WO2016096246A1 - Wicklungsanordnung und elektrische maschine mit einer derartigen wicklungsanordnung - Google Patents

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WO2016096246A1
WO2016096246A1 PCT/EP2015/076044 EP2015076044W WO2016096246A1 WO 2016096246 A1 WO2016096246 A1 WO 2016096246A1 EP 2015076044 W EP2015076044 W EP 2015076044W WO 2016096246 A1 WO2016096246 A1 WO 2016096246A1
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groove
conductors
coils
winding
cross
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PCT/EP2015/076044
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Christoph JUNGINGER
Gerd Stöhr
Peter Bugiel
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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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
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines

Definitions

  • the invention relates to a formed with at least one electrical conductor
  • Winding arrangement for an electric machine The invention further relates to an electrical machine with such a winding arrangement.
  • stator winding has at least n phase windings and a
  • Phase coil has a plurality of directly successive wound coils with coil sides and coil side connectors, wherein the coils are divided into first coils and second coils, with a forming tool, in which grooves are present, which are adapted to receive the coils, wherein a first coil in a groove and a second coil is disposed in another groove. Between the first coil and the second coil n-1 grooves are arranged.
  • the publication DE 10 2009 024 230 A1 further shows that the coils in a groove portion and in it to end winding areas of the coil subsequent transition areas imprinted, i. be deformed such that the wires of the coil no longer have a round cross-section, but the outer contour of the totality of all coil sides a
  • Section which will be inserted into a groove of a stator iron, embossed in the same shape. At the end positions of this section, one of each begins
  • Transition areas that are a few millimeters long. At the end of each of these transition regions facing away from this section, the latter transitions into a cross section in that the wires of the coil have a round cross section.
  • the transition region is defined and represents a contour which, in relation to the electrical machine in the axial direction, ie in the direction of the axis of rotation of the rotor, continuously changes from the trapezoidal cross section into the round cross section of the individual wires.
  • the Spools inserted into an embossing groove and embossed by means of a stamping die.
  • the embossing can also be carried out in such a way that all phase windings with all their coil sides are formed simultaneously in an embossing tool.
  • Initial state round wire is desired that the winding head is not radially enlarged.
  • the invention has the object to improve a winding arrangement for an electrical machine such that in the electric machine, an increase in the efficiency and the power density can be achieved in a compact design.
  • a winding arrangement formed with at least one electrical conductor for an electrical machine, in particular a stator of this electric machine, which has a magnetic yoke with a predetermined, along a
  • spaced groove arranged spaced number of grooves, comprising a predetermined number of coils, each with two for insertion in by two groove intervals
  • the coils include groove areas and winding heads.
  • Each coil is formed by a conductor which is alternately guided by the Nut Schemee and the winding heads of the coil.
  • a coil is composed of a juxtaposition of sections of the conductor forming it, also referred to as winding sections together.
  • the groove areas of the coil are composed of winding sections of these groove areas, and the winding heads of the coil are composed of winding sections of the winding heads.
  • each groove portion and each winding head of a coil comprises a conductor or a conductor bundle.
  • the winding portions of the groove portions are those portions of the electrical conductors of the coils, which are adapted to be inserted into one of the grooves of the magnetic yoke.
  • the winding heads are formed by those portions of the electrical conductors of the coils, ie winding sections, which are designed to be guided outside of the slots in the axial direction of the magnetic yoke in front of or behind this.
  • One to a coil wound electrical conductor thus has along its longitudinal extent, which is in operation its main current flow direction, in alternation winding sections of the groove areas and winding winding belonging to a winding sections.
  • the electrical conductor along its longitudinal extent in a mounted state in the magnet yoke with a first winding portion of a groove portion in a first groove, with an adjoining winding portion in a first winding head, with an adjoining second winding portion of a groove portion in a second Groove, with an adjoining winding section in a second winding head, with an adjoining third winding section of a groove portion again in the first groove, etc. out.
  • the first and the second groove are spaced apart by two groove distances, ie they skip a groove in a slot pitch of the magnetic yoke.
  • the guided in the winding heads winding sections are accordingly dimensioned so that the winding heads over these two groove distances lead.
  • the winding arrangement according to the invention makes it possible to achieve a high winding factor.
  • the winding factor indicates how well an ideal spatial field course is actually approximated by the electric machine with the winding arrangement. In the case of the winding arrangement or machine according to the invention, this is a sinusoidal field profile.
  • the winding factor is a parameter determining a power density in the machine. The winding factor thus describes a harmonic content of the spatial field profile.
  • Harmonic waves are the cause of parasitic effects, e.g. Vibrations of the machine during operation or additional power losses.
  • Winding heads guided winding sections In addition, additional power losses occur in the winding sections guided in the winding heads. Therefore, it is advantageous if the guided in the winding heads winding sections can be kept as short as possible. Furthermore, long lengths of the winding sections guided in the winding heads cause the winding heads to take up a large amount of installation space. If the installation space for the electrical machine as a whole is limited, then further construction elements of the electrical machine must be reduced in size, in particular a length of the magnetic yoke in its axial direction, in particular a stator length. This shortens the groove areas and consequently also reduces the effective power of the machine.
  • the inventively constructed winding arrangement i. the winding scheme
  • a high winding factor and thus a high power density of the electric machine is achieved at a harmonic content, which allows a sufficiently low-loss and low-noise operation.
  • the invention makes it possible to reduce the dimensions of the winding heads and the length of the winding sections guided in the winding heads and thereby to increase the power of the machine.
  • the invention makes it possible to reduce the dimensions of the winding heads and the length of the winding sections guided in the winding heads and thereby to increase the power of the machine.
  • Plug assembly of the coils in the grooves of the magnetic yoke whereby the production simplified and cheaper while increasing the product quality, i. the likelihood of manufacturing errors and manufacturing damage is reduced.
  • inventive construction of the winding arrangement represents an optimal combination of a high winding factor, low line losses in the winding heads and a large length dimension of the groove areas.
  • the groove areas of the coils are formed with at least two circumferentially juxtaposed conductors or with at least two circumferentially juxtaposed, extending in the radial direction of the magnetic yoke rows of conductors, i. the conductors or the rows of conductors are shaped so that they can be inserted into the grooves in a magnetic yoke of the type mentioned in the described orientation.
  • the groove areas of the coils are arranged with exactly two rows of conductors extending in the circumferential direction in the circumferential direction, extending in the radial direction of the magnetic yoke formed and in particular form each of the coils circumferentially facing each other rows of conductors together with associated conductors in the winding heads an inner coil and form the circumferentially facing away from each other rows of conductors together with associated conductors in the winding heads an outer coil.
  • each of the coils is thus wound such that the conductors of the outer coil are guided around the inner coil as seen from a center of the inner coil.
  • the center of the inner as well as the outer coil is an imaginary Mittelruct. Center of gravity of a spanned and enclosed by the inner coil surface called.
  • Circumferential direction of adjacent rows of conductors achieved an optimal match between the suppression of the induced by the current displacement losses and the achieved copper fill factor.
  • the conductors within the groove regions of the coils are guided aligned in a spatial arrangement designed for insertion into the groove according to their cross-sectional contour
  • the conductors are guided in at least almost directly adjoining the groove areas first transition areas within the winding heads in an at least approximately circular spatial arrangement transitioning aligned,
  • the conductors are continued in at least almost immediately adjoining the first transition regions first conductor guide areas within the winding heads in the at least nearly circular spatial arrangement aligned with each other,
  • the conductors are continued in at least almost immediately adjoining the second transition regions second conductor guide areas within the winding heads in the aligned at least almost triangular spatial arrangement to each other,
  • the conductors within the first transition regions and at least a portion of the first conductor guide regions extend in at least substantially the same longitudinal orientation as within the groove regions, and
  • the conductors are guided within the second conductor guide areas at least approximately at right angles to the longitudinal alignment within the groove areas such that they are aligned at an arrangement of the coils in the magnetic yoke at least almost in the circumferential direction.
  • the conductors come in their course along their longitudinal extent in at least two rows of the groove, ie in a for insertion into the groove after the cross-sectional contour - also referred to as a groove cross-section - formed spatial position of the conductors to each other - also referred to as conductor position - change within the first transition areas in a circular arrangement to each other, maintain this circular spatial association with each other within the first conductor guide areas, change from this circular spatial assignment within the second transition areas in a triangular arrangement to each other and extend in the horizontal area and thus in the second conductor guide areas in the triangular arrangement further, in which case the term horizontally in short form a relation to the longitudinal orientation of the winding sections of the groove portions at least approximately rectangular longitudinal direction of the conductor is designated.
  • the winding arrangement according to the invention is characterized in that the conductors are formed within the groove regions of the coils with cross-sectional contours shaped for insertion into the groove according to their cross-sectional contour.
  • the cross-sectional contours of the conductors also referred to as conductor cross-section, are thus individually or preferably in the entirety of all to be inserted into a groove winding sections of
  • the conductor cross sections are preferably adapted to the groove cross section only in the groove regions.
  • the winding sections of the groove regions of the coils are configured with conductor cross sections that are particularly flat relative to the radial direction of the magnetic yoke. This can achieve a reduction in power losses caused by current displacement caused by a groove cross field, i. by a portion of the magnetic field directed substantially in the circumferential direction of the magnetic yoke. Due to the particularly flat conductor cross sections, this is
  • the cross-sectional contours of the conductors are within the groove areas of the coils
  • the increase in the copper fill factor brings an additional difficulty in that with an increase in the sum of the conductor cross sections of the winding sections of the groove areas and the sum of the conductor cross sections of the winding sections in the
  • Winding heads is increased. As a result, in principle, an increase in the space required for the winding heads space can be caused. Due to the particular, described above, inventive leadership of the ladder in the winding heads, however, an improved utilization of the available space is given, so that an increase in the space required for the winding heads space is avoided.
  • the cross-sectional contours of the conductors are within the groove areas of the coils by massive deformation one or more of the coils formed in the composite.
