WO2011032750A2 - Zahnspule für eine elektrische maschine sowie elektrische maschine mit reduziertem wicklungswiderstand - Google Patents

Zahnspule für eine elektrische maschine sowie elektrische maschine mit reduziertem wicklungswiderstand Download PDF

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WO2011032750A2
WO2011032750A2 PCT/EP2010/060526 EP2010060526W WO2011032750A2 WO 2011032750 A2 WO2011032750 A2 WO 2011032750A2 EP 2010060526 W EP2010060526 W EP 2010060526W WO 2011032750 A2 WO2011032750 A2 WO 2011032750A2
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tooth
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Steven Andrew Evans
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Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/18—Windings for salient poles

Definitions

  • the invention relates to electrical machines with stator windings, in particular electrical machines with single-tooth windings.
  • tooth coils Windings surrounding individual stator teeth are called tooth coils.
  • such tooth coils are manufactured separately, placed on the stator teeth and electrically connected to groups, each representing a phase winding of the electric machine.
  • the winding is made of a conductor in the form of a wire, in particular a copper wire.
  • strip conductors can be used.
  • phase windings magnetic fields are formed, which can serve to drive the electric machine.
  • a significant part of the power loss of such an electric machine is caused by the ohmic resistance of the conductors with which the tooth coils are formed.
  • the coils take up due to the often rectangular geometry of the wound th cross section to a cross section, the outline has rounded edges. However, so remains between adjacent tooth coils in the winding head area unused space that does not contribute to improving the performance of the electric machine.
  • a strip conductor for producing a tooth coil for an electric machine wherein the strip conductor with respect to a longitudinal direction has at least a portion in which the strip conductor is widened in the direction of a width, wherein the width of the strip conductor defines two edges of which only one edge to broaden the strip conductor has a bulge.
  • a toothed coil is provided with a winding of the above strip conductor, so that the winding surrounds a winding axis with one or more windings in a winding layer, the direction of the width of the strip conductor being aligned in a winding plane perpendicular to the winding axis of the toothed coil is.
  • the broadening can have an edge in the middle, in particular a 90 ° edge, in the longitudinal direction in a first subsection.
  • the strip conductor in second sections which connect to both sides of the first section to the end of the section in the longitudinal direction, have a concave with respect to the longitudinal contour.
  • At least one further section may be provided which has no widening, wherein the further section is arranged longitudinally between two sections.
  • a main component of the strip conductor may be copper or aluminum.
  • the winding can be provided around a polygonal inner cross section, wherein the at least one section is arranged over an edge of the angular inner cross section.
  • an electric machine is provided with a stator having at least one stator tooth surrounded by the above tooth coil.
  • the stator may be constructed with laminations having a thickness which is smaller than the thickness of the strip conductor.
  • a use of the above stripline for making a tooth coil for an electric machine there is provided a use of the above stripline for making a tooth coil for an electric machine.
  • a method of manufacturing a dental coil with the above strip conductor wherein the winding is configured so that the winding surrounds a winding axis with one or more turns in a winding layer, wherein the direction of the width of the strip conductor in one Winding plane is aligned perpendicular to the winding axis of the dental coil, wherein the at least one portion is disposed over an edge of the angular inner cross-section.
  • FIGS. 1 a - 1 c show various views of tooth coils on a stator of an axially long electrical machine according to the prior art
  • Figures 2a-2c views of tooth coils of an electric machine to a stator of an axially short electrical machine according to the prior art
  • FIGS. 3a-3c show different views of tooth coils on a stator of an axially long electric machine according to an embodiment
  • Figure 4 is a view of the shape of a strip conductor for producing a dental coil of Figure 3;
  • FIGS. 5a-5c show different views of tooth coils on a stator of an axially short electrical machine according to a further embodiment
  • Figure 6 is a plan view of a strip conductor for use in the manufacture of a dental coil of Figures 5a to 5c;
  • Figure 7 shows the increase in the average cross-sectional area of a
  • FIG. 8 shows the profile of the resistance of a winding in the invention in function of the width of the strip conductor in a Striped conductors with widenings compared to a stripline without extensions.
  • FIGS. 1 a, 1 b and 1 c show various views of a conventional toothed coil 1, which is placed on a stator tooth 2 of a stator 3.
  • a conventional toothed coil 1 which is placed on a stator tooth 2 of a stator 3.
  • three juxtaposed stator teeth, each mounted thereon tooth coils 1 are shown in Fig. 1 a.
  • 1 b shows a view of the arrangement of FIG. 1 a in the direction of the arrow A.
  • FIG. 1 c shows a sectional view through one of the stator teeth 2 surrounded by a corresponding tooth coil.
  • the stator 3 comprises a return body 4, on which the stator teeth 2 are arranged.
  • the tooth coils 1 are made of a strip conductor 6, which has a constant rectangular cross-section in the present case.
