DE102022112127A1 - Stator für eine Elektromaschine mit hybridem Wicklungsdesign - Google Patents

Stator für eine Elektromaschine mit hybridem Wicklungsdesign Download PDF

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Abstract

Ein Stator 2 für eine elektrische Maschine umfasst einen Kern 4 und eine Vielzahl Stableiter, die um eine Rotorachse des Stators radial verteilt sind. Die Stableiter in Gestalt einer Haarnadel erstrecken sich in Längsrichtung einer Rotorachse. Jeweils zwei Stableiter sind als Arme einer Formlitze ausgebildet, deren Endbereiche auf einer gleichen Seite 28 des Kerns ausmünden. Der Stator weist eine Vielzahl Verschaltungsstege 172, 172', 174, 174Iauf, von denen sich jeweils einer zwischen einer ersten Formlitze und einer zweiten Formlitze befindet. Die Herstellung eines Leitungssegments für eine Wicklung sieht vor, dass in einen mittleren Bereich eine Litze aus einzeln isolierten und verdrillten Litzendrähten in eine Litzenkrümmung geformt wird. Die Litze wird in einem zweiten Bereich und in einem dritten Bereich in eine Stableiterform gepresst und beide Endbereich der Formlitzenlängserstreckung werden jeweils mit einem isolatorfreien Ende eines jeweiligen Flachdrahts verpresst und in eine metallisch schlüssige Verbindung verbracht. Ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug weist eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stator 2 und eine Drehmomentübertragungsvorrichtung auf.

Description

  • Die vorliegende Erfindung behandelt einen Stator für eine elektrische Maschine, der einen Kern bzw. Wicklungskern und eine Vielzahl von Stableitern, die jeweils eine Gestalt einer Haarnadel aufweisen, umfasst. Jeweils zwei Stableiter sind als Arme einer Formlitze ausgebildet und die Endbereiche der Arme münden auf einer gleichen Seite des Kerns. Des Weiteren behandelt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Leitungssegments für eine Wicklung, ausgehend von mehreren einzeln isolierten, verdrillten Litzendrähten. Die vorliegende Erfindung behandelt auch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs, die einen Stator umfasst.
  • Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt einen Stator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ein Verfahren zur Herstellung eines Leitungssegments nach dem Oberbegriff von Anspruch 14 sowie einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 15.
  • Technisches Gebiet
  • Eine elektrische Maschine zur Erzeugung eines Drehmoments für einen Fahrzeugantrieb ist zumeist als eine Anordnung eines Rotors und eines äußeren Stators aufgebaut, zwischen denen sich ein Luftspalt befindet. Zur Vereinfachung der Herstellung werden „Wicklungen“ nicht durch Aufwickeln von Einzeldrähten zu Spulen hergestellt, sondern die Spulen werden aus mehreren Drahtelementen gebildet, die aus sog. Feldspulensegmenten zusammengesetzt werden. Mit den Spulen werden, wie beispielsweise in der DE 10 2012 212 870 B4 (Inhaberin: GM Global Technology Operations LLC; Veröffentlichungstag der Patenterteilung: 14.10.2021) beschrieben ist, die Felder für den Antrieb des Rotors generiert. Der Stator ist demnach eine kreisrunde Vorrichtung, die eine Vielzahl radial ausgerichteter Nuten mit darin befindlichen Spulenwicklungen aufweist und die konzentrisch zu einer Rotationsachse des Rotors angeordnet ist. Als Spulenanordnung kann z. B. ein Stator mit drei Phasen und drei Polen neun Paare einander gegenüberliegender Feldspulen aufweisen, die jeweils mit Drahtelementen unterschiedlicher Größe realisiert sein können. Der Stator dient zur Erzeugung eines dynamischen Magnetfelds für den Betrieb einer elektrischen Maschine. Für die Rotoren werden sowohl Anordnungen, die Feldspulensegmente aufweisen, als auch Anordnungen, die mit umfänglich verteilten Permanentmagneten ausgestattet sind, anwendungsspezifisch in Betracht gezogen.
  • Die Ausbildung von Statorwicklungen durch Leiterdrähte mit einer bedeckenden Isolationsschicht, die in die Statornute eigesetzt werden, geht z. B. aus der DE 10 2011 000 172 A1 (Anmelderin: Denso Corporation; Offenlegungstag: 22.09.2011) hervor. Die Wicklungen werden mithilfe von U-förmigen Leiterdraht-Segmenten, die einen rechteckigen Querschnitt haben sollen, gebildet. Zwei Abschnitte dieser Segmente werden in Nuten angeordnet. An den einander überlappenden Endabschnitten der Segmente, die radial nach außen gebogen sind, sollen die Leiterdrähte miteinander verschweißt werden.
  • Die elektrischen Maschinen können in verschiedenen Motor-Getriebe-Anordnungen von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Einige Beispiele solcher Anordnungen sind in der Patentanmeldung DE 10 2021 123 019 A1 (Anmelderin: hofer powertrain innovation GmbH; Offenlegungstag: 10.03.2022) beschrieben. Demnach kann ein Antriebsstrang auch zwei Elektromaschinen, zwei Inverter und zwei Getriebe umfassen, die jeweils in Teilgehäusen untergebracht werden können. Eine solche Anordnung in einem Gesamtgehäuse wird auch als Antriebsblock bezeichnet.
  • Stand der Technik
  • Gemäß der DE 10 2016 123 067 A1 (Anmelderin: Porsche AG; Offenlegungstag: 30.05.2018) soll ein Stator mit Wicklungen aus Stabsegmenten gebildet sein, wobei in jeder Nut vier Stabsegmente angeordnet sind. Eine erste Gruppe von in Reihe geschalteten Stabsegmenten soll einen kleineren Querschnitt haben als eine zweite Gruppe von in Reihe geschalteten Stabsegmenten.
  • Für das Verschalten von Spulen werden gemäß der DE 10 2007 021 321 A1 (Anmelderin: Siemens AG; Offenlegungstag: 13.11.2008) sog. Stromschienen eingesetzt. Bei einem Stator mit mehreren Spulen sollen demnach die Spulen auf einer Seite des Stators miteinander verschaltet sein. Die Enden der Spulen sollen mit Enden von Stromschienen vercrimpt oder verschweißt werden. Damit möchten die Autoren die automatisierte Fertigung verbessern. Die Stromschienen sollen vorzugsweise aus einem Blech gestanzt sein. In ihrem mittleren Bereich sollen die Stromschienen eine Isolierung haben, die als gespritzte Umhüllung ausgebildet sein kann. Als Stromschienen können auch Litzenleitungen oder ein massiver Kupferdraht zum Einsatz kommen. Stromschienen können bogenförmig ausgebildet sein und in einer Radialrichtung nebeneinander liegen.
  • Die DE 11 2019 006 919 T5 (Anmelderin: Mitsubishi Electronic Corporation; Veröffentlichungstag der deutschen Übersetzung: 11.11.2021) und die US 9 419 491 B2 (Inhaberin: Hitachi Metals Ltd.; Veröffentlichungstag: 16.08.2016) beschäftigen sich unter anderem mit Anschlüssen für den Stator.
  • Gemäß der DE 10 2014 214 066 A1 (Anmelderin: Volkswagen Aktiengesellschaft; Offenlegungstag: 21.01.2016) sollen die Verbindungsleiter eines Kopfendes des Stators nach dem Abschluss des Kontaktierens mit einem Isolierstoff, wie einem Gießharz, in einem Vergussrahmen so vergossen werden, dass nur noch äußere Anschlüsse der Verbindungsleiter herausführen.
  • Aus der EP 3 512 075 B1 (Inhaberin: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha; Veröffentlichungstag des Patents: 13.10.2021) geht ein Statoraufbau hervor, bei dem die Spulenwindungen aus U-förmigen oder Chevron-förmigen Segmenten zusammengesetzt und mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgebildet sein sollen. Zwei Segmente sollen mit einem Verbinder aneinander gekoppelt werden. Es wird vorgeschlagen, die Verbindung durch Einstecken in Passungen und Quetschen herzustellen. Damit soll ein Verschweißen überflüssig werden. Der Verbinder kann mit einem isolierenden Film auf seinen äußeren Flächen überzogen sein. Außerdem kann nach einer Ausführungsform der Körper des Verbinders röhrenförmig sein, wobei sich im Inneren ein elastischer oder fluider Leiter befindet. Damit soll eine Flexibilität in einer Axialrichtung ermöglicht werden. Als Spulenmaterial werden flexible Drähte in Betracht gezogen, die als „flexible round wire“ bezeichnet werden.
  • Die US 6,353,198 B1 (Inhaberin: General Electric Company; Veröffentlichungstag: 05.03.2002) beschäftigt sich damit, Bündel von Flachdrähten für eine Statorwicklung mithilfe von einer U-förmigen Brücke, in die die Enden der Bündel eingesteckt werden, zu verschweißen.
  • Weitere Stableiteranordnungen für Statoren sind z. B. in der WO 2020/092 570 A1 (Anmelderin: North Carolina State University; Veröffentlichungstag: 07.05.2020) sowie in der DE 10 2020 130 647 A1 (Anmelderin: Grob GmbH; Offenlegungstag: 07. Januar 2021) beschrieben. Gemäß der DE 10 2020 130 647 A1 sollen Stableiter aus einzelnen Drahtsegmenten gebildet sein, weil sich Litzen als nachteilig bei der Herstellung des Stators herausgestellt hätten.
  • Dennoch erachten manche Entwickler jene vermeintlichen Nachteile nicht als Ausschlusskriterium für die Verwendung von Litzen beim Aufbau eines Stators.
  • In der US 2012/0 212 088 A1 (Anmelderin: Innovative Energy, Inc.; Veröffentlichungstag: 23.08.2012) sind Stableiter in Form von Litzen beschrieben, die sich linear in Längsrichtung der Rotationsachse des Stators erstrecken sollen. An beiden Enden der Litzen sollen Verbinder angeschweißt sein. Die Verbinder sollen sich als Bögen über etwas mehr als 90 ° der Rundung des Stators erstrecken und in verschiedenen Ebenen angeordnet sein.
  • Ein Wicklungskabel für einen Stator, das aus einem Bündel von neun Einzeldrähten besteht, ist in der DE 10 2004 050 824 A1 (Anmelderin: Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki; Offenlegungstag: 25.05.2005) beschrieben. Entsprechend einer Form der Nut des Stators können die Drähte quadratisch oder trapezartig angeordnet sein. Durch eine isolierende Beschichtung des Kabels soll das Einlegen eines Isolationspapiers in jede Nut überflüssig werden. Das Kabel soll in vorbestimmten Abständen gebogen werden, um so eine Wellenform zu bilden. Eine Verbindung von unterschiedlichen Kabeln in einem Spulenkopf zwischen zwei unterschiedlichen Nuten soll durch Löten erfolgen. Es wird außerdem vorgeschlagen, Gruppen der Leitungsdrähte jeweils zu einer Spule zusammenzufassen. Allerdings ist fraglich, ob mehrere nebeneinander geführte Einzeldrähte bereits zutreffend als eine Litze bezeichnet werden können.
  • Litzen können, wie aus der WO 2015/ 162 586 A2 (Anmelderin: Brusa Elektronik AG; Veröffentlichungstag: 29.10.2015) hervorgeht, eine gegen ein Aufdrillen beim Biegen stabile Form dadurch erlangen, dass die Einzeldrähte entlang ihrer Längserstreckung mechanisch miteinander verbunden sind. Außerdem können die Enden der Litze durch Hülsen umschlossen werden. Die Querschnitte einer geraden Formlitze in Längsrichtung sollen über deren gesamte Länge deckungsgleich sein. Nach einem Ausführungsbeispiel gem. 2 soll eine Querschnittsform einer Formlitze einer Trapezform einer Statornut entsprechen. In einer Walzanlage soll eine Litze mit rundem Querschnitt in die gewünschte Rechteck- oder Trapezform gebracht werden können. Um das Einführen eines Endes der Formlitze in die Statornut zu erleichtern, wird vorgeschlagen, zugespitzte Enden an den Formlitzen auszubilden. Nach dem Einführen kann ein Biegevorgang an der Formlitze durchgeführt werden. Hülsen an den Enden der Formlitzen sind auch in der EP 3 051 669 B1 (Inhaberin: Brusa Elektronik AG; Veröffentlichungstag: 22.08.2018) beschrieben.
  • Ein Verfahren, um die Spulenwicklungen ausgehend von einem runden Litzenquerschnitt in eine trapezartige Form zu verbringen, geht aus der EP 2 991 199 A1 (Anmelderin: Mitsubishi Electric Corporation; Veröffentlichungstag: 02.03.2016) hervor. Hierbei sollen mehrere übereinander angeordnete Litzen, die einen runden Querschnitt haben, mit einem Stempel in eine konisch zusammenlaufende Pressform gepresst werden. Anschließend werden die Leiter wieder aus der Form herausgenommen.
  • Ein Stator gemäß der DE 10 2018 131 965 A1 (Anmelderin: ThyssenKrupp AG; Offenlegungstag: 18.06.2020) weist eine Vielzahl von Stableitern und eine Vielzahl von Verschaltungsstegen auf. Die Stableiter können als sog. „Hairpins“ bzw. Haarnadeln oder I-förmig als sog. „I-Pins“ ausgebildet sein. Als Stableiter kommen auch formverpresste und verdrillte Drahtlitzen in Betracht. Die Stableiter sind in Stableitergruppen angeordnet und die Verbindung der Stableiter soll über Verschaltungssteg-Gruppen erfolgen, die in Verschaltungsebenen auf beiden Seiten des Stators angeordnet sein sollen. Es wird vorgeschlagen, dass sich Höhe und Breite der Verschaltungsstege um einen Faktor 1,5 unterscheiden sollen. In weiteren Offenlegungsschriften der gleichen Anmelderin, z. B. DE 10 2017 125 887 A1 (Offenlegungstag: 09.05.2019), DE 10 2018 208 407 A1 (Offenlegungstag: 28.11.2019) sowie DE 10 2018 131 960 A1 (Offenlegungstag: 18.06.2020) werden Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Litzen und von elektrischen Maschinen bzw. Statoren beschrieben. Wärmetauscherabschnitte an den Kopfenden der Formlitzen gehen aus der DE 2018 218 732 A1 (Offenlegungstag: 30.04.2020) hervor.
  • In der WO 2021 250 259 A1 (Anmelderin: Jaguar Land Rover Ltd.; Veröffentlichungstag: 16.12.2021) wird ein Permanentmagnet-Synchronmotor beschrieben, dessen Rotor acht Rotorpole aufweisen soll. Ein zylindrischer Stator mit Nuten in Radialrichtung dient der Aufnahme von Wicklungen und die Leiter der Wicklungen sollen, z. B. in einer Rechteckform verpresst, in den Nuten radial nebeneinander angeordnet sein. Eine Kombination aus Litzendrähten und Drähten mit einem einzelnen Kern sowie eine Kombination aus axialem und radialem Einsetzen in die Nute werden in Betracht gezogen. Als Spulendraht wird eine geformte Litze vorgeschlagen, die eine U-Form, auch als „Hairpin“ bezeichnet, haben kann. Die Verbindung der Segmente kann durch Verschweißen oder Crimpen erfolgen. In jeder Nut sollen mehrere Haupt- und mehrere Nebenleiter angeordnet sein, die sich in ihren Abmessungen in Radialrichtung unterscheiden und die zu unterschiedlichen Spulen, auch als „dual winding configuration“ bezeichnet, verbunden sind. Diese Spulen können für den Motorbetrieb in verschiedenen Konfigurationen mit einem oder mit zwei Invertern verbunden sein.
  • Die zuvor genannten Druckschriften gelten mit ihrer Benennung als vollumfänglich in vorliegende Erfindungsbeschreibung inkorporiert. Hierdurch soll vermieden werden, dass erneut und wiederholt allgemein bekannte Zusammenhänge zwischen Wickelkernen bzw. Blechpaketen und Wicklungen für die Erzeugung magnetischer Felder zum Antrieb eines Rotors mittels Stator und die Übertragung von Drehmoment mittels einer Getriebevorrichtung erörtert werden müssen, sondern die Begriffe wie „Kern“, „Blechpaket“, „Rotor“ und „Antriebsdrehmoment“ sollen durch Verweis auf die Druckschriften als ebenfalls definiert für vorliegende Erfindung angesehen werden dürfen.
  • Aufgabenstellung
  • Für die Elektromobilität werden regelmäßig möglichst kompakte und leistungsstarke Elektromaschinen benötigt. Wünschenswert ist eine Herstellbarkeit qualitativ hochwertiger Komponenten der Elektromaschinen in Großserien. Die Elektromaschinen sollen möglichst auch unter veränderlichen Betriebsbedingungen zuverlässig arbeiten. Besonderes Augenmerk ist hierbei auf einen guten Füllfaktor für Leitermaterial, insbesondere bei den Statorwicklungen, sowie auf möglichst gute elektrische Verbindungen zu legen.
  • Erfindungsbeschreibung
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Stator nach Anspruch 1 gelöst, ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines Leitungssegments, insbesondere für einen Stator, lässt sich Anspruch 14 entnehmen. Ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug geht aus Anspruch 15 hervor. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
  • Ein Stator umfasst einen Kern, der auch als Wicklungskern bezeichnet werden kann. Der Wicklungskern trägt die Spulen des Stators. Besonders vorteilhaft für die Führung bzw. Ausbildung eines Magnetfelds ist ein Kern, der als ein Blechpaket aufgebaut ist. Zu dem Kern gehören zahlreiche Stableiter. Der Kern hat vorzugsweise eine Zylinderform. Genauer gesagt ist der Kern hohlzylinderartig ausgebildet, wobei sich durch ein Zentrum des Kerns eine Rotorachse erstreckt. Die Rotorachse ist eine Symmetrieachse, die durch einen Hohlraum des Stators geht. Die Stableiter sind um die Rotorachse herum in dem Kern angeordnet. Eine radiale Verteilung der Stableiter ergibt sich dadurch, dass mindestens eine zweite Gruppe von Stableitern einen größeren Abstand zur Rotorachse aufweist als eine erste Gruppe von Stableitern. Wird die Anordnung der Stableiter umfänglich betrachtet, können jeweils zwei Stableiter gleichmäßige Abstände voneinander haben. Wenn der Kern als ein Blechpaket ausgebildet ist, sind die Stableiter, vorzugsweise alle Stableiter, in einem Inneren des Blechpakets angeordnet. Ein Aufnahmebereich für Stableiter in dem Blechpaket kann sich, als Nut ausgebildet, von der Rotorachse wegführend in das Blechpaket hinein erstrecken. Die Stableiter sind insbesondere elektrisch isoliert von dem Blechpaket angeordnet. Alle Stableiter erstrecken sich in Längsrichtung bzw. entlang der Rotorachse des Stators. Das Stableiterdesign ist an ein Haarnadeldesign (engl.: „hairpin“) angelehnt. In der Gestalt einer Haarnadel erstrecken sich die Stableiter als kompakte Stäbe, vorzugsweise gerade, durch den Kern hindurch bzw. von einer Stirnseite des Kerns zu einer gegenüberliegenden Stirnseite des Kerns. Die Stableiter sind als Formlitze ausgebildet. Eine Formlitze gehört zu einem Leitungssegment für elektrischen Strom. Das Leitungssegment kann auch als Leitersegment bezeichnet werden. Die Formlitze ist so lang gewählt, dass darauf mindestens zwei Stableiter Platz haben. Ein erster Stableiter ist über einen Bereich der Formlitze mit einem zweiten Stableiter verbunden. Der erste Stableiter ist an dem einen Arm der Formlitze und der zweite Stableiter ist an dem anderen Arm der Formlitze ausgebildet. Jeder Arm einer Formlitze weist einen Endbereich auf. Die Stableiter des Stators sind in einer Weise in dem Kern angeordnet, dass beide an der Formlitze vorhandenen Endbereiche der Arme auf einer gleichen Seite, insbesondere an dergleichen Stirnseite, des Kerns ausmünden.
