit der Wicklung, realisierbar ist.
• Zwischen wenigstens zwei stabförmigen Längselementen kann wenigstens ein Axial-Distanzelement angeordnet sein, so dass ein Freiraum zwischen den stabförmigen Längselementen zwecks Durchströmung mit einem Kühlfluid realisiert ist.
• Auch hier kann ein Axial-Abstand, hier realisiert zwischen stabförmigen Längselementen derselben Wicklung, beispielsweise zwischen 0,3 mm und 0,7 mm und insbesondere zwischen 0,5 mm bis 0,6 mm betragen.
• Des Weiteren kann radial zwischen unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Wicklungen wenigstens ein Abstandselement angeordnet sein, so dass ein Freiraum zwischen diesen Wicklungen zwecks Durchströmung mit einem Kühlfluid realisiert ist.
• Auch hier kann der Abstand, diesmal realisiert zwischen stabförmigen Längselementen mehrerer Wicklungen, beispielsweise zwischen 0,3 mm und 0,7 mm und insbesondere zwischen 0,5 mm bis 0,6 mm betragen.
• Wenigstens eines der Axial-Distanzelemente, Radial-Distanzelemente und/ oder Abstandselemente kann dabei auch zur Fixierung der stabförmigen Längselemente aneinander dienen, wobei die Axial-Distanzelemente, Radial-Distanzelemente und/ oder Abstandselemente zur vollständigen oder unterstützenden Fixierung der Wicklungen dienen können.
• Der erfindungsgemäße Stator gewährleistet somit eine direkte Kühlung der Wicklung bzw. Wicklungen über Distanzelemente bzw. Abstandselemente zur Realisierung von Spalten und Räumen in einer Wicklung bzw. zwischen einer Wicklung und angrenzenden Komponenten. Diese Spalten bzw. Räume können von einem Kühlmedium durchströmt werden, wobei der Abstand zwischen wenigstens einem zu kühlenden Element und einer gegenüberliegenden Begrenzung eines jeweiligen Strömungskanals ausreichend groß ist, sodass ausreichend Kühlmedium je Zeiteinheit durch den Strömungskanal hindurchgeleitet werden kann und Wärme von leistungstragenden Komponenten unmittelbar auf das Kühlmedium übertragen und von diesem mittels Konvektion abgeführt werden kann.
• Die Distanzelemente bzw. Abstandselemente sorgen insgesamt dafür, dass die Anzahl und/oder Größe der Flächen von leistungstragenden Komponenten, die von Kühlmedium kontaktiert werden können, im Vergleich zu herkömmlichen Axialflussmaschinen stark erhöht ist, sodass die Kühlung sehr effektiv erfolgen kann.
• Im Falle von mehreren radial ineinander geschachtelt auf einem Statorzahn angeordneten Wicklungen können mehrere oder alle auf diesem Statorzahn angeordneten Wicklungen erfindungsgemäß ausgestaltet und/ oder miteinander verbunden sein.
• Durch die radial geschachtelt angeordneten Wicklungen bzw. Spulen lässt sich bei einer Axialflussmaschine insgesamt eine sehr konzentrierte Spulenanordnung realisieren, mit einer insbesondere für die Leerlaufspannung im sogenannten Eckpunkt notwendigen Anzahl an Spulenseiten.
• In vorteilhafter Ausführungsform umfasst eine jeweilige Wicklung bzw. Spule eine definierte Windungszahl, realisiert durch in einzelne, elektrisch in Reihe verschaltete Stäbe bzw. stabförmige Längselemente, die axial gestapelt vorliegen und somit eine jeweilige Schicht von Leitungselementen auf jeweils einer Seite des Statorzahns ausbilden.
• Die diesbezüglich radial weiter außen angeordnete Spule bzw. Wicklung hüllt die radial innere Spule ein und umfasst in einer weiteren, umhüllenden Schicht weitere in Reihe geschaltete Stäbe bzw. stabförmige Längselemente. Jede umhüllende Spule kann dabei unterschiedlich viele Spulenseiten bzw. stabförmige Längselemente an einer Spulenseite aufweisen.
• Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Axialflussmaschine, welche wenigstens einen erfindungsgemäßen Stator aufweist. Die erfindungsgemäße Axialflussmaschine kann axial beidseitig eines Rotors jeweils einen Stator aufweisen, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist.
• Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
• 1: eine Axialflussmaschine in perspektivischer Ansicht,
• 2: eine Axialflussmaschine in Explosionsdarstellung,
• 3: einen Stator der Axialflussmaschine in perspektivischer Ansicht,
• 4: ein Wicklungspaket in Draufsicht,
• 5: das Wicklungspaket in perspektivischer Ansicht,
• 6: das Wicklungspaket in Schnittansicht entlang des in 4 dargestellten Schnittverlaufes C-C,
• 7: einen vergrößerten Ausschnitt aus 6,
• 8: einen Statorzahn mit darauf angeordnetem Wicklungspaket in Schnittansicht, und
• 9: einen vergrößerten Ausschnitt aus 8.
• Zunächst wird der allgemeine Aufbau einer Axialflussmaschine 1 anhand der 1 und 2 erläutert.
• Die in den 1 und 2 dargestellte Axialflussmaschine 1 umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform als Stator 10 zwei Statorhälften 11, zwischen denen axial der bezüglich der Statorhälften 11 um eine Drehachse 21 drehbare Rotor 20 angeordnet ist.
• An wenigstens einer Statorhälfte 11 sind in der hier dargestellten Ausführungsform mehrere Kühlmittelanschlüsse 22 sowie ein Steckanschluss 23 für eine steuerungstechnische Verbindung und mehrere Phasen-Anschlüsse 24 angeordnet.
• Wie aus der Explosionsdarstellung in 2 ersichtlich ist, umfasst eine jeweilige Statorhälfte 11 ein sogenanntes Statorjoch 30, welches auch als Statorkern bezeichnet werden kann. Von diesem Statorjoch 30 erstrecken sich im Wesentlichen sternförmig angeordnete Statorzähne 40 in axialer Richtung.
• Wie ebenfalls aus der Explosionsdarstellung in 2 ersichtlich ist, umfasst eine jeweilige Statorhälfte 11 des Weiteren der Anzahl der Statorzähne 40 entsprechend viele Wicklungspakete 43. Jedem Statorzahn 40 ist ein Wicklungspaket 43 zugeordnet. An der in 2 rechts dargestellten Statorhälfte 11 sind von diesen Wicklungspaketen 43 lediglich die ersten Anschlüsse 56 ersichtlich.
• Diese ersten Anschlüsse 56, die im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Axialflussmaschine verlaufen, verbinden axial gegenüberliegende Wicklungspakete 43 miteinander.
• 3 zeigt das Statorjoch 30 einer Statorhälfte 11 in perspektivischer Ansicht.
• Deutlich sind hier die axial vorstehenden Statorzähne 40 ersichtlich. Zwischen Seitenflächen 41 eines jeweiligen Statorzahns 40 sind Nuten 42 ausgebildet. Diese Nuten 42 dienen zur Aufnahme von stabförmigen Längselementen 72, wie sie in 6 angedeutet sind, eines jeweiligen Wicklungspakets 43, wie es beispielhaft ebenfalls in 3 gezeigt ist.
• Ein solches Wicklungspaket 43 ist in den 4 und 5 in unterschiedlichen Ansichten gezeigt.
• Das Wicklungspaket 43 umfasst eine erste Wicklung, die auch als erste Spule bezeichnet werden kann. Die erste Wicklung 50 ist radial umgeben von einer weiteren Wicklung 60. Einzelne Windungen 54 beider Wicklungen 50,60 weisen die gleiche Steigung und/oder die gleiche Wicklungsrichtung auf.
• Die erste Wicklung 50 umfasst einen ersten Anschluss 56 zur elektrischen Kontaktierung, und die weitere Wicklung 60 umfasst einen zweiten Anschluss 62 zur elektrischen Kontaktierung des Wicklungspakets 43. Zwischen beiden Wicklungen 50,60 ist ein Verbindungsabschnitt 55 zum elektrischen Anschluss der beiden Wicklungen 50,60 aneinander vorgesehen.
• Aus einer Zusammenschau der 3 und 5 ist ersichtlich, dass die Längsachse 51 der ersten Wicklung 50 parallel zur Drehachse 21 der Axialflussmaschine verläuft.