  • the rectangular cross-section of the strip conductor 6 comprises a thickness d and a width b, often the width b is greater than the thickness d.
  • the strip conductor 6 is shown in a plan view in the direction of arrow A. It can be seen that the stator 3 or the return body 4 of the stator 3 is constructed with laminations 5. As a rule, the stator teeth 2 are formed integrally with the return body 4. The laminations 5 may have a thickness d, which is preferably less than the thickness of the strip conductor 6 of the winding head.
  • 1 In Figure 1 c is a cross section through a stator tooth 2 with a turn thereon of the strip conductor 6 of the tooth coil 1 is shown. Alternatively, the stator may also be made with a soft magnetic powder compound (SMC).
  • SMC soft magnetic powder compound
  • the strip conductor 6 of the tooth coil 1 is placed around the stator teeth 2, that the plane of the turns is aligned substantially in the direction of the width b, while the thickness of the strip conductor 6 of the tooth coil 1 is aligned in the direction of the winding axis.
  • the toothed coil 1 can not follow these corners or edges of the stator tooth 2 and thus forms arcuate sections 20 during wrapping of the stator tooth 2 at these points certain radius R (inner radius).
  • a region B which is shown hatched in FIG. 1 b, is formed in the regions between the outer sides of the arcuate segment-shaped sections 20 of the turns of the dental coils 1.
  • the area B of an electric machine usually remains unused and is not used to improve a performance of the electric machine.
  • FIGS. 2 a to 2 c show views corresponding to FIGS. 1 a to 1 c for an electrical machine which is relatively short in the axial direction, so that the toothed coils 1 essentially have a circular cross section, as shown in FIGS and 2c is removable.
  • the stator teeth 2 have sections of different width in order to fill the area inside the toothed coil 1 with the stator material as far as possible.
  • the radius R which assumes the strip conductor 6 both in the case of Figures 1 a to 1 c and in the tooth coil of Figures 2a to 2c, often represents a minimum radius that limits the possible curvature of the strip conductor 6 of the tooth coil 1.
  • the minimum radius results from factors such as e.g. Bending force, brittleness of the material of the strip conductor 6 and the like.
  • Tooth coil 1 is provided, as shown in Figures 3a to 3c.
  • the views of Figures 3a to 3c correspond to the views of Figures 1 a to 1 c.
  • Like reference numerals designate elements of equal or comparable function.
  • FIGS. 3b and 3c it can be seen that at the regions in which the strip conductor 6 of the toothed coil 1 is curved, it is widened, so that the entire toothed coil 1 has a rectangular cross section in a plane perpendicular to the winding axis. It can be seen that the unused area B marked in FIGS. 1 b and 2 b does not occur in the case of a toothed reel 1 formed in this way, since the sides of the toothed reel 1, which are located in the toothed reel 1 mounted state of an adjacent tooth coil are assigned to be rectilinear.
  • the total ohmic resistance of the strip conductor 6 used for the tooth coil 1 is reduced and thus the power loss of the electric machine Reduced by reducing the ohmic resistance of the tooth coil (stator windings).
  • FIG. 4 shows a strip conductor 6 for producing a tooth coil 1 of the embodiment of FIGS. 3a to 3c.
  • the strip conductor 6 of Figure 4 is an elongated conductor having a preferably constant thickness d and a length in the longitudinal direction, which is sufficient for forming the winding of the tooth coil 1.
  • the strip conductor 6 has a first edge 1 1 and a second, the first opposite edge 12.
  • the strip conductor 6 comprises a first section A1 along the longitudinal direction, in which the strip conductor 6 has a constant width b.
  • In a second section A2 along the longitudinal direction of the strip conductor 6 is provided with a thickening having a right-angled tip and which is formed by a bulge on the second edge 12.
  • the rectangular tip forms an outer edge of the tooth coil 1 in a wound to a tooth coil 1 state of the strip conductor 6, so that a rectangular cross-section of the tooth coil 1 is formed.
  • the broadening of the strip conductor 6 has a higher cross section at this point result, whereby the ohmic resistance of the entire, used for the tooth coil 1 strip conductor 6 is reduced.
  • the broadening in the second section A2 of the strip conductor 6 may be provided as follows:
  • the rectangular tip is located centrally in the second section A2 at the second edge 12 and has a width 11 in a first section T1.
  • Laterally adjacent to the first subsection T1 are each second subsections T2, in which a concave contour is formed.
  • the concave contour is preferably provided in a circular arc and extends from one end of the second section A2 to the corresponding end of the first section T1.
  • the broadening in the second section A2 is formed so that when forming the tooth coil by wrapping a winding carrier or a Other winding form with a 90 ° edge, the second section A2 bends around the 90 ° edge and forms an edge with a 90 ° angle, ie the along the strip conductor 6 the second section A2 preceding section and the subsequent section of the strip conductor 6 have orientations that enclose an angle of 90 ° to each other.
