DE4234175A1 - Mehrphasige elektrische Maschine mit schleifenlos montierten Leitersträngen - 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 Verbin­ dungskopf, 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 Gewichts hocheffizienter elektrischer Maschinen spielt die Bauform und Anordnung der Leiter eine entscheidende Rolle. Die Leiter sollten hierzu so geformt und angeordnet werden, daß eine kurze Leiterlänge und eine hohe Raumausnutzung erreicht wird.

Im wesentlichen besteht die Aufgabe des Leiteraufbaus einer elektrischen Maschine darin, innerhalb des vom Erregerfeld durchströmten, weichmagnetischen Körpers einen Stromfluß zu ermöglichen, bzw. in einem bestimmten, durch Leitermaterial auszufüllenden Raum eine Stromdichte zu erzeugen. Der Strom soll ein magnetisches Drehfeld erzeugen, weshalb Leiterstränge unterschiedlicher Phase tangential um einen Bruchteil der Polteilung versetzt in verschiedenen Nuten angeordnet werden. Durch dies Versetzung entstehen in der Projektion vom Luftspalt Überschneidungen, d. h. der Verlauf der Leiterstänge muß bei mehrphasigen Maschinen so gewählt werden das sich Leiterstränge in den Überschneidungszonen räumlich ausweichen. Hierdurch erhöht sich die Leiterlänge in den Verbindungsköpfen, die zwar den ohmschen Widerstand und damit die Verlustleistung erhöht, jedoch nicht zur Drehmoment­ bildung bzw. zur Nutzleistung beiträgt. Um den Wert des gesamten Motorstroms klein zu halten, werden die Strompfade i.d.R. in Schleifen verlegt, so daß in den Nuten zahlreiche gegeneinander isolierte Leiter - meist mit rundem Querschnitt - liegen, die in Reihe geschaltet vom selben Strom durchflossen werden. Ein dünner, flexibler Draht läßt sich zwar einfach einlegen, mit der Schleifenanzahl steigt jedoch der Herstellungsaufwand. Der Strom muß in jeder Schleife zweimal eine Verbindungsstrecke in einem Verbindungskopf zurücklegen.

Drähte mit rundem Leiterquerschnitt können die Querschnittsfläche der Nut nicht vollständig ausnutzen. Besonders bei einer geringen Drahtzahl pro Nut bzw. wenn der Leiterquerschnitt im Verhältnis zum Nutquerschnitt relativ groß ist, verringert sich daher die Raumausnutzung in den Nuten. Stromleiter mit einem Querschnitt der dem Nutquerschnitt angepaßt ist, können nur sehr aufwendig kontinuierlich gewickelt werden.

Formspulen nutzen den Nutraum zwar sehr gut aus, ihre Verlegung ist jedoch arbeitsaufwendig und schwer automatisierbar, weshalb sie nur in große Maschinen eingesetzt werden.

Bei Verwendung von Drähten oder Formspulen müssen beim Einlegen und Verformen Biege­ radien eingehalten werden. Mit abnehmenden Biegeradien wächst die Gefahr, daß die bereits vor der Verformung aufgebrachten, dünnen Isolationsschichten beschädigt oder in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Hierdurch wird der Raum in den Verbindungsköpfen unzurei­ chend ausgenutzt, wodurch Leiterlänge, Gewicht und ohmsche Verluste ansteigen.

Aus der US-PS 41 15 915 ist ein Verfahren bekannt, indem ein vielfach geschleifter Leiter­ aufbau aus einzelnen Leiterabschnitten hergestellt wird. Durch die große Anzahl der Ver­ bindungsleiterbauformen und der zu realisierenden Verbindungsstellen ergibt sich mit diesem Verfahren jedoch ein hoher Fertigungsaufwand. Eine Bündelung von unterschiedlich langen Leiterstäben erschwert die Herstellung der Verbindungsstellen an den Enden der Teilstrecken zusätzlich. Die große Anzahl und die Bauform der Verbindungsstellen lassen eine erhöhte Störanfälligkeit erwarten, wobei keine Reparaturmöglichkeit besteht, 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, und 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, ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leiterstrange, im weichmagneti­ schen Körper zwar in mehrere parallelgeschaltete und durch Isolierschichten voneinander getrennte Stromleiter aufgeteilt, in den beiden Verbindungsköpfen jedoch stets wieder zu einem einstückigen Verbindungsleiter verbunden werden. Hierdurch wird, besonders bei hochpoligen oder schnellaufenden Maschinen, die durch die einseitige Stromverdrängung verursachte Wider­ standserhöhung vermieden. Durch das Zusammenführen mehrerer Stromleiter nach jedem Durchlaufen der Nuten wird der Herstellungsaufwand reduziert, da weniger Verbindungsleiter und Verbindungsleiterbauformen hergestellt, eingesetzt und kontaktiert werden.

Eine kostengünstige Herstellung wird weiterhin erreicht, indem der Leiteraufbau durch die Ausnutzung von Symmetrien aus möglichst wenig unterschiedlichen Leiterbauformen besteht, die Anzahl der zu realisierenden Verbindungsstellen minimiert wird und diese dann auch nach­ träglich noch jederzeit für Prüf- und Reparaturzwecke zugänglich sind.

Variable Leiterquerschnitte ermöglichen auch in den Verbindungsköpfen eine vollständige Raumausnutzung, kurze Leiterlängen und große Leiterquerschnitte. Der Anteil des Leitervolu­ mens in den Verbindungsköpfen wird durch den Verzicht auf unnötig viele Isolierschichten zusätzlich vergrößert und damit der Leiterwiderstand und/oder das Maschinengewicht ver­ mindert. Durch die maximierten Querschnitte weisen die Verbindungsleiter weiterhin eine höhere Eigenstabilität auf und sind einfacher herzustellen und einzusetzen.

Die verbale Unterteilung der Leiterstränge in axial verlaufende Teilbereiche (Nutstäbe) und in Verbindungsleiter, die außerhalb des weichmagnetischen Körpers die elektrisch leitende Verbindung zwischen Nutstäben aus unterschiedlichen Nuten herstellen, sowie den daraus gebildete Einheiten, erfolgt zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens, in welchem die Leiterstränge aus diesen Leiterteilen zusammengesetzt werden. Nach oder bei der Montage der Leiterteile werden diese an den Verbindungsstellen verschweißt bzw. verschmolzen, wodurch der Innenwiderstand des entstandenen Leiterstranges so geringe Werte aufweist, daß er als quasi einstückig betrachtet werden kann.

Die Einteilung der Ausführungsformen erfolgt im wesentlichen nach zwei Kriterien. Erstens werden Ausführungsformen mit einem Nutstab pro Nut (einlagig) und mit zwei Nutstäben pro Nut (zweilagig) unterschieden und zweitens die Verbindungsleiter in u-förmige und o-formige Bauformen eingeteilt.

O-förmige Verbindungsleiter besitzen oberhalb und unterhalb der Nutstabenden 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, wodurch - insbesonders bei Innenläufern - eine Verringerung des Leiterwider­ standes erfolgt. 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. Die Stege von Leitersträngen unterschiedlicher Phasen liegen innerhalb einer Polteilung in Stegschichten mit unterschiedlichem Abstand zu einer der beiden Stirnflächen des weichmagnetischen Körpers axial hintereinander.

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

Erfindungsgemäß wird zur Verminderung des Herstellungsaufwandes das Leitervolumen der Maschine vorzugsweise nur dort durch Isolierschichten in verschiedene, serielle oder parallele Leiterteilstrecken aufgeteilt, wo es funktionstechnisch notwendig ist. D.h. vorteilhafte Aus­ führungsformen der Erfindung weisen schleifenlose Leiterstränge auf, die nur in den Teilberei­ chen, die im weichmagnetischen Körper liegen, in parallelgeschaltete Strompfade aufgeteilt sind. Durch das Aufteilen des Stromes vor jeder Nut und das Zusammenführen dieser parallel­ geschalteten Teilströme nach jeder Nut wird die Anzahl der zu realisierenden, niederohmigen Verbindungsstellen und der unterschiedlichen Verbindungsleiterbauformen stark verkleinert, wodurch sich die Herstellung wesentlich vereinfacht, ohne daß die einseitige Stromverdrängung eine Widerstandserhöhung verursacht. Der Anteil des Leitervolumens in den Verbindungs­ köpfen wird durch den Verzicht auf unnötig viele Isolierschichten vergrößert und damit der Leiterwiderstand vermindert. Durch die Aufteilung und das Zusammenführen eines Leiter­ stranges an den Übergängen von Nutstäben zu Verbindungsleitern kann auf Schleifen verzichtet werden. Dafür wird die Maschine vorzugsweise hochpolig ausgelegt, um eine ausreichende Höhe der induzierten Gegenspannung zu gewährleisten.