• Eine jeweilige Wicklung 50,60 umfasst mehrere Windungen 54, deren Bestandteile die stabförmigen Längselemente 72 sind, die in den Nuten 42 zu platzieren sind.
• 6 zeigt das Wicklungspaket 43 entlang des in 4 angedeuteten Schnittverlaufes C-C. Hier ist deutlich die schichtweise Anordnung der beiden Wicklungen 50,60 ersichtlich. Es ist erkennbar, dass die radiale Außenseite 52 der ersten Wicklung 50 im Wesentlichen mit der radialen Innenseite 61 der weiteren Wicklung 60 übereinstimmt bzw. an dieser anliegt oder mit einem kleinen Abstand zu dieser beabstandet ist. Das Wicklungspaket 43 sowie auch deren einzelne Wicklungen 50,60 bildet dabei eine erste Spulenseite 70 und eine zweite Spulenseite 71 aus, wobei eine jeweilige Spulenseite 70,71 in einer eigenen Nut 42 verläuft.
• Aus 9 ist ersichtlich, dass die Breite B eines jeweiligen stabförmigen Längselements 72 deutlich größer ist als dessen Dicke D. Durch diese geometrische Ausgestaltung und durch die radiale Verschachtelung der beiden Wicklungen 50,60 lässt sich auf sehr kurzen axialen Raum eine Vielzahl von stabförmigen Längselementen 72 je Statorzahn anordnen, sodass eine vergleichsweise hohe Spannung an die Wicklungen 50,60 und damit an den Stator angelegt bzw. hier induziert werden kann.
• 7 zeigt, dass die einzelnen Windungen 54 der Wicklungen 50,60 mittels einer oder mehrerer Fixierungen 80 aneinander fixiert sein können. Dabei können die unmittelbar benachbart angeordneten Wicklungen 50,60 bzw. deren Windungen 54 zum Beispiel mittels Verklebung aneinander fixiert sein. Diese Fixierung 80 in radialer Richtung bewirkt zudem die Ausbildung eines Abstandselements 110 zur Ausbildung eines radialen Abstandes 111 zwischen den beiden Wicklungen 50,60. Das Abstandselement 110 kann partiell zwischen den beiden Wicklungen 50,60 ausgebildet sein, sodass wenigstens ein Spalt zwischen den beiden Wicklungen 50,60 existiert, der von einem Kühlmittel durchströmt werden kann, zwecks Kühlung der Windungen 54.
• Zudem bildet die Fixierung 80 zwischen einzelnen Windungen 54 der beiden Wicklungen 50,60 auch Axial-Distanzelemente 100 aus, die zwischen den Windungen 54 jeweils einen Axial-Abstand 101 realisieren. Auch ein jeweiliges Axial-Distanzelement 100 kann dabei lediglich partiell zwischen den Windungen 54 ausgebildet sein, um auch hier Spalte bzw. Hohlräume freizulassen, die von einem Kühlmittel zwecks Kühlung der Windungen 54 durchströmt werden können.
• Mit der Fixierung 80 wird gewährleistet, dass die Wicklungen 50,60 bzw. deren Windungen 54 den wirkenden elektromagnetischen Kräften in ausreichender Weise standhalten.
• Die 8 und 9 zeigen das Wicklungspaket 43 auf dem Statorzahn 40 in geschnittener Ansicht. Hier ist ersichtlich, dass zwischen der radialen Innenseite 53 bzw. der Innenfläche 57 der ersten Wicklung 50 und der Außenseite des Statorzahns 40 mehrere im wesentlichen punktförmig ausgebildete Radial-Distanzelemente 90 angeordnet sind. Durch diese Radial-Distanzelemente 90 wird ein Radial-Abstand 91 zwischen der ersten Wicklung 50 und dem Statorzahn 40 realisiert. Dadurch bildet sich ein Freiraum 120 zwischen dem Statorzahn 40 und der ersten Wicklung 50 aus, der von einem Kühlmittel durchflossen werden kann, um somit über Konvektion Wärme von der ersten Wicklung 50 abzuführen.
• Mit dem hier vorgeschlagenen Stator einer Axialflussmaschine sowie mit der mit dem Stator ausgerüsteten Axialflussmaschine werden langlebige Aggregate zur Verfügung gestellt, die eine axial kompakte Größe mit einer hohen Leistung kombinieren.
• Bezugszeichenliste

