DE4234129A1 - Mehrphasige elektrische Maschine mit zusammenmontierbaren Leiterlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrphasige elektrische Maschine, deren Rotor als zylindrischer Körper innerhalb oder außerhalb des Stators rotiert, wobei der Rotor oder der Stator einen weichmagnetischen Körper mit Nuten aufweist, die in zwei Stirnseiten des weichmagnetischen Körpers enden, wobei an jeder Stirnseite des weichmagnetischen Körpers jeweils ein Ver­ bindungskopf, in dem Verbindungsleiter Nutstäbe von Nuten unterschiedlicher Polteilung elek­ trisch leitend verbinden, vorgesehen ist, wobei ein Leiterstrang aus vorgefertigten Leiterele­ menten zusammengesetzt ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Maschine.

Bei der Verminderung des Volumens hocheffizienter elektrischer Maschinen spielt die Bauform und Anordnung der Leiter eine entscheidende Rolle. Möglichst kurze Leiterlangen in den Verbindungsköpfen bei einer hohen Raumausnutzung vermindern die ohmschen Verluste und erhöhen die Leistungsdichte.

Da die ohmschen Verluste in der Ansteuerung dem zu schaltenden Strom proportional sind, muß eine gewisse Leiterlänge im Magnetfeld bereitgestellt werden, um bei einem möglichst niederohmigen Leiteraufbau eine der gewünschten hohen Ansteuerspannung entsprechende induzierte Gegenspannung zu erzeugen. Bei vorgegebenen Drehzahlen begrenzt die wirtschaft­ lich sinnvolle maximale Ansteuerfrequenz die Steigerung der Polpaarzahl, wodurch die Länge des Leiterstranges im Magnetfeld nicht mehr über eine Steigerung Polpaarzahl erhöht werden kann. Für kleine Außenabmessungen ist daher ein Leiteraufbau unvermeidlich, bei dem in den Nuten mehrere Nutstäbe angeordnet sind, die in Reihe geschaltet zum gleichen Leiterstrang gehören. Bei mehr als einem Nutstab pro Nut ist die Wahl einer geeigneten Rückführung eines Leiterstranges zum wiederholten Durchlaufen einer Nut nun entscheidend für die vollständige und gleichmäßige Ausnutzung des Verbindungskopfraumes.

Konventionelle elektrische Maschinen werden überwiegend mit kontinuierlichen Drähten - meist mit rundem Querschnitt - gewickelt. Ein dünner, flexibler Draht läßt sich zwar einfach Einlegen, ein Nachteil besteht jedoch in der geringen Raumausnutzung in den Nuten und Wickelköpfen. Drähte mit rundem Leiterquerschnitt können die Querschnittsfläche der Nut nicht vollständig ausnutzen. Besonders bei einer kleinen Drahtzahl pro Nut, bzw. wenn der Leiterquerschnitt relativ groß im Verhältnis zum Nutquerschnitt ist, verringert sich daher die Raumausnutzung in den Nuten. Leiter mit einem Querschnitt, der dem Nutquerschnitt angepaßt ist, können nur sehr aufwendig kontinuierlich gewickelt werden.

Formspulen nutzen zwar meist den Nutraum sehr gut aus, ihre Verlegung ist jedoch recht kompliziert, schwer automatisierbar und daher kostenintensiv.

Beim Wickeln bzw. Einlegen sowohl von Drähten als auch von Formspulen sind beim Verformen der isolierten Leiter Biegeradien einzuhalten. Mit abnehmenden Biegeradien wächst die Gefahr, daß die möglichst dünnen Isolationsschichten, die bereits vor dem Verformen aufgebracht werden, beschädigt oder in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Der Raum in den Verbindungsköpfen kann dadurch nur unzureichend genutzt werden und die Leiterlange, das Gewicht und die ohmschen Verluste steigen an.

Aus der US-PS 41 15 915 ist ein Verfahren bekannt, indem ein vielfach geschleifter Leiter­ aufbau aus einzelnen Leiterstrangabschnitten am weichmagnetischen Körper zusammengesetzt wird. Durch die große Anzahl der Verbindungsleiterbauformen und der zu realisierenden Verbindungsstellen ergibt sich in diesem Verfahren jedoch ein hoher Fertigungsaufwand. Eine Bündelung von unterschiedlich langen Leiterstäben erschwert die Herstellung der Verbindungs­ stellen an den Enden der Teilstrecken zusätzlich. Die große Anzahl und die Bauform der Verbindungsstellen lassen eine erhöhte Störanfälligkeit erwarten, wobei keine Reparaturmöglich­ keit existiert, da alle Verbindungsstellen - außer den äußersten - nachträglich nicht mehr zugänglich sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine, deren Läufer als zylindrischer Körper innerhalb oder außerhalb des Ständers rotiert, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Maschine derart weiterzubilden, daß eine kostengünstige und einfache Herstellung mit guten Kontroll- und Nachbesserungsmöglichkeiten, eine vollständige Raum­ ausnutzung und kurze Leiterlängen in den Verbindungsköpfen, bzw. ein hoher Wirkungsgrad und ein geringes Maschinengewicht, sowie kleine Außenabmessungen, insbesondere auch bei begrenzter Ansteuerfrequenz und hohen Ansteuerspannungen, ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Leiteraufbau durch die Ausnutzung von Symetrien aus möglichst wenig unterschiedlichen Leiterelementbauformen besteht, die Anzahl der zu realisierenden Verbindungsstellen durch die Bildung von Einheiten minimiert wird und durch die Anpassung des Querschnittes der Leiterstrange in den Verbindungsköpfen sich bei guter Raumausnutzung, kurze Leiterlangen und große Leiterquerschnitte ergeben. Über einen niedrigen Leiterwiderstand wird ein hoher Maschinenwirkungsgrad oder ein geringes Maschinengewicht erreicht, wobei für eine kurze Leiterlange in Reihe aufeinanderfolgende genau eine Polteilung Abstand zueinander aufweisen. Bei geradzahliger Phasenanzahl sind die mit den Nutstabenden zu verschweißenden Verbindungsleiterenden auf Nuthöhe axial ver­ breitert, wobei die axiale Lange dieser Verbreiterung der Hälfte der Verbindungskopfbreite entspricht. Durch eine alternierende Versetzung der durch den Kontakt mit den Verbindungs­ leiterenden verbreiterten Nutstabenden benachbarter Nuten, entstehen in den beiden Verbin­ dungsköpfen jeweils zwei Hälften. Alle bei der Montage zu realisierenden Verbindungsstellen sind dann auch nachträglich noch jederzeit für Prüf- und Reparaturzwecke zugänglich.

Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung ist der Verlauf der Leiterstrange bzw. die Art der Rückführung des Stromes, damit er zum wiederholten mal eine Nut in der gleichen Richtung durchfließen kann. Dabei erfolgt die Rückführung nicht in geschleiften Windungen sondern in radial übereinander geschichteten Lagen, wobei die Lagen schleifenlos, in Reihe hintereinander geschaltet und jeweils um eine Polteilung versetzt zueinander angeordnet sind. Der Strom fließt nacheinander durch jeweils einen Nutstab in mindestens drei aufeinander folgenden Polteilun­ gen, wobei diese Nutstäbe unterschiedlicher Polteilungen in etwa den gleichen Abstand zur Nutöffnungsebene aufweisen und mit den sie verbindenden Verbindungsleitern eine Lage bilden. Alle Nutstäbe einer Nut gehören zu verschiedenen Lagen, welche in Reihe geschaltet zusammen einen Leiterstrang bilden.

Alternativ zum beschriebenen Leiterverlauf mit um eine Polteilung versetzten Lagen können für Leiteraufbauformen in denen nur 3, 4 oder 5 in Reihe geschaltete Nutstäbe pro Nut benötigt werden Leiterverläufe mit vorwärts- und rückwärtsgerichteten Schleifen in einer oder zwei Lagen eingesetzt werden. Ein Leiterstrang weist hierdurch einen achterförmigen Verlauf auf. Die Rückführung des Stromes für Nutstäbe einer Nut erfolgt zunächst ein-, zwei- oder dreimal durch Nutstäbe, die in der vorangegangenen Nut liegen. Anschließend erfolgt die Rückführung durch Nutstäbe die in der nachfolgenden Nut liegen. Der Drehsinn der Schleifen wechselt also in jeder Polteilung.

Diese beiden Rückführungsvarianten ermöglichen die Minimierung der unterschiedlichen Ver­ bindungsleiterbauformen und die Vermeidung von Überschneidungen, verbunden mit einer vollkommen symmetrischen und damit gleichmäßigen Ausnutzung des Verbindungskopfes und stellen somit einen wesentlichen Vorteil der erfindungsgemäßen Leiteraufbauformen dar.

In der Beschreibung werden die Leiterelemente aus denen die Leiterstänge zusammengesetzt werden grundsätzlich in axial verlaufende Nutstabe und in Verbindungsleiter, die außerhalb des weichmagnetischen Körpers die elektrisch leitende Verbindung zwischen Nutstäben aus unter­ schiedlicher Nuten herstellen, sowie den daraus gebildeten Einheiten, sprachlich aufgeteilt.

Alle Verbindungsleiter die in einer Stegschicht Nutstäbe von zwei Nuten benachbarter Polteilungen miteinander verbinden werden verbal als Sektoren zusammengefaßt.

Die Einteilung der Ausführungsformen erfolgt im wesentlichen nach zwei Kriterien. Erstens werden Ausführungsformen mit versetzten Lagen und mit achterförmigen Schleifen unter­ schieden und zweitens die Sektoren in u-förmige und o-formige Bauformen eingeteilt.

Durch das seitliche Einschieben und die Montagetechnik können bei permanenterregten Maschinen auch o-förmige Verbindungsköpfe eingesetzt werden, wodurch - besonders bei Innenläufern - eine weiter Verringerung des Leiterwiderstandes, erreichbar ist. O-förmige Verbindungsköpfe besitzen oberhalb und unterhalb der Verbreiterungen Stege, so daß nicht nur der Raum auf Höhe der Rückschlüsse des weichmagnetischen Körpers, sondern auch der Raum auf Höhe des Luftspaltes und der Magnete von den Verbindungsköpfen genutzt werden kann.

Unter Nutöffnungsfläche wird die Oberfläche des zylindrischen weichmagnetischen Körpers verstanden, die als Mantelfläche dem zugehörigen Rotor oder Stator gegenüberliegt. Die Rich­ tung der Nuttiefe - bzw. die Radialkomponente - stellt die Normale dieser Fläche dar, und die Nutausbreitung erfolgt überwiegend in axiale Richtung, womit sich die Nutbreite in tangentiale Richtung erstreckt.