  • the edge around which the strip conductor 6 is bent may also have an angle different from 90 °.
  • the length of the second portion A2 corresponds to a quarter of the circumference of a circle segment having a radius corresponding to the minimum radius at which the strip conductor 6 can be bent with respect to its first edge 1 1 around an edge of the winding body or the winding shape, without the Strip conductor 6 breaks or deforms in any other undesirable manner.
  • two first sections A1 each include two second sections A2 arranged directly adjacent to one another, which thereby form a 180 ° loop of a turn of the tooth coil 1.
  • the broadening of the strip conductor 6 in the second section A2 is generally designed so that the strip conductor 6 in a bent around an edge, in particular by a 90 ° edge state compared to a strip conductor 6 without thickening in the second sections A2 a larger proportion of the unused
  • Area B occupies, so as to use the area B between two arranged on the stator 2 tooth coils 1 to reduce the ohmic resistance of the tooth coil 1.
  • Tooth coils 1 provided with spacers so that they fill in the conventional tooth coil between tooth coils 1 on adjacent stator teeth area B as in the use of strip conductors without spacers. It can be seen that for tooth coils 1, the width of which is constant in the direction of adjacent stator teeth 2 via a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of stator teeth 2 and perpendicular to the axial direction of the winding, the best possible utilization of the gap between adjacent tooth coils 1 is achieved.
  • FIGS. 5a to 5c show the use of the modified strip conductor 6 for forming tooth coils 1 for a further electrical machine. provides. A stripline 6 for constructing a dental coil of FIGS. 5a to 5c is shown in FIG.
  • the strip conductor 6 of Figure 6 includes only portions which are formed as the second portions A2 of the embodiment of Fig. 4.
  • the second portions A2 are substantially identical and are adjacent to each other.
  • Each of the second sections A2 has at its
  • the width b of the strip conductor 6 and between its two ends a widening, which has a preferably rectangular tip substantially in the center.
  • the rectangular tip of the widening is preferably in the middle between the boundaries of the second section A2.
  • the length of the second section A2 at a 90 ° edge of the winding carrier or the winding form corresponds to one quarter of the circumference of a circle segment whose radius corresponds to the radius with which the strip conductor is bent or formed to form the toothed coil can be bent. That is to say, when one of the second sections A2 is bent around the corresponding edge of the winding carrier or the winding form, the adjoining second sections A2 enclose an angle of 90 ° to one another.
  • FIG. 7 shows a diagram which, for the same internal cross-section of the stator tooth 2, represents the relationship between the width of the strip conductor (at the regions where no broadening is provided) and the average cross-sectional area of a turn.
  • the average cross section of the winding can be increased by 30%.
  • the width b is reduced to 50%
  • the average cross-sectional area of the winding can be increased by about 60%.
  • Figure 8 shows the resistance of the winding when using the strip conductor 6 with broadening in the second sections over the width b of the strip conductor. For a tooth coil of otherwise similar dimensions, the winding resistance can be reduced to 77% of the electrical resistance of a conventional dental coil. If the width b of the strip conductor 6 only 50% of this
  • Width the electrical resistance of the winding is even only 63% of the resistance of a dental coil with a conventional strip conductor without spacers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Streifen leiter (6) zum Herstellen einer Zahnspule (1) für eine elektrische Maschine, wobei der Streifen leiter (6) bezüglich einer Längsrichtung mindestens einen Abschnitt (A2) aufweist, in der der Streifenleiter (6) in Richtung einer Breite (b) verbreitert ist, wobei durch die Breite (b) des Streifenleiters (6) zwei Ränder (11, 12) definiert werden, von denen nur ein Rand (12) zur Verbreiterung des Streifen leiters (6) eine Ausbuchtung aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Zahnspule (1) mit einer Wicklung des obigen Streifenleiters (6), so dass die Wicklung eine Wicklungsachse mit einer oder mehreren Windungen in einer Wicklungslage umgibt, wobei die Richtung der Breite des Streifenleiters (6) in einer Windungsebene senkrecht zu der Wicklungsachse der Zahnspule (1) ausgerichtet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Zahnspule für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine mit reduziertem Wicklungswiderstand
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen mit Statorwicklungen, insbesondere elektrische Maschinen mit Einzelzahnwicklungen.
Stand der Technik
Elektrische Maschinen, insbesondere Synchronmotoren, weisen häufig Statoren mit Statorzähnen auf, auf die Statorwicklungen aufgesetzt sind. Wicklungen, die einzelne Statorzähne umgeben, werden Zahnspulen genannt. Für die Herstellung einer elektrischen Maschine werden solche Zahnspulen separat gefertigt, auf die Statorzähne aufgesetzt und zu Gruppen elektrisch verschaltet, die jeweils eine Phasenwicklung der elektrischen Maschine darstellen. Die Wicklung ist aus einem Leiter in Form eines Drahtes, insbesondere eines Kupferdrahtes, ausgeführt. Für Zahnspulen in elektrischen Maschinen höherer Leistung können Streifenleiter verwendet werden.