1

Axialflussmaschine

10

Stator

11

Statorhälfte

20

Rotor

21

Drehachse

22

Kühlmittelanschluss

23

Steckanschluss

24

Phasen-Anschluss

30

Statorjoch

40

Statorzahn

41

Seitenfläche

42

Nut

43

Wicklungspaket

50

erste Wicklung

51

Längsachse

52

radiale Außenseite der ersten Wicklung

53

radiale Innenseite der ersten Wicklung

54

Windung

55

Verbindungsabschnitt

56

erster Anschluss

57

Innenfläche

60

weitere Wicklung

61

radiale Innenseite der weiteren Wicklung

62

zweiter Anschluss

70

Erste Spulenseite

71

Zweite Spulenseite

72

stabförmiges Längselement

80

Fixierung

90

Radial-Distanzelement

91

Radial-Abstand

100

Axial-Distanzelement

101

Axial-Abstand

110

Abstandselement

111

Abstand

120

Freiraum

B

Breite

D

Dicke

Claims (8)

1. Stator (10) einer Axialflussmaschine (1), wobei der Stator mehrere axial vorstehende Statorzähne (40) aufweist, mindestens ein Statorzahn (40) mit einer ersten Wicklung (50) umschlungen ist, und die erste Wicklung (50) auf ihrer radialen Außenseite (53) zumindest bereichsweise von wenigstens einer weiteren Wicklung (60) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die an einem jeweiligen Statorzahn (40) angeordneten Wicklungen (50,60) stabförmige Längselemente (72) aufweisen, die im Wesentlichen radial in Bezug zu einer Drehachse (21) einer mit einem Rotor (20) ausgestatteten Axialflussmaschine verlaufen, und der Querschnitt eines stabförmigen Längselements (72) eine Breite B und eine Dicke D aufweist, wobei gilt: B/D > 1,5.
2. Stator einer Axialflussmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an einem jeweiligen Statorzahn (40) angeordneten Wicklungen (50,60) elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind.
3. Stator einer Axialflussmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem jeweiligen Statorzahn (40) radial unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Wicklungen (50,60) miteinander mittels jeweils eines Verbindungsabschnitts (55) elektrisch verbunden sind.
4. Stator einer Axialflussmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an einem jeweiligen Statorzahn (40) angeordneten Wicklungen (50,60) eine gleiche Steigung und/ oder eine gleiche Wicklungsrichtung haben.
5. Stator einer Axialflussmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der stabförmigen Längselemente (72) wenigstens einer Wicklung (50,60) aneinander fixiert sind.
6. Stator einer Axialflussmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der stabförmigen Längselemente (72) von unmittelbar zueinander benachbart angeordneten Wicklungen (50,60) aneinander fixiert sind.
7. Stator einer Axialflussmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wicklung (50) mittels wenigstens eines Radial-Distanzelements (90) von dem Statorzahn (40) beabstandet ist, so dass ein Freiraum (120) zwischen einer radialen Innenseite (53) der ersten Wicklung (50) und dem Statorzahn (40) zwecks Durchströmung mit einem Kühlfluid realisiert ist.
8. Axialflussmaschine (1), die wenigstens einen Stator (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.

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