Bei u-förmigen Verbindungsleitern weisen deren Stege einen Abstand zur Nutöffnungsebene auf, der größer als die Nuttiefe ist. Bei o-förmigen Verbindungsleitern gilt dies zumindest für einen der beiden Stege.

Erfindungsgemäß paßt sich der Leiterquerschnitt außerhalb des weichmagnetischen Körpers dem jeweiligen Raumangebot an, wobei insbesonders an den Verbindungsstellen der Leiter­ querschnitt vergrößert ist, um durch große Kontaktflächen niedrige Übergangswiderstände zu ermöglichen. Hierbei wird in den Verbindungsköpfen der Raum ausgenutzt, der im weich­ magnetischen Körper als Zahn den magnetischen Fluß in radialer Richtung führt, wodurch das aufschmelzbare Leitervolumen an den Verbindungsstellen erhöht wird. Durch die verbesserte Raumausnutzung erhöht sich der Wirkungsgrad oder die Leistungsdichte der Maschine.

Damit zum Aufschmelzen der Verbindungsstellen - z. B. durch einen Laser - und zur radialen Stromführung tangential auf beiden Seiten der Nutstabenden jeweils mindestens der gesamte Zahnraum genutzt werden kann, weisen die tangentialen Leiterquerschnittsvergrößerungen von Leitersträngen benachbarter Nuten unterschiedliche Abstände von den Stirnflächen des weich­ magnetischen Körpers auf. Hierdurch kann pro Verbindungsstelle ein größeres Volumen aufge­ schmolzen werden, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der Isolationsschichten besteht.

Diese versetzte Anordnung ermöglicht die volle Ausnutzung der Zahnflächen für die Ver­ größerung des Leiterquerschnitts und erhöht dabei auch die Leiterquerschnittsfläche der radial verlaufenden Teilbereiche der Verbindungsleiter. Neben der Erhöhung der Leitfähigkeit verbessert die Vergrößerung des Leiterquerschnitts auch die Raumausnutzung in den Ver­ bindungsköpfen und trägt zur Eigenstabilität des Leiteraufbaus bei.

Die axiale Vergrößerung des Leiterquerschnitts der auf Nuthöhe liegenden Enden der Ver­ bindungsleiter trägt zur besseren Raumausnutzung in den Verbindungsköpfen bei. Hierdurch wird die Kontaktfläche zwischen Verbindungsleitern und Nutstäben weiter vergrößert und damit eine zusätzliche Verringerung des Übergangswiderstands zwischen den beiden Leiterelementen erreicht. Auf Nuthöhe bedeutet hierbei, daß der Abstand zur Nutöffnungsfläche kleiner als die Nuttiefe ist, oder daß die Leiterquerschnittvergrößerungen den gleichen Radiusbereich wie der Nutquerschnitt in den Stirnseiten des weichmagnetischen Körpers aufweisen. Auf Höhe der Nuten ist die axiale Ausdehnung der Verbindungsleiterenden nur durch die Verbindungs­ leiterenden begrenzt, die mit den Stromleitern der benachbarten Nut verbunden sind.

Durch die Verwendung von Einheiten vereinfacht sich die Montage des Leiteraufbaus. Vor­ teilhaft ist hierbei die einstückige Herstellung derartiger Einheiten, wodurch niedrige Innen­ widerstände für diese Teilstrecken des Leiterstranges garantiert werden. Mit vorgefertigten Einheiten wird die Anzahl der beim eigentlichen Montageprozeß am weichmagnetischen Körper zu realisierenden Verbindungsstellen auf die Anzahl der Nutstäbe im weichmagnetischen Körper halbiert. Alle beim Montageprozeß zu realisierenden Verbindungsstellen können nun in den äußeren Stegschichten liegen und sind somit für Messungen und Nachbesserungen jederzeit zugänglich, wodurch bei der Herstellung auch die Ausschußproduktion verringert wird.

Aufgrund der Aufteilung der Leiterstränge in Teilstrecken, die erst direkt am weichmagneti­ schen Körper zusammengefügt werden, entfällt bei der Konzeption der Verbindungsköpfe die Einschränkung durch zu berücksichtigende Biegeradien. Die Verbindungsleiter der inneren Stegschichten liegen direkt flächig an den Stirnflächen des weichmagnetischen Körpers an, wodurch kurze Leiterlangen und damit geringe ohmsche Verluste erreicht werden. Durch die großen, vorzugsweise rechteckförmigen Verbindungsleiterquerschnitte und das flächige Aneinanderfügen der Leiterstrange unter Vermeidung von Hohlräumen, ist ein sehr stabiler selbsttragender Aufbau der Verbindungsköpfe, ja des gesamten Leiteraufbaus gegeben. Deshalb kann auf zusätzliche Stabilisierungsmaßnahmen wie Eingießen in Harz, Bandagieren oder Klebetechniken in den meisten Anwendungsfallen verzichtet werden. Hierdurch werden nicht nur oft komplizierte Arbeitsschritte (z. B. Bandagieren) und damit Fertigungskosten gespart, sondern zusätzlich auch Raum zur Stromleitung gewonnen. Weiterhin verringert das flächige Aneinanderliegen den thermischen Widerstands, wodurch die Ableitung der Verlustwärme aus den Verbindungsköpfen zu einem Kühlkörper verbessert wird.

Hohe Wirkungsgrade setzen unter anderem niedrige Übergangswiderstände zwischen den Enden der in Reihe geschalteten Verbindungsleiter und Nutstäbe voraus. Die Kontaktflächen werden deshalb - möglichst ohne störende Verunreinigungen auf den Oberflächen - aufeinander gepreßt. Eine leicht konische Ausgestaltung der Enden der Einheiten bewirkt beim Aufpressen eine geringfügige Verformung des weichen Leitermaterials, wodurch die unvermeidlichen Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden und ein guter Kontakt entsteht.

Ergänzend oder alternativ zu den Nutstabenden, ist es ebenfalls sinnvoll die Aussparungen der Verbindungsleiter entsprechend konisch auszugestalten.′ Erfolgt das Aufpressen unter erhöhten Temperaturen ermöglicht die konische Ausgestaltung der Kontaktflächen einen Diffusions­ schweißprozeß. Das Isolierschichtmaterial muß entsprechend temperaturstabil sein, damit auch solch hohe Temperaturen zulässig sind, bei denen sich die beim Aufpressen verzerrte Gitter­ struktur wieder entspannen kann, und somit der für das Leitermaterial beste Leitwert auch in diesen Teilstrecken des Leiterstranges nahezu erreicht wird.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Aussparungen der Verbindungsleiterenden bei der die Enden der Einheiten beim Aufpressen so verformt werden, daß die Verbindungsleiter­ enden die Enden der Einheiten von vier Seiten umschließen. Durch eine leichte Verformung der Einheitenenden in tangentiale oder radiale Richtung kann dabei neben der Kontaktfläche auch die verfügbare Aufschmelzzone vergrößert werden. Die konische Ausgestaltung und versetzte Verformung der Nutstabenden erlauben somit eine Ausgestaltung der Aussparungen in den Verbindungsleiterenden, bei der jedes Nutstabende vollständig von Leitermaterial, des anschließend mit ihnen zu verschweißenden Verbindungsleiters, umschlossen wird. Diese Anordnung schafft gute Voraussetzungen, um in allen bei der Montage zu realisierenden Ver­ bindungsstellen durch lokales Erwärmen - z. B. durch einen Laser - eine hohe Leitfähigkeit zu erreichen.

Für eine gerade Anzahl von Phasen ist die Aufteilung der Verbindungsköpfe in zwei Hälften ein weiterer Grundgedanke der Erfindung. Hierbei liegen die Teilbereiche zweier in benach­ barten Nuten liegenden Leiterstrange teilweise axial flächig hintereinander und ergeben zu­ sammen gerade die Breite eines Verbindungskopfes, wobei die Länge der axialen Leiterquer­ schnittsvergrößerung der auf Nuthöhe liegenden Verbindungsleiterenden in etwa der Hälfte der Verbindungskopfbreite entspricht. Gilt dies für alle benachbarten Nuten so ergibt sich innerhalb der beiden Verbindungsköpfe jeweils eine alternierende Anordnung von Leiterquerschnittsver­ größerungen, wodurch beide Verbindungsköpfe jeweils in zwei Hälften mit unterschiedlichem Abstand zur Stirnfläche des weichmagnetischen Körpers unterteilt werden. Die beiden an den Stirnseiten des weichmagnetischen Körpers anliegenden Hälften werden im folgenden als innere Verbindungskopfhälften und die beiden anderen als äußere Verbindungskopfhälften bezeichnet. Durch die Aufteilung des Verbindungskopfes in zwei Hälften wird jede Verbindungsstelle, die in einer äußeren Verbindungskopfhälfte liegt von außen für Kontrollmessungen und ggf. zur Nachbesserung der Leitfähigkeit zugänglich. Der Montageprozeß wird erleichtert und die Anordnung nutzt Symetrien aus, wodurch z. B. bei einem Nutstab pro Nut und vier Nuten pro Polteilung im günstigsten Fall nur eine Verbindungsleiterbauform benötigt wird. Alle Leiter­ stränge können gleiche Längen und Querschnitte aufweisen. Die Kontaktflächen zwischen den Nutstäben und den Verbindungsleitern werden auf den (0,5·N_p)-fachen Wert vergrößert und der gesamte Raum in den Verbindungsköpfen wird zur Stromleitung ausgenutzt, wobei durch die verbesserte Raumausnutzung höhere Leistungsdichten oder Wirkungsgrade ermöglicht.

Neben der Verringerung des Herstellungsaufwandes durch eine geringe Anzahl einzusetzender Leiterelemente und Leiterelementbauformen, sowie der Vollautomatisierbarkeit aller Arbeits­ schritte und der Möglichkeit zwischendurch und am Ende einfach Qualitätskontrollen und Nachbesserungen vornehmen zu können, soll die elektrische Maschine auch hohe Leistungs­ dichten und Wirkungsgrade aufweisen. Die hierzu notwendige vollständige Raumausnutzung wird erreicht, indem in einer inneren Verbindungskopfhälfte in jeder Lage parallel zur Nutöff­ nungsfläche die tangentiale Ausdehnung des Leiterquerschnitts an den Nutstabenden in etwa der Summe aus Nutbreite und zweifacher Zahnbreite entspricht. Die Leiterstränge zweier benach­ barter Nuten füllen in einer inneren Verbindungskopfhälfte hierdurch einen zwei Nutteilungen entsprechenden Raum in Nuthöhe vollständig aus. Hierbei behält ein Leiterstrang seinen Quer­ schnitt aus dem weichmagnetischen Körper - also den Nutquerschnitt - bei, während der zur zweiten Nut gehörende Leiterstrang durch seine Querschnittsvergrößerung den restlichen Raum auf Nuthöhe ausfüllt.