Bei der elektrischen Ansteuerung der Phasenwicklungen werden magnetische Felder ausgebildet, die zum Antreiben der elektrischen Maschine dienen können. Ein erheblicher Teil der Verlustleistung einer derartigen elektrischen Maschine wird durch den ohmschen Widerstand der Leiter, mit denen die Zahnspulen ausgebildet sind, hervorgerufen.
Bei Verwendung von Zahnspulen für Wicklungen einer elektrischen Maschine nehmen die Spulen aufgrund der oftmals rechteckigen Geometrie des umwickel- ten Querschnitts einen Querschnitt an, dessen Umriss abgerundete Kanten aufweist. So verbleibt jedoch zwischen benachbarten Zahnspulen im Wickelkopfbereich ungenutzter Raum, der nicht zu einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine beiträgt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch den Streifenleiter für eine Zahnspule gemäß Anspruch 1 , die Zahnspule, die elektrische Maschine, das Verfahren zum Herstellen einer Zahnspule sowie durch die Verwendung des Streifenleiters gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Streifenleiter zum Herstellen einer Zahnspule für eine elektrische Maschine vorgesehen, wobei der Streifenleiter bezüglich einer Längsrichtung mindestens einen Abschnitt aufweist, in der der Streifen leiter in Richtung einer Breite verbreitert ist, wobei durch die Breite des Streifen leiters zwei Ränder definiert werden, von denen nur ein Rand zur Verbreiterung des Streifenleiters eine Ausbuchtung aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Zahnspule mit einer Wicklung des obigen Streifenleiters vorgesehen, so dass die Wicklung eine Wicklungsachse mit einer oder mehreren Windungen in einer Wicklungslage umgibt, wobei die Richtung der Breite des Streifenleiters in einer Windungsebene senkrecht zu der Wick- lungsachse der Zahnspule ausgerichtet ist.
Eine Idee des oben beschriebenen Streifen leiters und der Zahnspule besteht darin, dass der ungenutzte Raum zwischen den benachbarten Zahnspulen im Wickelkopfbereich durch eine Verbreiterung des Querschnitts des Streifen leiters der Zahnspule an den Positionen, an denen der Streifen leiter um eine Kante gewickelt wird, reduziert wird. Die Verbreiterung des Querschnitts des Streifenlei- ters wirkt so, dass dieser beim Wickeln eine im Wesentlichen gradlinige Außenfläche der Zahnspule bilden, die einander beim Anordnen an Statorzähnen eines Stators gegenüberliegen. Somit können die Zahnspulen dicht aneinander angeordnet werden und es treten keine Bauraumverluste durch das Führen von Streifenleitern gleichmäßigen Querschnitts um Kanten auf. Durch das Vergrößern des Querschnitts an den bestimmten Positionen des Leiters können der ohmsche Widerstand der gesamten Zahnspule und somit die Leistungsverluste der mit den Zahnspulen aufgebauten elektrischen Maschine reduziert werden.
Weiterhin kann in dem Abschnitt die Verbreiterung mittig eine Kante, insbesondere eine 90°-Kante, in Längsrichtung in einem ersten Teilabschnitt aufweisen. Insbesondere kann der Streifen leiter in zweiten Teilabschnitten, die sich beidseitig an den ersten Teilabschnitt bis zum Ende des Abschnitts in Längsrichtung anschließen, eine bezüglich der Längsrichtung konkave Kontur aufweisen.
