DE102022130317A1

DE102022130317A1 - Winding support and method for supporting the windings of a rotor of an electrical machine

Info

Publication number: DE102022130317A1
Application number: DE102022130317.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Lang; Robert Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-11-16
Filing date: 2022-11-16
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Es wird eine Wicklungsstütze (220) zur Stützung von Wicklungen (201) in einer Rotornut (125) eines Rotorkörpers (122) eines Rotors (120) einer elektrischen Maschine (100) beschrieben, wobei die Rotornut (125) durch einen ersten Schenkelpol (124) und einen zweiten Schenkelpol (124) des Rotorkörpers (122) begrenzt wird, und wobei an dem ersten Schenkelpol (124) erste Wicklungen (201) und an dem zweiten Schenkelpol (124) zweite Wicklungen (201) angeordnet sind. Die Wicklungsstütze (220) erstreckt sich entlang der Längsachse der Rotornut (125) zwischen einer ersten Stirnfläche (128) und einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche (129) des Rotorkörpers (122). Die Wicklungsstütze (220) ist ausgebildet, die ersten Wicklungen (201) gegen den ersten Schenkelpol (124) und die zweiten Wicklungen (201) gegen den zweiten Schenkelpol (124) zu drücken, und eine Trennwand zwischen den ersten Wicklungen (201) und den zweiten Wicklungen (201) zu bilden.A winding support (220) for supporting windings (201) in a rotor slot (125) of a rotor body (122) of a rotor (120) of an electrical machine (100) is described, wherein the rotor slot (125) is delimited by a first salient pole (124) and a second salient pole (124) of the rotor body (122), and wherein first windings (201) are arranged on the first salient pole (124) and second windings (201) are arranged on the second salient pole (124). The winding support (220) extends along the longitudinal axis of the rotor slot (125) between a first end face (128) and an opposite second end face (129) of the rotor body (122). The winding support (220) is designed to press the first windings (201) against the first salient pole (124) and the second windings (201) against the second salient pole (124), and to form a partition between the first windings (201) and the second windings (201).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa eine Synchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System von Wicklungsstützen und ein Verfahren zum Stützen der Wicklungen in den Rotornuten eines Rotors einer elektrischen Maschine.The invention relates to an electrical machine, such as a synchronous machine. In particular, the invention relates to a system of winding supports and a method for supporting the windings in the rotor slots of a rotor of an electrical machine.

Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator, der einen Rotor der elektrischen Maschine umschließt.An at least partially electrically powered vehicle comprises an electric machine for driving the vehicle. The electric machine comprises a stator which encloses a rotor of the electric machine.

Die Rotornuten des (stromerregten) Rotors einer elektrischen Maschine werden typischerweise jeweils mit einem Nutverschlusskeil abgedeckt, um in den einzelnen Rotornuten jeweils einen abgeschlossenen Hohlraum zu bilden, der jeweils mit einer Vergussmasse aufgefüllt werden kann, um die Rotorwicklungen innerhalb der Hohlräume der einzelnen Rotornuten örtlich zu fixieren und/oder elektrisch von dem Rotorkörper zu isolieren.The rotor slots of the (current-excited) rotor of an electrical machine are typically each covered with a slot closure wedge in order to form a closed cavity in each individual rotor slot, which can be filled with a potting compound in order to locally fix the rotor windings within the cavities of the individual rotor slots and/or to electrically isolate them from the rotor body.

Die Verwendung von Vergussmasse zur Fixierung der Rotorspulen ist mit einem relativ hohen Gewicht und mit einem relativ hohen Herstellungsaufwand verbunden.The use of potting compound to fix the rotor coils is associated with a relatively high weight and a relatively high manufacturing effort.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine besonders effiziente und zuverlässige Fixierung der Rotorspulen des Rotors einer elektrischen Maschine zu bewirken, insbesondere um die Effizienz der elektrischen Maschine zu erhöhen.This document deals with the technical problem of achieving a particularly efficient and reliable fixing of the rotor coils of the rotor of an electrical machine, in particular in order to increase the efficiency of the electrical machine.

Die Aufgabe wird jeweils durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.The problem is solved in each case by the independent claims. Advantageous embodiments are described in the dependent claims, among others. It is pointed out that additional features of a patent claim dependent on an independent patent claim can form a separate invention without the features of the independent patent claim or only in combination with a subset of the features of the independent patent claim, which invention is independent of the combination of all features of the independent patent claim and can be made the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application. This applies in the same way to technical teachings described in the description, which can form an invention independent of the features of the independent patent claims.

Gemäß einem Aspekt wird eine (mantelseitige) Wicklungsstütze zur Stützung von Wicklungen in einer Rotornut eines Rotorkörpers eines Rotors einer elektrischen Maschine beschrieben. Die Rotornut wird durch einen ersten Schenkelpol und einen zweiten Schenkelpol des Rotorkörpers begrenzt. Die einzelnen Schenkelpole können jeweils einen Polschuh mit Schenkeln aufweisen, wobei die Schenkel sich jeweils in Umfangsrichtung des Rotorkörper erstrecken. Zwischen den Schenkelpolen, insbesondere zwischen einander zugewandten Schenkeln der Polschuhe der Schenkelpole, wird typischerweise eine Öffnung der Rotornut gebildet. Die Öffnung kann sich entlang der Längsachse des Rotorkörpers von der ersten Stirnfläche bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers erstrecken. Ferner kann sich die Öffnung in Umfangsrichtung der Mantelfläche des Rotorkörpers von dem ersten Schenkelpol (insbesondere von dem ersten Schenkel des Polschuhs des ersten Schenkelpols) bis zu dem zweiten Schenkelpol (insbesondere bis zu dem zweiten Schenkel des Polschuhs des zweiten Schenkelpols) erstrecken. Die Öffnung kann dabei die Form eines (fehlenden) Segments der Mantelfläche des Rotorkörpers aufweisen. An dem ersten Schenkelpol können erste Wicklungen (von einer ersten Rotorspule) und an dem zweiten Schenkelpol können zweite Wicklungen (von einer zweiten Rotorspule) angeordnet sein.According to one aspect, a (shell-side) winding support for supporting windings in a rotor slot of a rotor body of a rotor of an electrical machine is described. The rotor slot is delimited by a first salient pole and a second salient pole of the rotor body. The individual salient poles can each have a pole shoe with legs, wherein the legs each extend in the circumferential direction of the rotor body. An opening in the rotor slot is typically formed between the salient poles, in particular between mutually facing legs of the pole shoes of the salient poles. The opening can extend along the longitudinal axis of the rotor body from the first end face to the opposite second end face of the rotor body. Furthermore, the opening can extend in the circumferential direction of the shell surface of the rotor body from the first salient pole (in particular from the first leg of the pole shoe of the first salient pole) to the second salient pole (in particular to the second leg of the pole shoe of the second salient pole). The opening can have the shape of a (missing) segment of the lateral surface of the rotor body. First windings (from a first rotor coil) can be arranged on the first salient pole and second windings (from a second rotor coil) can be arranged on the second salient pole.

Die Wicklungsstütze ist ausgebildet, sich entlang der Längsachse der Rotornut zwischen der ersten Stirnfläche und der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers zu erstrecken. Die Wicklungsstütze weist somit eine längliche Form auf, die es ermöglicht, die Wicklungsstütze innerhalb der Rotornut zu platzieren.The winding support is designed to extend along the longitudinal axis of the rotor slot between the first end face and the opposite second end face of the rotor body. The winding support thus has an elongated shape that allows the winding support to be placed within the rotor slot.

Die Wicklungsstütze ist ausgebildet, die ersten Wicklungen gegen den ersten Schenkelpol und die zweiten Wicklungen gegen den zweiten Schenkelpol zu drücken (wenn die Wicklungsstütze innerhalb der Rotornut angeordnet ist). Es kann somit von der Wicklungsstütze eine Kraft in Umfangsrichtung bewirkt werden, durch die Wicklungen gegen den jeweiligen Schenkelpol gedrückt werden. Durch eine derartige Kraft können die Wicklungen in effizienter und zuverlässiger Weise innerhalb der Rotornut örtlich fixiert werden.The winding support is designed to press the first windings against the first salient pole and the second windings against the second salient pole (if the winding support is arranged within the rotor slot). The winding support can thus cause a force in the circumferential direction, by means of which the windings are pressed against the respective salient pole. By means of such a force, the windings can be fixed locally within the rotor slot in an efficient and reliable manner.

Die Wicklungsstütze kann ferner ausgebildet sein, eine Trennwand zwischen den ersten Wicklungen (an dem ersten Schenkelpol) und den zweiten Wicklungen (an dem zweiten Schenkelpol) zu bilden. So kann eine zuverlässige elektrische Isolierung zwischen den ersten und zweiten Wicklungen innerhalb der Rotornut bewirkt werden.The winding support can further be designed to form a partition between the first windings (at the first salient pole) and the second windings (at the second salient pole). In this way, reliable electrical insulation can be achieved between the first and second windings within the rotor slot.