  • the massive forming can in principle for a single of the winding sections of the groove portions of a coil currently, for several winding sections of the groove areas together, for all winding sections of the groove areas of a coil together or for several or all groove areas of several coils are made simultaneously.
  • a plurality of coils may preferably in the order in which they are installed in the electrical machine for which they are intended to be installed or connected to each other in particular in series, wound in one piece, ie with an integrally continuous, ie continuously guided conductor become.
  • all the coils of a phase of the electric machine between two outer terminals of the winding assembly can be integrally wound, which later separately to be wired contact points and thus saves work and costs and defects are avoided by poorly executed conductor connections, so that the production is more economical and increases the quality of manufacture becomes.
  • a massive forming of the groove portions of these composite-fabricated, i. contiguous coils of the winding arrangement according to the invention is then preferably carried out in the manner described above, i. for a single one of the winding sections of the groove areas of a coil at a time, for several winding sections of the groove areas together, or preferably for all winding sections of the groove areas of a coil together or for several or all groove areas of several coils at the same time.
  • the coils may initially be provided with integrally connected conductors, i. Winding sections, but to be wound as far as spatially separated arranged that the massive forming, i. the embossing, the conductor is easy to perform, because all to be embossed winding sections, in particular all winding sections of the groove areas, easily with a Verschaugewerkmaschine, preferably a die, remain accessible. Only after the embossing then the
  • Magnet yoke of the electric machine are to be used.
  • the conductors are formed within the groove portions of the coils for insertion into the groove after an at least almost rectangular cross-sectional contour of the grooves, optionally after an at least almost conical cross-sectional contour of the grooves, shaped cross-sectional contours.
  • the individual winding sections of the groove regions are preferably themselves formed with an at least approximately rectangular or conical cross-sectional contour, ie a conductor cross section designed in this way, but the most important goal remains that all winding sections intended for installation in a groove together in their installed position in the groove Cross-sectional contour - rectangular and / or conical - as far as possible closely reshaped, so that after installation of the coils as possible no voids remain in the groove.
  • grooves with a conical cross-sectional contour in short: conical grooves
  • grooves with a rectangular cross-sectional contour in short: rectangular grooves, are easier to handle when mounting the coils in the magnetic yoke.
  • the at least two conductors arranged side by side in the circumferential direction or the at least two rows of conductors of the groove areas of the coils arranged side by side in the circumferential direction form parts of different coils, in particular parts of at least one inner one, in the radial direction of the magnetic yoke and an outer coil, and these different coils are electrically connected in series with each other and / or in parallel with each other.
  • a series connection of inner and outer coil has the advantage that the currents in the inner and the outer coil coincide. Since the conductor of the outer coil is longer than that of the inner coil, so that the outer coil has a higher ohmic resistance than the inner coil, arises at a
  • the parallel connection has the advantage that, in operation, lower electrical voltages occur during operation between adjacent conductors or conductor regions in the coil (s) than in the case of series connection. That's why it's less susceptible to tension and thus usually less space consuming electrical insulation between the coils sufficient. Specifically, for example, on an insulating paper between the inner and outer coil dispensed and the electrical insulation of the conductors against each other only by a
  • Coating e.g. with an insulating varnish. This can further increase the copper fill factor.
  • an electric machine having at least one winding arrangement of the type described above.
  • An electric machine designed in this way has an increased efficiency, an increased power density and a high total power with compact dimensions.
  • Embodiment of the winding arrangement according to the invention is a simple, fast
  • FIG. 1 shows a detail of a stator of an electrical machine, formed with an example of a magnetic yoke and an example of a winding arrangement according to the invention, in perspective, roughly schematic representation,
  • FIG. 2 shows the detail of the stator of the electric machine, formed with the
  • FIG. 4 shows the example of the inventively embodied coil of Figure 3 in a rough schematic representation of a second, perspective view
  • FIG. 5 shows the example of the inventively embodied coil of Figure 3 in a rough schematic representation of a third, perspective view
  • FIG. 6 is a detail of the inventively designed coil according to Figures 3 to 5 in a perspective, roughly schematic representation
  • FIG. 7 shows a section of an outer coil of the coil according to the invention designed according to FIG. 6 in the same perspective, roughly schematic representation,
  • FIG. 8 shows a detail of an inner coil of the inventively embodied coil according to FIG. 6 in the same perspective, roughly schematic representation
  • FIGS. 3 to 5 shows the example of the inventively embodied coil according to FIGS. 3 to 5 in a production stage in which the outer and inner coils are demolded, in a roughly schematic representation of a fourth and fifth, perspective view.
  • FIG. 1 shows a detail of a stator 101 of an electrical machine 103, formed with an example of a magnetic yoke 102 and an example of a winding arrangement 100 according to the invention, in a perspective, roughly schematic representation.
  • the electric machine 103 is constructed in the present embodiment, three-phase and has per phase and magnetic pole here four coils 105 comprehensive phase winding, one of which is exemplified by the reference numeral 106 and highlighted.
  • the magnetic yoke 102 is formed with a predetermined, along a circumferential direction 107 of the magnetic yoke 102 with each other at uniformly predetermined groove intervals spaced number of grooves 104 is formed. These grooves are numbered; reference numeral 104 indicates this numbering.
  • the magnetic yoke 102 has a number of 48 grooves 104, which are designated in the drawing by the numbers 1 to 48. Accordingly, a number of 48 coils 105 are provided, which are to a total of twelve phase windings 106, that is, four phase windings 106 per phase, composed, wherein the electric machine 103 is formed four-pole.
  • the coils 105 are shown with open, ie not connected coil terminals.
  • Each coil 105 has two groove portions 108 each, which are formed for insertion into spaced by two groove intervals selected of the grooves 104, and two each of these two groove distances bridging end windings 109.
  • the coils are nested with their groove portions 108 like a roof tile inserted into the grooves 104 in that, viewed from the circumferential direction 107, first of the two groove regions 108 in the groove base 110 and the second of the two groove regions 108 is disposed in front of the first groove region 108 of the coil 105 which is next to the coil 105 in the order of arrangement of the coils 105, ie in the radial direction seen to the central axis of the magnetic yoke 102 out front area 1 1 1 of the next but one groove 104.
  • This is also shown again in Figure 2.
  • Figure 2 shows the section shown in Figure 1 from the stator 101 of the electric machine 103 with the magnetic yoke 102, wherein in the grooves 104 of the magnetic yoke 102, only a single phase winding 106 of the electric machine 103 is drawn from four inventively embodied coils 105, in perspective , roughly schematic
  • phase winding 106 is shown in its correct mounting position, i. the groove portions 108 of the coils 105 are as in the fully assembled electric machine
  • Phase winding 106 remain by eliminating the contact points 1 12 only the end connections 1 13, 1 14 of the phase winding 106 forming coil terminals, which are provided for external wiring of the phase winding 106 with eg switching rings of the stator 101 of the electric machine 103, as indicated in the below-described Figure 9.
  • the phase windings 106 have the following winding scheme, i.
  • FIG. 2 shows only this last-described first of the phase windings 106 for the third phase of the electric machine 103.
  • phase windings 106 are offset from each other by four groove intervals in the circumferential direction 107 for the different phases, i. the total number of grooves 104 divided by the number of phase windings 106.
  • FIGS. 3 to 5 show different perspective views of a coil 105 of one of the phase windings 106 of the winding arrangement 100 according to FIGS. 1 and 2 in a rough manner
  • rows 1 15, 1 16 formed of conductors In the circumferential direction 107 facing each other rows form 1 15 of conductors together with associated conductors 1 17 in the winding heads 109, an inner coil 1 19, and in the circumferential direction 107 facing away rows 1 16 of conductors together with associated conductors 1 18 in the winding heads 109, an outer coil 120.
  • the inner 1 19 and the outer coil 120 are in one piece, ie executed with between the coil terminals continuously continuously wound conductor.
  • the rows 1 15, 1 16 of conductors or winding sections in The groove regions 108 are, after winding, for adaptation to the cross-sectional contour of the grooves 104, which is of rectangular shape here, together to be rectangular
  • Transitions between the groove portions 108 and the winding heads 109 is also a transition from the rectangular conductor cross sections to the round wires, as will be shown in more detail below.
  • FIGS. 6 shows a section of the coil 105 according to the invention designed according to FIGS. 3 to 5 in a perspective, roughly schematic representation
  • FIGS. 7 and 8 show a section of the outer coil 120 or the inner coil 1 19 in the same for better illustration
  • Within the groove portions 108 of the coil 105 and thus also the inner and the outer coil 1 19, 120 are the conductors or rows of conductors 1 15, 1 16 in a to Inserting into the groove 104 according to their cross-sectional contour
  • these conductor cross sections are rectangular in shape, they and their spatial arrangement to each other schematically in the conductor 1 15, 1 16 located and with the
  • Reference numeral 121 denotes.
  • Conductor cross sections 124 is shown.
  • Conductor cross sections 124 executed.
  • these round wires form a
  • Conductor cross sections 128 is shown.
  • the second transition regions 126 are adjoined directly by a second conductor guide region 129 within the winding head 109, in which the conductors 1 17, 1 18 in the at least approximately triangular spatial arrangement 127 are continued aligned with one another.
  • the conductors extend 1 17, 1 18 within the first transition regions 121 and at least a portion of the first
  • Conductor guide portions 125 in at least approximately the same longitudinal orientation as within the groove portions 108.
  • the conductors 1 17, 1 18, however, guided at least approximately perpendicular to the longitudinal alignment within the groove portions 108 so that they are in an arrangement of the coils 105 in the magnetic yoke 102nd at least almost in its circumferential direction 107 are aligned, apart from the described to Figure 1 low, roof tile-like overlapping skew the winding heads.
  • each winding head 109 thus comprises two first transition regions 122, two first conductor guide regions 125 and two second transition regions 126, but only one second conductor guide region 129 which extends between the two second transition regions 126.
