DE4234145C1 - Mehrphasige elektrische Maschinem mit vorgefertigten Leitersträngen und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrphasige elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrischen Maschine.

In einer mehrphasigen Drehfeldwicklung mit versetzt angeordneten Leitersträngen für eine elektrische Maschine entstehen gewöhnlich in den Wickelköpfen Hohlräume, da sich die Leiter­ stränge unterschiedlicher Phasen in der Projektion vom Luftspalt aus in jeder Polteilung mindestens einmal überschneiden.

Aus der US-PS 4 398 112 ist ein geschichteter Leiteraufbau für Scheibenläufermaschinen und Linear­ motoren bekannt, bei dem Leiterstränge von der Nutöffnungsebene aus in Richtung der Nuttiefe in die Nuten eingesetzt werden. Hierbei können die Leiterstränge kostengünstig aus einem Blech herausgestanzt werden, da die identischen, ebenen Wicklungsschichten eine konstante Höhe aufweisen. Dabei ergeben sich in der aus der US-PS bekannten Wicklung zwar für alle Leiter­ stränge sehr kurze Längen, da jedoch alle Leiterstränge einen unterschied­ lichen Abstand von der Nutöffnungsebene aufweisen, wird der Raum in den Nuten und Wickelköpfen bei mehrphasigen Maschinen nur zu einem Bruchteil ausgenutzt. Hierdurch bleibt zwar das benötigte Leitervo­ lumen gering, dafür erhöht sich aber bei steigender Phasenanzahl das vom magnetischen Fluß durchflossene Eisenvolumen und mit den vergrößerten Maschinenabmessungen auch das Volumen und Gewicht des Gehäuses.

In der GB-PS 745 302 wird eine Wicklung für eine große Radialluftspaltmaschine beschrieben, deren mehrfach um einen Einzelpol gewundene Leiterstränge aus abgebogenen Nutstäben und Verbindungsstücken zusammengesetzt werden, wobei die Verbindungsstücke einen in Leiter­ längsrichtung variablen Querschnitt aufweisen, um einerseits Nutstäbe mit zur Drehachse unter­ schiedlichem Abstand zu verbinden und andererseits Öffnungen für das die Nutstäbe durch­ fließende Kühlmittel zu realisieren. An den Verbindungsstellen zwischen den Leiterteilstücken wird der Leiterquerschnitt verringert und ein Verschweißen oder Verlöten der Verbindungs­ stellen ist nur in kleinen Teilbereichen möglich. Weiterhin überschneiden sich in dieser Wick­ lungsbauform keine Leiterstränge unterschiedlicher Phase.

Mit der Anzahl der sich überlappenden Phasenstränge steigt jedoch der Anteil der Maschine, der aktiv zur Drehmomentbildung beiträgt. Für Maschinen, die hohe Wirkungsgrade mit hohen Kraft- und Leistungsdichten verbinden sollen, ist daher, neben kurzen Leiterlängen, eine gute Raumausnutzung auch bei einer höheren Phasenanzahl notwendig. Für hohe Leistungs- und Kraftdichten ist es weiterhin sinnvoll, elektrische Maschinen mit einer hohen Anzahl von Polpaaren zu versehen.

Antriebe müssen hohe Beschleunigungs- und Bremsmomente oft nur für kurze Zeiträume erzeugen. Durch eine große Wärmekapazität und eine gute Wärmeableitung können im Kurz­ zeitbetrieb hohe Ströme durch die Maschine fließen, ohne daß eine Überhitzung und Zerstörung der Isolationsschichten, Lager oder Magnete erfolgt. Da ein großes Oberflächen-Volumenverhältnis die Wärmeableitung verbessert und große Luftspaltradien günstig für hohe Drehmo­ mente sind, empfiehlt sich für drehmomentstarke Maschinen eine geringe Bauhöhe.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mehrphasige elektrische Maschine, deren Läufer und Ständer sich unter Bildung eines ebenen Luftspaltes gegenüberliegen und die minde­ stens einen weichmagnetischen Körper, der Nuten zur Aufnahme von vorgefertigten Leiter­ strängen aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrischen Maschine derart weiter zu bilden, daß auch bei mehreren Phasen eine hohe Raumausnutzung in den Nuten und Wickelköpfen, ein großes Oberflächen-Volumen-Verhältnis und hohe Leistungs- und Kraftdichten bei geringen Verlusten erreicht, sowie durch eine Unterteilung der Wicklung in möglichst wenige unterschiedliche Teile eine materialsparende, gut automatisierbare und damit kostengünstige Herstellung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 14 gelöst.

Eine vollständige Raumausnutzung in den Nuten auch bei mehrphasigen Maschinen mit sich überlappenden Leitersträngen, insbesondere bei Scheibenläufermaschinen und Linearmotoren, wird also er­ findungsgemäß erreicht, indem jene Teilbereiche der inneren Leiterstränge, die in den Wickel­ köpfen als Stege in Richtung der Nutbreite verlaufen und am weichmagnetischen Körper anliegen, in Richtung der Nuttiefe unterhalb oder oberhalb der Nuthöhe angeordnet sind, wodurch Leiterstränge unterschiedlicher Nuten einer Polteilung, die sich in der Projektion vom Luftspalt aus überschneiden, in unterschiedlichem Abstand zur Nutöffnungsebene aneinander­ vorbeigeführt werden. Die Stege der Leiterstränge nutzen hierbei den Raum, der dem magneti­ schen Rückschluß bzw. dem Luftspalt in Nutrichtung vorgelagert ist und weisen auf beiden Seiten des weichmagnetischen Körpers den gleichen Abstand zu dessen Stirnseiten auf. Hier­ durch können Leiterstränge unterschiedlicher Phasen trotz ihres versetzten Verlaufes in Richtung der Nuttiefe ineinandergeschoben werden. Die Stege von Leitersträngen unterschiedlicher Phasen liegen hierbei in Nutrichtung hintereinander. Jeweils zwei Leiterstränge einer Phase, die um eine Polteilung versetzt zueinander angeordnet sind, variieren in ihrem Leiterquerschnitt so, daß sie zusammen den Raum ihrer Stegschicht gleichmäßig ausfüllen, wobei die Stege in Richtung der Nutbreite abwechselnd aneinander gereiht sind. Diese beiden Leiterstränge bilden zusammen mit den Leitersträngen anderer Phasen, die in den Nuten den gleichen Abstand zur Nutöffnungsebene aufweisen, eine Wicklungseinheit. Die Anzahl der Leiterstränge innerhalb einer zweilagigen Wicklungseinheit beträgt somit das Doppelte der Phasenanzahl.