Die Wicklungsstütze kann insbesondere ausgebildet sein, die ersten und zweiten Wicklungen ohne Verwendung von Vergussmasse örtlich an dem jeweiligen Schenkelpol zu fixieren. So kann ein besonders kosteneffizienter und leichter Rotor für eine elektrische Maschine bereitgestellt werden.The winding support can be designed in particular to fix the first and second windings locally to the respective salient pole without the use of casting compound. A particularly cost-efficient and lightweight rotor for an electric machine can be provided.

Die Wicklungsstütze kann ausgebildet sein, (im eingesetzten Zustand innerhalb der Rotornut) eine derart hohe Druckkraft auf die ersten und zweiten Wicklungen auszuüben, dass die ersten und zweiten Wicklungen auch bei Einwirken einer bestimmten Grenz-Fliehkraft örtlich an dem jeweiligen Schenkelpol fixiert bleiben. Die Grenz-Fliehkraft hängt dabei von der Drehzahl ab, für die die elektrische Maschine ausgelegt ist. So kann eine besonders effiziente und zuverlässige Fixierung der Wicklungen bewirkt werden.The winding support can be designed (when inserted within the rotor slot) to exert such a high pressure force on the first and second windings that the first and second windings remain locally fixed to the respective salient pole even when a certain limit centrifugal force is applied. The limit centrifugal force depends on the speed for which the electrical machine is designed. This allows the windings to be fixed particularly efficiently and reliably.

Die Wicklungsstütze kann eine erste Seitenwand aufweisen, die sich entlang der Längsachse erstreckt und die dem ersten Schenkelpol zugewandt ist. Ferner kann die Wicklungsstütze eine zweite Seitenwand aufweisen, die sich entlang der Längsachse erstreckt und die dem zweiten Schenkelpol zugewandt ist. Die beiden Seitenwände können z.B. den Schenkeln eines V oder eines U entsprechen.The winding support can have a first side wall that extends along the longitudinal axis and faces the first salient pole. The winding support can also have a second side wall that extends along the longitudinal axis and faces the second salient pole. The two side walls can correspond to the legs of a V or a U, for example.

Die Wicklungsstütze kann derart ausgebildet sein, dass die erste und die zweite Seitenwand im eingesetzten Zustand in der Rotornut voneinander weggedrückt werden, sodass durch die erste Seitenwand eine Kraft (in Umfangsrichtung) auf die ersten Wicklungen und durch die zweite Seitenwand eine Kraft (in Umfangsrichtung) auf die zweiten Wicklungen bewirkt wird.The winding support can be designed such that the first and second side walls are pressed away from each other in the inserted state in the rotor slot, so that a force (in the circumferential direction) is exerted on the first windings by the first side wall and a force (in the circumferential direction) is exerted on the second windings by the second side wall.

Die Wicklungsstütze kann z.B. als Flachfeder ausgebildet sein (mit der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand). Ferner kann die Wicklungsstütze einen V-förmigen oder U-förmigen Querschnitt senkrecht zu der Längsachse aufweisen. The winding support can be designed, for example, as a flat spring (with the first side wall and the second side wall). Furthermore, the winding support can have a V-shaped or U-shaped cross section perpendicular to the longitudinal axis.

So können die Kräfte auf die Wicklungen in der Rotornut in besonders effizienter und zuverlässiger Weise aufgebracht werden.This allows the forces to be applied to the windings in the rotor slot in a particularly efficient and reliable manner.

Die Wicklungsstütze kann ausgebildet sein, in radialer Richtung in die Rotornut eingeführt und dort fixiert zu werden. Alternativ oder ergänzend kann die Wicklungsstütze ausgebildet sein, in axialer Richtung, von der ersten oder der zweiten Stirnfläche des Rotorkörpers her, in die Rotornut eingeführt und dort fixiert zu werden. So kann ein besonders effizienter und zuverlässiger Verbau der Wicklungsstütze ermöglicht werden.The winding support can be designed to be inserted into the rotor slot in the radial direction and fixed there. Alternatively or additionally, the winding support can be designed to be inserted into the rotor slot in the axial direction, from the first or second end face of the rotor body, and fixed there. This enables particularly efficient and reliable installation of the winding support.

Die Wicklungsstütze kann Außenkanten aufweisen, die jeweils entlang der Längsachse verlaufen und die im eingesetzten Zustand der Wicklungsstütze an den Schenkeln der beiden Schenkelpole angeordnet sind. Die Wicklungsstütze kann insbesondere eine erste Außenkante an der ersten Seitenwand und eine zweite Außenkante an der zweiten Seitenwand aufweisen. Die Wicklungsstütze kann derart ausgebildet sein, dass die Außenkanten in elastischer Weise (entlang der Umfangsrichtung) zusammengedrückt werden können, insbesondere um die Wicklungsstütze (in radialer Richtung) in die Rotornut einzuführen. So kann eine besonders effiziente und zuverlässige Anordnung der Wicklungsstütze innerhalb der Rotornut ermöglicht werden.The winding support can have outer edges that each run along the longitudinal axis and that are arranged on the legs of the two salient poles when the winding support is inserted. The winding support can in particular have a first outer edge on the first side wall and a second outer edge on the second side wall. The winding support can be designed such that the outer edges can be pressed together in an elastic manner (along the circumferential direction), in particular in order to insert the winding support (in the radial direction) into the rotor slot. This enables a particularly efficient and reliable arrangement of the winding support within the rotor slot.

Die Wicklungsstütze kann, insbesondere an der ersten Außenkante, ein entlang der Längsachse verlaufendes erstes Profil aufweisen, das komplementär zu einem entsprechenden ersten Gegenprofil des ersten Schenkels ausgebildet ist. Ferner kann die Wicklungsstütze, insbesondere an der zweiten Außenkante, ein entlang der Längsachse verlaufendes zweites Profil aufweisen, das komplementär zu einem entsprechenden zweiten Gegenprofil des zweiten Schenkels ausgebildet ist. Die Profil/Gegenprofil-Paare können dabei derart ausgebildet sein, dass die Wicklungsstütze durch das ineinandergreifende erste Profil und erste Gegenprofil und durch das ineinandergreifende zweite Profil und zweite Gegenprofil auch bei Einwirken der bestimmten Grenz-Fliehkraft in der Rotornut gehalten wird. So kann eine besonders zuverlässige Fixierung der Wicklungsstütze innerhalb der Rotornut bewirkt werden.The winding support can have, in particular on the first outer edge, a first profile running along the longitudinal axis, which is complementary to a corresponding first counter-profile of the first leg. Furthermore, the winding support can have, in particular on the second outer edge, a second profile running along the longitudinal axis, which is complementary to a corresponding second counter-profile of the second leg. The profile/counter-profile pairs can be designed in such a way that the winding support is held in the rotor slot by the interlocking first profile and first counter-profile and by the interlocking second profile and second counter-profile even when the specific limit centrifugal force is applied. This allows the winding support to be fixed in the rotor slot particularly reliably.

Die Wicklungsstütze kann einen (metallischen) Grundkörper aufweisen, der ausgebildet ist, die ersten Wicklungen gegen den ersten Schenkelpol und die zweiten Wicklungen gegen den zweiten Schenkelpol zu drücken. Des Weiteren kann der Grundkörper ausgebildet sein, die Wicklungsstütze innerhalb der Rotornut zu befestigen (und auch bei Fliehkrafteinwirkung darin zu halten). Des Weiteren kann die Wicklungsstütze einen (Kunststoff-basierten und/oder elektrisch isolierenden) Kontaktkörper aufweisen, der zwischen dem Grundkörper und den Wicklungen angeordnet ist (und der ggf. auf den Grundkörper aufgespritzt wurde). Der Kontaktkörper kann ausgebildet sein, sich an die Form von einzelnen Wicklungen anzupassen. So kann eine besonders gleichmäßige örtliche Fixierung der Wicklungen innerhalb der Rotornut bewirkt werden.The winding support can have a (metallic) base body that is designed to press the first windings against the first salient pole and the second windings against the second salient pole. Furthermore, the base body can be designed to fasten the winding support within the rotor slot (and to hold it therein even when subjected to centrifugal force). Furthermore, the winding support can have a (plastic-based and/or electrically insulating) contact body that is arranged between the base body and the windings (and that may have been sprayed onto the base body). The contact body can be designed to adapt to the shape of individual windings. This makes it possible to achieve a particularly uniform local fixation of the windings within the rotor slot.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Rotor für eine elektrische Maschine beschrieben. Der Rotor umfasst einen Rotorkörper mit einem ersten Schenkelpol und mit einem zweiten Schenkelpol, durch die eine Rotornut begrenzt wird, die eine Öffnung zwischen den beiden Schenkelpolen aufweist. Dabei sind an dem ersten Schenkelpol erste Wicklungen und an dem zweiten Schenkelpol zweite Wicklungen angeordnet. Der Rotor umfasst ferner zumindest eine mantelseitige Wicklungsstütze, die wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist, und die in der Rotornut angeordnet ist. Der Rotorkörper umfasst typischerweise eine Vielzahl von Rotornuten (z.B. 4 oder mehr, oder 6 oder mehr), in denen jeweils Wicklungen angeordnet sind. Des Weiteren umfasst der Rotor typischerweise eine Vielzahl von mantelseitigen Wicklungsstützen für die entsprechende Vielzahl von Rotornuten. Es wird somit ein Rotor beschrieben, der auch ohne Verwendung von Vergussmasse örtlich fixierte Wicklungen aufweist.According to a further aspect, a rotor for an electrical machine is described. The rotor comprises a rotor body with a first salient pole and a second salient pole, which delimit a rotor slot that has an opening between the two salient poles. First windings are arranged on the first salient pole and second windings on the second salient pole. The rotor further comprises at least one casing-side winding support, which is designed as described in this document and which is arranged in the rotor slot. The rotor body typically comprises a plurality of Rotor slots (eg 4 or more, or 6 or more), in each of which windings are arranged. Furthermore, the rotor typically comprises a plurality of casing-side winding supports for the corresponding plurality of rotor slots. A rotor is thus described which has locally fixed windings even without the use of casting compound.

