WO2019040956A1 - Statorkomponente für eine elektrische maschine - Google Patents

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WO2019040956A1
WO2019040956A1 PCT/AT2018/060179 AT2018060179W WO2019040956A1 WO 2019040956 A1 WO2019040956 A1 WO 2019040956A1 AT 2018060179 W AT2018060179 W AT 2018060179W WO 2019040956 A1 WO2019040956 A1 WO 2019040956A1
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conductor
heads
stator
head
stator component
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PCT/AT2018/060179
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English (en)
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Inventor
Andreas Falkner
Mladen-Mateo PRIMORAC
David SCHERRER
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Miba Aktiengesellschaft
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    • 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
    • H02K15/0056—Manufacturing winding connections
    • H02K15/0068—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/0081—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals for form-wound windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H02K3/505—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto for large machine windings, e.g. bar windings

Definitions

  • the invention relates to a stator component for an electrical machine.
  • the stator component according to the invention comprises a multiplicity of electrical conductor elements which are arranged in the inner grooves of a stator packet in such a way that an at least single-layered winding is formed.
  • the electrical conductor elements are bent in or against the circumferential direction and bent into or away from the main axis of rotation in such a way that conductor elements provided for this purpose are electrically connected to one another at their conductor heads by adjoining layers.
  • Stators for electric electric motors comprise electric coils which are designed in the form of windings around an electrically and magnetically conductive core and, when current flows through the coils in the stator packet, generate a magnetic field which is required to drive the electric motor.
  • These windings may e.g. be generated by that U-shaped curved conductor elements or rod-shaped conductor elements are inserted into the stator and the intended conductor elements are connected to form windings.
  • the height of a stator in the axial direction ie in the direction of the main axis of rotation, is attempted to be as small as possible. Therefore, often protruding from the stator core conductor ends are bent in or against the circumferential direction and / or cranked.
  • the conductor elements which are radially equidistant from the main axis of rotation, are referred to as a layer.
  • the conductor elements in each case of one layer are often bent or entangled in such a way that a winding layer results through electrical connection to conductor elements of an adjacent layer provided for this purpose.
  • the entire winding can therefore have a plurality of coils or winding layers which are required for the formation of a stator.
  • the best-known design of the conductor ends essentially corresponds to a "Z-shape" of the conductor ends protruding from the stator core at the end face
  • a component for an electrical machine comprising a magnetically conductive stator with a plurality of openings extending along an axial direction of the stator, a plurality of conductor elements extending in the openings in the axial direction to generate a magnetic field when energized in the magnetically conductive stator core, wherein the conductor elements are inserted into the openings and ends of the conductor elements have been joined together.
  • Sections of the conductor elements, which have the connected ends and which protrude on the end face of the magnetically conductive stator core, are angled toward the main rotation axis in order to form a winding head and then in the direction of a radially outer magnetic yoke.
  • a solution is sought for minimizing the overall height of a stator, wherein the overall height of the stator is essentially determined by the necessary length of the connected conductor elements protruding from the stator core.
  • the object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a stator component, by means of which a compact height of a stator for an electric machine is made possible in a simple manner.
  • the invention relates to a stator component for an electrical machine, the stator component comprising:
  • stator package having a stator package face and a stator package base side having a plurality of circumferentially distributed inner grooves extending continuously in the direction of the main axis of rotation on the inside of the stator core;
  • the plurality or all of the inner grooves comprises a plurality of electrical conductor elements, which are electrically insulated from each other in the radial direction inserted are,
  • each conductor end of each radially further outer layer has an at least partially stripped conductor head which is electrically connected to an at least partially stripped conductor head of a provided conductor end of the radially adjacent further inner layer
  • the electrical conductor elements each have a stator end projecting from the stator core base, each having an at least partially stripped conductor head, and the conductor ends protruding from the stator core base side are bent in the opposite direction to the circumferential bending direction of the conductor ends protruding from the stator core end side Radial bending direction of the conductor heads of protruding from the Statorvolisseite conductor ends coincides with the Radialbie diung the conductor heads protruding from the Statorvolrnseite conductor ends the same position.
  • This allows in addition to the reduction of the height on the front side of the stator component a reduction of the height at the base side with the above-mentioned advantages.
  • this construction an equally simple contacting or
  • the length of the conductor heads of the stator end faces projecting from the stator end face accounts for more than 5% of the length of the conductor ends protruding from the stator core end side and / or
  • the length of the conductor heads of the stator-end base side projecting conductor ends is more than 5% of the length of the stator end-side projecting conductor ends.
  • the total length of the electrical conductor elements can be varied with the height of the stator core. By height variations of the stator, only the proportion of the length of the conductor elements has to be adapted, which extends in the main direction of rotation within the internal grooves. However, the length of the conductor heads relative to the respective conductor ends remains largely uninfluenced by the total length of the conductor elements and can be chosen relatively short according to the present invention.
  • the radially outer conductor ends When using internal grooves with eg rectangular cross-section in conductor elements of the same length, the radially outer conductor ends must be bent in the circumferential direction by a greater distance than the conductor ends, which are arranged radially further inward on the main rotation axis. It comes to a shortening of the distance of the electrical connections of the outer winding layers to the Statorvolstirnippo. Statorvolbasisseite.
  • the length of the conductor heads of the stator end faces and / or of the stator core base side protruding conductor ends of the radially outer layer different, in particular greater, to the length of the corresponding conductor heads of Statorvolstirnseite, respectively the Statorvolisseite, outstanding conductor ends of the adjacent radially adjacent layer in the radial direction.
  • the position of the electrical connection of one winding layer in the radial direction relative to an adjacent winding layer can thereby be selectively varied, which permits a greater variety of usable contacting methods for producing the electrical connection of the corresponding conductor heads.
  • the engagement of a bending tool for the radial deformation of the conductor heads from the outside or inside, ie in the direction of or pointing away from the main axis of rotation can be facilitated.
  • the orientation of the conductor ends to the one circumferential bending angle allows the use of relatively simple forming tools or forming operations.
  • the choice of the circumferential bending angle can be selected by the person skilled in the art as a function of the conductor element cross-section, whereby the flatest possible alignment of the conductor ends with respect to the stator package end or stator package base side is in the foreground.
  • the elimination of complicated and thus costly forming tools means a significant reduction in process costs.
  • this design allows easy to implement and thus also easy to automate forming processes, which lead to increased process reliability, component quality and lower process costs.
  • the conductor heads bent in the radial direction to or pointing away from the main axis of rotation by a radial bending angle relative to the respective circumferentially bent conductor ends between 15 ° and 85 °, preferably between 35 ° and 70 °, particularly preferably between 40 ° and 50 °.
  • the bending of the conductor heads in the radial direction allows an accurate positioning of the curved conductor heads in the vertical direction, ie the direction of the main axis of rotation, as well as the horizontal direction, ie the radial direction or circumferential direction.
  • the horizontal direction ie the radial direction or circumferential direction.
  • this invention is to be understood as Leitererkopfachse an imaginary extension of the respective conductor head.
  • a slight deviation of the conductor head axes of the corresponding conductor heads does not represent a significant disadvantage in practice.
  • the corresponding conductor heads are aligned and the corresponding conductor head axes are parallel to each other in the horizontal direction, ie normal to the direction of the main axis of rotation, parallel or in alignment. This reduces the risk of a defective connection point during the subsequent electrical connection. The risk of producing non-functional stators is thus significantly reduced.
  • clamping tools are often required for the electrical connection, which, for example, in the case of a "Z-shape" of the conductor ends, fulfill the task of pressing the conductor ends against one another before the connection in order to allow electrical contacting.
  • the conductor elements used in the present invention may be U-shaped or rod-shaped with a round, or even square, but preferably rectangular cross-section. The springback of the bent conductor elements depends on the cross section in the bending zones of the conductor element.
  • the conductor heads of the Statorvolrnseite projecting conductor ends have a Porterkopfstirnseite which is electrically connected to the Porterkopfstirnseite the corresponding conductor head, and / or the conductor heads of outstanding on the Statorvolbasisseite Leidenden a ladder head base side having which of the conductor head base side of the corresponding conductor head is electrically connected.
  • This solution significantly shortens the unusable projection of the electrical conductor elements in the direction of the main axis of rotation and achieves a reduction in the overall height of the stator component or of the stator.
  • the line resistance of the stator component due to the reduced current flow length is also reduced.
  • an effective material saving over known solutions is achieved. A higher efficiency of the stator component can be achieved.
  • an electrical connection cross section of a conductor head of the radially outer layer with the corresponding conductor head of more than 50%, preferably more than 75%, of a conductor head cross-sectional area of at least one of the connected conductor heads is formed.
  • a certain cross-sectional area of the electrical conductor elements is available after electrical connection.
  • connection cross-section that is to say the "effective diameter" for the current flow, makes up more than 50% of the cross-sectional area of at least one of the corresponding conductor heads in that a certain tolerance in the bending of the conductor heads in the radial direction and / or the conductor ends in the circumferential direction is permissible, thereby enabling an effective reduction of the time and thereby cost in the positioning of the corresponding conductor heads.
  • the conductor heads of the conductor ends protruding on the stator package front side and / or the conductor heads of the conductor ends projecting on the stator packet base side have a stepwise and / or continuous cross section decrease in the direction of the conductor head base side, respectively the conductor head base side, opposite the cross section having the conductor element at the outlet opening to the inner groove.
  • the cross-section of the conductor elements remains substantially constant over the length of a conductor element.
  • the use of a taper in the region of the conductor head ie a reduction in the cross section in at least one direction, can be advantageous for the deformation or bending of the conductor head.
  • the engagement of a bending tool can be achieved by e.g. a gradual and / or continuous cross-section abnähme be facilitated because the bending tool a defined contact surface is provided.
  • a reduction in cross section in the conductor head area can serve to lower the size
  • a targeted design of the conductor heads allows a largely backlash-free positioning relative to the corresponding conductor head.
  • stepped or wedge-shaped conductor heads are conceivable, which serve to ensure that the conductor heads fit snugly together after the radial bending. This is particularly advantageous because it allows the contact length of the electrical connection of the corresponding conductor heads can be easily adjusted or increased.
  • the electrical connection of the conductor heads of the radially outer layer is carried out with the corresponding conductor heads as a solder joint.
  • the introduction of an additional material with a lower melting point than the melting point of the conductor element material allows the targeted electrical connection of the corresponding conductor heads with a high electrical connection cross-section.
  • soft but especially brazing alloys are conceivable.
  • the electrical connection of the conductor heads of the radially outer layer with the corresponding conductor heads is designed as a welded connection. It has been found that welded joints are significant advantages in terms of minimizing electrical resistance. Although electrical connections of the corresponding conductor heads can be carried out by means of a solder or electrically conductive adhesive, welded connections permit the use of the stator components in dynamically stressed surroundings since they generally have a higher fatigue strength. As a method of welding, in particular, methods are used which introduce little heat into the electrical conductor elements. In addition to laser deep welding, electron beam deep welding, plasma deep welding and capacitor discharge welding, or ultrasonic friction welding are conceivable. Furthermore, it can be provided that the welded connection is designed as a weld drop.
  • the conductor head end faces or the ladder head base sides can be connected via a weld drop.
  • a butt joint which allows the saving of material of the conductor element.Other, this electrical line s losses are reduced and increases the efficiency.
