WO2022029008A1 - Verfahren zur additiven fertigung eines dreidimensionalen bauteiles mit mindestens einem elektrischen leiter - Google Patents

Verfahren zur additiven fertigung eines dreidimensionalen bauteiles mit mindestens einem elektrischen leiter Download PDF

Info

Publication number
WO2022029008A1
WO2022029008A1 PCT/EP2021/071297 EP2021071297W WO2022029008A1 WO 2022029008 A1 WO2022029008 A1 WO 2022029008A1 EP 2021071297 W EP2021071297 W EP 2021071297W WO 2022029008 A1 WO2022029008 A1 WO 2022029008A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductor
cross
section
region
sections
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/071297
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Helm
Markus OETTEL
Original Assignee
Additive Drives GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102020120802.2A external-priority patent/DE102020120802A1/de
Application filed by Additive Drives GmbH filed Critical Additive Drives GmbH
Priority to EP21752523.7A priority Critical patent/EP4193451A1/de
Publication of WO2022029008A1 publication Critical patent/WO2022029008A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • 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
    • H02K15/06—Embedding prefabricated windings in machines
    • H02K15/062—Windings in slots; salient pole windings
    • H02K15/063—Windings for large electric machines, e.g. bar windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/14—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots with transposed conductors, e.g. twisted conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation

Definitions

  • the invention relates to a method for the additive manufacturing of a three-dimensional component with at least one electrical conductor, in particular with at least one conductor winding, preferably a coil, more preferably a hairpin, for an electrical machine, in particular an electric motor or generator, and a corresponding three-dimensional component with at least one conductor, in particular at least one conductor winding, in particular coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator and an electrical machine, in particular electric motor or generator.
  • At least one appropriate coating unit is usually provided for layer-by-layer application.
  • at least one corresponding irradiation unit e.g. comprising at least one laser and/or an electron beam device, in particular electron beam gun, and/or arc device.
  • the object is achieved by a method for the additive manufacturing of a three-dimensional component with at least one electrical conductor (in particular with at least one conductor winding, preferably with at least one coil, more preferably a hairpin) for an electrical machine (in particular an electric motor or generator) by applying a structural material in layers and locally selective hardening of the structural material by irradiation with at least one beam impinging on the structural material, such that the conductor comprises first regions and at least one second region, the first regions in a cross section perpendicular to a longitudinal direction of the conductor at least partially (possibly only partially or completely) are (structurally) separated by the at least one second region, wherein the at least one second region has a lower conductivity than the first regions.
  • at least one electrical conductor in particular with at least one conductor winding, preferably with at least one coil, more preferably a hairpin
  • an electrical machine in particular an electric motor or generator
  • a core idea of the invention is to subdivide a conductor (in particular a coil for an electrical machine) by at least one second region with lower conductivity, specifically in a cross section perpendicular to a longitudinal extent of the conductor (or along a conductor cross section).
  • a conductor in particular a conductor winding or coil for an electrical machine
  • a simple manner which enables efficient operation and is compact to manufacture.
  • the (respective) second area should preferably be continuous (in cross-section) or not be understood as a sub-area of a continuous area (in cross-section), so that, for example, a second area with a cross-section is to be regarded as only a second area. This does not rule out the possibility of two second regions uniting with one another over the length of the conductor (and forming a common second region in the corresponding cross section) or a common second region separating into a plurality of second regions.
  • the conductivities to be compared of the first areas and of the at least one second area should preferably be determined at a temperature of 20.degree.
  • the conductivity of at least one second region (possibly several or all second regions) is preferably at most 0.5 times, more preferably at most 0.1 times, even more preferably at most 0.001 times or at most 0.001 times the electrical conductivity Conductivity of at least one (possibly several or all) first areas.
  • the electrical conductivity of at least (possibly several or all) of the first regions is preferably at least 0.1 ⁇ 10 6 S/m, more preferably at least 1.0 ⁇ 10 6 S/m, further preferably at least 20 ⁇ 10 6 S/m and/or at most 200 ⁇ 10 6 S/m or at most 100 ⁇ 10 6 S/m.
  • the conductivity of at least one second area can be at most 1 ⁇ 10 6 S/m, possibly at most 0.1 ⁇ 10 6 S/m, further alternatively at most 1.0 ⁇ 10 3 S/m , further alternative at most 1.0 S/m, further alternative at most 1.0 ⁇ IO -3 S/m, even further alternative at most 1.0 ⁇ IO -6 S/m, even further alternative at most 1.0 ⁇ IO - 9 S/m and/or at least 1.0 ⁇ IO -20 S/m, alternatively at least 1.0 ⁇ 10 15 S/m.