  • Figure 9 shows a section of the stator of the electric machine of Figure 1 in a roughly schematic sectional view of another perspective view.
  • a wired mounting state is reproduced in which the end connections 1 13, 1 14 with
  • Shift rings 130 are connected. For each of the three phases and for mass, a switching ring 130 is provided and arranged axially in front of the winding heads 109 of the coils 105.
  • the cutting plane lying in the plane of the drawing leads through the first conductor-guiding regions 125 of two of the coils 105 to the circular spatial arrangement 123 of the conductors 1 17, 1 18 in FIG
  • Conductor guide portion 129 of a third of the coils 105 with the triangular spatial arrangement 127 of the conductors 1 17, 1 18 in the winding head 109 to each other.
  • each of a second conductor portion 129 of a coil 105 with the triangular spatial arrangement 127 of the conductors 1 17, 1 18 between two first conductor guide portions 125 of two coils 105 with the circular spatial arrangement 123 of the conductors 1 17, 1 18 is formed According to the invention, particularly space-saving ladder guide in a particularly compact
  • Winding heads 109 results.
  • the rows 1 15 and 1 16 of the conductors also separated from each other from the inner and outer coils 1 19, 120 separated
  • FIGS. 3 to 5 shows in a first partial figure a) in a fourth perspective view and in a second partial figure b) in a fifth perspective view the example of the inventively embodied coil 105 according to FIGS. 3 to 5 in a production stage in which outer 120 and inner coil 1 19 are demolded, in a rough schematic representation.
  • the conductors of the inner and outer coil 1 19, 120 continue to be wound continuously and thus formed integrally, so no separately produced contact point between them is required, so the rows 1 15, 1 16 the head of the groove portions 108 of the coil 105 also spatially separated from each other in massively transformed forms in simultaneous or sequential execution.
  • the conductors 1 15, 16 of a plurality of continuously wound coils 105 in particular all coils 105 of a phase winding 106, can be massively formed in the composite.

Abstract

Um eine Wicklungsanordnung (100) für eine elektrische Maschine (103) derart zu verbessern, dass bei der elektrischen Maschine (103) eine Steigerung des Wirkungsgrads und der Leistungsdichte bei kompakter Bauform erzielt werden, wird eine mit wenigstens einem elektrischen Leiter gebildete Wicklungsanordnung (100) für die elektrische Maschine (103), insbesondere einen Stator (101) dieser elektrischen Maschine (103), vorgeschlagen, die ein Magnetjoch (102) mit einer vorgegebenen, entlang einer Umfangsrichtung (107) des Magnetjochs (102) untereinander mit, insbesondere gleichförmig, vorgegebenen Nutabständen beabstandet angeordneten Anzahl Nuten (104) aufweist, umfassend eine vorgegebene Anzahl Spulen (105) mit je zwei zum Einlegen in um zwei Nutabstände beabstandet ausgewählte der Nuten (104) ausgebildeten Nutbereichen (108) und je zwei diese zwei Nutabstände überbrückenden Wickelköpfen (109).

Description

Beschreibung
Wicklungsanordnung und elektrische Maschine mit einer derartigen Wicklungsanordnung
Die Erfindung betrifft eine mit wenigstens einem elektrischen Leiter gebildete
Wicklungsanordnung für eine elektrische Maschine. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einer derartigen Wicklungsanordnung.
Stand der Technik
Aus der Druckschrift DE 10 2009 024 230 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer
Ständerwicklung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Wechselstromgenerators, bekannt, wobei die Ständerwicklung zumindest n Phasenwicklungen aufweist und eine
Phasenwicklung mehrere direkt aufeinanderfolgende gewickelte Spulen mit Spulenseiten und Spulenseitenverbindern hat, wobei sich die Spulen in erste Spulen und zweite Spulen aufteilen, mit einem Umformwerkzeug, in welchem Nuten vorhanden sind, die geeignet sind die Spulen aufzunehmen, wobei eine erste Spule in einer Nut und eine zweite Spule in einer anderen Nut angeordnet ist. Zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule sind n-1 Nuten angeordnet.
Die Druckschrift DE 10 2009 024 230 A1 zeigt ferner, dass die Spulen in einem Nutabschnitt und in sich daran zu Wickelkopfbereichen der Spule hin anschließenden Übergangsbereichen verprägt, d.h. derart verformt werden, dass die Drähte der Spule keinen runden Querschnitt mehr aufweisen, sondern die Außenkontur der Gesamtheit aller Spulenseiten eine
trapezförmige Einhüllende aufweist. Diese trapezförmige Kontur ist über den gesamten
Abschnitt, der in eine Nut eines Ständereisens eingelegt werden wird, in der gleichen Form geprägt. An den endseitigen Positionen dieses Abschnitts beginnt jeweils einer der
Übergangsbereiche, der einige wenige Millimeter lang ist. Am von diesem Abschnitt abgewandten Ende jedes dieser Übergangsbereiche geht letzterer in einen Querschnitt über, indem die Drähte der Spule einen runden Querschnitt aufweisen. Der Übergangsbereich ist dabei definiert geprägt und stellt eine Kontur dar, die im Bezug auf die elektrische Maschine in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Drehachse des Rotors, kontinuierlich vom trapezförmigen Querschnitt in den runden Querschnitt der Einzeldrähte übergeht. Zum Verprägen werden die Spulen in eine Prägenut eingesetzt und mittels eines Prägestempels verprägt. Das Prägen kann auch derart vorgenommen werden, dass alle Phasenwicklungen mit allen ihren Spulenseiten gleichzeitig in einem Prägewerkzeug geformt werden. Durch das Umformen des im
Ausgangszustand runden Drahts wird angestrebt, dass der Wickelkopf radial nicht vergrößert wird.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Wicklungsanordnung für eine elektrische Maschine derart zu verbessern, dass bei der elektrischen Maschine eine Steigerung des Wirkungsgrads und der Leistungsdichte bei kompakter Bauform erzielt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine mit wenigstens einem elektrischen Leiter gebildete Wicklungsanordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Stator dieser elektrischen Maschine, die ein Magnetjoch mit einer vorgegebenen, entlang einer
Umfangsrichtung des Magnetjochs untereinander mit, insbesondere gleichförmig,
vorgegebenen Nutabständen beabstandet angeordneten Anzahl Nuten aufweist, umfassend eine vorgegebene Anzahl Spulen mit je zwei zum Einlegen in um zwei Nutabstände
beabstandet ausgewählte der Nuten ausgebildeten Nutbereichen und je zwei diese zwei Nutabstände überbrückenden Wickelköpfen.
Die Spulen umfassen Nutbereiche und Wickelköpfe. Jede Spule ist durch einen Leiter gebildet, der abwechselnd durch die Nutbereiche und die Wickelköpfe der Spule geführt ist. Somit setzt sich eine Spule aus einer Aneinanderreihung von Abschnitten des sie bildenden Leiters, auch als Wicklungsabschnitte bezeichnet, zusammen. Die Nutbereiche der Spule setzen sich aus Wicklungsabschnitten dieser Nutbereiche zusammen, und die Wickelköpfe der Spule setzen sich aus Wicklungsabschnitten der Wickelköpfe zusammen. Somit umfasst jeder Nutbereich und jeder Wickelkopf einer Spule einen Leiter oder ein Leiterbündel.
Dabei sind die Wicklungsabschnitte der Nutbereiche diejenigen Abschnitte der elektrischen Leiter der Spulen, die dazu ausgebildet sind, in eine der Nuten des Magnetjochs eingelegt zu werden. Die Wickelköpfe werden durch diejenigen Abschnitte der elektrischen Leiter der Spulen, d.h. Wicklungsabschnitte, gebildet, die dazu ausgestaltet sind, außerhalb der Nuten in axialer Richtung des Magnetjochs vor oder hinter diesem geführt zu werden. Ein zu einer Spule gewickelter elektrischer Leiter weist somit entlang seiner Längserstreckung, das ist im Betrieb seine hauptsächliche Stromflussrichtung, im Wechsel Wicklungsabschnitte der Nutbereiche und zu einem Wickelkopf gehörige Wicklungsabschnitte auf. Bei einer erfindungsgemäß gewickelten Spule ist der elektrische Leiter entlang seiner Längserstreckung in einem ins Magnetjoch eingesetzten Montagezustand mit einem ersten Wicklungsabschnitt eines Nutbereichs in einer ersten Nut, mit einem daran anschließenden Wicklungsabschnitt in einem ersten Wickelkopf, mit einem daran anschließenden zweiten Wicklungsabschnitt eines Nutbereichs in einer zweiten Nut, mit einem daran anschließenden Wicklungsabschnitt in einem zweiten Wickelkopf, mit einem daran anschließenden dritten Wicklungsabschnitt eines Nutbereichs wieder in der ersten Nut, usw. geführt. Dabei sind die erste und die zweite Nut um zwei Nutabstände voneinander beabstandet, d.h. sie überspringen eine Nut in einer Nutteilung des Magnetjochs. Die in den Wickelköpfen geführten Wicklungsabschnitte sind dazu entsprechend so bemessen, dass die Wickelköpfe über die genannten zwei Nutabstände führen.
Die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung ermöglicht es, einen hohen Wicklungsfaktor zu erreichen. Der Wicklungsfaktor gibt an, wie gut ein idealer räumlicher Feldverlauf von der elektrischen Maschine mit der Wicklungsanordnung tatsächlich angenähert wird. Bei der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung bzw. Maschine ist dies ein sinusförmiger Feldverlauf. Der Wicklungsfaktor ist ein eine Leistungsdichte in der Maschine bestimmender Parameter. Der Wicklungsfaktor beschreibt somit einen Oberwellenanteil des räumlichen Feldverlaufs.
Oberwellen sind ursächlich für parasitäre Effekte, wie z.B. Schwingungen der Maschine im Betrieb oder zusätzliche Leistungsverluste.