Bei permanentmagneterregten Maschinen werden in einem weichmagnetischen Körper zwei identische Wicklungseinheiten spiegelsymmetrisch zu ihrer gemeinsamen Trennfläche angeordnet, wodurch eine Reihenschaltung von vier Leitersträngen pro Phase und somit eine hohe induzierte Gegen­ spannung auch bei niedrigen Drehzahlen ermöglicht wird. Weiterhin kann zur Steigerung der induzierten Spannung ein zweiter identisch aufgebauter weichmagnetischer Körper auf der Rückseite der Rotorscheibe angeordnet werden, wobei der gesamte Antrieb vorteilhaft spiegel­ symmetrisch zum mittleren Längsschnitt der Rotorscheibe aufgebaut ist. Durch die doppelte Spiegelsymmetrie steigt der Herstellungsaufwand nur gering, wogegen die Ansteuerspannung und die Antriebsleistung gegenüber der Ausführungsform mit lediglich einer Wicklungseinheit vervierfacht wird.

Durch eine weitere Spiegelung an einer zur Nutöffnungsebene parallelen Fläche ergibt sich ein Antrieb mit zwei Rotorscheiben, vier weichmagnetischen Körpern und acht Wicklungseinheiten, wobei sich zwischen den inneren weichmagnetischen Körpern eine aktive Kühlung mittels eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels anbietet.

Vorrangig sollte für eine hohe induzierte Gegenspannung jedoch die Leiterlänge im Erreger­ feld durch eine Steigerung der Polpaarzahl vergrößert werden. Hierdurch verringert sich nicht nur die Ankerrückwirkung, sondern auch die benötigte Rückschlußdicke, was dem Ziel hoher Leistungsdichte entgegen kommt. Zur Vermeidung einer Widerstanderhöhung bei höheren Drehzahlen aufgrund der einseitigen Stromverdrängung werden nun ggf. Isolierschichten erforderlich, die den Strangstrom - nur für die Teilstrecken im weichmagnetischen Körper - in mehrere parallelgegeschaltete Teilströme aufteilen. Trotz der sich über die gesamte Leiterstrang- bzw. Nutzbreite erstreckenden Isolierschichten werden die schleifenlosen Leiterstränge weiterhin einstückig vorgefertigt.

In der Beschreibung werden die Leiterstränge verbal in Teilbereiche aufgeteilt, wobei inner­ halb des weichmagnetischen Körpers liegende Teilbereiche als Nutstäbe und in Richtung der Nutbreite im Wickelkopf verlaufende Teilbereiche als Stege bezeichnet werden.

Unter Nutöffnungsebene wird die Oberfläche des genuteten weichmagnetischen Körpers verstanden, die dem zugehörigen Rotor oder Stator gegenüberliegt. Die Richtung der Nuttiefe stellt die Normale dieser Fläche dar, und die Richtung der Nutbreite spannt zusammen mit der Nutrichtung eine Fläche parallel zur Nutöffnungsebene auf. In üblichen Scheibenläufermaschinen entspricht die Richtung der Nuttiefe der Axial-, die Nutrichtung der Radial- und die Nutbreiten­ richtung der Tangentialkomponente eines Polarkoordinatensystems.

Auf Nuthöhe bedeutet, daß der Abstand zur Nutöffnungsebene kleiner als die Nuttiefe ist, bzw. den Bereich, den der Nutquerschnitt in den Stirnseiten des weichmagnetischen Körpers abdeckt.

Bei der Beschreibung wird weiterhin von einer elektrisch kommutierten Maschine ausgegangen, deren Leiteraufbau im Stator angeordnet ist. Der Leiteraufbau aus vorgefertigten Leitersträngen kann natürlich ebenfalls bei mechanisch kommutierten Maschinen eingesetzt werden, bei denen der Leiteraufbau rotiert. Die Begriffe Läufer und Ständer bzw. Stator und Rotor sind je nach Beobachterstandpunkt als beliebige Festlegung zu betrachten.

In der einfachsten Ausführungsform wird nur eine der Phasenanzahl entsprechende Leiter­ stranganzahl für eine funktionsfähige Maschine benötigt. Für eine gleichmäßige Raumaus­ nutzung im Stegbereich beträgt die Anzahl der unterschiedlichen Leiterstrangbauformen das Doppelte der Phasenanzahl. Bei der Vergrößerung der Wicklung durch spiegelsymmetrisches Anfügen weiterer Leiterstränge wird immer wieder von diesen kleinstmöglichen Baugruppen ausgegangen, die auch als einlagige oder zweilagige Wicklungseinheiten bezeichnet werden.

Erfindungsgemäß sind in mehrphasigen Maschinen Leiterstränge unterschiedlicher Phasen im gleichen Abstand zur Nutöffnungsebene angeordnet, wodurch der Nutraum bis auf dünne Isolierschichten vollständig zur Stromleitung genutzt wird. Die Anzahl der Leiterstränge, die im weichmagnetischen Körper den gleichen Abstand von der Nutöffnungsebene aufweisen, entspricht hierbei der Phasenanzahl der Maschine. Das Überschneidungsproblem, das durch die versetzte Anordnung von Leitersträngen unterschiedlicher Phasen entsteht, wird gelöst, indem Stege der Leiterstränge in Richtung der Nuttiefe in den dem Rückschluß oder Luftspalt vor­ gelagerten Raum ausweichen. Die Stege von Leitersträngen der inneren Stegschichten liegen somit über bzw. unter den Nutstabenden von Leitersträngen, die in den anderen Nuten der jeweiligen Polteilung liegen und deren Stege einen größeren Abstand zur Stirnfläche des weichmagnetischen Körpers aufweisen. Neben einer hohen Polpaarzahl und einem großen Verhältnis von Außenradius zu Innenradius des weichmagnetischen Körpers steigt der Anteil der effektiven Leiterlänge auch mit abnehmender Nuttiefe an.

Wenn die Stege eines Leiterstranges von den Stirnflächen des weichmagnetischen Körpers in beiden Verbindungsköpfen den gleichen Abstand aufweisen, können einstückig vorgefertigte Leiterstränge nacheinander in Richtung der Nuttiefe zu einer Wicklungseinheit zusammengesetzt werden. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung der gesamten Wicklung wesentlich, da die Leiterstränge unbeeinflußt vom übrigen Aufbau in ihre endgültige Form gebracht, isoliert und geprüft werden können. Bei der Montage weist der zuerst einzusetzende Leiterstrang einer Wicklungseinheit am Nutboden anliegende Nutstäbe und an den Rückschlüssen des weich­ magnetischen Körpers anliegende Stege auf. Die Stege des zuletzt einzusetzenden Leiterstrangs weisen keine Überschneidungen mit anderen Leiteistrangen auf und können daher die gesamte Hohe der Wicklungseinheit einnehmen.

Zur einfachen Montage und Demontage der Wicklung sind die Stege unterschiedlicher Phasen in Richtung der Nuten hintereinander angeordnet, wobei die Anzahl der Stegschichten der Phasenanzahl entspricht. Hierdurch ist die Länge des Teilbereichs der Leiterstränge, der in den Wickelköpfen in Nutrichtung verläuft, abhängig von der Anzahl der Nuten pro Polteilung bzw. der Phasenanzahl.