Es kann weiterhin mindestens ein weiterer Abschnitt vorgesehen sein, der keine Verbreiterung aufweist, wobei der weitere Abschnitt in Längsrichtung zwischen zwei Abschnitten angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Hauptbestandteil des Streifen leiters Kupfer oder Aluminium sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Zahnspule kann die Wicklung um einen eckigen Innenquerschnitt vorgesehen sein, wobei der mindestens eine Abschnitt über eine Kante des eckigen Innenquerschnitts angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine elektrische Maschine mit einem Stator vorgesehen, der mindestens einen Statorzahn aufweist, der von der obigen Zahnspule umgeben ist. Insbesondere kann der Stator mit Blechlamellen aufgebaut sein, die eine Dicke aufweisen, die kleiner ist als die Dicke des Streifenleiters.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Verwendung des obigen Streifenleiters zum Herstellen einer Zahnspule für eine elektrische Maschine vorgesehen. Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnspule mit dem obigen Streifenleiter vorgesehen, wobei die Wicklung so ausgeführt wird, dass die Wicklung eine Wicklungsachse mit einer oder mehreren Windungen in einer Wicklungslage umgibt, wobei die Richtung der Breite des Streifenlei- ters in einer Windungsebene senkrecht zu der Wicklungsachse der Zahnspule ausgerichtet wird, wobei der mindestens eine Abschnitt über eine Kante des eckigen Innenquerschnitts angeordnet wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figuren 1 a-1 c verschiedene Ansichten auf Zahnspulen an einem Stator ei- ner axial langen elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik;
Figuren 2a-2c Ansichten auf Zahnspulen einer elektrischen Maschine an einem Stator einer axial kurzen elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik;
Figuren 3a-3c verschiedene Ansichten auf Zahnspulen an einem Stator einer axial langen elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform;
Figur 4 eine Ansicht der Formgebung eines Streifenleiters zum Herstellen einer Zahnspule der Figur 3;
Figuren 5a-5c verschiedene Ansichten auf Zahnspulen an einem Stator einer axial kurzen elektrischen Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Figur 6 eine Draufsicht auf einen Streifen leiter zur Verwendung bei der Herstellung einer Zahnspule der Figuren 5a bis 5c; Figur 7 den Anstieg der durchschnittlichen Querschnittsfläche einer
Windung in Funktion zur Breite des Streifen leiters bei einem Streifenleiter mit Verbreiterungen gegenüber einem Streifenleiter ohne Verbreiterungen; und
Figur 8 den Verlauf des Widerstands einer Wicklung bei der Erfin- dung in Funktion zur Breite des Streifenleiters bei einem Streifen leiter mit Verbreiterungen gegenüber einem Streifenleiter ohne Verbreiterungen.
Beschreibung von Ausführungsformen
In den Figuren 1 a, 1 b und 1 c sind verschiedene Ansichten einer herkömmlichen Zahnspule 1 dargestellt, der auf einem Statorzahn 2 eines Stators 3 aufgesetzt ist. Im vorliegenden Beispiel sind in Fig. 1 a drei nebeneinander angeordnete Statorzähne mit jeweils darauf angebrachten Zahnspulen 1 dargestellt. Fig. 1 b zeigt eine Ansicht auf die Anordnung der Fig. 1 a in Richtung des Pfeils A. Fig. 1 c zeigt eine Schnittansicht durch einer der mit einer entsprechenden Zahnspule umgebenen Statorzahn 2.
Der Stator 3 umfasst einen Rückschlusskörper 4, an dem die Statorzähne 2 angeordnet sind. Die Zahnspulen 1 sind aus einem Streifenleiter 6 gefertigt, der im vorliegenden Fall einen konstanten rechteckigen Querschnitt aufweist. Der rechteckige Querschnitt des Streifen leiters 6 umfasst eine Dicke d und eine Breite b, wobei häufig die Breite b größer ist als die Dicke d.
In Figur 1 b ist der Streifenleiter 6 in einer Draufsicht in Richtung des Pfeils A dargestellt. Man erkennt, dass der Stator 3 bzw. der Rückschlusskörper 4 des Stators 3 mit Blechlamellen 5 aufgebaut ist. In der Regel sind die Statorzähne 2 einstückig mit dem Rückschlusskörper 4 ausgebildet. Die Blechlamellen 5 können eine Dicke d aufweisen, die vorzugsweise geringer ist als die Dicke des Streifenleiters 6 des Wickelkopfs 1 . In Figur 1 c ist ein Querschnitt durch einen Statorzahn 2 mit einer darauf befindlichen Windung des Streifen leiters 6 der Zahnspule 1 dargestellt. Alternativ kann der Stator auch mit einer weichmagnetischen Pulververbindung (SMC: soft magnetic powder composite) hergestellt sein.
Der Streifenleiter 6 der Zahnspule 1 ist so um die Statorzähne 2 gelegt, dass die Ebene der Windungen im Wesentlichen in Richtung der Breite b ausgerichtet ist, während die Dicke des Streifen leiters 6 der Zahnspule 1 in Richtung der Wicklungsachse ausgerichtet ist. Wie aus den Figur 1 b und 1 c entnehmbar, kann beim Wickeln des Streifen leiters der Zahnspule 1 dieser nicht Ecken bzw. Kanten des Statorzahns 2 folgen und bildet somit beim Umwickeln des Statorzahns 2 an diesen Stellen bogenseg- mentförmige Abschnitte 20 aus, die einen bestimmten Radius R aufweisen (In- nenradius). Durch das nebeneinander Anordnen mehrerer Zahnspulen 1 an benachbarten Statorzähnen 2 entsteht in den Bereichen zwischen den Außenseiten der bogensegmentförmigen Abschnitten 20 der Windungen der Zahnspulen 1 ein Bereich B, der in Figur 1 b schraffiert dargestellt ist. Der Bereich B einer elektrischen Maschine verbleibt in der Regel ungenutzt und wird zur Verbesserung ei- ner Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine nicht verwendet.