Der Rotor kann an zumindest einer Stirnfläche eine stirnseitige Wicklungsstütze aufweisen, die ausgebildet ist, die Vielzahl von mantelseitigen Wicklungsstützen in axialer Richtung innerhalb der jeweiligen Rotornut zu fixieren. Typischerweise weist der Rotor an beiden Stirnflächen jeweils eine stirnseitige Wicklungsstütze auf. Die stirnseitigen Wicklungsstützen können jeweils über Schrauben an der jeweiligen Stirnfläche des Rotorkörpers bzw. Rotors befestigt sein. Durch die Bereitstellung von stirnseitigen Wicklungsstützen kann die örtliche Fixierung der Wicklungen weiter verbessert werden.The rotor can have a front-side winding support on at least one end face, which is designed to fix the plurality of casing-side winding supports in the axial direction within the respective rotor slot. Typically, the rotor has a front-side winding support on each of its two end faces. The front-side winding supports can each be fastened to the respective end face of the rotor body or rotor using screws. The local fixation of the windings can be further improved by providing front-side winding supports.

Eine stirnseitige Wicklungsstütze kann eine Vielzahl von Nutelementen umfassen, die ausgebildet ist, auf Stirnflächen der entsprechenden Vielzahl von mantelseitigen Wicklungsstützen einzuwirken, um diese in axialer Richtung zu fixieren. Ferner kann die stirnseitige Wicklungsstütze zwischen zwei in Umfangsrichtung direkt benachbarten Nutelementen jeweils ein Wickelkopf-Segment aufweisen. Die stirnseitige Wicklungsstütze kann somit eine Vielzahl von Wickelkopf-Segmenten aufweisen. Dabei können die einzelnen Wickelkopf-Segmente j eweils von der Stirnfläche des Rotorkörpers weg gewölbt sein, sodass ein Hohlraum zur Aufnahme von, an der Stirnfläche angeordneten, Wicklungen gebildet wird., und/oder sodass das Wickelkopf-Segment eine Kraft in axialer Richtung auf die, an der Stirnfläche angeordneten, Wicklungen ausübt. So kann die örtliche Fixierung der Wicklungen weiter verbessert werden.A front-side winding support can comprise a plurality of groove elements which are designed to act on the front faces of the corresponding plurality of casing-side winding supports in order to fix them in the axial direction. Furthermore, the front-side winding support can have a winding head segment between two groove elements which are directly adjacent in the circumferential direction. The front-side winding support can thus have a plurality of winding head segments. The individual winding head segments can each be curved away from the front face of the rotor body so that a cavity is formed for receiving windings arranged on the front face and/or so that the winding head segment exerts a force in the axial direction on the windings arranged on the front face. In this way, the local fixation of the windings can be further improved.

Der Rotor kann (für jede stirnseitige Wicklungsstütze jeweils) einen Stützring aufweisen, der ausgebildet ist, die Vielzahl von mantelseitigen Wicklungsstützen und/oder die jeweilige stirnseitige Wicklungsstütze in radialer Richtung an dem Rotor zu befestigen. Die einzelnen Stützringe können auf Auflageflächen des Rotorkörpers um die jeweilige stirnseitige Wicklungsstütze herum angeordnet sein. So kann die örtliche Fixierung der Wicklungen weiter verbessert werden.The rotor can have a support ring (for each front-side winding support) which is designed to fasten the plurality of casing-side winding supports and/or the respective front-side winding support to the rotor in the radial direction. The individual support rings can be arranged on support surfaces of the rotor body around the respective front-side winding support. In this way, the local fixation of the windings can be further improved.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein System zur örtlichen Fixierung von Wicklungen an einem Rotor einer elektrischen Maschine beschrieben. Das System umfasst eine Vielzahl von mantelseitigen Wicklungsstützen für die entsprechende Vielzahl von Rotornuten des Rotors. Ferner umfasst das System ein oder mehrere (insbesondere zwei) stirnseitige Wicklungsstützen.According to a further aspect, a system for locally fixing windings on a rotor of an electrical machine is described. The system comprises a plurality of casing-side winding supports for the corresponding plurality of rotor slots of the rotor. Furthermore, the system comprises one or more (in particular two) end-side winding supports.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine, insbesondere eine (stromerregte) Synchronmaschine, beschrieben, die den in diesem Dokument beschriebenen Rotor umfasst.According to a further aspect, an electrical machine, in particular a (current-excited) synchronous machine, is described which comprises the rotor described in this document.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs umfasst.According to a further aspect, a (road) motor vehicle (in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle) is described which comprises the electric machine described in this document for driving the vehicle.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Stützung von Wicklungen eines Rotors beschrieben. Das Verfahren umfasst das Anordnen von mantelseitigen Wicklungsstützen in den einzelnen Rotornuten des Rotors. Das Verfahren umfasst ferner das Anordnen von stirnseitigen Wicklungsstützen an den gegenüberliegenden Stirnflächen des Rotors.According to a further aspect, a method for supporting windings of a rotor is described. The method comprises arranging shell-side winding supports in the individual rotor slots of the rotor. The method further comprises arranging end-side winding supports on the opposite end surfaces of the rotor.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können j egliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.It should be noted that the devices, methods and systems described in this document can be used alone or in combination with other devices, methods and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the devices, methods and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways. Furthermore, features listed in brackets are to be understood as optional features.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1a eine beispielhafte elektrische Maschine;
1b eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Rotorkörpers;
1c eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Nutverschlusskeils;
2a eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Rotors mit Rotorspulen;
2b eine Vorderseite einer beispielhaften stirnseitigen Wicklungsstütze;
2c eine Rückseite einer beispielhaften stirnseitigen Wicklungsstütze;
2d eine beispielhafte mantelseitige Wicklungsstütze;
2e einen beispielhaften Stützring;
3a einen beispielhaften Rotor mit mantelseitigen Wicklungsstützen;
3b einen beispielhaften Rotor mit mantelseitigen und stirnseitigen Wicklungsstützen;
3c einen beispielhaften Rotor mit mantelseitigen und stirnseitigen Wicklungsstützen und mit Stützringen;
4a eine Schnittansicht (entlang der Rotationsachse des Rotors) eines beispielhaften Rotors mit stirnseitigen Wicklungsstützen;
4b einen Ausschnitt aus 4a;
5a eine Schnittansicht (quer zu der Rotationsachse des Rotors) eines beispielhaften Rotors mit mantelseitigen Wicklungsstützen;
5b einen Ausschnitt aus 5a; und
6 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur örtlichen Fixierung der Rotorspulen eines Rotors einer elektrischen Maschine.

The invention is described in more detail below using exemplary embodiments.