In den äußeren Verbindungskopfhälften können die Leiterquerschnittsvergrößerungen um eine Nutbreite größer ausfallen, da die Nutstäbe der benachbarten Nuten bereits in der inneren Ver­ bindungskopfhälfte enden, und somit Leiterquerschnittsvergrößerungen von Leitersträngen der übernächsten Nuten tangential flächig aneinanderliegen. Die axiale Breite der äußeren Ver­ bindungskopfhälfte könnte daher auch etwas kleiner gewählt werden als die der inneren Hälfte. In den äußeren Verbindungskopfhälften wird der Raum in Nuthöhe vollständig ausgenutzt indem alle Leiterquerschnittsvergrößerungen in Nuthöhe den Raum einnehmen, der zwei Nutteilungen entspricht.

Zur Begrenzung der ohmschen Verluste in der Ansteuerung sind kleine Ströme bzw. hohe Ansteuerspannungen erforderlich. Für die hierfür notwendige Gegenspannung wird bei vor­ gegebener Drehzahl im Erregerfeld eine ausreichende Leiterlange vorausgesetzt, die sich aus dem Produkt Nutlange mal Anzahl der in Reihe geschalteten Nutstäbe ergibt. Alle Nutstäbe von Nuten mit der gleichen Relativstellung zu einem Rotorpol sind daher in Reihe geschaltet. Je höher die Nutstabzahl pro Nut (Z_N) gewählt wird, umso kleiner werden die Außenabmes­ sungen der Maschine. Der Anteil der Rückschlüsse und - bei permaneterregten Maschinen der Magnete - am Maschinenvolumen verringert sich mit zunehmender Nuttiefe. Da die radiale Nutstabhöhe durch die Stromverdrängung begrenzt wird ist für eine Erhöhung der Nuttiefe die Steigerung der Nutstabanzahl pro Nut ebenfalls vorteilhaft. Zur Lösung des Überschneidungs­ problems müssen bei u-förmigen Verbindungsköpfen die Verbindungsleiter für alle über dem untersten Nutstab liegenden Nutstäbe durch die beiden - den angrenzenden Zähnen entsprechen­ den - Räumen verlaufen. Bei einer Leiterbahn pro Zahnraum ergibt sich somit Z_N = 3 für u­ förmige und Z_N = 6 für o-förmige Verbindungsköpfe. Nur wenn bei einer hohen Flußdichte im Luftspalt die Zahnbreite deutlich größer als die Nutbreite gewählt wird, erscheinen zwei Leiterbahnen pro Zahnraum und damit maximal Z_N = 5 bzw. 10 sinnvoll.

Zur Verminderung des Herstellungsaufwandes wird das Leitervolumen der Maschine vorzugs­ weise nur dort durch Isolierschichten in verschiedene, serielle oder parallele Leiterteilstrecken aufgeteilt, wo es funktionstechnisch notwendig ist. Insbesondere bei hochpoligen Maschinen und einer geringen Nutstabanzahl pro Nut kann es aufgrund der einseitigen Stromverdrängung für die gewünschte Nuttiefe erforderlich sein die Leiterstränge in den Teilbereichen, die im weichmagnetischen Körper liegen, in parallelgeschaltete Stromleiter aufzuteilen. Da die einseitige Stromverdrängung senkrecht zur Nutöffnungsebene wirkt, erfolgt die Aufteilung der Nutstäbe am effektivsten durch Isolierschichten, die sich parallel zur Nutöffnungsfläche über die gesamte tangentiale Nutstabbreite erstrecken. Durch das Aufteilen des Stromes vor jeder Nut und das Zusammenführen der parallelgeschalteten Teilströme nach jeder Nut bleibt die Anzahl der Verbindungsleiterbauformen und der zu realisierenden Verbindungsstellen gering.

Der Anteil des Leitervolumens in den Verbindungsköpfen wird nicht durch unnötig viele Isolierschichten verkleinert und Verbindungsleiter mit größeren Querschnitten weisen eine höhere Eigenstabilität auf, sind einfacher herzustellen und einzusetzen.

Bei mehr als drei Nutstäben pro Nut werden alle Verbindungsleiter u-förmig ausgebildet. O- förmige Verbindungskopfbauformen setzen sich dann durch u-förmige Verbindungsleiter zusammen, deren Stege auf unterschiedlichen Seiten an den dazwischenliegenden Leitersträngen vorbeigeführt werden. Zur Unterscheidung ob eine u- oder o-förmige Bauform vorliegt sind daher alle Verbindungsleiter, die Nutstäbe zweier Nuten miteinander verbinden zu betrachten. Diese werden im folgenden als Sektor bezeichnet. In u-förmigen Sektoren liegen alle Stege flächig aufeinander, weshalb sie z. B. zusammen aus ineinandergesteckten Leiterprofilen herausgearbeitet werden können. O-förmige Sektoren bilden dagegen nicht immer eine selbst­ tragende Baugruppe und werden daher in zwei getrennten u-förmigen Baugruppen hergestellt. In einer Stegschicht benachbarte Sektoren sind ineinander verzahnt. Vor der Montage werden die Sektoren einer Stegschicht vorteilhafterweise zu ringförmigen Scheiben zusammengefügt. Mehrere Stegschichten, z. B. alle Stegschichten einer Verbindungskopfhälfte bilden zusammen ein Paket, das dann in den weichmagnetischen Körper eingeschoben bzw. auf die Enden der Einheiten aufgepreßt wird. Sektoren sind somit wie die Stegschichten und Pakete lediglich Baugruppen von Leiterelementen, die im Herstellungsverfahren sinnvolle Zwischenprodukte darstellen können, aber nicht müssen. Kennzeichnend dagegen ist die Anzahl der axial hinter­ einander liegenden Sektoren. Sie entspricht der Anzahl der Nuten pro Polteilung bzw. Phasen­ anzahl. Alle Leiterstränge einer Phase liegen also in einem Verbindungskopf jeweils in einer Stegschicht und jede Stegschicht besteht aus Leitersträngen einer Phase.

Nur über eine geringe Anzahl von Leiterelementbauformen sind geringe Herstellungskosten erreichbar. Eine Unterteilung einer Phase in mehrere parallele Leiterstränge widerspricht dem Ziel der geringen Herstellungskosten und der Verlauf der Rückführung ist für die Bauform des Leiterstranges maßgebend. In einer vorteilhaften Rückführungsvariante kann der Leiterstrang daher als in versetzten Lagen verlaufend beschrieben werden. Alle Nutstäbe einer Phase, die den gleichen Abstand zur Nutöffnungsebene aufweisen, sind hierbei direkt hintereinander in Reihe geschaltet. Der hierdurch gebildete Teilbereich eines Leiterstranges wird als Lage bezeichnet, wobei der Begriff Lage auch die Verbindungsleiter zwischen diesen Nutstäben unabhängig von deren Bauform umfaßt. Während die Ströme in Nutstäben, die in einer Nut flächig aufeinander liegen, die gleiche Richtung aufweisen, besitzen sie im Verbindungskopf einen entgegengesetzten Umlaufsinn. Alle Verbindungsleiter innerhalb einer Lage weisen symmetrische Enden auf, und die Verbindungsleiter verteilen sich vollkommen gleichmäßig zwi­ schen den beiden Verbindungsköpfen. Dagegen würde in einer konventionellen Schleifenwick­ lung, eine unsymmetrische Leiterverteilung zumindest in einem Verbindungskopf auftreten und eine gleichmäßige Ausnutzung des Verbindungskopfraumes für eine niedrige Stromdichte wäre nicht möglich. Durch den symmetrischen Aufbau wird die den weichmagnetischen Körper durch­ fließende Stromdichte im gesamten Raum vor den Stirnflächen gleichmäßig verteilt, wodurch sich trotz kompakter Bauweise ein sehr niedriger Maschineninnenwiderstand einstellt.

Nachdem der Strom immer alternierend zwischen den beiden Verbindungsköpfen mindestens zwei Verbindungsleiter durchflossen hat, ohne seine tangentiale Flußrichtung in den Ver­ bindungsleitern zu ändern, wechselt er beim Übergang vom letzten Nutstab einer Lage zum ersten Nutstab der folgenden Lage seine tangentiale Richtung. Verbindungsleiter die Nutstäbe unterschiedlicher Lagen verbinden, weisen unsymmetrische Enden auf und werden im folgenden Wechselleiter genannt. Die Anzahl der Wechselleiter pro Leiterstrang entspricht der Anzahl der Nutstäbe pro Nut minus eins (Z_N-1).

Alle Verbindungsleiter einer Lage sind baugleich, so daß die Anzahl der unterschiedlichen Verbindungsleiterbauformen eines Leiterstranges der Lagenanzahl entspricht. Zusätzlich unter­ scheiden sich alle Wechselleiter im Profil voneinander und am Anfang und Ende jedes Leiter­ stranges sind noch unterschiedliche Zuleitungs- und Ableitungsleiter für die Stromversorgung notwendig. Insgesamt besteht ein Leiterstrang für einen Leiteraufbau mit Z_N Nutstäben pro Nut somit aus (2·Z_N+1) verschiedenen Leiterelementbauformen. Je nach Anordnung des Leiter­ aufbaus können Anschlußleiter radial oder axial aus den Verbindungsköpfen heraus durch den anliegenden Kühlkörper zu einer isolierten Anschlußklemme führen. In axialer Bauform entspricht ein Anschlußleiter einem verlängerten Nutstab. Radiale Bauformen können Symmetrien nutzen, so daß z. B. nur eine Bauform für eine Verbindungskopfhälfte erforderlich ist.

Zwei aufeinanderliegende Lagen verlaufen um eine Polteilung zueinander versetzt. Hierdurch ist eine gleichmäßige Ausnutzung des Verbindungskopfraumes gewährleistet, da die Ver­ bindungsleiter aufeinanderliegender Lagen innerhalb einer Stegschicht unterschiedliche Um­ fangsbereiche nutzen und so zusammen den gesamten Umfang abdecken. Verbindungsleiter aufeinanderliegender Lagen liegen also in einer Stegschicht in unterschiedlichen Sektoren.