In den Figuren 2a bis 2c sind den Figuren 1 a bis 1 c entsprechende Ansichten für eine elektrische Maschine dargestellt, die in axialer Richtung relativ kurz ist, so dass die Zahnspulen 1 im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt aufwei- sen, wie es aus den Figuren 2b und 2c entnehmbar ist. Die Statorzähne 2 weisen im gezeigten Beispiel Abschnitte verschiedener Breite auf, um den Bereich im Inneren der Zahnspule 1 mit dem Statormaterial möglichst auszufüllen. Der Radius R, den der Streifenleiter 6 sowohl im Fall der Figuren 1 a bis 1 c als auch bei der Zahnspule der Figuren 2a bis 2c annimmt, stellt oftmals einen Mindestradius dar, der die mögliche Krümmung des Streifen leiters 6 der Zahnspule 1 begrenzt.
Der Mindestradius ergibt sich aus Faktoren, wie z.B. Biegekraft, Brüchigkeit des Materials des Streifen leiters 6 und dergleichen.
Zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften, insbesondere für eine Reduk- tion des ohmschen Widerstands der Zahnspule 1 , ist nun eine Ausgestaltung der
Zahnspule 1 vorgesehen, wie sie in den Figuren 3a bis 3c dargestellt ist. Die Ansichten der Figuren 3a bis 3c entsprechen den Ansichten der Figuren 1 a bis 1 c. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
Insbesondere aus den Figuren 3b und 3c erkennt man, dass an den Bereichen, in denen der Streifenleiter 6 der Zahnspule 1 gekrümmt ist, dieser verbreitert ausgeführt ist, so dass die gesamte Zahnspule 1 in einer Ebene senkrecht zur Wicklungsachse einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Man erkennt, dass der in den Figuren 1 b und 2b gekennzeichnete ungenutzte Bereich B bei einer derart ausgebildeten Zahnspule 1 nicht auftritt, da die Seiten der Zahnspule 1 , die im montierten Zustand einer benachbarten Zahnspule zugeordnet sind, geradlinig sind. Durch die verdickte Ausführung des Streifen leiters 6 der Zahnspule 1 in den Bereichen, an denen der Streifenleiter 6, um eine Kante des Statorzahns verlaufen soll, wird der gesamte ohmsche Widerstand des für die Zahnspule 1 verwendeten Streifenleiters 6 reduziert und somit die Verlustleistung der elektrischen Maschine durch Reduzierung des ohmschen Widerstands der Zahnspule (Statorwicklungen) vermindert.
In Figur 4 ist ein Streifenleiter 6 zum Herstellen einer Zahnspule 1 der Ausführungsform der Figuren 3a bis 3c dargestellt. Der Streifen leiter 6 der Figur 4 ist ein länglicher Leiter mit einer vorzugsweise konstanten Dicke d und eine Länge in Längsrichtung, die zum Ausbilden der Wicklung der Zahnspule 1 ausreicht. Der Streifenleiter 6 weist einen ersten Rand 1 1 und einen zweiten, dem ersten gegenüberliegenden Rand 12 auf. Der Streifenleiter 6 umfasst einen ersten Abschnitt A1 entlang der Längsrichtung, in dem der Streifenleiter 6 eine konstante Breite b aufweist. In einem zweiten Abschnitt A2 entlang der Längsrichtung ist der Streifenleiter 6 mit einer Verdickung versehen, die eine rechtwinklige Spitze aufweist und die durch eine Ausbuchtung an dem zweiten Rand 12 gebildet ist. Die rechtwinklige Spitze bildet in einem zu einer Zahnspule 1 gewickelten Zustand des Streifen leiters 6 eine äußere Kante der Zahnspule 1 aus, so dass ein rechteckiger Querschnitt der Zahnspule 1 gebildet wird. Die Verbreiterung des Streifen leiters 6 hat einen höheren Querschnitt an dieser Stelle zur Folge, wodurch der ohmsche Widerstand des gesamten, für die Zahnspule 1 verwendeten Streifen leiters 6 reduziert ist.