  • the conductor in particular the conductor winding or coil
  • the conductor can have a length of at least 0.5 cm, preferably at least 2 cm, if necessary at least 5 cm or at least 10 cm and/or at most 1000 cm, if necessary at most 100 cm or at most 50 cm.
  • a cross-sectional area of the conductor (or the conductor winding) can be constant (possibly at least over a length section of at least 1 cm or at least 3 cm and/or over at least 5% or at least 20% of the entire length, possibly over the entire length length) or vary.
  • a component with at least one (electrical) conductor can be understood to mean a (possibly one-piece, in particular monolithic) component which comprises an (electrical) conductor (preferably a conductor winding) or through such a conductor (or such a winding) is formed (thus possibly having no further structures apart from the conductor or the conductor winding).
  • the component can also comprise at least two conductors (in particular windings) or at least three or at least five conductors (preferably windings).
  • the (respective) conductor is preferably elongated and/or configured in such a way that a total extension in a main current direction (in the case of curved courses, this should be understood in particular as an at least imaginary state in which the conductor is aligned straight) at least 10 times or at least 100 times an (average and/or minimum) extent in at least one direction transverse thereto.
  • the (conductor) winding can in particular be a coil (in particular a hairpin) for an electrical machine (in particular an electric motor or generator).
  • a winding is to be understood in particular as a course of material around an (actual or physical or geometric) axis of a material in the solid state of aggregation.
  • the winding (or coil) is configured (or arranged) for application to a stator of an electric motor.
  • the term winding should be understood in particular in the geometric sense and should not imply that a corresponding structure is achieved by (winding up.
  • a thickness of the conductor (or winding) can be ⁇ 5.0 mm, possibly ⁇ 1.0 mm or ⁇ 0.5 mm or ⁇ 0.2 mm.
  • a thickness of the conductor (or winding) can be >0.05 mm or >0.1 mm, possibly >0.2 mm or >0.5 mm. Possible ranges for the thickness can result from a combination of each of the above upper limit values with a combination of each of the above lower limit values, unless this is logically excluded in individual cases. If the thickness varies, the respective condition should preferably apply to at least 20%, more preferably at least 50%, even more preferably at least 90%, possibly for the entire material length of the conductor (or the winding or the coil).
  • a length of material is to be understood in particular as a length of the material of the conductor (of the winding or coil), i.e. a length of the conductor (or of the winding) in a state (or imaginary state) in which this (or these) is on a line (or stretched).
  • the conductor (the winding) can have a polygonal, for example square, or oval, for example elliptical or (circular) round cross-section.
  • a cross section of the conductor can be adapted to a slot cross section (in particular in order to achieve the highest possible filling factor).
  • the (respective) thickness material thickness is preferably to be understood as meaning the maximum diameter of a respective cross section (at which the thickness is considered). The maximum diameter is in turn (in the cross-section where the thickness is considered) the distance between that pair of points with the greatest distance from one another within the cross-section.
  • a maximum thickness is preferably at most 30 times, or at most 20 times, or at most 10 times, or at most 5 times a minimum thickness.
  • a maximum thickness is preferably at most 30 times, or at most 20 times, or at most 10 times, or at most 5 times a minimum thickness.
  • the conductor Over at least 10%, preferably at least 20%, optionally at least 50% or at least 80% of the length of the conductor, it preferably has a constant thickness and/or a constant cross-sectional area.
  • a length of the conductor is preferably at least 10 times, more preferably at least 100 times, possibly at least 500 times as long as an average thickness (in the arithmetic mean with fluctuating thickness) and/or a maximum and/or minimum thickness.
  • corresponding thickness values can be determined, for example, at discrete (equidistant) intervals.
  • equidistant values can be considered over the length considered (in the case of a winding, this applies particularly preferably to an individual winding).
  • a respective (possibly mean) cross-sectional area can (with regard to possible and/or respective areas) preferably correspond to the square of the above-mentioned thickness values. However, this does not (necessarily) mean that the respective cross-sectional area has to be square. In particular, this involves the definition of optional limit values or areas for the cross section. Insofar as an average cross-sectional area is important, this can preferably be determined or fixed analogously.
  • At least one second area is formed at least in or exclusively in active sections of the component.
  • An active section of the component or conductor, in particular the winding
  • An active section of the component is to be understood in particular as a section which is intended to be arranged in a corresponding active part (e.g. stator body or rotor) of an electrical machine (or there is arranged).
  • the actual power generation takes place (i.e. where a rotor moves or becomes "active").
  • At least one second area is not or at least not exclusively in areas of the winding overhang of the respective
  • at least one second area can also be arranged in the area of the winding overhang (possibly exclusively in the area of the winding overhang).
  • first areas can be brought together at a winding head or in the area of the winding head.
  • the at least one second region (possibly several or all of the second regions) is (are) preferably designed to be electrically insulating, more preferably at least in sections formed by an electrically insulating material and/or at least in sections by a (e.g. gas or air-filled ) cavity formed.