Bei einer Wicklungsanordnung bzw. einer Spule tragen zur Drehmomenterzeugung im Betrieb der mit dieser Wicklungsanordnung bzw. Spule ausgestatteten elektrischen Maschine lediglich die Ströme in den Wicklungsabschnitten der Nutbereiche bei, nicht dagegen die in den
Wickelköpfen geführten Wicklungsabschnitte. Außerdem entstehen in den in den Wickelköpfen geführten Wicklungsabschnitten zusätzliche Leistungsverluste. Daher ist es vorteilhaft, wenn die in den Wickelköpfen geführten Wicklungsabschnitte möglichst kurz gehalten werden können. Ferner führen große Längen der in den Wickelköpfen geführten Wicklungsabschnitte dazu, dass die Wickelköpfe einen großen Bauraum beanspruchen. Ist der Bauraum für die elektrische Maschine insgesamt begrenzt, müssen dann weitere Konstruktionselemente der elektrischen Maschine verkleinert werden, und zwar insbesondere eine Länge des Magnetjochs in dessen axialer Richtung, insbesondere eine Statorlänge. Damit werden die Nutbereiche verkürzt und folglich auch die Wirkleistung der Maschine verringert.
Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Wicklungsanordnung, d.h. deren Wickelschema, wird nun einerseits ein hoher Wicklungsfaktor und damit eine hohe Leistungsdichte der elektrischen Maschine bei einem Oberwellenanteil erzielt, der einen hinreichend verlust- und störungsarmen Betrieb ermöglicht. Andererseits ermöglicht die Erfindung eine Verringerung der Abmessungen der Wickelköpfe und der Länge der in den Wickelköpfen geführten Wicklungsabschnitte und dadurch eine Leistungssteigerung der Maschine. Darüber hinaus ermöglicht die
erfindungsgemäße Gestaltung der Wicklungsanordnung eine zumindest weitgehende
Steckmontage der Spulen in die Nuten des Magnetjochs, wodurch die Fertigung vereinfacht und verbilligt und zugleich die Produktqualität gesteigert, d.h. die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Fertigungsfehlern und Fertigungsschäden verringert wird. Insbesondere stellt die erfindungsgemäße Ausbildung der Wicklungsanordnung eine optimale Kombination eines hohen Wicklungsfaktors, geringer Leitungsverluste in den Wickelköpfen und einer großen Längenabmessung der Nutbereiche dar.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung sind die Nutbereiche der Spulen mit wenigstens zwei in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegend angeordneten Leitern oder mit wenigstens zwei in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegend angeordneten, sich in radialer Richtung des Magnetjochs erstreckenden Reihen von Leitern ausgebildet, d.h. die Leiter bzw. die Reihen von Leitern sind derart geformt, dass sie in einem Magnetjoch der genannten Art in der beschriebenen Ausrichtung in die Nuten einlegbar sind. Mit einer Anordnung von wenigstens zwei Leitern, die in einer Nut in der Umfangsrichtung nebeneinander liegen, wird in vorteilhafter Weise eine Verringerung von durch
Stromverdrängung, insbesondere eine Stromverdrängung durch Feldanteile, die die Nuten in Längsrichtung durchsetzen, sogenannte Nutlängsfeldanteile, verursachten Leistungsverlusten erzielt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung sind die Nutbereiche der Spulen mit genau zwei in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegend angeordneten, sich in radialer Richtung des Magnetjochs erstreckenden Reihen von Leitern ausgebildet und bilden insbesondere zu je einer der Spulen die in Umfangsrichtung einander zugekehrten Reihen von Leitern zusammen mit damit verbundenen Leitern in den Wickelköpfen eine innere Spule und bilden die in Umfangsrichtung voneinander abgekehrten Reihen von Leitern zusammen mit damit verbundenen Leitern in den Wickelköpfen eine äußere Spule. Im Montagezustand ist somit jede der Spulen derart gewickelt, dass die Leiter der äußeren Spule von einem Mittelpunkt der inneren Spule aus gesehen außen um die innere Spule herumgeführt sind. Als Mittelpunkt der inneren wie auch der äußeren Spule ist dabei ein gedachter Mittelbzw. Schwerpunkt einer von der inneren Spule aufgespannten und umschlossenen Fläche bezeichnet.
Zwar lässt sich der Effekt der durch Nutlängsfeldanteile hervorgerufenen Stromverdrängung mit Erhöhung der Anzahl in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegend angeordneter, sich in radialer Richtung des Magnetjochs erstreckender Reihen von Leitern vermindern, jedoch sinkt damit der sogenannte Kupferfüllfaktor in den Nuten, d.h. der prozentuale Anteil der
Querschnittsflächen aller Leiter, d.h. aller Wicklungsabschnitte der Nutbereiche, einer Nut an der gesamten Querschnittsfläche der Nut, da eine Isolation zwischen den Leitern erforderlich ist. Erfindungsgemäß wird bei der bevorzugten Anordnung genau zweier in der
Umfangsrichtung nebeneinanderliegender Reihen von Leitern eine optimale Abstimmung zwischen der Unterdrückung der durch die Stromverdrängung hervorgerufenen Verluste und dem erreichten Kupferfüllfaktor erzielt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung
• sind die Leiter innerhalb der Nutbereiche der Spulen in einer zum Einlegen in die Nut nach deren Querschnittskontur ausgestalteten räumlichen Anordnung zueinander ausgerichtet geführt,
• sind die Leiter in sich wenigstens nahezu unmittelbar an die Nutbereiche anschließenden ersten Übergangsbereichen innerhalb der Wickelköpfe in eine wenigstens nahezu kreisförmige räumliche Anordnung übergehend zueinander ausgerichtet geführt,
• sind die Leiter in sich wenigstens nahezu unmittelbar an die ersten Übergangsbereiche anschließenden ersten Leiterführungsbereichen innerhalb der Wickelköpfe in der wenigstens nahezu kreisförmigen räumlichen Anordnung zueinander ausgerichtet weitergeführt,
• sind die Leiter in sich wenigstens nahezu unmittelbar an die ersten
Leiterführungsbereiche anschließenden zweiten Übergangsbereichen innerhalb der Wickelköpfe von der wenigstens nahezu kreisförmigen räumlichen Anordnung in eine wenigstens nahezu dreieckförmige räumliche Anordnung übergehend zueinander ausgerichtet geführt, und
• sind die Leiter in sich wenigstens nahezu unmittelbar an die zweiten Übergangsbereiche anschließenden zweiten Leiterführungsbereichen innerhalb der Wickelköpfe in der wenigstens nahezu dreieckförmigen räumlichen Anordnung zueinander ausgerichtet weitergeführt,
wobei insbesondere
• die Leiter innerhalb der ersten Übergangsbereiche und wenigstens eines Teils der ersten Leiterführungsbereiche in wenigstens nahezu gleicher Längsausrichtung sich erstrecken wie innerhalb der Nutbereiche, und
• die Leiter innerhalb der zweiten Leiterführungsbereiche wenigstens nahezu rechtwinklig zur Längsausrichtung innerhalb der Nutbereiche derart geführt sind, dass sie bei einem Anordnen der Spulen im Magnetjoch wenigstens nahezu in dessen Umfangsrichtung ausgerichtet sind.
Mit anderen Worten kommen die Leiter in ihrem Verlauf entlang ihrer Längserstreckung in wenigstens zwei Reihen aus der Nut, d.h. in einer zum Einlegen in die Nut nach deren Querschnittskontur - auch als Nutquerschnitt bezeichnet - gebildeten räumlichen Position der Leiter zueinander - auch als Leiterposition bezeichnet - , wechseln innerhalb der ersten Übergangsbereiche in eine kreisförmige Anordnung zueinander, behalten diese kreisförmige räumliche Zuordnung zueinander innerhalb der ersten Leiterführungsbereiche bei, wechseln von dieser kreisförmigen räumlichen Zuordnung innerhalb der zweiten Übergangsbereiche in eine dreieckige Anordnung zueinander und verlaufen im horizontalen Bereich und damit in den zweiten Leiterführungsbereichen in der dreieckigen Anordnung weiter, wobei hier mit dem Begriff horizontal in Kurzform eine gegenüber der Längsausrichtung der Wicklungsabschnitte der Nutbereiche wenigstens nahezu rechtwinklige Längsausrichtung der Leiter bezeichnet ist. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Leiterführung in den Wickelköpfen. Außerdem können bei der erfindungsgemäßen Ausbildung alle Spulen der Wicklung identisch gestaltet sein, wodurch eine beträchtliche Vereinfachung der Fertigung erzielt wird. Beispielsweise ist eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung mit der besonders platzsparenden Leiterführung mit insgesamt 48 untereinander gleich ausgebildeten Spulen hergestellt. Nach einer anderen Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter innerhalb der Nutbereiche der Spulen mit zum Einlegen in die Nut nach deren Querschnittskontur geformten Querschnittskonturen ausgebildet sind. Die Querschnittskonturen der Leiter, auch als Leiterquerschnitt bezeichnet, sind somit einzeln oder bevorzugt in der Gesamtheit aller in eine Nut einzulegenden Wicklungsabschnitte der
Nutbereiche an den Nutquerschnitt angepasst. Bevorzugt sind die Leiterquerschnitte nur in den Nutbereichen an den Nutquerschnitt angepasst. Durch diese Anpassung wird der
Kupferfüllfaktor erhöht und damit der vorhandene Raum in der Nut durch die Leiter der Spule besser genutzt. Durch den höheren Anteil der Leiter am gesamten Nutquerschnitt,
insbesondere Kupferanteil, werden ohmsche Verluste in den Leiterbereichen vermindert. Das bedeutet einen höheren Wirkungsgrad der elektrischen Maschine, d.h. durch die Erhöhung des Kupferfüllfaktors in den Nuten wird der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine verbessert. Zusätzlich bewirkt ein höherer Anteil der Leiter am gesamten Nutquerschnitt, dass die Spulen thermisch besser an das Magnetjoch angebunden sind. Daher kann in den Spulen entstehende Verlustleistung noch besser abgeführt werden. Damit steigt die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine insbesondere im Dauerbetrieb. Zwar ist zu beachten, dass mit der Vergrößerung der Leiterquerschnitte bei einer Steigerung des Kupferfüllfaktors grundsätzlich auch die durch Stromverdrängung verursachten Leistungsverluste zunehmen, doch wird dem bei der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung durch die vorstehend beschriebene
Konfiguration in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegend angeordneter Leiter bzw. Reihen von Leitern begegnet.