Durch die Verwendung von Einheiten wird ein Leiterstrang aus einer Einheitenstegschicht und einer Verbindungsleiterstegschicht zusammengesetzt. Da sich in den äußeren Stegschichten größere Aufschmelzzonen ergeben setzen sich die näher am weichmagnetischen Körper liegen­ den Stegschichten vorteilhaft aus Einheiten zusammen. Die Stromzu- und -ableitung erfolgt nur in einer der beiden Stegschichten eines Leiterstranges. Anschlußleiter liegen daher in den äußeren Stegschichten. Alle Wechselleiter und die beiden Anschlußleiter eines Leiterstranges liegen somit in zwei benachbarten Sektoren einer Stegschicht. Diese beiden Sektoren werden im folgenden als Wechselsektoren bezeichnet.

Eine weitere Rückführungsvariante, weist einen achterförmigen Verlauf in einer oder zwei Lagen auf. Bei ungeradem Z_N durchläuft ein Leiterstrang nur einmal in Schleifen den Umfang der Maschine und wird daher als einlagig bezeichnet. Bei geradem Z_Ndurchläuft der Leiter­ strang nachdem ersten Umlauf mit Schleifen den Maschinenumfang noch einmal in tangential entgegengesetzter Richtung, woraus die Bezeichnung zweilagig resultiert. Die Rückführung erfolgt durch vorwärts- und rückwärtsgerichtete Schleifen. Der Drehsinn der Schleifen wechselt in jeder Polteilung, woraus die Bezeichnung achterförmig resultiert. Gegenüber den Verläufen in Lagen werden beim einlagigen achterförmigen Verlauf keine Wechselleiter und beim zweilagigen Verlauf nur ein Wechselleiter benötigt, wodurch die Anzahl der Leiterbau­ formen und damit der Herstellungsaufwand minimiert wird.

Nutstäbe einer Nut sind mit jeweils mindestens zwei Nutstäben der beiden Nuten verbunden, die von ihrer Nut um etwa eine Polteilung entfernt sind. In einem auf kürze Leiterlangen ausgelegten Leiteraufbau erfolgt die Rückführung für die in Reihe geschalteten Nutstäbe einer Nut in zwei verschiedenen Nuten, die beide einen Abstand von einer Polteilung von der Ausgangsnut aufweisen. Durch den achterförmigen Verlauf können die Zahnräume auf beiden Seiten und der Stegraum gut ausgenutzt werden, ohne daß es bei o-förmige Sektoren mit Z_N = 3, 4 und 5 zu Überschneidungsproblemen kommt. Bei u-förmigen Sektoren oder einer höheren Nutstabanzahl pro Nut treten dagegen Überschneidungen innerhalb einer Stegschicht auf. Hier erweisen sich Leiterbauformen mit versetzten schleifenlosen Lagen als vorteilhaft, da bei diesen Überschneidungen für beliebiges Z_N ausgeschlossen sind.

Für die gleichmäßige Verteilung der Stromdichte in den Verbindungsköpfen sollte die Anzahl der Verbindungsleiter möglichst in allen Sektoren gleich sein. Dies wird sowohl bei der Rückführung in versetzten Lagen als auch in achterförmigen Schleifen bei geradzahligem Z_N erreicht. Da die Verbindungsleiteranzahl zweier tangential in einer Stegschicht aufeinander folgenden Sektoren zusammen der Nutstabanzahl pro Nut entspricht unterscheiden sich bei ungeradem Z_N die Leiteranzahlen von benachbarten Sektoren um eins. Eine gerade Nutstab­ anzahl pro Nut nutzt somit den Stegraum gleichmäßiger aus.

Wenn die Wechselsektoren in den äußeren Stegschichten angeordnet sind, bestehen die inneren Stegschichten für beide Rückführungsvarianten nur aus zwei Sektorbauformen. Die Anzahl der unterschiedlichen Sektorbauformen ist somit von der Stegschichtanzahl bzw. Nutenanzahl pro Polteilung abhangig. Bei halbierten Verbindungsköpfen sind die Seitenansichten aller Steg­ schichten einer Verbindungskopfhälfte gleich. Hierdurch werden beim Aufbau der Verbin­ dungsköpfe Symmetrien genutzt, was eine Voraussetzung für ein kostengünstiges Herstellung von Maschinen mit aufgeteilten Leitersträngen und hoher Raumausnutzung ist.

Durch die Reihenschaltung von mehreren umlaufenden Leitersträngen benachbarter Nuten wird die Anzahl der in Reihe geschalteten Nutstäbe und damit die induzierte Spannung vervielfacht. Wenn bei hohen Drehzahlen eine Erhöhung der Polpaarzahl wegen der begrenzten Ansteuer­ frequenz nicht mehr sinnvoll ist, können hiermit die gewünschten hohen Ansteuerspannungen erreicht werden, ohne die Nutstabanzahl pro Nut und den damit verbundenen Herstellungsauf­ wand zu erhöhen. Weiterhin besteht die Möglichkeit durch Umschalten der beiden Verbindun­ gen von seriellen in parallelen Betrieb die Spannung zu halbieren und dafür den Strom zu verdoppeln.

Anwendungsgebiete für erfindungsgemäße Maschinen ergeben sich in allen Bereichen in denen entweder hohe Drehzahlen von kleinen oder hohe Drehmomente von ringförmigen Maschinen gewünscht werden. Der hierbei charakteristische Leiteraufbau kann unabhängig von der Art der Erregung in Gleichstrom- oder Synchronmaschinen sowie in Induktions- und Reluktanzmaschi­ nen eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch der Einsatz von leistungsstarken Dauermagnetwerkstoffen, da durch ein starkes Erregerfeld sich auch bei kleineren Drehzahlen hohe Induktionsspannungen ergeben. Durch die Abhängigkeit der Leiterlänge von der Nuttiefe empfiehlt sich für hohe Kraft- und Leistungsdichten eine hohlzylindrische Bauform, weshalb sich vorteilhafte Ausführungsformen insbesondere als Direktantrieb für Schwungradspeicher, Lüfter, Mischtrommeln, Brunnentauchpumpen oder für Elektroflugzeuge eignen.

Bei der Herstellung der Maschinen können sowohl das Gehäuse, das z. B. als Aluminium­ gußteil gleichzeitig auch als Kühlkörper dient, als auch der weichmagnetische Körper, der z. B. aus gestanzten Elektroblechen besteht, auf bekannte Weise hergestellt werden. Insbesondere ist es möglich auch bereits vorhandene Gehäuse und weichmagnetische Körper mit einem der Erfindung entsprechenden Leiteraufbau auszustatten. Die Erfindung bezieht sich daher vor allem auf das Verfahren zur Produktion der Leiterelemente und deren Montage zu einem funktionsfähigen Leiteraufbau.

Zur Herstellung der Verbindungsleiter, Nutstäbe bzw. Einheiten sind zahlreiche präzise Bearbeitungsvarianten denkbar, die alle vollautomatisierbar sind und damit eine kostengünstige Massenfertigung der wenigen Leiterelementbauformen ermöglichen.

Die Verbindungsleiter werden als Profil - ohne vollständige Aussparungen für die Nutstab­ enden - stranggepreßt, in Teile, deren Länge etwa der Breite der entsprechenden Verbindungs­ kopfhälfte entspricht, abgeschnitten und in eine kreisförmige Vorrichtung gelegt. Mit Hilfe dieser Vorrichtung werden auf einer Drehmaschine, bei u-förmigen Verbindungsleitern jeweils ein Steg und bei o-förmigen Verbindungsleitern die beiden Stege, aller in der Vorrichtung fixierten Teile auf die gewünschte Stegbreite abgespannt. Handelt es sich um Verbindungs­ leiter, die nicht der innersten oder äußersten Schicht einer Verbindungskopfhälfte angehören, so müssen die Teile umgedreht, in eine zweite ähnliche Vorrichtung gelegt und die Stege von der gegenüberliegenden Seite ebenfalls auf die gewünschte Stegbreite abgespannt werden. Alle Verbindungsleiterbauformen der äußeren bzw. inneren Verbindungskopfhälften werden hierbei aus dem gleichen Profil gewonnen und nur im Bereich der Stege auf unterschiedliche Masse abgespannt. Das abgespannte Material kann recyclt werden.

Bei Maschinen mit ungerader Phasenanzahl - bzw. deren Verbindungsköpfe nicht in zwei Hälften aufgeteilt sind - entfällt in Ausführungsformen ohne vollständige Raumausnutzung das Abspannen der Stege. Die Verbindungsleiterprofile werden nur ihrer jeweils berechneten axialen Breite entsprechend gescheibt.

Alle Verbindungsleiter haben nun - bis auf die Aussparungen - ihre endgültigen Außenabmes­ sungen und werden abschließend mit einer temperaturstabilen und mechanisch belastbaren Isolationsschicht überzogen. Bei Verbindungsleitern aus Aluminium kann dies durch einen gesteuerten Oxidationsprozeß erfolgen.

Die Nutstäbe können als Strang gepreßt, aus Blech gestanzt und kalt oder warm verformt werden, wobei für Nutstäbe mit integrierten Isolierschichten Stromleiter zusammengefügt und verschmolzen werden.

In einem materialsparenden Herstellungsverfahren, das insbesondere die gewünschten bogenförmigen Isolierschichten liefert, werden Leiterbleche auf einen zylindrischen Körper, dessen Außenradius dem Radius der Nutöffnung oder des Nutbodens entspricht, schichtweise aufgerollt, wobei die Isolierschicht entweder direkt auf den Blechen aufgebracht oder jeweils als separate Folie schichtweise mit aufgerollt wird.

An das hierdurch entstehende hohlzylindrische Leiterblechpaket wird für gewichtsoptimierte Ausführungsformen, z. B. durch Reibschweißen oder durch Kristallisation direkt aus der Schmelze, auf einer oder beiden Stirnseiten ein ähnlich ringförmiger Aluminiumblock ohne Isolierschichten angefügt. Aus diesem Vorprodukt werden anschließend die Nutstäbe oder ganze Einheiten, z. B. durch Laserschneiden oder Drahterodieren, herausgearbeitet.

Die Länge der Nutstäbe entspricht in einer Ausführungsform mit unsymmetrischen, halbierten Verbindungsköpfen in etwa der Summe aus der Nutlänge im weichmagnetischen Körper und der 1,5fachen Verbindungskopfbreite. In den Nuten sollte vorzugsweise Kupfer als Leitermaterial verwendet werden. Bei den aufwendigeren Nutstäben mit Aluminiumenden sind beide Enden auf einer Länge, die der halben Verbindungskopfbreite entspricht, aus Aluminium.

