EP4721245A1 - Stator mit kühlkanal und axialflussmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator (1) mit einer Vielzahl von jeweils zueinander benachbarten Statorzähnen (2, 3), wobei zumindest ein Statorzahn (2, 3) vollumfänglich von einer Wicklung (4, 5) umwickelt ist und die Wicklung (4, 5) zumindest eine innere Wicklungslage (4.1, 5.1) aufweist, die in unmittelbarer Nähe zu dem Statorzahn (2, 3) angeordnet ist oder den Statorzahn (2, 3) direkt umgibt, und wobei die Wicklung (4, 5) eine Vielzahl von in Längsrichtung des Statorzahns (2, 3) betrachtet nebeneinander angeordneten Windungen (7, 8) aufweist. Dabei sind die Windungen (7, 8) der Wicklung (4, 5) eines Statorzahnes (2, 3) jeweils in erste Windungen (7) und in zweite Windungen (8) unterteilt, wobei die ersten Windungen (7) der Wicklung (4, 5) relativ zum zugehörigen Statorzahn (2, 3) hohlraumfrei oder näher an dem zugehörigen Statorzahn (2, 3) als die zweiten Windungen (8) angeordnet sind und zwischen den zweiten Windungen (8) der Wicklung (4, 5) und dem zugehörigen Statorzahn (2, 3) jeweils ein Statorzahn-Wicklungs-Kühlmittelkanal ausgebildet ist Weiterhin betrifft die Erfindung eine Axialflussmaschine mit zwei derartigen Statoren (1).

Description

Stator mit Kühlkanal und Axialflussmaschine

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Stator mit einer Vielzahl von jeweils zueinander benachbarten Statorzähnen, wobei zumindest ein Statorzahn vollumfänglich von einer Wicklung umwickelt ist und die Wicklung zumindest eine innere Wicklungslage aufweist, die in unmittelbarer Nähe zu dem Statorzahn angeordnet ist oder den Statorzahn direkt umgibt, und wobei die Wicklung eine Vielzahl von in Längsrichtung des Statorzahns betrachtet nebeneinander angeordneten Windungen aufweist. Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner eine Axialflussmaschine.

Entsprechende Statoren werden regelmäßig in einer Axialflussmaschine, insbesondere in I-Konfiguration, verwendet. Eine Axialflussmaschine ist eine scheibenförmig aufgebaute Elektromaschine und weist einen, vorzugsweise (kreis-)scheibenförmigen, Rotor auf, der von zwei, vorzugsweise ringförmigen, Statoren umgeben ist. Zwischen jedem Stator und dem Rotor ist jeweils ein Luftspalt vorgesehen. Die Statorzähne sind als umlaufender Kranz ringförmig angeordnet und einstückig miteinander verbunden. Zwischen benachbarten Statorzähnen ist jeweils eine Wicklungsnut zur Aufnahme der sich (bei einer Axialflussmaschine) in Radialrichtung (bei einer Radialflussmaschine in Axialrichtung) erstreckenden Abschnitte benachbarter Wicklungen vorgesehen. Ein Joch (welches bei Axialflussmaschinen in H-Anordnung nicht vorhanden ist), das die Statorzähne magnetisch miteinander verbindet, und die Statorzähne bilden zusammen einen Statorkern aus. Das Joch ist hauptsächlich auf der Rückseite der Statorzähne, d.h. auf einer dem Rotor abgewandten Seite des Stators, (und um laufend entlang des Außenumfangs der Statorzähne) angeordnet. Entlang des Außenumfangs jedes Statorzahns erstreckt sich die zugehörige Wicklung. Die Wicklungen der Statorzähne der Statoren wechseln die Polarität, wodurch am Rotor angebrachte Permanentmagnete in Bewegung versetzt werden, sodass sich die Axialflussmaschine um ihre Rotationsachse dreht. Alternativ können entsprechende Statoren in einer Radialflussmaschine verwendet werden. Die Richtungen des Stators (einer Axialflussmaschine und einer Radialflussmaschine) orientieren sich an der Ausrichtung der Rotationsachse: die Axialrichtung des Stators verläuft entlang der Rotationsachse, die Radialrichtung des Stators verläuft lotrecht zur Rotationsachse und die Umfangsrichtung entspricht einer Richtung der Drehung des Stators um die Rotationsachse. Bei einer Axialflussmaschine erstreckt sich eine Längsrichtung der Statorzähne in die Axialrichtung des Stators. Bei einer Radialflussmaschine erstreckt sich die Längsrichtung der Statorzähne in die Radialrichtung des Stators. Mit anderen Worten erstreckt sich die Längsrichtung der Statorzähne bei Axialflussmaschine und Radialflussmaschine in die Erstreckungsrichtung des Luftspaltes zwischen Rotor und Stator.

Der Statorkern einer Axialflussmaschine besteht vorzugsweise aus in Umfangsrichtung ringförmig aufgewickeltem Elektroblech, welches somit in Radialrichtung mehrere Lagen ausbildet. Der Statorkern wird dabei bspw. nach dem Stanzwickelverfahren hergestellt, das bspw. in EP 2 787 610 B1 offenbart ist. Hierbei wird ein bandförmiges Rohmaterial, welches das Elektroblech ausbildet, einer Anlage zugeführt. Vor dem Zuführen des Elektroblechs zu der Anlage werden in das zunächst streifenförmige Elektroblech mithilfe von einem Werkzeug Ausbrüche gestanzt. Anschließend wird das Elektroblech in der Anlage zu einem ringförmigen Statorkern aufgewickelt. Die zuvor in das Elektroblech eingebrachten Ausbrüche bilden im aufgewickelten Zustand Wicklungsnuten zur Aufnahme von Wicklungen aus. Demnach ist jeder Statorzahn seitlich von jeweils zwei Wicklungsnuten umgeben. Die Wicklungsnuten erstrecken sich in Radialrichtung. Die Wicklungsnuten definieren zusammen mit dem radial ersten oder äußeren Rand und dem radial zweiten oder inneren Rand des jeweiligen Statorzahns den Umfang des Statorzahns (bei einer Axialflussmaschine). Entlang des gesamten Umfangs jedes Statorzahns erstreckt sich eine zum Statorzahn dazugehörige Wicklung.

Üblicherweise hat jede Wicklung, die einen zugehörigen Statorzahn umgibt, eine innere Wicklungslage, die in unmittelbarer Nähe zum jeweiligen Statorzahn angeordnet ist, und eine äußere Wicklungslage, die am Außenumfang der inneren Wicklungslage anliegt. Üblicherweise weist sowohl die innere Wicklungslage als auch die äußere Wicklungslage der Wicklung jedes Statorzahns eine Vielzahl von in Längsrichtung der Statorzähne, bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung des Stators, betrachtet hin- tereinander angeordneten Windungen bzw. Wicklungsschichten auf. Dabei weisen alle Abschnitte der Windungen, die sich (bei der Axialflussmaschine) in Radialrichtung (bei der Radialflussmaschine in Axialrichtung) erstrecken, zum zugehörigen Statorzahn einen Abstand (in Umfangsrichtung) auf. Diese Abstände definieren einen in Längsrichtung des Statorzahns (bei Axialflussmaschine in Axialrichtung) durchgängig ausgebildeten Spalt zwischen Statorzahn und innerer Wicklungslage. Der durchgängige Spalt zwischen innerer Wicklungslage und zugehörigem Statorzahn bildet einen Statorzahn-Wicklungs-Kühlmittelkanal aus. Es gibt auch einlagige Wicklungen, welche dann wie die innere Wicklungslage ausgeführt sind. Dabei sind die Windungen der inneren Wicklungslage (sowie auch die der äußeren Wicklungslage) über die gesamte Wicklung hinweg in Längsrichtung des Statorzahns (bei Axialflussmaschine in Axialrichtung) betrachtet miteinander fluchtend angeordnet.

Zusätzlich oder alternativ dazu ist zwischen jeder Windung (der äußeren Wicklungslage) der Wicklung eines Statorzahns und jeder Windung (der äußeren Wicklungslage) der Wicklung eines benachbarten Statorzahns ein Abstand in Umfangsrichtung vorgesehen. Diese Abstände definieren ebenfalls einen in Längsrichtung der Statorzähne (bei Axialflussmaschine in Axialrichtung) durchgängig ausgebildeten Spalt zwischen den (äußeren Wicklungslagen der) Wicklungen zweier benachbarter Statorzähne. Der durchgängige Spalt zwischen den (äußeren Wicklungslagen der) Wicklungen zweier benachbarter Statorzähne bildet einen Zwischen-Wicklungs-Kühlkanal aus.