  • Zu dem Stator gehört auch eine Anzahl von Verschaltungsstegen, wobei vorzugsweise die Anzahl der Verschaltungsstege auf die Anzahl minus eins von Stableitern abgestimmt ist. Ein Verschaltungssteg verbindet zwei Stableiter miteinander. Anders gesagt ist ein Verschaltungssteg ein elektrischer Leiter zur Ausbildung einer elektrischen Verbindung zwischen einer ersten Formlitze und einer zweiten Formlitze. Der Verschaltungssteg erstreckt sich unmittelbar, d. h., ohne zwischengeschalteten Verlustwiderstand, von einem Endbereich einer ersten Formlitze zu einem Endbereich einer zweiten Formlitze. Die Endbereiche gehen jeweils in einen Stableiter über. Besonders vorteilhaft für eine Ausbildung einer Stegverschaltung ist es, wenn Verschaltungsstege zweiteilig aufgebaut sind. Beide Teile eines Verschaltungsstegs können jeweils durch einen Flachdraht realisiert sein. Vorzugsweise bestehen die Flachdrähte aus einem gleichen Metall. Unter einem Flachdraht wird ein elektrischer Leiter verstanden, dessen Höhe bzw. Dicke kleiner ist als seine Breite. Ein Flachdraht kann einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Es ist möglich, Flachdrähte als Bandmaterial oder als gestanzte Blechstreifen bereitzustellen. Jeder Flachdraht weist vorzugsweise eine Drahtlackisolierung auf. Damit ist eine Ausbildung von Kurzschlüssen zwischen zwei Verschaltungsstegen nahezu ausgeschlossen. Die Verschaltungsstege sind außerhalb des Kerns angeordnet. Verschaltungsstege können auch als Verschaltungsbrücken bezeichnet werden.
  • Weil eine Wicklung in einem Stator eine Abfolge von Formlitzen und Verschaltungsstegen im Wechsel aufweist, kann von einem hybriden Wicklungsdesign eines erfindungsgemäßen Stators gesprochen werden.
  • Durch den hybriden Aufbau der Wicklung kann der Stator vergleichsweise einfach gefertigt werden. Elektrisch leitende Verbindungen zwischen Formlitzen im Stator und den Verschaltungsstegen lassen sich in großserientauglichen Fertigungsverfahren, z. B. durch synchron ausgeführte Kontaktierung, zeiteffizient und zuverlässig ausbilden. Mit den Formlitzen kann der Stator ein einen sehr guten Leiter-Füllfaktor für die Stromleitung durch die Wicklungen aufweisen.
  • Die Wicklung bzw. die Wicklungen einer elektrischen Maschine, insbesondere von deren Stator, umfassen mehrere Leitungssegmente. Für die Herstellung eines Leitungssegments kommt eine Litze zum Einsatz. Die Litze besteht aus mehreren Litzendrähten, die auch als Einzeldrähte bezeichnet werden können. Jeder Einzeldraht ist einzeln für sich durch eine Beschichtung isoliert. Eine Beschichtung mit einem dünn aufgetragenen Drahtlack kann ausreichen, um einen möglichen Stromfluss von einem Einzeldraht zu einem parallel sich erstreckenden Einzeldraht zu verhindern. Die Litzendrähte sind vorzugsweise gebündelt nebeneinander angeordnet, wobei eine Verdrillung der einzelnen Litzendrähte miteinander vorliegt. Verdrillte Litzendrähte erstrecken sich im Bündel kurvenförmig nebeneinander. Die verdrillten Litzendrähte erstrecken sich über einen Bereich der Leitungssegment-Längserstreckung hinweg, der als mittlerer Bereich bezeichnet werden kann. Die verdrillten Litzendrähte weisen als Bündel eine Querschnittsform auf, die als eine Rundform bzw. als eine Kreisform bezeichnet werden kann. Die verdrillte Litze ist zumeist gerade über eine gesamte Formlitzenlängserstreckung hinweg. Für die Herstellung des Leitungssegments wird vorteilhaft mindestens eine Biegung der Litze vorgenommen, durch die die Litze in eine gekrümmte Form verbracht wird. Vorzugsweise erstrecken sich die Arme der Litze abseits von der Krümmung linear in eine erste Richtung und in eine zweite entgegengesetzte Richtung. Die Litzenkrümmung in dem ersten, mittleren Bereich des Leitungssegments wird somit von einem zweiten ungekrümmten Bereich und einem dritten ungekrümmten Bereich entlang der Formlitzenlängserstreckung flankiert. In dem zweiten Bereich und in dem dritten Bereich wird die Litze in eine Stableiterform gepresst. Damit wird die Litze zum einen verdichtet. Zum anderen wird die Litze in eine Querschnittsform verbracht, die für eine Einbringung der Litze in eine elektrische Maschine gewünscht ist. Die Stableiterform ist vorzugsweise eine in dem jeweiligen Litzenbereich ausgebildete Linearform des Leitungssegments. Die Formlitzenlängserstreckung geht an beiden Enden in sogenannte Endbereiche über. Die Endbereiche können Fortsetzungen der Stableiterform sein. In den Endbereichen können die Litzendrähte verdrillt sein. Zu der Formlitze werden nun zwei bereitgestellte Flachdrähte hinzugenommen. Beide Flachdrähte weisen jeweils mindestens einen Endbereich auf, an dem sich kein Isolator befindet. Ein Mittenbereich des Flachdrahts ist vorzugsweise ringsum, z. B. mit einer dünnen Drahtlackschicht, isoliert. Jeder Endbereich der Formlitze wird jeweils mit einem isolatorfreien Ende eines Flachdrahts zusammengebracht. Ein Endbereich der Formlitzenlängserstreckung wird zusammen mit dem Endbereich des zugeordneten Flachdrahts überlappend verpresst. Flachdraht und Formlitze werden in einem jeweiligen ersten Endbereich in eine metallisch schlüssige Verbindung verbracht. Ein zweiter Flachdraht wird mit dessen erstem Ende in gleicher Weise mit einem zweiten Endbereich der Formlitzenlängserstreckung verbunden.
  • Durch die Verpressung wird sichergestellt, dass in dem Überlappbereich keine Aufspreizung der Litze aus der Stableiter-Querschnittsform heraus entstehen kann. Die Verbindung kann z. B. durch einen Energieeintrag hergestellt werden. Dabei entsteht über eine Verschmelzung der beiden Teile Formlitze und Flachdraht hinweg eine metallische Leitfähigkeit, die sich vorzugsweise über den gesamten Kontaktbereich der Endbereiche, insbesondere ohne stromleitungshinderliche Einschlüsse, ausbildet.
  • Ein erfindungsgemäßer Stator sowie das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für Leitungssegment sind vorteilhaft in einem Antriebsstrang bzw. für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs einsetzbar. Der Antriebsstrang weist eine elektrische Maschine zur Erzeugung eines Drehmoments auf. Das Drehmoment ist mit einem zumeist ortsfest im Kraftfahrzeug zu verbauenden Stator und einem darin drehbar angeordneten Rotor generierbar. Der Rotor ist vorzugsweise mit einer Magnetanordnung ausgestattet, die aus Permanentmagneten gebildet sein kann. Durch Wechselstromzufuhr können veränderliche Magnetfelder erzeugt werden, durch die eine tangential an dem Rotor ansetzende Kraft eine Drehbewegung des Rotors ermöglicht. Jene Drehbewegung bzw. das zugehörige Drehmoment wird in eine Drehmomentübertragungsvorrichtung eingeleitet. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung kann eine oder mehrere der folgenden Komponenten umfassen: eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, ein Stirnradgetriebe, eine Kupplung, ein Planetengetriebe, eine Bremse und/oder ein Differential. Aus der Drehmomentübertragungsvorrichtung heraus wirkt bei einer geeigneten Stromzufuhr in den Stator ein Drehmoment auf ein Straßenrad (bei einem Einzelradantrieb), oder auf mehrere Straßenräder. Die Energie für den Antrieb wird aus einer wiederaufladbaren Energiequelle des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Der erforderliche elektrische Strom kann der elektrischen Maschine z. B. über eine Leistungselektronik, die einen Inverter umfasst, geregelt zugeführt werden.
  • Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.
  • Die Formlitze erlangt vorzugsweise zumindest bereichsweise ihre Querschnittsform durch eine Formpressung. Durch die Formpressung ist die verdrillte Litze besonders stark verdichtbar. Damit wird ein guter Füllfaktor in einer Nut ermöglicht (Beispielsweise kann an Anteil von 0,5 bis 0,95 des Nutvolumens von Leiter-Material ausgefüllt sein). Durch Formpressung können entlang einer Litzenlängserstreckung drei Litzensegmente ausgebildet sein. Die Litzensegmente sind Bereiche, in denen der Litze eine, insbesondere zu einem angrenzenden Bereich unterschiedliche, geometrische Querschnittsform zugefügt wurde. Vorzugsweise sind mindestens sieben Litzensegmente formgepresst. Es ist vorteilhaft, wenn ein Litzenquerschnitt entlang der Litzenlängserstreckung für zwei der formgepressten, vorzugsweise voneinander beabstandeten, Litzensegmente, die sich vorzugsweise jeweils linear erstrecken und als Stableiter dienen, eine unterschiedliche Querschnittsform aufweisen. Ein Litzenquerschnitt von zwei Litzensegmenten, die insbesondere an die Stableiter anschließen, kann zueinander gleich gestaltet sein. Diese Litzensegmente können paarweise eine gleiche Länge haben. Zwischen zwei Litzensegmenten mit gleichem Litzenquerschnitt befindet sich vorzugsweise ein unverpresster Litzenbereich. Ein unverpresster Litzenbereich ist im Vergleich zur formgepressten Litze leichter biegbar.
  • Die beiden von einer Formlitze gebildeten bzw. einer Formlitze eingeprägten Stableiter haben vorzugsweise eine gleiche Länge. Die Länge des Stableiters ist entsprechend einer Längserstreckung des Kerns bzw. des Blechpakets entlang der Rotorachse gewählt. Anders gesagt, können die Stableiter um wenige Millimeter (z. B. 5 mm) über den Kern hinausragen. Vorzugsweise ragt (nur) ein jeweiliger Kompaktierungsbereich der Formlitzen über den Kern hinaus.
  • Auf die Formlitze ist eine Isolatorschicht aufbringbar. Eine Ummantelung der Formlitze mit einem Isolatormaterial stellt sicher, dass keine Ströme von der Formlitze auf den Kern abfließen können. Die Isolatorschicht kann sich über den gesamten Stableiter erstrecken. Es ist auch möglich, eine Isolatorschicht vorzusehen, die die Formlitze in ihrer Gesamtlänge abdeckt.
  • In der Formlitze sind mehrere Einzeldrähte nebeneinander angeordnet. Die Einzeldrähte sind zueinander verdreht. Die Einzeldrähte erstrecken sich in der Formlitze von einem ersten Litzenende zu einem zweiten Litzenende. Eine Verdrillung der Litzendrähte wird vorzugsweise mit einer Schlaglänge erstellt bzw. bereitgestellt. Bei einer Verdrillung mit einer Schlaglänge kann von einer 360 °-Verdrillung gesprochen werden. Zwischen erstem Litzenende und zweitem Litzenende macht die Verdrillung vorzugsweise ein ganzzahliges vielfaches einer Schlaglänge aus. Zwischen den beiden Endbereichen der Formlitze und einem jeweiligen Endbereich des an die Formlitze angeschlossenen Flachdrahts ist vorzugsweise ein Überlappbereich jener beiden elektrischen Leiter vorhanden. Ein Überlappbereich kann z. B. eine vorgegebene Länge auf der Litzenlängserstreckung betragen, die in einem Bereich von 4 mm bis 20 mm liegt Der Überlappbereich liegt entlang der Litzenlängserstreckung in einem Endbereich der Litze. Durch den Überlapp wird eine bessere Kontaktbildung ermöglicht.
  • Ein erstes Ende der Formlitze gehört zu einem Kompaktierungssegment der Formlitze. An einem zweiten Ende der Formlitze befindet sich ein zweites Kompaktierungssegment der Formlitze. Das erste Kompaktierungssegment ist mit einem ersten Flachdraht verbunden. Das zweite Kompaktierungssegment ist mit einem Flachdraht verbunden. Die Verbindung zwischen einem Kompaktierungssegment und einem Flachdrahtendbereich erfolgt jeweils mithilfe einer Formpressung. Vorzugsweise ist zumindest der dem Kompaktierungssegment zugeordnete Endbereich des jeweiligen Flachdrahts drahtlackfrei. Eine elektrisch leitende Verbindung kann z. B. durch Löten, Schweißen oder Krimpen erstellt werden. Bei der Kompaktierung wird über jeweilige Segmentkontaktflächen ein elektrisch leitender Übergang von allen Einzeldrähten zum Flachdraht geschaffen.
  • Die Formlitze weist mehrere querschnittsgeformte Litzensegemente auf. An jedem querschnittsgeformten Litzensegment der Formlitze wurde die Litze einer Formpressung unterzogen. Möglich ist eine Formpressung mittels Walze. Vorzugsweise erfolgt, aufgrund unterschiedlicher an einer Litze zu formender Querschnitte eine Formgebung in einer Pressform. Die Pressform gibt die Querschnittsform vor. Einzeldrähte werden kollektiv gleichzeitig umgerückt. Alle Litzensegmente können insbesondere gleichzeitig durch Formpressung in ihre jeweilige Querschnittsform verbracht werden.
  • In jedem Litzensegment befindet sich eine gleiche Anzahl von Einzeldrähten. Es ergibt sich eine in etwa gleiche Litzenquerschnittsflächengröße durch die Formpressung. Anders gesagt, weist jedes querschnittsgeformte Litzensegment eine gleiche Leiterquerschnittsgröße auf. Die vorgegebene Litzenquerschnittsflächengröße ist vorteilhaft für die Stromleitung.
  • Die in dem Stator vorhandenen Flachdrähte können einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe zugeordnet sein. Flachdrähte der ersten Gruppe haben eine erste Flachdrahtbreite. Flachdrähte der zweiten Gruppe haben eine zweite Flachdrahtbreite. Die Flachdrähte der ersten Gruppe sind jeweils mit einem ersten Ende einer einzelnen, ihnen jeweils zugeordneten Formlitze verbunden. Die Flachdrähte der zweiten Gruppe sind jeweils mit einem zweiten Ende einer einzelnen, ihnen jeweils zugeordneten Formlitze verbunden. Die erste Breite der Flachdrähte in der ersten Gruppe ist kleiner als die zweite Breite der Flachdrähte in der zweiten Gruppe. Die Breite der Flachdrähte ist so gewählt, dass sie schmaler ist als eine Eintrittsöffnung einer Kernnut. Vorzugsweise in jeder Kernnut sitzen jeweils mindestens zwei Stableiterbereiche die zu mindestens zwei Flachdrähten gehören. Die Flachdrähte sind somit vorteilhaft in einer Axialrichtung in die Kernnut einbringbar. Eine Stegverschaltung, d. h. eine Ausbildung eines Verschaltungsstegs ist über zwei Flachdrähte möglich. Vorzugsweise werden abisolierte oder isolationsfreie Endbereiche der Flachdrähte miteinander zu einem Verschaltungssteg verbunden.
  • Das Erstellen einer elektrischen Verbindung kann durch Leserstrahlschweißen oder eine andere Form des Strahlschweißens (z. B. mit einem Ladungsträgerpartikelstrahl) erfolgen. Stegverschaltungen sind besonders widerstandsarme Verbindungen von einer ersten Formlitze zu einer zweiten Formlitze. Die Verbindung entsteht durch Materialschluss, z. B. von Kupfer zu Kupfer.
  • Ein besonders hoher Füllfaktor kann erzielt werden, wenn die Stableiter der Formlitze mit deren Querschnittsfläche an einen Querschnitt eines Aufnahmeraums für den Stableiter in dem Stator angepasst sind. Wenn der Aufnahmeraum eine Trapezform aufweist, insbesondere eine Trapezform den Querschnitt einer Längserstreckung des Aufnahmeraums wiedergibt, ist vorzugsweise eine Formlitze des Stators ebenfalls mit einer Trapezform ausgestattet.
  • Der Querschnitt des ersten Stableiters kann eine erste Trapezform ausfüllen. Der Querschnitt des zweiten Stableiters kann eine zweite Trapezform ausfüllen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide Trapezformen einen gleichen Trapezwinkel aufweisen. Zwei Trapezformen passen noch besser zusammen, wenn eine kleinste Breite der ersten Trapezform und eine größte Breite der zweiten Trapezform etwa übereinstimmen. Ein günstiger Trapezwinkel ergibt sich insbesondere aus dem Radius, dem eine rotorseitige Kerninnenwand folgt und der Anzahl und Breite von Nuten des Kerns. Die erste Trapezform und die zweite Trapezform sind nahezu lückenlos zusammensetzbar. Beide Trapezformen bilden zusammengesetzt eine Trapezhöhe, vorzugsweise entsprechend einer Tiefe der Nut, von der die zweite Trapezform einen größeren Anteil einnehmen kann als die erste Trapezform.
  • Besonders vorteilhaft für einen Zusammenbau des Stators ist es, wenn der Flachdraht über seine Gesamtlänge, zumindest aber über ein Ende Flachdrahts eine maximale Breite aufweist die auf die Breite des Stableiters, auf den der Flachdraht übergeht, abgestimmt ist. Eine maximale Flachdrahtbreite ist vorzugsweise kleiner oder gleich einer Stableiterbreite. Außerdem sollte eine maximale Höhe des Flachdrahts kleiner oder gleich der Höhe seinen angeschlossenen Stableiters sein. Damit sind die Leitungssegmente aus Flachdraht und Formlitze besonders gut in den Kern einführbar.
  • Zwischen den beiden Armen einer Formlitze ist ein Mittenbereich der Formlitze vorhanden, der als ein Abstandshalter von einem Arm zum anderen Arm dient. Anders gesagt, bildet der Mittenbereich eine Brücke zwischen einem ersten Arm und einem zweiten Arm der Formlitze.
  • Der Mittenbereich ist vorzugsweise ein segmentierter Bereich. Die Formlitze weist in dem Mittenbereich mindestens zwei Übergangssegmente auf. Mindestens ein Übergangssegment ist mit einer Querschnittspressform ausgestaltet. Die Segmente im Mittenbereich können auch als Formlitzenkopfsegmente bezeichnet werden. Demnach kann es mindestens drei Formlitzenkopfsegmente geben. Ein Querschnitt des Übergangssegments ist im Wesentlichen rechteckig. Damit ist gesagt, dass von den Einzeldrähten der Formlitze in dem Übergangssegment eine rechteckige Fläche als Querschnittsfläche ausgefüllt ist. Hierbei können aufgrund einer zumeist verwendeten Rundform von Einzeldrähten kleine Zwischenräume zwischen den Einzeldrähten vorhanden sein, die z. B. durch einen Isolationslack und/oder einen Backlack ausgefüllt sein können. Wenn drei Übergangssegmente bzw. drei Formlitzenkopfsegmente an der Formlitze ausgebildet sind, weisen zwei der Segmente bzw. zwei Übergangssegmente vorzugsweise einen gleichen rechteckigen Querschnitt auf. Der rechteckige Querschnitt der Übergangssegmente ist aufgrund der Formpressung über die Länge der Übergangssegmente hinweg gleichförmig.