Eine hohe Raumausnutzung in den Wickelköpfen wird durch eine variable Anpassung der Leiterquerschnitte an das jeweilige Raumangebot erreicht. Hierbei wird auch der Raum zwi­ schen den Nutstäben, der im weichmagnetischen Körper den magnetischen Fluß führt, im Wickelkopf nun zur Stromleitung genutzt. Jene Teilstrecken des Leiterstranges, die im Wickel­ kopf keine Überschneidungen mit anderen Leitersträngen der gleichen Wicklungseinheit aufweisen, nehmen zusätzlich zur Steghöhe die volle Nuthöhe ein und weisen somit einen wesentlich vergrößerten Leiterquerschnitt auf. Diese Leiterquerschnittsänderungen ergeben bei kurzen Verbindungswegen vergrößerte Leiterquerschnitte in den Wickelköpfen, wodurch der Innenwiderstand der Wicklung reduziert bzw. der Maschinenwirkungsgrad erhöht oder ein niedriges Maschinengewicht erreicht wird.

Bei vollständiger Raumausnutzung bestehen die Wickelköpfe bis auf dünne Isolierschichten vollständig aus Leitermaterial und weisen rechteckförmige Querschnitte auf, wobei die Aus­ dehnung in Richtung der Nuttiefe größer als die der Nuten ist. Das großflächige Anliegen der Leiterstränge untereinander, am weichmagnetischen Körper und am Gehäuse führt zu einer gleichmäßigen Erwärmung der Wicklung, verbessert die Wärmeableitung und erhöht zusätzlich die Stabilität der Wicklung.

Die Leiterstränge durchlaufen schleifenlos den Umfang bzw. die Länge des weichmagnetischen Körpers. Hierbei alternieren sie zwischen den beiden Wickelköpfen, wobei im Stegbereich Lücken auftreten. Diese Lücken werden von einem zweiten Leiterstrang ausgenutzt. Dieser verläuft zwar durch die gleichen Nuten, die Stege im Wickelkopf sind jedoch um eine Poltei­ lung versetzt zueinander angeordnet. Durch diese versetzte Anordnung liegen die Stege der beiden Leiterstränge in unterschiedlichen Teilbereichen der Wickelköpfe und können so den Wickelkopfraum auf Steghöhe gemeinsam vollständig und gleichmäßig ausnutzen. Über eine hohe Raumausnutzung werden niedrige ohmsche Widerstände erreicht, die entweder den Ma­ schinenwirkungsgrad erhöhen oder über verringerte Leiterquerschnitte zu einem niedrigeren Gewicht führen, wodurch wiederum die Leistungs- und Kraftdichte steigt.

Leiterstränge, deren Nutstäbe in den gleichen Nuten liegen, gehören zu einer Phase. Da die ohmschen Verluste in der Ansteuerung zum Strom proportional sind, kann durch eine hohe Ansteuerspannung der Gesamtwirkungsgrad des Antriebssystems gesteigert werden. Durch die Reihenschaltung der Leiterstränge wird die Leiterlänge im Erregerfeld und damit die induzierte Gegenspannung erhöht. Der Längenunterschied zwischen den Leitersträngen der verschiedenen Phasen innerhalb einer Wicklungseinheit wird durch eine exakt berechenbare Anpassung der Stegbreiten ausgeglichen, so daß alle Phasen, trotz unterschiedlicher Leiterlängen, gleiche Innen­ widerstände aufweisen.

Die notwendige Leiterlänge wird weiterhin durch eine hohe Polpaarzahl erreicht, die gleichzeitig das Rückschlußvolumen und die Ankerrückwirkung vermindert. Bei hohen Drehzahlen schränkt jedoch die einseitige Stromverdrängung in den Nuten die verfügbare Leiterhöhe ein. Um eine Widerstandserhöhung durch die einseitige Stromverdrängung auch bei höheren Drehzahlen zu vermeiden, werden die Leiterstränge deshalb in den Teilstrecken, die im weichmagnetischen Körper liegen, durch eingelagerte Isolierschichten in parallelgeschaltete Strompfade aufgeteilt. Die Kunststäbe werden als Zwischenprodukt nun aus einem geschichteten Leiterpaket herausge­ schnitten. Die Anzahl der viel komplexeren Leiterstrangbauformen bleibt gering. Durch die lokalen Isolierschichten kann somit eine Widerstandserhöhung vermieden werden, ohne daß der Herstellungsaufwand wesentlich gesteigert wird.

Insbesondere bei permanentmagneterregten Maschinen oder bei Reluktanzmaschinen können die Wickelköpfe problemlos auch in den Bereich des Luftspaltes und der Magnete bzw. der weichmagnetischen Rotorzähne hineinragen. Die Wicklung eines weichmagnetischen Körpers besteht dann aus zwei Hälften, die in Richtung der Nuttiefe flächig aufeinander liegen.

Wird die bisher nur den Stegraum auf Höhe der Rückschlüsse nutzende Wicklungseinheit an der Nutöffnungsebene gespiegelt und werden die gespiegelten Leiterstränge flächig auf die Ausgangseinheit gelegt, so verdoppelt sich die Anzahl der Leiterstränge bzw. die Leiterlänge im Erregerfeld, ohne daß neue Leiterbauformen und damit zusätzliche Bearbeitungsmaschinen notwendig sind. Die beiden Wicklungseinheiten sind somit an ihrer gemeinsamen Trennfläche gespiegelte Ab­ bildungen voneinander.

Die Reihenschaltung aller Leiterstränge tragt wiederum zur Verminderung der Ansteuerverluste bei. Wenn die gespiegelte Wicklungseinheit zusätzlich noch um ein oder zwei Nutteilungen verdreht in den weichmagnetischen Körper eingesetzt wird, kann in der Reihenschaltung die aufgrund der symmetrischen Wickelkopfe unterschiedliche Leiteistranglange weitgehend kom­ pensiert und damit die Anpassung der Phaseninnenwiderstände erleichtert werden. Die unteren beiden Leiterstränge einer Nut weisen nun z. B. innen am weichmagnetischen Körper liegende Stege auf, während die Stege der beiden oberen Leiterstränge der gleichen Nut an der Außen­ seite der Wickelköpfe liegen. In einer zweiphasigen Maschine umfaßt dann jeder Stromkreis alle vier unterschiedlichen Leiterstrangbauformen.

Eine spiegelsymmetrische Erweiterung der Maschine verdoppelt die Anzahl der Leiterstränge und damit die Leistung der Maschine. Die Anzahl der unterschiedlichen Leiterstrangbauformen bleibt dabei und auch bei weiteren spiegelsymmetrischen Erweiterungen auf die doppelte Phasenanzahl beschränkt.

Nach einer weiteren spiegelsymmetrischen Erweiterung besteht die Maschine aus zwei Läufern und vier genuteten weichmagnetischen Körpern. Diese Ausführungsform erfordert und begün­ stigt eine aktive Kühlung, wobei zwischen den beiden inneren weichmagnetischen Körpern ein Kühlmittel zirkuliert. Eine aktive Kühlung trägt zur Erhöhung der Leistungsdichte bei. Durch die Aufteilung der Maschine in zwei identische Baugruppen verlängert der Volumenbedarf des Kühlmittels weder den Weg des magnetischen Flusses noch den des elektrischen Stromes, obwohl über große Kühloberflächen und kurze Abstände zu den Wärmequellen eine gute Wärmeableitung gewährleistet ist.