Die Kühlmittelkanäle stellen sicher, dass alle Windungen einen geringen thermischen Widerstand zum Kühlmittel aufweisen. Nicht nur für mehrlagige Wicklungen, d.h. für Wicklungen mit innerer und äußerer Wicklungslage, sondern auch für einlagige Windungen bietet die Kombination des Statorzahn-Wicklungs-Kühlmittelkanals mit dem Zwischen-Wicklungs-Kühlkanal Vorteile für eine effiziente Kühlung.

In anderen Worten werden bei Axialflussmaschinen oder bei Radialflussmaschinen sogenannte Einzelzahnwicklungen (Wicklungen, die jeweils um einen Statorzahn gewickelt sind) mit einer Flüssigkeitskühlung direkt umströmt. Die Einzelzahnwicklungen sind zweilagig (jeweils mit innerer und äußerer Wicklungslage) ausgeführt. Damit jede Wicklungslage direkten Kühlmittelkontakt hat, gibt es zusätzlich zum Kühlmittelspalt zwischen benachbarten Wicklungen zwei weitere Kühlmittelspalte. Diese weiteren Kühlmittelspalte befinden sich zwischen den Wicklungen und dem Stator-Zahn um welchen diese gewickelt sind.

Beispielsweise offenbaren EP 3 108 574 B1 und EP 3 764 526 A1 jeweils einen Stator, bei dem ein Kühlmittelspalt zwischen den Wicklungen benachbarter Statorzähne vorgesehen ist. Zudem sind Distanzelemente zwischen jedem Statorzahn und der dazugehörigen Wicklung vorgesehen, welche punktuell die Distanz zwischen Wicklung und Statorzahn über den gesamten Umfang des Statorzahns hinweg sicherstellen. Als Distanzelemente werden häufig Klebepunkte verwendet.

Die Distanzelemente stellen allerdings nur punktuell den Abstand zwischen Statorzahn und zugehöriger Wicklung sicher, so dass nur einzelne Windungen der jeweiligen Wicklung abgestützt werden. Die Abstützung erfolgt sowohl im Bereich der Wickelnuten als auch im Bereich der Wickelköpfe (Abschnitte der Wicklungen, die sich in Umfangsrichtung erstrecken). Nachbarwindungen werden nur indirekt (über die direkt abgestützten Windungen) abgestützt. Aufgrund von Toleranzen und Elastizitäten zwischen den Windungen ist somit der entstehende Kühlmittelspalt bzw. Abstand zwischen Statorzahn und zugehöriger Wicklung stark toleranzbehaftet.

Allerdings sollten aufgrund der starken Abhängigkeit des Strömungswiderstandes von der Breite des Kühlmittelspaltes bzw. des Abstands zwischen Statorzahn und zugehöriger Wicklung (der deutlich überproportional ist), enge Toleranzen für den Abstand zwischen Statorzahn und zugehöriger Wicklung, d.h. für die Breite des Kühlmittelspaltes, eingehalten werden.

Vor diesem Hintergrund stellt die vorliegende Offenbarung sich die Aufgabe, einen Stator bereitzustellen, der die Nachteile aus dem Stand der Technik mindert oder beseitigt. Insbesondere soll ein Stator bzw. eine Axialflussmaschine mit entsprechendem Stator bereitgestellt werden, der Kühlmittelspalte / Kühlmittelkanäle, insbesondere an den sich (bei einer Axialflussmaschine) in Radialrichtung (bei einer Radialflussmaschine in Axialrichtung) erstreckenden Abschnitten der Statorzähne, zur direkten Kühlung von Statorzähnen aufweist, welche nur geringen Fertigungstoleranzen unterliegen. Mit anderen Worten sollen die Kühlmittespalte zwischen Statorzahn und Wicklung und zwischen den benachbarten Wicklungen sehr genau / exakt ausgeführt sein. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs und durch den Gegenstand mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Stator nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 weist eine Vielzahl von jeweils zueinander benachbarten Statorzähnen auf. Insbesondere ist der Stator dazu vorgesehen, in einer Axialflussmaschine verwendet zu werden, kann alternativ aber in einer Radialflussmaschine verwendet werden. Der gesamte Umfang zumindest eines Statorzahns, vorzugsweise jedes Statorzahns, ist /zumindest ein, insbesondere jeder, Statorzahn ist vollumfänglich von (jeweils) einer (Einzelzahn-)Wicklung umwickelt. Vorzugsweise sind die sich (bei einer Axialflussmaschine) in Radialrichtung (bei einer Radialflussmaschine in Axialrichtung) erstreckenden Abschnitte der Wicklungen benachbarter Statorzähne einander zugewandt. Insbesondere weist der Stator ein Joch / Blechpaket auf, das die Statorzähne magnetisch und vorzugsweise mechanisch miteinander verbindet. Vorzugsweise ist das Joch auf einer dem Rotor abgewandten Seite des Stators angeordnet und verdeckt dabei insbesondere die Rückseite und zudem einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Abschnitt der Statorzähne. Jede Wicklung weist zumindest eine innere Wicklungslage, die in unmittelbarer Nähe zum jeweiligen Statorzahn angeordnet ist oder anders ausgedrückt den Stator direkt, d.h. ohne, dass sich eine andere Wicklungslage dazwischen befindet, umgibt, und vorzugsweise eine äußere Wicklungslage auf, die am Außenumfang der inneren Wicklungslage anliegt. (Sowohl) die innere Wicklungslage (als auch die äußere Wicklungslage) jeder Wicklung weist eine Vielzahl von in Längsrichtung des Statorzahns (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung des Stators und bei einer Radialflussmaschine in Radialrichtung) betrachtet hinter- bzw. nebeneinander angeordneten Windungen auf. Bei einer Axialflussmaschine erstreckt sich also die Längsrichtung des Statorzahns bzw. der Statorzähne in eine Richtung zwischen Joch und Luftspalt (zwischen Rotor und Stator). Bei zumindest einem Statorzahn, vorzugsweise bei zumindest zwei benachbarten Statorzähnen, insbesondere bei jedem Statorzahn, sind die Windungen der Wicklung eines Statorzahnes (jeweils) in erste Windungen und in zweite Windungen unterteilt, wobei die ersten Windungen, insbesondere der inneren Wicklungslage, der Wicklung relativ zum zugehörigen Statorzahn hohlraumfrei oder näher an dem zuge- hörigen Statorkern als die zweiten Windungen angeordnet sind, d.h. eine toleranzunabhängige, mechanische Abstützung der ersten Windungen der Wicklung am zugehörigen Statorzahn oder an einem zwischengeschalteten Bauteil, z.B. einer Basisisolierung, abgestützt ist, und zwischen den zweiten Windungen, insbesondere der äußeren Wicklungslage, der Wicklung und dem zugehörigen Statorzahn jeweils ein Stator- zahn-Wicklungs-Hohlraum ausgebildet ist, der einen Statorzahn-Wicklungs- Kühlmittelkanal ausbildet.

Dabei sind die ersten Windungen relativ zu den zweiten Windungen in Umfangsrichtung betrachtet versetzt angeordnet. Auf diese Weise ist zwischen der inneren Wicklungslage der Wicklung eines Statorzahns und dem dazugehörigen Statorzahn eine Vielzahl an Statorzahn-Wicklungs-Kühlmittelkanälen angeordnet.

Der Versatz bzw. die unterschiedliche Anordnung von ersten Windungen und zweiten Windungen zueinander hat den Vorteil, dass die Statorzahn-Wicklungs-Hohlräume, die jeweils einen Kühlmittelkanal zur Kühlung der Statorzähne bzw. deren Wicklungen ausbilden, aufgrund der Abhängigkeit von der Wicklungsgeometrie (Drahtgeometrie) und der Position der Windungen relativ zueinander mit recht engen Toleranzen fertigbar sind. Auf diese Weise sind die Statorzahn-Wicklungs-Kühlmittelkanäle in einem derartigen Stator eindeutig vordefiniert und ermöglichen eine effiziente Statorkühlung.