Besonders vorteilhaft sind die Wicklungsabschnitte der Nutbereiche der Spulen mit bezogen auf die radiale Richtung des Magnetjochs besonders flach ausgebildeten Leiterquerschnitten ausgestaltet. Damit lässt sich eine Verminderung von Leistungsverlusten erreichen, die durch eine durch ein Nutquerfeld hervorgerufene Stromverdrängung entstehen, d.h. durch einen im wesentlichen in Umfangsrichtung des Magnetjochs gerichteten Anteil des magnetischen Feldes. Durch die besonders flach ausgebildeten Leiterquerschnitte wird diese
Stromverdrängungsursache gedämpft.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung sind die Querschnittskonturen der Leiter innerhalb der Nutbereiche der Spulen durch
Massivumformung aus einer Anfangsquerschnittskontur, insbesondere aus einer wenigstens nahezu kreisförmigen Anfangsquerschnittskontur, gebildet, und/oder sind die Querschnittskonturen der Leiter innerhalb der Nutbereiche der Spulen durch gusstechnische Herstellung geformt.
Bei der Massivumformung der Leiter werden deren Leiterquerschnitte, wie auch in der
Druckschrift DE 10 2009 024 230 A1 oder der Druckschrift EP 1 578 002 B1 genannt, durch insbesondere gemeinsames Verprägen aller gemeinsam in dieselbe Nut einzulegenden Wicklungsabschnitte der Nutbereiche der Spulen in einem Prägewerkzeug dem Nutquerschnitt angepasst. Die Spulen können somit vor dem Verprägen aus einem insbesondere als
Runddraht ausgebildeten Leiter gewickelt werden. Beim Verprägen zeigt sich ein weiterer Vorteil der vorstehend beschriebenen Konfiguration in der Umfangsrichtung
nebeneinanderliegend angeordneter Leiter bzw. Reihen von Leitern, die es ermöglicht, eine zum Erreichen der gewünschten Leiterquerschnitte erforderliche Querschnittsumformung in fertigungstechnisch möglichen Grenzen zu halten, d.h., da es fertigungstechnisch nicht möglich ist, den anfänglich runden Leiterquerschnitt durch das Verprägen beliebig flachzudrücken, lassen sich die vorstehend beschriebenen, besonders flach ausgebildeten Leiterquerschnitte durch Anordnen wenigstens zweier Wicklungsabschnitte der Nutbereiche in Umfangsrichtung des Magnetjochs nebeneinander erzielen, wodurch jeder Wicklungsabschnitt für sich entsprechend geringfügiger verformt ist bzw. verformt zu werden braucht.
Bei einer gusstechnischen Herstellung der Spulen, wie sie in der DE 10 2013 000 899 A1 genannt ist, lassen sich die benötigten Leiterquerschnitte, auch besonders flache, unmittelbar erzeugen. Ein Verprägen ist dabei nicht erforderlich.
Die Erhöhung des Kupferfüllfaktors bringt eine zusätzliche Schwierigkeit dadurch mit sich, dass mit einer Vergrößerung der Summe der Leiterquerschnitte der Wicklungsabschnitte der Nutbereiche auch die Summe der Leiterquerschnitte der Wicklungsabschnitte in den
Wickelköpfen vergrößert wird. Dadurch kann grundsätzlich eine Vergrößerung des für die Wickelköpfe erforderlichen Bauraums hervorgerufen werden. Durch die besondere, vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Führung der Leiter in den Wickelköpfen ist jedoch eine verbesserte Ausnutzung des vorhandenen Bauraums gegeben, so dass eine Vergrößerung des für die Wickelköpfe erforderlichen Bauraums vermieden wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung sind die Querschnittskonturen der Leiter innerhalb der Nutbereiche der Spulen durch Massivumformung einer oder mehrerer der Spulen im Verbund gebildet. Die Massivumformung kann grundsätzlich für einen einzigen der Wicklungsabschnitte der Nutbereiche einer Spule zurzeit, für mehrere Wicklungsabschnitte der Nutbereiche gemeinsam, für alle Wicklungsabschnitte der Nutbereiche einer Spule gemeinsam oder auch für mehrere oder alle Nutbereiche mehrerer Spulen zugleich vorgenommen werden. Außerdem können mehrere Spulen bevorzugt in der Reihenfolge, in der sie in der elektrischen Maschine, für die sie vorgesehen sind, verbaut bzw. miteinander insbesondere in Reihenschaltung verbunden werden sollen, in einem Stück, d.h. mit einem einstückig durchgehenden, d.h. ununterbrochen geführten Leiter, gewickelt werden.
Insbesondere können alle Spulen einer Phase der elektrischen Maschine zwischen zwei äußeren Anschlüssen der Wicklungsanordnung einstückig gewickelt werden, wodurch später gesondert zu verdrahtende Kontaktstellen und somit Arbeitsschritte und Kosten eingespart und Fehlerstellen durch mangelhaft ausgeführte Leiterverbindungen vermieden werden, so dass die Herstellung wirtschaftlicher wird und die Fertigungsqualität erhöht wird. Eine Massivumformung der Nutbereiche dieser im Verbund gefertigten, d.h. zusammenhängenden Spulen der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung ist dann bevorzugt in der vorstehend beschriebenen Weise ausführbar, d.h. für einen einzigen der Wicklungsabschnitte der Nutbereiche einer Spule zur Zeit, für mehrere Wicklungsabschnitte der Nutbereiche gemeinsam, oder bevorzugt für alle Wicklungsabschnitte der Nutbereiche einer Spule gemeinsam oder für mehrere oder alle Nutbereiche mehrerer Spulen zugleich. Dazu können die Spulen zunächst zwar mit einstückig zusammenhängenden Leitern, d.h. Wicklungsabschnitten, aber für sich soweit räumlich getrennt angeordnet gewickelt werden, dass die Massivumformung, d.h. das Verprägen, der Leiter einfach durchzuführen ist, weil alle zu verprägenden Wicklungsabschnitte, insbesondere alle Wicklungsabschnitte der Nutbereiche, einfach mit einem Verprägewerkzeug, bevorzugt einem Gesenk, erreichbar bleiben. Erst nach dem Verprägen werden dann die
zusammenhängenden Spulen in die Gestalt umgeformt, d.h. gebogen, in der sie in das
Magnetjoch der elektrischen Maschine einzusetzen sind. Vorteilhaft sind dabei in der vorstehend beschriebenen Gestaltung der Spulen mit innerer und äußerer Spule und ggf.
weiteren, dazwischen angeordneten Spulen diese im Gesenk getrennt oder gemeinsam verprägbar.
Nach einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung sind die Leiter innerhalb der Nutbereiche der Spulen mit zum Einlegen in die Nut nach einer wenigstens nahezu rechteckförmigen Querschnittskontur der Nuten, wahlweise nach einer wenigstens nahezu konischen Querschnittskontur der Nuten, geformten Querschnittskonturen ausgebildet. Dabei sind bevorzugt die einzelnen Wicklungsabschnitte der Nutbereiche selbst mit einer wenigstens nahezu rechteckigen bzw. konischen Querschnittskontur, d.h. einem derart gestalteten Leiterquerschnitt, geformt, wobei aber wichtigstes Ziel bleibt, dass alle zum Einbau in eine Nut bestimmten Wicklungsabschnitte gemeinsam in ihrer Einbaulage in der Nut deren Querschnittskontur - rechteckig und/oder konisch - möglichst weitgehend exakt nachgestaltet sind, so dass nach Einbau der Spulen möglichst keinerlei Hohlräume in der Nut verbleiben. Dies gilt sowohl für rechteckige als auch konische Nuten, die im Magnetjoch wahlweise oder auch zugleich vorgesehen sein können. Dabei haben Nuten mit konischer Querschnittskontur, kurz: konische Nuten, Vorteile bei der Auslegung, d.h. Dimensionierung, der elektrischen Maschine, wohingegen Nuten mit rechteckformiger Querschnittskontur, kurz: rechteckige Nuten, bei der Montage der Spulen im Magnetjoch leichter zu handhaben sind.
In einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung bilden die wenigstens zwei in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegend angeordneten Leiter oder die wenigstens zwei in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegend angeordneten, sich in radialer Richtung des Magnetjochs erstreckenden Reihen von Leitern der Nutbereiche der Spulen Teile verschiedener Spulen, insbesondere Teile wenigstens einer inneren und einer äußeren Spule, und sind diese verschiedenen Spulen in Reihe miteinander und/oder parallel zueinander elektrisch verbunden. Dabei hat eine Reihenschaltung von innerer und äußerer Spule den Vorteil, dass die Ströme in der inneren und der äußeren Spule übereinstimmen. Da der Leiter der äußeren Spule länger ist als derjenige der inneren Spule, so dass die äußere Spule einen höheren ohmschen Widerstand als die innere Spule aufweist, entsteht bei einer
Parallelschaltung von innerer und äußerer Spule eine ungleiche Stromverteilung zwischen der inneren und der äußeren Spule und damit unterschiedliche magnetische Feldstärken in unterschiedlichen räumlichen Bereichen der Nuten, insbesondere in einer linken und einer rechten Nuthälfte, die bei der Reihenschaltung vermieden werden.