Durch die Montage einer vorgefertigten selbsttragenden Wicklung in den weichmagnetischen Körper wird bei elektrischen Maschinen - deren Nutöffnungen in einer ebenen Fläche liegen - eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Bei Scheibenläufern vereinfacht sich insbesondere auch die Herstellung des hohlzylindrischen weichmagnetischen Körpers; durch Aufrollen eines dünnen Stahlbandes, das auf einer Seite mit einer dünnen Isolierschicht überzogen ist, entsteht ein hohlzylindrischer Körper, aus dem abschließend die Nuten herauserodiert werden.

Eine Wicklung entsteht durch das Ineinanderschieben von mehreren einstückig vorgefertigten, selbsttragenden Leitersträngen in Richtung der Nuttiefe außerhalb des weichmagnetischen Körpers, wodurch eine umfassende Qualitätskontrolle des Leiteraufbaus vor dem Einsetzen in den weichmagnetischen Körper ermöglicht wird. Erst der fertig montierte und kontrollierte Leiteraufbau wird in Richtung der Nuttiefe in den weichmagnetischen Körper eingepreßt. Hierfür sind die Nutöffnungen ausreichend groß zu dimensionieren.

Die Herstellung der Wicklung wird hierdurch aufgeteilt; in die Herstellung der Leiterstränge, das einfache automatisierbare Zusammensetzen von Leiterstrangen zur Wicklung sowie das Verschweißen der aus der Wicklung herausragenden Leiterstrangenden untereinander oder mit den Stromversorgungskabeln. Die Verbindung der Leiterstränge mit den Stromzu- und -ablei­ tungskabeln kann ebenfalls vor dem Zusammensetzen erfolgen, und das Zusammensetzen der Wicklung ist durchaus auch direkt im weichmagnetischen Körper möglich, wenn alle Leiter­ stränge ausschließlich in Richtung der Nuttiefe ineinandergeschoben werden.

Beim Ineinanderschieben von Leitersträngen, deren Nutstäbe den gleichen Abstand zur Nutöff­ nungsebene aufweisen, werden zuerst die beiden Leiterstränge eingeschoben, deren Stege den kleinsten Abstand zu den beiden Stirnseiten des weichmagnetischen Körpers aufweisen. Ihnen folgen die beiden zueinander versetzten Leiterstränge einer anderen Phase, deren Stege sich in Nutrichtung flächig anschließen, usw.

Erfolgt die Herstellung der Leiterstränge mit geringen Toleranzen, so kann bei einer spielfrei zusammengeschobenen Wicklung auf einen stabilisierenden Kleber verzichtet werden, und eine Demontage der Wicklung für Reparaturzwecke ist jederzeit möglich. Eine einfache Demontage würde auch ein Kleber ermöglichen, dessen Schmelztemperatur zwar deutlich über den Be­ triebstemperaturen der Maschine, aber unter der Schmelztemperatur des Leitermaterials und der Isolierung liegt.

Eine vollständige Automatisierung der Montage- und Kontaktierungsprozesse lohnt sich insbesondere bei großen Stückzahlen, so daß die Wirtschaftlichkeit vor allem vom Herstel­ lungsverfahren für die Leiterstränge abhängt. Das Herstellungsverfahren für die Leiterstränge variiert je nach Größe der Leiterstränge und Stückzahl, wobei die Bauformen und Verfahrens­ schritte sowohl bei Scheibenläufern und als auch bei Linearmotoren anwendbar sind. Ein Leiterstrang oder die Reihenschaltung einiger phasengleicher Leiterstränge stellen einen Stromkreis der elektrischen Maschine dar. Daher sollte ein Leiterstrang unabhängig von seiner Herstellung letztendlich den für seine Länge und Querschnitte optimalen Leihwert aufweisen, also einstückig sein.

Durch die einstückige Herstellung eines Leiterstranges aus Vollmaterial wird garantiert, daß der Leiterstrang den seinen Querschnitten und Längen entsprechend niedrigsten Innenwiderstand aufweist. Dies ist eine Voraussetzung für das Erreichen günstiger Wirkungsgrade und hoher Leistungs- und Kraftdichten.

Bei kleinen Stückzahlen (z. B. im Spezialmaschinenbau) und kleinen Außenabmessungen können die Konturen der Leiterstränge aus aufeinandergeschichteten Leiterblechpaketen z. B. durch Laserschneiden oder Drahterodieren herausgearbeitet werden. Die Vertiefungen in Richtung der Nuttiefe werden anschließend mit einem Fräser oder Laser abgetragen.

Für große Stückzahlen und kleine bis mittlere Abmessungen lohnt sich die Herstellung einer Preßgußform, in der die Leiterstränge mit vernachlässigbarem Materialverlust direkt aus der Schmelze in der gewünschten Form hergestellt werden. Die Herstellung des einstückigen Leiterstranges in einer speziellen Gußform direkt aus der Schmelze stellt die materialsparenste und rationellste Herstellungsmethode dar, die insbesondere bei großen Stückzahlen eine kosten­ günstige Produktion ermöglicht.

Für eine gewichtsoptimierte Ausführungsform werden an Nutstäbe aus Kupfer Stege aus Aluminium angeschweißt. Hierbei können Nutstäbe, die aus einem flachen Kupferblechpaket mit eingelagerten Isolierschichten herausgeschnitten wurden, in eine Form eingelegt und durch Einpressen von aufgeschmolzenem Aluminium zu einstückigen Leitersträngen verbunden werden. Die Verwendung von Leitermaterial hoher Leitfähigkeit pro Volumen (Kupfer) in den Nuten und hoher Leitfähigkeit pro Gewicht (Aluminium) in den Wickelköpfen trägt zusätzlich zur Steigerung der Leistungsdichte bei.

Bei sehr großen oder sehr fein strukturierten Ausführungsformen oder wenn Leitermaterial eingesetzt wird, das aufgrund ungenügender Fließeigenschaften keine ausreichende Oberflächen­ güte ermöglicht, wird eine Warmpreßform mit Leiterteilen bestückt, die dann unter Zuführung von Wärme und Druck zu einem einstückigen Leiterstrang verschmolzen werden. Die Leiterstränge werden hierbei aus baugleichen Teilstücken zusammengesetzt, die durch ihre kleinen Außenabmeßungen einen hohen Matrialausnutzungsfaktor ermöglichen. Die Nutstäbe werden stranggepreßt oder aus einem geschichteten Leiterblechpaket mit eingelagerten Isolierschichten herausgeschnitten. Bei größeren Stückzahlen werden die Stege ebenfalls aus Leiterblechen gestanzt oder im Profil stranggepreßt und auf die gewünschte Stegbreite gebracht sowie vor dem Einsetzen - dem Radius ihrer Stegschicht entsprechend - gebogen.