Zudem hat die offenbarungsgemäße Ausgestaltung des Stators bei der Hohlraumfreiheit zwischen ersten Windungen und Statorzahn den Vorteil, dass keine zusätzlichen Distanzelemente zwischen ersten Windungen und Statorzahn erforderlich sind. Somit müssen keine Erhöhungen bzw. zusätzlichen Elemente am Statorzahn oder an einem damit verbundenen Zwischenelement, wie eine Basisisolierung, vorgesehen sein. Somit wird die Wicklung am zugehörigen Statorzahn über die ersten Windungen in Form einer Linienabstützung abgestützt und nicht etwa nur punktuell abgestützt.

Der offenbarungsgemäße Stator ist vorteilhafterweise bis auf die offenbarungsgemäßen Eigenschaften aufgebaut wie ein aus dem Stand der Technik bekannter Stator, insbesondere ein Stator für eine Axialflussmaschine, der oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben wurde. Vorzugsweise sind die ersten Windungen und zweiten Windungen einer Wicklung nur in den sich in Breitenrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Radialrichtung; bei einer Radialflussmaschine in Axialrichtung) erstreckenden Abschnitten der Wicklung zueinander versetzt. Mit anderen Worten ist zwischen den ersten Windungen und den zweiten Windungen im Bereich der Wicklungsköpfe kein Versatz vorgesehen, d.h. sie fluchten an dieser Stelle miteinander. Mit anderen Worten ist der Versatz bzw. die unterschiedliche Anordnung von ersten Windungen und zweiten Windungen zueinander, insbesondere ausschließlich, in den Abschnitten der Wicklung vorgesehen, die sich in Breitenrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Radialrichtung; bei einer Radialflussmaschine in Axialrichtung) erstrecken.

Insbesondere ist vorgesehen, dass jede Windung, im Falle einer einlagigen Wicklung, sich nur aus einem inneren Abschnitt der inneren Wicklungslage zusammensetzt, o- der, im Falle einer zweilagigen Wicklung, sich aus einem inneren Abschnitt der inneren Wicklungslage und aus einem äußeren Abschnitt der äußeren Wicklungslage zusammensetzt. Der innere Abschnitt und der äußere Abschnitt befinden sich auf derselben Höhe in Axialrichtung.

Weiter bevorzugt ist es, wenn bei dem Stator, wie auch im Stand der Technik, zwischen benachbarten Statorzähnen jeweils eine Wicklungsnut vorgesehen ist, in der die sich in Breitenrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Radialrichtung; bei einer Radialflussmaschine in Axialrichtung) erstreckenden Abschnitte benachbarter Wicklungen dieser Statorzähne aufgenommen sind.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die ersten Windungen und die zweiten Windungen der Wicklung eines Statorzahns in Längsrichtung des Statorzahns (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) betrachtet alternierend miteinander angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass bei jeder zweiten Windung, nämlich zwischen den zweiten Windungen und dem Statorzahn, jeweils ein Statorzahn-Wicklungs-Hohlraum als entsprechender Kühlmittelkanal vorgesehen ist. Auf diese Weise ist eine große Anzahl an Statorzahn-Wicklungs-Kühlmittelkanälen vorgesehen, sodass die Kühlung des Statorzahns bzw. seiner Wicklungen besonders effizient ist. Es wäre zudem denkbar, dass bei der Wicklung jedes Statorzahns immer zwei zweite Windungen auf zwei erste Windungen (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung betrachtet) folgen.

Zudem ist denkbar, dass die einzelnen Windungen der Wicklung eines Statorzahns im Bereich eines radial ersten oder äußeren Wicklungskopfes, der sich (bei einer Axialflussmaschine) entlang eines radial ersten oder äußeren Randes des Statorzahns in Umfangsrichtung erstreckt, jeweils miteinander fluchtend angeordnet sind, und die einzelnen Windungen der Wicklung desselben Statorzahns im Bereich eines radial inneren Wicklungskopfes, der sich (bei einer Axialflussmaschine) entlang eines radial inneren Randes des Statorzahns in Umfangsrichtung erstreckt, jeweils miteinander fluchtend angeordnet sind. Mit anderen Worten haben die einzelnen Windungen der Wicklung eines Statorzahns in den radialen Randbereichen des jeweiligen Statorzahns keinen Versatz zueinander. Somit weisen alle Windungen einer Wicklung im Bereich der Wicklungsköpfe zum jeweiligen Statorzahn einen durchgängigen Spalt auf. Es ist nämlich in den Bereichen der Wicklungsköpfe eine Strömung in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) gewünscht, welche durch den Versatz der Windungen an dieser Stelle behindert werden würde. Dies würde zu einer unnötigen Reduzierung des Strömungsquerschnitts führen. Insofern verbessert die derartige Ausbildung des Stators die Kühlungseffizienz des Stators.

Zudem kann vorgesehen sein, dass die ersten Windungen der jeweiligen Wicklungen zueinander benachbarter Statorzähne, die jeweils auf derselben Höhe in Bezug auf die Längsrichtung des Statorzahns (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung des Stators und bei einer Radialflussmaschine in Radialrichtung) angeordnet sind, zwischen sich jeweils einen Zwischen-Wicklungs-Hohlraum (bzw. Abstand) ausbilden, der einen Zwischen-Wicklungs-Kühlmittelkanal ausbildet, und die zweiten Windungen der jeweiligen Wicklungen zueinander benachbarter Statorzähne, die jeweils auf derselben Höhe in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) angeordnet sind, ohne Abstand in Umfangsrichtung zueinander direkt aneinander anliegen oder mit einem Abstand in Umfangsrichtung zueinander aneinander anliegen, der kleiner als eine Abmessung des Zwischen-Wicklungs-Hohlraum ist. Mit anderen Worten ist somit zwischen den ersten Windungen zweier benachbarter Wicklungen ein Zwischen-Wicklungs-Hohlraum bzw. Zwischen-Wicklungs-Kühlmittelkanal vorgesehen und ist zwischen den zweiten Windungen benachbarter Wicklungen kein Zwischen-Wicklungs-Hohlraum bzw. Zwischen-Wicklungs-Kühlmittelkanal oder nur ein Zwischen-Wicklungs-Hohlraum bzw. Zwischen-Wicklungs-Kühlmittelkanal vorgesehen, der kleiner als der Zwischen-Wicklungs-Hohlraum bzw. Zwischen-Wicklungs- Kühlmittelkanal zwischen den ersten Windungen der zwei benachbarten Wicklungen ist. Somit ist nicht nur zwischen jeder Wicklung und dem zugehörigen Statorzahn eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen vorgesehen, sondern auch zwischen benachbarten Wicklungen ist eine Vielzahl an Kühlmittelkanälen vorgesehen. Auf diese Weise wird die Kühlung des Stators effizient verbessert. In diesem Fall sind die ersten Windungen einer Wicklung auf derselben Höhe in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) angeordnet wie die ersten Windungen einer benachbarten Wicklung. Auch die zweiten Windungen einer Wicklung sind auf derselben Höhe in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) angeordnet wie die zweiten Windungen einer benachbarten Wicklung. Somit sind die Zwischen-Wicklungs-Kühlmittelkanäle (durch die zweiten Windungen der benachbarten Wicklungen) klar voneinander abgegrenzt. Dies hat den Vorteil, dass ein Kühlmittel definiert zwischen zwei benachbarten Wicklungen hindurchströmt und auf diese Weise effizient den Stator kühlen kann.

Alternativ dazu kann es sinnvoll sein, wenn zwischen den zweiten Windungen einer Wicklung eines Statorzahns und den dazu auf derselben Höhe in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) angeordneten ersten Windungen einer Wicklung des benachbarten Statorzahns jeweils ein Zwischen- Wicklungs-Hohlraum in Umfangsrichtung vorgesehen ist (und andersherum). In diesem Fall liegen jeweils die ersten Windungen einer Wicklung (nämlich alle) auf derselben Höhe in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) wie die (alle) zweiten Windungen der benachbarten Wicklung. Dabei liegt zwischen allen auf derselben Höhe in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) ersten Windungen und zweiten Windungen benachbarter Wicklungen ein Zwischen-Wicklungs-Hohlraum vor. Dies vergrößert die Anzahl der Kühlmittelkanäle im Stator und verbessert somit die Kühlungseffizienz des Stators.