Die einseitige Stromverdrängung wirkt in stromdurchflossenen Leitern innerhalb des weichma­ gnetischen Körpers senkrecht zur Nutöffnungsebene. Daher erfolgt die Aufteilung des Stromes eines Verbindungsleiters in mehrere parallelgeschaltete Stromleiter im weichmagnetischen Körper am effektivsten durch Isolierschichten, die sich parallel zur Nutöffnungsfläche über die gesamte tangentiale Leiterbreite erstrecken. Wesentlich für die Bauform der aus Leiterelemen­ ten am weichmagnetischen Körper zusammenmontierten Leiterstränge ist, daß ihr Querschnitt zur Vermeidung der Stromverdrängung in den Teilbereichen, die später im weichmagnetischen Körper liegen, Isolierschichten aufweist.

Die Aufteilung des Stromes eines Leiterstranges kann zwar direkt an den Verbindungsstellen erfolgen, die Herstellung von niederohmigen Übergängen wird jedoch erleichtert, wenn die Verbindungsstellen möglichst frei von Verunreinigungen sind. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Isolierschichten, welche die Stromleiter im weichmagnetischen Körper trennen, bereits in den Teilbereichen der Stromleiter enden, die zwischen den Stirnflächen des weichmagnetischen Körpers und der Kontaktfläche mit dem Verbindungsleiter liegen. Durch flächig aneinander­ liegende Stromleiter wird eine hohe Raumausnutzung und gute Wärmeableitung gewährleistet. Im Bereich ohne Isolierschichten ist ein elektrisch leitender Übergang gewünscht und die Ver­ meidung von Hohlräumen erleichtert die Herstellung niederohmiger Übergänge an den Ver­ bindungsstellen z. B. durch Diffusions- oder Laserschweißen.

Werden parallelgeschaltete Stromleiter einer Nut als Paket zusammengefügt und in ihren Enden elektrisch leitend miteinander verbunden, so können sie als ein Nutstab angesehen werden. Alternativ ist ein derartiger Nutstab auch einstückig herstellbar, wobei die charakteristischen Isolierschichten nachträglich seitlich im mittleren Teilbereich, der später im weichmagnetischen Körper liegt, eingebracht werden. Durch die einstückige Herstellung des Nutstabes werden mögliche Verunreinigungen in den Nutstabenden und das mit Toleranzen verbundene Zu­ sammenfügen vermieden. Ein Nutstab, der an seinen Enden vollständig aus Leitermaterial besteht, weist eine hohe Eigenstabilität und geringe ohmsche Verluste auf. In der Beschreibung wird abkürzend oft nur die Bezeichnung Nutstab verwendet. Der Begriff Nutstab umfaßt hierbei jedoch stets auch Stromleiterpakete, die auf ihrer gesamten Länge elektrisch getrennt sind, da es sich funktional um die gleiche Anordnung handelt, wenn die gewünschte nieder­ ohmige Verbindung (Kurzschluß) der Stromleiter durch den Kontakt zu einem gemeinsamen Verbindungsleiter entsteht.

Wenn jeder zweite Verbindungsleiter eines schleifenlosen Leiterstranges mit den beiden Nut­ stäben, mit denen er einen elektrisch leitfähigen Kontakt aufweist, schon vor dem Einsetzen in den weichmagnetischen Körper zu einer Einheit verbunden wird, vereinfacht sich die Montage des Leiteraufbaus wesentlich. Vorteilhaft ist hierbei die einstückige Herstellung derartiger Ein­ heiten, die niedrige Innenwiderstände für diese Teilstrecken des Leiterstranges garantiert. Mit vorgefertigten Einheiten wird die Anzahl der beim eigentlichen Montageprozeß am weichma­ gnetischen Körper zu realisierenden Verbindungsstellen auf die Nutstabanzahl halbiert.

Die axiale Vergrößerung des Leiterquerschnitts der auf Nuthöhe liegenden Enden der Ver­ bindungsleiter trägt zur besseren Raumausnutzung in den Verbindungsköpfen bei. Zusätzlich wird die Kontaktfläche zwischen Verbindungsleitern und Nutstäben vergrößert und damit eine 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 Nutquer­ schnitt in den Stirnseiten des weichmagnetischen Körpers aufweisen. Auf Höhe der Nuten ist die axiale Ausdehnung der Verbindungsleiterenden nur durch die Verbindungsleiterenden begrenzt, die mit den Stromleitern der benachbarten Nut verbunden sind.

Beim Zusammenfügen der Nutstäbe mit den Verbindungsleitern, z. B. durch lokales aufschmel­ zen der Verbindungsstellen mit einem gepulsten Leser, entstehen tangential vergrößerte Leiterquerschnitte, da die u-förmigen bzw. o-förmigen Verbindungsleiter die von ihnen kon­ taktierten Nutstabenden von drei bzw. vier Seiten umschließen. In den Verbindungsköpfen nutzen die Verbindungsleiter hierbei den Raum aus, der im weichmagnetischen Körper von den Zähnen eingenommen wird. Damit ein Verbindungsleiter jeweils links und rechts des Nutstabs die volle Zahnfläche einnehmen kann, sind die Leiterquerschnittsvergrößerungen benachbarter Nuten in verschiedenen Abständen zur Stirnseite des weichmagnetischen Körpers angeordnet. Die versetzte Anordnung ermöglicht die vollständige Ausnutzung der Zahnflächen für die Vergrößerung des Leiterquerschnitts und vergrößert dabei auch die Leiterquerschnittsfläche an den Übergangsstellen von den verbreiterten Verbindungsleiterenden zum Steg der Verbindungs­ leiter. Neben der Erhöhung der Leitfähigkeit verbessert die Vergrößerung des Leiterquer­ schnittes auch die Raumausnutzung und trägt zur Eigenstabilität des Leiteraufbaus bei.

Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung ist, neben der Vermeidung unnötiger Isolierschich­ ten, die axiale Verbreiterung der auf Nuthöhe liegenden Enden der Verbindungsleiter, wobei die Leiterquerschnittsvergrößerungen von Leitersträngen benachbarter Nuten axial teilweise flächig aneinanderliegen, und ihre axiale Länge zusammen gerade die gesamte Breite eines Verbindungskopfes ergibt. Gilt dies für alle benachbarten Nuten so ergibt sich innerhalb der beiden Verbindungsköpfe jeweils eine alternierende Anordnung von Leiterquerschnittsver­ größerungen, wodurch die beiden Verbindungsköpfe jeweils in zwei Hälften mit unterschied­ lichem 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. Die Aufteilung der Verbindungsköpfe in zwei Hälften funktioniert nur für eine geradzahlige Anzahl von Nuten pro Polteilung (N_p), weshalb vorzugsweise N_p = 4 oder 6 gewählt wird. Die Bildung von zwei Verbindungskopfhälften erfolgt bei einer (0,5·N_p)­ fachen axialen Verbreiterung der Verbindungsleiterenden zwangsläufig, wenn jeder Nutstab mit einem Ende zu einer inneren Verbindungskopfhälfte und mit dem anderen Ende zu einer äußeren Verbindungskopfhälfte beiträgt. Der Montageprozeß wird erleichtert und die Anord­ nung nutzt Symmetrien aus, wodurch z. B. bei einem Nutstab pro Nut und vier Nuten pro Polteilung im günstigsten Fall nur ein Verbindungsleitertyp benötigt wird. Alle Leiterstränge können gleiche Längen und Querschnitte aufweisen. Bestehen die inneren Hälften aus Einheiten so liegen alle bei der Montage zu realisierenden Verbindungsstellen nun in den äußeren Verbin­ dungshälften und sind somit für Messungen und Nachbesserungen zugänglich. Insbesondere können mangelhafte Verbindungsstellen lokalisiert und ihre Leitfähigkeit - z. B. durch noch­ maliges Aufschmelzen oder Aufbringen von zusätzlichem Leitermaterial - verbessert werden.

Die verbesserten Kontrollmöglichkeiten während des Herstellungsprozesses verringern die Aus­ schußproduktion. Selbst wenn Fehler erst nach längerer Betriebszeit an den Verbindungsstellen auftreten, sind sie bei Maschinen mit halbierten Verbindungsköpfen noch zu beheben.