1a an exemplary electrical machine;
1b a perspective view of an exemplary rotor body;
1c a perspective view of an exemplary slot locking wedge;
2a a perspective view of an exemplary rotor with rotor coils;
2 B a front view of an exemplary end winding support;
2c a rear view of an exemplary front winding support;
2d an exemplary shell-side winding support;
2e an example support ring;
3a an exemplary rotor with shell-side winding supports;
3b an exemplary rotor with shell-side and front-side winding supports;
3c an exemplary rotor with shell-side and front-side winding supports and with support rings;
4a a sectional view (along the axis of rotation of the rotor) of an exemplary rotor with front-side winding supports;
4b an excerpt from 4a ;
5a a sectional view (transverse to the axis of rotation of the rotor) of an exemplary rotor with shell-side winding supports;
5b an excerpt from 5a ; and
6 a flow chart of an exemplary method for the local fixation of the rotor coils of a rotor of an electrical machine.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und zuverlässigen örtlichen Fixierung der Rotorspulen des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere um die Effizienz der elektrischen Maschine zu erhöhen. In diesem Zusammenhang zeigt 1a eine beispielhafte elektrische Maschine 100 in einer Ansicht senkrecht auf die Welle 101 der elektrischen Maschine 100. Die Welle 101 der elektrischen Maschine 100 kann der Längsachse des Stators 110 und/oder der Rotationsachse des Rotors 120 der elektrischen Maschine 100 entsprechen. Ferner kann die Welle 101 entlang der z-Achse des dargestellten kartesischen Koordinatensystems verlaufen.As stated at the beginning, this document deals with the efficient and reliable local fixation of the rotor coils of the rotor of an electrical machine, in particular to increase the efficiency of the electrical machine. In this context, 1a an exemplary electric machine 100 in a view perpendicular to the shaft 101 of the electric machine 100. The shaft 101 of the electric machine 100 can correspond to the longitudinal axis of the stator 110 and/or the rotation axis of the rotor 120 of the electric machine 100. Furthermore, the shaft 101 can run along the z-axis of the Cartesian coordinate system shown.

Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Stator 110 mit mehreren Statorwicklungen 111, die an unterschiedlichen Winkelpositionen um die Rotationsachse des Rotors 120 herum angeordnet sind, und die eingerichtet sind, ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen. Der Stator 110 ist von einem Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 umgeben.The electric machine 100 comprises a stator 110 with a plurality of stator windings 111, which are arranged at different angular positions around the axis of rotation of the rotor 120 and which are designed to generate an electromagnetic rotating field. The stator 110 is surrounded by a housing 135 of the electric machine 100.

Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 100 den Rotor 120, der durch das von dem Stator 110 bewirkte Drehfeld angetrieben wird. Der Rotor 120 ist fest mit der von der elektrischen Maschine 100 angetriebenen Welle 101 verbunden (die mit der Rotorwelle des Rotors 120 verbunden sein kann oder die der Rotorwelle des Rotors 120 entspricht). Der Rotor 120 umfasst einen Rotorkörper 122.Furthermore, the electric machine 100 comprises the rotor 120, which is driven by the rotating field caused by the stator 110. The rotor 120 is fixedly connected to the shaft 101 driven by the electric machine 100 (which can be connected to the rotor shaft of the rotor 120 or which corresponds to the rotor shaft of the rotor 120). The rotor 120 comprises a rotor body 122.

Der Rotor 120 einer elektrischen Maschine 100 kann als Rotorkörper 122 ein Eisenblechpaket (z.B. zusammengesetzt aus gegenseitig isolierten Blechen) aufweisen. 1b zeigt einen beispielhaften Rotorkörper 122 eines Rotors 120 in einer perspektivischen Ansicht. Der Rotorkörper 122 erstreckt sich entlang der Rotationsachse bzw. der Längsachse des Rotors 120 von einer ersten Stirnfläche 128 bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 129. Dabei weist der Rotorkörper 122 in dem dargestellten Beispiel unterschiedliche magnetische Schenkelpole 124 auf, die an unterschiedlichen Winkelpositionen um die Rotationsachse des Rotors 120 angeordnet sind. Die Schenkelpole 124 können gleichmäßig um die Rotationsachse herum verteilt angeordnet sein. Um die einzelnen Schenkelpole 124 kann jeweils eine Rotorspule (d.h. jeweils Wicklungen) angeordnet sein, durch die ein Magnetfeld erzeugt wird. Die einzelnen Schenkelpole 124 können somit magnetische Pole des Rotors 120 bilden.The rotor 120 of an electrical machine 100 can have a sheet iron package (e.g. composed of mutually insulated sheets) as the rotor body 122. 1b shows an exemplary rotor body 122 of a rotor 120 in a perspective view. The rotor body 122 extends along the axis of rotation or the longitudinal axis of the rotor 120 from a first end face 128 to an opposite second end face 129. In the example shown, the rotor body 122 has different magnetic salient poles 124, which are arranged at different angular positions around the axis of rotation of the rotor 120. The salient poles 124 can be arranged evenly distributed around the axis of rotation. A rotor coil (ie windings) can be arranged around each of the salient poles 124, by means of which a magnetic field is generated. The individual salient poles 124 can thus form magnetic poles of the rotor 120.

Der Rotorkörper 122 weist eine zentrale Öffnung 123, insbesondere eine Bohrung, auf, in die die Rotorwelle des Rotors 120 eingeführt werden kann. Die Rotorwelle kann an den Stirnflächen des Rotorkörpers 122 über jeweilige Lagerflächen drehbar gelagert werden, um eine Rotation des Rotors 120 zu ermöglichen.The rotor body 122 has a central opening 123, in particular a bore, into which the rotor shaft of the rotor 120 can be inserted. The rotor shaft can be rotatably mounted on the end faces of the rotor body 122 via respective bearing surfaces in order to enable rotation of the rotor 120.

Zwischen zwei direkt benachbarten Schenkelpolen 124 der Rotorkörpers 122 wird jeweils eine Rotornut 125 gebildet, in der jeweils die Rotorspulen der angrenzenden Schenkpole 124 angeordnet werden. Eine Rotornut 125 erstreckt sich dabei entlang der Längs- und/oder Rotationsachse von der ersten Stirnfläche 128 bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 129 des Rotorkörpers 122. Der Rotorkörper 122 sowie die einzelnen Rotornuten 125 können von der ersten Stirnfläche 128 bis zu der zweiten Stirnfläche 129 jeweils eine bestimmte Gesamtlänge 127 aufweisen.Between two directly adjacent salient poles 124 of the rotor body 122, a rotor slot 125 is formed in each case, in which the rotor coils of the adjacent salient poles 124 are arranged. A rotor slot 125 extends along the longitudinal and/or rotational axis from the first end face 128 to the opposite second end face 129 of the rotor body 122. The rotor body 122 and the individual rotor slots 125 can each have a specific total length 127 from the first end face 128 to the second end face 129.

Die Rotornut 125 zwischen zwei (in Umfangsrichtung) direkt benachbarten Schenkelpolen 124 weist an der von der Rotorwelle abgewandten Mantelfläche des Rotorkörpers 122 jeweils eine Öffnung 126 auf, wobei sich die Öffnung 126 entlang der Längsachse von der ersten Stirnfläche 128 bis zu der zweite Stirnfläche 129 des Rotorkörpers 122 erstreckt. In Querrichtung zu der Längsachse wird die Öffnung 126 durch (einander zugewandte) Schenkel 131 der Polschuhe 130 der beiden direkt benachbarten Schenkelpole 124 begrenzt.The rotor slot 125 between two (in the circumferential direction) directly adjacent salient poles 124 has an opening 126 on the outer surface of the rotor body 122 facing away from the rotor shaft, wherein the opening 126 extends along the longitudinal axis from the first end face 128 to the second end face 129 of the rotor body 122. In the transverse direction to the longitudinal axis, the opening 126 is limited by (mutually facing) legs 131 of the pole shoes 130 of the two directly adjacent salient poles 124.

Zur Herstellung eines Rotors 120 können jeweils elektrisch leitende Wicklungen bzw. Spulen um die Schenkelpole 124 gewickelt werden, sodass in einer Rotornut 125 jeweils Rotorspulen der zwei direkt benachbarten Schenkelpole 124 angeordnet sind. Nach Anordnen der Spulen können die Öffnungen 126 der einzelnen Rotornuten 125 jeweils mit einem Nutverschlusskeil bedeckt werden. Dabei kann ein Nutverschlusskeil von einer Stirnfläche 128 her zwischen die Schenkel 131 der Polschuhe 130 der zwei direkt benachbarten Schenkelpole 124 geschoben werden, um die Öffnung 126 abzudecken.To produce a rotor 120, electrically conductive windings or coils can be wound around the salient poles 124, so that rotor coils of the two directly adjacent salient poles 124 are arranged in a rotor slot 125. After arranging the coils, the openings 126 of the individual rotor slots 125 can each be covered with a slot closure wedge. A slot closure wedge can be inserted from an end face 128 between the legs 131 of the pole shoes 130 of the two directly adjacent salient poles 124 to cover the opening 126.