Mit Hochleistungsmagneten lassen sich bei geringen Bauhöhen hohe Kraft- und Leistungs­ dichten bei hohem Wirkungsgrad erreichen. Die beschriebenen Leiterbauformen eignen sich jedoch ebenfalls für kostengünstiger herstellbare Induktions- und Reluktanzmaschinen, die jedoch wesentlich größer und schwerer ausfallen.

Durch die flache Bauweise, das geringe Gewicht, den hohen Wirkungsgrad und die große Kraftdichte eignen sich erfindungsgemäße Scheibenläufer- und Linearmotoren insbesondere für Stellantriebe im Automobil, z. B. Scheibenheber, Sitzverstelleinrichtung, usw . Auch Antriebe, die in tragbaren Geräten eingebaut weiden, bieten sich als Anwendungsgebiete an, da hier eben­ falls besonders Wert auf ein geringes Gewicht und Volumen gelegt wird und ein hoher Gesamt­ wirkungsgrad des Antriebsstranges Batteriekosten und -gewicht einspart.

Die Zeichnungen stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Fahrraddirektantriebs, wobei eine zweiphasige elektrischen Maschine als Scheibenläufer in das Hinterrad eingebaut ist;

Fig. 2a zeigt den Schritt gemäß der Linie I-I und Fig. 2b, im Maßstab verkleinert, den gemäß der Linie II-II aus Fig. 1, wobei eine vier­ zigpolige zweilagige Wicklungseinheit dargestellt ist;

Fig. 3 stellt einen Ausschnitt aus dem Verlauf der vier Leiterstränge aus Fig. 1 und 3 dreidi­ mensional dar;

Fig. 4 stellt einen Ausschnitt aus dem Verlauf der sechs Leiterstränge einer dreiphasi­ gen zweilagigen Wicklungseinheit dreidimensional dar;

Fig. 5 zeigt drei Schnitte durch einen Getriebemotor mit vier dreiphasigen zweilagigen Wicklungseinheiten;

Fig. 6 zeigt drei Ausführungsbeispiele als Schwungradantrieb im Schnitt;

Fig. 7 zeigt schematisch einen Linearstellmotor nach dem Reluktanzprinzip.

Durch seine gute Überlastbarkeit im Kurzzeitbetrieb und aufgrund seiner hohen Kraftdichte eignet sich eine Scheibenläufermaschine vorgefertigten Leitersträngen ideal als Fahrradhilfsantrieb.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Hinterradnabe 2, wobei der nur wenige 100 g wiegende Motor 1 ähnlich einer Trommelbremse gegenüber dem Zahnkranz 3 der Ketten­ schaltung eingebaut ist. Der aus einem leichten, hochfesten und gut wärmeleitenden Werkstoff bestehende Kühlkörper 4 ist entsprechend groß dimensioniert, damit er als Motorgehäuse gleichzeitig das Antriebsmomente und die Kräfte des Rades an den Rahmen übertragen kann. An der Außenseite weist der Kühlkörper aerodynamisch günstig geformte Kühlrippen 5 auf und an der Innenseite umschließt er den Stator der Scheibenläufermaschine von drei Seiten. Sowohl der Rückschluß 6 als auch die beiden Wickelköpfe 7 sind im Preßsitz im Kühlkörper 4 gehalten, wodurch eine gute Wärmeabführung gewährleistet ist. Die Kontaktfläche zwischen dem Rückschluß des genuteten weichmagnetischen Körpers 6 und dem Kühlkörper ist tangential periodisch zur Nutteilung gewellt, so daß auch hohe Drehmomente vom Stator auf den Kühlkörper und von diesem auf den Rahmen übertragen werden können. Die hohen Drehmomente werden von den Strömen in den beiden zweiphasigen, zweilagigen Wicklungseinheiten 8a, b in Wechselwirkung mit dem starken Erregerfeld der Hochleistungsmagnete 9 erzeugt. Beide Wicklungseinheiten sind baugleich und bestehen aus jeweils vier Leiteistrangen, wobei sich zwei versetzt ver­ laufende Leiterstränge jeweils eine Stegschicht teilen. Da der Schnitt durch die Nut der beiden dichtschraffierten äußeren Leiterstränge gelegt wurde, ist nur einer der beiden inneren Leiter­ stränge zu sehen. Die Magnete sind axial innerhalb der Stege der oberen Wicklungseinheit an­ geordnet und kleben auf dem Rotorrückschluß 10, der wiederum durch seine tangential peri­ odisch zur Polteilung gewellte Kontaktfläche hohe Drehmomente auf die Nabe 2 - in die er integriert ist - übertragen kann. Wie bei Naben mit Trommelbremse sind die Speichen 11 unterschiedlich lang ausgelegt. Die Zeichnung kann näherungsweise als im Maßstab 1 : 1 angesehen werden, wobei die nur wenige Millimeter dicken Rückschlüsse sich aufgrund des Einsatzes hochwertiger dünner Elektrobänder und einer hohen Polpaarzahl ergeben. Die Abmessungen von Stator und Rotor sind charakteristisch für erfindungsgemäße Maschinen. Dagegen wurde die Darstellung der Welle 12 und des Zahnkranzes beliebig gewählt. Ein Direktantrieb kann natürlich auch in ein Hinterrad mit Nabenschaltung eingebaut werden.

Fig. 2 zeigt Schnitte durch die Scheibenläufermaschine aus Fig. 1. Hierbei beschränkt sich die Darstellung auf den Leiteraufbau und den weichmagnetischen Körper 6.

Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch die untere Nutstabschicht der unteren Wicklungseinheit 8a gemäß der Linie I-I aus Fig. 1. Dargestellt ist eine vierzigpolige Wicklung mit zwei Nuten pro Polteilung. Die eine Wicklungseinheit bildenden Leiterstränge sind mit 13, 14, 15 und 16 bezeichnet. Neben den durch bogenförmige Schraffurlinien symbolisierten Zähnen des weich­ magnetischen Körpers 6 sind die vier Leiterstränge der beiden Phasen durch unterschiedliche Schraffurwinkel und Schraffurdichten gekennzeichnet. Der äußere Leiterstrang 13 der unteren Nutstabschicht ist vollständig zu sehen, während der innere Leiterstrang 15 dieser Nutstab­ schicht an den Überschneidungsstellen unterhalb des Nutbodens verläuft und daher in der Dar­ stellung vom äußeren Leiterstrang 13 scheinbar unterbrochen wird. Die Leiterstränge 14 und 16 der oberen Nutstabschicht der gleichen Wicklungseinheit sind nur in den beiden Wickelköpfen 7 sichtbar. Der äußere, obere Leiterstrang 14 nutzt dabei in den äußeren Stegschichten die Lücken des äußeren unteren Leiterstranges 13 aus, indem er dort die gesamte axiale Höhe der Wicklungseinheit 8a einnimmt. Vom inneren oberen Leiterstrang 16, der zusammen mit 15 die beiden inneren Stegschichten bildet, sind nur die axial verlaufenden Teilbereiche sichtbar, die - den Zahnraum ausnutzend - seine Nutstäbe mit den Stegen, die unter den Nutstabenden der Leiterstränge 13 und 15 verlaufen, verbinden. Ein Leiterstrang 19 umfaßt den gesamten Maschi­ nenumfang minus einer Polteilung. An dieser Lücke erfolgt entweder die Stromzuleitung 17 und Stromableitung 18 zur Ansteuerung oder, wenn in der Maschine mehrere Leiterstränge in Reihe geschaltet werden, der Übergang zu einem in Richtung der Nuttiefe benachbarten Leiterstrang. Der Verlauf der Leiterstränge wird in Fig. 2b weiter verdeutlicht, wobei der Schnitt gemäß der Linie II-II aus Fig. 1 unterhalb des Nutbodens durch den weichmagnetischen Körper und den Stegbereich führt, weshalb von den Leitersträngen nur die Stege sichtbar sind.