Zudem ist es besonders sinnvoll, wenn sich der Statorzahn-Wicklungs-Kühlmittelkanal und gegebenenfalls der Zwischen-Wicklungs-Kühlmittelkanal jeweils in Breitenrich- tung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Radialrichtung; bei einer Radialflussmaschine in Axialrichtung) erstreckt. Dies hat den Vorteil, dass der Statorzahn und die ihm zugehörige Wicklung entlang ihrer gesamten Radialerstreckung gekühlt werden können.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zwischen-Wicklungs-Hohlräume zwischen allen auf derselben Höhe in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) ersten Windungen und zweiten Windungen benachbarter Wicklungen einen in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) durchgängigen Spalt ausbilden, in dem ein Phasentrenner angeordnet ist. Der Phasentrenner bildet zusätzlich zu einer elektrischen Isolierung zwischen den benachbarten Wicklungen auch einen mechanischen Steg aus, so dass die zweiten Windungen (im Falle einer zweilagigen Wicklung die zweiten Windungen der äußeren Wicklungslagen) einander benachbarter Wicklungen sich jeweils am Phasentrenner abstützen können. Der Phasentrenner kann sich in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) leicht versetzt an den ersten Windungen (der äußeren Wicklungslagen) einander benachbarter Wicklungen abstützen. Der Versatz der Abstützungspunkte in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) des Phasentrenners gewährleistet auch eine gewisse zusätzliche Elastizität in Umfangsrichtung, so dass Toleranzen der Wicklungen abgefedert werden können.

Vorzugsweise hat der Phasentrenner an seinen einander gegenüberliegenden axialen Enden Phasentrennerkonturen. Dies kann vorteilhafterweise die Kriechstrecken verlängern.

In dem Fall, in dem die Zwischen-Wicklungs-Hohlräume zwischen den ersten Windungen der jeweiligen Wicklung zueinander benachbarter Statorzähne und die Zwi- schen-Wicklungs-Hohlräume zwischen den zweiten Windungen der jeweiligen Wicklungen zueinander benachbarter Statorzähne einen in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) durchgängigen Spalt ausbilden, befinden sich die zweiten Windungen der Wicklung eines Statorzahnes auf derselben Höhe in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) mit den ersten Windungen der Wicklung des benachbarten Statorzahnes. Auf diese Wei- se sind die auf derselben Höhe in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) liegenden Windungen zueinander benachbarter Wicklungen jeweils in die gleiche Richtung versetzt. Somit sind die Zwischen-Wicklungs- Hohlräume (bzw. Kühlmittekanäle) der zueinander benachbarten Wicklungen nicht mehr auf gleicher axialer Höhe, sondern um eine Windung (oder mehrere Windungen, je nach „Strickmuster“) versetzt. Auf dem Umfang wechseln sich die jeweils benachbarten Wicklungen ab, so dass die benachbarten Wicklungen versetzt zueinander die ersten Windungen und zweiten Windungen aufweisen müssen.

Vorzugsweise werden alle Windungen einer Wicklung mechanisch zueinander fixiert, indem diese z.B. verklebt, vergossen werden oder Verbindungselemente um die Windungen der jeweiligen Wicklung angelegt werden.

Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn zwischen einer Wicklung, insbesondere zumindest zwischen den ersten Windungen, und dem zugehörigen Statorzahn eine Basisisolierung angeordnet ist. Die Basisisolierung bildet eine elektrische Isolierung zwischen Statorzahn und dazugehöriger Wicklung aus. Sie verhindert somit einen Kurzschluss zwischen Statorzahn und dazugehöriger Wicklung.

Zudem können die Wicklungen jedes Statorzahns zwei unterschiedliche Wicklungskonfigurationen aufweisen.

Bei einer ersten Wicklungskonfiguration kann vorgesehen sein, dass, wenn auf einer Seite des Statorzahns in Umfangsrichtung (z.B. linke Seite) eine erste Windung vorliegt, auf der anderen Seite desselben Statorzahns (z.B. rechte Seite) eine mit dieser ersten Windung auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung des Stators und bei einer Radialflussmaschine in Radialrichtung) angeordnete zweite Windung vorliegt, und wenn auf der einen Seite des Statorzahns in Umfangsrichtung eine zweite Windung vorliegt, auf der anderen Seite desselben Statorzahns eine mit dieser zweiten Windung auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns angeordnete erste Windung vorliegt. Mit anderen Worten hat die Wicklung eines Statorzahns eine Vielzahl von in Längsrichtung des Statorzahns nebeneinander angeordneten Windungslagen, die sich jeweils aus den zum jeweiligen Statorzahn zugehörigen links und rechts des Statorzahns angeordneten und auf der- selben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns angeordneten Windungen zusammensetzen. Dabei gibt es erste Windungslagen, bei denen links vom Statorzahn jeweils eine erste Windung und rechts vom Statorzahn jeweils eine mit der ersten Windung auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns angeordnete zweite Windung vorliegt. Es gibt zudem zweite Windungslagen, bei denen links vom Statorzahn jeweils eine zweite Windung und rechts vom Statorzahn jeweils eine mit der zweiten Windung auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns angeordnete erste Windung vorliegt. Die ersten und zweiten Windungslagen eines Statorzahns haben den identischen Außendurchmesser und sind zueinander in Umfangsrichtung nach rechts bzw. links versetzt. Dies hat den Vorteil, dass nur eine Art von Wicklungstyp für alle Statorzähne benötigt wird.

Bei einer zweiten Wicklungskonfiguration kann vorgesehen sein, dass, wenn auf einer Seite des Statorzahns in Umfangsrichtung eine erste Windung vorliegt, auf der anderen Seite desselben Statorzahns eine mit dieser ersten Windung auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns angeordnete erste Windung vorliegt, und wenn auf der einen Seite des Statorzahns in Umfangsrichtung eine zweite Windung vorliegt, auf der anderen Seite desselben Statorzahns eine mit dieser zweiten Windung auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns angeordnete zweite Windung vorliegt. Mit anderen Worten sind die ersten Windungslagen hier so ausgestaltet, dass links und rechts vom jeweiligen Statorzahn auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns jeweils erste Windungen vorliegen. Die zweiten Windungslagen sind dann so ausgestaltet, dass links und rechts vom jeweiligen Statorzahn auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns jeweils zweite Windungen vorliegen. Somit haben die ersten Windungslagen jeweils einen kleineren Außendurchmesser als die zweiten Windungslagen.

Nachdem für die erste Wicklungskonfiguration nur eine Art von Wicklungstyp für alle Statorzähne benötigt wird, ist die erste Wicklungskonfiguration gegenüber der zweiten Wicklungskonfiguration bevorzugt.

Weiterhin wird die zuvor definierte Aufgabe durch eine Axialflussmaschine, vorzugsweise in I-Konfiguration, gelöst, die zumindest einen offenbarungsgemäßen Stator sowie einen, insbesondere scheibenförmigen, Rotor aufweist, wobei im Falle, dass zwei Statoren vorgesehen sind, der Rotor zwischen den zwei Statoren angeordnet ist. Diese Axialflussmaschine weist die Vorteile auf, die der / die offenbarungsgemäße(n) Stator(en) mit sich bringen.

Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Offenbarung einen Stator, bei dem die Wicklungen so um den jeweiligen Statorzahn gewickelt sind, dass in den (beiden) den jeweiligen Statorzahn umgebenen Wicklungsnuten jeweils alternierend die Windungen (Leiter) in der Nähe des Statorzahns und in der Nähe der Windungen (Leiter) der Nachbarwicklung / benachbarten Wicklung verlaufen. Auf diese Weise ist alternierend je Windung ein Kühlmittelkanal auf der Seite zum Statorzahn und alternierend ein Kühlmittelkanal auf der Seite zur Nachbarwicklung ausgebildet. Ein Kühlmittelkanal ist somit in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) jeweils durch die Nachbarwindungen begrenzt (mit Ausnahme der Windungen am Rand). Wichtig ist die Ausbildung von geometrisch bestimmten Kühlkanälen, welche sich alternierend zum Statorzahn bzw. zur benachbarten Wicklung ausbilden. Indem die Windungen der Wicklung relativ zueinander versetzt werden, entstehen Hohlräume, welche als Kühlmittelkanal verwendet werden können. Diese Hohlräume sind aufgrund der Abhängigkeit von Windungsgeometrie / Drahtgeometrie und der Position der Windungen relativ zueinander mit recht engen Toleranzen fertigbar.