  • Zwischen den beiden Armen einer Formlitze kann ein Formlitzenkopfbereich ausgebildet sein. Der Formlitzenkopfbereich ist ein Formbereich der Litze, der in einem Wickelkopf des Stators angeordnet ist bzw. in einer Aufbauphase für eine Anordnung im Wickelkopf vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Formlitzenkopfbereich eine (erste) Litzenkrümmung aufweist. Die Krümmung ist mittels Schlaufenformung ausbildbar, z. B. wenn die Schlaufe durch auseinanderziehen der beiden Arme gestreckt wird. Eine derart gebildete Krümmung kann eine Vergrößerung einer Quererstreckung der Formlitze ergeben. In jenem Formlitzenkopfbereich, der sich vorzugsweise in einem Mittenbereich der Formlitze befindet, ist eine Quererstreckung der Formlitze größer als in einem Stableiterbereich. Bei der Schlaufenformung wird die Formlitze bzw. der Formlitzenkopfbereich in eine loopingartige Erstreckung gebracht. Damit entsteht vorzugsweise ein Spurversatz von einem Stableiter zu dem benachbarten Stableiter auf einer Formlitze. Im Bereich der Krümmung des Formlitzenkopfbereichs ist die Formlitze keiner querschnittsbestimmenden Pressung ausgesetzt worden. Damit wird in jenem Formlitzenkopfbereich eine Weichheit der Formlitze gemäß einer Biegbarkeit der verdrillten Litze zumindest bewahrt oder leicht verbessert. Damit kann die Formlitze für eine Positionierung der Stableiter leichter in eine gewünschte (räumliche) 3D-Form gebogen werden. Außerdem wird eine Ausbildung eines flacheren Wickelkopfs ermöglicht.
  • Der Stator ist mit mindestens einer Wicklung zur Stromleitung ausgestattet, wobei ein durchgeleiteter Strom um die Wicklung ein Magnetfeld generiert. Die Wicklung ist von dem Kern des Stators unterstützt. Die Wicklung, die auch als Spule bezeichnet wird, ist aus einer Abfolge von Formlitzen und Verschaltungsstegen gebildet. Eine Formlitze folgt auf einen Verschaltungssteg. Auf einen Verschaltungssteg folgt eine Formlitze. Die Formlitzen im Verbund mit jeweils zwei Flachdrähten sind vorzugsweise gleichzeitig in den Stator einsetzbar. Beide Arme einer Formlitze sind in unterschiedlichen Nuten des Kerns eingesteckt. Ein erster Stableiter einer Formlitze sitzt in einer Nut, vorzugsweise in einem inneren Radialbereich der Nut und ein zweiter Stableiter der gleichen Formlitze sitzt in einer anderen Nut, vorzugsweise in einem äußeren Radialbereich der anderen Nut. Zwischen jenen beiden Nuten können in dem Kern bzw. dem Blechpakt weitere Nuten vorhanden sein, die in einem Wickelkopf von einem oder mehreren Formlitzenkopfsegmenten überbrückt sind. In einem anderen Wickelkopf des Stators sind mehrere Nuten von einem Verschaltungssteg überbrückt.
  • Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.
  • Ein Stator für eine elektrische Maschine kann mit einem Blechpaket ausgestattet sein, in dem eine Mehrzahl von Nuten vorhanden ist. Die Nuten sind vorzugsweise umfänglich gleich verteilt eingearbeitet, z. B. aus den Blechen, die das Blechpaket bilden, gestanzt. Das Blechpaket weist eine hohlzylindrische Grundform auf. Jener Grundform kann ein Außenmantel und ein Innenmantel zugewiesen werden. Der Innenmantel kann auch als Blechpaketinnenwand bezeichnet werden. Die Nuten zweigen über einen Spalt in der (aus einzelnen Blechkanten gebildeten) Blechpaketinnenwand in das Blechpaket hinein ab. Die Nuten erstecken sich vorzugsweise in Längsrichtung entlang des gesamten Blechpakets und können einen rechteckigen Querschnitt oder einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Die hohlzylindrische Form des Blechpakets weist zwei Stirnseiten auf. An einer ersten Stirnseite sitzt ein erster Wickelkopf. Der erste Wickelkopf ist aus bogenförmigen Mittenbereichen einer Vielzahl von Formlitzen gebildet. Die Formlitzen sind haarnadelartig geformt. Hierzu gehören insbesondere jeweils zwei lineare Erstreckungsbereiche, die über einen querverlaufenden Erstreckungsbereich der Formlitze verbunden sind. Ein zweiter Wickelkopf befindet sich an einer zweiten Stirnseite des Blechpakets. Der zweite Wickelkopf dient der Verbindung der Formlitzen insbesondere nach einem vorgegebenen Wicklungsstrukturplan bzw. Verschaltungsplan miteinander. Anders gesagt, weist der erste Wickelkopf vorzugsweise keine Kontaktstellen der Windungen auf, weil sich die Kontaktstellen alle in dem zweiten Wickelkopf befinden.
  • In jeweils einer Nut stecken genau zwei Formlitzen. Beide Formlitzen reichen von dem ersten Wickelkopf bis zu dem zweiten Wickelkopf. Der zweite Wickelkopf umfasst eine Vielzahl von Verschaltungsstegbrücken. Eine Verschaltungsstegbrücke führt von einer ersten Formlitze zu einer zweiten Formlitze. Zwischen einer ersten Formlitze und einer zweiten Formlitze sind auf einer Leitungsstrecke mindestens zwei Kontaktstellen vorhanden. Eine Kontaktstelle ist eine elektrisch leitende Verbindung. Jene Verbindung ist mit mechanischer Stabilität ausgeführt, indem die Verbindung über eine Kontaktfläche vorliegt. Bei den beiden mit einer Verschaltungsstegbrücke gekoppelten Formlitzen handelt es sich um eine Formlitze, die in einer ersten Nut radial näher zur Blechpaketinnenwand hin angeordnet ist. Jene Formlitze ist in der ersten Nut innenliegend. Die andere Formlitze, die zur Verschaltungsstegbrücke gehört, erstreckt sich in einer zweiten Nut. In jener zweiten Nut liegt die Formlitze auf einer von der Blechpaketinnenwand abgewandten Seite der Nut. Es kann auch von einer außenliegenden Formlitze gesprochen werden. Die Blechpaketinnenwand dient dazu, einen Luftspalt zu einem Rotor nach außen hin zu begrenzen.
  • In einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine wird ein Blechpaket bereitgestellt, das eine festvorgegebene Anzahl von Nuten aufweist. Es wird auch eine vorgegebene Anzahl von Formlitzen bereitgestellt. Die Formlitzen sind an ihren beiden Endbereichen jeweils mit einem Verbindungssteg, wie einem Flachdraht, ausgestattet. Ein Verbindungssteg dient der Bereitstellung eines Stromdurchgangs. In einem ersten Formgebungsschritt, der ein Biegeschritt ist, wird ein Mittenbereich der Formlitzen bzw. jeder Formlitze, die dem Statoraufbau dient, in einer Formlitzenebene gekrümmt und damit in eine U-Form verbracht. In einem Fügeschritt werden alle Formlitzen des Stators in einer Blechpaketlängsrichtung mit den Verbindungsstegen voran in die Nuten eingeführt. Das Einführen erfolgt vorzugsweise für alle Formlitzen gleichzeitig. Für ein gemeinsames Einführen können die Formlitzen vorab in ein Einführwerkzeug eingesetzt werden. Alle Formlitzen werden insbesondere nebeneinander bzw. paarweise nebeneinander durch die gesamte Nutenlänge hindurch geschoben, bis deren Verbindungssteg auf einer Seite des zweiten Wickelkopfs von dem Blechpaket absteht. Jeweils zwei Verbindungsstege, die zu unterschiedlichen Formlitzen gehören, werden anschließend zusammengebogen bzw. zu einander (hin) gebogen. Die zusammengebrachten Verbindungsstege gehen einen elektrisch leitenden Zusammenschluss ein, der vorzugsweise durch eine ebenmäßige Form der Verbindungsstege, z. B. unterstützt durch eine Quetschung, ein Lot, ein Hüllband einen Kontaktschuh und/oder eine Einbringung thermischer Energie, zustande kommen kann.
  • Ein Zusammenbau aus einem vorteilhaften, erfindungsgemäßen Stator mit einem bereitgestellten Rotor bildet eine elektrische Maschine, mit der ein Drehmoment für ein Kraftfahrzeug erzeugt werden kann.
  • Es ergibt sich eine besonders kompakte elektrische Maschine.
  • Nachfolgend werden weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.
  • Eine Verschaltung von Leitungssegmenten lässt sich besonders schnell und nahezu fehlerfrei ausführen, wenn ein Windungsbereich des zweiten Wickelkopfes, vorzugsweise der gesamte Wicklungsbereich des zweiten Wickelkopfes, der an die Formlitzensegmente im Blechpaket anschließt, formlitzenfrei ausgebildet ist.
  • Die Verschaltungsstegbrücke ist vorzugsweise aus mindestens zwei Verschaltungsstegabschnitten gebildet. Die Verschaltungsstegabschnitte können einseitig in einer V-Konfiguration oder einer Y-Konfiguration miteinander elektrisch überleitend aneinander befestigt sein. Vorzugsweise haben die Verschaltungsstegbrücken und die Verschaltungsstegabschnitte jeweils einen rechteckigen Querschnitt. Wenn genau zwei Verschaltungsstegabschnitte zwischen zwei Formlitzen vorhanden sind, sind diese Verschaltungsstege an einer Breitseite von deren rechteckigem Querschnitt zur Verschaltungsstegbrücke verbunden.
  • Ein Verschaltungsstegabschnitt weist vorzugsweise über eine gesamte Abschnittlänge eine Breite auf, die kleiner oder gleich einer Breite einer an den Verschaltungsstegabschnitt elektrisch leitend angeschlossenen Formlitze ist. In entsprechender Weise ist vorzugsweise der Verschaltungsstegabschnitt in Bezug auf eine vorgegebene Höhe der angeschlossenen Formlitze ausgebildet. Damit ist sichergestellt, dass der Verschaltungsstegabschnitt durch eine Nut des Blechpakets hindurchführbar ist.
  • Um ein noch besseres Verständnis der Statorverschaltung zu gewinnen, kann eine Perspektive mit Blickrichtung auf einen Mantel des Stators eingenommen werden. Ein erster Verschaltungsstegabschnitt einer ersten Verschaltungsstegbrücke und ein zweiter Verschaltungsstegabschnitt einer zweiten Verschaltungsstegbrücke erscheinen in einer solchen Mantelseitenansicht des Stators als in unterschiedlichen Ebenen angeordnete Verschaltungsstegabschnitte, die in einer gegenseitig kreuzenden Weise übereinander liegen. Damit können die Verschaltungsstege eine besonders kompakte bzw. dichte Anordnung in einem zweiten Wickelkopf ausbilden.
  • Die Formlitze ist vorzugsweise eine in eine Querschnittsform gepresste Litze. Entlang einer Litzenlängserstreckung sind vorzugsweise mehrere Litzensegmente ausgebildet, deren Anzahl insbesondere eine ungerade Zahl wie drei Litzensegmente oder sieben Litzensegmente sein kann. Ein erster Litzenquerschnitt eines Litzensegments unterscheidet sich von einem zweiten Litzenquerschnitt eines benachbarten Litzensegments. Ein Vorteil einer ungeraden Anzahl besteht darin, dass die Litzen zwischen den zwei Formlitzensegmenten im Blechpaket sich besonders gut zusammenlegen lassen. Außerdem kann eine Orientierung jener beiden Formlitzensegmente bei der Statorherstellung besonders präzise eingestellt werden.
  • Der erste Wickelkopf ist von mindestens zwei Formlitzenkopfsegmenten von jeweils einer der mindestens eine Windung ausmachenden Formlitzen des Stators gebildet. Die beiden Formlitzenkopfsegmente weisen einen, vorzugsweise gleichflächigen, rechteckartigen Litzenquerschnitt auf. Eine erste Breitseite einer ersten Formlitze bzw. eines Formlitzenkopfsegmentes ist im Stator einer zweiten Breitseite einer zweiten Formlitze, zu der das andere Formlitzenkopfsegmente gehört, zugewandt.
  • Eine gute Kompaktheit des (ersten) Wickelkopfs ist erzielbar, wenn eine Breite der Breitseite des Formlitzenkopfsegments mindestens das Zweifache einer Höhe der Hochseite des Formlitzenkopfsegments ausmacht.
  • Zwischen zwei Formlitzenkopfsegmenten ist vorzugsweise ein drittes, insbesondere ungepresstes, Formlitzenkopfsegment vorhanden, dessen Litzenerstreckung eine schraubengewindegangartige Krümmung, wie ein Looping, aufweist. Das dritte Formlitzenkopfsegment kann einen Spulenkopf ausbilden wenn es von einer Blechpaketseite aus einen weitesten Abstand von allen Formlitzenkopfsegmenten aufweist. Eine Höhe des dritten Formlitzenkopfsegments kann etwa das 0,8-fache eines Durchmessers der Formlitze in ungepresster Rundform betragen. Insbesondere zwei rechteckige Formlitzekopfsegmente mit einem Verhältnis von Breite zu Höhe von 2,5 oder mehr lassen sich leichter umlegen, wenn sich dazwischen ein drittes Formlitzenkopfsegment befindet.
  • Der Stator weist mindestens eine Wicklung zur Stromleitung auf, die als eine sich wiederholende Sequenz von einer Formlitze und einer Verschaltungsstegbrücke ausgebildet ist. Alle Wicklungen eines Stators können als eine solche Abfolge ausgebildet sein. Jede Wicklung weist vorzugsweise mindestens ein Wicklungsende auf, das als eine Kontaktierungslitze ausgebildet ist Die Kontaktierungslitze dient der Ein- bzw. Ausleitung von elektrischem Strom. Der Stator ist einfach verbaubar, wenn die Kontaktierungslitze in einem elektrischen Steckverbinder oder einen elektrischen Schraubverbinder ausmündet.
  • Die Formlitze kann von einer Verschaltungsstegbrücke bis zur nächsten Verschaltungsstegbrücke von einem Gewebeband oder einem Polyimidband oder einem Fluorethylenpropylenband oder einem Polyethylennaphthalatfilm umwickelt sein. Es ist auch möglich, eine Umwicklung von einer ersten Formlitze zu einer zweiten Formlitze auszubilden. Besonders nützlich ist eine Umwicklung der Formlitze iin dem Bereich, der sich im Blechpaket erstreckt, weil jener Bereich nur schwer vergießbar ist. Die Formlitze kann insbesondere in einem Bereich eines ersten Wickelkopfes auch zusätzlich von einem Drahtlack, wie einem Polyesterimmidlack, oder einem Kunstharz oder einem Epoxy zur Isolation umgossen sein. Ein besonders gut isolierter Stator ist bereitstellbar, wenn auch der zweite Wickelkopf, insbesondere die Verschaltungsstegbrücken, zusätzlich mit einem solchen elektrischen Isolationsmaterial eingegossen sind.
  • Der Stator kann für eine zuverlässige Abgabe einer höheren Motorleistung mit einer Kühlung ausgestattet sein. In den ersten Wickelkopf und/oder in den zweiten Wickelkopf und/oder in das Blechpaket kann zur Kühlung von betriebsbedingter Wärme eine Kühlflüssigkeit geleitet werden. Vorzugsweise ist für eine Durchleitung von Kühlmittel durch den Stator eine Kühlmittelleitung vorgesehen, die an dem Außenmantel angebracht ist. Außerdem kann durch das Blechpaket ein Spaltrohr oder mehrere Spaltrohre führen.
  • Die Wickelköpfe weisen jeweils einen Durchmesser quer zu einer Drehachse bzw. Rotorachse des Stators auf. Ein Durchmesser des ersten Wickelkopfs kann kleiner sein als ein Durchmesser des zweiten Wickelkopfs. Vorzugsweise ist eine Höhe des ersten Wickelkopfs entlang der Drehachse kleiner als eine Höhe des zweiten Wickelkopfs entlang der Drehachse.
  • Ein Stator lässt sich besonders arbeitseffizient herstellen, wenn eine Anzahl der Formlitzen gleich einer Anzahl der Nuten ist. Damit ist eine Anzahl von Teilen, die für einen Stator zusammengebaut werden müssen, gut handhabbar.
  • Bei der Herstellung eines Stators wird vor dem Einführen der Formlitzen ins Blechpaket vorzugsweise ein zweiter Biegeschritt an den Formlitzen ausgeführt. In dem zweiten Biegeschritt wird eine Formlitze, vorzugsweise werden alle Formlitzen in einer Richtung, die aus einer Formlitzenebene herausführt, mit mindestens einer Krümmung im Formlitzenkopfbereich angestellt. Hierbei wird insbesondere ein Spurversatz, den die Formlitze bietet, vergrößert.
  • Besonders vorteilhaft für die Fertigung des Stators ist es, wenn die Formlitzen jeweils mit beiden Verbindungsstegabschnitten einer Formlitze voran in die Nuten des Blechpakets geschoben werden. Ein Verbindungsstegabschnitt kann auch als Verschaltungsstegabschnitt bezeichnet werdenEiner der Verbindungsstegabschnitte kann, insbesondere mittels Bestückungswerkzeug, in eine erste Nut und der andere der Verbindungsstegabschnitte in eine zweite Nut des Stators eingeführt werden. Besonders vorteilhaft für eine weitere Bearbeitung der Verbindungsstegabschnitte ist es, wenn die Verbindungsstegabschnitte so weit eingeschoben werden, bis die in einen Nuteingang eingetretenen Verbindungsstegabschnitte vollständig aus einem Nutausgang ausgetreten sind.
  • In einem Bearbeitungsschritt der Statorherstellung, der nach Wunsch zusätzlich ausführbar ist, kann ein Wickelkopf noch stärker verdichtet werden. Das Verdichten erfolgt vorzugsweise mit einem plattenartigen Verdichtungswerkzeug. Die Formlitzen werden in einem einen Wickelkopf bildenden Mittenbereich der Formlitzen kompaktiert. Durch Anwendung einer Andruckkraft in Richtung der Rotorachse werden die Formlitzen des Stators gemeinsam gegen das Blechpaket gedrückt und damit zum Blechpaket hin gebogen.
  • Eine erste Gruppe von Verbindungsstegabschnitten kann länger sein als eine zweite Gruppe von Verbindungsstegabschnitten. Damit wird Ein Verschränken der Verbindungsstegabschnitte erleichtert. Ein paarweises Verschränken von Verbindungsstegabschnitten, ein Abschnitt aus der ersten Gruppe und ein Abschnitt aus der zweiten Gruppe, erfolgt vorzugsweise gleichzeitig mit einem Verschränkungswerkzeug.
  • Eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den zwei Verbindungsstegabschnitten kann durch eine Energiebehandlung einer Kontaktstelle der Verbindungsstegabschnitte hergestellt werden. Die Verbindung kann durch ein Strahlschweißen erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verschränkungswerkzeug mit einer Strahlschweißvorrichtung ausgestattet ist, damit eine Verbindung an allen Verschweißungsstellen in einem gemeinsamen Herstellungsschritt erzeugt werden kann.
  • Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.
  • Ein Leitungssegment dient vorzugsweise der Herstellung einer Wicklung einer elektrischen Maschine. Das Leitungssegment ist aus metallisch leitenden Segmenten aufgebaut, von denen mindestens zwei Segmente als Abschnitte des Leitungssegments zu unterscheiden sind. Es kann auch von Untersegmenten des Leitungssegments gesprochen werden. Ein erstes Segment bzw. Untersegment weist eine Formlitze auf. Das erste Segment kann aus der Formlitze bestehen. Ein zweites Segment weist einen Flachdraht auf. Das zweite Segment kann aus dem Flachdraht bestehen. Die Formlitze ist aus mehreren miteinander verdrillten Einzeldrähten gebildet. Der Flachdraht kann ein Banddraht sein. Die Formlitze hat einen ersten formgepressten Endbereich. In jenem Endbereich wurde die Formlitze einer Kompaktierung unterzogen. Einzeldrähte der Formlitze sind in dem Endbereich vorzugsweise besonders dicht angeordnet. Es kann auch von einem Kompaktierungssegment bzw. Kompaktierungsuntersegment der Formlitze gesprochen werden. Das Kompaktierungssegment ist von einem Flachdrahtendbereich überlappt. Es kann auch gesagt werden, dass das Kompaktierungssegment durch laterale Aufpressung des Flachdrahtendbereichs auf die Formlitze bzw. auf einen Formlitzenendbereich gebildet ist. Die Formlitze und der Flachdraht liegen mit einem Leitungssegmentwinkel zueinander angeordnet vor. Ein Übergang zwischen Formlitze und Flachdraht erfolgt mit einem Winkel, der aus einem Winkelbereich von 180° bis 100° festgelegt ist. Formlitze und Flachdraht sind fest miteinander verbunden. Der Verbund weist metallische Leitfähigkeit auf. Anders gesagt, kann Strom nahezu widerstandsfrei von der Formlitze in den Flachdraht oder von dem Flachdraht in die Formlitze (z. B. bei zugeführtem Wechselstrom) gelangen.