  • the conductor head end faces and / or the conductor head base sides of the conductor heads of the radially outer layer to be connected to the conductor head end faces, respectively the conductor head base faces, of the corresponding conductor heads by means of a weld seam, in particular laser deep-hole weld seam.
  • a planar electrical connection which is preferably made in the direction of the main axis of rotation, is formed in relation to a punctiform welded connection achieved corresponding conductor heads.
  • the weld seam thereby makes it possible in a simple manner to design an electrical connection cross-section of more than 50%, preferably more than 75%, of the conductor head cross-sectional area of at least one of the conductor heads.
  • laser deep-hole welding or also electron beam welding
  • suitable welding methods for shaping the weld seam are conceivable as suitable welding methods for shaping the weld seam.
  • the laser or laser deep welding allows a very local and targeted heat input. This is of particular importance as the insulating layer of the conductor elements at the conductor ends should not be adversely affected by the electrical connection.
  • the laser deep-hole welding, or even electron beam deep welding allow greater penetration depths and thus an enlarged connection cross-section compared to thermal conduction welding by means of a laser beam. This is a considerable advantage, especially with a larger conductor head cross-sectional area.
  • the aforementioned welding processes can be easily automated, which in addition to the qualitative advantages, even the higher process speeds have a positive effect on the process costs.
  • the different arrangement of the electrical connections in the radial direction can bring about some procedural simplifications.
  • the position of the electrical connection of one winding layer in the radial direction relative to an adjacent winding layer can thereby be selectively varied, which permits a greater variety of usable contacting methods for producing the electrical connection of the corresponding conductor heads.
  • the engagement of a bending tool for the radial deformation of the conductor heads from the outside or inside, ie in the direction of or pointing away from the main axis of rotation can be facilitated.
  • the term "electrical conductor element” may also mean several electrical sub-conductors or strands which perform a common function as an electrical conductor element.
  • stator component can have connection ends, conductor bridges, groove jumps and similar elements which are connected by a circuit.
  • Such functionally relevant elements are well known to the person skilled in the art. The person skilled in the art is therefore aware that the described stator component does not have to be rotationally symmetrical over the entire circumference.
  • FIG. 1 shows a stator component with a part of conductor elements in an oblique view
  • FIG. 2 shows a detail of a plan view of a stator component with some conductor elements
  • FIG. 3 shows an exemplary electrical conductor element with a conductor end bent in the circumferential direction and a conductor head bent in the radial direction to the main direction of rotation;
  • FIG. 4 shows an exemplary electrical conductor element with conductor ends bent in or against the circumferential direction and conductor heads (a, b) bent in the radial direction to the main direction of rotation;
  • Fig. 8 different embodiments of electrical connections of the conductor heads.
  • stator component 1 comprising a hollow cylindrical stator core 2, with a multiplicity of internal grooves 6 distributed in the circumferential direction 11 and extending in the direction of the main rotation axis 5, into which electrical conductor elements 7 are inserted.
  • the stator core 2 has a stator core end face 3, which in the context of this invention is meant as the side of the stator component 1, at which the connections for the energization of the stator component 1 or the electrical connection of any further electrical elements is meant.
  • the Statorvolrnseite 3 facing away from the stator 2 has a Statorvolbasisseite 4 on.
  • FIG. 2 shows a section of a stator component 1 in plan view.
  • the electrical conductor elements 7 are shown by way of example only.
  • the electrical conductor elements 7 with substantially the same radial distance from the main axis of rotation 5 are present as a respective layer 8.
  • the electrical conductor elements 7 of a respective radially further outlying layer 8a have a greater radial distance to the main axis of rotation 5 compared to the corresponding conductor elements 7 each radially further inlying layer 8b with a smaller radial distance to the main axis of rotation 5, and form a winding layer 9.
  • Die Stator component 1 has at least one, preferably a plurality of winding layers 9. In the reduced representation in FIG. 2, a part of two winding layers 9 is sketched. It is clearly evident from FIG.
  • This part of an electrical conductor element 7, or a conductor end 10, is referred to as a conductor head 13.
  • the electrical conductor elements 7 are electrically insulated, which can be carried out for example by a plastic and / or paint insulation. As can be seen in FIG. 3, the insulation of the electrical conductor elements 7, respectively the conductor ends 10, can be at least partially removed, ie stripped, only at the conductor head 13 in order to enable an electrical connection to a corresponding conductor head 13.
  • the electrical conductor elements 7 each have a Statorvolisseite 4 outstanding conductor end 10, each having an at least partially stripped conductor head 13 and the stator of the Statorvolis 4 projecting conductor ends 10 opposite however, the radial bending direction 15 of the conductor heads 13 of the stator ends 10 projecting from the stator package base side 4 are bent with the radial bending direction 15 of the conductor heads 13 of the conductor ends 10 projecting from the stator package end face 3 of the same position 8 matches.
  • This allows alternatively to the use of "U-shaped" pre-bent electrical see conductor elements 7 the use of rod-shaped electrical conductor elements 7.
  • the circumferential bending angle 16 of the conductor ends 10 bent in or against the circumferential direction 11 relative to the main axis of rotation 5 of the stator core 2 can have a circumferential bending angle 16 between 15 ° and 75 °, preferably between 35 ° and 70 °, particularly preferably between 50 ° and 65 °. or the stator packet base side 4 protrude.
  • the length of the conductor heads 13 of the Statorvolstirnseite 3 projecting conductor ends 10 more than 5% of the length of the Statorvolstirnseite 3 protruding conductor ends 10 makes up and / or the length of the conductor heads 13 of the Statorvolbasis page 4 outstanding conductor ends 10 more than 5% of the length of the Statorvolbasis page 4 outstanding conductor ends 10 makes. This can clearly be seen in FIGS. 4a and 4b.
  • the length of the conductor ends 10 is determined in this context from the outlet opening of the inner grooves 6 starting.
  • the length of the projecting from the Statorvolstirnseite 3 and / or Statorvolisseite 4 conductor ends 10 of the radially outer layer 8a different, especially larger, to the length of the corresponding conductor ends 10 of Statorvolstirnseite. 3 , respectively Statorvolisseite 4, the radially adjacent inward position 8b is. If, for example, electrical conductor elements 7 of the same length are inserted radially aligned in the inner grooves 6, a bending in the circumferential direction 11 of the radially outer conductor ends 10 is required by a greater distance than for the conductor ends 10 which are arranged radially further inward.
  • the conductor ends 10 or the electrical connections between the corresponding conductor heads 13 would have a "roof-shaped" or "trapezoidal" envelope surface.
  • This embodiment can offer certain manufacturing advantages, such as that a laser used for electrical connection of the conductor heads 13 can be used from the radial direction 12.
  • Fig. Lb where a stator component 1 with a stator 2, in elevation, in the inner grooves 6, a plurality of electrical conductor elements 7 are electrically insulated from each other in the radial direction inserted.
  • the conductor ends 10 of the aligned in the radial direction electrical conductor elements 7 here have different lengths in the respective different layers 8. This leads to a particularly compact stator component 1 with a low overall height.
  • FIG. 5 shows exemplary sections of electrical connections of corresponding conductor heads 13, examples of various possible embodiments of the length of the conductor heads 13 being discussed. It can be provided that the length of the stator end faces 3 and / or the stator package base side 4 projecting conductor ends 10 of the radially outer layer 8a different, especially larger, to the length of the corresponding conductor ends 10 of Statorvolrnseite 3, pective the Statorvolbasisseite 4th which is radially adjacent adjacent inner layer 8b. In the case of different lengths of the corresponding conductor heads 13, the position of the electrical connection shown in Fig. 5 can be selectively adjusted between, and in this case in particular centrally between, two layers 8a, b.
  • the choice of the radial bending angle 17 may be made by those skilled in the art in view of several factors such as the diameter of the electrical conductor elements 7 used, the length of the conductor heads 13, the arrangement of the electrical conductor elements 7 in the radial direction 12 and the like. However, it is important for a high-quality stator component 1 with a low overall height to ensure that the radial bending angle 17 of the corresponding conductor heads 13 is selected such that the conductor heads 13 have an electrical connection.
  • the conductor heads 13 of the Statorvolstirnseite 3 projecting conductor ends 10 have a conductor head end 18 which is electrically connected to the head end face 18 of the corresponding conductor head 13, and / or the conductor heads 13 of the Statorbbasisseite 4 projecting conductor ends 10 a ladder head base page 19 which is electrically connected to the conductor head base side 19 of the corresponding conductor head 13.
  • the ladder head ends 18 and ladder head base sides 19 are e.g. shown in Fig. 4 or Fig. 7.
  • the ladder head base sides 19 can be formed analogously to the examples shown for the ladder head end faces 18. Due to the electrical connection of the corresponding conductor head end faces 18 and ladder head base sides 19, an excellent electrical connection of the electrical conductor elements 7 is ensured. Furthermore, the total length of the electrical conductor elements 7 is reduced to a minimum, which contributes to an effective reduction of the height of the stator component 1.
  • the conductor heads 13 of the conductor ends 10 projecting on the stator package end face 3 and / or the conductor heads 13 of the conductor ends 10 projecting on the stator package base side 4 may be stepped and / or continuous in the direction of the conductor head front side 18, respectively the conductor head - Base side 19, opposite the cross section of the conductor element 7 at the outlet opening to the inner groove 6 have.
  • Some exemplary embodiments for different conductor heads 13 are shown in FIG. If, for example, the cross section of an electrical conductor element 7 is retained on the conductor head 13, the conductor head end face 18 can be shown in FIG Example in Fig. 7 top left have a rectangular shape.
  • the forces for bending the conductor head 13 in the radial direction 12 can be reduced by a continuous decrease in the cross section in the region of the conductor head 13.
  • This continuous reduction in cross-section may be formed, for example, as a wedge or tip shape or even as a pinch of the conductor head.
  • stepped ladder heads 13 are conceivable as shown in FIG. 7 below.
  • the corresponding conductor heads 13 may each have opposite gradations, resulting in an increased electrical connection cross-section 20, as shown in Fig. 6 results.
  • a combination of the above-mentioned geometries for corresponding conductor heads 13 is also possible.
  • the mentioned reduction in cross section of the conductor heads 13 can be set, for example, by laser machining, punching, or a cutting process in the production of the electrical conductor elements 7 and will therefore not be explained further here.
  • an electrical connection cross section 20 of a conductor head 13 of the radially outer layer 8 it is possible for an electrical connection cross section 20 of a conductor head 13 of the radially outer layer 8 to be formed with the corresponding conductor head 13 of more than 50%, preferably more than 75%, of a conductor head cross-sectional area 21 of at least one of the connected conductor heads 13 .
  • the electrical connection cross-section 20 is illustrated by way of example in FIG. 6a using corresponding conductor heads 13 which are bent exactly in the radial direction 12. Exact covering of the conductor head end faces 18 or conductor head base sides 19 in the direction of the conductor head axis, ie the imaginary extension of the conductor heads 13, thus ensures the highest "effective diameter" for the current flow.
  • FIG. 6a Exact covering of the conductor head end faces 18 or conductor head base sides 19 in the direction of the conductor head axis, ie the imaginary extension of the conductor heads 13, thus ensures the highest "effective diameter" for the current flow.