Dabei sind die Statorzahn-Wicklungs-Kühlmittelkanäle /. „Kühlmittelkanäle zum Statorzahn“ begrenzt durch innere Wicklungslagen einer ersten Wicklung um einen ersten Statorzahn (oder einer zur ersten Wicklung benachbarten zweiten Wicklung um einen zweiten Statorzahn, der zum ersten Statorzahn benachbart ist) der zweiten Windungen / „Windungen mit Abstand zum Statorzahn“, durch den Statorzahn bzw. durch die Basis-Isolierung am Statorzahn, und durch die in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) benachbarten ersten Windungen / „am Statorzahn anliegende Windungen“ der inneren Wicklungslagen der ersten Wicklung (oder der zweiten Wicklung).

Um eine Windung versetzt sind die Zwischen-Wicklungs-Kühlmittelkanäle /. „Kühlmittelkanäle Mitte“ und begrenzt durch die äußeren Wicklungslagen der ersten Wicklung der „am Statorzahn anliegenden Windungen“, durch die äußeren Wicklungslagen der zweiten Wicklung der „am Statorzahn anliegenden Windungen“, und durch die in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) benachbarten „Windungen mit Abstand zum Statorzahn“. Die Position der „am Statorzahn anliegenden Windungen“ ist durch den geringen Abstand zum Statorzahn definiert. Die Position der „Windungen mit Abstand zum Statorzahn“ ist definiert über die Abstützung zur jeweiligen Nachbarwicklung (z.B. äußere Wicklungslage der ersten Wicklung und äußere Wicklungslage der zweiten Wicklung) und über die radiale Abstützung in den Wickelköpfen und über die Fixierung zu den Nachbarwindungen der „am Statorzahn anliegenden Windungen“.

Vorzugsweise werden die Windungen einer Wicklung mechanisch zueinander fixiert, indem diese z.B. verklebt, vergossen werden oder indem andere Verbindungselemente verwendet, werden.

Alternativ können auch andere „Strickmuster“, d.h. verschiedene / andere Anordnungen erster und zweiter Windungen derselben Wicklung, gebildet werden. Z.B. könnten jeweils zwei benachbarte Windungen mit Abstand zum Statorzahn im Wechsel mit zwei benachbarten „am Statorzahn anliegenden Windungen“ realisiert werden. Wichtig ist die Ausbildung von geometrisch bestimmten Kühlkanälen, welche sich alternierend zum Statorzahn bzw. zur Nachbarwicklung ausbilden.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Versatz von Windungen nur in radial verlaufenden Bereichen der Wicklungen in der Wicklungsnut vorhanden ist. In den Bereichen der Wickelköpfe ist dieser Versatz zwischen in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) benachbarten Windungen nicht vorhanden. Dies ist wichtig, damit in diesen Bereichen der Lagensprung effizient ausgeführt werden kann. Weiterhin ist in den Bereichen der Wickelköpfe eine Strömung in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) gewünscht, welche durch den Versatz der Windungen behindert werden würde (unnötige Reduzierung des Strömungsquerschnitts). Weiterhin ist erkennbar, dass der Übergang zwischen Leiterverlauf mit Versatz (in der Nut) und Leiterverlauf ohne Versatz (im Wickelkopf) im Biegebereich erfolgt.

In Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) betrachtet sind die Windungen einer ersten Wicklung „A“ um einen ersten Statorzahn und einer dazu benachbarten Wicklung „B“ um einen zum ersten Statorzahn benachbarten zweiten Statorzahn jeweils in die gleiche Richtung versetzt. Dabei wechseln sich jeweils ein Versatz in Richtung eines ersten Statorzahns und in Richtung eines zum ersten Statorzahns benachbarten zweiten Statorzahns in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) ab.

Somit sind die „Kühlmittelkanäle Mitte“ der Wicklung „A“ und „B“ nicht mehr einander gegenüberliegend (auf gleicher axialer Höhe), sondern um eine Windung (oder um mehrere Windungen je nach „Strickmuster“) versetzt. Auf dem Umfang wechseln sich jeweils Wicklungen „A“ und „B“ je nach benachbartem Statorzahn ab, so dass zwei unterschiedliche Wicklungen (Typ „A“ und Typ „B“) benötigt werden.

Zudem ist vorteilhaft, wenn die Wicklungen eine erste Wicklungskonfiguration aufweisen. Dabei sind die Wicklungen (bzw. ihre jeweiligen Windungen) alle annähernd „gleichgroß“ gewickelt. Die Kühlkanäle sind dadurch ausgebildet, dass die Windungen im Wechsel insgesamt nach links bzw. nach rechts relativ zu den benachbarten Windungen versetzt gewickelt sind. Bei der ersten Wicklungskonfiguration bestehen die einzelnen Wicklungen jeweils aus mehreren Windungslagen und aus einer oder mehreren Wicklungslagen (z.B. jeweils eine äußere und eine innere Wicklungslage).

Die Windungen einer ersten Windungslage sind bspw. nach rechts versetzt (erste Windungen), so dass links der äußeren Wicklungslage einer ersten Wicklung in einer ersten Wicklungsnut ein Kühlmittelkanal zum Phasentrenner (Zwischen-Wicklungs- Hohlraum) vorliegt. Links der inneren Wicklungslage der ersten Wicklung liegt in einer zweiten Wicklungsnut ein Kühlmittelkanal zum (Eisenkern des) Statorzahn(s) (Stator- zahn-Wicklungs-Hohlraum) vor. Links der äußeren Wicklungslage der zweiten Wicklung liegt in der zweiten Wicklungsnut ein Kühlmittelkanal zum Phasentrenner (Zwi- schen-Wicklungs-Hohlraum) vor. Links der inneren Wicklungslage der zweiten Wicklung liegt in einer dritten Wicklungsnut ein Kühlmittelkanal zum (Eisenkern des) Statorzahn(s) (Statorzahn-Wicklungs-Hohlraum) vor.

Entsprechend umgekehrt verhält es sich mit den zweiten Windungslagen, die direkt unterhalb der ersten Windungslage angeordnet ist. Weitere Windungslagen sind ähnlich den ersten beiden Windungslagen ausgeführt. Dabei haben die ersten Windungs- lagen (Windungslagen mit ungeradem Zählindex, d.h. erste, dritte, usw. Windungslage) eine ähnliche Ausrichtung zueinander. Entsprechend haben auch die zweiten Windungslagen (Windungslagen mit geradem Zählindex, d.h. zweite, vierte, usw. Windungslage) eine ähnliche Ausrichtung zueinander, welche sich jedoch von der Ausrichtung der ersten Windungslagen unterscheidet.

Es ist zudem möglich, dass sich der Versatz mit der Windungslage ändert. Jedoch kann das „Strickmuster“ auch anders ausgeführt sein, bspw. indem zwei oder mehr benachbarte Windungslagen blockweise gegenüber den benachbarten Blöcken von Windungslagen versetzt angeordnet sind.

Der Phasentrenner bildet zusätzlich zur elektrischen Isolierung zwischen den benachbarten Wicklungen auch einen mechanischen Steg aus, so dass die äußeren Lagen der Wicklung „A“ sich am Phasentrenner abstützen können und dieser sich in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) leicht versetzt an den äußeren Wicklungslagen der Wicklung „B“ abstützt. An den axialen Enden hat der Phasentrenner Konturen, um die Kriechstrecken zu verlängern.

Der Versatz der Abstützungspunkte in Längsrichtung der Statorzähne (bei einer Axialflussmaschine in Axialrichtung) des Phasentrenners kann auch eine gewisse zusätzliche Elastizität in Umfangsrichtung zu gewährleisten, so dass Toleranzen der Spulen abgefedert werden können.

Weiterhin können auch benachbarte Wicklungen miteinander verklebt werden, so dass sich ein ringförmiges Bauteil ergibt, bei dem alle Wicklungen / Spulen Zusammenhängen.