  • Die Herstellung eines Leitungssegments geht von einer Zusammenführung von einer Formlitze mit mindestens einem Flachdraht aus. Ein erster Endbereich der Formlitze wird auf einem ersten Flachdrahtendbereich angeordnet, wobei zwischen beiden Endbereichen eine Zwischenschicht aus Hartlot eingefügt ist. Es kann auch von der Bildung eines Dreischichtsystems gesprochen werden. Formlitze und Flachdraht sind mit einem Leitungssegmentwinkel zueinander ausgerichtet bzw. arrangiert. Auf den ersten Endbereich der Formlitze und den ersten Flachdrahtendbereich sowie das Hartlot, also auf das Dreischichtsystem, wird zur Kompaktierung gleichzeitig ein Pressdruck angewendet und eine Hartlotschmelzwärme zugeführt. Die Hartlotschmelzwärme kann z. B. durch Diffusionsschweißen eingebracht werden. Das Hartlot schmilzt bei ausreichender Wärme auf und verteilt sich, wobei ggf. vorliegende Lücken, z. B. zwischen Einzeldrähten, ausgefüllt werden. Eine vorgegebene Übergangsverbindung zwischen der Formlitze und dem Flachdraht entsteht mit dem gewählten Übergangswinkel.
  • Durch Aufschmelzen des Hartlots wird sowohl der Flachdraht in dem gesamten Flachdrahtendbereich mit Hartlot benetzt, als auch die Formlitze in dem Endbereich der Formlitze mit Hartlot getränkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Flächengröße des Hartlots gleich einer Flächengröße eines Formlitzenkontaktbereichs und einer Flächengröße eines Flachdrahtendkontaktbereichs ausgebildet ist.
  • Mithilfe des vorteilhaften Leitungssegments bzw. einer Vielzahl vorteilhafter Leitungssegmente ist eine Wicklung einer elektrischen Maschine ausbildbar, die z. B. aufgrund ihrer Kompaktheit einen raumeffizienten Aufbau eines Antriebsstrangs ermöglicht, welcher eingebaut in ein Kraftfahrzeug eine Freigabe von Bauraum für andere Komponenten ermöglicht oder auch eine Fertigung des Kraftfahrzeugs durch erleichterte Komponentenmontage vereinfachen kann.
  • Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.
  • Besonders vorteilhaft für eine Leitfähigkeit der Formlitze ist es, wenn alle Litzendrähte der Formlitze sich von einem ersten Ende des Leitungssegments bis in den Flachdrahtendbereich erstrecken. Jeder Litzendraht kann einzeln von einer isolierenden Drahtlackschicht überzogen sein. Damit ist jeder Einzelleiter für sich betrachtet ein separater Stromleiter. Die Isolationsschicht außenliegender Einzelleiter schützt außerdem vor Kurzschlüssen. Sehr vorteilhaft ist eine doppelte Lackschicht auf jedem Einzeldraht bzw. Litzendraht. Bei einer Doppelschicht kann eine Drahtlackschicht mit einer äußeren Schicht aus einem Backlack überzogen sein. Die Doppelschicht macht vorzugsweise weniger als 10 % eines Litzendrahtdurchmessers aus. Ein Gesamtdurchmesser des Litzendrahts hat vorzugsweise einen Wert, der in einem Bereich von 0,3 mm bis 1,2 mm liegt.
  • Die Litzendrähte können mit einer Schlaglänge verdrillt sein. Die Schlaglänge gibt eine Strecke an, nach der die gewundenen Litzendrähte wieder ihre Ausgangsposition überstreichen. Vorzugsweise gleicht diese Strecke einer Gesamtlänge der Formlitze des Leitungssegments. Diese Strecke der Wiederkehr kann auch gleich der Hälfte oder gleich einem Drittel der Gesamtlänge der Formlitze sein. Die Einhaltung einer gesamten Schlaglänge ist vorteilhaft für die AC-Übertragung.
  • Der Flachdraht kann mit einem Drahtlack isoliert sein. Die Verwendung eines isolierten Flachdrahts, insbesondere verbunden mit isolierten Litzendrähten, erleichtert eine Vorort-Isolation der Litzensegmente im verbauten Zustand. Insbesondere werden Flächen geschützt, die im verbauten Zustand gegen eine Lackbesprühung abgeschattet sein können. Für eine Kontaktierung der Flachdrähte bzw. die Verbindung von einem Flachdraht mit einer Formlitze ist es vorteilhaft, wenn die beiden Enden des Flachdrahts nicht mit einem Drahtlack beschichtet sind bzw. der Drahtlack nach einem Ablängen von Flachdrahtstücken von den Endbereichen entfernt, z. B. mit einem Lösungsmittel abgelöst wird. Die Endbereiche des Flachdrahts sollten zumindest an den Kontaktflächen, also den Flächen, auf die z. B. eine Formlitze oder ein anderer Flachdraht aufgebracht werden sollen, drahtlackfrei sein.
  • Für die Erstellung einer Verbindung zwischen der Formlitze und dem Flachdraht hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Flachdrahtendbereich mit mindestens einer Kompaktierungsschräge ausgebildet ist. Die Kompaktierungschräge ist günstig für eine gleichmäßigere Kraftverteilung, wenn Flachdrahtendbereich und Formlitzenendbereich zusammengepresst werden. Eine erste Kompaktierungsschräge befindet sich am äußersten Ende des Flachdrahts. Diese Schräge verhindert eine mögliche Abscherung von Einzeldrähten bei der Kompaktierung. Eine zweite Kompaktierungsschräge befindet sich in dem Bereich des Flachdrahts, der einem äußersten Ende der Formlitze zugeordnet ist. Diese Kompaktierungsschräge ist u. a. vorteilhaft, um ein mögliches Aufspreizen der Formlitze weitgehend zu verhindern. Zwischen der ersten Kompaktierungsschräge und der zweiten Kompaktierungsschräge ist der Flachdraht auf eine Kontaktfläche abgestuft. Die Kontaktfläche kann sich, bezogen auf eine Maximalhöhe des Flachdrahts, etwa in einer Mitte des Flachdrahts erstrecken. Vorzugweise ist die Kontaktfläche parallel zu einer Flachdrahtoberfläche. Es kann auch gesagt werden, dass Flachdraht in seinem Endbereich ausreichend dünner gestaltet ist (z. B. abgeschliffen), dass darauf der Kompaktierte Formlitzenendbereich Platz findet, ohne eine vorgegebene Maximalhöhe des Flachdrahts in dem Kompaktierungssegment insgesamt zu überschreiten. Der Flachdrahtendbereich ist vorzugsweise im Bereich einer Segmentkontaktfläche zu seinem Ende hin verjüngt. Eine Kompaktierungsschräge ist besonders vorteilhaft, wenn deren Schrägungswinkel in einem Winkelbereich von 10 ° bis 70 °, z. B. mit 45 °, ausgebildet ist.
  • Das Formlitzensegment kann, u. a. zur Ausbildung eines Stableiters, in eine geometrische Querschnittsform gepresst sein. Ein erstes Formlitzensegment der Formlitze kann zur Ausbildung eines ersten Stableiters dienen. Das erste Formlitzensegment ist vorzugsweise in eine erste Trapezform als Querschnittsfläche gepresst. Ein zweites Formlitzensegment der gleichen Formlitze kann zur Ausbildung eines zweiten Stableiters dienen. Das zweite Formlitzensegment kann in eine zweite Trapezform als Querschnittsfläche gepresst sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide Trapezformen einen gleichen Trapezwinkel haben. Es ist auch vorteilhaft, wenn beide Trapezformen stufenlos aneinandersetzbar sind.
  • Zwei Trapezformen passen besonders gut zueinander, wenn eine kleinste Breite der ersten Trapezform und eine größte Breite der zweiten Trapezform etwa übereinstimmen. Wenn die Trapezformen mit jenen Breiten zusammengesetzt werden, ergibt sich ein größeres Trapez. Die Trapezformen sind vorzugsweise so gewählt, dass damit eine Trapez-Nut nahezu vollständig ausfüllbar ist. Die zweite Trapezform kann eine größere Höhe aufweist als die erste Trapezform, wenn beide Trapeze einen gleichen Flächeninhalt haben. Der Flächeninhalt ist von einer Querschnittsflächengröße der Formlitze bestimmt. Durch die Pressung ist die Formlitze in zumindest einer der Trapezformen mit einem Verdichtungsfaktor von einem Wert zwischen 0,6 und 0,96 bezogen auf eine Litzenquerschnittsflächengröße der verdrillten Litzendrähte in eine raumsparendere Packung der Einzeldrähte verbringbar.
  • Ein zweites formgepresstes Ende der Formlitze ist zusätzlich kompaktierbar. Bei einer Kompaktierung kann eine größere Presskraft auf die Formlitze ausgeübt werden als bei einer Formpressung. Eine Obergrenze für die Kraft ist durch eine Vermeidung eines Ausfließens des Leitermaterials, z. B. Kupfer, aus einer Kompaktierungsform festgelegt. Der zweite Endbereich der Formlitze kann mit einem zweiten Flachdrahtendbereich eines zweiten Flachdrahts verbunden sein. Es handelt sich um eine metallisch leitende Verbindung. Die Anordnung aus zweitem Flachdraht und Formlitze schließt einen zweiten Leitungssegmentwinkel ein. Der erste Leitungssegmentwinkel kann gleich dem zweiten Leitungssegmentwinkel sein. Insbesondere kann der zweite Leitungssegmentwinkel einen Wert in einem Bereich von 180° bis 160°, vorzugsweise exakt 180 °, haben. Damit kann das Leitungssegment gut in eine Nut (axial) oder eine Bohrung eingefädelt oder seitlich (lateral) in einen Spalt oder einen Schlitz eingedrückt werden.
  • Der formgepresste Endbereich der Formlitze erstreckt sich vorzugsweise über eine Kompaktierungslänge. Im Bereich der Kompaktierungslänge kann die Formlitze im Verbund mit einem Flachdraht von einer Kupferfolie umhüllt sein. Die Kupferfolie hat vorzugsweise eine Folienstärke, die in einem Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm liegt. Damit ist die Kupferfolie besonders gut deckend an Flachdraht und Formlitze anlegbar. Eine Kompaktierungslänge kann einen Wert aus einem Bereich von 2 mm bis 25 mm haben. Vorzugsweise beträgt die Kompaktierungslänge 4 mm bis 12 mm, beispielsweise 6 mm. Eine kürzere Kompaktierungslänge erlaubt eine geringere Höhe des (zweiten) Wickelkopfs. Eine größere Kompaktierungslänge kann eine bessere mechanische Festigkeit bieten. Vorzugsweise wird der Kompaktierungsbereich zusammen mit der Kupferfolie bzw einem entsprechend angeordneten Kupferbad verpresst. Damit entsteht ein besonders guter Kontakt. Das Kupferband bzw. die Kupferfolie ist eine Leitungsbrücke, die Formlitze und Flachdraht verbindet.
  • Ein Leitwert des Kompaktierungsbereichs wird besonders hoch, wenn für einen noch besseren Verbund aus Formlitze und Flachdraht ein Hartlot verwendet wird. Zwischen dem formgepressten Endbereich der Formlitze und dem Flachdrahtendbereich ist vorzugsweise zumindest auf einer Kontaktfläche ein Hartlot vorhanden. Das Hartlot ist als ein Hartlotplättchen, das z. B. eine Kompaktierungslänge und einer Breite des Flachdrahtendbereichs aufweisen kann, also ein rechteckiges Plättchen ist, auf die Kontaktfläche des Flachdrahtendbereichs auflegbar, bevor darauf der Formlitzenendbereich positioniert ist. Eine Hartlotschicht kann z. B. durch Erhitzen aus dem Hartlotplättchen entstehen. Auf der Kontaktfläche sorgt eine Hartlotschicht für eine bessere elektrische Verbindung. Das Hartlot kann zunächst zwischen zwei ggf. vorhandene Kompaktierungsschrägen begrenzt eingebracht sein. Durch Anwendung eines Kompaktierungsdrucks kann sich das Hartlot auch über eine oder beide Kontaktierungsschrägen an der Kontaktfläche verteilen. Damit ist ein lückenloser Kompaktierungsbereich ausbildbar.
  • Der Flachdraht hat vorzugsweise eine gleiche Breite wie die Formlitze oder eine kleinere Breite wie die Formlitze. Damit lässt sich der Verbund aus Flachdraht und Formlitze ohne ein Verhaken mit dem Flachdraht voran in bzw. durch eine Öffnung schieben.
  • Bei der Herstellung der Formlitze bzw. der Herstellung des Leitungssegments kann in einem Mittenbereich der Formlitze mindestens eine Krümmung in der Erstreckung der Litze erzeugt werden. Vorteilhaft für eine Anordnung der Formlitze in einem Stator ist eine U-förmige Krümmung. Die Formlitze kann in einem oder in zwei Erstreckungsbereichen, die von der Krümmung bzw. der Litzenkrümmung beabstandet sind, in eine linear sich erstreckende Stabform gepresst werden, die auch als Stableiterform bezeichnet werden kann. Damit wird die Bildung einer Windung, z. B. in einem Blechpaket, erleichtert.
  • Das Leitungssegment kann mit einer Isolierung überzogen werden. Eine vorteilhafte Möglichkeit einer Isolierung ist eine Umwicklung des Leitungssegments oder zumindest von Bereichen der Formlitze mit einem isolierenden Band. Oftmals ist es ausreichend, wenn die Umwicklung Spur an Spur sich vorzugsweise seitlich überdeckend an einem ersten Flachdrahtendbereich beginnend, bis vor einen zweiten Flachdrahtendbereich erstreckt. Damit bleiben die Endbereiche zur Kontaktbildung frei. Vorzugsweise werden nur jene Bereiche umwickelt, in denen Drahtlack an Kanten oder Auflageflächen abgerieben und Leitermaterial blank gerieben werden könnte. Hierzu zählt ein Bereich eines Wickelkopfs, der insbesondere ausschließlich von Formlitzen gebildet sein kann, sowie Eintrittsöffnungen oder Austrittsöffnungen in Nuten. Damit werden mögliche Kurzschlüsse auch bei einem Betrieb unter starken Erschütterungen verhindert.
  • Weitere vorteilhafte Aspekte können auch wie folgt beschrieben werden, die sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander einen erfinderischen Beitrag liefern können.
  • Formlitze:
  • Eine Formlitze besteht aus mehreren drahtlackisolierten Einzeldrähten. Die Drähte haben meist einen Durchmesser, der in einem Bereich von 0,3 mm bis 1,2 mm liegt. Je nach Drahtdurchmesser wird für die Formlitzen in einem Stator jeweils eine vorgegebene Anzahl von Einzeldrähten gebündelt. Beispielsweise können 15 bis 200 Einzeldrähte gebündelt und mit einer vorgegebenen Schlaglänge zu einer Litze verdrillt sein. Alternativ kann die Schlaglänge auch mit den Fertigungsverfahren Verlitzen, Verseilen oder Verwürgen hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schlaglänge gleich oder ein vielfacher Teiler einer aktiven Länge der E-Maschine ist, für die der Stator bestimmt ist. Bei einer aktiven Länge eines Blechpaketes von beispielsweise 120 mm (Millimeter), soll die Schlaglänge wahlweise 120 mm, 60 mm oder 40 mm betragen. Innerhalb der Schlaglänge machen die Drähte eine schraubenförmige Verdrillung von 360 ° (Grad) um eine Mittelachse des Bündels aus Einzeldrähten.
  • Eine Verdrillung mit der geeigneten Schlaglänge von Einzeldrähten reduziert frequenzabhängige Verluste (AC-Verluste), die während des Betriebs des Motors bzw. der elektrischen Maschine entstehen, erheblich. Durch eine vorteilhafte Verdrillung von Einzeldrähten in einer Formlitze werden Performance und Effizienz der E-Maschine verbessert.
  • Die verdrillte Litze kann durch eine zusätzliche Verdrehung verdichtet werden, wobei in einem Spulenkopfbereich der Formlitze eine wendelartige Schlaufe gebildet und zusammengezogen wird.
  • Die verdrillte Litze kann in einem Presswerkzeug verdichtet werden. Vorzugsweise erfolgt eine Verdichtung in einem Fertigungsprozess, der auf die Bündelung und das anschließende Verdrillen folgt. Alternativ kann die Litze auch durch Walzen verdichtet werden. In Versuchen hat sich gezeigt, dass durch Pressen eine höhere Verdichtung erzielt werden kann als durch Walzen, daher ist Pressen ein bevorzugtes Verfahren. Das Verhältnis zwischen der Summe der reinen Drahtquerschnittsflächengröße von drahtlackisolierten, gebündelten Einzeldrähten zur Gesamtquerschnittsflächengröße der Formlitze kann als Verdichtungsfaktor bezeichnet werden. Üblicherweise liegt dieser Wert in einem Wertebereich von 0,6 bis 0,96.
  • Im Idealfall wird eine geometrische Form für das Verdichten zur Formlitze gewählt, die sich an dem Querschnitt der Statornut orientiert. Eine elektrische Maschine kann quadratische Nut-Geometrien, d. h. parallele Begrenzungen der Nut aufweisen, die mit quadratischen Flachdrähten ausgestattet sind. Besonders vorteilhaft für eine besonders gute Dauerleistung einer elektrischen Maschine ist ein Stator mit ringförmig angeordneten, trapezförmigen Nuten, deren Begrenzungswände in Richtung auf eine Rotationsachse hin mit einem vorgegebenen Winkel aufeinander zu verlaufen.
  • Vorzugsweise ist ein kleiner Spielraum, wie ein Abstand mit einer Größe, die einem Wert aus dem Bereich 0,1 mm bis 2 mm entspricht, zwischen Formlitze und Nut vorgesehen, um das Einführen der Formlitzen in die Nut bzw. in die Nuten, insbesondere an der jeweiligen Position der Formlitzen entlang einer Radialrichtung der Nut, zu erleichtern.
  • Ein anderer Vorteil einer Verdichtung durch Pressen bzw. einer Kompaktierung in einer Pressenform besteht darin, dass entlang einer Litzenlängserstreckung unterschiedliche Querschnittsformen, insbesondere unterschiedliche geometrische Formen einer Querschnittsfläche, wie eine Rundform, z. B. Kreis oder Oval, ein Trapez, ein Rechteck oder ein Quadrat ausbildbar sind.