Neben der Verringerung des Herstellungsaufwandes durch eine geringe Anzahl einzusetzender Leiterelemente und Leiterelementtypen, sowie der Vollautomatisierbarkeit aller Arbeitsschritte und der Möglichkeit zwischendurch und am Ende einfach Qualitätskontrollen und Nachbesse­ rungen vornehmen zu können, soll die erfindungsgemäße elektrische Maschine auch hohe Leistungsdichten und Wirkungsgrade aufweisen. Die hierzu notwendige vollständige Raumaus­ nutzung wird erreicht, indem in einer inneren Verbindungskopfhälfte auf Höhe der Nuten die tangentiale Ausdehnung des Leiterquerschnitts an den Nutstabenden der Summe aus Nutbreite und zweifacher Zahnbreite entspricht. Die Leiterstränge zweier benachbarter Nuten füllen in einer inneren Verbindungskopfhälfte hierdurch einen zwei Nutteilungen entsprechenden Raum in Nuthöhe vollständig aus. Hierbei behält ein Leiterstrang seinen Querschnitt aus dem weichmagnetischen Körper - also den Nutquerschnitt - bei, während der zur zweiten Nut gehörende Leiterstrang durch seine Querschnittsvergrößerung den restlichen Raum ausfüllt.

In den äußeren Verbindungskopfhälften können die Verbreiterungen um eine Nutbreite größer ausfallen, da die Nutstäbe der benachbarten Nuten bereits in den inneren Verbindungskopfhälf­ ten enden, und somit Verbreiterungen von Leitersträngen der übernächsten Nuten tangential flächig aneinanderliegen. Die Breite der äußeren Verbindungskopfhälften könnte daher auch etwas kleiner gewählt werden als die der inneren Hälften. Alle Verbreiterungen der äußeren Verbindungskopfhälften entsprechen in ihrer tangentialen Ausdehnung in etwa der Summe aus zweifacher Nutbreite und zweifacher Zahnbreite. D.h. eine Verbreiterung nimmt in Nuthöhe den Raum ein, der zwei Nutteilungen entspricht. Auch hierdurch wird der Raum in Nuthöhe, diesmal in den äußeren Verbindungskopfhälften, vollständig genutzt.

Da die Leiterstränge erst direkt am weichmagnetischen Körper aus vorgefertigten Leiter­ elementen zusammengefügt werden, entfällt bei der Konzeption der Verbindungsköpfe die Einschränkung durch zu berücksichtigende Biegeradien. Die beiden innersten Stegschichten eines Leiteraufbaus liegen direkt flächig an den Stirnflächen des weichmagnetischen Körpers, wodurch sich kurze Leiterlängen und damit geringe ohmsche Verluste ergeben. Durch die großen, rechteckförmigen Verbindungsleiterquerschnitte und das flächige Aneinanderfügen von Leitersträngen, ist ein sehr stabiler Aufbau der Verbindungsköpfe, ja des gesamten Leiter­ aufbaus gegeben. Deshalb kann auf zusätzliche Stabilisierungsmaßnahmen wie Eingießen in Harz, Bandagieren oder Klebetechniken in den meisten Anwendungsfällen verzichtet werden. Hierdurch werden nicht nur oft komplizierte Arbeitsschritte (z. B. Bandagieren) und damit Fertigungskosten gespart, sondern auch zusätzlich Raum zur Stromleitung gewonnen. Neben der erhöhten mechanischen Stabilität wird durch die Verringerung des thermischen Wider­ standes zusätzlich die Ableitung der Verlustwärme aus den Verbindungsköpfen über den weich­ magnetischen Körper oder direkt zu einem anliegenden Kühlkörper verbessert. Vorteilhafte Ausführungsformen zeichnen sich daher zur Verbesserung der Stabilität und der Wärme­ abführung durch flächig aneinanderliegende Leiterstränge aus, die unter Vermeidung von Hohlräumen nur durch dünne Klebe- und/oder Isolierschichten voneinander getrennt sind.

Hohe Wirkungsgrade setzen unter anderem niedrige Übergangswiderstände in den Verbindun­ gen zwischen den Enden der in Reihe geschalteten Verbindungsleiter und Nutstabe voraus. Die Kontaktflächen werden deshalb möglichst ohne störende Verunreinigungen auf den Oberflächen aufeinander gepreßt. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, daß die Nutstabenden, die in die äußeren Verbindungskopfhälften hineinragen, einen sich zum Ende hin konisch verjüngenden Querschnitt aufweisen. Hierbei sind natürlich auch die Enden der Einheiten gemeint, denn selbst bei einstückig hergestellten Einheiten, können deren Teilbereiche verbal weiterhin als Nutstäbe und Verbindungsleiter bezeichnet werden. Bei der Beschreibung der Verbindungsleiter werden die verbreiterten Enden und das mittlere Teilstück als Steg ebenfalls sprachlich aufgeteilt, obwohl es sich stets um einstückige Leiterelemente handelt.

Ergänzend oder alternativ zu den Nutstabenden, ist es ebenfalls sinnvoll die Aussparungen der Verbindungsleiter entsprechend konisch auszugestalten. Beim Aufpressen der äußeren Ver­ bindungsleiter erfolgt nun eine geringfügige Verformung der isolierschichtfreien Enden, woraus ein paßgenaues Anliegen der Kontaktflächen trotz unvermeidlicher Fertigungstoleranzen resul­ tiert. Erfolgt das Aufpressen unter erhöhten Temperaturen wird durch die konische Ausge­ staltung der Kontaktflächen ein Diffusionsschweißprozeß ermöglicht. Das Isolierschichtmaterial muß entsprechend temperaturstabil sein, damit auch solch hohe Temperaturen zulässig sind, bei denen sich die beim Aufpressen verzerrte Gitterstruktur wieder entspannen kann, und somit der für das Leitermaterial beste Leitwert auch in diesen Teilstrecken des Leiterstranges nahezu erreicht wird.

In der einfachsten Bauform der Erfindung befindet sich in einer Nut nur ein Nutstab. Hieraus ergibt sich ein Leiteraufbau mit einer sehr geringen Anzahl von Leiterelementen und Leiter­ elementtypen. Durch die Verwendung von Einheiten ergeben sich gerade so viele Leiterelemen­ te wie Nuten. Die Anzahl der unterschiedlichen Leiterelementtypen ist von der Anzahl der Nuten pro Polteilung abhängig. Maschinen mit einem Nutstab pro Nut versprechen eine kostengünstige Fertigung durch Minimierung der unterschiedlichen Bauteile und der Ver­ bindungsstellenanzahl. Sie sind daher besonders dann vorteilhaft, wenn niedrige Herstellungs­ kosten gewünscht werden.

Durch zwei Nutstäbe pro Nut können auch die Bereiche der Verbindungsköpfe, die nicht auf Nuthöhe liegen (die Stegbereiche), vollständig und gleichmäßig zur Stromleitung genutzt werden. Diese Ausführungsform der Erfindung wird unabhängig davon, ob die Leiterstränge nur innerhalb einer Lage angeordnet sind oder zwischen den beiden Legen alternieren, als zweilagige Ausführungsform bezeichnet. Um in den Verbindungsköpfen den Raum auf Höhe der Stege voll ausnutzen zu können, müssen die Ströme der beiden Legen, die in den Nuten natürlich gleichgerichtet sind, in den beiden Verbindungsköpfen jeweils in entgegengesetzte Richtungen fließen. Bei nur einem Stromkreis pro Phase durchfließt der Strom, alternierend zwischen den beiden Verbindungsköpfen, den ganzen Umfang der Maschine, ändert nun seinen Umlaufsinn und durchströmt alle bereits zuvor von ihm benutzen Nuten ein zweites Mal. Zu- und Ableitung erfolgen in etwa nebeneinander. Anstatt seine Flußrichtung zu ändern kann der Strom die Maschine auch bereits nach dem ersten Umlauf verlassen. Die zweite Leiterschicht wird dann als separater Motorstromkreis angesteuert. Gegenüber der einlagigen Ausführungs­ form verdoppelt sich somit entweder die Anzahl der Motorstromkreise oder die Anzahl der in Reihe geschalteten Nutstäbe bzw. die induzierte Spannung. Bei der zweilagigen Ausführungs­ form entspricht die Anzahl der zu realisierenden Verbindungsstellen der doppelten Nutzahl im weichmagnetischen Körper. Durch die Ausnutzung des gesamten Raumes in den Verbindungs­ köpfen zur Stromleitung ergeben sich höhere Leistungsdichten bzw. geringere ohmsche Verluste, wodurch bei vorgegebener Leistung die Maschine kleiner und leichter oder mit höherem Wirkungsgrad ausgelegt werden kann.