  • the electrical connection of the conductor heads 13 of the radially outer layer 8a with the corresponding conductor heads 13 is designed as a welded connection.
  • a welded connection In Fig. 8, several variants of welding or solder joints are shown.
  • the welding process for the electrical connection should bring as little heat in the electrical conductor elements.
  • laser deep welding electron beam deep welding, plasma deep welding and capacitor discharge welding, or ultrasonic friction welding are conceivable.
  • Welded connection in the form of a welding droplet 22 may be produced, for example, by thermal conduction welding by means of laser.
  • the weld bead 22 may extend not only superficially but also preferably over part of the conductor heads 13 in the direction of the main axis of rotation 5 in order to ensure the highest possible electrical connection cross section 20, as in the left half of FIG. 8 on the basis of an oblique view of the weld drop 22 , as well as a section through the electrical connection, is shown.
  • Welded connections generally have the advantage that they are particularly stable mechanically, thermally and electrically. Reference should be made to different forms of conductor heads 13, which are shown in Fig. 7.
  • the formation of a weld droplet 22 can be advantageously influenced by the choice of, for example, pointed cutting heads 13. It may be of particular advantage if the welded joints are made by laser.
  • the heat input into the conductor heads 13, respectively the conductor ends 10, for example, is influenced by the focusing and dwell time of the laser at one point. In general, lasers have a very low heat input in comparison of, for example, resistance welding of the conductor heads 13. Therefore, the insulation of the conductor ends 10 can be kept harmless even when establishing the electrical connection.
  • the conductor head end faces 18 and / or the ladder head base sides 19 of the conductor heads 13 of the radially outer layer 8a to have the conductor head end faces 18, respectively the ladder head base sides 19, of the corresponding conductor heads 13 by means of a weld seam 23, 23a, in particular laser deep-weld seam 23b, are connected.
  • a weld seam 23, 23a in particular laser deep-weld seam 23b
  • the weld seam 23 can be embodied as a laser deep-hole weld seam 23b or else an electron beam weld seam.
  • the length and depth of the respective weld 23 can now be easily automated and produced with high precision.
  • a high electrical connection cross-section 20 can thus be set in a well reproducible manner.
  • the resulting position of electrical connections is shown by dashed lines in the exemplary illustrations in FIG.
  • the position of the electrical connection of a winding layer 9 in the radial direction 12 with respect to an adjacent winding layer 9 can hereby be varied easily (compare FIGS. 2 and 5). This allows a greater variety of usable contacting method for producing the electrical connection of the corresponding conductor heads 13. Furthermore, attacking a bending tool for the deformation of the conductor heads in the radial direction 12 from the outside or inside, ie in the direction of or pointing away from the main axis of rotation 5, are facilitated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Statorkomponente für eine elektrische Maschine. Die erfindungsgemäße Statorkomponente umfasst eine Vielzahl von elektrischen Leiterelementen, welche in den Innennuten eines Statorpakets derart angeordnet sind, dass eine zumindest einschichtige Wicklung ausgebildet wird. Die elektrischen Leiterelemente sind zur Erzeugung der Wicklungsschichten derart in bzw. gegen die Umfangsrichtung gebogen sowie in Radialrichtung in bzw. wegweisend von der Hauptrotationsachse gebogen, dass dafür vorgesehene Leiterelemente von aneinander angrenzenden Lagen an ihren Leiterköpfen elektrisch miteinander verbunden sind.

Description

Statorkomponente für eine elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine Statorkomponente für eine elektrische Maschine. Die erfindungs- gemäße Statorkomponente umfasst eine Vielzahl von elektrischen Leiterelementen, welche in den Innennuten eines Statorpakets derart angeordnet sind, dass eine zumindest einschichtige Wicklung ausgebildet wird. Die elektrischen Leiterelemente sind zur Erzeugung der Wicklungsschichten derart in bzw. gegen die Umfangsrichtung gebogen sowie in bzw. weg von der Hauptrotationsachse gebogen, dass dafür vorgesehene Leiterelemente von aneinander angren- zenden Lagen an ihren Leiterköpfen elektrisch miteinander verbunden sind.
Statoren für elektrische Elektromotoren umfassen elektrische Spulen die in Form von Wicklungen um einen elektrisch und magnetisch leitfähigen Kern ausgeführt sind und bei Strom- durchfluss der Spulen in dem Statorpaket ein Magnetfeld erzeugen, welches zum Antrieb des Elektromotors erforderlich ist. Diese Wicklungen können z.B. dadurch erzeugt werden, dass U-förmig gebogene Leiterelemente oder auch stabförmige Leiterelemente in das Statorpaket gesteckt werden und die vorgesehenen Leiterelemente zu Wicklungen verschalten werden.
In der Regel wird versucht die Bauhöhe eines Stators in Axialrichtung, also in Richtung der Hauptrotationsachse, so gering wie möglich zu gestalten. Deshalb werden oftmals die aus dem Statorpaket herausragenden Leiterenden in bzw. gegen die Umfangsrichtung umgebogen und/oder gekröpft. Die Leiterelemente welche radial gleich weit von der Hauptrotationsachse entfernt werden als eine Lage bezeichnet. Die Leiterelemente jeweils einer Lage werden oftmals derart verbogen bzw. verschränkt dass sich durch elektrisches Verbinden mit dafür vor- gesehenen Leiterelementen einer benachbarten Lage eine Wicklungsschicht ergibt. Die gesamte Wicklung kann demnach mehrere Spulen bzw. Wicklungsschichten aufweisen die für die Ausbildung eines Stators erforderlich sind.
Die bekannteste Gestaltung der Leiterenden entspricht im Wesentlichen einer„Z-Form" der aus dem Statorpaket an der Stirnseite herausragenden Leiterenden. Hierbei verlaufen zwei
Teilstücke eines an der Stirnseite herausragenden Leiterendes in Richtung der Hauptrotationsachse, während ein Teilstück in Umfangsrichtung verbogen ist, was eine Verschränkung mit Leiterelementen angrenzender Lagen ermöglicht. Gleichzeitig wird die Ausdehnung der Statorkomponente in Richtung der Hauptrotationsachse verringert. Eine solche Gestaltung einer Statorkomponente, oder auch Wicklungsträger, wird in der DE 10 2014 218 224 AI beschrieben. In der DE 10 2014 222 608 AI wird alternativ dazu ein Bauelement für eine elektrische Maschine beschrieben, umfassend ein magnetisch leitfähiges Statorpaket mit einer Mehrzahl von Öffnungen, die entlang einer axialen Richtung des Statorpakets verlaufen, mehreren Leiterelemente, die in den Öffnungen in axialer Richtung verlaufen, um bei Bestromung in dem magnetisch leitfähigen Statorpaket ein Magnetfeld zu erzeugen, wobei die Leiterelemente in die Öffnungen gesteckt sind und Enden der Leiterelemente miteinander verbunden wurden. Abschnitte der Leiterelemente, die die verbundenen Enden aufweisen und die an der Stirnseite des magnetisch leitfähigen Statorpakets herausragen, sind dabei zur Bildung eines Wickelkopfes zuerst in Richtung der Hauptrotationsachse und danach in Richtung eines radial außen liegenden Magnetjochs abgewinkelt.
Es wird somit eine Lösung zur Minimierung der Bauhöhe eines Stators gesucht, wobei die Bauhöhe des Stators wesentlich von der notwendigen Länge der aus dem Statorpaket herausragenden verbundenen Leiterelemente bestimmt wird. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Statorkomponente zur Verfügung zu stellen, mittels derer eine kompakte Bauhöhe eines Stators für eine elektrische Maschine auf einfache Weise ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Statorkomponente gemäß den Ansprüchen gelöst.
Die Erfindung betrifft eine Statorkomponente für eine elektrische Maschine, die Statorkomponente umfassend:
ein hohlzylindrisches Statorpaket mit einer Statorpaketstirnseite und einer Statorpaketbasisseite, welches eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten, sich in Richtung der Hauptrotationsachse durchgehend an der Innenseite des Statorpakets erstreckende Innennuten aufweist,
wobei die Mehrzahl oder alle der Innennuten eine Mehrzahl von elektrischen Leiterelementen aufweist, welche voneinander elektrisch isoliert in radialer Richtung fluchtend eingesteckt sind,
und wobei alle elektrischen Leiterelemente mit im Wesentlichen gleichem Radialabstand zur Hauptrotationsachse als jeweils eine Lage vorliegen und wobei die elektrischen Leiterelemente einer jeweils radial weiter außen liegenden Lage mit größerem Radialabstand zur Hauptrotationsachse mit korrespondierenden Leiterelementen einer jeweils radial weiter innen liegenden Lage mit geringerem Radialabstand zur Hauptrotationsachse als die jeweils radial weiter außen liegende Lage als eine Wicklungs Schicht ausgebildet sind, und die Statorkomponente zumindest eine Wicklungs Schicht aufweisend, wobei die elektrischen Leiterelemente als aus dem Statorpaket herausragende Leiterenden ausgebildet sind,
und zumindest die aus der Statorpaketstirnseite herausragenden Leiterenden der jeweils radial weiter außen liegenden Lage in eine erste Umfangsrichtung gebogen sind und die aus der Statorpaketstirnseite herausragenden Leiterenden der in radialer Richtung angrenzenden weiter innen liegenden Lage entgegengesetzt zur ersten Umfangsrichtung gebogen sind, wobei jedes Leiterende der jeweils radial weiter außen liegenden Lage einen zumindest teil- weise abisolierten Leiterkopf aufweist der mit einem zumindest teilweise abisolierten Leiterkopf eines vorgesehenen Leiterendes der in Radialrichtung angrenzenden weiter innen liegenden Lage elektrisch verbunden vorliegt,
und zumindest die Leiterköpfe der radial weiter außen liegenden Lage in Radialrichtung zur Hauptrotationsachse gebogen sind, während die korrespondierenden Leiterköpfe der radial angrenzenden weiter innen liegenden Lage in Radialrichtung von der Hauptrotationsachse wegweisend gebogen sind. Hierdurch wird die bekannte Gestaltung der Leiterelemente in„Z- Form", also eine zweifache Abwinkelung oder Biegung der aus der Stirnseite des Leiterpakets herausragenden Leiterenden in Richtung der Hauptrotationsachse vermieden. Durch die erfindungsgemäße einfache Biegung des Leiterkopfes in Radialrichtung zur bzw. wegweisend von der Hauptrotationsachse entfällt ein Abschnitt jedes Leiterelements welcher zur elektrischen Verbindung führend parallel zur Hauptrotationsachse verlaufen würde. Dies stellt einerseits eine wesentliche Kostenersparnis dar, da eine verkürzte Länge der Leiterelemente eine deutliche Materialeinsparung bedeutet. Andererseits wird dadurch die Bauhöhe der Statorkomponente auf zumindest der Stirnseite erheblich reduziert da der„Überstand" der Leiterköpfe ge- genüber den bekannten Lösungen entfällt. Eine geeignete Verschränkung und Verbindung der vorgesehenen Leiterelemente wird jedoch weiterhin auf einfache Weise erzielt. Weiters kann es zweckmäßig sein, wenn die elektrischen Leiterelemente jeweils ein aus der Statorpaketbasis seite herausragendes Leiterende mit jeweils einem zumindest teilweise abisolierten Leiterkopf aufweisen und die aus der Statorpaketbasisseite herausragenden Leiterenden entgegengesetzt der Umfangsbiegerichtung der aus der Statorpaketstirnseite herausragen- den Leiterenden derselben Lage gebogen sind jedoch die Radialbiegerichtung der Leiterköpfe der aus der Statorpaketbasisseite herausragenden Leiterenden mit der Radialbiegerichtung der Leiterköpfe der aus der Statorpaketstirnseite herausragenden Leiterenden derselben Lage übereinstimmt. Dies ermöglicht zusätzlich zur Reduktion der Bauhöhe an der Stirnseite der Statorkomponente eine Reduktion der Bauhöhe an der Basisseite mit den oben genannten Vorteilen. Überdies kann durch diese Bauweise eine ebenso einfache Kontaktierung bzw.