  • Entlang der Formlitze kann die Formlitze in einem ersten Bereich, der auch als Stableiterbereich bezeichnet werden kann, zu einer Höhe des Querschnitts mit einem Wert aus einem Bereich von 3 mm bis 12 mm und einer maximalen Breite mit einem Wert aus dem Wertebereich von 1,5 bis 10 mm verpresst sein. Daran schließt sich ein zweiter Bereich an, der insbesondere kürzer als der erste Bereich ist. In dem zweiten Bereich kann die Formlitze mit einer Querschnittshöhe, die einen Wert aus einem Bereich von 5 mm bis 20 mm hat und einer Breite, die einen Werte aus dem Bereich von 1 mm bis 7 mm hat, verpresst sein. Über einen Spulenkopfbereich hinweg beabstandet zu dem zweiten Bereich liegt vorzugsweise ein dritter verpresster Bereich vor, der mit einem gleich wie der zweite Bereich bemaßten Querschnitt ausgestattet ist. Eine Länge des dritten verpressten Bereichs ist vorzugsweise gleich der Länge des zweiten verpressten Bereichs. In dem nicht verpressten Spulenkopfbereich kann die Formlitze eine Höhe aus dem Wertebereich von 4 mm bis 16 mm und eine Breite aus dem Wertebereich von 2 mm bis 14 mm haben. An den dritten verpressten Bereich schließt sich ein vierter verpresster Bereich an. Der vierte verpresste Bereich hat vorzugsweise eine gleiche Länge wie der erste verpresste Bereich. Eine Höhe des vierten verpressten Bereichs kann einen Wert aus dem Wertebereich von 4 mm bis 14 mm und eine (maximale) Breite mit einem Wert aus dem Wertebereich von 1,5 mm bis 8 mm haben. Der vierte verpresste Bereich kann auch als zweiter Stableiterbereich der Formlitze bezeichnet werden, denn der vierte verpresste Bereich ist ebenfalls für die Einbringung in eine Nut eines Blechpakets vorgesehen.
  • Die Werte von Höhe und Breite der verpressten Bereiche sind auch dadurch bestimmt, dass sich daraus jeweils eine nahezu konstante Flächengröße der Querschnittsfläche ergibt. Es kann von einer Randbedingung gesprochen werden.
  • Querschnittsformung der Formlitze:
  • Wenn die Formlitze trapezförmig wie die Nut, in der die Formlitze angeordnet werden bzw. angeordnet sein soll, ausgestaltet ist, ergeben sich besonders gute elektromagnetische Eigenschaften. Durch die Verdichtung der Formlitze in die zur Nut optimal angepasste geometrische Form, vorzugsweise trapezförmig, ist es möglich, einen sogenannten Kupferfüllfaktor zu erhöhen. Ein hoher Kupferfüllfaktor reduziert den elektrischen Widerstand in den Leitern und die Gleichstrom-Verluste (DC-Verluste) sinken. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Performance und Effizienz der elektrischen Maschine.
  • Eine Litze aus verdrillten drahtlackisolierten Einzeldrähten wird verdichtet und in mehreren verschiedenen Bereichen über eine vorgegebene Bereichslänge in unterschiedlichen Querschnittsformen geformt. Während sich die Querschnittsform in fünf aufeinanderfolgenden Bereichen der Formlitze unterscheidet, ist die Querschnittsfläche, vorgegeben durch eine Summe der Querschnitte der einzelnen Litzendrähte, in allen Bereichen konstant. In einem Spulenkopfbereich kann aber ein geringerer Grad von Verdichtung der Litzendrähte existieren als z. B. in den zum Kopfbereich benachbarten Bereichen. •
  • Zwei zu den Enden der Formlitze hin sich erstreckende Bereiche beinhalten eine Querschnittsform, meist trapezförmig, welche die Nutform im Blechpaket optimal abbildet. Die Querschnittsformen jener beiden Bereiche unterscheiden sich in der Regel in Höhe und Breite, da diese sich nach dem Fügen im Blechpaket an unterschiedlichen Stellen in jeweils einer anderen Nut befinden, d. h., an unterschiedlichen Radialpositionen. •
  • An beide Formlitzenendbereiche schließt sich zur Mitte hin jeweils ein Formlitzenübergangsbereich, in dem die Formlitze in eine flache rechteckige Form verpresst ist. Die Idee, jene beiden Bereich in eine flachere Form zu verpressen, hat einen wesentlichen Vorteil für eine resultierende Wickelkopfhöhe. Die Wickelkopfhöhe ist abhängig von der Breite der Formlitze und ist umso kleiner, je flacher die Litze verdichtet werden kann. •
  • Im Kopfbereich zwischen jenen zuvor genannten Übergangsbereichen kann die Litze optional durch eine zusätzliche Verdrehung verdichtet umgeformt sein. Damit wird ein Aneinanderlegen der Übergangsbereiche erleichtert.
  • Flachdraht:
  • Der Flachdraht besteht vorzugsweise aus dem gleichen Metall bzw. der gleichen metallischen Legierung wie die Formlitze, vorzugsweise aus Kupfer. Ein Querschnitt des Flachdrahts ist typischerweise rechteckig mit maximaler Breite und Höhe des jeweiligen Querschnitts, den die Formlitze im Stableiter bzw. Nutenbereich aufweist. Der Querschnitt des Flachdrahts kann quadratisch sein. Die Ecken und Kanten des Flachdrahts sind abgerundet. Optional kann der Querschnitt des Flachdrahts auch um 0,1 bis 4 mm kleiner als die jeweilige (maximale) Breite und/oder Höhe des jeweiligen Querschnitts der Formlitze in deren Nutenbereich sein.
  • Der Flachdraht weist eine Lackdrahtisolation auf. Der Flachdraht wird, bevor er mit der Litze verschweißt wird, bearbeitet. Mehrere Flachdrahtstücke werden auf eine erforderliche Flachdrahtlänge abgelängt. An einem (ersten) Ende wird der Flachdraht abisoliert. Dieses Ende dient der Kontaktierung mit anderen (abisolierten) Flachdrähten bzw. Flachleitern (ein anderes Wort für Flachdraht). Am anderen (zweiten) Ende wird der Flachdraht ebenfalls abisoliert. Das zweite Ende dient der Verbindung mit der Formlitze.
  • An jenem für die Formlitze vorgesehenen Ende wird eine Schräge an dem Flachdraht eingearbeitet. Die Schräge wird vorzugsweise mit einem Winkel zwischen 20 ° und 70 ° erzeugt. Die Schräge ist besonders vorteilhaft für die Erzeugung einer sehr kompakten Fügeverbindung des Flachdrahts bzw. dessen isolationsfreien Endbereichs mit der Formlitze. Die Schräge dient dazu, ein mögliches Durchtrennen von Einzelleitern durch den Flachdraht beim Fügen der Litze zu unterbinden. Die Schräge kann auch mit einer Krümmung bzw. Rundung ausgeformt sein.
  • Bei der Erstellung der Fügeverbindung werden Flachdraht und Formlitze in einem Überlappbereich miteinander verpresst. •
  • Durchtrennte Einzelleiter können keinen Strom leiten und einer Gefahr einer Verringerung einer Performance der Elektromaschine wird somit vorgebeugt.
  • Fügeverbindung zwischen Formlitze und Flachdraht:
  • Eine Fügeverbindung zwischen Formlitze und Flachdraht wird mittels Kompaktierung der Formlitze erstellt. Ein Querschnitt der Fügeverbindung ist vorzugsweise kleiner oder gleich einem Querschnitt des jeweiligen verpressten Stableiterbereichs der Formlitze, insbesondere in Bezug auf dessen Höhe und dessen maximale Breite. Dies ermöglicht eine axiale Fügung des Stableiterbereichs der Formlitze ins Blechpaket.
  • Zwar können Stableiter auch in einer Radialrichtung in das Blechpaket gefügt werden, doch. muss dann die Nutöffnung in das Blechpaket größer gewählt werden, insbesondere so groß, dass sowohl der Stableiter als auch die Formlitze und deren Fügeverbindung durch die Nutöffnung passen. Eine größere Nutöffnung geht zumeist mit einem Performanceverlust einher. Außerdem ist eine automatisierte Bestückung eines Blechpakets mit Stableitern durch Einführung in Axialrichtung weniger aufwendig als durch radiales Einfügen in die Nuten.
  • Im Bereich der Fügeverbindung, d. h. dem Bereich der Kompaktierung, ist um den Flachdraht und die Formlitze eine leitfähige Kupferfolie oder ein leitfähiges Kupferband als Ummantelung angeordnet. Die Dicke der Kupferfolie bzw. des Kupferbands beträgt etwa 0.1 mm bis 0.5 mm. An einem Bereich kann diese Folie bzw. dieses Band überlappend ausgeführt sein. Diese Kupferummantelung hat zum einen eine armierende, mechanisch verstärkende Wirkung bezüglich der Kompaktierung bzw. dem Kompaktierungsbereich. Zum anderen wird durch die Leitfähigkeit der Ummantelung das Verfahren Widerstandsschweißen zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen Formlitze und Flachdraht ermöglicht.
  • Zwischen dem Flachdraht und der verpressten Formlitze kann sich Hartlot befinden. Das Hartlot wird vorzugsweise vor der Kompaktierung zwischen die Formlitze und den Flachdraht eingelegt. Das Hartlot wird z. B. während einem Diffusionsschweißprozess der Kupferfügepartner schmelzförmig und benetzt Formlitze und Flachdraht. Damit wird eine wesentliche Verbesserung der mechanischen Festigkeit der Fügeverbindung erzeugt. Eine elektrische Leitfähigkeit des Hartlots, z. B. aufgrund von dessen Silberbestandteil, kann sich positiv auf die elektrische Leitfähigkeit der Verbindung zwischen Flachdraht und Formlitze auswirken.
  • Durch die Integration des Kupferbands und des Hartlots kann eine Länge der Kompaktierung unter Einhaltung der mechanischen Festigkeitsanforderungen verkleinert werden. Diese Verkleinerung ist günstig für einen niedrigen Übergangswiderstand. Mögliche elektrische Verluste fallen somit geringer aus. Außerdem ergibt sich damit eine geringere Wickelkopfhöhe auf der Seite des Blechpakets, auf der sich im Stator die Flachdrähte befinden.
  • Der Flachdraht kann durch einen Diffusionsschweißprozess im Vorfeld an die Formlitze serientauglich ohne Zugänglichkeitsprobleme angeschweißt werden.
  • Isolation:
  • Ein Drahtlack, vorzugsweise aus Polyamidimid mit Isolationseigenschaften nach DIN EN 60317-26, dient zur elektrischen Isolation von Einzeldrähten gegeneinander. Die Einzeldrähte sind vorzugsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung.
  • Ein vorteilhafter Einzeldraht kann bei einem Drahtdurchmesser aus blankem Kupfer von 0,71 mm eine Schichtdicke des Drahtlacks von 0,01 mm haben. Eine Drahtlackbeschichtung wird auch als Overcoat bezeichnet. Optional kann auf dem Overcoat eine zusätzliche Beschichtung aufgetragen sein, die als Bonding Coat bzw. Bond Coat bezeichnet wird. Ein zur Beschichtung vorteilhaftes, relativ hitzebeständiges Material ist Polyamid. Der Bonding Coat kann z. B. eine Schichtdicke von 0,0095 mm haben. Ein Gesamtdurchmesser des Drahtes beträgt somit 0,749 ± 0,007 mm. Der gesamte Drahtlack hat die Isolationsklasse H.
  • Durch ein Bonding Coat kann eine Steifigkeit der Formlitze verbessert werden. Beispielsweise durch Erhitzen der Formlitze, z. B. mittels Stromdurchleitung, können die Einzeldrähte miteinander verbunden bzw. verklebt werden.
  • Optional kann ein Backlack oder Bonding Coat auf dem Drahtlack der Einzeldrähte mit aufgetragen sein. Dieser kann, nach der Formgebung zur Spule, thermisch aktiviert werden und die einzelnen Drähte zueinander binden. Eine Steifigkeit der Formlitze kann durch einen Backlack, insbesondere in einem Bereich der Stableiter, zusätzlich erhöht werden. Außerdem kann ein Backlack eine Formstabilität der Formlitze, insbesondere in einem Übergangsbereich, noch mehr verbessern.
  • Optional kann in den Bereichen der verdichteten Litze, insbesondere den Bereichen der Kompaktierung, und/oder des Flachdrahts eine zusätzliche elektrische Isolierung appliziert werden. Zum Beispiel durch Umwicklung mit einem selbstklebenden Isolationstape ist eine isolierende Hülle um die Formlitze bzw. den Flachdraht ausbildbar. Dadurch kann die Anforderung und Dicke des Drahtlacks im Bereich der Litze und des Flachdrahts reduziert werden. Mit reduzierter Drahtlackdicke, zum Beispiel kleiner gleich GRAD 1 (gem. Norm für Drahtlackdicken: IEC 60317-0-1:2013 + AM01:2019), können höhere Kupferfüllfaktoren erreicht werden und die Performance der Elektromaschine weiter gesteigert werden.
  • Erstreckungsformung der Formlitze:
  • Der Verbund aus Formlitze und zwei Flachdrähten wird von einer nahezu linearen Erstreckung (abgesehen von einer möglichen Wendel im Kopfbereich) in eine U-förmige Erstreckung verbracht. Die Erstreckungsformung erfolgt durch Biegung der Formlitze. In den Bereichen, an denen ein Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Querschnitten der Formlitze vorliegt, wird (bzw. ist) die Formlitze abgewinkelt. Die Flachdrähte und die Stableiterbereiche der Formlitze bleiben, vorzugsweise exakt linear, zueinander ausgerichtet. Die Flachdrähte sind eine geradlinige Fortsetzung der Stableiterbereiche der Formlitze. Die Stableiterbereiche im Verbund mit den Flachdrähten werden parallel zueinander ausgerichtet. Die Übergangsbereiche werden (bzw. sind) dachartig zueinander angewinkelt. Dieser erste Umformschritt kann auch als 2-D-Umformung bezeichnet werden. Die gebildeten U-förmigen Leiter- bzw. Windungssegmente liegen wie Haarnadeln (engl.: „hairpins“) in einer Ebene. Zusätzlich erfolgt, insbesondere anschließend, ein zweiter Umformschritt, der auch als 3-D-Umformung bezeichnet wird. Bei der 3-D-Umformung erfahren die Übergangsbereiche der Formlitze jeweils eine Krümmung, wodurch der Wickelkopf außerhalb der Ebene liegt, die von den Stableitern aufgespannt ist. Mithilfe dieser Verdrehung ist ein sehr kompakter Spulenkopf bzw. Wickelkopf erzeugbar.
  • Der zwischen den Übergangsbereichen wendelartig vorgeformte Kopfbereich erleichtert die 3-D-Umformung. Die einzelnen Drähte innerhalb der Litze können sich effektiver an einen optimalen Übergangspfad zwischen den Stableitern anpassen bzw. anordnen, bevor eine Formpressung in den Übergangsbereichen und in den Stableiterbereichen deren längsseitige Anordnung zueinander fixiert. Ein weiterer Vorteil durch die effektivere Anordnung besteht in reduzierten Umformkräften, die auf die einzelnen Drähte wirken können. Dadurch vermindert sich ein Risiko von Drahtbrüchen und von Entdrillungseffekten in den querschnittsgeformten Litzenbereichen.
  • Ein kompakter Spulenkopf führt zu einem kleineren Wickelkopf. Ein kleiner Wickelkopf reduziert einen notwendigen Bauraum, der für eine Elektromaschine bereitgestellt werden muss.
  • Formgebung des Formlitzen-Hairpin-Hybrid-Stators:
  • Bei einem Formlitzen-Hairpin-Hybrid-Stator ist die Spule bzw. sind die Wicklungen aus einem sog. Formlitzen-Hairpin-Hybrid gebildet. Hierbei kommt eine Formlitze zum Einsatz, deren Formgebung einer Haarnadel (engl. Hairpin) ähnelt. Die Formlitze geht an ihren Enden vorzugsweise in massiv ausgebildete leitfähige Flachsegmente über.
  • Für eine Automatisierung eines axialen Fügens der Spulen bzw. Leitersegmente in die Nuten eines Blechpakets ist eine ausreichende Steifigkeit von deren Formlitze von Vorteil. Die Steifigkeit der Formlitze wird durch das Verdichten bzw. das Verpressen der Litze erhöht. Eine verdichtete Formlitze kann, je nach Fügekonzept und vorgesehenen Montagetoleranzen, bereits eine ausreichende Steifigkeit aufweisen.
  • Wenn von einer typischen Länge eines Blechpakets mit einem Wert aus einem Bereich von 80 mm bis 200 mm ausgegangen wird, überragt ein Stableiterbereich der in das Blechpaket eingesetzten Formlitze das Blechpaket vorzugsweise um eine Länge in einem Bereich von 4 mm bis 12 mm.
  • Wenn das Blechpaket mit Leitersegmenten aus Formlitzen-Hairpin-Hybriden bestückt ist, werden die Flachdrähte des Leitersegments miteinander verschränkt. Das Verschränken erfolgt vorzugsweise in einem Umformprozess, der auf alle Flachleiter angewendet wird. Hierbei wird jeder erste Flachdraht eines ersten Leitersegments zu dem ihm zugeordneten zweiten Flachdraht eines zweiten Leitersegments hingebogen. Es ergibt sich eine räumliche Überkreuzung der Flachdrähte in einem isolierten Bereich der Flachdrähte. Die unisolierten bzw. abisolierten Endbereiche der beiden Flachdrähte werden vorzugsweise parallel zueinander gebogen, sodass sie mit ihren Kontaktflächen aufeinander liegen.
  • Die Flachdrähte, die zueinander gehören und insbesondere bereits an ihrem Ende frei von Drahtlack sind werden vorzugsweise durch (Laser-)Strahlschweißen miteinander elektrisch leitend verbunden.
  • Der Flachdraht ist besonders vorteilhaft für den Verschränkungsprozess, weil er sich einfacher und beständiger umformen lässt als eine Litze. Es besteht keine Gefahr für Entdrillungseffekte von Litze, wenn die Umformung und Verschränkung für den zweiten Wickelkopf an Flachdrähten ausgeführt wird.
  • Optional kann im Bereich des ersten Wickelkopfs, der aus verdichteten Formlitzen gebildet ist, eine zusätzliche Verdichtung, vorzugsweise im fertig montierten Zustand der Leitersegmente im Blechpaket, z. B. mithilfe einer Andruckplatte, erfolgen. Diese Verdichtung verkürzt den Stator in einer Axialrichtung. Mit einer herkömmlichen Hairpin-Wicklung, die komplett aus Flachdraht gebildet ist, kann eine solche Verdichtung u. a. zu Kontaktproblemen führen, weil erheblich größere Andruckkräfte aufgewandt werden müssen.
  • Die typische Höhe der Wickelköpfe ist stark abhängig vom Blechschnitt und von dem Wickelschema. Für einen Stator mit 120 mm Innendurchmesser, dessen Blechpaket 60 Nute aufweist, kann der erste Wickelkopf für eine ASM-Maschine eine Höhe in einem Bereich von 30 mm bis 55 mm haben. Für eine PSM-Maschine kann der Wickelkopf eine Höhe in einem Bereich von 15 mm bis 45 mm haben. Für den zweiten Wickelkopf einer ASM-Maschine liegt die Höhe in einem Bereich von 35 und 70 mm und für eine PSM-Maschine in einem Bereich von 20 mm bis 60 mm.
  • Verschweißen bzw. Verlöten von Hairpin-Hybrid-Leitersegmenten:
  • In Versuchen hat sich herausgestellt, dass eine direkte Verschweißung von Litzen ohne Zusatzmaterial sehr schwierig umzusetzen ist. Der Drahtlack auf den Einzeldrähten innerhalb der Litze behindert eine ausreichende Güte für das elektrische Kontaktieren und eine porenarme Ausbildung der Kontaktfläche. Es besteht eine große Gefahr für die Ausbildung eines Kontaktwiderstands. Es kann außerdem zu Versprödung, Rissbildung und mangelhafter mechanischer Festigkeit kommen. Insbesondere kann eine elektrische Anbindung aller Einzeldrähte oft nicht reproduzierbar sichergestellt werden. Durch Ausgasungseffekte des Drahtlacks bei der Entstehung der Schmelze können sehr große Auswürfe und Poren innerhalb der Schweißnaht entstehen und zu einer mangelhaften Anbindungsfläche führen.