Wenn Verbindungsleiter in der zweilagigen Ausführungsform immer Nutstäbe mit unterschied­ lichem Abstand zur Nutöffnungsfläche miteinander verbinden gewährleistet dies - insbesondere wenn die beiden Leiterstränge einer Phase separate Stromkreise bilden - gleiche Leiterlängen und Innenwiderstände. Der Strom durchfließt dann in aufeinanderfolgenden Nuten immer abwechselnd die obere und die untere Nutstablage. Hierdurch ergeben sich zwar für alle Verbindungsleitertypen der äußeren Verbindungskopfhälfte gleiche Profile, durch die unter­ schiedlich ausgestalteten Enden entfällt jedoch die Spiegelsymmetrie, so daß jede Stegschicht der inneren und äußeren Verbindungsköpfe voneinander unterschiedliche Verbindungsleitertypen benötigt. Bei einer Reihenschaltung der versetzten Leitersträngen können auch Nutstäbe mit gleichem Abstand von der Nutöffnungsebene verbunden werden und die 180°-Symmetrie gilt dann auch für die zweilagige Ausführungsform.

In der zweilagigen Ausführungsform verteilen sich die Verbindungsleiter vollkommen gleich­ mäßig in den beiden Verbindungsköpfen, wodurch innerhalb der Verbindungsköpfe der Strombelag auf Höhe der Stege über den gesamten Umfang konstant ist. Dagegen würde in einer konventionellen Schleifenwicklung, die den zweilagigen Aufbau durch jeweils eine Schleife pro Polpaar realisiert, eine ungleichmäßige Leiterverteilung zumindest in einem Verbindungskopf auftreten. Eine vollständige und gleichmäßige Ausnutzung des Verbindungs­ kopfraumes für eine niedrige Stromdichte ist bei kurzen Leiterlängen daher mit einer Schleifen­ wicklung im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Leiteraufbau nicht möglich. Durch den symmetrischen Aufbau wird die den weichmagnetischen Körper durchfließende Stromdichte im gesamten Raum vor den Stirnflächen gleichmäßig verteilt, wodurch sich trotz kompakter Bauweise ein sehr niedriger Innenwiderstand einstellt. Für die Steigerung des Wirkungsgrades oder der Leistungsdichte werden nicht nur möglichst wenig sondern auch möglichst dünne Klebe- und/oder Isolierschichten eingesetzt. Hohe Kraftdichten bei geringen Verlusten werden mit der zweilagigen Ausführungsform und o-förmigen Verbindungsleitern in ringförmigen, permanenterregten Maschinen erreicht.

Bei einer auf geringe Herstellungskosten ausgelegten Ausführungsform für hohe Drehzahlen entspricht die Anzahl der Nuten pro Polteilung (N_p) einem Vielfachen der Phasenanzahl. Benachbarte Nuten gehören dabei zur gleichen Phase. Dies wird erreicht indem die Ableitung eines Leiterstranges direkt mit der Zuleitung eines benachbarten Leiterstranges verbunden wird. Verzichtet man auf die vollständige Raumausnutzung in den äußeren Verbindungskopfhälften und läßt, wie in den inneren Verbindungskopfhälften zwischen den Verbreiterungen eine Nutbreite Abstand, so wird bei N_p = 4 und zwei Phasen nur eine Verbindungsleitertyp benö­ tigt. Der wesentliche Vorteil dieser Verschaltung liegt darin, daß für die gewünschten hohen Ansteuerspannungen die Anzahl der in reihegeschalteten Nutstäbe erhöht wird, ohne daß die Anzahl der Polteilungen und damit die mit der Kommutierungsfrequenz ansteigenden Umma­ gnetisierungs- und Schaltverlusten erhöht werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit durch Umschalten der beiden Verbindungen 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 Reluktanzma­ schinen eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch der Einsatz von leistungsstarken Dauermagnetwerkstoffen, da sich durch ein starkes Erregerfeld auch bei niedrigen Drehzahlen hohe Induktionsspannungen ergeben. Wegen der Abhängigkeit der Leiterlänge von der Nuttiefe empfiehlt sich für hohe Kraft- und Leistungsdichten eine hohlzylindrische Bauform, weshalb sich vorteilhafte Ausführungsformen insbesondere als Antrieb für Brunnentauchpumpen, Rohrturbinen, Lüfter oder für Elektroflugzeuge eignen.

Bei der Herstellung der Maschine können sowohl das Gehäuse, das z. B. als Aluminiumgußteil 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, wobei eine hohe Material­ ausnutzung und geringe Innenwiderstände auch in den Verbindungsstellen angestrebt wird.

Die Verbindungsleiter werden als Profil - ohne die vollständigen Aussparungen für die Nut­ stabenden - stranggepreßt, in Teile, deren Länge etwa der Breite der entsprechenden Ver­ bindungskopfhälfte 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 zwei Stege, aller in der Vorrichtung fixierten Leiterelemente auf die gewünschte Stegbreite abgespannt. Handelt es sich um Ver­ bindungsleiter, 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 unter­ schiedliche Maße abgespannt. Das abgespannte Material kann recycelt werden.

Bei Maschinen mit ungerader Phasenanzahl bzw. ohne halbierte Verbindungsköpfe entfällt in Ausführungsformen ohne vollständige Raumausnutzung das Abspannen der Stege. Die Ver­ bindungsleiterprofile werden nur ihrer jeweils berechneten axialen Breite entsprechend ge­ scheibt. Alle Verbindungsleiter haben nun - bis auf die Aussparungen - ihre endgültigen Außenabmessungen und werden abschließend mit einer temperaturstabilen und mechanisch belastbaren Isolationsschicht überzogen. Bei Verbindungsleitern aus Aluminium kann dies durch einen gesteuerten Oxidationsprozeß erfolgen.

Die Stromleiter oder Nutstäbe können als Strang gepreßt, aus Blech gestanzt und kalt oder warm verformt werden. Die Stromleiter werden zu Nutstäben zusammengefügt und an den isolierschichtfreien Enden zusammengepreßt bzw. verschmolzen. Einstückig hergestellte Nutstäbe werden im mittleren Bereich z. B. mit einem Leser von der Seite durchgängig aufgeschnitten und die Schlitze mit Isoliermaterial gefüllt.

In einem materialsparendem Herstellungsverfahren, das insbesondere die gewünschten bogenförmigen Isolierschichten liefert, werden Leiterbleche auf einen zylindrischen Körper, dessen Außenradius dem Radius der Nutöffnungsfläche oder des Nutbodens entspricht, schicht­ weise aufgerollt, wobei die Isolierschichten entweder direkt auf die Bleche aufgebracht oder jeweils als separate Folie schichtweise mit aufgerollt werden.

An das hierdurch entstandene 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 Leserschneiden 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 1,5-fachen 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. Die Fertigungstoleranzen, die Isolationsfestigkeit und die Leitfähigkeit der Einheiten bzw. äußeren Verbindungsleitern ist kontrollierbar, so daß nur fehlerfreie Bauteile von der Seite in den weichmagnetischen Körper eingeschoben bzw. auf die Nutstabenden gepreßt werden.

Die Einheiten der beiden inneren Verbindungskopfhälften werden bei der Montage der Leiter­ stränge zuerst nur so weit in den weichmagnetischen Körper eingeschoben, daß die Nutstab­ enden vollständig innerhalb des weichmagnetischen Körpers liegen. Die Verbindungsleiter der Einheiten bilden nun schon kompakte, scheibenförmige Pakete, jedoch noch mit einem der Verbindungskopfbreite entsprechenden Abstand vor der jeweiligen Stirnfläche des weichmag­ netischen Körpers. Nun werden die beiden inneren Verbindungskopfhälften gleichzeitig in den weichmagnetischen Körper eingeschoben, wodurch die Nutstabenden nicht direkt beim Aus­ treten 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 diesen Abstand können kleine Versetzungen zwischen den Nutstäben und Aussparungen aufgrund der Ferti­ gungstoleranzen 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 ins­ besondere bei symmetrischen Verbindungsköpfen alle Einheiten zu einem vollständigen Ver­ bindungskopf zusammengefügt werden, der dann axial in den weichmagnetischen Körper einge­ schoben wird. Wegen der kleineren Aufschmelzonen werden bei unsymmetrischen Verbindungs­ köpfen jedoch vorzugsweise die inneren Stegschichten als Einheiten ausgeführt.

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 spielfrei 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.