Neben dem Herausarbeiten aus Vollmaterial können Einheiten durch Stanzen, Biegen, Kalt- oder Warmverformen und Nachbearbeiten durch Schneiden, Fräsen oder Drehen material­ sparend hergestellt werden. Besonders materialsparend werden Einheiten hergestellt, wenn nur die Nutstäbe aus dem geschichteten Hohlzylinder herausgeschnitten und dann in eine Form mit aufgeschmolzenem Leitermaterial (z. B. Kupfer oder Aluminium) gesteckt werden. Die Form sollte möglichst genau der Verbindungsleiterform entsprechen. Nachdem das Leitermaterial abgekühlt ist, müssen die Außenabmessungen der Einheiten nur noch mit geringem Material­ verlust nachgearbeitet werden.

Ein Bestückungsautomat setzt anschließend fehlerfreie Verbindungsleiter bzw. Einheiten zu Verbindungsleiter- bzw. Einheitenstegschichten zusammen, indem er sie einzeln in axialer Richtung in eine Vorrichtung schiebt. Hierbei werden die Fertigungstoleranzen geprüft und am Ende die Isolationsfestigkeit der Stegschicht getestet. Die Einheitenstegschichten der beiden inneren Verbindungskopfhälften werden bei der Montage des Leiteraufbaus zuerst nur so weit in den weichmagnetischen Körper eingeschoben, daß die Nutstabenden vollständig innerhalb des weichmagnetischen Körpers liegen. Die Stegschichten bilden nun schon kompakte, schei­ benförmige Pakete, jedoch noch mit einem der Verbindungskopfbreite entsprechendem Abstand vor der jeweiligen Stirnfläche des weichmagnetischen Körpers. Nun werden die beiden inneren Verbindungskopfhälften gleichzeitig in den weichmagnetischen Körper eingeschoben, wodurch die Nutstabenden nicht direkt beim Austreten aus dem weichmagnetischen Körper auf die für sie vorgesehenen Aussparungen in der gegenüberliegenden inneren Verbindungskopfhälfte treffen, sondern in einem, der halben Verbindungskopfbreite entsprechenden Abstand vor den Stirnseiten. Durch den Abstand können kleine Versetzungen zwischen Nutstab und Aussparung aufgrund der Fertigungstoleranzen leichter durch eine geringfügige Verformung der beiden sich berührenden Teile ausgeglichen werden. Um Verkantungen zu vermeiden weisen die Enden der Nutstäbe eine sich konisch verjüngende Form auf.

In Ausführungsformen, in denen die Verbindungsköpfe nicht halbiert sind, können insbesondere bei symmetrischen Verbindungsköpfen alle Einheiten zu einem vollständigen Verbindungskopf zusammengefügt werden, der dann axial in den weichmagnetischen Körper eingeschoben wird. Bei unsymmetrischen Verbindungsköpfen sollten wegen der kleineren Aufschmelzzonen jedoch vorzugsweise die inneren Stegschichten als Einheiten ausgeführt werden. Weisen die äußeren Stegschichten Fenster auf in denen die Verbindungsstellen der zweitinnersten Stegschicht sich axial bis nach außen erstrecken, so entstehen auch bei ungerader Phasenanzahl unsymmetrisch halbierte Verbindungsköpfe.

Damit die beim Zusammenschieben auftretenden Spannungen und Drücke zwar das weiche Leitermaterial etwas verformen, jedoch nicht durch Reibung die Isolierschichten beschädigen, müssen die Isolierschichten eine entsprechend hohe mechanische Stabilität aufweisen (z. B. Teflon oder Aluminiumoxid). Stecken die Einheiten nur mit geringem Spiel in den Nuten so besitzen sie eine hohe mechanische Stabilität. In den Ausführungsformen mit maximaler Raumausnutzung liegen die Leiterelemente in den Verbindungsköpfen so dicht beieinander, daß auf eine zusätzliche Fixierung z. B. durch Klebeschichten verzichtet werden kann.

Alle Verbindungsleiter einer äußeren Stegschicht ergeben zusammengefügt einen selbst­ tragenden Aufbau, da alle benachbarten Verbindungsleiterenden tangential flächig aneinander anliegen und dabei nur durch dünne Isolierschichten voneinander getrennt sind. Um einen möglichst großen Leitermaterialanteil am Volumen des Verbindungskopfes zu erreichen, sollten die verwendeten Isolier- und Klebematerialien gute Eigenschaften pro Volumen aufweisen und sich dabei gegenseitig ergänzen oder sogar ersetzen.

Die Nutstabenden bekommen vor dem Zusammenfügen mit den Verbindungsleitern eine leicht konische Form. In einem parallel hierzu verlaufenden Bearbeitungsprozeß, werden in die Verbindungsleiter Aussparungen mit entsprechend konischem Verlauf geschnitten, so daß beim Zusammenpressen von Nutstäben und Verbindungsleitern eine hohe Paßgenauigkeit erzielt wird. Damit störende Oxidschichten die Leitfähigkeit an den Materialübergängen nicht stört, sollten die Bearbeitungsschritte vollautomatisch unter Schutzgasbedingungen stattfinden. Erfolgt der Einpreßvorgang der nicht oxidierten Nutstabenden in die nicht oxidierten Aussparungen der Verbindungsleiter bei erhöhten Temperaturen, so findet dabei ein Diffusionsschweißprozeß statt. Zusätzlich werden die Kontaktstellen mit einem Laser noch lokal so stark erwärmt, daß die beiden Leiterelemente in den Verbindungsstellen ineinander verschmelzen, wodurch der Übergangswiderstand sehr niederohmig wird.

Vor dem Aufpressen der ringförmigen äußeren Verbindungsleiterpakete werden die Kontakt­ flächen an den Nutstabenden und in den Aussparungen der Verbindungsleiter falls notwendig nachbehandelt, um mögliche Verunreinigungen zu entfernen. Unter Schutzgasbedingungen wird hierzu, z. B. mit einem Laser, von der Oberfläche der Nutstabenden und Aussparungen eine dünne Materialschicht abgetragen, oder die Oberfläche gezielt einer Bestrahlung oder Bedamp­ fung ausgesetzt. Ein trapezförmiger Nutstabquerschnitt vereinfacht diesen Bearbeitungsschritt.

Alternativ oder ergänzend können die Kontaktflächen auch direkt nach der Bearbeitung der Oberflächen mit einer dünnen Kontaktschicht z. B. aus Silber überzogen werden.

Zur abschließenden Überprüfung der Leitfähigkeit und Isolationsfestigkeit, werden seitlich an die noch nicht isolierten Verbindungsstellen Meßspitzen angesetzt. Die Leitfähigkeit ist hierbei, bis auf eine realisierte Verbindung genau lokalisierbar. Bei zu hohen Widerstandswerten ist ein Nachbessern durch wiederholtes, gezieltes Aufschmelzen und/oder zusätzliches lokales Auf­ bringen von Leitermaterial (z. B. Kupfer- oder Silberschicht) möglich. Zur Isolationsprüfung wird der Widerstand zwischen den einzelnen Ankerstromkreisen gemessen. Eine Lokalisierung und Behebung von Isolationsfehlern ist möglich, wenn die Beschädigung der Isolation an einer Außenfläche der Verbindungsköpfe z. B. neben einer Schweißstelle auftritt.

Das aufgezeigte Verfahren hat den Vorteil, daß die Anzahl der zu realisierenden nieder­ ohmigen Verbindungsstellen beim eigentlichen Montageprozeß auf ein Minimum reduziert wird, und bei halbierten Verbindungsköpfen alle auf diese Weise hergestellten Verbindungs­ stellen nachträglich noch von außen zugänglich sind, um z. B. den Innenwiderstand einzelner Leiterstrecken zu kontrollieren, sowie durch Aufschmelzen der Kontaktzonen mit einem Laser oder durch Aufbringen zusätzlicher Leiterschichten die Übergangseigenschaften nachträglich noch zu verbessern. Unebenheiten, die durch das Aufschmelzen der Verbindungsstellen auftreten, müssen nicht durch einen zusätzlichen Arbeitsgang ausgeglichen werden. Auf das abschließende Aufbringen einer Isolierung (z. B. Isolierlack) auf die fehlerfreien Verbindungs­ teilen in der äußeren Stirnseite der Verbindungsköpfe kann verzichtet werden, wenn der flächig auf die Stirnseiten des Verbindungskopfes aufgepreßte Kühlkörper, der gleichzeitig auch das Gehäuse bildet, eine nichtleitende Beschichtung (z. B. Aluminiumoxid) aufweist.

Die Zeichnungen stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.

Fig. 1 Leiterverlauf und Stirnseitenansichten der Stegschichten eines Leiterstranges mit versetzten Lagen aus einem sechsphasigen, o-förmigen Leiteraufbau mit sechs Nutstäben pro Nut und halbierten Verbindungsköpfen;

Fig. 2 Leiterverlauf und Stirnseitenansichten der Stegschichten eines Leiterstranges mit versetzten Lagen aus einem vierphasigen, u-förmigen Leiteraufbau mit fünf Nutstäben pro Nut und halbierten Verbindungsköpfen;

Fig. 3 Leiterverlauf und Stirnseitenansichten der Stegschichten eines Leiterstranges mit achterförmigen Schleifen aus einem fünfphasigen, o-förmigen Leiteraufbau mit fünf Nutstäben pro Nut und ohne halbierte Verbindungsköpfe;

Fig. 4 Leiterverlauf und Stirnseitenansichten der Stegschichten eines Leiterstranges mit zwei geschleiften, versetzten Lagen aus einem vierphasigen, o-förmigen Leiter­ aufbau mit vier Nutstäben pro Nut und halbierten Verbindungsköpfen;

Fig. 5 Perspektivische Ansicht eines drei Polteilungen umfassenden Ausschnitts des mittleren Leiterstranges mit versetzten Lagen und vier Nutstäben pro Nut, aus einer vierphasigen Maschine mit halbierten Verbindungsköpfen;

Fig. 6 Perspektivische Ansicht eines drei Polteilungen umfassenden Ausschnitts der beiden Leiterstrange mit achterförmigen Schleifen und drei Nutstäben pro Nut aus einer zweiphasigen Maschine mit o-förmigen Sektoren;