  • Durch Verwendung von Diffusionsschweißprozessen (wie Ultraschall oder Widerstandsschweißen) kann dies umgangen werden. Diese Verfahren eignen sicher allerdings aufgrund von der Zugänglichkeit verfahrenstechnisch nicht zur Verschaltung der Leitersegmente bzw. deren Flachleiter im verbauten Zustand. Vor allem in der Serienfertigung bei größeren Stückzahlen wird vorzugsweise das Strahlschweißen, meist Laserstahlschweißen, angewendet.
  • Statordesign:
  • Hairpin-Maschinen werden üblicherweise mit 4 bis 10 Lagen von flachen Drähten pro Nut ausgestattet, um AC-Verluste zu reduzieren.
  • Weil bei Formlitzen-Hairpin-Hybrid-Leitersegmenten segmentierte Einzelleiter als querschnittsgeformte Litze innerhalb der Nut vorhanden sind, reichen 2 Lagen pro Nut aus, um jenen Verlusten vorzubeugen. Folglich müssen nur 50 % bis 20 % so viele Hairpin-Leitersegmente im Vergleich zu bekannten Hairpin-Drähten gefertigt werden. Auch die Anzahl der erforderlichen Schweißungen kann sich damit erheblich verringern.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch den größeren Querschnitt der Formlitze im Vergleich zu einem einzelnen flachen Leiter eines gemäß Stand der Technik bekannten Hairpin-Stators bzw. einer Hairpin-Elektromaschine. Der Querschnitt einer Formlitze ist in etwa um das Zweifache bis Fünffache größer als bei bekannten Flachdraht-Haipins, woraus sich für die Formlitze eine etwas höhere Steifigkeit ergeben kann. Eine größere Steifigkeit verringert eine Gefahr von Ausfällen bei der Automatisierung von Handhabungs- und Fügeoperationen bei der Statorproduktion.
  • Anders gesagt sollen im Optimalfall genau zwei Formlitzen bzw. Stableiter pro Nut vorhanden sein. Aufgrund der Ausbildung der Formlitzen aus separaten gebündelten und verdrillten Einzelleitern ergeben zusätzliche Stableiter in einer Nut - im Gegensatz zu einer bekannten Hairpin-Maschine mit mehreren Flachdrähten in einer Nut keine weitere Verbesserung der Performance. Eine Erhöhung einer Anzahl der Formlitzen bzw. Stableiter pro Nut, z. B. drei oder vier Formlitzen-Stableiter pro Nut, könnte aber in Betracht kommen, um ein bestimmtes Wickelschema zu realisieren.
  • Ein Beispiel für eine elektrische Maschine, die vorteilhaft mit einem erfindungsgemäßen Stator ausgestattet werden kann, ist eine Asynchronmaschine (ASM-Maschine).
  • Ein Stator für eine ASM-Maschine kann z. B. ASM-Stator, 60 Nuten im Blechpaket und 4 Pole aufweisen. Es handelt sich um eine gesehnte Konfiguration, bei der ein Leitungssegment, das auch als eine Spule mit Formlitze bezeichnet werden kann, im ersten Wickelkopf 13 Nuten überspannt bzw. überspringt. Der Verbindungssteg, der am zweiten Wickelkopf vorhanden ist, überspringt bzw. überspannt im Mittel 15 Nuten. Einige jener Verbindungssteg-Sprünge bzw. Überspannungen umfassen eine größere Anzahl Nuten.
  • Ein anderes Beispiel für eine elektrische Maschine, die vorteilhaft mit einem erfindungsgemäßen Stator ausgestattet sein kann, ist eine Permanent Erregte Synchronmaschine (PSM-Maschine).
  • Ein Stator für eine PSM-Maschine kann z. B. 48 Nuten im Blechpaket und 8 Pole aufweisen. Es handelt sich um eine ungesehnte Konfiguration, bei der eine Spule im ersten Wickelkopf 5 Nuten überspringt bzw. überspannt. Im zweiten Wickelkopf überspringt bzw. überspannt ein Verbindungssteg im Mittel ebenfalls 5 Nuten.
  • Grundsätzlich können auch erfindungsgemäße Statoren mit einer anderen Polzahl und einer anderen Anzahl von Nuten im Blechpaket bereitgestellt werden. Auch kann die Nute, die von einer U-Formlitze überspannt bzw. eine Anzahl von Nuten, die von einem Verbindungssteg überspannt wird, unterschiedlich sein - unabhängig von den Dimensionen des Blechpakets.
  • Typische Leistungsdaten einer elektrischen Maschine bzw. eines Elektromotors, der mit einem erfindungsgemäßen Stator ausgestattet ist, sind eine Peak-Leistung in einem Bereich von 100 kW bis 450 kW (Kilowatt), ein Peak Drehmoment in einem Bereich von 150 Nm bis 650 Nm (Newtonmeter), eine Dauerleistung in einem Bereich von 80 kW bis 300 kW, eine. maximale Drehzahl in einem Bereich von 15.000 bis 40.000 U/min (Umdrehungen pro Minute) und eine Betriebsspannung in einem Bereich von 300 V bis 850 V.
  • Mit einigen der beschriebenen Merkmalen gehen u. a auch folgende Vorteile einher:
    • • Herstellung einer verdichteten Litze mit unterschiedlichen Querschnittsformen. Damit wird eine Herstellung vergleichsweise kleinerer Wickelköpfe für Motoren einer vorgegebenen Leistungsklasse im Vergleich zu bekannten Motoren ermöglicht.
    • • Kombination von Leitersegmenten mit verdichtetem Litzenmaterial und zwei lackisolierten Flachleitern. Die Konfiguration von Leitersegmenten ist effizient zur Befüllung eines Bestückungswerkzeugs vorproduzierbar. Mit dem Bestückungswerkzeug können alle Leitersegmente bzw. alle Stableiter gleichzeitig in die Nuten des Blechpakets in axialer Richtung eingeschoben werden.
    • • Aufbau der Kompaktierung für die Verbindung von Formlitze und Flachdraht mit KupferBand und Hartlot zur Herstellung einer kompakten Fügeverbindung. Damit wird eine mechanisch beständige Verbindung ohne nennenswerten Kontaktwiderstand erzeugt.
    • • Schräge am Flachleiter für die Herstellung der Kompaktierung. Damit wird sichergestellt, dass alle Einzelleiter nach der Kompaktierung noch durchgängig für elektrischen Strom sind.
    • • Verwendung sehr dünner (=nicht Standard nach Norm) Drahtlackschichten auf dem Einzeldraht. Damit kann ein Kupferfüllfaktor in den Nuten erhöht werden. Falls erforderlich kann eine äußere Isolation des Leitersegments, insbesondere der Formlitze durch Isolationstape, erhöht werden.
    • • Im Vergleich zu bekannten Anordnungen mit mehreren in eine Nut einzubringenden, dünnen, flachen Drähten bietet die Formlitze eine erhöhte Steifigkeit. Die Anzahl der Leiter pro Nut kann Dank der Verwendung von Formlitzen reduziert werden. Damit kann der Fertigungsprozess vereinfacht werden, der damit auch weniger fehleranfällig wird.
    • • Konstruktiver Aufbau der Verschaltung ausgehend von axialem Fügen der Formlitze inkl. Flachdrähte in die Nuten; Kombination aus U-förmig gebogener Formlitze im ersten Wickelkopf und verschränkten Flachleitern im zweiten Wickelkopf. Es ergeben sich weitere fertigungstechnische Vorteile durch dieses Design.
  • Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.
  • Beispielsweise kann ein Rotor mit einer Formlitze bzw. einem vorteilhaften hybriden Leitungssegment ausgestattet sein. Ein Stator kann zwei Blechpakete aufweisen, in denen jeweils Stableiter als Formlitzen angeordnet sind und die über Verbindungsstegbrücken bzw. Flachleiter verschaltet sind.
  • Figurenkurzbeschreibung
  • Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die beispielhaft besonders vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei
    • 1 ein Beispiel für eine verdrillte Litze aus einem Bündel von Einzelleitern zeigt,
    • 2 eine Verdichtung einer verdrillten Litze in einem Mittenbereich zeigt,
    • 3 eine Formlitze, die entlang ihrer Längserstreckung verschiedene Querschnitte aufweist, zeigt,
    • 4 ein Beispiel für eine trapezförmige Einzelleiteranordnung einer formgepressten Litze zeigt,
    • 5 ein Beispiel für einen Flachdraht zeigt,
    • 6 ein Leitungssegment aus einer Formlitze und zwei Flachdrähten zeigt,
    • 7 schematisch einen Querschnitt durch ein Kompaktierungssegment einer Formlitze in einem Überlappbereich aus Formlitze und Flachdraht zeigt,
    • 8 schematisch eine Querschnittansicht zeigt, die als rechtwinkliger Schnitt durch das Kompaktierungssegment und den Flachdraht von 7 gebildet ist,
    • 9 eine Umwicklung eines Leitungssegments mit einem isolierenden Band zeigt,
    • 10 ein als Hairpin geformtes Leitungssegment zeigt, das aus Flachdraht und Formlitze gebildet einen Hairpin-Hybrid darstellt,
    • 11 eine Ansicht einer 3-D-Formgebung eines Hairpins nach 10 zeigt,
    • 12 eine Einfügung von einem Leitungssegment in einen Kern eines Stators zeigt,
    • 13 ein Beispiel für einen Stator im Aufbau zeigt, bei dem ein erster Wickelkopf an einer Seite des Kerns ausgebildet ist,
    • 14 einen Querschnitt durch die Statoranordnung nach 13 zeigt,
    • 15 einen Stator mit einem zweiten Wickelkopf im Aufbau zeigt, bei dem die Flachdrähte miteinander verschränkt sind und ein Laserstrahlschweißen stattfindet,
    • 16 eine perspektivische Ansicht des aufgebauten Stators aus 15 zeigt,
    • 17 Zwei Anordnungsmöglichkeiten von Antriebssträngen in einem Kraftfahrzeug zeigt und
    • 18 eine Abfolge verschiedener Verfahrensschritte bei der Herstellung einer elektrischen Maschine zeigt.
  • Figurenbeschreibung
  • 1 zeigt ein Beispiel für eine verdrillte Litze 42, die aus einem Bündel von sechzehn nebeneinander angeordneten Einzeldrähten, wie den Einzeldrähten 40, 40l, gebildet ist. Die Einzeldrähte erstrecken sich von einem ersten Litzenende 44 durchgehend zu einem zweiten Litzenende 46.
  • In 2 ist die verdrillte Litze 42 schematisch mit einer geraden Litzenerstreckung 54 wiedergegeben. Im Wege einer Schlaufenformung 80 wird der Litze 42 eine Litzenkrümmung 82 zugefügt. Entlang der Litzenlängserstreckung 54 wird die Schlaufe 80 so eng geformt bzw. gezogen, dass sich ein Spurversatz 86 und eine Quererstreckung 84 herausbildet, die größer ist als ein ursprünglicher Durchmesser der linear längserstreckten Litze (ohne Bezugszeichen).
  • Die in 3 gezeigte Formlitze 50 weist eine Gesamtlänge von 56 auf. Die Formlitze 50 ist über ihre Gesamtlänge 56 mit sieben Segmenten ausgestattet, einem ersten Segment 91, einem zweiten Segment 92, einem dritten Segment 93, einem vierten Segment 94, einem fünften Segment 95, einem sechsten Segment 96 und einem siebten Segment 97. Die Litzensegmente 91, 92, 93, 95, 96, 97 haben zumeist über ihre gesamte Läne einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt. Für das zweite Segment 92 wird ein erster Litzenquerschnitt 105 gezeigt. Das dritte Segment 93 weist einen zweiten Litzenquerschnitt 106 auf. In dem vierten Segment 94 ist ein dritter Litzenquerschnitt 107 vorhanden. Das fünfte Segment 95 hat einen vierten Litzenquerschnitt 108. Entlang dem sechsten Litzensegment 96 ist ein fünfter Litzenquerschnitt 109 ausgebildet. Das vierte Litzensegment 94 bildet den Mittenbereich 76 der Formlitze 50. In dem unverpressten Mittenbereich 76 hat die Formlitze 50 gemäß dem dritten Litzenquerschnitt 107 eine länglich, rundliche Form, die auch als eine Ovalform bezeichnet werden kann. An den Mittenbereich 76 bzw. an das vierte Litzensegment 94 grenzen auf einer Seite ein erstes Übergangssegment 100 und auf der gegenüberliegenden Seite ein zweites Übergangssegment 101. Beide Übergangssegmente 100, 101 haben jeweils einen Litzenquerschnitt 106, 108, der eine rechteckige Querschnittsform 140, 142 aufweist. Die rechteckigen Querschnittsformen 140, 142 haben eine gleiche Höhe 124 und eine gleiche Breite 122. An das erste Übergangssegment 100 grenzt ein erster Arm 60, der als erster Stableiter 64 ausgebildet ist. Der erste Stableiter 64 weist eine erste Trapezform 130 auf, die an dem ersten Litzenquerschnitt 105 eingezeichnet ist. Die erste Trapezform 130 hat eine erste Höhe 125 und eine maximale Breite 123. Die maximale Breite 123 geht über auf eine kleinste Breite 136 der Trapezform 130. An das zweite Übergangssegment 101 grenzt als ein sechstes Litzensegment 96 ein zweiter Arm 62, an dem ein zweiter Stableiter 66 ausgebildet ist. Die Formlitze 50 hat in dem Bereich des zweiten Stableiters 66 als fünften Litzenquerschnitt 109 eine zweite Trapezform 132. Die zweite Trapezform 132 weist eine zweite Höhe 138 auf. Eine größte Breite 137 der zweiten Trapezform 132 ist kleiner als eine größte Breite 123 der ersten Trapezform 130. Die größte Breite 137 der zweiten Trapezform 132 stimmt in etwa überein mit einer kleinsten Breite 136 der ersten Trapezform 130. Die Höhe 125 der ersten Trapezform 130 ist kleiner als die Höhe 138 der zweiten Trapezform 132. Erste Trapezform 130, erste Rechteckform 140, zweite Rechteckform 142 und zweite Trapezform 132 bilden somit eine Abfolge von Querschnittsflächen 128 der Formlitze 50 entlang von deren Gesamtlänge 56. Diese Querschnittsformen 128 sind aus einer Formpressung der Formlitze 50 hervorgegangen. Beide Stableiter 64, 66 sind gleich lang. Die Rechteckformen weisen jeweils Breitseiten 141, 141l auf, die zur Auflage auf andere Breitseiten bestimmt sind. Je nach Position der Formlitze 50 kann die Höhe 124 der Rechteckform 140 auch als Breite 124 der Breitseite 141 bezeichnet werden. Ganz Entsprechend kann die Kleinere Breite 122, die sich an einer Hochseite, wie der Hochseite 143 befindet, als eine Höhe 122 der Hochseite 143 bezeichnet werden.
  • In 4 ist eine Trapezform 130 gezeigt, die wie alle Querschnittsflächen 128 (in 3 gezeigt) aus der gleichen verdrillten Litze 42 gebildet ist. Somit liegt eine konstante Querschnittsflächengröße 120 vor, die durch alle Einzeldrähte, wie den Einzeldraht 40, bedingt ist. Durch den vorgegebenen Trapezwinkel 134 der ersten Trapezform 130 ist die Höhe der Trapezform 138 bei vorgegebenem Radialabstand festgelegt. In 1 ist auch zu sehen, dass der Einzeldraht 40, sowie die anderen Einzeldrähte (ohne Bezugszeichen) durch das Verpressen eine geringfügige Deformation seiner ursprünglich runden Querschnittsform erlitten hat. Damit ergibt sich eine zusätzliche Verdichtung, die für dickere Einzeldrähte stärker ausfällt, als bei Ausführungsbeispielen, in denen eine entsprechend größere Anzahl dünnerer Einzeldrähte zur Bildung einer Formlitze mit gleicher Querschnittsfläche (nicht gezeigt) verwendet ist.
  • 5 zeigt ein Beispiel für einen Flachdraht 180. Der Flachdraht 180 hat eine Flachdrahthöhe 189 und eine Flachdrahtlänge 188. Ein Endbereich 200 des Flachdrahts 180 ist für einen Kompaktierungsbereich einer Formlitze, wie der Formlitze 50 in 3, abgeschrägt. Jener Endbereich 200 ist, wie der gegenüberliegende Endbereich 206 des Flachdrahts 180, frei von Drahtlackisolation 210. Die Drahtlackisolation 210 erstreckt sich nur zwischen den Endbereichen 200, 206 entlang des Flachdrahts 280.
  • Bei dem in 6 gezeigten Leitungssegment 39l ist eine Formlitze 50l beidseitig fortsetzend mit einem ersten Flachdraht 181 und einem zweiten Flachdraht 182 verbunden. Die Flachdrähte 181, 182 schließen mit der Formlitze 50l einen ersten Leitungssegmentwinkel 59 sowie einen zweiten Leitungssegmentwinkel 59l ein. Eine kleinste Breite 136l der Formlitze 50l geht in dem ersten Kompaktierungssegment 150, der einen Bereich 200 des ersten Flachdrahts 181 überlappt, möglichst stufenlos auf eine erste Breite 190 des ersten Flachdrahts 181 über. Der erste Flachdraht 181 weist einen Flachdrahtendbereich 206 auf, der zugleich einen Endbereich des Leitungssegments 39I bildet. Ein gegenüberliegender Endbereich 208 des Leitungssegments 39I ist an dem zweiten Flachdraht 182 vorhanden. Eine Breite 192 des zweiten Flachdrahts 182 ist größer als eine Breite 190 des ersten Flachdrahts 181. Die Breite 192 des zweiten Flachdrahts 182 geht über in eine kleinste Breite einer zweiten Trapezform 137', die nahezu stufenlos ausgehend von der Formlitze 50I über ein zweites Kompaktierungssegment 152 an einen Endbereich 202 des zweiten Flachdrahts 182 angelötet ist. Ein an der Formlitze 50I ausgebildeter erster Stableiter 64I weist eine kleinere Länge auf als ein an der gleichen Formlitze 50I ausgebildeter zweiter Stableiter 66I.
  • In 7 ist das erste Kompaktierungssegment 150 nach 6 detailreicher herausgezeichnet. Die Formlitze 50I weist eine Höhe 125 auf, die nahezu gleich einer Höhe 194 des ersten Flachdrahts 181 ist. Die Höhe 194 des ersten Flachdrahts 181 schließt eine Isolierungsschicht 210 ein, die durch einen Drahtlack gebildet ist. In dem Flachdrahtendbereich 200 sind eine erste Segmentkontaktschräge 154 und eine zweite Segmentkontaktschräge 154I eingearbeitet. Die Segmentkontaktschrägen 154, 154I weisen einen (unterschiedlichen) Schrägungswinkel wie den Schrägungswinkel 155 der ersten Schräge 154 auf. Damit ist der Flachdrahtendbereich 200 abgestuft. Zwischen den Segmentkontaktschrägen 154, 154I erstreckt sich eine Segmentkontaktfläche 153, auf der ein Hartlot 162 zwischen der Formlitze 50I und dem ersten Flachdraht 181 angeordnet ist. In einem Überlappbereich 204 zwischen dem ersten Flachdraht 181 und der der Formlitze 50I sind Flachdraht 181 und Formlitze 50I mit einem Kupferband 158 umwickelt. Das Kupferband 158 hat eine stabilisierende Wirkung, die dadurch noch befördert ist, dass das Kupferband 158 im Bereich der Formlitze 50I als eine überlappende Doppelschicht 160 gelegt ist. Das Kompaktierungssegment weist eine vorgegebene Kompaktierungslänge 156 auf, die insbesondere größer ist als die Höhe 125 der Formlitze 50I.