Der Phasentrenner zwischen benachbarten Wicklungen kann auch weggelassen werden (z.B. indem benachbarte Wicklungen miteinander verklebt / vergossen, etc. werden). Dies hat folgende Vorteile:

Leicht vergrößerte Kühloberfläche zu den Leitern,

Geringe Toleranzeinflüsse auf die Querschnitte der Kühlflächen, und somit geringe Streuung der Kühlleistung der einzelnen Windungen / Wicklungen. Die Offenbarung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht von zwei benachbarten Statorzähnen mit zugehöriger Wicklung in einer zweiten Wicklungskonfiguration in einer Anordnung nach einer ersten Ausführungsform;

Fig.2 eine Querschnittsansicht zweier benachbarter Wicklungen in einer Anordnung nach einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 eine Perspektivansicht benachbarter Wicklungen, zwischen denen ein Phasentrenner angeordnet ist;

Fig. 4 eine perspektivische Schnittansicht des radial äußeren Endes eines Statorzahns mit zugehörigem äußerem Wicklungskopf;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht von zwei benachbarten Statorzähnen mit zugehöriger Wicklung in einer ersten Wicklungskonfiguration in einer Anordnung nach einer zweiten Ausführungsform; und

Fig. 6 eine perspektivische Schnittansicht benachbarter Wicklungen nach der ersten Wicklungskonfiguration.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Stators 1 für eine Axialflussmaschine mit zwei jeweils zueinander benachbarten Statorzähnen 2, 3. Der erste Statorzahn 2 ist vollumfänglich von einer ersten Wicklung 4 umwickelt. Deren erster radialer Abschnitt ist in Fig. 1 auf der linken Seite des ersten Statorzahns 2 dargestellt und deren zweiter radialer Abschnitt in Fig. 1 ist auf der rechten Seite des ersten Statorzahns 2 dargestellt. Auch der zweite Statorzahn 3 ist vollumfänglich von einer zweiten Wicklung 5 umwickelt. Deren erster radialer Abschnitt ist in Fig. 1 auf der linken Seite des zweiten Statorzahns 3 dargestellt und deren zweiter radialer Abschnitt ist in Fig. 1 auf der rechten Seite des zweiten Statorzahns 3 dargestellt. In dem Bereich, in dem der erste Statorzahn 2 und der zweite Statorzahn 3 einander zugewandt sind, ist die erste Wicklung 4 mit der zweiten Wicklung 5 benachbart angeordnet. Die erste Wicklung 4 ist dabei der zu ihr benachbarten zweiten Wicklung 5 zugewandt und befindet sich in teilweisem Anlagekontakt mit der zweiten Wicklung 5.

Ein Joch 6 verbindet die Statorzähne 2, 3 und alle weiteren Statorzähne des Stators 1 (die hier nicht dargestellt sind) magnetisch miteinander. Die gestrichelte Linie JS zeigt die Trennlinie zwischen Joch 6 und Statorzähnen 2, 3.

Die erste Wicklung 4 weist eine innere Wicklungslage 4,1 auf, die in unmittelbarer Nähe zum ersten Statorzahn 2 angeordnet ist. Die erste Wicklung 4 weist eine äußere Wicklungslage 4.2 auf, die am Außenumfang der inneren Wicklungslage 4.1 anliegt. Dieser Aufbau ist auch für die zweite Wicklung 5 (und alle weiteren Wicklungen) gegeben. Die zweite Wicklung 5 weist eine innere Wicklungslage 5.1 auf, die in unmittelbarer Nähe zum zweiten Statorzahn 3 angeordnet ist. Die zweite Wicklung 5 weist eine äußere Wicklungslage 5.2 auf, die am Außenumfang der inneren Wicklungslage 5.1 anliegt. Die äußere Wicklungslage 5.2 auf der rechten Seite des zweiten Statorzahns 3 ist hier nur teilweise dargestellt. Demnach befindet sich die äußere Wicklungslage 4.2 bzw. 5.3 in Umfangsrichtung U betrachtetet weiter weg vom zugehörigen Statorzahn 2 bzw. 3 als die entsprechende innere Wicklungslage 4.1 bzw. 5.1. Es ist zu erkennen, dass jeweils die äußeren Wicklungslagen 4.2, 5.2 benachbarter Wicklungen 4, 5 einander zugewandt sind (und sich zudem abschnittsweise berühren).

Sowohl die innere Wicklungslage 4.1 bzw. 5.1 als auch die äußere Wicklungslage 4.2 bzw. 5.2 jeder Wicklung 4, 5 (und auch jeder anderen Wicklung) weist eine Vielzahl von in Axialrichtung A des Stators 1 betrachtet nebeneinander bzw. hintereinander bzw. übereinander angeordneten Windungen 7, 8 auf. Hier erstreckt sich die Längsrichtung der Statorzähne 2, 3 in die Axialrichtung A des Stators 1 . Die Windungen einer Wicklung sind dabei in Reihen übereinander angeordnet. Jede Reihe weist entweder eine erste Windung 7 bestehend aus erstem Windungsabschnitt 7.1 und aus einem zweiten Windungsabschnitt 7.2 oder eine zweite Windung bestehend aus einem ersten Windungsabschnitt 8.1 und einem zweiten Windungsabschnitt 8.2. Der erste Windungsabschnitt 7.1 ist ein Abschnitt der ersten Windung 7 einer inneren Wicklungslage 4.1 , 5.1 und der zweite Windungsabschnitt 7.2 ist ein Abschnitt der ersten Windung 7 einer äußeren Wicklungslage 4.2, 5.2. Entsprechend ist der erste Windungsabschnitt 8.1 ein Abschnitt der zweiten Windung 8 einer inneren Wicklungslage 4.1 , 5.1 und der zweite Windungsabschnitt 8.2 ist ein Abschnitt der zweiten Windung 8 einer äußeren Wicklungslage 4.2, 5.2. Die jeweils in einer Reihe angeordneten ersten Windungen 7 setzen sich aus den auf derselben Höhe in Axialrichtung A angeordneten ersten und zweiten Windungsabschnitten 7.1 , 7.2 zusammen. Die jeweils in einer Reihe angeordneten zweiten Windungen 8 setzen sich aus den auf derselben Höhe in Axialrichtung A angeordneten ersten und zweiten Windungsabschnitten 8.1 , 8.2 zusammen.

Es ist zu erkennen, dass die ersten Windungen 7 keinen Hohlraum zwischen sich und dem entsprechenden Statorzahn 2, 3 ausbilden. Weiter ist zu erkennen, dass die zweiten Windungen 8 zwischen sich und dem jeweiligen Statorzahn 2, 3 einen Stator- zahn-Wicklungs-Hohlraum 9 ausbilden, der einen Statorzahn-Wicklungs- Kühlmittelkanal ausbildet. Die jeweils zueinander benachbarten Wicklungen 4, 5 sind elektrisch über eine Basisisolierung 10 vollständig von den Statorzähnen 2, 3 und dem Joch 6 isoliert. Die Basisisolierung 10 erstreckt sich in Axialrichtung entlang der jeweiligen Außenkante der Statorzähne 2, 3 und erstreckt sich unmittelbar daran anschließend in Umfangsrichtung U entlang des Jochs 6. Mit anderen Worten kleidet die Basisisolierung den Nutgrund jeder Wicklungsnut 11 aus. In jeder Wicklungsnut 11 sind die Wicklungen benachbarter Statorzähne nebeneinander angeordnet.

In der vorliegenden Fig. 1 sind die benachbarten Wicklungen 4, 5 nach einer ersten Ausführungsform relativ zueinander angeordnet. Das heißt, die ersten Windungen 7 der ersten Wicklung 4 und die ersten Windungen 7 der zweiten Wicklung 5 befinden sich jeweils auf derselben Höhe in Axialrichtung. Somit liegt zwischen den ersten Windungen 7 der ersten Wicklung 4 und der zweiten Wicklung 5 jeweils ein Zwischen- Wicklungs-Hohlraum 12 vor, der einen entsprechenden Zwischen-Wicklungs- Kühlmittelkanal ausbildet.

In Fig. 1 ist die untere dargestellte Kante einem Rotor (nicht dargestellt) zugewandt.

Die äußersten Windungen der jeweils benachbarten Wicklungen (hier die ersten Windungen 7), die dem Rotor zugewandt sind, sind in Axialrichtung A vollständig durch eine Abdichtung 13 abgedichtet. Die Abdichtung 13 erstreckt sich also in Umfangsrichtung U und isoliert die Wicklungen von einem zwischen Stator 1 und Rotor gebildeten Luftspalt.

In Fig. 1 sind die Wicklungen 4, 5 jeweils in der zweiten Wicklungskonfiguration dargestellt. Das heißt, dass die erste Wicklung 4 um den ersten Statorzahn 2 bzw. die zweite Wicklung 5 um den zweiten Statorzahn 3 (alternierend) in den ersten Windungslagen jeweils erste Windungen 7 und in den zweiten Windungslagen jeweils zweite Windungen 8 auf derselben Höhe in Axialrichtung A aufweist.