Die Schraffurlinien haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 2a.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus den vier Leitersträngen 13 bis 16 der zweiphasigen, zweila­ gigen Wicklungseinheit 8a, wobei allerdings alle Leiterstränge fiktiv in der Mitte der Nuten beginnen und enden und daher nur ein Wickelkopf dargestellt ist. Die vier Leiterstränge sind unterschiedlich dicht schraffiert. Obwohl die Leiterstränge real einstückig, nur als Ganzes axial beweglich sind, wurden in der rechten Bildhälfte jeweils eine Verbindung im Wickelkopf axial versetzt angeordnet, damit die charakteristische Bauform sichtbar wird. Zu diesem Zweck fehlen die beiden äußeren Leiterstränge 13 und 14 auch in der mittleren Polteilung. Die beiden äußeren Leiterstränge liegen tangential - wie die beiden inneren Leiterstränge - flächig aneinander und bilden somit zusammen eine stabile scheibenförmige Baugruppe, die axial in die aus den beiden inneren Leitersträngen 15, 16 gebildete Baugruppe eingesetzt wird. Insbesondere beim oberen inneren Leiterstrang 16 verringert sich durch den Zwang - den äußeren Leitersträngen 13, 14 in Richtung der Nuttiefe auszuweichen - der Leiterquerschnitt in den in Richtung der Nuttiefe verlaufenden Teilbereichen 22. Die Stegbreite der inneren Leiterstränge ist daher größer als die der äußeren Leiterstränge. An den Nutstabenden 21 vergrößert sich der Leiterquerschnitt, wodurch - insbesondere beim unteren inneren Leiterstrang 15 - die Übergangsfläche vom tangential schmalen Nutstab 20 zum axial schmalen Steg 23 vergrößert wird.

Fig. 4 zeigt einen acht Polteilungen umfassenden Ausschnitt aus den sechs Leitersträngen 24 bis 29 einer dreiphasigen, zweilagigen Wicklungseinheit, wobei ähnlich wie in Fig. 3 nur ein Wickelkopf 7 dargestellt ist. Während in der linken Bildhälfte die kompakte Bauform der axial zusammengeschobenen Leiterstränge ersichtlich wird, sind in der rechten Bildhälfte die äußeren 24, 25 und inneren Leiterstränge 28, 29 fiktiv axial nach oben und unten versetzt angeordnet. Wiederum ist ein einfaches Zusammenschieben der Leiterstränge in Richtung der Nuttiefe möglich, indem die innenliegenden Leiterstränge 28, 29 mit ihren in Richtung der Nuttiefe ausweichenden Stegen zuerst in den weichmagnetischen Körper eingesetzt werden. Alle sechs dargestellten Leiterstränge können wiederum anhand der unterschiedlichen Schraffurdichten unterschieden werden, wobei die hinzugekommenen beiden mittleren Leiterstränge 26, 27 am dichtesten schraffiert sind. Die Stegbreite nimmt nach außen hin ab, und durch eine radiale Ausdehnung der Leiterquerschnittsvergrößerung 30 der mittleren Leiterstränge wird der Wickel­ kopfraum vollständig ausgenutzt. Die Vergrößerung des Leiterquerschnitts entsprechend dem Raumangebot wirkt sich nicht in allen Teilbereichen gleich effizient auf den Innenwiderstand aus. Zur Optimierung des Wirkungsgrad-Gewicht - Verhaltnisses kann es daher durchaus sinnvoll sein, Hohlraume im Wickelkopf zu akzeptieren, um Gewicht einzusparen. Insbesondere im Stegraum und an den Nutstab enden garantiert das flächige Aneinanderliegen der Leiterstrange jedoch auch dann den stabilen selbsttragenden Aufbau der Wicklung.

In Fig. 5 wird ein gewichtsoptimierter Getriebemotor dargestellt, wobei in a) der eigentliche Motorquerschnitt im Maßstab 2 : 1, in b) der gesamte Antriebsquerschnitt im Maßstab 1 : 1 und in c) ein Längsschnitt des Antriebs im Maßstab 1 : 2 dargestellt ist.

Aus der Anordnung der unterschiedlich schraffierten Leiterstränge 31 bis 34 in Fig. 5a) wird ersichtlich, daß es sich um eine dreiphasige Maschine mit vier zweilagigen Wicklungseinheiten 35 handelt. Die Bauhöhe der Wicklungseinheiten und der beiden weichmagnetischen Rück­ schlüsse 36 beträgt wiederum nur wenige Millimeter. An der Rotorscheibe 37 ist ein relativ großer Hochleistungsmagnet 38 befestigt, der eine hohe Flußdichte im Luftspalt gewährleistet. Das den Stator von drei Seiten umschließende Gehäuse 39 ist aus einem leichten, stabilen und gut wärmeleitenden Werkstoff.

Die Anordnung eines Planetengetriebes 40 direkt radial innerhalb der Rotorscheibe 37 - vgl. Fig. 5b) und c) - führt zu kurzen Kraftübertragungswegen und geringen rotierenden Massen. Der große mittlere Luftspaltradius der Maschine begünstigt hohe Drehmomente schon vor dem Getriebe und die erhöhte Umfangsgeschwindigkeit wirkt sich günstig auf den Maschinen­ wirkungsgrad aus. Das Planetengetriebe 40 nutzt den Innenraum der Maschine zwischen Stator und Welle 41 sinnvoll aus, der sich durch die vorzugsweise ringförmige Auslegung des flachen Scheibenläufers ergibt.