  • Ein Querschnitt 157 aus 7 ist in 8 dargestellt. Der Querschnitt 157 zeigt den Überlappbereich 204 zwischen der Formlitze 50l und dem ersten Flachdraht 181, umgeben von dem Kupferband 158 und als Zwischenschicht das Hartlot 162. Die Formlitze 50I und der zweite Flachdraht 182 sind in gleicher Weise, wie in 7 und 8 für den ersten Flachdraht 181 gezeigt ist, miteinander verbunden.
  • Aus 9 geht hervor, dass ein Leitungssegment 39, dessen Einzeldrahtisolierung der Formlitze 50 als nicht ausreichend erachtet wird, zusätzlich mit einem isolierenden Band 166 umwickelt sein kann. Das isolierende Band 166 kann die gesamte Formlitze 50 einschließlich Kompaktierungssegmenten, wie das erste Kompaktierungssegment 150, überdecken. Der Flachdraht 181 ist mit einer Drahtlackisolation 210 ausgestattet, von der nur der Flachdrahtendbereich 206 frei ist.
  • Ein Leitungssegment 39 ist in 10 in einer zur Haarnadel 70 gekrümmten, U-artigen Form gezeigt. In einem Formlitzenkopfbereich 78 sind das erste Übergangssegment 100 und das zweite Übergangssegment 101 der Formlitze 50 zueinander abgewinkelt. Eine Litzenbiegung 58 ist zwischen dem ersten Übergangssegment 100 und dem ersten Stableiter 64 vorhanden. Der erste Stableiter 64 hat eine Stableiterlänge 68. Die Stableiterlänge 68 des ersten Stableiters 64 gleicht der Stableiterlänge 69 des zweiten Stableiters 66. Der zweite Stableiter 66 setzt an einer zweiten Litzenbiegung 58I das zweite Übergangssegment 101 fort. Der erste Stableiter 64 und der zweite Stableiter 66 erstrecken sich parallel zu einander. Ein erster Endbereich 72 der Formlitze 50 liegt einem Endbereich 200 des ersten Flachdrahts 181 lateral gegenüber und ist mit diesem metallschlüssig verbunden. Der erste Endbereich 72 der Formlitze 50 ist für die (bzw. bei der) Herstellung der Verbindung mit dem ersten Flachdraht 181, kompaktiert. Entsprechend zum ersten Endbereich 72 der Formlitze 50 ist ein zweiter Endbereich 74 der Formlitze 50 ebenfalls kompaktiert und mit einem Endbereich 202 des zweiten Flachdrahts 182 metallschlüssig verbunden. Somit ist das Leitungssegment 39 ein elektrisch durchgängiger Verbund aus einer Formlitze 50 und zwei Flachdrähten 181, 182. An den Flachdrähten 181, 182 befinden sich jeweils Flachdrahtendbereiche 206, 208, die zugleich die isolatorfreien Endbereiche des Leitungssegments 39 bilden. Die Übergangssegmente 100, 101 und die Stableiter 64, 66 liegen in (bzw. auf) einer Formlitzenebene 48.
  • Wird ausgehend von 10 eine Blickrichtung auf das Leitungssegment 39 zum Formlitzenkopfbereich 78 hin, d. h. entlang der Längen 68, 69 der Stableiter 64, 66 gewählt, ergibt sich die Ansicht des Leitungssegments 39 von 11.
  • In 11 ist von dem Leitungssegment 39 in der gewählten Ansicht das erste Übergangssegment 100 zu sehen, von dem die Formlitze 50 (siehe 10) über den Formlitzenkopfbereich 78, der als einer Art Gelenkstelle ausgebildet ist, zu dem zweiten Übergangssegment 101 führt. Die beiden Übergangssegmente 100, 101 erstrecken sich mit einem ersten Spurversatz 86. In der gewählten Darstellung der Haarnadel 70 nach 11 sind wegen den Litzenbiegungen 58, 58I die Stableiter und Flachdrähte der Haarnadel 70 aus 10 nicht zu sehen. Die in 10 bzw. 11 gezeigte Haarnadel 70 ist das Ergebnis einer 2-D-Umformung 1060. In einer 3-D-Umformung 1070 wird das Leitungssegments 39 bzw. dessen Formlitze zu einem vergrößerten Spurversatz 86I umgeformt. Bei der Umformung wird neben dem Mittenbereich 78 dem ersten Übergangssegment 100 eine dritte Krümmung 58II und dem zweiten Übergangssegment 101 eine vierte Krümmung 58III beigebracht. Hierbei werden insbesondere die Stableiter (siehe Stableiter 64, 66 in 10) in eine für eine Einfügung in den Kern geeignete Position verdreht. Wird Bezug auf die Formlitzenebene 48 von 10 genommen, befinden sich die Stableiter 64, 66 zwar nach der 3-D-Umformung 1070 gemäß 11 noch in jener Ebene 48, doch führen die Übergangssegmente 100, 102 aus der Formlitzen- bzw. Stableiterebene 48 heraus.
  • Gemäß 12 geht eine Einführung des Leitungssegments 39 in einer Längs- bzw. in einer Axialrichtung 24 entlang einer Rotorachse 22 von statten. Die Rotorachse 22 erstreckt sich mittig durch den Kern 4. Der Kern 4 bzw. das Blechpaket 4 hat eine festgelegte Länge 6. Das Leitungssegment 39 wird entlang der Rotorachse 22 gleichzeitig in eine erste Eintrittsöffnung 16 und in eine zweite Eintrittsöffnung 18 eingesteckt. Das Einführen des Leitungssegments erfolgt mit dessen Flachdrähten 181, 182 voran, bis sich von dem Leitungssegment 39 oberhalb des Blechpakets 4, wie an einem zweiten Leitungssegment 39II ersichtlich ist, nur noch der Formlitzenkopfbereich 78 abhebt. Die Formlitze 50II überragt die Länge des Kerns 6. Das zweite Leitungssegment 39II ist bereits in den Kern 4 eingesteckt, sodass dessen Formlitze 50II sich bereits in dem Kern 4 befindet und dessen Flachdrähte 181I, 182I aus dem Kern 4 bzw. den zu den Eintrittsöffnungen 16, 18 gehörenden Austrittsöffnungen 19, 19I herausragen.
  • Wenn der Kern 4 komplett mit Leitersegmenten, wie dem Leitersegment 39, bestückt ist, ergibt sich die Ansicht eines Stators 2 gemäß 13. Auf einer ersten Seite 32 des Kerns 4 ist ein erster Wickelkopf 37 ausgebildet, an dem Formlitzenkopfbereiche, wie ein erster Formlitzenkopfbereich 78 und ein zweiter Formlitzenkopfbereich 78I, einen räumlichen Abschluss bilden. Von einer zweiten Seite 34 des Kerns 4 erstrecken sich eine erste Gruppe von Flachdrähten 220 und eine zweite Gruppe von Flachdrähten 222 weg, die der Ausbildung eines zweiten Wickelkopfs 38 dienen. Der Mantel 30 des Kerns 4 befindet sich demnach zwischen dem ersten Wickelkopf 37 und dem zweiten Wickelkopf 38. Die Flachdrähte der ersten Gruppe 220 haben jeweils eine erste Höhe 194 und die Flachdrähte der zweiten Gruppe 222 haben jeweils eine zweite Höhe 196. Die zweite Höhe 196 ist größer als die erste Höhe 194. Ein Querschnitt 29 durch den mit Leitungssegmenten, wie das Leitungssegment 39, bestückten Kern 4 von 13 ist in 14 gezeigt.
  • Gemäß 14 führen Spalte, wie der Spalt 20, die in einer rotorseitigen Kerninnenwand 31 eingelassen sind, in Kernnute, wie die erste Kernnut 8 und die zweite Kernnut 10. 14 zeigt, einen Schnitt durch alle in den Kern 4 eingesteckten, trapezförmigen Stableiter, wie die Stableiter 64, 66 hindurch. Eine einzelne Formlitze erstreckt sich beispielsweise, gemäß 13 verbunden in dem ersten Wickelkopf 37, von einem ersten Radialbereich 12, einem inneren Radialbereich 12 der ersten Kernnut 8 zu einem zweiten Radialbereich 14, einem äußeren Radialbereich 14 der zweiten Kernnut 10. In einer einzelnen Nut, wie der Nut 8 und der Nut 10, sind innere Stableiter, wie der Stableiter 64, dicht zusammengepackt mit äußeren Stableitern, wie dem Stableiter 66. In einer Kernnut, wie der Kernnut 10 sind jeweils zwei unterschiedliche Formlitzen, wie die Formlitzen 50, 50II, angeordnet. Eine erste Formlitze 50 steckt mit ihrem Stableiter 64 in der ersten Nut 8 radial nahe der Innenwand 31. Eine zweite Formlitze 50II steckt in der zweiten Nut 10 radial fern der Innenwand 31. Außerdem steckt eine weitere Formlitze 50III in der zweiten Nut 10 radial nahe der Innenwand. Damit ist die zweite Nut 10 gut gefüllt.
  • Bei dem in 15 in einem fortgeschrittenen Fertigungsstadium gezeigten Stator 2 sind ausgehend von der Anordnung des Stators 2 in 13 im zweiten Wickelkopf 38 die Stegverschaltungen 170 ausgebildet. Nebeneinander angeordnet sind mehrere Verschaltungsstege, wie die Verschaltungsstege 172, 174, die jeweils eine durch Laserstrahlschweißen 230 geknüpfte metallschlüssige Verbindung 232 an einer Kontaktfläche 276 aufweisen.
  • 16 zeigt eine perspektivische Ansicht des fertiggestellten Stators 2, bei dem eine Wicklung durch den Kern 4 hindurch von dem ersten Wickelkopf 37, der auf der ersten Stirnfläche 26 sitzt, zu dem zweiten Wickelkopf 38, der auf der zweiten Stirnfläche 28 angeordnet ist, durch den Kern 4 hindurch verläuft. Die Wicklungen 36 erstrecken sich, mit anderen Worten, von dem ersten Wickelkopf 37 zum zweiten Wickelkopf 38 und von dem zweiten Wickelkopf 38 zum ersten Wickelkopf 37. Der zweite Wickelkopf weist mehrere Verschaltungsstegabschnitte 272, 272I, 274, 274I auf. An allen Y-Konfigurationen wie der Y-Konfiguration 270 sind ein erster Verschaltungsstegabschnitt 272 und ein zweiter Verschaltungsstegabschnitt 274 im Bereich von deren Kontaktstellen, wie der Kontaktstelle 278, miteinander verschweißt. Aufgrund von der durchgeführten Verschränkung von allen Verschaltungsstegabschnitten, wie den Verschaltungsstegabschnitten 272, 272I, 274, 274I des zweiten Wickelkopfs 38, überkreuzen sich Verschaltungsstegabschnitte, wie ein hinterer Verschaltungsstegabschnitt 272I und ein vorderer Verschaltungsstegabschnitt 274. Eine Überkreuzung entsteht dadurch, dass beide aus einer gemeinsamen Nut (nicht einsehbar) heraus weiterführenden Verschaltungsstegabschnitte 272I, 274I für alle Nute in gegenläufige Richtungen abgebogen sind. Das Abbiegen erfolgte im Wege des Verschränkungsprozesses für die Ausbildung der Wicklung(en). Von einem Wicklungsende 250 führt eine Kontaktierungslitze 256 zu einem Steckverbinder 260, der eine elektrische Verbindung mit einem Inverter (nicht dargestellt) ermöglicht.
  • In 17 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 500 dargestellt, das mit vier Rädern 551, 552, 553, 554 ausgestattet ist. Zwei Räder 551, 552 sind lenkbar. Die Räder 551, 552 sind mit einem ersten Antriebsstrang 502 verbunden. Zu dem Antriebsstrang 502 an der Vorderachse 504 gehört eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 510. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung umfasst ein Getriebe 512. Antriebswellen, wie die Antriebswelle 514 leiten Drehmoment zu den Straßenrädern 551, 552. In einem Gesamtgehäuse 520 sind das Getriebe 512 und eine elektrische Maschine 530 angeordnet. Die elektrische Maschine 530 umfasst einen Stator 2. Der Stator 2 ist an dem Gesamtgehäuse 520 befestigt. In dem Stator 2 steckt ein Rotor 540, von dem das Getriebe 512 antreibbar ist. Der erste Wickelkopf 37 des Stators 2 ist in Nachbarschaft zu dem Getriebe 512 positioniert. Aufgrund von einer geringeren Höhe des ersten Wickelkopfs 37 im Vergleich zum zweiten Wickelkopf 38 sitzt das Blechpaket des Stators 2, in dem der Rotor 540 sitzt, besonders nahe bei dem Getriebe. Damit ist eine besonders querkraftarme Ankopplung der elektrischen Maschine 530 an das Getriebe 512 ermöglicht.
  • Ein zweites Beispiel für einen Antriebsstrang 502I ist bei dem Kraftfahrzeug 500 an der Hinterachse 506 angeordnet und dient dem Antrieb von zwei hinteren Straßenrädern 553, 554. In einem Gesamtgehäuse 520I sitzen eine erste Elektromaschine 530I, die einen ersten Stator 2I aufweist, und eine zweite Elektromaschine 530II, die einen zweiten Stator 2II aufweist. Beide Elektromaschinen 530I, 530II können einem Getriebe 512I jeweils ein Drehmoment zuführen, um über eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 510I zwei Straßenräder 553, 554 anzutreiben. Alle Elektromaschinen 530, 530I, 530II sind mit einer geeigneten Stromversorgung, z. B. über je einen Inverter (nicht dargestellt), für eine Elektromaschine verbunden.
  • In einem vorteilhaften Verfahren 1002 kann, je nachdem bis zu welchem Schritt das Verfahren abgearbeitet wird, die Herstellung eines Leitungssegments, eines Stators bzw. einer Elektromaschine erfolgen. Als Ausgangspunkt erfolgt eine Bereitstellung von isoliertem Kupferdraht 1004. Eine vorgegebene Anzahl von Einzeldrähten wird abgelängt und zu einer Litze verdrillt 1006. Statt von verdrillen kann, je nach bevorzugter Ausführungsweise, auch von verwürgen oder verseilen gesprochen werden. Durch paralleles Ausführen 1076 kann eine Vielzahl von Litzendrähten (vgl. Litzendraht gem. 1) hergestellt und weiterverarbeitet werden. Die Litzendrähte werden zur Bildung eines Spulenkopfes umgeformt 1010. Die Umformung erfolgt mittels einer Verdrehung der Litze in einer loopingartigen Schlaufe (vgl. 2). Es folgt eine Verdichtung der jeweiligen Litze in unterschiedliche Querschnittssegmente 1020 (vgl. 4). Bei der Verdichtung kann auch eine Umformung, z. B. durch ein Verpressen sowie ein Kompaktieren erfolgen. Daneben wird eine zur Litzenanzahl doppelte Anzahl von Flachdrahtstücken bereitgestellt 1030 und jedes Flachdrahtstück erfährt eine Überarbeitung eines Endbereichs, um das Flachdrahtstück mit einer Schräge am Ende auszustatten 1034 (vgl. 7) und ggf. am Endbereich vorhandenen Drahtlack zu entfernen. In einem Folgeschritt 1040 wird jede Formlitze mit jeweils zwei Flachdrahtstücken, ein Flachdraht an jedem Ende der Formlitze, verschweißt bzw. verlötet - je nach bevorzugter Ausführungsweise (vgl. 6). Aufgrund des parallelen Ausführens 1076 liegt damit eine vorgegebene Anzahl von Leitungssegmenten vor. Optional kann ein Isolationstape 1050 bereitgestellt werden und das Leitungssegment kann mit dem Isolationstape umwickelt werden 1052 (vgl. 9). Anschließend erfolgt eine Umformung des Leitungssegments in eine U-Form 1060 (vgl. 10), bei der es sich um eine 2-D-Form handelt. In einem Folgeschritt 1070 wird das Leitungssegment zur Ausbildung einer 3-D-Form abgewinkelt bzw. abgerundet, wodurch das Leitungssegment zu einem Spulensegment wird (vgl. 11). Diese Umformschritte sind z. B durch Biegen, Freiformen bzw. Gesenkformen - je nach bevorzugter Vorgehensweise - ausführbar. Aufgrund der parallelen Ausführung 1076 liegt damit eine vorgegebene Anzahl von Spulensegmenten vor. In einem Folgeschritt 1080 erfolgt die Bereitstellung eines Blechpakets, in das die Spulensegmente in einer Axialrichtung in die Nute des Blechpakets für die Ausbildung der Spulenwicklung eingefügt werden 1090 (vgl. 12 sowie 14). Es folgt ein Verschränken der von dem Blechpaket abstehenden Flachdrähte 1100 (vgl. 13 sowie 15). Das Verschränken erfolgt durch eine Umformung, wie ein Biegen. Anschließend werden die verschränkten Flachdrähte in deren freien Endbereichen miteinander verschweißt 1110 (vgl. 15). Das Verschweißen kann z. B. mittels Strahlschweißen, Laserstrahlschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder WIG-Schweißen durchgeführt werden. An dem Blechpaket sind nunmehr ein erster Wickelkopf und ein zweiter Wickelkopf vorhanden, die optional durch Anwendung einer Axialkraft stärker kompaktiert werden können 1120. Nacheinander werden zu dem erstellten Stator Anschlussleitungen 1140 bereitgestellt (vgl. 16) und Isolationsmittel 1150 bereitgestellt. In einem Weiterverarbeitungsschritt 1160 werden zunächst die Anschlussleitungen an die Wicklungen des Stators angeschweißt (bzw. angelötet, vorzugsweise in gleicher Weise wie die zuvor beschriebene Verbindung zwischen einem Flachdraht und einer Formlitze). Ein anschließendes Vergießen der Wicklungen mit einem Isolationsmittel kann optional durchgeführt bzw. ausgelassen werden. Außerdem kann der Stator durch Imprägnieren oder Wirbelsintern behandelt werden, um den Stator für anspruchsvolle Umgebungsbedingungen vorzubereiten. Danach erfolgt in der Regel eine EOL(End Of Line)-Funktions- und Qualitätskontrolle der Fertigung des Stators. In einem weiterführenden Schritt 1190 wird für die Herstellung einer Elektromaschine (vgl. 18) der produzierte Stator mit einem bereitgestellten Rotor 1180 zur eine Endmontage kombiniert.
  • Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten lassen sich auch untereinander in beliebiger Form verbinden. Wenn Beispielsweise von einem ersten Segment (91), einem zweiten Segment (92) einem dritten Segment (93) etc. gesprochen wird, so ist eine derartige, insbesondere durchzählende, Nummerierung vertauschbar, ohne dass damit von dem beschriebenen Gegenstand abgewichen ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 2, 2I, 2II
    Stator
    4
    Kern, insbesondere Blechpaket
    6
    Länge des Kerns, insbesondere Länge des Blechpakets
    8
    erste Kernnut
    10
    zweite Kernnut
    12
    erster Radialbereich
    14
    zweiter Radialbereich
    16
    erste Eintrittsöffnung, insbesondere erster Nuteingang
    18
    zweite Eintrittsöffnung, insbesondere zweiter Nuteingang
    19, 19I
    Austrittsöffnung, insbesondere Nutausgang
    20
    Spalt
    22
    Rotorachse, wie eine Drehachse durch den Stator
    24
    Längsrichtung
    26
    erste Stirnfläche
    28
    zweite Stirnfläche
    29
    Statorquerschnitt
    30
    Mantelfläche, wie ein Außenmantel
    31
    Kerninnenwand, insbesondere rotorseitige Innenwand eines Blechpakets,
    32
    erste Seite des Kerns
    34
    zweite Seite des Kerns
    36
    Wicklung, insbesondere Windungsbereich
    37
    erster Wickelkopf
    38
    zweiter Wickelkopf
    39, 39I, 39II
    Leitungssegment
    40, 40I
    Einzeldraht, insbesondere lackisolierter Litzendraht
    42
    verdrillte Litze
    44
    erstes Litzenende
    46
    zweites Litzenende
    48
    Formlitzenebene, insbesondere Stableiterebene
    50, 50I, 50II, 50III
    Formlitze, insbesondere erste Formlitze
    52
    Formlitze, insbesondere zweite Formlitze
    54
    Litzenlängserstreckung
    56
    Gesamtlänge der Formlitze
    58, 58I, 58II,
    Litzenbiegung
    58III 59, 59I
    Leitungssegmentwinkel
    60
    erster Arm
    62
    zweiter Arm
    64, 64I
    erster Stableiter
    66, 66I
    zweiter Stableiter
    68
    Länge des ersten Stableiters
    69
    Länge des zweiten Stableiters
    70
    Haarnadel
    72
    erster Endbereich einer Formlitze
    74
    zweiter Endbereich einer Formlitze
    76
    Mittenbereich einer Formlitze
    78, 78I
    Formlitzenkopfbereich, Insbesondere Bereich mitten zwischen den Armen einer Formlitze, in dem sich Formlitzenkopfsegmente befinden
    80
    Schlaufenformung
    82
    Krümmung, insbesondere Litzenkrümmung
    84
    Quererstreckung
    86, 86I
    Spurversatz
    91
    erstes Litzensegment, wie ein erster Bereich einer Formlitze
    92
    zweites Litzensegment, wie ein zweiter Bereich einer Formlitze
    93
    drittes Litzensegment, wie ein dritter Bereich einer Formlitze, insbesondere Formlitzenkopfsegment
    94
    viertes Litzensegment, wie ein vierter Bereich einer Formlitze, insbesondere Formlitzenkopfsegment, wie ein drittes Formlitzenkopfsegment
    95
    fünftes Litzensegment, wie ein fünfter Bereich einer Formlitze, insbesondere Formlitzenkopfsegment
    96
    sechstes Litzensegment, wie ein sechster Bereich einer Formlitze
    97
    siebtes Litzensegment, wie ein siebter Bereich einer Formlitze
    100
    erstes Übergangssegment, insbesondere erstes Formlitzenkopfsegment
    101
    zweites Übergangssegment, insbesondere erstes Formlitzenkopfsegment
    105
    erster Litzenquerschnitt
    106
    zweiter Litzenquerschnitt
    107
    dritter Litzenquerschnitt
    108
    vierter Litzenquerschnitt
    109
    fünfter Litzenquerschnitt
    120
    Litzenquerschnittsflächengröße
    122
    erste Breite der Formlitze, insbesondere Höhe der Hochseite
    123
    zweite Breite der Formlitze, insbesondere maximale Breite einer ersten Trapezform
    124
    Höhe der Formlitze, insbesondere Breite einer Breitseite
    125
    Höhe der Formlitze, insbesondere Höhe der ersten Trapezform
    128
    Abfolge von unterschiedlichen Querschnittsflächen
    130
    erste Stableiterform, insbesondere erste Trapezform
    132
    zweite Stableiterform, insbesondere zweite Trapezform
    134
    Trapezwinkel
    136, 136I
    kleinste Breite einer ersten Trapezform
    137
    größte Breite einer zweiten Trapezform
    137'
    kleinste Breite einer zweiten Trapezform
    138
    Höhe einer zweiten Trapezform
    139
    Höhe der ersten Trapezform
    140
    rechteckartiger Litzenquerschnitt, insbesondere erste rechteckige Querschnittsform
    141, 141'
    erste Breitseite
    142
    rechteckartiger Litzenquerschnitt, insbesondere zweite rechteckige Querschnittsform
    143
    Hochseite
    150
    erstes Kompaktierungssegment
    152
    zweites Kompaktierungssegment
    153
    Kontaktstelle, insbesondere Segmentkontaktfläche
    154, 154I
    Segmentkontaktschräge
    155
    Schrägenwinkel
    156
    Kompaktierungslänge
    157
    Querschnitt des Kompaktierungssegments
    158
    Kupferfolie, insbesondere Kupferband
    160
    Kupferband Überlapp, insbesondere Kupferband Doppelschicht
    162
    Hartlot
    166
    Isolatorschicht, insbesondere isolierendes Gewebeband
    168
    elektrische Verbindung
    170
    Stegverschaltung
    172
    erste Verschaltungsstegbrücke, insbesondere erster Verschaltungssteg
    174
    zweite Verschaltungsstegbrücke, insbesondere zweiter Verschaltungssteg
    180
    Flachdraht
    181, 181I
    erster Verschalungsstegabschnitt, insbesondere erster Flachdraht
    182, 182I
    zweiter Verschaltungsstegabschnitt, insbesondere zweiter Flachdraht
    188
    Flachdrahtlänge
    189
    Flachdrahthöhe
    190
    erste Breite, insbesondere Breite eines ersten Flachdrahts
    192
    zweite Breite, insbesondere Breite eines zweiten Flachdrahts
    194
    erste Höhe, insbesondere Höhe eines ersten Flachdrahts
    196
    zweite Höhe, insbesondere Höhe eines zweiten Flachdrahts
    200
    Endbereich des ersten Flachdrahts, insbesondere für die Kompaktierung abgeschrägtes Flachdrahtende
    202
    Endbereich des zweiten Flachdrahts, insbesondere für die Kompaktierung abgeschrägtes Flachdrahtende
    204
    Überlappbereich
    206
    Flachdrahtendbereich eines ersten Flachdrahts, insbesondere isolatorfreier Bereich
    208
    Flachdrahtendbereich eines zweiten Flachdrahts, insbesondere isolatorfreier Bereich
    210
    Drahtlackisolation, insbesondere Drahtlackschicht
    220
    erste Gruppe von Flachdrähten
    222
    zweite Gruppe von Flachdrähten
    230
    Strahlschweißen, insbesondere Laserstrahlschweißen
    232
    metallisch schlüssige Verbindung
    250
    Wicklungsende
    256
    Steckverbinder
    260
    Kontaktierungslitze
    270
    Y-Konfiguration
    272, 272I
    erster Verschaltungsstegabschnitt eines ersten Leitungssegments
    274, 274I
    zweiter Verschaltungsstegabschnitt eines zweiten Leitungssegments
    276
    Kontaktfläche, insbesondere Breitseiten-Auflagefläche
    278
    Kontaktstelle, insbesondere stoffschlüssige Verbindung
    500
    Kraftfahrzeug
    502
    Antriebsstrang
    504
    Vorderachse
    506
    Hinterachse
    510, 510I
    Drehmomentübertragungsvorrichtung
    512, 512I
    Getriebe
    514
    Antriebswelle
    520, 520I
    Gesamtgehäuse
    530, 530I,
    elektrische Maschine
    530II 540
    Rotor
    551
    erstes Straßenrad
    552
    zweites Straßenrad
    553
    drittes Straßenrad
    554
    viertes Straßenrad
    1002
    Verfahren zur Herstellung eines Stators sowie einer Elektromaschine
    1004
    Bereitstellung von isoliertem Kupferdraht
    1006
    Ablängen und Verdrillen von Einzeldrähten zu einer Litze
    1010
    Umformung der Litze zur Bildung eines Kopfbereichs einer Formlitze
    1020
    Verdichtung der Formlitze in Bereichen mit unterschiedlichen Querschnitten
    1030
    Bereitstellen von zwei Flachdrahtstücken, die an ihren Enden abisoliert sind
    1034
    Formung eines Endbereichs an jedem Flachdrahtstück mit einer Schräge
    1040
    verschweißen oder verlöten eines geformten Flachdrahtendbereichs mit einem Formlitzenendbereich in einem komprimierten Überlappbereich
    1050
    optionale Bereitstellung eines Isolationstapes
    1052
    optionales Umwickeln der Formlitze mit einem Isolationstape
    1060
    Biegen der Formlitze in eine U-Form (2-D-Umformung)
    1070
    Biegen der Formlitze in eine Leitungssegmentform bzw. Spulensegmentform (3-D-Umformung)
    1076
    paralleles Ausführen der Herstellung der Leitungssegmente für einen Stator
    1080
    Bereitstellung eines mit Nuten ausgestatteten Blechpakets für die Montage eines Stators
    1090
    einfügen von allen Leitungssegmenten in die Nuten des Blechpakets in axialer Richtung
    1100
    Verschränken der Flachdrähte durch ein Zusammenbringen von Verschaltungsstegabschnitten
    1110
    paarweises Verschweißen der Flachdrähte an deren freien Enden bzw. Endbereichen
    1120
    optionale Kompaktierung eines Wickelkopfes
    1140
    Bereitstellung von Wicklungsanschlussleitungen
    1150
    Bereitstellung von Isolations- und/oder Vergussmitteln
    1160
    Kontaktierung und Einschließen der Wickelköpfe
    1180
    optionale Bereitstellung eines Rotors
    1190
    optionaler Zusammenbau von Stator und Rotor zu einer Elektromaschine
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012212870 B4 [0003]
    • DE 102011000172 A1 [0004]
    • DE 102021123019 A1 [0005]
    • DE 102016123067 A1 [0006]
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    • DE 112019006919 T5 [0008]
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    • US 6353198 B1 [0011]
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    • EP 3051669 B1 [0016]
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    • DE 102017125887 A1 [0018]
    • DE 102018208407 A1 [0018]
    • DE 102018131960 A1 [0018]
    • DE 2018218732 A1 [0018]
    • WO 2021250259 A1 [0019]

Claims (15)

  1. Stator (2, 2I, 2II) für eine elektrische Maschine (530, 530I, 530II), umfassend einen Kern (4), wie ein Blechpaket (4), und eine Vielzahl von Stableitern (64, 64I, 66, 66I), die um eine Rotorachse (22) des Stators (2, 2I, 2II) radial verteilt und jeweils voneinander beabstandet, insbesondere in einem Blechpaket (4) elektrisch von dem Blechpaket (4) isoliert, angeordnet sind und die jeweils in Gestalt einer Haarnadel (70) vorhanden sind, wodurch sich die Stableiter (64, 64I, 66, 66I) in Längsrichtung (24) der Rotorachse (22) des Stators (2, 2I, 2II) erstrecken, wobei jeweils zwei Stableiter (64, 64I, 66, 66I) als Arme (60, 62) einer Formlitze (50, 50I, 50II, 50III) ausgebildet sind, und die Endbereiche (72, 74) der Arme (60, 62) auf einer gleichen Seite (34) des Kerns (4) ausmünden, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2, 2I, 2II) eine Vielzahl von Verschaltungsstegen aufweist, wobei jeweils ein Verschaltungssteg (172, 174) zwischen einem Endbereich (72, 74) einer ersten Formlitze (50, 50I, 50II, 50III) und einem Endbereich (72, 74) einer zweiten Formlitze (50, 50I, 50II, 50III) zur Ausbildung einer unmittelbaren elektrischen Verbindung angeordnet ist, und wobei insbesondere die Verschaltungsstege (172, 174) jeweils durch zwei, vorzugsweise drahtlackisolierte, Flachdrähte (180, 181, 181I, 182, 182I, 220, 222) realisiert sind.
  2. Stator (2, 2I, 2II) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlitze (50, 50I,50II, 50III) eine formgepresste Litze (50, 50I, 50II, 50III) ist, die insbesondere entlang einer Litzenlängserstreckung (54) mindestens drei Litzensegmente (91, 92, 93, 94, 95, 96, 97), vorzugsweise mindestens sieben Litzensegmente (91, 92, 93, 94, 95, 96, 97) aufweist, wobei vorzugsweise ein Litzenquerschnitt (105, 109) für zwei der Litzensegmente (92, 96), die als Stableiter (64, 66) dienen, unterschiedlich gestaltet ist und insbesondere ein Litzenquerschnitt (106, 108) für zwei weitere Litzensegmente (93, 95), die vorzugsweise eine gleiche Länge haben, gleich gestaltet ist.
  3. Stator (2, 2I, 2II) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide von einer einzelnen Formlitze (50, 50II, 50III) gebildeten Stableiter (64, 64I, 66, 66I) eine gleiche Länge haben, die insbesondere größer oder gleich einer Länge des Kerns (4), insbesondere des Blechpakets (4), ist, und wobei vorzugsweise die Formlitze (50, 50II, 50III) über die Länge (68, 69) der Stableiter (64, 64I, 66, 66I) oder über eine Gesamtlänge (56) der Formlitze von einer Isolatorschicht ummantelt ist.
  4. Stator (2, 2I, 2II) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlitze (50, 50I, 50II, 50III) mehrere miteinander verdrillte Einzeldrähte (40, 40I) umfasst, die sich von einem ersten Litzenende zu einem zweiten Litzenende erstrecken, wobei vorzugsweise eine Verdrillung der Einzeldrähte (40, 40I) ein ganzzahliges Vielfaches einer Schlaglänge ausmacht und wobei insbesondere ein Überlappbereich (204) zwischen dem jeweiligen Endbereich (72, 74) der Formlitze (50, 50I, 50II, 50III) und einem Endbereich (200, 202) des angeschlossenen Flachdrahts vorhanden ist.
  5. Stator (2, 2I, 2II) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende der Formlitze (50, 50I, 50II, 50III) an einem erste Kompaktierungssegment (91, 150) der Formlitze vorhanden ist und ein zweites Ende der Formlitze (50, 50I, 50II, 50III) an einem zweiten Kompaktierungssegment (97, 152) der Formlitze vorhanden ist, wobei das erste Kompaktierungssegment (91, 150) mit einem ersten Flachdraht (181, 181I) und das zweite Kompaktierungssegment (97, 152) mit einem zweiten Flachdraht (182, 182') jeweils in den in einer Formpressung gebildeten, insbesondere drahtlackfreien, Segmentkontaktflächen (153) elektrisch leitend, z. B. durch Löten, Schweißen oder Krimpen, verbunden ist.
  6. Stator (2, 2I, 2II) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle querschnittsgeformten Litzensegmente (91, 92, 93, 94, 95, 96, 97) einer Formlitze (50, 50I, 50II, 50III), die insbesondere einer Formpressung unterzogen wurden, eine gleiche Litzenquerschnittsflächengröße (120) haben.
  7. Stator (2, 2I, 2II) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe (220) von Flachdrähten, die insbesondere jeweils mit ersten Enden (72) der Formlitzen (50, 50I, 50II, 50III) verbunden sind, jeweils eine erste Breite (122) aufweisen und eine zweite Gruppe (222) von Flachdrähten, die insbesondere jeweils mit zweiten Enden (74) der Formlitzen (50, 50I, 50II, 50III) verbunden sind, eine zweite Breite (123) aufweisen, wobei die erste Breite (122) kleiner als die zweite Breite (123) ist und insbesondere die erste Breite (122) und die zweite Breite (123) schmaler als eine Eintrittsöffnung (16, 18) einer Kernnut (8,10) sind.
  8. Stator (2, 2I, 2II) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stegverschaltung (170) über die elektrisch leitende Verbindung, zwischen zwei Flachdrähten (181, 181', 182, 182') ausgebildet ist, die durch eine Verlötung oder eine Verschweißung von zwei Flachdrahtendbereichen (206, 208), insbesondere durch Laserstrahlschweißen (230), geschlossen ist.
  9. Stator (2, 2I, 2II) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Stableiter (64, 64I) der Formlitze (50) eine erste Trapezform (130) als Querschnittsfläche hat und ein zweiter Stableiter (66) der Formlitze (50) eine zweite Trapezform (132) als Querschnittsfläche hat, wobei insbesondere beide Trapezformen (130, 132) einen gleichen Trapezwinkel (134) haben und vorzugsweise eine kleinste Breite (136, 136I) der ersten Trapezform (130) und eine größte Breite (137) der zweiten Trapezform (132) etwa übereinstimmen, wobei insbesondere die zweite Trapezform (132) eine größere Höhe (138) aufweist als die erste Trapezform (130, 139).
  10. Stator (2, 2I, 2II) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ende (200, 202) eines Flachdrahts (180, 181, 181I, 182, 182I), vorzugsweise der gesamte Flachdraht (180, 181, 1811, 182, 182I), eine maximale Breite (190, 192) kleiner oder gleich zur Breite seines angeschlossenen Stableiters (64, 64I, 66, 66I) aufweist und vorzugsweise eine maximale Höhe (194, 196) kleiner oder gleich zur Höhe (138, 139) seines angeschlossenen Stableiters (64, 64I, 66, 66I)aufweist.
  11. Stator (2, 2I, 2II) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlitze (50, 50I, 50", 50III) in einem Mittenbereich (76), der sich zwischen beiden Armen (60, 62) erstreckt, mindestens zwei Übergangssegmente (94, 100, 101) aufweist, von denen mindestens ein Übergangssegment (100, 101) in eine rechteckige Querschnittsform (140, 142) gepresst ist.
  12. Stator (2, 2I, 2II) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formlitzenkopfbereich (78, 78I), der insbesondere zu einem Wickelkopf (37, 38) des Stators (2, 2I, 2II) gehört, zwischen beiden Armen (60, 62) vorhanden ist, wobei der Formlitzenkopfbereich (78, 78I) mit einer aus einer Schlaufenformung (80) hervorgegangenen Krümmung (82) ausgestattet ist, die gegenüber einer Quererstreckung der Stableiter (64, 64I, 66, 66I) einen Spurversatz (86, 86I) bildet, wobei insbesondere die Formlitze (50, 50I, 50II, 50III) im Bereich der Krümmung (82) keiner querschnittbestimmenden Formpressung unterzogen wurde.
  13. Stator (2, 2I, 2II) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2, 2', 2") mindestens eine Wicklung (36) zur Stromleitung aufweist, die aus einer Mehrzahl von Formlitzen (50, 50II, 50III) und einer Mehrzahl von Verschaltungsstegen (172, 174) gebildet ist, wobei die Arme (60, 62) jeweils einer Formlitze (50, 50II, 50III), in unterschiedlichen Nuten (8, 10) des Kerns (4) in einem unterschiedlichen Radialbereich (12, 14) der Nut (8, 10) sitzen.
  14. Verfahren (2002) zur Herstellung eines Leitungssegments (39, 39I, 39II) für eine Wicklung (36) einer elektrischen Maschine (530, 530I, 530II), insbesondere für deren Stator (2, 2', 2") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Litze (42) bestehend aus mehreren einzeln isolierten und verdrillte Litzendrähten (40, 40I, 1006) in einem ersten Bereich (94), der ein mittlerer Bereich 76) des Leitungssegments (39, 39I, 39II) entlang einer Formlitzenlängserstreckung ist, eine Litzenkrümmung geformt (1010) wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausbildung der Litzenkrümmung (1010) die Litze (42) in einem zweiten Bereich und in einem dritten Bereich (92, 96) der Formlitzenlängserstreckung (54) in eine Stableiterform (64, 64I, 66, 66I) gepresst (1020) wird und beide Endbereich (72, 74) der Formlitzenlängserstreckung (54) jeweils mit einem isolatorfreien Ende (200, 202) eines jeweiligen Flachdrahts (180, 181, 181I, 182, 182I, 220, 222) verpresst und in eine metallisch schlüssige Verbindung verbracht (1030, 1040) werden.
  15. Antriebsstrang (502) für ein Kraftfahrzeug (500), der eine elektrische Maschine (530, 530I, 530II) zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments mit einem Rotor (540), vorzugsweise ausgestattet mit einer Permanentmagnetenanordnung, und einem Stator (2, 2I, 2II) und eine mit der elektrischen Maschine (530, 530I, 530II) verbundene Drehmomentübertragungsvorrichtung (510, 510I) aufweist, durch die ein Drehmoment mindestens einem Straßenrad (551, 552, 553, 554) des Kraftfahrzeugs (500) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2, 2', 2") nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
DE102022112127.5A 2022-05-13 2022-05-13 Stator für eine Elektromaschine mit hybridem Wicklungsdesign Pending DE102022112127A1 (de)

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EP23724871.1A EP4309268A1 (de) 2022-05-13 2023-05-12 Leitungssegment für eine wicklung einer elektrischen maschine sowie ein herstellungsverfahren für ein leitungssegment
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