In zweilagigen Ausführungsformen ergeben alle Verbindungsleiter einer Stegschicht zu­ sammengefügt ebenfalls ein selbsttragendes Paket, da alle benachbarten Verbindungsleiter tangential flächig aneinander anliegen und dabei nur durch dünne Isolierschichten voneinander getrennt sind. Um einen möglichst großen Leitermaterialanteil am Volumen des Verbindungs­ kopfes zu erreichen, sollten die verwendeten Isolier- und Klebewerkstoffe 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 Leser noch lokal so stark erwärmt, daß die beiden Leiterelemente an 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 Leser, 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 Verbindungsstelle genau lokalisierbar. Bei zu hohen Widerstandswerten ist ein Nachbessern durch wiederholtes, gezieltes Aufschmelzen und/oder zusätzliches lokales Aufbringen von Leitermaterial (z. B. Kupfer- oder Silberschicht) möglich. Zur Isolationsprüfung wird der Widerstand zwischen den Leitersträngen unterschiedlicher Phasen 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.

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 Verbindungsstellen 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. 1a Drei Stromleiter beim Zusammensetzen zu einem Stromleiterpaket;

Fig. 1b Einstückiger Nutstab mit Isolierschichten;

Fig. 2 Perspektivische Ansicht von sechs Verbindungsleiterbauformen;

Fig. 3 Perspektivische Ansicht zwei Einheiten;

Fig. 4 Einlagiger Leiterverlauf und Motorquerschnitten einer Asynchronmaschine und einer permanenterregten Maschine;

Fig. 5 Zweilagiger Leiterverlauf und Motorquerschnitten einer Asynchronmaschine und einer permanenterregten Maschine;

Fig. 6 Seitenansichten aller acht Verbindungsleiterschichten aus einer vierphasigen, einlagigen Maschine mit u-förmigen Verbindungsleiter;

Fig. 7 Seitenansichten aller acht Verbindungsleiterschichten aus einer vierphasigen zweilagigen Maschine mit o-förmigen Verbindungsleiter;

Fig. 8 Perspektivischer Ausschnitt aus einem Verbindungskopf einer vierphasigen, einlagigen Maschine mit u-förmigen Verbindungsleitern;

Fig. 9 Perspektivischer Ausschnitt aus einem Verbindungskopf einer vierphasigen, zweilagigen Maschine mit o-förmigen Verbindungsleitern;

Fig. 10 Perspektivischer Ausschnitt aus einem Verbindungskopf einer dreiphasigen, einlagigen Maschine mit u-förmigen Verbindungsleitern;

Fig. 11 Perspektivischer Ausschnitt aus einem Verbindungskopf einer dreiphasigen, zweilagigen Maschine mit o-förmigen Verbindungsleitern;

Fig. 1a zeigt ein Stromleiterpaket bestehend aus drei plattenförmigen Stromleitern 1 mit rechteckförmigem Querschnitt, die durch zwei Isolierschichten 2 im mittleren Bereich par­ allelgeschaltet sind. In den beiden Enden liegen die Stromleiter nach dem flächigen Aufein­ andergefügen unisoliert aufeinander. Durch das Verschweißen der Leiterenden würde aus dem Stromleiterpaket ein Nutstab entstehen. Diese Verschmelzung erfolgt spätestens beim Realisie­ ren der Verbindung mit einem gemeinsamen Verbindungsleiter. Der Grundgedanke, den Leiterstrang wegen der einseitigen Stromverdrängung im weichmagnetischen Körper durch Isolierschichten in mehrere voneinander getrennte Strompfade aufzuteilen und im Verbindungs­ kopf jeweils wieder zu einem Leiter zusammenzufassen wird deutlich, da die Isolierschichten nur im mittleren Bereich die Stromleiter 1 elektrisch trennen. Auch wenn alternativ die Isolier­ schichten der Nutstablänge entsprechen, die Parallelschaltung der getrennten Leiterstücke aber durch einen gemeinsamen Verbindungsleiter im Verbindungskopf erfolgt, ändert dies nichts am Prinzip den Leiterstrang vor dem Eintreten in eine Nut in mehrere parallelgeschaltete Stromlei­ ter aufzuteilen und ihn beim Austreten aus einer Nut jeweils wieder zu einem Verbindungsleiter zusammenzufassen.

Fig. 1b zeigt den prinzipellen Aufbau eines einstückigen Nutstabes 3 mit integrierten Isolier­ schichten 2, wobei eine Ausführungsform mit einfach herstellbarem rechteckförmigem Quer­ schnitt gewählt wurde. Es ist nicht ersichtlich ob die Isolierschichten nachträglich in einen stranggepreßten Nutstab eingearbeitet, das Leitermaterial aus der Schmelze um die temparatur­ stabileren Isolierschichten herumgegossen oder ein Stromleiterpaket verschmolzen wurde. Wesentlich für den erfindungsgemäßen Nutstabtyp sind die Isolierschichten 2, die nur im mittleren Abschnitt den Nutstab in seiner ganzen Breite in mehrere, übereinander liegende Strompfade aufteilen. Ein Nutstab wird nur von einem Strom durchflossen und kann beliebige - z. B. auch trapez- oder tropfenförmige - Querschnitte aufweisen.

In Fig. 2 sind typische Verbindungsleiterbauformen dargestellt.

Fig. 2a zeigt einen u-förmiger Verbindungsleiter aus einer äußersten Stegschicht einer vier­ phasigen Maschine mit einlagigem Leiteraufbau und halbierten Verbindungsköpfen. Durch seine symmetrischen Enden 4 ist der Verbindundungsleiter baugleich mit den Verbindungsleiter der inneren Stegschicht der gleichen Verbindungskopfhälfte. Die axiale Breite des Verbin­ dungsleiters weist in Nuthöhe die doppelte Stegbreite auf. Mit seinen verbreiterten Enden 4 nutzt der Verbindungsleiter in den Verbindungsköpfen den Raum aus, der im weichmagne­ tischen Körper von den Zähnen eingenommen wird. Durch die Verbindung mit dem Nut­ stabende vergrößert sich die tangentiale Ausdehnung des Leiterquerschnitts in Nuthöhe auf die Breite zweier Nutteilungen. Insgesamt beträgt die tangentiale Verbindungsleiterlänge sechs Nutteilungen. Der Steg 5 des Verbindungsleiters verläuft unterhalb der Nutstabenden. Daraus ist zu erkennen, daß der dargestellt u-förmige Verbindungsleiter zu einem Leiteraufbau gehört, der radial innerhalb der Nutöffnungsfläche liegt.

Fig. 2b zeigt einen o-förmigen Verbindungsleiter, der zur innersten Stegschicht einer inneren Verbindungskopfhälfte aus einem vierphasigen Leiteraufbau gehört, weshalb die Verbreiterung 6 auf die doppelte Stegbreite nur auf eine Seite erfolgt. Die Verbreiterungen an den Seiten der Aussparungen 7 für die Nutstabenden erhöhen die Kontaktfläche und nutzen die volle Zahn­ breite aus. Aus der Form eines o-förmigen Verbindungsleiters ist dagegen nicht ersichtlich ob der Leiteraufbau innerhalb oder außerhalb der Nutöffnungsebene liegt. In der einlagigen Ausführungsform ermöglicht das Raumangebot die unterschiedliche Ausgestaltung der beiden Verbindungsleiterenden. Hierbei nutzt das linke Verbindungsleiterende 8 Lücken in der zweitinnersten Stegschicht aus, indem die axiale Verbreiterung auf den Stegbereich ausgedehnt wird. Weisen alle Verbindungsleiter derart unterschiedlich ausgestaltete Enden auf wird in einlagigen Ausführungsformen auch im Stegbereich eine vollständige Raumausnutzung erreicht, ohne daß die Anzahl der Verbindungsleiterbauformen erhöht wird.

Fig. 2c zeigt einen u-förmigen Verbindungsleiter aus der äußersten Stegschicht eines vier­ phasigen, zweilagigen Leiteraufbaus, der radial außerhalb der Nutöffnungsfläche angeordnet ist. Der dargestellte Verbindungsleiter verbindet Nutstäbe mit unterschiedlichem Abstand zur Nutöffnungsebene und weist daher keine spiegelsymmetrischen Enden 9 auf. Die unsymmetrischen Enden erlauben es in tangentialer Richtung Verbindungsleiter gleicher Bauform flächig anein­ ander zu reihen. Durch die konische Ausgestaltung der Aussparungen 7 in den Enden der Verbindungsleiter, können die Nutstabenden auch in der zweilagigen Ausführungsform von allen vier Seiten vom Verbindungsleiter umschlossen werden. Die Aussparungen in den Verbin­ dungsleiterenden nehmen dann die Form eines Fensters an. Beim Aufpressen können die Nut­ stabenden zusätzlich etwas in eine zum Verschweißen günstige Richtung verbogen werden.