Fig. 7 Perspektivische Ansicht eines vier Polteilungen umfassenden Ausschnitts der drei Leiterstränge mit achterförmigen Schleifen und drei Nutstäben pro Nut aus einer dreiphasigen Maschine mit u-förmigen Sektoren;

Fig. 8 Perspektivische Ansicht eines vier Polteilungen umfassenden Ausschnitts eines Leiterstranges mit versetzten Lagen und fünf Nutstäben pro Nut aus einer vierphasigen Maschine mit halbierten Verbindungsköpfen und o-förmigen Sektoren, wobei die Wechselsektoren mit dargestellt sind;

Fig. 9 Zwei vollständige Stirnseitenansichten der beiden Stegschichten eines Leiter­ stranges mit versetzten Lagen aus einer vierphasigen, zwölfpoligen Maschine mit halbierten Verbindungsköpfen und u-förmigen Sektoren;

Fig. 10 Alle Einheiten des Leiterstranges aus Fig. 9 beim Zusammenschieben zu einer Einheitenstegschicht;

Fig. 11 Alle Verbindungs-, Wechsel- und Anschlußleiter der beiden Stegschichten einer äußeren Verbindungskopfhälfte der Maschine aus Fig. 9.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Verlauf und den Seitenansichten der beiden Steg­ schichten 14, 15 eines Leiterstranges in Lagen, wobei ein Leiteraufbau mit Z_N = 6 und N_p = 6 gewählt wurde. Die Verbindungsköpfe sind halbiert, dies ist an den großen Fenstern in den o-förmigen Sektoren sowohl in der vorderen Stegschicht 15 als auch in der hinteren Stegschicht 14 erkennbar. Die durch ihre Reihenschaltung den Leiterstrang 13 bildenden Leiterelemente sind mit 1 bis 12 durchnumeriert, wobei jeweils zwei Leiterelemente aus verschiedenen Verbindungsköpfen eine Lage bilden. Wenn der Strom - wie durch die Pfeile symbolisiert - oben links in den betrachteten Umfangsausschnitt der Maschine eintritt, durchfließt er zuerst die aus den Leiterelementen 1 und 2 gebildete Lage von links nach rechts. Rechts außerhalb des betrachteten Ausschnitts wechselt er durch einen Wechselleiter in die zweite Lage 16, die aus den Leiterelementbauformen 3 und 4 besteht. In der zweiten Lage durchfließt der Strom den Umfangsausschnitt von rechts nach links. Links außerhalb des Bildes verbindet ein Wechselleiter die zweite mit der dritten Lage bestehend aus den Leiterelementbauformen 5 und 6, die den Strom wieder von links nach rechts durch den Maschinenumfang führen, usw. Die Schraffur der den Strom von links nach rechts leitenden Elemente ist dichter gewählt. Außer­ dem wird der Schraffurwinkel mit abnehmender Spannung kleiner. Der symmetrische Aufbau eines Leiterstranges 13 mit versetzten Lagen wird deutlich. Pro Stegschicht 14, 15 werden nur zwei unterschiedliche Verbindungssektoren mit sechs unterschiedlichen symmetrischen Leiter­ bauformen 1 bis 16 benötigt.

Auf die Darstellung der beiden benachbarten Wechselsektoren wird hier wie auch in den folgenden sechs Zeichnungen aufgrund der Übersichtlichkeit verzichtet.

Fig. 2 zeigt ebenfalls einen Leiterverlauf in Lagen aus einer Maschine mit halbierten Ver­ bindungsköpfen, wobei jedoch ein vierphasiger Leiteraufbau mit Z_N = 5 und u- förmigen Sektoren dargestellt ist. Ein fiktiv anliegender Gleichstrom durchfließt den Leiterstrang 17 im betrachteten Bildausschnitt durch die Pfeile symbolisiert zunächst von links nach rechts in den Leiterelementen 21 und 22 der ersten Lage, dann von rechts nach links, in Leiterelementen 23 und 24 der zweiten Lage, usw. Die von ihm benutzten Leiterelementbauformen sind mit 21 bis 30 fortlaufend durchnumeriert, wobei der Strom ständig zwischen den beiden Steg­ schichten 18 und 19 alterniert. Die - allein durch die flächig aneinanderliegenden Leiter­ elemente - selbsttragend aufgebauten Stegschichten 18 und 19 sind auf verschiedenen Seiten des weichmagnetischen Körper parallel zu dessen Stirnseiten in unterschiedlichen Verbindungs­ kopfhälften angeordnet. In den dargestellten Seitenansichten bilden jeweils identisch aufgebaute Leiterelemente eine Lage. Dies bedeutet je nach Herstellungsverfahren eine Minimierung der Bauformen. Wenn die inneren Stegschichten jedoch einstückig als Einheiten vorgefertigt werden sollten die äußeren Verbindungsleitersektoren auf Nuthöhe um eine Nutbreite tangential breiter ausgelegt werden. Die Schraffur der den Strom von links nach rechts leitenden Leiter­ elemente ist wieder dichter gewählt und der Schraffurwinkel nimmt mit der Spannung ab.

Fig. 3 zeigt einen Umfangsausschnitt aus einem Leiterstrang mit achterförmigem Verlauf aus einer fünfphasigen Maschine ohne halbierte Verbindungsköpfe. Dies wird an den dargestellten Stirnseitenansichten deutlich, wobei die unten abgebildete Stegschicht 43 die innerste Steg­ schicht des vorderen Verbindungskopfes und die darüber angeordnete Stegschicht 42, die äußerste Stegschicht des hinteren Verbindungskopfes darstellt. Die äußere Stegschicht 42 kann, da sie keine Nutstäbe anderer Leiterstränge berücksichtigen muß, die gesamte Verbindungs­ kopfhöhe ausnutzen. In der Darstellung tritt der Strom oben links in den betrachteten Umfangs­ ausschnitt des Leiterstranges 41 ein und durchfließt in zwei benachbarten Polteilungen zehn Leiterelemente in der Reihenfolge 31 bis 40. Im Gegensatz zu den in Fig. 1 und 2 dargestell­ ten Leitersträngen 13 und 17 wechselt der Strom seine tangentiale Flußrichtung fast bei jedem Durchgang durch den weichmagnetischen Körper. Nur beim Übergang von Leiterelement 31 zu 32 und 36 zu 37 behält er die vorherrschende Richtung von links nach rechts bei. An diesen Stellen ändert sich dafür die Drehrichtung der Schleifen. Die durch die Leiterelemente 32 bis 36 gebildeten beiden Schleifen drehen gegen den Uhrzeigersinn, und die durch die Leiter­ elemente 37 bis 40 gebildeten Schleifen mit dem Uhrzeigersinn. Der Strom umfließt den Umfang der Maschine nur einmal. Wechselleiter werden daher nicht benötigt. Die Leiter­ elemente 31 und 33 bzw. 36 und 38 sind baugleich, so daß sich eine Stegschicht nur aus vier unterschiedlichen Leiterbauformen zusammensetzt.

Der Verlauf des in Fig. 4 dargestellten Leiterstranges stellt eine Mischung aus achterförmig geschleiftem Leiterverlauf und Leiterverlauf in Lagen dar. Der beispielhaft oben links in den betrachteten Ausschnitt des Leiterstranges 44, 45 eintretende Strom durchfließt die Nuten zunächst in der ersten Lage 44 von links nach rechts, wobei innerhalb eines Polpaares jeweils nur eine linksdrehende Schleife die tangentiale Flußrichtung vorübergehend ändert. Anschlie­ ßend durchfließt der Strom den Umfang der Maschine in einer zweiten Lage 45 von rechts nach links mit nun einer rechtsdrehenden Schleife pro Polpaar. Bei Z_N = 4 weist der Leiter­ strang 44, 45 also dank der Schleifen nur einen Wechselleiter auf und nutzt trotzdem den Stegraum gleichmäßig aus. Die beiden Stegschichten weisen eine unterschiedliche Anzahl von Leiterelementbauformen auf. In der Stegschicht 54 aus der hinteren Verbindungskopfhälfte werden aufgrund günstiger Symmetrien nur zwei Leiterbauformen benötigt. Diese Stegschicht sollte vorzugsweise aus den komplexeren Einheiten bestehen. Trotz Z_N = 4 sind also nur zwei Einheitenbauformen pro Phase notwendig. Die vordere Stegschicht 55 weist vier unterschiedli­ che Verbindungsleiterbauformen auf und beinhaltet zusätzlich noch die nicht dargestellten Anschlußleiter und den Wechselleiter. Die Leiterelemente sind wieder fortlaufend durch­ numeriert, wobei 46 bis 49 zur dichtschraffierten nach rechts verlaufenden Lage 44 und 50 bis 53 zur nach links verlaufenden Lage 45 gehören.

Fig. 5 zeigt einen vier Polteilungen umfassenden Ausschnitt eines Leiterstrangs 60 aus einer vierphasigen Maschine mit Z_N = 4 in einer dreidimensionalen Darstellung. An den symm­ etrischen Enden der Leiterelemente 56 bis 59 und 63 bis 66 ist zu erkennen, daß die Rückfüh­ rung des Leiterstranges 60 in versetzten Lagen erfolgt. Die in der unteren Bildhälfte darge­ stellte Stegschicht 61 besteht aus Einheften 63 bis 66 deren Enden mit Verbindungsleitern 56 bis 59 verbunden sind, die jeweils eine ähnliche Bauform aufweisen. Die rechte Hälfte der Leiterelemente wurde räumlich versetzt gezeichnet, um die einzelnen Bauelemente und ihre Bauformen hervorzuheben. Die Verbindungsleiter 63 bis 66 weisen vom weichmagnetischen Körper wegweisende axiale Leiterquerschnittsvergrößerungen 67 auf, während sie bei den Einheiten zum weichmagnetischen Körper gerichtet sind. Hieran ist erkennbar, daß es sich um die zweitinnerste Einheitenstegschicht 61 und die zweitäußerste Verbindungsleiterstegschicht 62 eines Leiteraufbaus mit halbierten Verbindungsköpfen handelt. Analog zu Fig. 1 und 2 bilden jeweils eine Verbindungsleiterbauform und eine ähnlich ausgestaltete Einheitenbauform zusammen jeweils eine Lage; 56 mit 65, 57 mit 66, 58 mit 63, 59 mit 64. Sowohl in der Verbindungsleiterstegschicht 62 als auch in der Einheitenstegschicht 61 unterscheiden sich hierbei in zwei benachbarten Sektoren alle vier Leiterelemente voneinander, während die übernächsten Sektoren jeweils gleich aufgebaut sind, so daß - Wechselsektoren unberücksich­ tigt - pro Stegschicht nur vier Leiterelementbauformen benötigt werden. Die zu einem Leiterstrang gehörenden beiden Wechselsektoren, die aus drei Wechselleitern und zwei Anschlußleitern bestehen, liegen außerhalb des betrachteten Umfangausschnitts in der Verbindungsleitersteg­ schicht 62.