Die Verbreiterung im zweiten Abschnitt A2 des Streifen leiters 6 kann wie folgt vorgesehen sein: Die rechteckige Spitze befindet sich mittig im zweiten Abschnitt A2 an der zweiten Kante 12 und weist in einem ersten Teilabschnitt T1 eine Breite 11 auf. Seitlich an den ersten Teilabschnitt T1 schließen sich jeweils zweite Teilabschnitte T2 an, in denen eine konkave Kontur ausgebildet ist. Die konkave Kontur ist vorzugsweise kreisbogenförmig vorgesehen und reicht von einem Ende des zweiten Abschnitts A2 zum entsprechenden Ende des ersten Teilabschnitts T1 . Insgesamt ist die Verbreiterung in dem zweiten Abschnitt A2 so geformt, dass beim Formen der Zahnspule durch Umwickeln eines Wicklungsträgers oder einer sonstigen Wicklungsform mit einer 90°-Kante sich der zweite Abschnitt A2 um die 90°-Kante biegt und eine Kante mit einem 90°-Winkel ausbildet, d.h. der entlang dem Streifenleiter 6 dem zweiten Abschnitt A2 vorangehende Abschnitt und der nachfolgende Abschnitt des Streifen leiters 6 weisen Ausrichtungen auf, die einen Winkel von 90° zueinander einschließen. Die Kante, um die der Streifenleiter 6 gebogen wird, kann auch einen von 90° verschiedenen Winkel haben. Die Länge des zweiten Abschnitts A2 entspricht einem Viertel des Umfangs eines Kreissegments mit einem Radius, der dem Mindestradius entspricht, mit dem der Streifenleiter 6 bezüglich seiner ersten Kante 1 1 um eine Kante des Wicklungs- körpers oder der Wicklungsform gebogen werden kann, ohne dass der Streifenleiter 6 bricht oder sich in sonstiger unerwünschter Weise verformt.
Im gezeigten Beispiel für den Streifenleiter 6 schließen jeweils zwei erste Abschnitte A1 zwei unmittelbar aneinander angeordnete zweite Abschnitte A2 ein, die dadurch eine 180°-Schlaufe einer Windung der Zahnspule 1 ausbilden.
Die Verbreiterung des Streifenleiters 6 im zweiten Abschnitt A2 ist allgemein so ausgebildet, dass der Streifenleiter 6 in einem um eine Kante, insbesondere um eine 90°-Kante, gebogenen Zustand gegenüber einem Streifenleiter 6 ohne Ver- dickung in den zweiten Abschnitten A2 einen größeren Anteil des ungenutzten
Bereichs B (siehe Fig. 2b) einnimmt, um so den Bereich B zwischen zwei an dem Stator 2 angeordneten Zahnspulen 1 zur Reduzierung des ohmschen Widerstands der Zahnspule 1 zu nutzen. Wie in den Figuren 3a bis 3c und 4 dargestellt, werden die Streifen leiter 6 der
Zahnspulen 1 mit Verbreiterungen versehen, so dass diese den bei der herkömmlichen Zahnspule zwischen Zahnspulen 1 an benachbarten Statorzähnen entstehenden Bereich B weiter ausfüllen als bei der Verwendung von Streifenleitern ohne Verbreiterungen. Man erkennt, dass für Zahnspulen 1 , deren Breite in Richtung benachbarter Statorzähne 2 über eine Richtung senkrecht zu der Anordnungsrichtung der mehreren Statorzähne 2 und senkrecht zur axialen Richtung der Wicklung konstant ist, die bestmögliche Ausnutzung des Zwischenraums zwischen benachbarten Zahnspulen 1 erreicht wird. In den Figuren 5a bis 5c ist die Anwendung des modifizierten Streifen leiters 6 zum Ausbilden von Zahnspulen 1 für eine weitere elektrische Maschine darge- stellt. Ein Streifenleiter 6 zum Aufbau einer Zahnspule der Figuren 5a bis 5c ist in Figur 6 dargestellt. Der Streifen leiter 6 der Figur 6 umfasst lediglich Abschnitte, die wie die zweiten Abschnitte A2 aus der Ausführungsform der Fig. 4 ausgebildet sind. Die zweiten Abschnitte A2 sind im Wesentlichen identisch sind und schließen sich aneinander an. Jeder der zweiten Abschnitte A2 hat an seinen
Enden in Längsrichtung die Breite b des Streifen leiters 6 und zwischen seinen beiden Enden eine Verbreiterung, die im Wesentlichen mittig eine vorzugsweise rechteckige Spitze aufweist. Die rechteckige Spitze der Verbreiterung liegt vorzugsweise in der Mitte zwischen den Begrenzungen des zweiten Abschnitts A2. Ebenso wie bei der Ausführungsform der Figur 4 entspricht die Länge des zweiten Abschnitts A2 bei einer 90°-Kante des Wicklungsträgers oder der Wicklungsform einem Viertel des Umfangs eines Kreissegmentes, dessen Radius dem Radius entspricht, mit dem der Streifenleiter zum Bilden der Zahnspule gebogen wird bzw. gebogen werden kann. Das heißt, beim Biegen eines der zweiten Ab- schnitte A2 um die entsprechende Kante des Wicklungsträgers oder der Wicklungsform schließen die daran anschließenden zweiten Abschnitte A2 einen Winkel von 90° zueinander ein.
Beim Herstellen einer Wicklung mit einem derartigen Streifenleiter 6, bei dem die Richtung der Breite b der Wicklungsebene entspricht, bildet sich so eine Wicklung mit quadratischem Querschnitt, wie sie in Figur 5c dargestellt ist. Durch die Verbreiterung des Streifen leiters 6 in der Mitte der zweiten Abschnitte A2 wird der durchschnittliche Querschnitt des Streifenleiters 6 und damit der ohmsche Widerstand reduziert und es können so Zahnspulen 1 mit verringertem ohm- sehen Widerstand ausgebildet werden.