  • a cavity can result from the removal of build-up material that is still in powder form. For this purpose and/or for other reasons, openings can be provided since end areas (otherwise) may be completely closed (particularly sintered).
  • the (respective) second area can result from non-exposure or a different exposure. It can run from one layer level to the next layer level in such a way that at least a certain surface area overlaps so that a continuous cavity (gap) is produced. At least one second (possibly several or all second) region(s) can (can) extend over at least 0.5 cm of the length of the conductor (or the winding), if necessary over at least 1.0 cm or at least 2, 0 cm.
  • the (respective) second region is preferably flat in cross-section perpendicular to the longitudinal direction and/or runs like a strip over the length of the conductor.
  • the (respective) second region is preferably at least 1.5 times, more preferably at least 3 times, possibly at least 10 times or at least 50 times as wide as high.
  • the at least one second region (or all of the second regions) can (can) have an area proportion A of an overall (respective) cross-sectional area.
  • the (all) first areas can make up a surface portion B of the total cross-sectional area.
  • the (respective) second region does not have a circular or elliptical or oval cross-section.
  • the (respective) second area is not designed as a cooling channel (which may be the case, however).
  • the material of the (respective) first area and the material of the (respective) second area can differ, e.g. B. by a porosity (in particular so that the porosity of the material of the second area is greater is than the porosity of the first area, for example by a factor of at least 1.5 times) and/or a degree of sintering (preferably such that a higher proportion of the material of the first area is melted during production compared to the material of the respective second area) and/or a chemical material composition.
  • the conductor (in particular the conductor winding), preferably at least the (respective) first areas, preferably comprise at least one metal (preferably at least 50% by weight or at least 90% by weight), preferably copper (preferably at least 50% by weight -% or 90% by weight).
  • the at least one second area (or at least a respective cross section thereof) can be varied at least over a portion of the length of the component (in particular the conductor or the winding).
  • a variation may include a variation in location within the component and/or a shape and/or an extent and/or an orientation (within the respective cross section).
  • the at least one second region (or a cross section thereof) is rotated (preferably continuously) over at least a portion of the length of the conductor, preferably by at least 10°, optionally at least 30° or at least 90° or at least 360° and/or at most 1080°, and/or without changing its shape.
  • Cross-sectional areas of the first regions can be varied from layer to layer such that the resulting second region(s) are changed from layer to layer such that the second region(s) vary along the length of the Represent the conductor as "rotated" areas.
  • the (respective) at least one second area can be formed over at least a portion of the length of the conductor in such a way that it completely separates at least two first regions from one another in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the conductor (in particular in the sense that the two first regions are completely electrically separated from one another in the respective cross section, namely by the second region).
  • the conductor ( in the cross section under consideration) from an edge section of the conductor (in cross section) up to another edge section extend (e.g. from one side to the other, in the case of a cross-section with two opposite sides).
  • the (respective) second region can extend over at least a distance that corresponds to at least 0.2 times, preferably at least 0.5 times or at least 0.9 times, possibly the entire diameter of the respective cross section.
  • the (respective) second region can extend over the entire diameter in cross section.
  • at least one second area can extend, for example, in a middle between the two longer sides and/or a second area (possibly another or the same) in a middle between the two shorter sides.
  • only a second region may extend midway between two parallel sides, or two second, or another second region midway between the other two sides of the square.
  • At least one second region can be formed over at least a section of the length of the conductor in such a way that it does not completely separate at least two first regions from one another in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the conductor, preferably in such a way that the two first sections are at least are connected to one another (electrically conductively or directly) at one end of the cross section of the second region.
  • the first regions (in their cross section) are therefore not completely electrically separated from one another, but only in sections. If necessary, such a connection (bridge) can be present between the two first areas at both ends of the (respective) second area in cross section.
  • the (respective) second area extends in cross-section over a greater distance than the section(s) adjoining the second area (or the sections adjoining the second area) (as an imaginary continuation of the respective second area). a straight shortest line to an edge of the cross-section) at which the first two areas are (directly) connected to each other.
  • the (respective) second area extends in cross-section over at least 20%, possibly at least 50% or at least 90% of a (respective) diameter of the conductor (or the coil). In this way, one (or more) bridge(s) can be formed, which is particularly preferably made comparatively small, and overall improve the electrical properties (taking into account a reduction in eddy current effects) of the conductor.
  • the at least one (possibly several or all) second region(s) can (can) form at least one (preferably straight) line (with a line width greater than 0) in a cross section perpendicular to the longitudinal direction, more preferably at least two ( (preferably straight) form a line, if necessary form a cross pattern.
  • At least two second regions can be formed which are not connected to one another in a cross section perpendicular to the longitudinal direction, the at least two second regions preferably each forming at least one (in particular straight) line and/or being formed parallel to one another.