Fig. 6 zeigt einen Umfangsausschnitt der beiden Leiterstränge 68 und 69 einer zweiphasigen Maschine, wobei von einem Leiterstrang 68 lediglich zwei Polteilungen und vom zweiten Leiterstrang 69 dagegen sechs Polteilungen dargestellt sind. Die symmetrischen Leiterelement­ enden weisen wieder auf die Rückführungsvariante in versetzten Lagen hin. Als Besonderheit sind die Stege der Einheiten axial verbreitert, wodurch der Stegraum ausschließlich durch die Einheiten 70, 71, 72 genutzt wird, während sich die überschneidungsfreien Verbindungsleiter 75, 76, 77 auf den in Nuthöhe liegenden Verbindungskopfraum beschränken. Dabei liegen die Stege der Einheiten 70, 71, 72 radial sowohl oberhalb als auch unterhalb der Nuthöhe, womit es sich um eine Bauform mit o-förmigen Sektoren handelt. Die Enden 78 der Einheiten sind konisch ausgestaltet, wodurch die Aussparungen 79 der Verbindungsleiter die Nutstabenden von allen vier Seiten umschließen und damit günstige Voraussetzungen für das lokale Auf­ schmelzen der Verbindungsstellen schaffen. Die im linken Bildausschnitt dargestellten beiden Leiterstrange 68, 69 bilden zusammen den gesamten Leiteraufbau der zweiphasigen Maschine und bilden nachdem axialen Zusammenschieben kompakte, hohlraumfreie Verbindungsköpfe, wobei die Verbindungsleiterstegschichten 74 radial innerhalb der Einheitenstegschichten 73 liegen. Die beiden Leiterstränge sind identisch aufgebaut (gespiegelt), so daß der gesamte Leiteraufbau nur aus zehn Leiterelementbauformen besteht (3E + 3V + 2W + 2A).

Fig. 7 zeigt alle drei Leiterstänge 80, 81 und 82 einer dreiphasigen Maschine ohne halbierte Verbindungsköpfe, wobei der mittlere Leiterstrang 81 vier Polteilungen umfaßt, während von den beiden äußeren Leitersträngen 80, 82 jeweils nur zwei Polteilungen links und rechts axial versetzt dargestellt sind. Die einzelnen Stegschichten sind axial zueinander mit einem fiktiven axialen Abstand zueinander gezeichnet, so daß die Bauformen der Leiterelemente ersichtlich werden. Es handelt sich um einen achterförmigen Verlauf, erkennbar an den unsymmetrischen Enden der zwölf Leiterelementebauformen 89 bis 100. Bei u-förmigen Sektoren ergeben sich jedoch bereits bei Z_N = 3 durch die Schleifen Überschneidungsprobleme, weshalb zwei Verbindungsleiter 90, 91 der äußeren Stegschichten 83, 88 axial aneinander vorbeigeführt werden müssen. Allerdings können die Überschneidungen auf eine der beiden Stegschichten 83, 84, 88 eines Leiterstranges 80, 81, 82 begrenzt werden. Während sich in den beiden bauglei­ chen äußeren Leitersträngen 80, 82 nur zwei Elemente in den sonst überschneidungsfreien Verbindungsleiterstegschichten 83, 88 axial hintereinander verlaufen, erfolgt die axiale Unter­ teilung im mittleren Leiterstrang 81 in allen drei Leiterelementen 95, 96, 97 einer Stegschicht 84. Die drei Leiterelementbauformen in jeder Stegschicht können anhand der unterschiedlich dichten Schraffur gegeneinander abgegrenzt werden.

Fig. 8 zeigt aus einen Leiterstrang mit versetzten Lagen, wobei nun einen Ausschnitt gewählt wurde, der die beiden Wechselsektoren beinhaltet. Die Anschlußleiter 101 und 115 und die Wechselleiter 104, 107, 110 und 113 liegen in der äußersten Stegschicht 115 eines halbierten Verbindungskopfes aus einer vierphasigen Maschine mit fünf Nutstäben pro Nut. Das heißt die axialen Leiterquerschnittsvergrößerungen 119 weisen in der Verbindungsleiterstegschicht 117 zum weichmagnetischen Körper und in der Einheitenstegschicht 118 von diesem weg. In dieser Zeichnung wird auch erkennbar, daß daß die Leiterquerschnittsvergrößerungen 119 der äußeren Stegschichten 117 um eine Nutbreite breiter als die Leiterquerschnittsvergrößerungen der inneren Stegschichten 118 ausgeführt werden. Der Strom tritt durch den oben in der Mitte dargestellten Anschlußleiter 101 in den Leiterstrang ein, durchläuft dann in der ersten Lage, die ausschließlich durch eine Einheitenbauform 102 und eine Verbindungsleiterbauform 103 gebildet wird, den gesamten Maschinenumfang und wechselt direkt bei der Anfangsnut durch den ersten Wechselleiter 104 in die zweite Lage. Diese wird nun wiederum durch zwei Leiterelemente 105 und 106 gebildet und durchläuft den gesamten Maschinenumfang in umgekehrter Richtung. Alle vier Wechselleiter 104, 107, 110, 113 sind am Ende ihrer Lage mit Nutstäben der Anfangsnut verbunden, wobei die letzte Lage (114, 115), anstatt mit einem Wechselleiter direkt im zweiten Anschlußleiter 116 endet. Während die Anzahl der unter­ schiedlichen Leiterelementbauformen durch die beiden Wechselsektoren in der Verbindungs­ leiterstegschicht 117 auf elf ansteigt (5V + 4W + 2A) weist die Einheitenstegschicht 118 nur fünf unterschiede Bauformen auf.

In Fig. 9, 10 und 11 wird der Aufbau eines ringförmigen Leiteraufbaus am Beispiel einer vierphasigen, zwölfpoligen Maschine mit halbierten Verbindungsköpfen und u-förmigen Sektoren dargestellt ist, wobei ein Leiterverlauf mit versetzten Lagen für nur drei Nutstäbe pro Nut gewählt wurde.

Fig. 9 zeigt die Stirnseitenansichten der beiden Stegschichten 131, 132 eines Leiterstranges. Die rechts oben abgebildete Einheitenstegschicht 131 gehört zur inneren Hälfte des hinteren Verbindungskopfes und ist daher für eine perspektivische Wirkung etwas kleiner dargestellt. Sie weist keine Wechselsektoren auf und besteht vorteilhaft aus drei Einheitenbauformen 122, 125 und 128. Im Vordergrund unten links ist die zugehörige Verbindungsleiterstegschicht 132 dargestellt. Diese besteht neben drei Verbindungsleiterbauformen 123, 126 und 129 in den obersten beiden Sektoren aus zwei Wechselleitern 124 und 127 sowie zwei Anschlußleitern 121 und 130. Insgesamt besteht der Leiterstrang somit aus zehn unterschiedlichen Leiterbauformen (3E + 3V + 2W + 2A). Leiterelemente der gleichen Lage sind wieder im gleichen Winkel schraffiert.

Fig. 10 zeigt wie die Stegschicht 131 der inneren Verbindungskopfhälfte aus den drei Einheitenbauformen 122, 125 und 128 zusammengesetzt wird. Es wird deutlich wie beim Ineinanderschieben der Leiterteile ein selbsttragendes, stabiles Paket 133 entsteht, das den folgenden Montageprozeß in den weichmagnetischen Körper vereinfacht. Hierbei kann auch die zur gleichen Verbindungskopfhälfte gehörende zweite Einheitenstegschicht (nicht dargestellt) noch außerhalb des magnetischen Körpers ebenfalls als stabiles Paket angefügt werden.

Im oberen Teil von Fig. 11 wird die zur Einheitenstegschicht aus Fig. 10 gehörende Ver­ bindungsleiterstegschicht bereits zu einem kompakten Paket 136 zusammengeschoben darge­ stellt. Darunter befinden sich die Leiterelemente der zweitäußersten Stegschicht axial versetzt angeordnet, wobei die Leiterelemente einer Lage in einer axialen Ebene liegend dargestellt sind. Neben dem Prozeß des Zusammenschiebens wird ersichtlich, daß alle Leiterelemente der äußeren Verbindungskopfhälfte zusammen eine kompakte Scheibe bilden. Nach dem Ein­ schieben der Einheitenstegschichten 133 in den weichmagnetischen Körper werden diese Scheiben axial auf deren Enden gepreßt. Auf die Darstellung der Aussparungen für die Nut­ stabenden wird verzichtet. Die drei Bauformen der Verbindungsleiter 123, 126 und 129 sind in beiden Stegschichten aufgrund der symmetrischen Enden gleich. Auch die beiden Anschluß­ leiter 121 und 130 sind baugleich. Lediglich die unsymmetrischen Wechselleiter 134, 135 sind unterschiedlich und erhöhen dadurch den Fertigungsaufwand. Der gesamte Leiteraufbau für die zugrundegelegte Maschine würde unabhangig von der Polpaarzahl fünfzehn Leiterelementbau­ formen benötigen (6E + 3V + 4W +2A). Für einen entsprechenden Leiteraufbau mit achter­ förmigen Schleifen wären dagegen nur elf Leiterbauformen (6E + 3V + 2A) nötig, weshalb versetzte Lagen gewöhnlich nur für höhere Z_N eingesetzt werden.

Claims (35)

1. Mehrphasige elektrische Maschine, deren Läufer als zylindrischer Körper innerhalb oder außerhalb des Ständers rotiert, wobei mindestens ein weichmagnetischer Körper mit durchgängigen Nuten vorgesehen ist, wobei die Nuten in zwei Stirnseiten des weichmagnetischen Körpers enden an denen zur Kontaktierung jeweils ein Verbindungs­ kopf vorgesehen ist, wobei Verbindungsleiter in den Verbindungsköpfen Nutstäbe von Nuten unterschiedlicher Polteilung elektrisch leitend verbinden, wobei ein Leiterstrang aus vorgefertigten Leiterelementen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Leiterstränge (60, 68, 69) an den mit den Verbindungsleitern zusammengefügten Enden der Nutstäbe gegenüber deren Leiterquerschnitt im weichmagnetischen Körper vergrößert ist.

2. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterquerschnittsvergrößerungen (67, 119) von Leitersträngen (80, 81, 82) benachbarter Nuten, in Schichten (83 bis 89) mit unterschiedlichem Abstand zur Stirnfläche des weich magnetischen Körpers versetzt angeordnet sind.

3. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter (56 bis 59) in den Endbereichen (67), die tangential flächig an den Enden der Nutstäbe anliegen, eine größere axiale Ausdehnung aufweisen als jener Bereich der Verbindungsleiter, dessen Abstand zur Nutöffnungsebene größer als die Nuttiefe ist.

4. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zweite Verbindungsleiter eines Leiterstranges (60) jeweils mit den beiden Nutstäben mit denen er leitend verbunden ist eine vorgefertigte Einheit (63 bis 66) bildet.

5. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiteraufbau in den Verbindungs­ köpfen selbsttragend ist, wobei die beiden Verbindungsköpfe flächig an den Stirnseiten des weichmagnetischen Körpers anliegen und einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, in dem sich außer Leitermaterial nur dünne Klebe und Isolierschichten befinden.

6. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (8) der Einheften (70, 71, 72) einen sich zum Ende hin konisch verjüngenden Querschnitt aufweisen.

7. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (79) für die Enden (78) der Einheiten in den sie verbindenden Verbindungsleitern (75, 76, 77) mit zuneh­ mendem Abstand zur Stirnseite des weichmagnetischen Körpers eine kleiner Quer­ schnittsfläche aufweisen.

8. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter (75, 76, 77) in der Oberfläche mit dem größten Abstand zur Stirnfläche des weichmagnetischen Körpers, auf der Höhe der Nuten kleine von Leitermaterial umschlossene Öffnungen als Aus­ sparungen (79) für die Nutstabenden (78) aufweisen.

9. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterquerschnittsvergrößerungen (67) an den Enden der Nutstäbe einer Nut axial teilweise flächig an den Leiterquer­ schnittsvergrößerungen an den Enden der Nutstäbe einer benachbarten Nuten anliegen, wobei beide Leiterquerschnittsvergrößerungen gemeinsam die axiale Ausdehnung des Verbindungskopfes bilden, womit der Verbindungskopf axial in zwei Hälften unterteilt ist, wobei jeder Nutstab mit einem Ende zur inneren Verbindungskopfhälfte und mit dem anderen Ende zur äußeren Verbindungskopfhälfte beiträgt.

10. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentiale Ausdehnung der Leiter­ querschnittsvergrößerungen (119) in den inneren Verbindungskopfhälften (118) etwa der Summe aus Nutbreite und zweifacher Zahnbreite entspricht.

11. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentiale Ausdehnung der Leiter­ querschnittsvergrößerung (119) in den äußeren Verbindungskopfhälften (117) etwa der Summe aus zweifacher Nutbreite und zweifacher Zahnbreite entspricht.

12. Mehrphasige elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Nut mindestens drei Nutstäbe in radial übereinander geschichtet angeordnet und in den Verbindungsköpfen mit unterschiedlichen, gegeneinander isolierten Verbindungsleitern (56 bis 59) elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Nutstäbe in reihegeschaltete Teilstücke eines Leiter­ stranges (60) sind.

13. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutstäbe im weichmagnetischen Körper durch zwischengelagerte Isolierschichten in parallelgeschaltete, radial überein­ anderliegende Stromleiter aufgeteilt sind, wobei die Nutstäbe in den Verbindungsköpfen jedoch weiterhin isolierschichtfreie Enden aufweisen.

14. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verbindungsleiter (103, 109, 115), die Nutstäbe einer Nut mit Nutstäben einer in einer benachbarten Polteilung liegenden Nut verbinden, einen Sektor bilden, wobei die Anzahl der in Steghöhe axial hinterein­ ander geschichteten Sektoren in jedem der beiden Verbindungsköpfe der Anzahl der Nuten pro Polteilung entspricht.

15. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiterstrang eine der Anzahl der Nutstäbe pro Nut entsprechende Anzahl von Leiterlagen aufweist, wobei eine Lage (16) eines Leiterstranges (13) aus mindestens drei Nutstäben, die den gleichen Abstand zur Nutöffnungsebene aufweisen und in unterschiedlichen Polteilungen liegen, sowie deren Verbindungsleitern besteht.

16. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Wechselleiter (104, 107, 110, 113) Nutstäbe aufeinanderliegender Lagen verbinden, wobei Wechselleiter, im Gegensatz zu den übrigen Verbindungsleitern, unsymmetrische Enden aufweisen.

17. Mehrphasige elektrische Maschine nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß alle Nutstäbe einer Lage in Reihe geschaltet sind und an den beiden Enden einer Lage entweder Wechselleiter (124, 127) oder Anschlußleiter (121, 130) angeschlossen sind.

18. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentiale Stromrichtung aufein­ anderliegender Lagen in den Verbindungsköpfen entgegengesetzt ist.

19. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei alle tangential aufeinanderfolgenden Sektoren, deren Stege den gleichen mittleren Abstand zu einer Stirnfläche des weichmagnetischen Körpers aufweisen zusammen eine Stegschicht bilden, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Stegschichten ohne Einheiten (117, 132) neben den Verbindungsleitersektoren höchstens zwei Sektoren mit Wechsel­ leitern und Anschlußleitern aufweisen.

20. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 12, wobei zwischen zwei Nutstäben einer Nut die in einem Leiterstrang aufeinander folgen, jeweils nur ein Nutstab in einer, eine Polteilung entfernten Nut geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung zwischen dem ersten und letzten Nutstab einer Nut mindestens jeweils einen Nutstab aus den beiden benachbaren Polteilungen aufweist.

21. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des Stromes durch Nutstäbe erfolgt, die in zwei Nuten, die jeweils etwa eine Polteilung von der Ausgangs­ nut entfernt angeordnet sind, liegen.

22. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Verbindungsleiter (31 bis 40) in den zwei tangential aufeinanderfolgenden Sektoren einer Stegschicht (42, 43) höchstens um einen Verbindungsleiter unterscheiden.

23. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Stegschichten (54) mit Einheiten aus maximal zwei unterschiedlich aufgebauten Sektoren zusammengesetzt sind und alle Sektoren einer Verbindungskopfhälfte in axiale Richtung höchstens vier unterschiedliche Profile aufweisen.

24. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Anschlußleiter eines Leiterstranges direkt mit dem Anschlußleiter des zu einer benachbarten Nuten gehören­ den Leiterstranges verbunden ist.

25. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine, deren Läufer als zylindrischer Körper innerhalb oder außerhalb des Ständers rotiert, wobei mindestens ein weichmagnetischer Körper mit durchgängigen Nuten vorgesehen ist, wobei die Nuten in zwei Stirnseiten des weichmagnetischen Körpers enden an denen zur Kontaktierung jeweils ein Verbindungskopf vorgesehen ist, wobei Verbindungsleiter in den Verbin­ dungsköpfen Nutstäbe von Nuten unterschiedlicher Polteilung elektrisch leitend ver­ binden, wobei ein Leiterstrang aus vorgefertigten Leiterelementen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung der Ver­ bindungsleiterenden mit den Nutstabenden durch Diffussions- und/oder Laserschweißen erfolgt, wobei der Querschnitt der Leiterstrange in den Verbindungszonen tangential vergrößert wird.

26. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter aus einem Blech gestanzt und anschließend verformt werden.

27. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsleiter, die auf einer Seite des weichmagnetischen Körpers die Nutstabenden einer Nut elektrisch leitfähig mit den Enden von Nutstäben einer Nut in einer benachbarten Polteilung verbinden und deren Stege radial flächig aneinander liegen, zu einem Verbindungsleitersektor zusammen­ gesteckt oder -geklebt werden.

28. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung von Verbindungsleitersek­ toren durch Ineinanderschieben von mit Isolierschichten versehenen Provilstangen aus Leitermaterial, die anschließend auf etwa die halbe Verbindungskopfbreite gescheibt und im Bereich des Steges einseitig oder zweiseitig abgespannt werden, erfolgt.

29. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß Leiterbleche ge­ schichtet aufeinandergepreßt werden, wobei die Leiterbleche in Teilbereichen, die im weichmagnetischen Körper zu liegen kommen, durch Isolierschichten elektrisch gegen­ einander getrennt und aus den hierdurch entstandenen Blechpaketen Nutstäbe herausge­ arbeitet werden, und jeweils zwei Nutstäbe mit einem ihrer Enden in eine den Ver­ bindungsleiter entsprechende Form, in der sich geschmolzenes Leitermaterial befindet gesteckt wird.

30. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungs­ leiter mit den Nutstäben, mit denen sie elektrisch leitend verbunden werden, einstückig als Einheiten hergestellt werden, und die Einheiten noch außerhalb des weichmagneti­ schen Körpers zu einem vorgefertigten Einheitenringpaket axial zusammengeschoben werden.

31. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß alle Einheitenseg­ mente einzeln durch eine Stirnseite des weichmagnetischen Körpers in die Nuten zuerst nur so weit eingeschoben werden, daß sie im Abstand von mindestens der halben Ver­ bindungskopfbreite zu den beiden Stirnflächen des weichmagnetischen Körpers jeweils kompakte Pakete bilden, und die beiden Pakete bzw. alle Einheiten dann gleichzeitig in ihre endgültige Lage geschoben werden.

32. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindungsleiter und Wechselleiter einer Stegschicht in einer Ebene parallel zur Stirnseite des weichmagnetischen Körpers flächig aneinanderliegend zu einem Paket zusammen­ gesetzt werden, wobei die Leiter nur durch dünne Klebe- und/oder Isolierschichten von einander getrennt werden, und dieses scheibenförmige Pakete axial auf die Einheitenen­ den aufgeschoben wird.

33. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim axialen Aufpressen der Verbindungsleiter die Einheitenenden durch die Aussparungen in den Verbindungsleiterenden in Richtung der Nutbreite verformt werden, wobei Enden von Nutstäben, die in einer Nut in radial übereinander liegen, tangential in unterschiedliche Richtungen gebogen werden.

34. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen Stromleitern oder Nutstäben und Verbindungsleitern nachträglich durch aufbringen zusätzlicher Schichten aus Leitermaterial in ihrer Leitfähigkeit verbessert werden.

35. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Verfahrensschritte oder der gesamte Herstellungsprozeß vollautomatisch unter Schutzgasbedingungen stattfinden.