In Figur 7 ist ein Diagramm dargestellt, das bei gleichem Innenquerschnitt des Statorzahns 2 die Beziehung zwischen der Breite des Streifenleiters (an den Bereichen, an denen keine Verbreiterung vorgesehen ist) und der durchschnittli- chen Querschnittsfläche einer Windung darstellt. Bei gleicher Breite b des Streifenleiters 6 kann der durchschnittliche Querschnitt der Wicklung um 30 % erhöht werden. Wenn die Breite b dagegen auf 50 % reduziert wird, kann die durchschnittliche Querschnittsfläche der Wicklung um ungefähr 60 % vergrößert werden. Figur 8 zeigt den Widerstand der Wicklung bei Verwendung des Streifen leiters 6 mit Verbreiterungen in den zweiten Abschnitten über der Breite b des Streifenleiters. Bei einer Zahnspule mit ansonsten gleichen Abmessungen kann der Wicklungswiderstand auf 77 % des elektrischen Widerstands einer herkömmlichen Zahnspule reduziert. Wenn die Breite b des Streifen leiters 6 nur 50 % dieser
Breite entspricht, beträgt der elektrische Widerstand der Wicklung sogar nur noch 63 % des Widerstands einer Zahnspule mit einem herkömmlichen Streifenleiter ohne Verbreiterungen.

Claims

Ansprüche
1 . Streifenleiter (6) zum Herstellen einer Zahnspule (1 ) für eine elektrische Maschine, wobei der Streifen leiter (6) bezüglich einer Längsrichtung mindestens einen Abschnitt (A2) aufweist, in der der Streifenleiter (6) in Richtung einer Breite (b) verbreitert ist, wobei durch die Breite (b) des Streifen leiters (6) zwei Ränder (1 1 , 12) definiert werden, von denen nur ein Rand (12) zur Verbreiterung des Streifen leiters (6) eine Ausbuchtung aufweist.
2. Streifenleiter nach Anspruch 1 , wobei in dem Abschnitt die Verbreiterung mittig eine Kante, insbesondere eine 90°-Kante, in Längsrichtung in einem ersten Teilabschnitt (T1 ) aufweist.
3. Streifenleiter nach Anspruch 2, wobei der Streifenleiter (6) in zweiten Teilabschnitten (T2), die sich beidseitig an den ersten Teilabschnitt (T1 ) bis zum Ende des Abschnitts (A2) in Längsrichtung anschließen, eine bezüglich der Längsrichtung konkave Kontur aufweist.
4. Streifenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens ein weiterer Abschnitt (A1 ) vorgesehen ist, der keine Verbreiterung aufweist, wobei der weitere Abschnitt (A1 ) in Längsrichtung zwischen zwei Abschnitten (A2) angeordnet ist.
5. Streifenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Hauptbestandteil des Streifen leiters (6) Kupfer oder Aluminium ist.
6. Zahnspule (1 ) mit einer Wicklung eines Streifenleiters (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, so dass die Wicklung eine Wicklungsachse mit einer oder mehreren Windungen in einer Wicklungslage umgibt, wobei die Richtung der Breite des Streifen leiters (6) in einer Windungsebene senkrecht zu der Wicklungsachse der Zahnspule (1 ) ausgerichtet ist.
7. Zahnspule (1 ) nach Anspruch 6, wobei die Wicklung um einen eckigen Innenquerschnitt vorgesehen, wobei der mindestens eine Abschnitt über eine Kante des eckigen Innenquerschnitts angeordnet ist.
8. Elektrische Maschine mit einem Stator (3), der mindestens einen Statorzahn (2) aufweist, der von einer Zahnspule (1 ) nach Anspruch 6 oder 7 umgeben ist.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 8, wobei der Stator (3) mit Blechlamellen aufgebaut ist, die eine Dicke (d) aufweisen, die kleiner ist als die Dicke des Streifen leiters (6).
10. Verwendung eines Streifen leiters (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Herstellen einer Zahnspule (1 ) für eine elektrische Maschine.
1 1 . Verfahren zum Herstellen einer Zahnspule (1 ) mit einem Streifenleiter (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wicklung so ausgeführt wird, dass die Wicklung eine Wicklungsachse mit einer oder mehreren Windungen in einer Wicklungslage umgibt, wobei die Richtung der Breite (b) des Streifenleiters (6) in einer Windungsebene senkrecht zu der Wicklungsachse der Zahnspule (1 ) ausgerichtet wird, wobei der mindestens eine Abschnitt über eine Kante des eckigen Innenquerschnitts angeordnet wird.
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