Verbindung der füreinander vorgesehenen (korrespondierenden) Leiterelemente an der Basisseite des Statorpakets erfolgen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Länge der Leiterköpfe der aus der Statorpaketstirnseite herausragenden Leiterenden mehr als 5% der Länge der aus der Statorpaketstirnseite herausragenden Leiterenden ausmacht und/oder
die Länge der Leiterköpfe der aus der Statorpaketbasisseite herausragenden Leiterenden mehr als 5% der Länge der aus der Statorpaketbasisseite herausragenden Leiterenden ausmacht. Die Gesamtlänge der elektrischen Leiterelemente kann mit der Höhe des Statorpakets variiert wer- den. Durch Höhenvariationen des Stators muss lediglich der Anteil der Länge der Leiterelemente angepasst werden, der sich in Hauptrotationsrichtung innerhalb der Innennuten erstreckt. Die Länge der Leiterköpfe gegenüber den jeweiligen Leiterenden bleibt jedoch von der Gesamtlänge der Leiterelemente weitestgehend unbeeinflusst und kann gemäß der vorliegenden Erfindung relativ kurz gewählt werden. Es hat sich allerdings als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest 5% der Länge der aus der Statorpaketbasisseite herausragenden Leiterenden als Länge der Leiterköpfe verwendet wird, damit ein Biegewerkzeug entsprechend günstig positioniert werden kann. Eine automatisierte Fertigung der elektrischen Leiterelemente wird dahingehend begünstigt und eine Kostenreduktion erzielt. Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, die Länge der aus der Statorpaketstirnseite und/oder der Statorpaketbasisseite herausragenden Leiterenden der radial weiter außen liegenden Lage unterschiedlich, insbesondere größer, zur Länge der korrespondierenden Leiterenden der Statorpaketstirnseite, respektive der Statorpaketbasisseite, der in radialer Richtung angrenzenden weiter innen liegenden Lage ist. Bei der Verwendung von Innennuten mit z.B. rechteckigem Querschnitt bei Leiterelementen gleicher Länge, müssen die radial weiter außen liegenden Leiterenden um eine größere Strecke in Umfangsrich- tung gebogen werden als die Leiterenden welche radial weiter innen liegend an der Hauptrota- tionsachse angeordnet sind. Es kommt dabei zu einer Verkürzung des Abstandes der elektrischen Verbindungen der weiter außen liegenden Wicklungsschichten zu der Statorpaketstirnbzw. Statorpaketbasisseite. Somit ergibt sich eine„dachförmige" Hüllfläche der elektrischen Verbindungen, welche vorteilhaft sein kann um z.B. mittels Laser nicht direkt in Richtung der Hauptrotationsachse sondern davon in radialer Richtung abweichend, oder sogar im rechten Winkel zur Hauptrotationsrichtung aus radialer Richtung die elektrische Verbindung herzustellen. Dies kann prozesstechnische Vorteile bieten. Die Wahl von unterschiedlichen Längen von korrespondierenden Leiterköpfen bringt allerdings den Vorteil mit sich, dass die elektrischen Verbindungen auf einer Ebene, z.B. parallel zur Statorpaketstirnseite und/oder Statorpaketbasisseite, liegen können. Hierdurch kann eine sehr kompakte Bauhöhe der Statorkompo- nente erzielt werden. Weiters wird eine automatisierte Kontaktierung der Leiterköpfe durch z.B. Laser- oder Lasertieflochschweißen vereinfacht, da alle elektrischen Verbindungen auf einer Ebene liegen.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Länge der Leiterköpfe der aus der Statorpa- ketstirn- und/oder der aus der Statorpaketbasisseite herausragenden Leiterenden der radial weiter außen liegenden Lage unterschiedlich, insbesondere größer, zur Länge der korrespondierenden Leiterköpfe der Statorpaketstirnseite, respektive der Statorpaketbasisseite, herausragenden Leiterenden der in radialer Richtung angrenzenden weiter innen liegenden Lage ist. Durch die Wahl unterschiedlicher Längen der Leiterköpfe wird eine unterschiedliche Anord- nung der elektrischen Verbindungen in Radialrichtung und/oder Umfangsrichtung ermöglicht. Dies kann einige prozesstechnische Vereinfachungen mit sich bringen. Beispielsweise kann dadurch gezielt die Position der elektrischen Verbindung einer Wicklungsschicht in radialer Richtung gegenüber einer benachbarten Wicklungsschicht variiert werden, was eine größere Vielfalt an verwendbaren Kontaktierungsverfahren zur Erzeugung der elektrischen Verbin- dung der korrespondierenden Leiterköpfe erlaubt. Weiters kann das Angreifen eines Biegewerkzeuges für die radiale Umformung der Leiterköpfe von außen bzw. innen, also in Richtung zur oder wegweisend von der Hauptrotationsachse, erleichtert werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass in bzw. gegen die Umfangsrichtung gebogenen Leiterenden gegenüber der Hauptrotationsachse des Statorpakets einen Umfangsbiegewinkel zwischen 15° und 75°, bevorzugt zwischen 35° und 70°, besonders bevorzugt zwischen 50° und 65° aufweisen. Die Ausrichtung der Leiterenden um den einen Umfangsbiegewinkel ermöglicht den Einsatz relativ einfacher Umformwerkzeuge bzw. Umformvorgänge. Die Wahl des Um- fangsbiegewinkels kann vom Fachmann in Abhängigkeit des Leiterelementquerschnitts gewählt werden, wobei eine möglichst flache Ausrichtung der Leiterenden gegenüber der Statorpaketstirn- bzw. Statorpaketbasisseite im Vordergrund steht. Der Entfall komplizierter und dadurch kostenintensiver Umformwerkzeuge bedeutet eine signifikante Reduktion der Prozesskosten. Weiters erlaubt diese Gestaltung einfach zu realisierende und dadurch auch einfach zu automatisierende Umformvorgänge, welche zu erhöhter Prozesssicherheit, Komponentenqualität und niedrigeren Prozesskosten führen.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die in Radialrichtung zur bzw. wegweisend von der Hauptrotationsachse gebogenen Leiterköpfe um einen Radialbiegewinkel gegenüber der jeweiligen in Umfangsrichtung gebogenen Leiterenden zwischen 15° und 85°, bevorzugt zwischen 35° und 70°, besonders bevorzugt zwischen 40° und 50° aufweisen. Die Verbiegung der Leiterköpfe in radialer Richtung ermöglicht eine genaue Positionierung der gebogenen Leiterköpfe in vertikaler Richtung, also der Richtung der Hauptrotationsachse, sowie horizon- taler Richtung, also der Radialrichtung bzw. Umfangsrichtung. Im Kontext dieser Erfindung ist als Leiterkopfachse eine gedachte Verlängerung des jeweiligen Leiterkopfes zu verstehen. Eine geringfügige Abweichung der Leiterkopfachsen der korrespondierenden Leiterköpfe stellt jedoch in der Praxis keinen erheblichen Nachteil dar. Im Idealfall stehen sich die korrespondierenden Leiterköpfe fluchtend gegenüber und die korrespondierenden Leiterkopfachsen verlaufen zueinander in horizontaler Richtung, also normal zur Richtung der Hauptrotationsachse, parallel bzw. fluchtend. Dadurch wird bei der anschließenden elektrischen Verbindung das Risiko einer schadhaften Anschlussstelle reduziert. Das Risiko der Herstellung nicht funktionstüchtiger Statoren wird somit deutlich reduziert. Des Weiteren sind für die elektrische Verbindung oftmals Klemmwerkzeuge erforderlich, welche bspw. bei einer„Z-Form" der Leiterenden die Aufgabe erfüllen, vor dem Verbinden die Leiterenden gegeneinander zu pressen um eine elektrische Kontaktierung zu ermöglichen. Durch die o.g. Ausführungsform kann dieser Klemm- bzw. Positionierungsschritt entfallen was zu einer Reduktion der Prozessdauer und -kosten beiträgt. Als am weitesten verbreiteter Werkstoff für Leiterelemente kommen Kupfer und seine Legierungen zum Einsatz. Der Einsatz von Kupferwerkstoffe in elektrischen Anwendungen wird durch die gute Kaltumformbarkeit begünstigt, jedoch sollen Beschädigungen der Oberfläche der Leiterelemente, sowie der elektrischen Isolierungen wie z.B. einer Lackschicht, beim Biegen in Umfangsrichtung bzw. in Radialrichtung vermieden werden. Die in der gegenwärtigen Erfindung verwendeten Leiterelemente können U-förmig oder stabför- mig mit rundem, oder auch quadratischem, jedoch bevorzugt rechteckigem Querschnitt sein. Die Rückfederung der verbogenen Leiterelemente hängt vom Querschnitt in den Biegezonen des Leiterelements ab. Es hat sich gezeigt, dass für ein Verbiegen der Leiterköpfe um einen Radialbiegewinkel zur Hauptrotationsachse bzw. davon wegweisend zwischen 15° und 85°, bevorzugt zwischen 35° und 70°, besonders bevorzugt zwischen 40° und 50, am geeignetsten ist. Ein Verbiegen der Leiterköpfe im genannten Winkelbereich ist technologisch einfach zu bewerkstelligen. Weiters können Rückfederungen in Radialrichtung gut eingestellt werden und somit die Positionsgenauigkeit der korrespondierenden Leiterköpfe zueinander erhöht werden.
Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass die Leiterköpfe der an der Statorpaketstirnseite herausragenden Leiterenden eine Leiterkopfstirnseite aufweisen welche mit der Leiterkopfstirnseite des korrespondierenden Leiterkopfes elektrisch verbunden ist, und/oder die Leiterköpfe der an der Statorpaketbasisseite herausragenden Lei- terenden eine Leiterkopfbasis seite aufweisen welche der Leiterkopfbasisseite des korrespondierenden Leiterkopfes elektrisch verbunden ist. Der Vorteil gegenüber den bekannten Lösungen ist, dass nicht die Flanken oder Seitenflächen der elektrischen Leiterelemente miteinander verbunden werden sondern die elektrische Verbindung direkt an den Leiterkopfstirnseiten bzw. Leiterkopfbasisseiten. Durch diese Lösung wird der nicht nutzbare Überstand der elektrischen Leiterelemente in Richtung der Hauptrotationsachse deutlich verkürzt und eine Reduktion der Bauhöhe der Statorkomponente bzw. des Stators erreicht. Der Leitungswiderstand der Statorkomponente durch die verringerte Stromdurchflusslänge wird ebenfalls reduziert. Des Weiteren wird eine effektive Materialeinsparung gegenüber bekannten Lösungen erzielt. Ein höherer Wirkungsgrad der Statorkomponente kann erreicht werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass ein elektrischer Verbindungsquerschnitt eines Leiterkopfes der radial weiter außen liegenden Lage mit dem korrespondierenden Leiterkopf von mehr als 50%, bevorzugt mehr als 75%, einer Leiterkopfquerschnittsfläche zumindest eines der verbundenen Leiterköpfe ausgebildet ist. Um einen optimalen, widerstandsarmen Stromdurchgang in den elektrischen Leiterelementen zu gewährleisten ist es erforderlich, dass eine gewisse Querschnittsfläche der elektrischen Leiterelemente nach dem elektrischen Ver- binden zur Verfügung steht. Hierbei hat sich bei der erfindungsgemäßen Statorkomponente gezeigt, dass die elektrische Verbindung als ausreichend gilt, wenn der Verbindungsquerschnitt, also quasi der„Wirkdurchmesser" für den Stromdurchfluss, mehr als 50% der Quer- schnittsfläche von zumindest einem der korrespondierenden Leiterköpfe ausmacht. Der Vorteil liegt darin, dass eine gewisse Toleranz bei der Biegung der Leiterköpfe in Radialrichtung bzw. der Leiterenden in Umfangsrichtung zulässig ist. Eine effektive Reduktion des Zeit- und dadurch Kostenaufwandes bei der Positionierung der korrespondierenden Leiterköpfe wird hiermit ermöglicht.
Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn die Leiterköpfe der an der Statorpaketstirnseite her- ausragenden Leiterenden und/oder die Leiterköpfe der an der Statorpaketbasisseite herausragenden Leiterenden eine stufenweise und/oder kontinuierliche Querschnittsabnahme in Richtung der Leiterkopf stirnseite, respektive der Leiterkopf basis seite, gegenüber dem Querschnitt des Leiterelements an der Austrittsöffnung zur Innennut aufweisen. Normalerweise bleibt der Querschnitt der Leiterelemente im Wesentlichen konstant über die Länge eines Leiterele- ments. Die Verwendung einer Verjüngung im Bereich des Leiterkopfes, also einer Querschnittsabnahme in zumindest einer Richtung, kann jedoch für die Umformung bzw. Verbie- gung des Leiterkopfes von Vorteil sein. Das Eingreifen bzw. Ansetzen eines Biegewerkzeugs kann durch z.B. eine stufenweise und/oder kontinuierliche Querschnitts abnähme erleichtert werden, da dem Biegewerkzeug eine definierte Kontaktfläche zur Verfügung gestellt wird. Weiters kann eine Querschnittsabnahme im Leiterkopfbereich dazu dienen, dass geringere
Kräfte für die Biegung in Radialrichtung aufgewendet werden müssen. Außerdem ermöglicht eine gezielte Gestaltung der Leiterköpfe eine weitestgehend spielfreie Positionierung gegenüber des korrespondierenden Leiterkopfes. Hierbei sind z.B. gestufte oder keilförmige Leiterköpfe denkbar, welche dazu dienen, dass sich die Leiterköpfe nach der Radialbiegung passge- nau aneinander fügen. Dies ist besonders vorteilhaft, da hierdurch die Kontaktlänge der elektrischen Verbindung der korrespondierenden Leiterköpfe einfach eingestellt bzw. erhöht werden kann. Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass die elektrische Verbindung der Leiterköpfe der radial weiter außen liegenden Lage mit den korrespondierenden Leiterköpfen als Lötverbindung ausgeführt ist. Die Einbringung eines Zusatzwerkstoffes mit geringerem Schmelzpunkt als der Schmelzpunkt des Leiterelementwerkstoffes erlaubt die gezielte elektrische Ver- bindung der korrespondierenden Leiterköpfe mit hohem elektrischen Verbindungsquerschnitt. Hierbei sind Weich- aber insbesondere Hartlote vorstellbar.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die elektrische Verbindung der Leiterköpfe der radial weiter außen liegenden Lage mit den korrespondierenden Leiterköpfen als Schweißver- bindung ausgeführt ist. Es hat sich gezeigt, dass Schweißverbindungen erhebliche Vorteile hinsichtlich der Minimierung des elektrischen Widerstand sind. Obwohl elektrische Verbindungen der korrespondierenden Leiterköpfe mittels einem Lot oder elektrisch leitfähigem Kleber ausgeführt sein können, erlauben Schweißverbindungen den Einsatz der Statorkomponenten in dynamisch beanspruchter Umgebung da diese in der Regel eine höhere Dauerfestig- keit aufweisen. Als Schweißverfahren kommen hierbei besonders Verfahren zum Einsatz welche wenig Wärme in die elektrischen Leiterelemente einbringen. Es sind neben Lasertiefschweißen, Elektronenstrahltiefschweißen, Plasmatiefschweißen auch Kondensatorentladungsschweißen, oder auch Ultraschallreibschweißen denkbar. Weiters kann vorgesehen sein, dass die Schweißverbindung als Schweißtropfen ausgebildet ist. Durch die Radialbiegung der korrespondierenden Leiterköpfe können die Leiterkopfstirnseiten bzw. die Leiterkopfbasisseiten über einen Schweißtropfen verbunden werden. Gegenüber dem am häufigsten anzutreffenden Überlappstoß bei z.B. nebeneinander angeordneten „Z-förmigen" Leiterenden wird durch diese Ausführung ein Stumpfstoß ausgebildet, welcher die Einsparung von Material des Leiterelements ermöglicht. Weiters werden hierdurch elektrische Leitung s Verluste reduziert und der Wirkungsgrad erhöht.
Gemäß einer besonderen Ausprägung ist es möglich, dass die Leiterkopfstirnseiten und/oder die Leiterkopfbasisseiten der Leiterköpfe der radial weiter außen liegenden Lage mit den Lei- terkopfstirnseiten, respektive den Leiterkopfbasisseiten, der korrespondierenden Leiterköpfe mittels einer Schweißnaht, insbesondere Lasertieflochschweißnaht, verbunden sind. Durch diese Ausführungsform wird gegenüber einer punktförmigen Schweißverbindung eine bevorzugt in Richtung der Hauptrotationsachse ausgeführte flächige elektrische Verbindung der korrespondierenden Leiterköpfe erreicht. Die Schweißnaht ermöglicht hierdurch auf einfache Weise die Gestaltung eines elektrischen Verbindungsquerschnitts der mehr als 50%, bevorzugt mehr als 75%, der Leiterkopfquerschnittfläche zumindest eines der Leiterköpfe aufweist. Als geeignete Schweißverfahren zur Gestaltung der Schweißnaht sind neben Wärmeleitungs- schweißen mittels Laserstrahl insbesondere das Lasertieflochschweißen, oder auch das Elekt- ronenstrahlschweißen, denkbar. Das Laser- bzw. Lasertieflochschweißen erlaubt einen sehr lokalen und gezielten Wärmeeintrag. Dies ist von besonderer Bedeutung als die Isolationsschicht der Leiterelemente an den Leiterenden nicht von der elektrischen Verbindung negativ beeinflusst werden soll. Zum Beispiel das Lasertieflochschweißen, oder auch Elektronen- strahltiefschweißen, erlauben darüber hinaus jedoch größere Eindringtiefen und damit einen vergrößerten Verbindungsquerschnitt im Vergleich zum Wärmeleitungsschweißen mittels Laserstrahl. Dies ist besonders bei größerer Leiterkopfquerschnittsfläche ein erheblicher Vorteil. Weiters können die genannten Schweißverfahren gut automatisiert werden, wodurch sich neben der qualitativen Vorteile, noch die höheren Prozessgeschwindigkeiten positiv auf die Pro- zesskosten auswirken.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Verbindung der Leiterköpfe der aus der Statorpaketstirnseite herausragenden Leiterenden der radial weiter außen liegenden Lage mit den korrespondierenden Leiterköpfen, und/oder dass die elektrische Verbindung der Leiterköpfe der aus der Statorpaketbasisseite herausragenden Leiterenden der radial weiter außen liegenden Lage mit den korrespondierenden Leiterköpfen, in Richtung der Hauptrotationsachse zwischen, insbesondere mittig zwischen, der in radialer Richtung liegenden Innenseite der Leiterenden der radial weiter außen liegenden Lage und der in radialer Richtung liegenden Außenseite der Leiterenden der radial weiter innen liegen- den Lage ausgeführt ist. Die unterschiedliche Anordnung der elektrischen Verbindungen in Radialrichtung kann einige prozesstechnische Vereinfachungen mit sich bringen. Beispielsweise kann dadurch gezielt die Position der elektrischen Verbindung einer Wicklungsschicht in Radialrichtung gegenüber einer benachbarten Wicklungsschicht variiert werden, was eine größere Vielfalt an verwendbaren Kontaktierungsverfahren zur Erzeugung der elektrischen Verbindung der korrespondierenden Leiterköpfe erlaubt. Weiters kann das Angreifen eines Biegewerkzeuges für die radiale Umformung der Leiterköpfe von außen bzw. innen, also in Richtung zur oder wegweisend von der Hauptrotationsachse, erleichtert werden. Im Kontext dieser Anmeldung können mit der Bezeichnung„elektrisches Leiterelement" auch mehrere elektrische Teilleiter oder Litzen gemeint sein, welche eine gemeinsame Funktion als elektrisches Leiterelement wahrnehmen.
Weiters ist kann die beschriebene Statorkomponente Anschlussenden, Leiterbrücken, Nutsprünge und ähnliche verschaltungsbedinge Elemente aufweisen. Solche funktionsrelevanten Elemente sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Dem Fachmann ist deshalb bewusst, dass die beschriebene Statorkomponente nicht rotations symmetrisch über den gesamten Umfang ausgeführt sein muss.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Statorkomponente mit einem Teil von Leiterelementen in einer Schrägansicht
(a), sowie eine Statorkomponente mit Leiterelementen im Aufriss (b);
Fig. 2 ein Ausschnitt einer Draufsicht auf eine Statorkomponente mit einigen Leiterelementen;
Fig. 3 ein exemplarisches elektrisches Leiterelement mit in Umfangsrichtung verbogenem Leiterende und in Radialrichtung zur Hauptrotationsrichtung verbogenem Leiterkopf;
Fig. 4 ein exemplarisches elektrisches Leiterelement mit in bzw. gegen die Umfangsrichtung verbogenen Leiterenden und in Radialrichtung zur Hauptrotationsrichtung verbogenem Leiterköpfen (a, b);
Fig. 5 verschiedene Ausführungsbeispiele von verbundenen Leiterköpfen mit unterschiedlicher Länge der Leiterköpfe und/oder unterschiedlichem Radialabstand der elektrischen Verbindung; Fig. 6 unterschiedliche Ausführungsbeispiele von verbundenen Leiterköpfen mit unterschiedlichem elektrischem Verbindungsquerschnitt;
Fig. 7 unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Leiterköpfen mit geradem, gestuften oder kontinuierliche abnehmendem Leiterkopfquerschnitt;
Fig. 8 unterschiedliche Ausführungsbeispiele von elektrischen Verbindungen der Leiterköpfe.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Fig. 1 zeigt eine Statorkomponente 1 umfassend ein hohlzylindrisches Statorpaket 2, mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung 11 verteilten, sich in Richtung der Hauptrotationsachse 5 erstreckenden Innennuten 6, in welche elektrische Leiterelemente 7 eingesteckt sind.