Bei Ausbildung hinreichend gleicher Stromverteilung und damit eines hinreichend homogenen Feldes in den Nuten kann auch eine Parallelschaltung insbesondere der inneren und der äußeren Spule zu derselben Nut vorgesehen sein, so dass etwaige ungleiche
Stromverteilungen und dadurch bedingte Verluste hinreichend, bevorzugt vernachlässigbar, gering bleiben. Die Parallelschaltung hat den Vorteil, dass dabei im Betrieb zwischen in der bzw. den Spulen nebeneinanderliegenden Leitern bzw. Leiterbereichen geringere elektrische Spannungen auftreten als bei Reihenschaltung. Deshalb ist dann eine weniger spannungsfeste und damit in der Regel auch weniger Raum beanspruchende elektrische Isolierung zwischen den Spulen ausreichend. Konkret kann z.B. auf ein Isolierpapier zwischen innerer und äußerer Spule verzichtet und die elektrische Isolierung der Leiter gegeneinander nur durch eine
Beschichtung, z.B. mit einem Isolierlack, vorgenommen werden. Dadurch lässt sich der Kupferfüllfaktor weiter steigern.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine elektrische Maschine mit wenigstens einer Wicklungsanordnung der vorbeschriebenen Art. Eine derart ausgebildete elektrische Maschine weist einen gesteigerten Wirkungsgrad, eine gesteigerte Leistungsdichte und eine hohe Gesamtleistung bei kompakten Abmessungen auf. Durch die besondere
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung ist eine einfache, schnelle
Montage ähnlich einer Steckmontage einzelner Zahnspulen möglich. Gegenüber derartigen Zahnspulen lassen sich ferner in beträchtlichem Maße nachträglich gesondert herzustellende Kontaktstellen einsparen. Dadurch werden signifikante Einsparungen bei den
Herstellungskosten erzielt und wird die Fertigungsqualität bedeutend erhöht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im
nachfolgenden näher beschrieben, wobei übereinstimmende Elemente in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Es zeigen:
Figur 1 einen Ausschnitt aus einem Stator einer elektrischen Maschine, gebildet mit einem Beispiel eines Magnetjochs und einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung, in perspektivischer, grob schematischer Darstellung,
Figur 2 den Ausschnitt aus dem Stator der elektrischen Maschine, gebildet mit dem
Beispiel des Magnetjochs nach Figur 1 , wobei in das Magnetjoch nur eine einzige Phasenwicklung der Maschine aus vier erfindungsgemäß ausgebildeten Spulen eingezeichnet ist, in perspektivischer, grob schematischer Darstellung, Figur 3 ein Beispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Spule der
Wicklungsanordnung nach Figuren 1 und 2 in grob schematischer Darstellung einer ersten, perspektivischen Ansicht,
Figur 4 das Beispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Spule nach Figur 3 in grob schematischer Darstellung einer zweiten, perspektivischen Ansicht,
Figur 5 das Beispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Spule nach Figur 3 in grob schematischer Darstellung einer dritten, perspektivischen Ansicht,
Figur 6 einen Ausschnitt der erfindungsgemäß ausgebildeten Spule nach Figuren 3 bis 5 in perspektivischer, grob schematischer Darstellung,
Figur 7 einen Ausschnitt einer äußeren Spule der erfindungsgemäß ausgebildeten Spule nach Figur 6 in der gleichen perspektivischen, grob schematischen Darstellung,
Figur 8 einen Ausschnitt einer inneren Spule der erfindungsgemäß ausgebildeten Spule nach Figur 6 in der gleichen perspektivischen, grob schematischen Darstellung,
Figur 9 einen Ausschnitt aus dem Stator der elektrischen Maschine nach Figur 1 in grob schematischer Schnittdarstellung einer weiteren, perspektivischen Ansicht, und
Figur 10 das Beispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Spule nach Figuren 3 bis 5 in einem Fertigungsstadium, in dem äußere und innere Spule entformt sind, in grob schematischer Darstellung einer vierten und fünften, perspektivischen Ansicht.
Bevorzugte Ausführunqsform der Erfindung
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Stator 101 einer elektrischen Maschine 103, gebildet mit einem Beispiel eines Magnetjochs 102 und einem Beispiel für eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung 100, in perspektivischer, grob schematischer Darstellung. Die elektrische Maschine 103 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel dreiphasig aufgebaut und weist je Phase und Magnetpol eine hier vier Spulen 105 umfassende Phasenwicklung auf, von denen eine beispielhaft mit dem Bezugszeichen 106 bezeichnet und hervorgehoben ist. Das Magnetjoch 102 ist mit einer vorgegebenen, entlang einer Umfangsrichtung 107 des Magnetjochs 102 untereinander mit gleichförmig vorgegebenen Nutabständen beabstandet angeordneten Anzahl Nuten 104 ausgebildet. Diese Nuten sind durchnummeriert; das Bezugszeichen 104 weist auf diese Durchnummerierung hin. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Magnetjoch 102 eine Anzahl von 48 Nuten 104 auf, die in der Zeichnung mit den Nummern 1 bis 48 bezeichnet sind. Dementsprechend ist eine Anzahl von 48 Spulen 105 vorgesehen, die zu insgesamt zwölf Phasenwicklungen 106, d.h. vier Phasenwicklungen 106 je Phase, zusammengesetzt sind, wobei die elektrische Maschine 103 vierpolig ausgebildet ist. In Figur 1 sind die Spulen 105 mit offenen, d.h. nicht verbundenen Spulenanschlüssen dargestellt. Jede Spule 105 weist je zwei Nutbereiche 108 auf, die zum Einlegen in um zwei Nutabstände beabstandet ausgewählte der Nuten 104 ausgebildet sind, sowie je zwei diese zwei Nutabstände überbrückende Wickelköpfe 109. Die Spulen sind mit ihren Nutbereichen 108 dachziegelartig geschachtelt derart in die Nuten 104 eingelegt, dass von jeder Spule 105 der in Umfangsrichtung 107 gesehen erste der beiden Nutbereiche 108 im Nutgrund 1 10 und der zweite der beiden Nutbereiche 108 vor dem ersten Nutbereich 108 der in der Reihenfolge der Anordnung der Spulen 105 übernächsten Spule 105 angeordnet ist, d.h. im radial zur Mittelachse des Magnetjochs 102 hin gesehen vorderen Bereich 1 1 1 der übernächsten Nut 104. Dies ist auch in Figur 2 noch einmal dargestellt.
Figur 2 zeigt den in Figur 1 dargestellten Ausschnitt aus dem Stator 101 der elektrischen Maschine 103 mit dem Magnetjoch 102, wobei in die Nuten 104 des Magnetjochs 102 nur eine einzige Phasenwicklung 106 der elektrischen Maschine 103 aus vier erfindungsgemäß ausgebildeten Spulen 105 eingezeichnet ist, in perspektivischer, grob schematischer
Darstellung. Die Phasenwicklung 106 ist dabei in ihrer korrekten Einbaulage dargestellt, d.h. die Nutbereiche 108 der Spulen 105 sind wie bei der komplett montierten elektrischen Maschine
103 korrekt im Nutgrund 1 10 bzw. vorderen Bereich 1 1 1 der betreffenden Nuten 104 eingelegt gezeichnet, und die Wickelköpfe 109 sind mit ihrer Gestaltung und ihrem Verlauf so dargestellt, wie sie nach Montage aller Phasenwicklungen 106 vorliegt. Dabei sind in Figur 2 auch die in Figur 1 noch offen dargestellten Spulenanschlüsse an Kontaktstellen 1 12 miteinander verbunden dargestellt. Die Kontaktstellen 1 12 werden z.B. durch Verschweißen oder Löten gebildet. Bevorzugt sind auch alle Spulen 105 einer Phasenwicklung 106 aus einem
ununterbrochen geführten Leiter durchgehend gewickelt, so dass anstelle der Kontaktstellen 1 12 der Leiter einstückig geführt ist. Von insgesamt fünf Verbindungsstellen einer
Phasenwicklung 106 verbleiben durch Wegfall der Kontaktstellen 1 12 nur die Endanschlüsse 1 13, 1 14 der Phasenwicklung 106 bildenden Spulenanschlüsse, die zur äußeren Verdrahtung der Phasenwicklung 106 mit z.B. Schaltringen des Stators 101 der elektrischen Maschine 103 vorgesehen sind, wie dies in der nachstehend beschriebenen Figur 9 angedeutet ist.
Gemäß Figur 2 weisen die Phasenwicklungen 106 folgendes Wickelschema, d.h. folgende Aufeinanderfolge von Spulen 105 und deren Nutbereichen 108, verteilt auf die Nuten 104, auf, wobei auf die zu Figuren 1 und 2 gewählte Nummerierung der Nuten 104 Bezug genommen wird, wobei allerdings der Übersichtlichkeit der Zeichnungen halber nicht alle diese Nuten im Bildausschnitt der Figuren 1 und 2 dargestellt sind:
• Von einer ersten der Phasenwicklungen 106 für eine erste Phase der elektrischen
Maschine 103 ist
o eine erste der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 39 und
mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 41 eingelegt,
o eine zweite der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 41 und
mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 43 eingelegt,
o eine dritte der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 44 und
mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 46 eingelegt und
o eine vierte der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 46 und
mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 48 eingelegt. • Von einer ersten der Phasenwicklungen 106 für eine zweite Phase der elektrischen Maschine 103 ist
o eine erste der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 43 und
mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 45 eingelegt,
o eine zweite der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 45 und
mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 47 eingelegt,
o eine dritte der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 48 und
mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 2 eingelegt und
o eine vierte der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 2 und
mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 4 eingelegt.
• Von einer ersten der Phasenwicklungen 106 für eine dritte Phase der elektrischen
Maschine 103 ist
o eine erste der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 47 und
mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 1 eingelegt,
o eine zweite der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 1 und mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 3 eingelegt,
o eine dritte der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 4 und
mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 6 eingelegt und
o eine vierte der ihr zugehörigen vier Spulen 105
mit einem ersten ihrer Nutbereiche 108 in den Nutgrund 1 10 der Nut 104 mit der Nummer 6 und
mit einem zweiten ihrer Nutbereiche 108 in den vorderen Bereich 1 1 1 der Nut 104 mit der Nummer 8 eingelegt.