Kleine Magnetsegmente sind einfacher herzustellen und einzusetzen und eine hohe Polpaarzahl verringert zusätzlich die Rückschlußdicke und die Ankerrückwirkung. Eine Maschine mit dreißig Polpaaren, wie in Fig. 5c gezeigt, mit einer konventionellen Drahtwicklung auszustatten und dabei auch noch einen dreiphasigen versetzten Leiterverlauf realisieren zu wollen, ist sehr arbeitsaufwendig und kaum automatisierbar. Insbesondere kann aufgrund der kleinen Biegera­ dien nur sehr dünner Draht verwendet werden, was den Isoliermaterialanteil in den Nuten und Wickelköpfen erhöht. Die Berücksichtigung der vielen Richtungsänderungen führt zu einem geringen Verhältnis von effektiv wirksamer zu absoluter Leiterlänge. Im erfindungsgemäßen Leiteraufbau erhöht sich dieses Verhältnis mit steigender Polzahl stetig und die Raumausnut­ zung im Wickelkopf bleibt konstant hoch auch bei einem mehrphasigen versetzten Leiterverlauf. In der Herstellung stiegt mit der Polzahl lediglich die Maschinenlaufzeit bei einigen Verfahrens­ schritten der Leiterstrangbearbeitung. Die Anzahl und Komplexität der Arbeitsschritte - präzise NC-Maschinen vorausgesetzt - ist dagegen, wie der Montageprozeß, unabhängig von der Pol­ zahl. Durch ihren schleifenlosen Verlauf wird für hohe induzierte Gegenspannungen - besonders bei geringen Drehzahlen - eine hohe Polpaarzahl vorausgesetzt. Bauform und Hochpoligkeit des in Fig. 5 dargestellten Getriebemotors stellen daher eine typische Maschinendimensionierung dar, die durch den erfindungsgemäßen Leiteraufbau ermöglicht und gefordert wird.

Fig. 6 veranschaulicht ein weiteres Anwendungsgebiet als Schwungradantrieb.

Ein Schwungradspeicher - wie Fig. 6a dargestellt - dient meist zum Ausgleich von Lastspitzen, weshalb vom Antrieb neben einem hohen Wirkungsgrad besonders kurzzeitige Spitzenleistungen gefordert werden. Da die speicherbare Energie pro Masse im Quadrat mit dem Radius steigt, weisen die Schwungmassen wie der permanenterregte Scheibenläufer 42 vorzugsweise eine hohlzylindrische Bauform auf. Zur Vermeidung von Reibungsverlusten schwebt der Schwung­ körper 43 berührungslos auf einem Schwerkraftlager 44, das aus zwei starken Permanetmagne­ ten besteht. Seine Rotationsachse wird durch elektronisch geregelte Magnetlager 45 ebenfalls berührungslos stabilisiert.

In Fig. 6b wird ein weiterer Schwungradantrieb gezeigt, der sich primär durch geringe Her­ stellungskosten auszeichnet. Der Rotor 46 darf, ja soll, schwer sein weshalb nichts gegen die Verwendung von billigen Ferritmagneten 48 spricht. Die niedrige Flußdichte im Luftspalt wird durch einen Konzentrator 47 erhöht, und die beiden im genuteten weichmagnetischen Körper 49 eingesetzten Wicklungseinheiten 50 sind nur einlagig ausgeführt. D.h., die Anzahl der unter­ schiedlichen Leiterstrangbauformen entspricht nur der Anzahl der Phasen. Trotzdem weist der Antrieb aufgrund einer hohen Polpaarzahl, einem hohen effektiven Leiteranteil und einer weiterhin relativ guten Raumausnutzung ein überdurchschnittliches Leistungsgewicht auf. Das Schwungrad kann über seine Welle 51 z. B. mit einem Verbrennungsmotor verbunden werden, wobei der Schwungradantrieb sowohl als Motor als auch als Generator arbeitet.

Fig. 6c zeigt den Schwungradabtrieb als Asynchronmaschine. Wegen des radial über den weichmagnetischen Körper 52 hinausragenden Kurzschlußkäfigs 53 kann nur eine Wicklungs­ einheit 54 eingesetzt werden. Dargestellt ist eine dreiphasige zweilagige Wicklungseinheit, die im Gegensatz zu den bisherigen Darstellungen nicht rechteckförmige, sondern nach außen hin abgestufte Wickelköpfe 55 aufweist. Für die äußeren überschneidungsfreien Leiterstränge ist eine Ausdehnung in den Stegbereich nicht notwendig. Durch den Einsatz eines Konzentrators könnten auch bei Asynchronmaschinen zwei Wicklungseinheiten eingesetzt werden, wobei zusätzlich über die erhöhte Flußdichte im Luftspalt das Statorgewicht reduziert wird.

Neben der Ausführungsform als Scheibenläufermaschine kann der erfindungsgemäße Leiteraufbau auch in Linearmotoren vorteilhaft eingesetzt werden. In Fig. 7 ist ein Linearstellmotor nach dem Reluktanzprinzip dargestellt, der sich neben der flachen Bauform besonders durch seine relativ hohe Reaktionsgeschwindigkeit auszeichnet. Der aus zwei einlagigen Wicklungseinheiten 56 bestehende dreiphasige Leiteraufbau ist hierbei im Läufer 57 angeordnet, der wie ein Schlitten über den genuteten Stator 58 gleitet. Die stabilen Wickelkopfe 59 bilden hierbei das Auflager für die beiden Rillenlager 60, wodurch die Läufermasse gering bleibt.

Beim in Fig. 1 dargestellten Fahrradhilfsantrieb reichen zwei Wicklungseinheiten aus, um ca. 300 . . . 500 W Leistung bei relativ geringen Drehzahlen und mit hohem Wirkungsgrad zu erzeu­ gen. Grundlegend für den Antrieb eines Elektrozweirades ist, daß die gewünschten Drehmomen­ te und Drehzahlen bei sehr hohen Wirkungsgraden (<90%) und möglichst geringem Gewicht erzeugt werden. Die Ausführungsform für ein Elektrozweirad zeichnet sich daher durch den Verzicht auf ein Getriebe (Direktantrieb), ein großes Verhältnis von aktiver zur passiver Leiterstranglänge, großen mittleren Luftspaltradien, geringer Bauhöhe, Hochleistungsmagneten, hohen Polpaarzahlen (<20) und verlustarmen dünnen - z. B. amorphen - Stahlbändern aus. Nur die Kombination möglichst aller dieser Maßnahmen führt zu einem wirkungsgrad- und ge­ wichtsoptimierten Fahrzeugantrieb.

Für größere Leistungen bis zu 10 kW und 200 Nm werden vier oder acht Wicklungseinheiten bei maximalem Luftspaltradius benötigt. Durch die geringe Nuttiefe entsteht ein großes Verhält­ nis von Maschinenvolumen bzw. -gewicht zur Kühloberfläche. Durch einen großen flächig anliegenden Kühlkörper zeichnen sich derartige Maschinen durch eine hohe Wärmekapazität aus und sind im Kurzzeitbetrieb enorm überlastbar.

Mit einer entsprechend überdimensionierten Leistungselektronik kann das Spitzendrehmoment ein Vielfaches des Nennmoments betragen. Die durch die Bauform begünstigte gute Wärme­ ableitfähigkeit wirkt sich auch beim Einsatz als Schwungradantrieb (Fig. 6) vorteilhaft aus. Kurzzeitige Spitzen können so an das Schwungrad abgegeben bzw. von diesem aufgenommen werden, ohne daß es in der Maschine zu lokalen Überhitzungserscheinungen und z. B. zum Durchschmoren der Isolierung kommt.