In Fig. la wird eine Schrägansicht gezeigt, wobei zum besseren Verständnis nur ein Teil der elektrischen Leiterelemente 7 exemplarisch dargestellt wird. Das Statorpaket 2 weist eine Statorpaketstirnseite 3 auf, welche im Kontext dieser Erfindung als die Seite der Statorkomponente 1 gemeint ist, an welcher die Anschlüsse für die Bestromung der Statorkomponente 1 bzw. die elektrische Verschaltung etwaiger weiterer elektrischer Elemente gemeint ist. Der Statorpaketstirnseite 3 abgewandt weist das Statorpaket 2 eine Statorpaketbasisseite 4 auf. Die elektrischen Leiterelemente 7 welche als Leiterenden 10 aus der Statorpaketstirnseite 3 einer jeweils radial weiter außen liegenden Lage 8a sind in eine erste Umfangsrichtung 11 gebogen und die aus der Statorpaketstirnseite 3 herausragenden Leiterenden 10 der in radialer Richtung angrenzenden weiter innen liegenden Lage 8b sind entgegengesetzt zur ersten Umfangsrichtung 11 gebogen (vergleiche Fig. 2). Aus Fig. 1 ist bereits ersichtlich, dass die korrespon- dierenden Leiterköpfe 13 verschiedener Lagen derart in Radialrichtung 12 zur Hauptrotationsachse 5 in Radialrichtung 12 von der Hauptrotationsachse 5 wegweisend gebogen sind, dass eine Berührung bzw. eine elektrische Verbindung gegeben ist. Fig. 2 stellt einen Ausschnitt einer Statorkomponente 1 in Draufsicht dar. Zum besseren Verständnis sind nur exemplarisch vier elektrische Leiterelemente 7 dargestellt. Die elektrischen Leiterelemente 7 mit im Wesentlichen gleichem Radialabstand zur Hauptrotationsachse 5 liegen als jeweils eine Lage 8 vor. Die elektrischen Leiterelemente 7 einer jeweils radial weiter außen liegenden Lage 8a weisen einen größeren Radialabstand zur Hauptrotationsachse 5 ge- genüber den korrespondierenden Leiterelementen 7 einer jeweils radial weiter innen liegenden Lage 8b mit geringerem Radialabstand zur Hauptrotationsachse 5 auf, und bilden eine Wicklungs schicht 9. Die Statorkomponente 1 weist zumindest eine, bevorzugt mehrere Wicklungsschichten 9 auf. In der reduzierten Darstellung in Fig. 2 ist ein Teil zweier Wicklungsschichten 9 skizziert. Aus Fig. 2 ist deutlich ersichtlich dass zumindest die Leiterköpfe 13 der radial weiter außen liegenden Lage 8a in Radialrichtung 12 zur Hauptrotationsachse 5 gebogen sind, während die korrespondierenden Leiterköpfe 13 der radial angrenzenden weiter innen liegenden Lage 8b in Radialrichtung 12 von der Hauptrotationsachse 5 wegweisend gebogen sind. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer Statorkomponente 1 in einer Schrägansicht mit lediglich einem exemplarischen elektrischen Leiterelement 7. Es ist ersichtlich, dass der Teil des elektrischen Leiterelements 7 der aus der Statorpaketstirnseite 3 des Statorpakets 2 an der Austrittsöffnung herausragt um einen Umfangsbiegewinkel 16 in Umfang srichtung 11 gebogen ist. Dieser Teil des elektrischen Leiterelements 7 wird als Leiterende 10 bezeichnet. Wei- ters ist ersichtlich, dass ein Teil des Leiterendes 10 in Radialrichtung 12 zur Hauptrotationsachse 5 um einen Radialbiegewinkel 17 gebogen ist. Dieser Teil eines elektrischen Leiterelements 7, respektive eines Leiterendes 10, wird als Leiterkopf 13 bezeichnet. Die elektrischen Leiterelemente 7 sind elektrisch isoliert, was z.B. durch eine Kunststoff- und/oder Lackisolation ausgeführt sein kann. Wie in Fig. 3 ersichtlich kann die Isolation der elektrischen Lei- terelemente 7, respektive der Leiterenden 10, lediglich am Leiterkopf 13 zumindest teilweise entfernt, also abisoliert, sein um einen elektrische Verbindung zu einem korrespondierenden Leiterkopf 13 zu ermöglichen. Wie aus den Figuren lb und 4 ersehen werden kann, dann es von Vorteil sein dass die elektrischen Leiterelemente 7 jeweils ein aus der Statorpaketbasisseite 4 herausragendes Leiterende 10 mit jeweils einem zumindest teilweise abisolierten Leiterkopf 13 aufweisen und die aus der Statorpaketbasis seite 4 herausragenden Leiterenden 10 entgegengesetzt der Umfangsbiege- richtung 14 der aus der Statorpaketstirnseite 3 herausragenden Leiterenden 10 derselben Lage 8 gebogen sind jedoch die Radialbiegerichtung 15 der Leiterköpfe 13 der aus der Statorpaketbasisseite 4 herausragenden Leiterenden 10 mit der Radialbiegerichtung 15 der Leiterköpfe 13 der aus der Statorpaketstirnseite 3 herausragenden Leiterenden 10 derselben Lage 8 übereinstimmt. Dies ermöglicht alternativ zur Verwendung von„U-förmig" vorgebogenen elektri- sehen Leiterelementen 7 den Einsatz von stabförmigen elektrischen Leiterelementen 7. Die Biegung in bzw. gegen die Umfangsrichtung 11, sowie in Radialrichtung 12 zur bzw. wegweisend von der Hauptrotationsachse 5 ist bei den stabförmigen elektrischen Leiterelementen 7 somit an beiden Seiten des Statorpakets 2 ausgeprägt, was eine Reduktion der Bauhöhe der Statorkomponente 1 erlaubt. Aus der Darstellung in Fig. 4 ist ersichtlich, dass der Umfangs- biegewinkel 16 der in bzw. gegen die Umfangsrichtung 11 gebogenen Leiterenden 10 gegenüber der Hauptrotationsachse 5 des Statorpakets 2 einen Umfangsbiegewinkel 16 zwischen 15° und 75°, bevorzugt zwischen 35° und 70°, besonders bevorzugt zwischen 50° und 65° aufweisen kann. Dies gilt im Wesentlichen für Leiterenden 10 welche an der Statorpaketstirnseite 3 und/oder der Statorpaketbasisseite 4 herausragen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Länge der Leiterköpfe 13 der aus der Statorpaketstirnseite 3 herausragenden Leiterenden 10 mehr als 5% der Länge der aus der Statorpaketstirnseite 3 herausragenden Leiterenden 10 ausmacht und/oder die Länge der Leiterköpfe 13 der aus der Statorpaketbasis seite 4 herausragenden Leiterenden 10 mehr als 5% der Länge der aus der Statorpaketbasis seite 4 herausragenden Leiterenden 10 ausmacht. Dies kann in den Figuren 4a bzw. 4b deutlich ersehen werden. Die Länge der Leiterenden 10 wird in diesem Zusammenhang von der Austrittsöffnung der Innennuten 6 ausgehend bestimmt.
Vorteilhaft kann auch eine Ausprägung sein, gemäß welcher vorgesehen ist, dass die Länge der aus der Statorpaketstirnseite 3 und/oder der Statorpaketbasisseite 4 herausragenden Leiterenden 10 der radial weiter außen liegenden Lage 8a unterschiedlich, insbesondere größer, zur Länge der korrespondierenden Leiterenden 10 der Statorpaketstirnseite 3, respektive der Statorpaketbasisseite 4, der in radialer Richtung angrenzenden weiter innen liegenden Lage 8b ist. Werden bspw. elektrische Leiterelemente 7 gleicher Länge radial fluchtend in die Innennuten 6 eingesteckt, ist eine Biegung in Umfangsrichtung 11 der radial weiter außen liegenden Leiterenden 10 um eine größere Strecke erforderlich, als für die Leiterenden 10 welche radial weiter innen liegend angeordnet sind. Von der Seite aus betrachtet, also in Radial- richtung, würden die Leiterenden 10 bzw. die elektrischen Verbindungen zwischen den korrespondierenden Leiterköpfen 13 eine„dachförmige" oder„trapezförmige" Hüllfläche aufweisen. Diese Ausführungsform kann fertigungstechnisch gewisse Vorteile bieten, wie etwa dass ein zur elektrischen Verbindung der Leiterköpfe 13 eingesetzter Laser aus Radialrichtung 12 eingesetzt werden kann. Es kann jedoch erforderlich sein, dass die Entfernung der elektri- sehen Verbindungen der Leiterköpfe 13 von der Statorpaketstirnseite 3, respektive der Statorpaketbasisseite 4, im Wesentlichen gleichmäßig ist. Ein solcher Fall ist in Fig. lb dargestellt, wo eine Statorkomponente 1 mit einem Statorpaket 2, im Aufriss, wobei in die Innennuten 6 eine Mehrzahl von elektrischen Leiterelementen 7 voneinander elektrisch isoliert in radialer Richtung fluchtend eingesteckt sind. Die Leiterenden 10 der in radialer Richtung fluchtend angeordneten elektrischen Leiterelemente 7 weisen hier unterschiedliche Längen in den jeweils unterschiedlichen Lagen 8 auf. Dies führt zu einer besonders kompakten Statorkomponente 1 mit geringer Bauhöhe.
In Fig. 5 sind exemplarische Ausschnitte von elektrischen Verbindungen von korrespondie- renden Leiterköpfen 13 dargestellt, wobei exemplarisch auf verschiedene mögliche Ausführungsformen der Länge der Leiterköpfe 13 eingegangen wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Länge der aus der Statorpaketstirnseite 3 und/oder der Statorpaketbasisseite 4 herausragenden Leiterenden 10 der radial weiter außen liegenden Lage 8a unterschiedlich, insbesondere größer, zur Länge der korrespondierenden Leiterenden 10 der Statorpaketstirnseite 3, res- pektive der Statorpaketbasisseite 4, der in radialer Richtung angrenzenden weiter innen liegenden Lage 8b ist. Im Falle unterschiedlicher Längen der korrespondierenden Leiterköpfe 13 kann die Lage der in Fig. 5 dargestellten elektrischen Verbindung gezielt zwischen, und hierbei insbesondere mittig zwischen, zwei Lagen 8a,b eingestellt werden. Dies kann vorteilhaft sein da die Position der elektrischen Verbindung einer Wicklungs Schicht 9 in Radialrichtung 12 und/oder Umfangsrichtung 11 gegenüber einer benachbarten Wicklungs Schicht 9 variiert werden kann. Eine größere Vielfalt an verwendbaren Kontaktierungsverfahren zur Erzeugung der elektrischen Verbindung der korrespondierenden Leiterköpfe 13 wird dadurch ermöglicht. Ferner kann aus Fig. 5 in Zusammenschau mit Fig. 4 besonders gut ersehen werden, dass die in Radialrichtung 12 zur bzw. wegweisend von der Hauptrotationsachse 5 gebogenen Leiterköpfe 13 um einen Radialbiegewinkel 17 gegenüber der jeweiligen in Umfangsrichtung 11 gebogenen Leiterenden 10 zwischen 15° und 85°, bevorzugt zwischen 35° und 70°, besonders bevorzugt zwischen 40° und 50° aufweisen können. Die Wahl des Radialbiegewinkels 17 kann vom Fachmann in Anbetracht einiger Faktoren durchgeführt werden, wie etwa dem verwendeten Durchmesser der elektrischen Leiterelemente 7, der Länge der Leiterköpfe 13, der Anordnung der elektrischen Leiterelemente 7 in Radialrichtung 12 und dgl. mehr. Es ist jedoch für eine qualitativ hochwertige Statorkomponente 1 mit geringer Bauhöhe darauf zu ach- ten, dass der Radialbiegewinkel 17 der korrespondierenden Leiterköpfe 13 derart gewählt wird, dass sich die Leiterköpfe 13 eine elektrische Verbindung aufweisen.