Fig. 2d zeigt einen o-förmigen Verbindungsleiter aus der äußersten Stegschicht eines vier­ phasigen, zweilagigen Leiteraufbaus, der ebenfalls Nutstäbe mit unterschiedlichem Abstand zur Nutöffnungsebene verbindet. Die Aussparung 7 für die sich zum Ende hin konisch verjüngen­ den Nutstabenden ist durch eine schraffierte Fläche angedeutet. Die tangentiale Länge des Verbindungsleiters entspricht fünf Nutteilungen minus einer Zahnbreite.

Fig. 2e zeigt einen o-förmiger Verbindungsleiter in der einlagigen Ausführungsform mit konisch ausgestalteten Enden. Die Verbreiterung 6 der Enden des dargestellten Verbindungs­ leiters erfolgt auf beide Seiten der Stege 5 jeweils um eine Stegbreite, womit es sich um einen Verbindungsleiter aus einer mittleren Schicht einer äußeren Verbindungskopfhälfte aus einem sechsphasigen Leiteraufbau handelt. Die tangentiale Ausdehnung des Fensters (= vier Nut­ teilungen) entspricht gerade der Hälfte der Ausdehnung des gesamten Verbindungsleiters (= acht Nutteilungen).

Fig. 3a zeigt eine Einheit 10 bestehend aus einem u-förmigen Verbindungsleiter 11 und Nut­ stäben 3 mit sich konisch verjüngenden Enden 12. Die tangentiale Leiterquerschnittsvergröße­ rung 13 an den Verbindungsstellen erfolgt um jeweils eine Zahnbreite auf beide Seiten der Nutstäbe und axial jeweils um eine Stegbreite ebenfalls in beide Richtungen, woraus ersichtlich wird, daß es sich um eine Einheit aus der zweitinnersten Stegschicht eines sechsphasigen ein­ lagigen Leiteraufbaus handelt. Der Steg 5 liegt hierbei wie der weichmagnetische Körper innerhalb der Nutöffnungsebene. Weiterhin wird deutlich wie die Leiterquerschnittsvergröße­ rungen 13 die Übergangsflächen zwischen den tangential schmalen Nutstäben 11 und den axial schmalen Stegen 5 wesentlich vergrößern, wodurch die für den Stromfluß kritischen Ver­ engungen erst gar nicht entstehen.

Fig. 3b zeigt eine Einheit 10 mit o-förmigem Verbindungsleiter 14 in der zweilagigen Aus­ führungsform, wobei Nutstäbe 3 mit unterschiedlichem Abstand zur Nutöffnungsebene mitein­ ander verbunden sind. Wegen der Anordnung der Leiterquerschnittsvergrößerungen 13 handelt es sich um ein Einheit aus der zweitinnersten Stegschicht einer vierphasigen Maschine mit halbierten Verbindungsköpfen. Die axiale Vergrößerung der Verbindungsleiterenden führt zu einer Verdoppelung der Übergangsflächen zu den Nutstäben. Das Verengungsproblem an den Übergangsstellen von den Leiterquerschnittsvergrößerungen 13 zu den Stegen 5 wird bei o­ förmigen Verbindungsleitern durch den zweiten Steg entschärft.

In Fig. 4 wird anhand von Querschnittszeichnungen der einlagige Leiteraufbau dargestellt.

Fig. 4a zeigt schematisch den schleifenlosen Leiterverlauf in einem einlagigen Leiteraufbau mit sechs Nuten pro Polteilung, wobei die sechs unterschiedlichen Leiterstränge durch separate Schraffurwinkel gekennzeichnet sind. Die sechs Schraffurarten werden auch in den nachfol­ genden Fig. 4b und 4c beibehalten. Die waagerechten Balken 15 stellen die Nutstäbe dar und die senkrechten Balken 16 die Verbindungsleiter in ihrer jeweiligen Stegschicht. Um graphi­ sche Überschneidungen zu vermeiden erscheint die Verbindung zwischen den Nutstäben und Verbindungsleitern der Leiterstränge unterbrochen und die Bereiche der Leiterquerschnittsver­ größerungen 13 sind nur anhand einer dichteren Schraffur erkennbar. Die tangentiale Aus­ dehnung der Leiterquerschnittsvergrößerungen fällt in den äußeren Verbindungskopfhälften 17 um eine Nutbreite größer aus als in den inneren Verbindungskopfhälften 18, da jeder Nutstab nur auf einer Seite bis in eine äußere Verbindungskopfhälfte hineinragt. Im weichmagnetischen Körper 19 in benachbarten Nuten verlaufende Leiterstränge besitzen ihre Leiterquerschnittsver­ größerungen auf beiden Seiten immer in unterschiedlichen Verbindungskopfhälften 17,18 und die axiale Ausdehnung der Leiterquerschnittsvergrößerungen 13 entsprechen der Hälfte der Verbindungskopfbreite. Neben den Überschneidungen, die sich durch den versetzten, schleifen­ losen Verlauf der Leiterstränge ergeben, soll Fig. 4a vor allem die Lage der in Fig. 4b und 4c gezeigten Querschnitte durch die Maschine zeigen.

Fig. 4b zeigt drei Querschnitte einer Induktionsmaschine wobei die Ausdehnung des Kurz­ schlußkäfigs 20 axial über den weichmagnetischen Rückschluß 21 hinausragt und daher nur den Einsatz von u-förmigen Verbindungsleiterbauformen 10 zuläßt. Die magnetischen Rückschlüsse weisen in Stator und Rotor die gleiche gekreuzte Schraffur auf.

Fig. 4c basiert dagegen auf einer permanenterregten Maschine deren Magnete 22 sogar eine geringfügig kleinere axiale Länge aufweisen als der weichmagnetische Rückschluß 21.

Auf die Ausweitung der Leiterquerschnittsvergrößerungen auf die Stegbereiche und damit die vollständige Raumausnutzung wird in Fig. 4 verzichtet.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 4, jedoch in der Ausführungsform eines zweilagigen, sechsphasigen Leiteraufbaus.

Die in Fig. 5a schematisch dargestellten zwölf Leiterstränge sind wiederum durch unter­ schiedliche Schraffurwinkel gekennzeichnet, wobei die Schraffuren phasengleicher Leiter­ stränge, deren Verbindungsleiter zusammen eine Stegschicht ausnutzen, senkrecht aufeinander stehen. In den Nuten verlaufen die versetzten Leiterstränge somit übereinander, wobei die analog zu Fig. 4 verlaufenden Leiterstränge eine dichter Schraffur aufweisen. Die um eine Polteilung versetzt verlaufenden Leiterstränge überschneiden sich in der radialen Projektion an den Nutstabenden. Auf eine Darstellung der Leiterquerschnittsvergrößerungen wurde daher verzichtet, so daß der Leiterverlauf überschaubar bleibt. Hierfür wird aus der Länge der die Verbindungsleiter darstellenden Balken 23 ersichtlich, ob das Verbindungsleiterende mit dem oberen oder unteren Nutstab verbunden wird, wobei jeder Verbindungsleiter Nutstäbe mit unterunterschiedlichem Abstand zur Nutöffnungsebene miteinander verbindet.

Die Maschinenquerschnitte in Fig. 5b zeigen wieder eine Asynchronmaschine mit Kurzschluß­ käfig 20 und u-förmigen Verbindungsleitern 10 und in Fig. 5c eine permanenterregte Maschine mit o-förmigem Verbindungsleiter 14, wobei der Stegraum von den zwölf Leitersträngen gleichmäßig ausgenutzt wird und auf Nuthöhe sich jeweils zwei Leiterquerschnittsvergrößerun­ gen den Raum teilen.

Fig. 6 zeigt einen vier Polteilungen umfassenden Ausschnitt aus den Stirnseitenansichten aller acht Stegschichten 24 bis 31 eines einlagigen Leiteraufbaus mit u-förmigen Verbindungsleitern 10 aus einer vierphasigen Maschine mit halbierten Verbindungsköpfen. Die vier Leiterstränge sind anhand des unterschiedlichen Schraffurwinkels zu unterscheiden. In den vier Stegschichten 24, 25 und 30, 31 der beiden äußeren Verbindungskopfhälften 32, 35 teilen sich jeweils Verbindungsleiter 10 eines Leiterstranges den Raum mit den Leiterquerschnittsvergrößerungen 13 des Leiterstranges aus der übernächsten Nut. Dagegen müssen in den vier Stegschichten 26 bis 29 der inneren beiden Verbindungskopfhälften 33, 34 zusätzlich die Nutstäbe 3 der jeweils außen liegenden Leiterstränge berücksichtigt werden.

