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Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine elektrische Maschine sowie einen Rotor oder einen Stator mit der Anordnung für eine elektrische Maschine.
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Hintergrund
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Bei elektrischen Maschinen sind Stator oder Rotor regelmäßig mit einer Anordnung gebildet, bei der in Aufnahmenuten eines Blechpakets eine Drahtwicklung angeordnet ist. Die Draht-wicklung kann mit einer Wellenwicklung gebildet sein, bei der ein Drahtleiter einer Wellenbiegung entsprechend gebogen ist.
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Aus dem Dokument
DE 10 2020 130 647 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Stators mit einer Wellenwicklung bekannt, wobei ein Statorgehäuse mit einer Anordnung von Nuten mit einer vorgegebenen Nutbreite (BN) bereitgestellt wird und geradlinige Leiterabschnitte einer Wellenwicklungsmatte in die Nuten des Statorgehäuses eingefügt werden, so dass in wenigstens einigen der Nuten geradlinige Leiterabschnitte mehrerer Einzelspulen der Wellenwicklungsmatte übereinanderliegend angeordnet sind. Eine erste Einzelspule ist aus wenigstens zwei ersten Leitern gebildet, und eine zweite Einzelspule wird aus wenigstens einem zweiten Leiter gebildet. Die Leiter weisen einen rechteckigen Leiterquerschnitt auf, der in einer ersten Richtung quer zur Erstreckungsrichtung des Leiters gemessen eine Leiterbreite (BD) mit 0, 5*BN < BD < BN und in einer zweiten Richtung quer zur Erstreckungsrichtung des Leiters ge-messen eine Leiterdicke DD1 bzw. DD2 aufweist.
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Zusammenfassung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung für eine elektrische Maschine sowie einen Rotor und einen Stator für eine elektrische Maschine zu schaffen, die in der elektrischen Maschine verbesserte Betriebseigenschaften unterstützen, insbesondere zur Verbesserung der Leistung bei möglichst geringen Verlusten.
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Zur Lösung ist eine Anordnung für eine elektrische Maschine nach dem unabhängigen An-spruch 1 geschaffen. Weiterhin ist eine elektrische Maschine nach dem nebengeordneten An-spruch 15 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt ist eine Anordnung für eine elektrische Maschine geschaffen, insbesondere für einen Rotor oder einen Stator der elektrischen Maschine, welche Folgendes aufweist:
- ein Blechpaket, welches innenseitig axial umlaufend Aufnahmenuten aufweist; und
- eine Drahtwicklung mit einer Mehrdraht-Biegung aus Drahtleitern aus einem Mehrkantdrahtmaterial, wobei erste Drahtleiterabschnitte der Drahtleiter in den Aufnahmenuten angeordnet sind und wobei zwischen benachbarten ersten Drahtleiterabschnitten entlang der Drahtleiter jeweils ein Wickelkopf ausgebildet ist. Hierbei sind die Wickelköpfe außerhalb der Aufnahmenuten auf einer Stirnseite und einer gegenüberliegenden Stirnseite des Blechpakets angeordnet. Die Anordnung weist weiterhin einen ersten Drahtleiter und einen zweiten Drahtleiter der Mehr-draht-Biegung auf, bei denen erste Drahtleiterabschnitte jeweils mindestens in einer ersten und einer zweiten der Aufnahmenuten gemeinsam angeordnet sind. Der erste Drahtleiter und der zweite Drahtleiter kreuzen einander beim Übergang von der ersten zu der zweiten Aufnahmenut im Bereich der Wickelköpfe auf der Stirnseite und / oder der gegenüberliegenden Stirnseite des Blechpaktes, derart, dass der erste Drahtleiter in Bezug auf den zweiten Draht-leiter in der ersten Aufnahmenut radial innenliegend und in der zweiten Aufnahmenut radial außenliegend angeordnet ist.
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Nach einem weiteren Aspekt ist eine elektrische Maschine mit einem Rotor oder einem Stator geschaffen, welcher die Anordnung aufweist.
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Die vorgesehene Ausgestaltung der Anordnung für die elektrische Maschine unterstützt eine hohe elektromagnetische Symmetrie für die Kombination von Blechpaket und Drahtwicklung, insbesondere auch im Übergangsbereich der Drahtleiter zwischen den Aufnahmenuten mit den Wickelköpfen. Es ist so eine Anordnung mit Blechpaket und Drahtwicklung für eine elektrische Maschine mit hoher Leistung, geringen Verlusten sowie gleichzeitig niedrigem Bauraum-bedarf für die Wickelköpfe bereitgestellt.