Vorteilhaft ist es auch wenn die Leiterköpfe 13 der an der Statorpaketstirnseite 3 herausragenden Leiterenden 10 eine Leiterkopfstirnseite 18 aufweisen welche mit der Leiterkopfstirnseite 18 des korrespondierenden Leiterkopfes 13 elektrisch verbunden ist, und/oder die Leiterköpfe 13 der an der Statorpaketbasisseite 4 herausragenden Leiterenden 10 eine Leiterkopfbasis seite 19 aufweisen welche mit der Leiterkopfbasisseite 19 des korrespondierenden Leiterkopfes 13 elektrisch verbunden ist. Die Leiterkopfstirnseiten 18 bzw. Leiterkopfbasis Seiten 19 sind z.B. in Fig. 4 oder auch Fig. 7 dargestellt. Die Leiterkopfbasisseiten 19 können analog zu den ge- zeigten Beispielen für die Leiterkopfstirnseiten 18 ausgeprägt sein. Durch die elektrische Verbindung der korrespondierenden Leiterkopfstirnseiten 18 bzw. Leiterkopfbasisseiten 19 wird eine ausgezeichnete elektrische Verbindung der elektrischen Leiterelemente 7 sichergestellt. Weiters wird die Gesamtlänge der elektrischen Leiterelemente 7 auf ein Minimum reduziert was zu einer effektiven Reduktion der Bauhöhe der Statorkomponente 1 beiträgt.
Für gewisse Anwendungen kann es vorteilhaft sein, dass die Leiterköpfe 13 der an der Statorpaketstirnseite 3 herausragenden Leiterenden 10 und/oder die Leiterköpfe 13 der an der Statorpaketbasisseite 4 herausragenden Leiterenden 10 eine stufenweise und/oder kontinuierliche Querschnittsabnahme in Richtung der Leiterkopfstirnseite 18, respektive der Leiterkopf- basisseite 19, gegenüber dem Querschnitt des Leiterelements 7 an der Austrittsöffnung zur Innennut 6 aufweisen. Einige exemplarische Ausführungsformen für unterschiedliche Leiterköpfe 13 sind in Fig. 7 dargestellt. Wird beispielsweise der Querschnitt eines elektrischen Leiterelements 7 am Leiterkopf 13 beibehalten, kann die Leiterkopf Stirnseite 18 im dargestellten Beispiel in Fig. 7 links oben eine rechteckige Form aufweisen. Es können jedoch durch eine kontinuierliche Querschnittsabnahme im Bereich des Leiterkopfs 13 die Kräfte zur Biegung des Leiterkopfs 13 in Radialrichtung 12 gesenkt werden. Diese kontinuierliche Querschnittsabnahme kann z.B. als Keil- oder Spitzenform oder auch Quetschung des Leiterkopfes ausge- bildet sein. Des Weiteren sind stufenförmige Leiterköpfe 13 wie in Fig. 7 unten dargestellt denkbar. Die korrespondierenden Leiterköpfe 13 können jeweils entgegengesetzte Abstufungen aufweisen, wodurch sich ein erhöhter elektrischer Verbindungsquerschnitt 20, wie in Fig. 6 dargestellt ergibt. Eine Kombination der oben genannten Geometrien für korrespondierende Leiterköpfe 13 ist ebenso möglich. Die erwähnte Querschnittsabnahme der Leiterköpfe 13 beispielsweise durch Laserbearbeitung, Stanzen, oder einen Ablängvorgang bei der Herstellung der elektrischen Leiterelemente 7 eingestellt werden und wird deshalb an dieser Stelle nicht weiter erläutert.
In einer Weiterbildung ist es möglich, dass ein elektrischer Verbindungsquerschnitt 20 eines Leiterkopfes 13 der radial weiter außen liegenden Lage 8 mit dem korrespondierenden Leiterkopf 13 von mehr als 50%, bevorzugt mehr als 75%, einer Leiterkopfquerschnittsfläche 21 zumindest eines der verbundenen Leiterköpfe 13 ausgebildet ist. Der elektrische Verbindungsquerschnitt 20 ist anhand korrespondierender Leiterköpfe 13, welche exakt fluchtend in Radialrichtung 12 gebogen sind exemplarisch in Fig. 6a dargestellt. Eine genaue Überde- ckung der Leiterkopfstirnseiten 18 bzw. Leiterkopfbasisseiten 19 in Richtung der Leiterkopfachse, also der gedachten Verlängerung der Leiterköpfe 13, sorgt somit für den höchsten „Wirkdurchmesser" für den Stromfluss. Wie in Fig. 6b dargestellt, können jedoch Ausrichtungsabweichungen der korrespondierenden Leiterköpfe 13 in Richtung der Hauptrotationsachse 5 bzw. in Umfangsrichtung 11 vorkommen, wodurch ein verringerter elektrischer Ver- bindungsquerschnitt 20 entsteht. Es hat sich gezeigt, dass produktionstechnisch eine gewisse Toleranz vorgesehen sein sollte, weshalb zumindest 50%, bevorzugt 75%, der Leiterkopfquerschnittsfläche 21 zumindest eines der korrespondierenden Leiterköpfe 13 vom elektrischen Verbindungsquerschnitt 20 eingenommen werden sollte. Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass die elektrische Verbindung der Leiterköpfe 13 der radial weiter außen liegenden Lage 8a mit den korrespondierenden Leiterköpfen 13 als Lötverbindung 24 ausgeführt ist. Hierzu erfolgt die Erzeugung eines hohen elektrischen Ver- bindungsquerschnitts 20 über die Erschmelzung eines Zusatzstoffes, welcher die korrespondierenden Leiterköpfe 13 nach der Erstarrung elektrisch leitfähig verbindet. Eine schematische Darstellung einer solchen Lötverbindung 24 ist in Fig. 8 ersichtlich. Alternativ dazu ist die Herstellung einer elektrischen Verbindung mittels einem elektrischen Kleber denkbar.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die elektrische Verbindung der Leiterköpfe 13 der radial weiter außen liegenden Lage 8a mit den korrespondierenden Leiterköpfen 13 als Schweißverbindung ausgeführt ist. In Fig. 8 sind mehrere Varianten von Schweiß- bzw. Lötverbindungen dargestellt. Das Schweiß verfahren für die elektrische Verbindung sollte möglichst wenig Wärme in die elektrischen Leiterelemente einbringen. Es sind neben Lasertiefschweißen, Elektronenstrahltiefschweißen, Plasmatiefschweißen auch Kondensatorentladungsschweißen, oder auch Ultraschallreibschweißen denkbar. Die
Schweißverbindung in Form eines Schweißtropfens 22 kann z.B. durch Wärmeleitungsschweißen mittels Laser hergestellt sein. Der Schweißtropfen 22 kann sich nicht nur ober- flächlich sondern bevorzugt auch über einen Teil der Leiterköpfe 13 in Richtung der Hauptrotationsachse 5 erstrecken um einen möglichst hohen elektrischen Verbindungsquerschnitts 20 zu gewährleisten, wie in der linken Hälfte der Fig. 8 anhand einer Schrägansicht des Schweißtropfens 22, sowie eines Schnittes durch die elektrische Verbindung, gezeigt wird. Schweißverbindungen haben generell den Vorteil, dass sie mechanisch, thermisch und elektrisch be- sonders stabil sind. An dieser Stelle sei auf unterschiedliche Formen von Leiterköpfen 13 verwiesen, welche in Fig. 7 dargestellt sind. Die Ausbildung eines Schweißtropfens 22 (oder auch Schweißperle) kann durch die Wahl z.B. spitz beschnittener Leiterköpfe 13 vorteilhaft beeinflusst werden. Es kann von besonderem Vorteil sein, wenn die Schweißverbindungen mittels Laser hergestellt sind. Der Wärmeeintrag in die Leiterköpfe 13, respektive die Leiterenden 10 wird z.B. durch die Fokussierung und Verweildauer des Lasers an einer Stelle beeinflusst. Im Allgemeinen haben Laser einen sehr geringen Wärmeeintrag im Vergleich von z.B. Widerstandsschweißen der Leiterköpfe 13. Deshalb kann die Isolation der Leiterenden 10 auch beim Her- stellen der elektrischen Verbindung schadlos gehalten werden. Gemäß einer Ausprägung ist es möglich dass die Leiterkopf Stirnseiten 18 und/oder die Leiterkopfbasisseiten 19 der Leiterköpfe 13 der radial weiter außen liegenden Lage 8a mit den Leiterkopfstirnseiten 18, respektive den Leiterkopfbasisseiten 19, der korrespondierenden Leiterköpfe 13 mittels einer Schweißnaht 23,23a, insbesondere Lasertieflochschweißnaht 23b, ver- bunden sind. Diese Ausprägung ist sehr gut aus Fig. 8 ersichtlich, wo in der rechten Bildhälfte elektrische Verbindungen und deren Schnitte gezeigt sind. Die Ausbildung einer Schweißnaht 23, 23a ermöglicht hierdurch auf einfache Weise die Gestaltung eines hohen elektrischen Verbindungsquerschnitts 20. Es sind zur Ausbildung einer Schweißnaht 23 die Aneinanderreihung mehrerer, u.U. überlappender, Schweißtropfen 22 denkbar. Für die o.g. Minimierung des Wärmeeintrags wird jedoch das Wärmeleitung s schweißen mittels Elektronenstrahl oder Laser entlang der Leiterkopfstirnseiten 18 bzw. Leiterkopfbasisseiten 19 bevorzugt. Wie in der Fig. 8 schematisch dargestellt kann die Schweißnaht 23 als Lasertieflochschweißnaht 23b, oder auch Elektronenstrahlschweißnaht, ausgeführt sein. Die Länge und Tiefe der jeweiligen Schweißnaht 23 kann heutzutage gut automatisiert und mit hoher Präzision hergestellt wer- den. Ein hoher elektrischer Verbindungsquerschnitt 20 kann dadurch gut reproduzierbar eingestellt werden.