1c zeigt einen beispielhaften Nutverschlusskeil 180, der einen Abdeckbereich 186 aufweist, durch den die Abdeckung der Öffnung 126 einer Rotornut 125 bewirkt wird. Der Abdeckbereich 186 kann eine Außenfläche aufweisen, die ausgebildet ist, die Mantelfläche des Rotorkörpers 122 an der zu bedeckenden Öffnung 126 zu vervollständigen. Der Abdeckbereich 186 kann sich (entlang der Längsachse) von einer ersten Stirnseite 181 bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 182 erstrecken. Der Nutverschlusskeil 180 kann ferner einen Eintauchbereich 185 aufweisen, der ausgehend von dem Abdeckbereich 186 in die Rotornut 125 eintaucht, wenn der Nutverschlusskeil 180 die Öffnung 126 der Rotornut 125 bedeckt. Der Eintauchbereich 185 kann sich entlang der Längsachse von der ersten Stirnseite 181 bis zu der zweiten Stirnseite 182 des Abdeckbereichs 186 erstrecken. Der Eintauchbereich 185 kann sich ausgehend von dem Abdeckbereich 186 in radialer Richtung (d.h. im Wesentlichen senkrecht zu der Abdeckfläche des Abdeckbereichs 186) zu der Rotationsachse des Rotorkörpers 122 hin erstrecken. Der Eintauchbereich 185 kann somit in radialer Richtung in die jeweilige Rotornut 125 eintauchen, wenn der Nutverschlusskeil 180 die Rotornut 125 bedeckt. 1c shows an exemplary slot closure wedge 180 which has a covering region 186 by means of which the covering of the opening 126 of a rotor slot 125 is effected. The covering region 186 can have an outer surface which is designed to complete the outer surface of the rotor body 122 at the opening 126 to be covered. The covering region 186 can extend (along the longitudinal axis) from a first end face 181 to an opposite second end face 182. The slot closure wedge 180 can further have an immersion region 185 which, starting from the covering region 186, immerses into the rotor slot 125 when the slot closure wedge 180 covers the opening 126 of the rotor slot 125. The immersion region 185 can extend along the longitudinal axis from the first end face 181 to the second end face 182 of the covering region 186. The immersion region 185 can extend from the cover region 186 in the radial direction (ie essentially perpendicular to the cover surface of the cover region 186) towards the axis of rotation of the rotor body 122. The immersion region 185 can thus immerse in the radial direction into the respective rotor groove 125 when the slot closure wedge 180 covers the rotor groove 125.

Im Anschluss an die Anordnung von Nutverschlusskeilen 180 an den Öffnungen 126 der einzelnen Rotornuten 125 des Rotorkörpers 122 können die Hohlräume der abgedeckten Rotornuten 125 jeweils mit einer Vergussmasse aufgefüllt werden, um die Wicklungen in den einzelnen Rotornuten 125 örtlich zu fixieren. Dieser Vergussprozess kann mit einem relativ hohen Herstellungsaufwand verbunden sein. Ferner führt die Vergussmasse zu einem erhöhten Gewicht des Rotors 120.Following the arrangement of slot closure wedges 180 at the openings 126 of the individual rotor slots 125 of the rotor body 122, the cavities of the covered rotor slots 125 can each be filled with a potting compound in order to fix the windings in place in the individual rotor slots 125. This potting process can be associated with a relatively high manufacturing effort. Furthermore, the potting compound leads to an increased weight of the rotor 120.

In diesem Dokument werden Maßnahmen beschrieben, die es ermöglichen, den Herstellungsaufwand und das Gewicht eines Rotors 120 zu reduzieren. In diesem Zusammenhang zeigt 2a eine perspektivische Ansicht eines Rotors 120 mit einem Rotorkörper 122, wobei in der zentralen Öffnung 123 des Rotorkörpers 122 eine Rotorachse 202 angeordnet ist. Ferner sind um die einzelnen Schenkelpole 124 jeweils Rotorspulen 201 angeordnet (die auch als Rotorwicklungen bezeichnet werden). Zwischen den Polschuhen 130 der einzelnen Schenkelpole 124 sind die Öffnungen 126 der einzelnen Rotornuten 125 zu sehen.This document describes measures that make it possible to reduce the manufacturing effort and weight of a rotor 120. In this context, 2a a perspective view of a rotor 120 with a rotor body 122, wherein a rotor axis 202 is arranged in the central opening 123 of the rotor body 122. Furthermore, rotor coils 201 (which are also referred to as rotor windings) are arranged around the individual salient poles 124. The openings 126 of the individual rotor slots 125 can be seen between the pole shoes 130 of the individual salient poles 124.

2d zeigt eine mantelseitige Wicklungsstütze 220, die in einer Rotornut 125 angeordnet werden kann, um die Wicklungen 201 in der Rotornut 125 gegen den jeweiligen Schenkelpol 124 zu drücken und dadurch innerhalb der Rotornut 125 zu fixieren. Die mantelseitige Wicklungsstütze 220 kann eine Länge 227 entlang der Längsachse aufweisen, die (im Wesentlichen) der Länge 127 der Rotornut 125 entspricht. Ferner kann die mantelseitige Wicklungsstütze 220 einen (im Wesentlichen) V-förmigen oder dreiecksförmigen oder U-förmigen Querschnitt senkrecht zu der Längsachse aufweisen. 2d shows a shell-side winding support 220 that can be arranged in a rotor slot 125 to press the windings 201 in the rotor slot 125 against the respective salient pole 124 and thereby fix them within the rotor slot 125. The shell-side winding support 220 can have a length 227 along the longitudinal axis that (substantially) corresponds to the length 127 of the rotor slot 125. Furthermore, the shell-side winding support 220 can have a (substantially) V-shaped or triangular or U-shaped cross section perpendicular to the longitudinal axis.

Die mantelseitige Wicklungsstütze 220 kann ausgebildet sein, in radialer Richtung in einer Rotornut 125 platziert und darin fixiert zu werden. Zu diesem Zweck kann die Wicklungsstütze 220 ausgebildet sein, in Umfangsrichtung des Rotorkörpers 112 (d.h. quer zu der Längsachse) elastisch zusammengedrückt zu werden, um die Wicklungsstütze 220 in radialer Richtung durch die Öffnung 126 in die Rotornut 125 einzuführen. Sobald die Wicklungsstütze 220 in der Rotornut 125 platziert ist, kann der Druck in Umfangsrichtung auf die Wicklungsstütze 220 reduziert werden, sodass sich die Wicklungsstütze 220 (durch eine Feder- und/oder Rückstellkraft) in Umfangsrichtung ausdehnt und dadurch innerhalb der Rotornut 125 fixiert wird.The shell-side winding support 220 can be designed to be placed in a rotor slot 125 in a radial direction and fixed therein. For this purpose, the winding support 220 can be designed to be elastically compressed in the circumferential direction of the rotor body 112 (i.e., transverse to the longitudinal axis) in order to insert the winding support 220 in a radial direction through the opening 126 into the rotor slot 125. Once the winding support 220 is placed in the rotor slot 125, the circumferential pressure on the winding support 220 can be reduced so that the winding support 220 expands in the circumferential direction (by a spring and/or restoring force) and is thereby fixed within the rotor slot 125.

Die Wicklungsstütze 220 kann seitliche Profile 223 aufweisen, die sich jeweils entlang der Längsachse von der ersten Stirnseite bis zu der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite der Wicklungsstütze 220 erstrecken. Dabei kann zum Fixieren der Wicklungsstütze 220 zwischen zwei Schenkeln 131 der Polschuhe 130 von zwei direkt benachbarten Schenkelpolen 124 ein erstes Profile 223 einem entsprechenden (komplementären) Gegenprofil 583 des ersten Schenkels 131 und das gegenüberliegende zweite Profil 183 einem entsprechenden (komplementären) Gegenprofil 583 des zweiten Schenkels 131 zugewandt sein (siehe 5b). Die Gegenprofile 583 der Schenkel 131 und die entsprechenden Profile 223 der Wicklungsstütze 220 können dann ineinandergreifen, sodass die eingesetzte Wicklungsstütze 220 zwischen den beiden Schenkeln 131 gehalten wird. Ein Profil 223 kann z.B. einen Steg aufweisen, der von der ersten Stirnseite bis zu der zweiten Stirnseite der Wicklungsstütze 220 verläuft. Das komplementäre Gegenprofil 583 kann eine komplementäre Nut für diesen Steg aufweisen. Durch die Profil/Gegenprofil-Paare wird bewirkt, dass die Wicklungsstütze 220 auch bei Fliehkrafteinwirkung in der Rotornut 125 zurückgehalten wird.The winding support 220 can have lateral profiles 223, which each extend along the longitudinal axis from the first end face to the opposite second end face of the winding support 220. In order to fix the winding support 220 between two legs 131 of the pole shoes 130 of two directly adjacent salient poles 124, a first profile 223 can face a corresponding (complementary) counter-profile 583 of the first leg 131 and the opposite second profile 183 can face a corresponding (complementary) counter-profile 583 of the second leg 131 (see 5b) . The counter profiles 583 of the legs 131 and the corresponding profiles 223 of the winding support 220 can then engage with one another so that the inserted winding support 220 is held between the two legs 131. A profile 223 can, for example, have a web that runs from the first end face to the second end face of the winding support 220. The complementary counter profile 583 can have a complementary groove for this web. The profile/counter profile pairs ensure that the winding support 220 is held back in the rotor groove 125 even when centrifugal force is applied.