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Der erste Drahtleiter und der zweite Drahtleiter können im Bereich der Wickelköpfe auf der Stirnseite und / oder der gegenüberliegenden Stirnseite des Blechpaktes jeweils eine Drehung (Drahtleiterdrehung) um die eigene Längsachse aufweisen. Beim Herstellen der Mehrdraht-Biegung aus den Drahtleitern für die Drahtwicklung werden die Drahtleiter im Bereich eines Teils der oder aller Wickelköpfe um die eigene Achse verdreht. Dieses bedeutet in einer Aus-führungsform, dass Seitenfläche des Drahtleiters in der ersten und der zweiten Aufnahmenut in anderer Relativanordnung zur Innenwandung der Aufnahmenut angeordnet sind. Beispiels-weise kann eine in der ersten Aufnahmenut radial innenliegende Seitenfläche des Drahtleiters in der zweiten Aufnahmenut dann radial außenliegend angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform der Anordnung kann Folgendes vorgesehen sein: Die Wickelköpfe sind in Bezug auf den jeweiligen Übergang des ersten und des zweiten Drahtleiters zur ersten / zweiten Aufnahmenut mit einem gebogenen distalen Wickelkopfabschnitt gebildet, welcher zwischen proximalen (den Aufnahmenuten näherliegenden) Wickelkopfabschnitten angeordnet ist; und die Drehung ist jeweils in einem der proximalen Wickelkopfabschnitte ausgebildet. Die Wickelköpfe erstrecken sich zwischen dem Ausgang / Eingang einer der Aufnahmenuten und dem Eingang / Ausgang einer anderen der Aufnahmenuten. Proximale Wickelkopfabschnitte sind jeweils proximal zum Eingang bzw. Ausgang der Aufnahmenut angeordnet. Zwischen den proximalen Wickelkopfabschnitten ist der gebogene distale Wickelkopfabschnitt angeordnet, welcher in Bezug auf den Eingang / Ausgang der Aufnahmenut distal ausgebildet ist, beispielsweise im Wesentlichen mittig zwischen Nutausgang und Nuteingang. Im Bereich des gebogenen distalen Wickelkopfabschnitts kann ein Knick- oder Wendebereich des Drahtleiters mittels der Biegung ausgebildet sein. In einer Ausgestaltung verlaufen die proximalen Wickelkopfabschnitte in Bezug auf die zugeordnete Stirnfläche des Blechpakets schräg nach oben zu dem gebogenen distalen Wickelkopfabschnitt hin. Hierbei können die distalen Wickelkopfabschnitte, zumindest im Wesentlichen gerade Abschnitte hiervon, eine Hypotenuse eines zuge-ordneten Dreiecks bilden. Alternativ zur Anordnung der Drehung im proximalen Wickelkopfabschnitt kann vorgesehen sein, die Drehung in einem der distalen Wickelkopfabschnitte auszubilden.
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Die Drehung kann in einem geraden proximalen Wickelkopfabschnitt angeordnet sein, welcher sich im Bereich des proximalen Wickelkopfabschnitts ausgehend vom Übergang des jeweiligen Drahtleiters zur ersten / zweiten Aufnahmenut an einen gebogenen proximalen Wickelkopfabschnitt anschließt. Nach dem Austritt oder vor dem Eintritt in die jeweilige Aufnahmenut ist der Drahtleiter bei dieser Ausführungsform gebogen. Die Drehung ist in einem zu diesem gebogenen Wickelkopfabschnitt benachbarten geraden proximalen Wickelkopfabschnitt aus-gebildet. Ein gedrehter Abschnitt des Drahtleiters kann sich hierbei über einen Teil oder die gesamte Länge des geraden proximalen Wickelkopfabschnitts erstrecken.
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Die Drehung kann eine 180 Grad-Drehung sein. Alternativ kann eine Drehung um einen geringeren Winkel als 180 Grad vorgesehen sein, beispielsweise etwa 90 Grad. Auch eine Drehung um einen Winkel größer 180 Grad kann vorgesehen sein, zum Beispiel etwa 270 Grad.
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Der erste und der zweite Drahtleiter können in zumindest einem der proximalen Wickelkopfabschnitte wenigstens abschnittsweise gegenseitig zur Anlage kommen. Aufgrund der gegenseitigen Anlage ist in diesen Bereichen ein Berührungskontakt zwischen dem ersten und dem zweiten Drahtleiter ausgebildet. Die gegenseitige Anlage kann in einem Teilbereich entlang des proximalen Wickelkopfabschnitts oder über die gesamte Länge des Drahtleiters in dem proximalen Wickelkopfabschnitt ausgebildet sein. Hierdurch kann der für den Wickelkopf benötigte axiale Bauraum geringgehalten werden. Alternativ können der erste und der zweite Draht-leiter zumindest in dem proximalen Wickelkopfabschnitt frei von gegenseitiger Anlage (Berührungskontakt) sein.