In einer besonderen Ausführungsform ist die elektrische Verbindung der Leiterköpfe 13 der aus der Statorpaketstirnseite 3 herausragenden Leiterenden 10 der radial weiter außen liegen- den Lage 8a mit den korrespondierenden Leiterköpfen 13, und/oder die elektrische Verbindung der Leiterköpfe 13 der aus der Statorpaketbasisseite 4 herausragenden Leiterenden 10 der radial weiter außen liegenden Lage 8a mit den korrespondierenden Leiterköpfen 13, in Richtung der Hauptrotationsachse 5 zwischen, insbesondere mittig zwischen, der in radialer Richtung liegenden Innenseite der Leiterenden 10 der radial weiter außen liegenden Lage 8a und der in radialer Richtung liegenden Außenseite der Leiterenden 10 der radial weiter innen liegenden Lage 8b ausgeführt ist. Die resultierende Position elektrischer Verbindungen ist mittels gestrichelter Linien in den beispielhaften Darstellungen in Fig. 5 gezeigt. Die Position der elektrischen Verbindung einer Wicklungs Schicht 9 in Radialrichtung 12 gegenüber einer benachbarten Wicklungs Schicht 9 kann hierdurch einfach variiert werden (vergleiche Fig. 2 und 5). Dies ermöglicht eine größere Vielfalt an verwendbaren Kontaktierungsverfahren zur Erzeugung der elektrischen Verbindung der korrespondierenden Leiterköpfe 13. Weiters kann das Angreifen eines Biegewerkzeuges für die Umformung der Leiterköpfe in Radialrichtung 12 von außen bzw. innen, also in Richtung zur oder wegweisend von der Hauptrotationsachse 5, erleichtert werden.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle be- merkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10. Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden. Bezugszeichenaufstellu
S tatorkomponente
Statorpaket
Statorpaketstirnseite
Statorpaketbasisseite
Hauptrotationsachse
Innennut
Leiterelement
a,b Lage
Wicklung s Schicht
Leiterende
Umfangsrichtung
Radialrichtung
Leiterkopf, Leiterköpfe
Umfangsbiegerichtung
Radialbiegerichtung
Umfangsbiegewinkel
Radialbiegewinkel
Leiterkopfstirnseite
Leiterkopfbasisseite
Verbindungsquerschnitt
Leiterkopfquerschnittsfläche
Schweißtropfen
a Schweißnaht; b Tieflochschweißnaht
Lötverbindung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Statorkomponente (1) für eine elektrische Maschine, die Statorkomponente (1) umfassend:
ein hohlzylindrisches Statorpaket (2) mit einer Statorpaketstirnseite (3) und einer Statorpaketbasisseite (4), welches eine Vielzahl von in Umfangsrichtung (11) verteilten, sich in Richtung der Hauptrotationsachse (5) durchgehend an der Innenseite des Statorpakets (2) erstreckende Innennuten (6) aufweist,
wobei die Mehrzahl oder alle der Innennuten (6) eine Mehrzahl von elektrischen Leiterele- menten (7) aufweist, welche voneinander elektrisch isoliert in radialer Richtung fluchtend eingesteckt sind,
und wobei alle elektrischen Leiterelemente (7) mit im Wesentlichen gleichem Radialabstand zur Hauptrotationsachse (5) als jeweils eine Lage (8) vorliegen und wobei die elektrischen Leiterelemente (7) einer jeweils radial weiter außen liegenden Lage (8a) mit größerem Radial- abstand zur Hauptrotationsachse (5) mit korrespondierenden Leiterelementen (7) einer jeweils radial weiter innen liegenden Lage (8b) mit geringerem Radialabstand zur Hauptrotationsachse (5) als die jeweils radial weiter außen liegende Lage (8a) als eine Wicklungsschicht (9) ausgebildet sind, und die Statorkomponente (1) zumindest eine Wicklungs Schicht (9) aufweisend, wobei die elektrischen Leiterelemente (7) als aus dem Statorpaket (2) herausragende Leiterenden (10) ausgebildet sind,
und zumindest die aus der Statorpaketstirnseite (3) herausragenden Leiterenden (10) der jeweils radial weiter außen liegenden Lage (8a) in eine erste Umfangsrichtung (11) gebogen sind und die aus der Statorpaketstirnseite (3) herausragenden Leiterenden (10) der in radialer Richtung angrenzenden weiter innen liegenden Lage (8b) entgegengesetzt zur ersten Um- fangsrichtung (11) gebogen sind,
und jedes Leiterende (10) der jeweils radial weiter außen liegenden Lage (8a) einen zumindest teilweise abisolierten Leiterkopf (13) aufweist der mit einem zumindest teilweise abisolierten Leiterkopf (13) eines vorgesehenen Leiterendes (10) der in Radialrichtung (12) angrenzenden weiter innen liegenden Lage (8b) elektrisch verbunden vorliegt, dadurch gekennzeichnet dass: zumindest die Leiterköpfe (13) der radial weiter außen liegenden Lage (8a) in Radialrichtung
(12) zur Hauptrotationsachse (5) gebogen sind, während die korrespondierenden Leiterköpfe
(13) der radial angrenzenden weiter innen liegenden Lage (8b) in Radialrichtung (12) von der Hauptrotationsachse (5) wegweisend gebogen sind.
2. Statorkomponente (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiterelemente (7) jeweils ein aus der Statorpaketbasisseite (4) herausragendes Leiterende (10) mit jeweils einem zumindest teilweise abisolierten Leiterkopf (13) aufweisen und die aus der Statorpaketbasisseite (4) herausragenden Leiterenden (10) entgegengesetzt der
Umfang sbiegerichtung (14) der aus der Statorpaketstirnseite (3) herausragenden Leiterenden (10) derselben Lage (8) gebogen sind jedoch die Radialbiegerichtung (15) der Leiterköpfe (13) der aus der Statorpaketbasisseite (4) herausragenden Leiterenden (10) mit der Radialbiegerichtung (15) der Leiterköpfe (13) der aus der Statorpaketstirnseite (3) herausragenden Lei- terenden (10) derselben Lage (8) übereinstimmt.
3. Statorkomponente (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Leiterköpfe (13) der aus der Statorpaketstirnseite (3) herausragenden Leiterenden (10) mehr als 5% der Länge der aus der Statorpaketstirnseite (3) herausragenden Leiterenden (10) ausmacht und/oder
die Länge der Leiterköpfe (13) der aus der Statorpaketbasisseite (4) herausragenden Leiterenden (10) mehr als 5% der Länge der aus der Statorpaketbasisseite (4) herausragenden Leiterenden (10) ausmacht.
4. Statorkomponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der aus der Statorpaketstirnseite (3) und/oder der Statorpaketbasisseite (4) herausragenden Leiterenden (10) der radial weiter außen liegenden Lage (8a) unterschiedlich, insbesondere größer, zur Länge der korrespondierenden Leiterenden (10) der Statorpaketstirnseite (3), respektive der Statorpaketbasisseite (4), der in radialer Richtung an- grenzenden weiter innen liegenden Lage (8b) ist.
5. Statorkomponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Leiterköpfe (13) der aus der Statorpaketstirn- (3) und/oder der aus der Statorpaketbasisseite (4) herausragenden Leiterenden (10) der radial weiter außen liegenden Lage (8a) unterschiedlich, insbesondere größer, zur Länge der korrespondierenden Leiterköpfe (13) der Statorpaketstirnseite (3), respektive der Statorpaketbasisseite (4), herausragenden Leiterenden (10) der in radialer Richtung angrenzenden weiter innen liegenden Lage (8b) ist.
6. Statorkomponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in bzw. gegen die Umfangsrichtung (11) gebogenen Leiterenden (10) gegenüber der Hauptrotationsachse (5) des Statorpakets (2) einen Umfangsbiegewinkel (16) zwischen 15° und 75°, bevorzugt zwischen 35° und 70°, besonders bevorzugt zwischen 50° und 65° aufweisen.
7. Statorkomponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Radialrichtung (12) zur bzw. wegweisend von der Hauptrotations- achse (5) gebogenen Leiterköpfe (13) um einen Radialbiegewinkel (17) gegenüber der jeweiligen in Umfangsrichtung (11) gebogenen Leiterenden (10) zwischen 15° und 85°, bevorzugt zwischen 35° und 70°, besonders bevorzugt zwischen 40° und 50° aufweisen.
8. Statorkomponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Leiterköpfe (13) der an der Statorpaketstirnseite (3) herausragenden
Leiterenden (10) eine Leiterkopfstirnseite (18) aufweisen welche mit der Leiterkopfstirnseite (18) des korrespondierenden Leiterkopfes (13) elektrisch verbunden ist,
und/oder die Leiterköpfe (13) der an der Statorpaketbasisseite (4) herausragenden Leiterenden (10) eine Leiterkopfbasisseite (19) aufweisen welche mit der Leiterkopfbasis seite (19) des korrespondierenden Leiterkopfes (13) elektrisch verbunden ist.
9. Statorkomponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Verbindungsquerschnitt (20) eines Leiterkopfes (13) der radial weiter außen liegenden Lage (8) mit dem korrespondierenden Leiterkopf (13) von mehr als 50%, bevorzugt mehr als 75%, einer Leiterkopfquerschnittsfläche (21) zumindest eines der verbundenen Leiterköpfe (13) ausgebildet ist.
10. Statorkomponente (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterköpfe (13) der an der Statorpaketstirnseite (3) herausragenden Leiterenden (10) und/oder die Leiterköpfe (13) der an der Statorpaketbasisseite (4) herausragenden Leiterenden (10) eine stufenweise und/oder kontinuierliche Querschnittsabnahme in Richtung der Leiterkopfstirnseite (18), respektive der Leiterkopfbasis seite (19), gegenüber dem Querschnitt des Leiterelements (7) an der Austrittsöffnung zur Innennut (6) aufweisen.
11. Statorkomponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung der Leiterköpfe (13) der radial weiter außen liegenden Lage (8a) mit den korrespondierenden Leiterköpfen (13) als Lötverbindung (24) ausgeführt ist.
12. Statorkomponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung der Leiterköpfe (13) der radial weiter außen liegenden Lage (8a) mit den korrespondierenden Leiterköpfen (13) als Schweißverbindung ausgeführt ist.
13. Statorkomponente (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung als Schweißtropfen (22) ausgebildet ist.
14. Statorkomponente (1) nach den Ansprüchen 8 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterkopfstirnseiten (18) und/oder die Leiterkopfbasis Seiten (19) der Leiterköpfe (13) der radial weiter außen liegenden Lage (8a) mit den Leiterkopfstirnseiten (18), respektive den Leiterkopfbasisseiten (19), der korrespondierenden Leiterköpfe (13) mittels einer
Schweißnaht (23, 23a), insbesondere Lasertieflochschweißnaht (23b), verbunden sind.
15. Statorkomponente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung der Leiterköpfe (13) der aus der Statorpaketstirnseite (3) herausragenden Leiterenden (10) der radial weiter außen liegenden Lage (8a) mit den korrespondierenden Leiterköpfen (13),
und/oder dass die elektrische Verbindung der Leiterköpfe (13) der aus der Statorpaketbasisseite (4) herausragenden Leiterenden (10) der radial weiter außen liegenden Lage (8a) mit den korrespondierenden Leiterköpfen (13), in Richtung der Hauptrotationsachse (5) zwischen, insbesondere mittig zwischen, der in radialer Richtung liegenden Innenseite der Leiterenden (10) der radial weiter außen liegenden Lage (8 a) und der in radialer Richtung liegenden Au- ßenseite der Leiterenden (10) der radial weiter innen liegenden Lage (8b) ausgeführt ist.
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