In Figur 2 ist nur diese zuletzt beschriebene erste der Phasenwicklungen 106 für die dritte Phase der elektrischen Maschine 103 dargestellt.
Diese Wickelschemata wiederholen sich für jede der Phasen mit übereinstimmend gestalteten zweiten, dritten und vierten Phasenwicklungen 106 nach je 12 Nuten. Die Phasenwicklungen 106 sind für die unterschiedlichen Phasen um je vier Nutabstände in Umfangsrichtung 107 gegeneinander versetzt angeordnet, d.h. die Gesamtanzahl der Nuten 104, geteilt durch die Anzahl der Phasenwicklungen 106.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen unterschiedliche perspektivische Ansichten einer Spule 105 einer der Phasenwicklungen 106 der Wicklungsanordnung 100 nach Figuren 1 und 2 in grob
schematischer Darstellung. Die Nutbereiche 108 der Spule 105 sind mit zwei in der
Umfangsrichtung 107 nebeneinanderliegend angeordneten, sich nach Einbau in den Stator 101 der elektrischen Maschine 103 in radialer Richtung des Magnetjochs 102 erstreckenden Reihen 1 15, 1 16 von Leitern ausgebildet. Dabei bilden die in der Umfangsrichtung 107 einander zugekehrten Reihen 1 15 von Leitern zusammen mit damit verbundenen Leitern 1 17 in den Wickelköpfen 109 eine innere Spule 1 19, und die in der Umfangsrichtung 107 voneinander abgekehrten Reihen 1 16 von Leitern bilden zusammen mit damit verbundenen Leitern 1 18 in den Wickelköpfen 109 eine äußere Spule 120. Die innere 1 19 und die äußere Spule 120 sind dabei einstückig, d.h. mit zwischen den Spulenanschlüssen ununterbrochen durchgängig gewickeltem Leiter, ausgeführt. Die Reihen 1 15, 1 16 von Leitern bzw. Wicklungsabschnitten in den Nutbereichen 108 sind nach dem Wickeln zur Anpassung an die hier rechteckformig ausgestaltete Querschnittskontur der Nuten 104 gemeinsam zu rechteckförmigen
Leiterquerschnitten massivumgeformt. Innerhalb der Wickelköpfe sind die Leiter 1 17, 1 18 als Runddrähte, d.h. mit einem kreisförmigen Leiterquerschnitt, ausgebildet, wobei an den
Übergängen zwischen den Nutbereichen 108 und den Wickelköpfen 109 auch ein Übergang von den rechteckförmigen Leiterquerschnitten zu den Runddrähten erfolgt, wie nachfolgend noch näher dargestellt ist.
Dazu zeigt Figur 6 einen Ausschnitt der erfindungsgemäß ausgebildeten Spule 105 nach Figuren 3 bis 5 in perspektivischer, grob schematischer Darstellung, und die Figuren 7 und 8 zeigen zur besseren Verdeutlichung je einen Ausschnitt der äußeren Spule 120 bzw. der inneren Spule 1 19 in der gleichen perspektivischen, grob schematischen Darstellung als Teileansichten der Spule 105 nach Figur 6. Innerhalb der Nutbereiche 108 der Spule 105 und damit auch der inneren und der äußeren Spule 1 19, 120 sind die Leiter bzw. Reihen von Leitern 1 15, 1 16 in einer zum Einlegen in die Nut 104 nach deren Querschnittskontur, dem
Nutquerschnitt, ausgestalteten räumlichen Anordnung zueinander ausgerichtet und in ihrem Leiterquerschnitt durch Massivumformung dem Nutquerschnitt angepasst geführt. In den Figuren 6 bis 8 sind diese Leiterquerschnitte rechteckformig ausgestaltet, sie und ihre räumliche Anordnung zueinander schematisch in die Leiter 1 15, 1 16 eingezeichnet und mit dem
Bezugszeichen 121 bezeichnet.
In sich unmittelbar an die Nutbereiche 108 anschließenden ersten Übergangsbereichen 122 innerhalb des Wickelkopfs 109 sind die Leiter 1 17, 1 18 in eine wenigstens nahezu kreisförmige räumliche Anordnung 123 übergehend zueinander ausgerichtet geführt, wie diese in Figuren 6 bis 8 durch schematisch in die Leiter 1 17, 1 18 des Wickelkopfs 109 eingezeichnete
Leiterquerschnitte 124 dargestellt ist. Außerdem ist in den ersten Übergangsbereichen 122 auch der Übergang von den rechteckförmigen Leiterquerschnitten 121 der Leiter 1 15, 1 16 zu kreisförmigen Leiterquerschnitten, nämlich den als Runddrähte ausgestalteten
Leiterquerschnitten 124, ausgeführt. Insbesondere bilden diese Runddrähte eine
Anfangsquerschnittskontur bei der Massivumformung. In sich unmittelbar an die ersten
Übergangsbereiche 122 anschließenden ersten Leiterführungsbereichen 125 innerhalb des Wickelkopfs 109 sind die Leiter 1 17, 1 18 in der wenigstens nahezu kreisförmigen räumlichen Anordnung 123 zueinander ausgerichtet weitergeführt. Unmittelbar an die ersten
Leiterführungsbereiche 125 schließen sich innerhalb des Wickelkopfs 109 zweite Übergangsbereiche 126 an, in denen die Leiter 1 17, 1 18 von der wenigstens nahezu kreisförmigen räumlichen Anordnung 123 in eine wenigstens nahezu dreieckförmige räumliche Anordnung 127 übergehend zueinander ausgerichtet geführt sind, wie diese in Figuren 6 bis 8 durch schematisch in die Leiter 1 17, 1 18 des Wickelkopfs 109 eingezeichnete
Leiterquerschnitte 128 dargestellt ist. An die zweiten Übergangsbereiche 126 wiederum schließt sich unmittelbar ein zweiter Leiterführungsbereich 129 innerhalb des Wickelkopfs 109 an, in dem die Leiter 1 17, 1 18 in der wenigstens nahezu dreieckförmigen räumlichen Anordnung 127 zueinander ausgerichtet weitergeführt sind. Dabei erstrecken sich die Leiter 1 17, 1 18 innerhalb der ersten Übergangsbereiche 121 und wenigstens eines Teils der ersten
Leiterführungsbereiche 125 in wenigstens nahezu gleicher Längsausrichtung wie innerhalb der Nutbereiche 108. Innerhalb des zweiten Leiterführungsbereichs 129 sind die Leiter 1 17, 1 18 jedoch wenigstens nahezu rechtwinklig zur Längsausrichtung innerhalb der Nutbereiche 108 derart geführt, dass sie bei einem Anordnen der Spulen 105 im Magnetjoch 102 wenigstens nahezu in dessen Umfangsrichtung 107 ausgerichtet sind, abgesehen von der zu Figur 1 beschriebenen geringen, dachziegelartig überlappenden Schrägstellung der Wickelköpfe.
Insgesamt umfasst somit jeder Wickelkopf 109 zwei erste Übergangsbereiche 122, zwei erste Leiterführungsbereiche 125 und zwei zweite Übergangsbereiche 126, jedoch nur einen zweiten Leiterführungsbereich 129, der sich zwischen den beiden zweiten Übergangsbereichen 126 erstreckt.
Figur 9 zeigt einen Ausschnitt aus dem Stator der elektrischen Maschine nach Figur 1 in grob schematischer Schnittdarstellung einer weiteren, perspektivischen Ansicht. Dabei ist ein Verdrahteter Montagezustand wiedergegeben, in dem die Endanschlüsse 1 13, 1 14 mit
Schaltringen 130 verbunden sind. Für jede der drei Phasen sowie für Masse ist je ein Schaltring 130 vorgesehen und axial vor den Wickelköpfen 109 der Spulen 105 angeordnet. Die in der Zeichenebene liegende Schnittebene führt durch die ersten Leiterführungsbereiche 125 zweier der Spulen 105 mit der kreisförmigen räumlichen Anordnung 123 der Leiter 1 17, 1 18 im
Wickelkopf 109 zueinander und durch den zwischen diesen beiden ersten
Leiterführungsbereichen 125 der beiden Spulen 105 mittig hindurchgeführten zweiten
Leiterführungsbereich 129 einer dritten der Spulen 105 mit der dreieckförmigen räumlichen Anordnung 127 der Leiter 1 17, 1 18 im Wickelkopf 109 zueinander. Durch diese Anordnung je eines zweiten Leiterführungsbereichs 129 einer Spule 105 mit der dreieckförmigen räumlichen Anordnung 127 der Leiter 1 17, 1 18 zwischen zwei ersten Leiterführungsbereichen 125 zweier Spulen 105 mit der kreisförmigen räumlichen Anordnung 123 der Leiter 1 17, 1 18 entsteht die erfindungsgemäß besonders raumsparende Leiterführung, die in besonders kompakten
Wickelköpfen 109 resultiert.