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Der erste und der zweite Drahtleiter können zumindest im Bereich des geraden proximalen Wickelkopfabschnitts wenigstens abschnittsweise gegenseitig zur Anlage kommen. Alternativ kann insbesondere vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Drahtleiter zumindest im Bereich des geraden proximalen Wickelkopfabschnitts frei von gegenseitigem Kontakt sind.
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Der erste und der zweite Drahtleiter können zumindest im Bereich der Drehung wenigstens abschnittsweise gegenseitig zur Anlage kommen. In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Drahtleiter zumindest im Bereich der Drehung frei von gegenseitiger Anlage angeordnet sind.
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Die Drahtleiter können aus einem Flachdrahtmaterial bestehen.
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Die Drahtleiter können in den Aufnahmenuten in radialer Richtung flachkant angeordnet sein. Alternativ können die Drahtleiter in den Aufnahmenuten in radialer Richtung hochkant angeordnet sein. Auch eine Kombination von Flachkant- und Hochkant-Anordnung für die Drahtlei-ter in den verschiedenen Aufnahmenuten kann vorgesehen sein. Es sind auch Ausführungs-formen möglich, bei denen alternativ oder kumulativ Drahtleiter nebeneinander, also in Umfangsrichtung aneinander anliegen.
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Die Mehrdraht-Biegung kann aus den Drahtleitern mit einer Wellenwickelmatte gebildet sein. In der Wellenwickelmatte sind einzelne Drahtleiter einer Wellenform entsprechend gebogen (Wellenbiegung). Lagen der Wellenwickelmatte können zur Ausbildung der Wickelmatte ineinander geschoben sein.
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Die Wellenwickelmatte kann eine mehrlagige Wellenwickelmatte sein.
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Der erste und der zweite Drahtleiter können in der ersten und der zweiten Aufnahmenut benachbart zueinander angeordnet sein. Alternativ können der erste und der zweite Drahtleiter in der ersten und / oder der zweiten Aufnahmenut nicht benachbart zueinander angeordnet sein, derart, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Drahtleiter ein oder mehrere weitere Drahtleiter angeordnet sind.
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Die Mehrdraht-Biegung kann mit einem oder mehreren elektrischen Phasensprüngen ausgebildet sein.
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Die vorangehend erläuterten Ausgestaltungen betreffend den ersten und den zweiten Drahtleiter können entsprechend für weitere oder alle Drahtleiter der Mehrdraht-Biegung vorgesehen sein, insbesondere für paarweise einander zugeordnete Drahtleiter.
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Die im Zusammenhang mit der Anordnung für die elektrische Maschine erläuterten Ausführungsformen können für die elektrische Maschine mit dem Stator oder Rotor, welcher die An-ordnung aufweist, entsprechend vorgesehen sein.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung für einen Stator einer elektrischen Maschine;
- 2 eine schematische perspektivische Darstellung mit Wickelköpfen für die Anordnung aus 1;
- 3 eine weitere schematische perspektivische Darstellung des Bereichs mit Wickelköpfen der Anordnung aus 1;
- 4 eine schematische Darstellung eines Teilabschnitts der Anordnung aus 1;
- 5 eine schematische Darstellung eines Abschnitts der Anordnung aus 1 von einer Stirnseite;
- 6 eine schematische Schnittdarstellung für Aufnahmenuten in einem Blechpaket, in denen Drahtleiter einer Draht- oder Spulenwicklung angeordnet sind;
- 7 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Drahtwicklung mit Phasen-sprung und
- 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung für einen Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 1 für einen Stator einer elektrischen Maschine. Die 2 bis 5 zeigen Teildarstellungen der Anordnung 1 aus 1.
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Es ist ein Blechpaket 2 vorgesehen. Für solche Blechpakete sind verschiedene Ausführungs-formen als solche bekannt, beispielsweise ein Aufbau mit segmentierten Blechpaketzähnen. Am Blechpaket 2 sind innenseitig umlaufend Aufnahmenuten 3 in üblicher Weise ausgebildet (vgl. 2), um eine Draht- oder Spulenwicklung 4 aufzunehmen. Die Drahtwicklung 4 ist mit einer Mehrdraht-Biegung 5 aus Drahtleitern 6 gebildet, die aus einem Mehrkantdrahtmaterial bestehen, insbesondere Vierkantdrahtmaterial. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Flachdrahtmaterial.
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Gemäß 1 sind auf einer der Stirnseiten 7, 8 der Anordnung 1 Anschlüsse 9 an den Draht-leitern 6 zum elektrischen Anschluss vorgesehen.