Der in Fig. 1 gezeigte Ausschnitt von Statorzähnen 2, 3 und Wicklungen 4, 5 gilt für den gesamten Stator 1 . Der verbesserten Erkennbarkeit halber ist hier aber nur der Ausschnitt des Stators 1 dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht zweier benachbarter Wicklungen 4, 5 in einer Anordnung nach einer zweiten Ausführungsform. Im Wesentlichen gleicht der Aufbau des Stators 1 nach Fig. 2 dem des Stators 1 nach Fig. 1 . Nachfolgend werden die Unterschiede zum Stator 1 nach Fig. 1 beschrieben.

Der Stator 1 nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem Stator 1 nach Fig. 1 in der Anordnung der benachbarten Wicklungen 4, 5 zueinander. Und zwar befinden sich bei der zweiten Ausführungsform die zweiten Windungen 8 der ersten Wicklung 4 auf derselben Höhe in Axialrichtung A wie die ersten Windungen 7 der zweiten Wicklung 5. Das heißt, dass die sich in einer Reihe befindlichen Windungen 7, 8 der benachbarten Wicklungen 4, 5 in dieselbe Richtung versetzt sind. Somit schließen alle der sich in einer Reihe befindlichen Windungen 7, 8 der benachbarten Wicklungen 4, 5 zwischen sich einen Zwischen-Wicklungs-Hohlraum 12 ein. Die in Axialrichtung A hintereinander bzw. übereinander bzw. nebeneinander angeordneten Zwischen-Wicklungs- Hohlräume 12 bilden somit einen in Axialrichtung A durchgängigen Spalt aus. In diesem Spalt ist im vorliegenden Beispiel ein Phasentrenner 14 angeordnet. Der Phasentrenner 14 trennt somit die äußeren Wicklungslagen 4.2, 5.2 der benachbarten Wicklungen 4, 5 voneinander. Zudem weist der Phasentrenner 14 an seinen einander gegenüberliegenden axialen Enden Phasentrennerkonturen 15 auf. Dies kann vorteilhafterweise die Kriechstrecken verlängern. Fig. 3 zeigt eine Perspektivansicht benachbarter Wicklungen 4, 5, zwischen denen ein Phasentrenner 14 angeordnet ist. Der Phasentrenner 14 ist dabei entlang der gesamten Radialerstreckung der benachbarten Wicklungen 4, 5 zwischen diesen angeordnet. Die Phasentrennerkontur 15 (nur eine dargestellt in dieser Ansicht) überlappt die in Axialrichtung A betrachtet jeweils äußeren Windungen der beiden benachbarten Wicklungen 4, 5.

Die radial äußeren Enden der Wicklungen 4, 5, d.h. deren äußere Wicklungsköpfe 4.3, 5.3, sind von einem Fixierelement 16 vollständig umschlungen. Auch die radial inneren Enden der Wicklungen 4, 5, d.h. deren inneren Wicklungsköpfe 4.4, 5.4, sind jeweils von einem Fixierelement 16 vollständig umschlungen. Die Fixierelemente 16 fixieren die einzelnen Windungen 7, 8 einer Wicklung 4, 5 aneinander und verhindern oder vermindern ein Verrutschen der Windungen 7, 8 einer Wicklung 4, 5 relativ zueinander.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des radial äußeren Endes der Statorzähne 2, 3 mit zugehörigem äußerem Wicklungskopf 4.3, 5.3. Hier sind die Statorzähne 2, 3 in ihrer Rückansicht dargestellt, die vom Joch 6 verdeckt werden. Trotzdem sind für ein einfacheres Verständnis die Statorzähne 2, 3 eingezeichnet, auch wenn zumindest der Statorzahn 3 hier vollständig vom Joch 6 verdeckt ist. Der Schnitt in Radialrichtung R ist durch den ersten Statorzahn 2 gelegt. Es ist zu erkennen, dass die in einer Reihe liegenden Windungen der inneren Wicklungslage 4.1 und der äußeren Wicklungslage 4.2 über die gesamte Axialrichtung A hinweg miteinander fluchten. Das heißt, im äußeren Wicklungskopf 4.3 der ersten Wicklung 4 (und auch in allen weiteren Wicklungen) ist kein Versatz zwischen in Reihe angeordneten Windungen vorgesehen. Vorzugsweise ist dies auch im inneren Wicklungskopf 4.4 (der hier nicht dargestellt ist) der Wicklung 4 (und auch in allen anderen Wicklungen) so vorgesehen. Um einerseits für die Wicklungen einen Versatz der in Reihe angeordneten Windungen in ihren sich in Radialrichtung erstreckenden Abschnitten vorzusehen und andererseits für die Wicklungen keinen Versatz der in Reihe angeordneten Windungen in ihren sich in Umfangsrichtung U erstreckenden Abschnitten vorzugsehen, ist im Radiusbereich, also im Übergangsbereich zwischen sich in Radialrichtung R erstreckenden Abschnitten der Wicklungen und sich in Umfangsrichtung U erstreckenden Abschnitten der Wicklungen, ein Ausgleich des Versatzes der in Radialrichtung erstreckenden Abschnitte der Wicklungen vorgesehen.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Stators 1 für eine Axialflussmaschine 1 mit zwei jeweils zueinander benachbarten Statorzähnen 2, 3. Im Wesentlichen ist Fig. 5 ähnlich aufgebaut wie Fig. 1 . Nachfolgend werden nur die Unterschiede der Fig. 5 zu Fig. 1 erläutert.

Zunächst einmal ist zu erkennen, dass in Fig. 5 im Unterschied zu Fig. 1 die benachbarten Wicklungen 4, 5 in der zweiten Ausführungsform zueinander angeordnet sind. Das heißt, dass sich die zweiten Windungen 8 der ersten Wicklung 4 auf derselben Höhe in Axialrichtung A wie die ersten Windungen 7 der zweiten Wicklung 5 befinden. Das heißt, dass die sich in einer Reihe befindlichen Windungen 7, 8 der benachbarten Wicklungen 4, 5 in dieselbe Richtung versetzt sind. Somit schließen alle der sich in einer Reihe befindlichen Windungen 7, 8 der benachbarten Wicklungen 4, 5 zwischen sich einen Zwischen-Wicklungs-Hohlraum 12 ein. In diesem Zwischen-Wicklungs- Hohlraum 12 ist ein Phasentrenner 14 angeordnet. Dieser kann aber optional auch entfallen.

Ein weiterer Unterschied der Fig. 5 zur Fig. 1 ist, dass die Wicklungen 4, 5 in der ersten Wicklungskonfiguration angeordnet sind. Das heißt, dass die erste Wicklung 4 bzw. die zweite Wicklung 5 in allen ersten Windungslagen links des Statorzahns 2, 3 jeweils erste Windungen 7 und rechts des Statorzahns 2, 3 jeweils zweite Windungen 8 auf derselben Höhe in Axialrichtung A aufweist (wobei die Darstellung der rechten Seite des Statorzahns 3 entfällt). In allen zweiten Windungslagen sind links des Statorzahns 2, 3 jeweils zweite Windungen 8 und rechts des Statorzahns 2, 3 jeweils erste Windungen 7 auf derselben Höhe in Axialrichtung A angeordnet (wobei die Darstellung der rechten Seite des Statorzahns 3 entfällt). Die ersten und zweiten Windungslagen sind alternierend (direkt aufeinanderfolgend) in Axialrichtung A angeordnet.

Fig. 6 ist eine perspektivische Schnittansicht benachbarter Wicklungen 4, 5 nach der ersten Wicklungskonfiguration. Es liegen also in den ersten Windungslagen im linken Abschnitt der Wicklungen 4, 5 jeweils erste Windungen 7 und im rechten Abschnitt der Wicklungen 4, 5 jeweils zweite Windungen 8 auf derselben Höhe in Axialrichtung A vor. In den zweiten Windungslagen sind Windungslagen im linken Abschnitt der Wicklungen 4, 5 jeweils zweite Windungen 8 und im rechten Abschnitt der Wicklungen 4, 5 jeweils erste Windungen 7 auf derselben Höhe in Axialrichtung A angeordnet.