Wahlweise zu der beschriebenen gemeinsamen Massivumformung der Reihen von Leitern 1 15, 1 16 in den Nutbereichen 108 der Spulen 105 können die Reihen 1 15 und 1 16 der Leiter auch an den voneinander entformten inneren und äußeren Spulen 1 19, 120 getrennt
massivumgeformt werden, und zwar ohne dass es einer Trennung der Leiter der inneren Spule 1 19 von den Leitern der äußeren Spule 120 bedarf. Dazu zeigt Figur 10 in einer ersten Teilfigur a) in einer vierten, perspektivischen Ansicht und in einer zweiten Teilfigur b) in einer fünften, perspektivischen Ansicht das Beispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Spule 105 gemäß den Figuren 3 bis 5 in einem Fertigungsstadium, in dem äußere 120 und innere Spule 1 19 entformt sind, in grob schematischer Darstellung. Obwohl die Leiter der inneren und äußeren Spule 1 19, 120 weiterhin durchgehend gewickelt und damit einstückig ausgebildet sind, also keine gesondert herzustellende Kontaktstelle zwischen ihnen erforderlich ist, lassen sich so die Reihen 1 15, 1 16 der Leiter der Nutbereiche 108 der Spule 105 auch räumlich getrennt voneinander in zugleich oder nacheinander ausgeführten Verprägeschritten massivumformen. Auf diese Weise können zudem die Leiter 1 15, 1 16 mehrerer zusammenhängend durchgehend gewickelter Spulen 105, insbesondere aller Spulen 105 einer Phasenwicklung 106, im Verbund massivumgeformt werden. Wahlweise ist es also möglich, die Querschnittskonturen der Leiter 1 15, 1 16 innerhalb der Nutbereiche 108 der Spulen 105 durch Massivumformung einer oder mehrerer der Spulen 105 im Verbund zu bilden, wobei ein Verprägen einzelner oder mehrerer der Leiter 1 15, 1 16, der Leiter 1 15 der inneren Spule 1 19 und der Leiter 1 16 der äußeren Spulen 120 je für sich gemeinsam, aller Leiter 1 15, 1 16 einer Spule 105 gemeinsam und für jede der Spulen 105 einer Phasenwicklung nacheinander, aber auch aller Leiter 1 15, 1 16 mehrerer Spulen 105, insbesondere aller bevorzugt einstückig, d.h. durchgehend, gewickelten Spulen 105 einer Phasenwicklung 106 gemeinsam je nach Bedarf erfolgen kann. Nach einem räumlich getrennten Verprägen der Reihen 1 15, 1 16 der Leiter im in Figur 10 dargestellten, entformten Montagezustand der Spulen 105 werden die innere 1 19 und die äußere 120 Spule unter Umbiegen ihrer Leiterverbindung 131 zum Bilden der fertigen Spule 105
ineinandergesteckt. Bezugszeichenliste
Wicklungsanordnung von 101
Stator von 103
Magnetjoch von 101
Elektrische Maschine
Nut von 102
Spule von 100
Phasenwicklung
Umfangsrichtung von 102
Nutbereich von 105
Wickel köpf von 105
Nutgrund von 104
Vorderer Bereich von 104
Kontaktstelle von 106
Endanschluss von 106
Endanschluss von 106
Reihe von Leitern in 108 zu 1 19
Reihe von Leitern in 108 zu 120
Leiter in 109 zu 1 19
Leiter in 109 zu 120
Innere Spule zu 105
Äußere Spule von 105
Rechteckförmiger Leiterquerschnitt von 1 15, 1 16 in 108
Erster Übergangsbereich in 109
Kreisförmige räumliche Anordnung von 1 17, 1 18 in 109 zueinander
Leiterquerschnitt von 1 17, 1 18: Runddraht
Erster Leiterführungsbereich in 109
Zweiter Übergangsbereich in 109
Dreieckförmige räumliche Anordnung von 1 17, 1 18 in 109
Leiterquerschnitte von 1 17, 1 18 in 129 von 109
Zweiter Leiterführungsbereich in 109
Schaltring
Leiterverbindung zwischen 1 19 und 120

Claims

Ansprüche
1. Mit wenigstens einem elektrischen Leiter gebildete Wicklungsanordnung (100) für eine elektrische Maschine (103), insbesondere einen Stator (101 ) dieser elektrischen Maschine (103), die ein Magnetjoch (102) mit einer vorgegebenen, entlang einer Umfangsrichtung (107) des Magnetjochs (102) untereinander mit, insbesondere gleichförmig, vorgegebenen Nutabständen beabstandet angeordneten Anzahl Nuten (104) aufweist, umfassend eine vorgegebene Anzahl Spulen (105) mit je zwei zum Einlegen in um zwei Nutabstände beabstandet ausgewählte der Nuten (104) ausgebildeten Nutbereichen (108) und je zwei diese zwei Nutabstände überbrückenden Wickelköpfen (109).
2. Wicklungsanordnung (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nutbereiche (108) der Spulen (105) mit wenigstens zwei in der Umfangsrichtung (107) nebeneinanderliegend angeordneten Leitern (1 15, 1 16) oder mit wenigstens zwei in der Umfangsrichtung (107) nebeneinanderliegend angeordneten, sich in radialer Richtung des Magnetjochs (102) erstreckenden Reihen von Leitern (1 15, 1 16) ausgebildet sind.
3. Wicklungsanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nutbereiche (108) der Spulen (105) mit genau zwei in der Umfangsrichtung (107) nebeneinanderliegend angeordneten, sich in radialer Richtung des Magnetjochs (102) erstreckenden Reihen von Leitern (1 15, 1 16) ausgebildet sind und dass insbesondere zu je einer der Spulen (105) die in Umfangsrichtung (107) einander zugekehrten Reihen von Leitern (1 15) zusammen mit damit verbundenen Leitern (1 17) in den Wickelköpfen (109) eine innere Spule (1 19) bilden und die in Umfangsrichtung (107) voneinander abgekehrten Reihen von Leitern (1 16) zusammen mit damit verbundenen Leitern (1 18) in den
Wickelköpfen (109) eine äußere Spule (120) bilden.
4. Wicklungsanordnung (100) nach Anspruch 1 , 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
• die Leiter (1 15, 1 16) innerhalb der Nutbereiche (108) der Spulen (105) in einer zum Einlegen in die Nut (104) nach deren Querschnittskontur ausgestalteten räumlichen Anordnung zueinander ausgerichtet geführt sind,
• die Leiter (1 17, 1 18) in sich wenigstens nahezu unmittelbar an die Nutbereiche (108) anschließenden ersten Übergangsbereichen (122) innerhalb der Wickelköpfe (109) in eine wenigstens nahezu kreisförmige räumliche Anordnung (123) übergehend zueinander ausgerichtet geführt sind,
• die Leiter (1 17, 1 18) in sich wenigstens nahezu unmittelbar an die ersten
Übergangsbereiche (122) anschließenden ersten Leiterführungsbereichen (125) innerhalb der Wickelköpfe (109) in der wenigstens nahezu kreisförmigen räumlichen Anordnung (123) zueinander ausgerichtet weitergeführt sind,
• die Leiter (1 17, 1 18) in sich wenigstens nahezu unmittelbar an die ersten
Leiterführungsbereiche (125) anschließenden zweiten Übergangsbereichen (126) innerhalb der Wickelköpfe (109) von der wenigstens nahezu kreisförmigen räumlichen Anordnung (123) in eine wenigstens nahezu dreieckformige räumliche Anordnung (127) übergehend zueinander ausgerichtet geführt sind, und
• die Leiter (1 17, 1 18) in sich wenigstens nahezu unmittelbar an die zweiten
Übergangsbereiche (126) anschließenden zweiten Leiterführungsbereichen (129) innerhalb der Wickelköpfe (109) in der wenigstens nahezu dreieckformigen räumlichen Anordnung (127) zueinander ausgerichtet weitergeführt sind,
wobei insbesondere
• die Leiter (1 17, 1 18) innerhalb der ersten Übergangsbereiche (122) und wenigstens eines Teils der ersten Leiterführungsbereiche (125) in wenigstens nahezu gleicher Längsausrichtung sich erstrecken wie innerhalb der Nutbereiche (108), und
• die Leiter (1 17, 1 18) innerhalb der zweiten Leiterführungsbereiche (129) wenigstens nahezu rechtwinklig zur Längsausrichtung innerhalb der Nutbereiche (108) derart geführt sind, dass sie bei einem Anordnen der Spulen (105) im Magnetjoch (102) wenigstens nahezu in dessen Umfangsrichtung (107) ausgerichtet sind.
5. Wicklungsanordnung (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiter (1 15, 1 16) innerhalb der Nutbereiche (108) der Spulen (105) mit zum Einlegen in die Nut (104) nach deren Querschnittskontur geformten Querschnittskonturen (121 ) ausgebildet sind.
6. Wicklungsanordnung (100) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Querschnittskonturen (121 ) der Leiter (1 15, 1 16) innerhalb der Nutbereiche (108) der Spulen (105) durch Massivumformung aus einer Anfangsquerschnittskontur, insbesondere aus einer wenigstens nahezu kreisförmigen Anfangsquerschnittskontur (124), gebildet sind, und/oder dass die Querschnittskonturen (121 ) der Leiter (1 15, 1 16) innerhalb der
Nutbereiche (108) der Spulen (105) durch gusstechnische Herstellung geformt sind.
7. Wicklungsanordnung (100) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Querschnittskonturen (121 ) der Leiter (1 15, 1 16) innerhalb der Nutbereiche (108) der Spulen (105) durch Massivumformung einer oder mehrerer der Spulen (105) im Verbund gebildet sind.
8. Wicklungsanordnung (100) nach Anspruch 5, 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leiter (1 15, 1 16) innerhalb der Nutbereiche (108) der Spulen (105) mit zum Einlegen in die Nut (104) nach einer wenigstens nahezu rechteckförmigen Querschnittskontur der Nuten (104), wahlweise nach einer wenigstens nahezu konischen Querschnittskontur der Nuten (104), geformten Querschnittskonturen (121 ) ausgebildet sind.
9. Wicklungsanordnung (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens zwei in der Umfangsrichtung (107) nebeneinanderliegend angeordneten Leiter (1 15, 1 16) oder die wenigstens zwei in der Umfangsrichtung (107)
nebeneinanderliegend angeordneten, sich in radialer Richtung des Magnetjochs (102) erstreckenden Reihen von Leitern (1 15, 1 16) der Nutbereiche (108) der Spulen (105) Teile verschiedener Spulen (1 19, 120) bilden, insbesondere Teile wenigstens einer inneren (1 und einer äußeren (120) Spule, und diese verschiedenen Spulen (1 19, 120) in Reihe miteinander und/oder parallel zueinander elektrisch verbunden sind.
10. Elektrische Maschine (103),
gekennzeichnet durch
wenigstens eine Wicklungsanordnung (100) nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche.
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