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Bei den Drahtleitern 6 sind erste Drahtleiterabschnitte 10, bei denen es sich um ungebogene (gerade) Drahtleiterabschnitte handelt, in axialer Richtung verlaufend in den Aufnahmenuten 3 angeordnet. Die Drahtleiter 6 sind mittels einer Isolierung 11 in üblicher Weise gegenüber dem Blechpaket 2 elektrisch isoliert.
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Bei der Mehrdraht-Biegung 5 sind in der ausgebildeten Wellenform entlang des Drahtleiters 6 hintereinander angeordnete erste Drahtleiterabschnitte 10 über Wickelköpfe 12 miteinander verbunden, die gemäß 2 außerhalb der Aufnahmenuten 3 auf der Stirnseite 7 sowie der gegenüberliegenden Stirnseite 8 angeordnet sind. Der jeweilige Wickelkopf 12 erstreckt sich in einem Übergangsbereich 13 zwischen einem ersten Ausgang 14 (Eingang) einer ersten Aufnahmenut 15 und einem Eingang 16 (Ausgang) einer zweiten Aufnahmenut 17.
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Der Wickelkopf 12 ist im Übergangsbereich 13 mit proximalen Wickelkopfabschnitten 18, 19 und einem hierzwischen angeordneten gebogenen distalen Wickelkopfabschnitt 20 ausgebildet, welcher einen Wende- oder Knickbereich bildet. Wie sich insbesondere aus den 2 und 4 ergibt, sind die Drahtleiter 6 in einem geraden proximalen Wickelkopfabschnitt 21, welcher auf einen gebogenen proximalen Wickelkopfabschnitt 22 folgt, mit einer Drehung 23 versehen. Hierbei ist der Drahtleiter 6 um seine Längsachse ver- oder gedreht, insbesondere um etwa 180 Grad.
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Ein erster und ein zweiter Drahtleiter 24, 25, die in einer zugeordneten Aufnahmenut benachbart zueinander angeordnet sind (vgl. 2), kreuzen sich im Bereich der Wickelköpfe 12 im Übergangsbereich 13. Das Kreuzen des ersten und des zweiten Drahtleiters 24, 25, welches für weitere oder alle der Drahtleiter 6 vorgesehen sein kann, kann auf der Stirnseite 7 und / oder der gegenüberliegenden Stirnseite 8 für die Drahtwicklung 4 ausgebildet sein.
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Bei der dargestellten Ausführungsform in 2 kommen benachbarte der Drahtleiter 6 insbesondere in einem Kontaktbereich 26 gegenseitig zur Anlage (Berührungskontakt; schematisch angedeutet mittels gestrichelter Linie in 2), welcher beim Ausführungsbeispiel in dem geraden proximalen Wickelkopfabschnitts 21 angeordnet ist. Bei der alternativen Ausgestaltung in 3 ist dieser Berührungskontakt gar nicht oder nur teilweise ausgebildet.
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Bei den verschiedenen Ausführungsformen erstrecken sich die Drahtleiter 6 jeweils als kontinuierliche Wicklung oder Biegung in Wellenform Wellenwicklung oder -biegung) entlang des inneren Umfangs und durch die Aufnahmenuten 3 des Blechpakets 2.
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Gemäß 5, welche einen Abschnitt der Drahtwicklung 4 auf der Stirnseite 7 oder der ge-genüberliegenden Stirnseite 8 zeigt, ist die Drahtwicklung 4 mit mehreren Wickelmatten 27a, 27b, 27c gebildet, die in radialer Richtung der Anordnung aus 1 hintereinanderliegend angeordnet sind. Es ergibt sich dann in den Aufnahmenuten 3 eine Anordnung der ersten (geraden) Drahtleiterabschnitte 10 wie dies die Schnittdarstellung in 6 schematisch zeigt. a1, b1, c1 und d1 bezeichnen hier den jeweiligen ersten Drahtleiterabschnitt 10 eines der Drahtleiter 6 in der zugeordneten der Aufnahmenuten 3, wobei im gezeigten Beispiel eine innere und eine äußere Wicklung 28, 29 vorgesehen sind.
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Bei der Draht- oder Spulenwicklung 4 kann im Bereich der Stirnseite 7, welche wegen der dort angeordneten Anschlüsse 9 auch als Schaltseite bezeichnet wird, und / oder im Bereich der gegenüberliegenden Stirnseite 8 ein Phasensprung 30 ausgebildet sein, was 7 schema-tisch darstellt.
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Die Drahtwicklung 4 kann am Blechpaket 2 alternativ zu Deckschiebern 31 (vgl. 5) gemäß 8 mittels Nähten 32 umlaufend angenäht sein.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020130647 A1 [0003]