In Fig. 6 ist weiterhin zu erkennen, dass die zweiten Windungen 8 der ersten Wicklung 4 auf derselben Höhe in Axialrichtung A liegen wie die ersten Windungen 7 der zur ersten Wicklung 4 benachbarten zweiten Wicklung 5 (zweite Ausführungsform). Zwischen den benachbarten Wicklungen 4, 5 ist zudem die Phasentrennerkontur 15 zu erkennen. Die radial inneren Enden der Wicklungen 4, 5, d.h. deren inneren Wicklungsköpfe 4.4, 5.4, sind jeweils von einem Fixierelement 16 vollständig umschlungen.

Es ist anzumerken, dass, wenn auch nur ein oder zwei Statorzähne 2, 3 einer Axialflussmaschine mit zugehöriger Wicklung 4, 5 in den obigen Figuren dargestellt sind, der entsprechende zuvor beschriebene Aufbau für alle Statorzähne bzw. deren Wicklungen gilt.

Bezuqszeichenliste

1 Stator

2 erster Statorzahn

3 zweiter Statorzahn

4 erste Wicklung

4.1 innere Wicklungslage der ersten Wicklung

4.2 äußere Wicklungslage der ersten Wicklung

4.3 äußerer Wicklungskopf der ersten Wicklung

4.4 innerer Wicklungskopf der ersten Wicklung 5 zweite Wicklung 5.1 innere Wicklungslage der zweiten Wicklung 5.2 äußere Wicklungslage der zweiten Wicklung

5.3 äußerer Wicklungskopf der zweiten Wicklung

5.4 innerer Wicklungskopf der zweiten Wicklung 6 Joch

7 erste Windungen

7.1 erste Windungen der inneren Wicklungslage

7.2 erste Windungen der äußeren Wicklungslage 8 zweite Windungen

8.1 zweite Windungen der inneren Wicklungslage

8.2 zweite Windungen der äußeren Wicklungslage 9 Statorzahn-Wicklungs-Hohlraum / -Kühlmittelkanal

10 Basisisolierung

11 Wicklungsnut

12 Zwischen-Wicklungs-Hohlraum / -Kühlmittelkanal

13 Abdichtung

14 Phasentrenner

15 Phasentrennerkonturen

16 Fixierelemente A Axialrichtung R Radialrichtung U Umfangsrichtung

Claims

Patentansprüche

1 . Stator (1 ) mit einer Vielzahl von jeweils zueinander benachbarten Statorzähnen (2, 3), wobei zumindest ein Statorzahn (2, 3) vollumfänglich von einer Wicklung (4, 5) umwickelt ist und die Wicklung (4, 5) zumindest eine innere Wicklungslage (4.1 , 5.1 ) aufweist, die in unmittelbarer Nähe zu dem Statorzahn (2, 3) angeordnet ist oder den Statorzahn (2, 3) direkt umgibt, und wobei die Wicklung (4, 5) eine Vielzahl von in Längsrichtung des Statorzahns (2, 3) betrachtet nebeneinander angeordneten Windungen (7, 8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen (7, 8) der Wicklung (4, 5) eines Statorzahnes (2, 3) jeweils in erste Windungen (7) und in zweite Windungen (8) unterteilt sind, wobei die ersten Windungen (7) der Wicklung (4, 5) relativ zum zugehörigen Statorzahn (2, 3)hohlraumfrei oder näher an dem zugehörigen Statorzahn (2, 3) als die zweiten Windungen (8) angeordnet sind und zwischen den zweiten Windungen (8) der Wicklung (4, 5) und dem zugehörigen Statorzahn (2, 3) jeweils ein Statorzahn-Wicklungs-Kühlmittelkanal ausgebildet ist.

2. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Windungen (7) oder jeweilige Gruppen der ersten Windungen (7) und die zweiten Windungen (8) oder jeweilige Gruppen der zweiten Windungen (8) der Wicklung (4, 5) eines Statorzahns (2, 3) in Axialrichtung (A) betrachtet alternierend miteinander angeordnet sind.

3. Stator (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Windungen (7, 8) der Wicklung (4, 5) eines Statorzahns (2, 3) im Bereich eines äußeren Wicklungskopfes (4.3, 5.3), der sich entlang eines radial äußeren Randes des Statorzahns (2, 3) in Umfangsrichtung (U) erstreckt, jeweils miteinander fluchtend angeordnet sind, und/oder die einzelnen Windungen (7, 8) der Wicklung (4, 5) desselben Statorzahns (2, 3) im Bereich eines inneren Wicklungskopfes (4.4, 5.4), der sich entlang eines radial inneren Randes des Statorzahns (2, 3) in Umfangsrichtung (U) erstreckt, jeweils miteinander fluchtend angeordnet sind.

4. Stator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Windungen (7) der jeweiligen Wicklungen (4, 5) zueinander benachbarter Statorzähne (2, 3), die jeweils auf derselben Höhe in Bezug auf die Längsrichtung des Statorzahns (2, 3) angeordnet sind, zwischen sich jeweils einen Zwischen- Wicklungs-Hohlraum (12) ausbilden, der einen Zwischen-Wicklungs-Kühlmittelkanal ausbildet, und die zweiten Windungen (8) der jeweiligen Wicklungen (4, 5) zueinander benachbarter Statorzähne (2, 3), die jeweils auf derselben Höhe in Bezug auf die Längsrichtung des Statorzahns (2, 3) angeordnet sind, ohne Abstand in Umfangsrichtung (U) zueinander direkt aneinander anliegen oder mit einem Abstand in Umfangsrichtung (U) zueinander aneinander anliegen, der kleiner als eine Abmessung des Zwischen-Wicklungs-Hohlraum (12) ist.

5. Stator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den ersten Windungen (7) einer Wicklung (4) eines Statorzahns (2) und den jeweils dazu auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns (2, 3) angeordneten zweiten Windungen (8) einer Wicklung (5) des benachbarten Statorzahns (3) jeweils ein Zwischen-Wicklungs-Hohlraum (12) , der einen Zwischen-Wicklungs- Kühlmittelkanal ausbildet, in Umfangsrichtung (U) vorgesehen ist, und zwischen den zweiten Windungen (8) einer Wicklung (4) eines Statorzahns (2) und den jeweils dazu auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns (2, 3) angeordneten ersten Windungen (7) einer Wicklung (5) des benachbarten Statorzahns (3) jeweils ein Zwi- schen-Wicklungs-Hohlraum (12) , der einen Zwischen-Wicklungs-Kühlmittelkanal ausbildet, in Umfangsrichtung (U) vorgesehen ist.

6. Stator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder Statorzahn-Wicklungs-Kühlmittelkanal (9) und gegebenenfalls jeder Zwischen-Wicklungs-Kühlmittelkanal (12) jeweils in Breitenrichtung des Statorzahns (2, 3) erstreckt.

7. Stator (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen-Wicklungs-Hohlräume (12) einen in Längsrichtung des Statorzahns (2, 3) durchgängigen Spalt ausbilden, in dem ein Phasentrenner (14) angeordnet ist, der einen Kühlmittelfluss im Zwischen-Wicklungs-Kühlmittelkanal unterbindet.

8. Stator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn auf einer Seite des Statorzahns (2, 3) in Umfangsrichtung (U) eine erste Windung (7) vorliegt, auf der anderen Seite desselben Statorzahns (2, 3) eine mit dieser ersten Windung (7) auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns (2, 3) angeordnete zweite Windung (8) vorliegt, und wenn auf der einen Seite des Statorzahns (2, 3) in Umfangsrichtung (U) eine zweite Windung (8) vorliegt, auf der anderen Seite desselben Statorzahns (2, 3) eine mit dieser zweiten Windung (8) auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns (2, 3) angeordnete erste Windung (7) vorliegt.

9. Stator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn auf einer Seite des Statorzahns (2, 3) in Umfangsrichtung (U) eine erste Windung (7) vorliegt, auf der anderen Seite desselben Statorzahns (2, 3) eine mit dieser ersten Windung (7) auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns (2, 3) angeordnete erste Windung (7) vorliegt, und wenn auf der einen Seite des Statorzahns (2, 3) in Umfangsrichtung (U) eine zweite Windung (8) vorliegt, auf der anderen Seite desselben Statorzahns (2, 3) eine mit dieser zweiten Windung (8) auf derselben Höhe in Längsrichtung des Statorzahns (2, 3) angeordnete zweite Windung (8) vorliegt.

10. Axialflussmaschine, die zumindest einen Stator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie einen Rotor aufweist, wobei im Falle zweier Statoren (1 ) der Rotor zwischen den zwei Statoren (1 ) angeordnet ist.