Alternativ oder ergänzend kann die mantelseitige Wicklungsstütze 220 ausgebildet sein, von einer Stirnseite 128, 129 des Rotorkörpers 122 her in eine Rotornut 125 geschoben zu werden. Dabei können die Profile 223 der Wicklungsstütze 220 und die entsprechenden Gegenprofile 583 der Schenkel 131 der Polschuhe 130 der Schenkelpole 124 als Führungsschienen dienen, sodass die Wicklungsstütze 220 in zuverlässiger Weise in die Rotornut 125 eingeschoben werden kann.Alternatively or additionally, the casing-side winding support 220 can be designed to be pushed into a rotor slot 125 from an end face 128, 129 of the rotor body 122. The profiles 223 of the winding support 220 and the corresponding counter profiles 583 of the legs 131 of the pole shoes 130 of the salient poles 124 can be used as Guide rails so that the winding support 220 can be reliably inserted into the rotor slot 125.

Die mantelseitige Wicklungsstütze 220 kann einen Grundkörper 221 aufweisen, der ausgebildet ist, eine Druckkraft (in Umfangsrichtung) auf die Wicklungen 201 in der Rotornut 125 auszuüben, in der die Wicklungsstütze 220 angeordnet ist. Der Grundkörper 221 kann dabei als elastische (Flach-) Feder ausgebildet sein, die in Umfangsrichtung zusammengedrückt werden kann, um die Wicklungsstütze 220 in der Rotornut 125 zu platzieren. Der Grundkörper 221 kann z.B. aus einem Metall bestehen.The casing-side winding support 220 can have a base body 221 that is designed to exert a compressive force (in the circumferential direction) on the windings 201 in the rotor slot 125 in which the winding support 220 is arranged. The base body 221 can be designed as an elastic (flat) spring that can be compressed in the circumferential direction in order to place the winding support 220 in the rotor slot 125. The base body 221 can be made of a metal, for example.

Der Grundkörper 221 kann eine von den Wicklungen 201 abgewandte Innenseite und eine zu den Wicklungen 201 hingewandte Außenseite aufweisen. An der Außenseite des Grundkörpers 221 ist ein (elektrisch isolierender) Kontaktkörper 222 angeordnet, der die Wicklungen 201 in der Rotornut 125 berührt, wenn die Wicklungsstütze 220 in der Rotornut 125 angeordnet ist. Der Kontaktkörper 222 kann z.B. aus einem Kunststoff bestehen. Ferner kann der Kontaktkörper 222 an den Grundkörper 221 angespritzt worden sein.The base body 221 can have an inner side facing away from the windings 201 and an outer side facing towards the windings 201. An (electrically insulating) contact body 222 is arranged on the outside of the base body 221, which contact body touches the windings 201 in the rotor slot 125 when the winding support 220 is arranged in the rotor slot 125. The contact body 222 can be made of a plastic, for example. Furthermore, the contact body 222 can be injection-molded onto the base body 221.

In die einzelnen Rotornuten 125 des Rotors 120 kann jeweils eine mantelseitige Wicklungsstütze 220 eingebracht werden, um die Wicklungen 201 in der jeweiligen Rotornut 125 in radialer Richtung zu fixieren, ohne dass dazu Vergussmasse in die einzelnen Rotornuten 125 eingebracht werden muss.A casing-side winding support 220 can be introduced into each of the individual rotor slots 125 of the rotor 120 in order to fix the windings 201 in the respective rotor slot 125 in the radial direction without having to introduce potting compound into the individual rotor slots 125.

2b zeigt eine perspektivische Ansicht der Außenseite einer stirnseitigen Wicklungsstütze 210 und 2c zeigt eine perspektivische Ansicht der Innenseite der stirnseitigen Wicklungsstütze 210, wobei die Innenseite der stirnseitigen Wicklungsstütze 210 im eingebauten Zustand einer Stirnfläche 128, 129 des Rotorkörpers 122 zugewandt ist. An beiden Stirnflächen 128, 129 des Rotorkörpers 122 kann jeweils eine stirnseitige Wicklungsstütze 210 angeordnet werden, um die Wicklungen 201 des Rotors 120 in axialer Richtung örtlich zu fixieren. Insbesondere kann durch eine stirnseitige Wicklungsstütze 210 der Wickelkopf an der jeweiligen Stirnfläche 128, 129 des Rotorkörpers 122 örtlich fixiert werden. 2 B shows a perspective view of the outside of a front winding support 210 and 2c shows a perspective view of the inside of the front-side winding support 210, wherein the inside of the front-side winding support 210 faces an end face 128, 129 of the rotor body 122 when installed. A front-side winding support 210 can be arranged on each of the two end faces 128, 129 of the rotor body 122 in order to locally fix the windings 201 of the rotor 120 in the axial direction. In particular, the winding head can be locally fixed to the respective end face 128, 129 of the rotor body 122 by means of a front-side winding support 210.

Die stirnseitige Wicklungsstütze 210 kann eine Anlagefläche 211 aufweisen, die an eine entsprechende Anlagefläche 206 an einer Stirnfläche 128, 129 des Rotorkörpers 122 angelegt werden kann. Die Anlagefläche 211 der Wicklungsstütze 210 kann ein oder mehrere Bohrungen 214 für Schrauben aufweisen, über die die Wicklungsstütze 210 an der Stirnfläche 128, 129 des Rotorkörpers 122 befestigt werden kann. Die Anlagefläche 211 der Wicklungsstütze 210 kann eine mittige Aussparung 213 zur Aufnahme der Rotorachse 202 des Rotors 120 aufweisen.The front winding support 210 can have a contact surface 211 that can be placed against a corresponding contact surface 206 on a front surface 128, 129 of the rotor body 122. The contact surface 211 of the winding support 210 can have one or more holes 214 for screws, via which the winding support 210 can be attached to the front surface 128, 129 of the rotor body 122. The contact surface 211 of the winding support 210 can have a central recess 213 for receiving the rotor axis 202 of the rotor 120.

Des Weiteren kann die stirnseitige Wicklungsstütze 210 eine Vielzahl von Nutelementen 215 für die entsprechende Vielzahl von Rotornuten 125 des Rotors 120 aufweisen. Die einzelnen Nutelemente 215 können ausgebildet sein, in axialer Richtung auf die in den entsprechenden Rotornuten 125 angeordneten mantelseitigen Wicklungsstützen 220 einzuwirken, um die mantelseitigen Wicklungsstützen 220 in axialer Richtung zu fixieren.Furthermore, the front-side winding support 210 can have a plurality of groove elements 215 for the corresponding plurality of rotor slots 125 of the rotor 120. The individual groove elements 215 can be designed to act in the axial direction on the casing-side winding supports 220 arranged in the corresponding rotor slots 125 in order to fix the casing-side winding supports 220 in the axial direction.

Die stirnseitige Wicklungsstütze 210 kann ferner eine Vielzahl von Wickelkopf-Segmenten 212 zur Aufnahme einer entsprechenden Vielzahl von Teilen des Wickelkopfes aufweisen. Die einzelnen Wickelkopf-Segmente 212 können sich jeweils (in Umfangsrichtung) von einem Nutelement 215 zu einen direkt benachbarten Nutelemente 215 erstrecken, und somit ein bestimmtes Winkelsegment des Umfangs des Rotors 120 abdecken. Ferner können die einzelnen Wickelkopf-Segmente 212 jeweils von der Stirnfläche 128, 129 des Rotorkörpers 122 weg gewölbt sein, sodass zwischen der stirnseitigen Wicklungsstütze 210 und der Stirnfläche 128, 129 des Rotorkörpers 122 ein Hohlraum zur Aufnahme der stirnseitigen Wicklungen 201 des Rotors 120 entsteht. Die stirnseitige Wicklungsstütze 210 kann über die Wickelkopf-Segmente 212 in axialer Richtung auf die Wicklungen 201 einwirken, um diese in axialer Richtung örtlich zu fixieren.The front winding support 210 can also have a plurality of winding head segments 212 for receiving a corresponding plurality of parts of the winding head. The individual winding head segments 212 can each extend (in the circumferential direction) from a groove element 215 to a directly adjacent groove element 215, and thus cover a certain angular segment of the circumference of the rotor 120. Furthermore, the individual winding head segments 212 can each be curved away from the front surface 128, 129 of the rotor body 122, so that a cavity for receiving the front windings 201 of the rotor 120 is created between the front winding support 210 and the front surface 128, 129 of the rotor body 122. The front-side winding support 210 can act on the windings 201 in the axial direction via the winding head segments 212 in order to fix them locally in the axial direction.