Auch die spezielle Ausführungsform als Getriebemotor (Fig. 5) zeichnet sich durch ihre flache, hohlzylindrische Bauform aus, wobei die Maschine durch den im Verhältnis zur Antriebsmasse relativ großen mittleren Luftspaltradius schon ein relativ hohes Drehmoment erzeugt und so ein kleineres Übersetzungsverhältnis bzw. den Verzicht auf eine weitere Getriebestufe ermöglicht, wodurch wiederum der Gesamtwirkungsgrad des Getriebemotors steigt.

Claims (17)

1. Mehrphasige elektrische Maschine, deren Läufer und Ständer sich unter Bildung eines ebenen Luftspaltes gegenüberliegen, wobei der Ständer oder Läufer mindestens einen weichmagnetischen Körper mit parallel zur Nutöffnungsebene verlaufenden durch­ gängigen Nuten aufweist, in denen vorgefertigte Leiterstränge, deren Breite der Nut­ breite angepaßt ist, in Richtung der Nuttiefe flächig übereinandergeschichtet angeordnet sind, wobei die Leiterstränge sich ohne Biegeradien über alle Polteilungen der Maschine erstrecken, wobei in den flächig an den Stirnseiten eines weichmagnetischen Körpers anliegenden Wickelköpfen Stege Nutstäbe aus Nuten benachbarter Polteilungen mitein­ ander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstränge in den Wickelköpfen aus einem Leiter mit in Leiterlängsrichtung unterschiedlichen Querschnitten aufgebaut sind, wobei die direkt am weichmagnetischen Körper (6, 34) verlaufenden Stege (21) eines inneren Leiterstranges (15, 16, 26, 27, 32) in Richtung der Nuttiefe den Leitersträngen (13, 14, 22 bis 26 und 29 bis 31) aus anderen Nuten der gleichen Polteilung ausweichen und dabei den Bereich im Wickelkopf (7, 53) nutzen, der dem magnetischen Rück­ schlußbereich des weichmagnetischen Körpers (6a, 34) in Richtung der Nuten vor­ gelagert ist.

2. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (21) eines Leiterstranges (15) auf beiden Seiten eines weichmagnetischen Körpers (6) den gleichen Abstand zu dessen Stirnflächen aufweisen.

3. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach einem der An­ sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege von Leitersträngen (13, 15 bzw. 14, 16), die im weichmagnetischen Körper (6) den gleichen Abstand von der Nutöff­ nungsebene aufweisen, im Wickelkopf (7) in Richtung der Nuten hintereinander an­ geordnet sind.

4. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterquerschnitt eines Leiterstranges in Teilbereichen (21), die in den Wickelköpfen in Nutrichtung verlaufen, gegenüber den im weichmagnetischen Körper liegenden Teilbereichen (20) in Richtung der Nuttiefe und in Richtung der Nutbreite vergrößert ist.

5. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstränge (22 bis 27) rechteckför­ mige Querschnitte aufweisen und Leiterstränge (22, 24, 26) unterschiedlicher Phasen in den Wickelköpfen flächig, nur durch dünne Isolierschichten getrennt aneinanderliegen.

6. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (21) von zwei Leitersträngen (15, 16), die in im weichmagnetischen Körper (6) in Richtung der Nuttiefe flächig aufein­ anderliegen, im Wickelkopf (7) in Richtung der Nutbreite abwechselnd hintereinander angeordnet sind.

7. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leiterstränge (15, 16), die innerhalb einer Nut aufeinanderliegen, in Reihe geschaltet sind.

8. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstränge in den Teilbereichen (20), die im weichmagnetischen Körper (6) liegen, durch Isolierschichten, deren Breite der Nutbreite entspricht, in Richtung der Nuttiefe in parallelgeschaltete Strompfade aufteilt sind.

9. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weichmagnetischen Körper pro Nut vier Leiterstränge flächig aufeinanderliegend angeordnet sind, wobei jeweils die Stege (23) von zwei Leitersträngen (15, 16) den gleichen Abstand zur Nutöffnungsebene und zur Stirnfläche des weichmagnetischen Körpers aufweisen.

10. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die näher an der Nutöffnungsebene liegende Hälfte (8a) aller Leiterstränge baugleich mit der anderen Hälfte (8b) des Leiter­ aufbaus ist.

11. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle vier Leiterstränge einer Nut in Reihe geschaltet sind.

12. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf gegenüberliegenden Seiten des Läufers (35) oder Ständers zwei baugleiche weichmagnetische Körper (34) angeordnet sind, wo­ bei die Anzahl der unterschiedlichen Leiterstrangbauformen in der gesamten Maschine dem Doppelten der Phasenanzahl entspricht.

13. Mehrphasige elektrische Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite identisch aufgebaute Baugrup­ pe, bestehend aus einem Läufer und zwei weichmagnetischen Körpern mit vorgefertigen Leitersträngen, in Richtung der Nuttiefe versetzt angeordnet ist, wobei zwischen den beiden inneren weichmagnetischen Körpern ein Kühlmittel zirkuliert.

14. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine, deren Läufer und Ständer sich unter Bildung eines ebenen Luftspaltes gegenüberliegen, wobei der Ständer oder Läufer mindestens einen weichmagnetischen Körper mit parallel zur Nutöffnungs­ ebene verlaufenden durchgängigen Nuten aufweist, in denen vorgefertigte Leiterstränge, deren Breite der Nutbreite angepaßt ist, in Richtung der Nuttiefe flächig übereinanderge­ schichtet angeordnet sind, wobei die Leiterstränge sich ohne Biegeradien über alle Polteilungen der Maschine erstrecken, wobei in den flächig an den Stirnseiten eines weichmagnetischen Körpers anliegenden Wickelköpfen Stege Nutstäbe aus Nuten benachbarter Polteilungen miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstränge mit in Leiterlängs­ richtung unterschiedlichen Querschnitten einstückig vorgefertigt und in Richtung der Nuttiefe ineinander geschoben werden, wobei mindestens ein Leiterstrang einem Leiter­ strang einer anderen Phase in Richtung der Nuttiefe ausweicht, indem er den Bereich im Wickelkopf nutzt, der dem Rückschluß des weichmagnetischen Körpers in Richtung der Nuten vorgelagert ist und dabei direkt am weichmagnetischen Körper verläuft.

15. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiterstrang direkt aus der Schmelze innerhalb einer Vorrichtung in die gewünschte Form gebracht und nach dem Abkühlen mit einer dünnen Isolierschicht überzogen wird.

16. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen eines Leiterstranges aus einem Paket aufeinandergeschichteter Leiterbleche mit dem Laser oder durch Drahtero­ dieren herausgeschnitten und die Vertiefungen in Richtung der Nuttiefe durch eine Fräse oder einen Laser abgetragen werden.

17. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine mit vorgefertigten Leitersträngen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Teilbereiche eines Leiterstranges aus Leiterblechen herausgestanzt oder geschnitten werden und mit diesen Teilen dann eine Form, die einem vollständigen Leiterstrang entspricht, bestückt wird, in der die Teile durch Erwärmen und Verpressen zu einem einstückigen Leiterstrang verschmolzen werden, der anschließend mit einer dünnen Isolierschicht überzogen wird.