Fig. 7 zeigt einen vier Polteilungen umfassenden Ausschnitt aus den Stirnseitenansichten aller acht Stegschichten 36 bis 43 eines zweilagigen Leiteraufbaus mit o-förmigen Verbindungs­ leitern 14 aus einer vierphasigen Maschine mit halbierten Verbindungsköpfen. Die acht Leiterstränge sind ebenfalls anhand der unterschiedlichen Schraffurwinkel zu unterschieden, wobei die um eine Polteilung versetzten Leiterstränge einer Phase unterschiedlich dicht schraf­ fiert sind. Die Verbindungsleiter verbinden Nutstäbe 3 mit unterschiedlichem Abstand zur Nutöffnungsebene miteinander, weshalb in den beiden äußeren Verbindungskopfhälften 44, 47 nun zwei unterschiedliche Verbindungsleiterbauformen benötigt werden im Gegensatz zu nur einer Bauform in Fig. 6. Die Stegschichten 36, 37 und 42, 43 der beiden inneren Verbin­ dungskopfhälften 45, 46 unterscheiden sich von den vier Stegschichten 38 bis 41 der äußeren Verbindungskopfhälften 44, 47 wiederum nur durch die hindurchlaufenden Nutstäbe.

Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt aus einem Verbindungskopf des Leiteraufbaus aus Fig. 6 in einer dreidimensionalen Darstellung beim Einschieben der Einheiten in den weichmagnetischen Körper. Zur besseren Anschauung bestehen alle vier Stegschichten 24 bis 27 aus Einheiten 10. Real werden dagegen vorzugsweise die beiden inneren Verbindungskopfhälften 33, 34 aus Ein­ heiten aufgebaut, da die äußeren Verbindungsstellen tangential um eine Nutbreite größer ausfallen und jederzeit von außen zugänglich sind. Dies ist an der nach außen gerichteten Leiterquerschnittsvergrößerung 13 der zweitäußersten Stegschicht 25 erkennbar. In der Dar­ stellung sind alle axialen Leiterquerschnittsvergrößerungen fiktiv wie eine zusätzliche axiale Schicht dargestellt. Real werden die Einheiten 10 wie in Fig. 3 gezeigt einstückig hergestellt. Nach dem axialen Zusammenschieben liegen alle vier dargestellten Stegschichten flächig aufeinander.

Fig. 9 zeigt einen jeweils vier Einheiten 10 pro Stegschicht umfassenden Ausschnitt aus dem Leiteraufbau von Fig. 7 in einer dreidimensionalen Darstellung. Die Stegschichten 36 bis 39 weisen - damit die Bauformen sichtbar sind - wiederum einen ausreichenden Abstand zuein­ ander auf und die um eine Polteilung versetzten Leiterstränge unterscheiden sich durch unter­ schiedliche dichte Schraffuren. Die Anordnung kann als Momentaufnahme beim Einschieben in den weichmagnetischen Körper betrachtet werden.

Ähnlich wie in Fig. 8 und 9 sind in Fig. 10 und 11 Ausschnitte aus Verbindungsköpfen dreidimensional dargestellt, wobei es sich allerdings um dreiphasige Maschinen ohne halbierte Verbindungsköpfe handelt. Daher erfolgen die Leiterquerschnittsvergrößerungen nur tangential und radial und die Stegbreite wird zur Kompensation der unterschiedlichen Innenwiderstände stärker variiert. Der Hohlraum 51 der zwischen den beiden durchlaufenden Nutstäben in der inneren Stegschicht 50 besteht, kann - wenn der Fertigungsaufwand nicht zu hoch ist - durch eine axiale Ausdehnung der mittleren Stegschicht 49 zur Stromleitung genutzt werden. Die überschneidungsfreien äußeren Stegschichten 48 decken in den dargestellten Ausführungs­ formen die gesamte Außenfläche ab. Alternativ können die beiden äußeren Stegschichten jedoch auch wie bei halbierten Verbindungsköpfen Fenster aufweisen in denen die axialen Leiterquerschnittsvergrößerungen der zweitäußersten Stegschichten bis nach außen reichen. Wenn dann die inneren Stegschichten aus Einheiten aufgebaut werden, sind alle bei der Montage zu realisierenden Verbindungsstellen von außen zugänglich.

Fig. 10 und 11 zeigen, daß auch bei ungerader Nutzahl pro Polteilung - bzw. ohne halbierte Verbindungsköpfe - mit wenigen unterschiedlichen Leiterbauformen eine hohe Raumausnutzung und ein selbsttragender Leiteraufbau erreicht wird.

In einer einlagigen Ausführungsform mit sechs Nuten pro Polteilung sind die Verbindungs­ leiter, deren Stege den zweit- und fünftgrößten Abstand zur Stirnfläche des weichmagnetischen Körpers haben baugleich. Durch die Spiegelsymmetrie der beiden Verbindungsleiterenden zueinander sind die übrigen vier Verbindungsleiter ebenfalls baugleich. Die Verbindungsleiter der dritten und sechsten Stegschicht ergeben sich einfach durch eine 180°-Drehung der ersten und vierten Stegschicht. Die beiden Verbindungskopfhälften auf einer Seite des weichmagneti­ schen Körpers können also baugleich sein.

Werden die inneren Verbindungsleiter mit den beiden durch sie verbundenen Nutstäbe als eine Einheit hergestellt, so unterscheiden sich alle drei Stegschichten der inneren Verbindungs­ kopfhälften voneinander. Zusätzlich werden noch Leiterelemente benötigt, welche die Stromzu- und -abführung ermöglichen. Diese in der Bauform in etwa einem halbierten Verbindungsleiter entsprechenden Leiterelemente sollten vorzugsweise in den äußeren Verbindungskopfhälften eingesetzt werden. Insgesamt besteht für ein einlagiger Leiteraufbau mit sechs Nuten pro Polteilung, der auf Nuthöhe den Verbindungskopfraum voll ausnutzt, also aus drei unter­ schiedlichen Einheitenbauformen (E), zwei unterschiedlichen Verbindungsleiterbauformen (V) und zwei Anschlußleiterbauformen (A).

Ein Leiteraufbau mit vier Nuten pro Polteilung benötigt hingegen nur vier unterschiedliche Leiterbauelemente (2 E, 1 V und 1 A) und für zwei Nuten pro Polteilung wären entsprechend drei unterschiedlich aufgebaute Leiterelemente nötigt (1 E, 1 V und 1 A).

Diese drei Ausführungsformen versprechen eine kostengünstige Fertigung durch Minimierung der unterschiedlichen Bauteile und der Verbindungsstellen. In zweilagigen Ausführunungsformen entfällt die Spiegelsymmetrie und die Anzahl der unterschiedlichen Leiterelemente erhöht sich auf das 1,5fache der Phasenanzahl. Dafür kann der Raum im Bereich der Verbindungsleiterstege gleichmäßiger zur Stromleitung genutzt werden. Hierdurch können ringförmige, hochpolige, permanenterregte Maschinen mit o-förmigen Verbindungsleiter bei geeigneter Dimensionierung sehr hohe Leistungs- und Kraftdichten erreichen.

Claims (33)

1. 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 Verbin­ dungskopf, in dem Verbindungsleiter Nutstäbe von Nuten unterschiedlicher Polteilung elektrisch leitend verbinden, vorgesehen ist, wobei ein Leiterstrang aus vorgefertigten Leiterelementen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiterstrang in den Teilbereichen die innerhalb des weichmagnetischen Körpers (19) liegen durch Isolierschichten (2) in min­ destens zwei gegeneinander isolierte Stromleiter (1) aufgeteilt ist, die außerhalb des weichmagnetischen Körpers jeweils kurzgeschlossen sind, und wenigstens zwei der kurzgeschlossenen Stromleiter in unterschiedlichem Abstand zur Nutöffnungsfläche an­ geordnet sind.

2. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzgeschlossenen Stromleiter (1) etwa senkrecht zur Nutöffnungsfläche übereinander liegend angeordnet sind.

3. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stromleiter (1) zu einem Nutstab (3) flächig aneinandergefügt oder zusammengeschweißt sind.

4. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstückiger Nutstab (3) durch mindestens eine Isolierschicht (2) im Bereich des weichmagnetischen Körpers (19) in die parallelgeschaltete Stromleiter (1) aufgeteilt ist.

5. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zweite Verbindungsleiter (11, 14) eines Leiterstranges jeweils mit den Stromleitern (1) oder Nutstäben (3) mit denen er leitend verbunden sind eine vorgefertigte Einheit (10) bilden.

6. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter (11, 14) in Teil­ bereichen (4), die tangential flächig an den Enden (12) der Stromleiter (1) oder Nut­ stäbe (3) anliegen eine größere Ausdehnung in Nutrichtung aufweisen als jener Bereich (5) der Verbindungsleiter, dessen Abstand zur Nutöffnungsfläche größer als die Nuttiefe ist.

7. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterquerschnitt an den mit den Verbindungsleitern zusammengefügten Enden der Stromleiter (1) oder Nutstäbe (3) gegenüber deren Leiterquerschnitt im weichmagnetischen Körper (19) radial und tangential vergrößert ist, wobei diese Leiterquerschnittsvergrößerungen (13) der Leiter­ stränge benachbarter Nuten, axial in versetzten Schichten angeordnet sind.

8. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterquerschnittsvergrößerung (13) der Stromleiter einer Nut in Nutrichtung teilweise flächig an den beiden Leiterquer­ schnittsvergrößerungen von Leitersträngen der benachbarten Nuten anliegen und zusammen in Nutrichtung die Ausdehnung des Verbindungskopfes in Nutrichtung bilden, womit der Verbindungskopf in zwei Hälften (17, 18) unterteilt ist, wobei jeder Stromleiter (1) oder Nutstab (3) mit einem Ende zur inneren Verbindungskopfhälfte (18) und mit dem anderen Ende zur äußeren Verbindungskopfhälfte (17) beiträgt.

9. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Ebene parallel zur Nutöff­ nungsfläche die Breite der Leiterquerschnittsvergrößerungen (13) in den inneren Schich­ ten oder den inneren Verbindungskopfhälften (18) etwa der Summe aus Nutbreite und zweifacher Zahnbreite entspricht.

10. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Ebene parallel zur Nutöff­ nungsfläche die Breite der Leiterquerschnittsvergrößerungen (13) in den äußeren Schichten oder den äußeren Verbindungskopfhälften (17) etwa der Summe aus zweifa­ cher Nutbreite und zweifacher Zahnbreite entspricht.

11. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiteraufbau in den Verbindungs­ köpfen (23) selbsttragend ist, wobei die Verbindungsköpfe flächig an den Stirnseiten des weichmagnetischen Körpers (19) anliegen.

12. Mehrphasige elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Stromleiter (1) oder Nutstäbe (3), die in eine äußere Verbindungskopfhälfte (17) hineinragen einen sich zum Ende (12) hin konisch verjüngenden Querschnitt aufweisen.

13. Mehrphasige elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (7) für die Enden der Stromleiter (1) oder Nutstäbe (3) in den zu einer äußeren Verbindungskopfhälfte (17) gehörenden Verbindungsleitern (11, 14) mit zunehmendem Abstand von der Stirnseite des weichmagnetischen Körpers (19) eine kleiner Querschnittsfläche aufweisen.

14. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Nut des weichmagnetischen Körpers (19) nur parallelgeschaltete Stromleitern () oder nur jeweils einem Nutstab (3) auf­ weisen.

15. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich in jeder Nut zwei Nutstäbe (3) oder Stromleiterpakete befinden, die radial übereinanderliegend angeordnet sind und die in den beiden Verbindungsköpfen (23) jeweils mit unterschiedlichen Verbindungsleitern (11,14) verbunden sind, deren Stege (5) tangential entgegengesetzt verlaufen.

16. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter immer zwei Nutstäbe (3) miteinander verbinden, die unterschiedliche Abstände zur Nutöffnungs­ fläche aufweisen.

17. Mehrphasige elektrische Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verbindungsköpfe (23) ring­ förmige Scheiben mit rechteckförmigem Querschnitt sind, deren Volumen außer Leitermaterial nur dünne Klebe- und Isolierschichten aufweist.

18. Mehrphasige elektrische Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Ableitung eines Anschluß­ elements direkt mit der Zuleitung des zu einer benachbarten Nuten gehörenden Anschluß­ segments verbunden ist.

19. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen 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 Verbindungskopf, in dem Verbindungsleiter Nutstäbe von Nuten unterschiedlicher Polteilung elektrisch leitend verbinden, vorgesehen ist, wobei ein Leiterstrang aus vorgefertigten Leiterelementen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nutstab aus mindestens zwei Strom­ leitern flächig zusammengefügt wird, wobei die Stromleiter zumindest in ihrem mittleren Teilbereich durch eine Isolierschicht auf der gesamten Nutstabbreite elektrisch getrennt werden, und der Nutstab an seinen beiden Enden jeweils mit einem isolierschichtfreien - Verbindungsleiter durch Diffusionsschweißen und/oder Leserschweißen elektrisch leitfähig verbunden wird.

20. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in den Teilbereich eines Nutstabes, der im weichmagnetischen Körper liegt, in Richtung der Nutbreite durchgängige Schlitze einge­ schnitten werden, und diese anschließend mit Isoliermaterial aufgefüllt werden.

21. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß an einem oder beiden Nutstabenden Aluminium aus der Schmelze oder durch Reibschweißen aufgebracht werden.

22. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß Leiterbleche geschichtet aufeinanderge­ preßt werden, wobei die Leiterbleche, in Teilbereichen, die später im weichmagnetischen Körper zu liegen, durch Isolierschichten elektrisch gegeneinander getrennt und aus den hierdurch entstandenen Leiterblechpaketen Nutstäbe oder Einheiten durch Drahterodieren oder Leserschneiden herausgearbeitet werden.

23. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine oder mehrere Seiten des Leiter­ blechpakets Aluminium aufgeschweißt wird oder das Aluminium direkt aus der Schmelze am Kupferblechpaket erstart, wobei aus dem entstandenen Kupfer-Aluminiumkörper dann die Nutstäbe oder Einheiten durch Drahterodieren oder Leserschneiden herausgearbeitet werden.

24. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs­ leiter aus einem Blech gestanzt und anschließend, im Bereich der Stege einseitig zweiseitig abgespannt und anschließend mit einer Isolierschicht versehen werden.

25. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleiter ohne voll­ ständige Aussparung für die Nutstäbe als Profil gepreßt, auf etwa die halbe Verbindungs­ kopfbreite gescheibt, im Bereich des Steges einseitig oder zweiseitig abgespannt und mit einer Isolierschicht versehen werden.

26. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ver­ bindungsleiter mit den Stromleitern oder Nutstäben, mit denen sie elektrisch leitend ver­ bunden werden, außerhalb des weichmagnetischen Körpers zu einer Einheit zusammen­ gefügt wird, wobei unter erhöhten Temperaturen die Kontaktflächen der Leiterteile durch den Aufpreßdruck ineinander verschmelzen.

27. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut­ stabenden in eine einem Verbindungsleiter entsprechende Form mit aufgeschmolzenem Leitermaterial gesteckt werden.

28. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Ein­ heiten, die eine innere Schicht bzw. eine innere Hälfte eines Verbindungskopfes bilden vor dem axialen Einschieben in die Nuten zu einem scheibenförmigen Paket zusammen­ gefaßt werden.

29. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden inneren Verbindungskopfhälften als Einheitenpakete gleichzeitig in den weichmagneti­ schen Körper axial eingeschoben werden.

30. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu äußeren Schichten oder einer äußeren Hälfte eines Verbindungskopfes gehörenden Verbindungsleiter einzeln nacheinander seitlich auf die Enden der Stromleiter oder Nutstäbe aufgeschoben werden.

31. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den äußeren Schichten oder der äußeren Hälfte des Verbindungskopfes gehörenden Ver­ bindungsleiter zu einem selbstragenden scheibenförmigen Paket zusammengefaßt werden und anschließend seitlich auf die inneren Schichten oder die innere Hälfte des Verbin­ dungskopfes und die daraus hervorragenden Enden der Stromleiter oder Nutstäbe aufge­ schoben werden.

32. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Verfahrensschritte oder der gesamte Herstellungsprozeß vollautomatisch unter Schutz­ gasbedingungen stattfinden.

33. Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindungen zwischen Stromleitern oder Nutstäben und Verbindungsleitern nachträglich durch Aufbringen zusätzlicher Schichten aus Leitermaterial in ihrer Leitfähigkeit verbes­ sert werden.