2e zeigt einen beispielhaften Stützring 230, der mit der Innenseite 236 auf Auflageflächen 205 des Rotors 120 platziert werden kann, um die Wicklungsstützen 210, 220 in radialer Richtung zu fixieren. 2e shows an exemplary support ring 230, which can be placed with the inner side 236 on support surfaces 205 of the rotor 120 in order to fix the winding supports 210, 220 in the radial direction.

3a zeigt einen beispielhaften Rotor 120, wobei in den einzelnen Rotornuten 125 jeweils eine mantelseitige Wicklungsstütze 220 angeordnet ist. 3b zeigt einen Rotor 120, der zusätzlich stirnseitige Wicklungsstützen 210 an den Stirnflächen 128, 129 des Rotorkörpers 122 aufweist. Aus 3b ist zu entnehmen, wie die Nutelemente 215 der beiden stirnseitigen Wicklungsstützen 210 auf die einzelnen mantelseitigen Wicklungsstützen 220 einwirken, und dadurch die mantelseitigen Wicklungsstützen 220 in axialer Richtung örtlich fixieren. Ferner ist aus 3b zu entnehmen, wie die einzelnen Wickelkopf-Segmente 212 der stirnseitigen Wicklungsstützen 210 auf den Wickelkopf des Rotors 120 an der jeweiligen Stirnfläche 128, 129 einwirken. 3a shows an exemplary rotor 120, wherein a casing-side winding support 220 is arranged in each of the individual rotor slots 125. 3b shows a rotor 120 which additionally has frontal winding supports 210 on the front surfaces 128, 129 of the rotor body 122. From 3b it can be seen how the groove elements 215 of the two front-side winding supports 210 act on the individual casing-side winding supports 220, and thereby fix the casing-side winding supports 220 locally in the axial direction. Furthermore, 3b how the individual winding head segments 212 of the front-side winding supports 210 act on the winding head of the rotor 120 at the respective front surface 128, 129.

3c zeigt den Rotor 120 aus 3b mit zusätzlichen Stützringen 230 zur radialen Fixierung der jeweiligen stirnseitigen Wicklungsstütze 210. 3c shows the rotor 120 from 3b with additional support rings 230 for radial fixation of the respective front winding support 210.

4a zeigt eine Schnittansicht durch den Rotor 120 entlang einer Schnittebene, die durch die Längsachse und durch eine radiale Achse gebildet wird. 4b zeigt den durch den Rahmen gekennzeichneten Ausschnitt aus 4a. Aus den 4a und 4b ist zu entnehmen, wie die einzelnen stirnseitigen Wicklungsstützen 210 jeweils durch Schrauben 401 an der jeweiligen Stirnfläche 128, 129 befestigt sind. Ferner zeigen die 4a und 4b wie die Wickelkopf-Segmente 212 in axialer Richtung auf die Wicklungen 201 an der jeweiligen Stirnfläche 128, 129 einwirken, um die Wicklungen 201 in axialer Richtung örtlich zu fixieren. 4a shows a sectional view through the rotor 120 along a sectional plane formed by the longitudinal axis and a radial axis. 4b shows the section marked by the frame from 4a . From the 4a and 4b can be seen how the individual front-side winding supports 210 are each attached to the respective front surface 128, 129 by screws 401. Furthermore, the 4a and 4b how the winding head segments 212 act in the axial direction on the windings 201 on the respective end face 128, 129 in order to locally fix the windings 201 in the axial direction.

5a zeigt eine Schnittansicht durch den Rotor 120 entlang einer Schnittebene, die senkrecht zu der Längsachse verläuft. 5b zeigt den durch den Rahmen gekennzeichneten Ausschnitt von 5a. Durch die 5a und 5b wird verdeutlicht, wie die mantelseitigen Wicklungsstützen 220 auf die Wicklungen 201 in den Rotornuten 125 einwirken, und die Wicklungen 201 gegen den jeweiligen Schenkelpol 124 drücken, um die Wicklungen 201 örtlich zu fixieren. Ferner zeigen die 5a und 5b wie der Kontaktkörper 222 die einzelnen Wicklungsstützen 220 elektrisch isoliert und wie sich der Kontaktkörper 222 an die Form der einzelnen Wicklungen 201 anpasst. 5b zeigt ferner die Nutisolation 402 in einer Rotornut 125, die zwischen den Wicklungen 201 und dem j eweiligen Schenkelpol 124 angeordnet ist. 5a shows a sectional view through the rotor 120 along a cutting plane that is perpendicular to the longitudinal axis. 5b shows the section marked by the frame of 5a . Through the 5a and 5b It is illustrated how the casing-side winding supports 220 act on the windings 201 in the rotor slots 125 and press the windings 201 against the respective salient pole 124 in order to fix the windings 201 locally. Furthermore, the 5a and 5b how the contact body 222 electrically insulates the individual winding supports 220 and how the contact body 222 adapts to the shape of the individual windings 201. 5b further shows the slot insulation 402 in a rotor slot 125, which is arranged between the windings 201 and the respective salient pole 124.

In diesem Dokument werden somit Wicklungsstützen 210, 220 für einen vergussfreien SSM-Rotor 120 beschrieben. Dabei können die Wicklungen 201 gesamthaft, also sowohl im Bereich des Rotorblechpakets 122 (im Sinne von Nutverschlusskeilen 180) als auch im Bereich der Wickelköpfe gestützt werden. Die einzelnen Wicklungsstützen 210, 220 bestehen aus einem Grundkörper 221 und einem zur den ein oder mehreren Wicklungen 201 hin elektrisch isolierenden Kontaktkörper 222. Dabei können die Kontaktflächen dieses Kontaktkörpers 222 aus einem elastischen, nachgebenden und sich an die Kontur der jeweiligen Wicklungen 201 anschmiegenden Werkstoff (z.B. aus einem aufgespritzten Elastomer) bestehen. Die einzelnen mantelseitigen Wicklungsstützen 210 und/oder die einzelnen stirnseitigen Wicklungsstützen 220 können jeweils einen Grundkörper 221 und einen Kontaktkörper 222 aufweisen.This document therefore describes winding supports 210, 220 for a cast-free SSM rotor 120. The windings 201 can be supported as a whole, i.e. both in the area of the rotor laminated core 122 (in the sense of slot closure wedges 180) and in the area of the winding heads. The individual winding supports 210, 220 consist of a base body 221 and a contact body 222 that is electrically insulating towards the one or more windings 201. The contact surfaces of this contact body 222 can consist of an elastic, yielding material that conforms to the contour of the respective windings 201 (e.g. a sprayed-on elastomer). The individual casing-side winding supports 210 and/or the individual front-side winding supports 220 can each have a base body 221 and a contact body 222.

Durch diese Kontaktflächen werden die Wicklungen 201 in einem gewissen Maß sowohl gegeneinander als auch gegen das Rotorblechpaket 122 bzw. gegen die Sternscheiben des Rotors 120 gedrückt, geklemmt und gepresst, wodurch sämtliche (Relativ-) Bewegungen der Wicklungen 201 im Betrieb (insbesondere unter Fliehkraft) und somit eine Verschiebung des Schwerpunkts und folglich eine Verschiebung der Unwucht weitestgehend unterdrückt (bzw. minimiert) werden, sodass ein reibungsloser Betrieb des Rotors 120 sichergestellt ist.Through these contact surfaces, the windings 201 are pressed, clamped and pressed to a certain extent both against each other and against the rotor core 122 or against the star disks of the rotor 120, whereby all (relative) movements of the windings 201 during operation (in particular under centrifugal force) and thus a shift in the center of gravity and consequently a shift in the imbalance are largely suppressed (or minimized), so that smooth operation of the rotor 120 is ensured.

Nach dem Bewickeln des SSM-Rotors 120 können zunächst die mantelseitigen Wicklungsstützen 220 im Bereich des Rotorblechpakets 122 gefügt werden. Die mantelseitigen Wicklungsstützen 220 können dabei bevorzugt radial aber ggf. auch axial gefügt werden. Falls die mantelseitigen Wicklungsstützen 220 radial gefügt (z.B. geclipst) werden, so besteht der Grundkörper 221 bevorzugt aus einem elastischen und federnden Werkstoff (z.B. aus einem Kunststoff, z.B. aus einem Thermoplast). Für eine sichere Positionierung können eine Kontur 223 an der Oberkante der mantelseitigen Wicklungsstützen 220 und eine entsprechende Gegenkontur 583 (im Sinne einer Nut) im Rotorblechpaket 122 dienen.After winding the SSM rotor 120, the casing-side winding supports 220 can first be joined in the area of the rotor laminated core 122. The casing-side winding supports 220 can preferably be joined radially but possibly also axially. If the casing-side winding supports 220 are joined radially (e.g. clipped), the base body 221 preferably consists of an elastic and resilient material (e.g. a plastic, e.g. a thermoplastic). A contour 223 on the upper edge of the casing-side winding supports 220 and a corresponding counter-contour 583 (in the sense of a groove) in the rotor laminated core 122 can serve for secure positioning.

Anschließend können die beiden stirnseitigen Wicklungsstützen 210 gefügt werden, wobei diese auf der Rotorwelle 202 zentriert und mittels Schrauben 401 an den Sternscheiben des Rotorkörpers 122 fixiert werden können. In einem weiteren Montageschritt können die Stützringe 230 mittels einer Übermaßpassung auf die Sternscheiben gefügt werden.The two front-side winding supports 210 can then be joined, whereby they can be centered on the rotor shaft 202 and fixed to the star disks of the rotor body 122 by means of screws 401. In a further assembly step, the support rings 230 can be joined to the star disks by means of an interference fit.

Durch die in diesem Dokument beschriebenen mantelseitigen und stirnseitigen Wicklungsstützen 210, 220 kann auf die Verwendung von Vergussmasse verzichtet werden, wodurch Prozesskosten und Gewicht des Rotors 120 reduziert werden. Ferner kann eine verbesserte Wärmeabfuhr bewirkt werden. Des Weiteren kann durch den Verzicht auf Vergussmasse ein besonders nachhaltiger Rotor 120 bereitgestellt werden.The casing-side and front-side winding supports 210, 220 described in this document make it possible to dispense with the use of potting compound, thereby reducing process costs and the weight of the rotor 120. Furthermore, improved heat dissipation can be achieved. Furthermore, by dispensing with potting compound, a particularly sustainable rotor 120 can be provided.

6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zur Stützung von Wicklungen 201 eines Rotors 120. Das Verfahren 600 umfasst das Anordnen 601 von mantelseitigen Wicklungsstützen 220 in den Rotornuten 125 des Rotors 120. Des Weiteren umfasst das Verfahren 600 das Anordnen 602 von stirnseitigen Wicklungsstützen 210 an den gegenüberliegenden Stirnflächen 128, 129 des Rotors 120. Ferner können die Wicklungsstützen 210, 220 durch Stützringe 230 gegen Fliehkrafteinwirkung abgestützt werden. 6 shows a flow chart of an exemplary method 600 for supporting windings 201 of a rotor 120. The method 600 includes the arrangement 601 of casing-side winding supports 220 in the rotor slots 125 of the rotor 120. Furthermore, the method 600 includes the arrangement 602 of end-side winding supports 210 on the opposite end faces 128, 129 of the rotor 120. Furthermore, the winding supports 210, 220 can be supported by support rings 230 against the action of centrifugal force.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed devices, methods and systems by way of example.

Claims

Winding support (220) for supporting windings (201) in a rotor slot (125) of a rotor body (122) of a rotor (120) of an electrical machine (100); wherein the rotor slot (125) is delimited by a first salient pole (124) and a second salient pole (124) of the rotor body (122); wherein first windings (201) are arranged on the first salient pole (124) and second windings (201) are arranged on the second salient pole (124); wherein - the winding support (220) extends along a longitudinal axis of the rotor slot (125) between a first end face (128) and an opposite second end face (129) of the rotor body (122); - the winding support (220) is designed to press the first windings (201) against the first salient pole (124) and the second windings (201) against the second salient pole (124); and - the winding support (220) is designed to form a partition between the first windings (201) and the second windings (201).

Winding support (220) according to Claim 1 , wherein the winding support (220) is designed to exert such a high compressive force on the first and second windings (201) that the first and second windings (201) remain locally fixed to the respective salient pole (124) even when a certain limit centrifugal force acts.

Winding support (220) according to one of the preceding claims, wherein the winding support (220) is designed to fix the first and second windings (201) locally to the respective salient pole (124) without using a potting compound.

Winding support (220) according to one of the preceding claims, wherein - the first salient pole (124) has a first pole shoe (130) with a first leg (131); - the second salient pole (124) has a second pole shoe (130) with a second leg (131); and - the winding support (220), in particular on a first outer edge, has a first profile (223) running along the longitudinal axis, which is complementary to a corresponding first counter-profile (583) of the first leg (131), and, in particular on a second outer edge, has a second profile (223) running along the longitudinal axis, which is complementary to a corresponding second counter-profile (583) of the second leg (131), so that the winding support (220) is held in the rotor slot (125) by the interlocking first profile (223) and first counter-profile (583) and by the interlocking second profile (223) and second counter-profile (583) even when a certain limit centrifugal force is applied.

Winding support (220) according to one of the preceding claims, wherein - the winding support (220) is designed to be inserted in the radial direction into the rotor slot (125) and fixed there; and/or - the winding support (220) is designed to be inserted in the axial direction, from the first or the second end face (128, 129) of the rotor body (122), into the rotor slot (125) and fixed there.

Winding support (220) according to one of the preceding claims, wherein - the winding support (220) has outer edges which each run along the longitudinal axis and which, in the inserted state of the winding support (220), are arranged on legs (131) of the two salient poles (124); and - the winding support (220) is designed such that the outer edges can be pressed together in an elastic manner, in particular in order to insert the winding support (220) into the rotor slot (125).

Winding support (220) according to one of the preceding claims, wherein - the winding support (220) has a first side wall that extends along the longitudinal axis and faces the first salient pole (124); - the winding support (220) has a second side wall that extends along the longitudinal axis and faces the second salient pole (124); and - the winding support (220) is designed such that the first and second side walls are pressed away from one another in the inserted state in the rotor slot (125), so that a force is exerted on the first windings (201) by the first side wall and a force is exerted on the second windings (201) by the second side wall.

Winding support (220) according to one of the preceding claims, wherein - the winding support (220) is designed as a flat spring; and/or - the winding support (220) has a V-shaped or U-shaped cross section perpendicular to the longitudinal axis.

Winding support (220) according to one of the preceding claims, wherein the winding support (220) comprises - a base body (221) which is designed - to press the first windings (201) against the first salient pole (124) and the second windings (201) against the second salient pole (124). cken; and - to fix the winding support (220) within the rotor slot (125); and - a contact body (222) which is arranged between the base body (221) and the windings (201) and which is designed to adapt to a shape of individual windings (201).

Rotor (120) for an electrical machine (100); wherein the rotor (120) comprises, - a rotor body (122) with a first salient pole (124) and a second salient pole (124), through which a rotor slot (125) is delimited, which has an opening (126) between the two salient poles (124); wherein first windings (201) are arranged on the first salient pole (124) and second windings (201) are arranged on the second salient pole (124); and - a casing-side winding support (220) according to one of the preceding claims, which is arranged in the rotor slot (125).

Rotor (120) according to Claim 10 , wherein - the rotor body (122) has a plurality of rotor slots (125), in each of which windings (201) are arranged; and - the rotor (120) has a plurality of casing-side winding supports (220) for the corresponding plurality of rotor slots (125).

Rotor (120) according to Claim 11 , wherein - the rotor body (122) extends from a first end face (128) to an opposite second end face (129); and - the rotor (120) has on at least one end face (128, 129) an end-side winding support (210) which is designed to fix the plurality of casing-side winding supports (220) in the axial direction within the respective rotor slot (125).

Rotor (120) according to Claim 12 , wherein the front-side winding support (210) comprises a plurality of groove elements (215) which are designed to act on end faces of the corresponding plurality of shell-side winding supports (220) in order to fix them in the axial direction.

Rotor (120) according to Claim 12 , wherein - the front-side winding support (210) has a winding head segment (212) between two groove elements (215) directly adjacent in the circumferential direction; - a winding head segment (212) is curved away from the front surface (128, 129) of the rotor body (122) so that a cavity is formed for receiving windings (201) arranged on the front surface (128, 129), and so that the winding head segment (212) exerts a force in the axial direction on the windings (201) arranged on the front surface (128, 129).

Rotor (120) according to one of the Claims 12 until 14 , wherein the front winding support (210) is fastened to the front surface (128, 129) of the rotor body (122) via screws (401).

Rotor (120) according to one of the Claims 12 until 15 , wherein the rotor (120) has a support ring (230) which is designed to fasten the plurality of shell-side winding supports (220) and/or the front-side winding support (210) in the radial direction to the rotor (120).

Method (600) for supporting windings (201) of a rotor (120); the method (600) comprising - arranging (601) casing-side winding supports (220), each of which is designed according to one of the Claims 1 until 9 are formed in rotor slots (125) of the rotor (120); and - arranging (602) end-side winding supports (210) on opposite end faces (128, 129) of the rotor (120).