  • the at least one second region can form an (at least substantially) closed curve in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the conductor (of the winding).
  • the (at least substantially) closed curve can be formed (entirely) without a break or formed with break(s). However, any breaks that are optionally present preferably make up less than 40%, optionally less than 20% or less than 10% of the curve (considered as the total curve including break(s)).
  • Such a (closed) curve can preferably be located comparatively close to an edge of the (respective) cross section or run there and/or (at least on average) run at least 2 times or at least 5 times as close to an edge as on Center (or centroid of the cross-section).
  • the (at least substantially) closed curve may have a shape that corresponds to (or deviates from) an outline of the respective cross-section of the conductor.
  • the cross-section of the conductor is, for example (at least substantially) rectangular, this preferably also applies to the shape of the curve.
  • the cross-section of the conductor (winding) is round, this is preferably also the case for the shape of the curve.
  • a cross section of the conductor (perpendicular to the longitudinal direction) is preferably constant at least in sections, in particular in at least one active section. This means in particular that the cross section does not vary over the length (in the respective section), in particular with regard to its size and/or shape and/or orientation.
  • the cross-section of the conductor particularly preferably remains constant in one or more sections (over the length of the conductor) in which the at least one second region (over the length of the conductor) rotates. In specific embodiments, this can apply to all sections in which the second region rotates over the length of the conductor.
  • the conductor In a projection onto a plane in which the longitudinal direction lies, the conductor preferably forms, at least in sections, in particular within one or more sections of the length in which the at least one second region rotates over the length of the conductor, two parallel straight lines which (through the leader) to be filled out.
  • longitudinal edges of the conductor (section) are preferably straight and/or not wavy and/or not provided with periodic irregularities.
  • the conductor in such a projection is not designed in such a way that it forms a wave pattern and/or has recesses and/or projections.
  • the conductor can have at least one end and/or head section in which no second area is provided or the corresponding first areas (which are separated from one another in other longitudinal sections by a respective second area) are no longer separated from one another and in this respect form a common (leading) area.
  • a cross section of the respective first and/or second region (perpendicular to the longitudinal direction) is preferably constant at least in sections, in particular in at least one active section. This means in particular that the cross section does not vary over the length (in the respective section), in particular with regard to its size (cross-sectional area) and/or shape (whereby an orientation possibly rotates at the same time).
  • the (respective) second region can be made porous and/or have unfused powder.
  • the (respective) second region can be formed at least in sections by a (preferably filled, e.g. gas-filled and/or filled with a liquid and/or solid material) cavity or intermediate space.
  • a preferably filled, e.g. gas-filled and/or filled with a liquid and/or solid material
  • the (respective) second area can be introduced during additive manufacturing by multi-material processing, for example in such a way that the respective first area(s) are provided by supplying a first material and the respective second area(s) n by supplying a different material, for example with a lower conductivity.
  • the above object is also achieved by a three-dimensional component with at least one conductor (in particular with at least one conductor winding, in particular a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator) produced using the above method.
  • a three-dimensional component with at least one conductor (in particular with at least one conductor winding, in particular a coil for an electrical machine, in particular an electric motor or generator) produced using the above method.
  • the structures to be introduced that are explained above should actually be present in relation to the three-dimensional component.
  • an electrical machine in particular an electric motor or generator, comprising a three-dimensional component of the above type.
  • a (mean) cross-sectional area in the area of a winding overhang of a winding (or coil) according to the invention is larger than a (mean) cross-sectional area in the sections of the winding (coil) between the end windings (or in the active area of the winding/coil).
  • a cross-sectional area can, for example, be at least 1.2 times, preferably at least 1.5 times, possibly at least 5 times as large.
  • the conductor or the winding/coil
  • Such measures can reduce negative effects due to eddy currents and/or skin effects.
  • the area of the end winding (where there is usually a larger installation space compared to the active areas) can also be used effectively.
  • the resistance of the conductor (phase resistance) can be reduced in a simple manner (by enlarging the cross section where appropriate space is available). Loss reduction can be enabled.
  • At least one separating structure (at least one second area) can be used for this purpose, which rotates over the length of the conductor.
  • Additive manufacturing e.g. selective laser melting
  • motors e.g. a traction motor in an electric car
  • Such rotating second areas can be particularly preferred with an (effective) maximum filling of a slot cross section of a laminated core getting produced.
  • Such a rotation of the respective second area cannot be detected or can only be detected by a slight slit on the flanks of the respective conductor.
  • a (maximum) cross section, in particular in an active area, can remain the same.
  • a groove projection can be completely filled. If necessary, all groove cross-sections can be (ideally) fillable or can be filled out.
  • such a separation can take place by grading the material.
  • parameters or melting vectors can be adjusted during additive manufacturing in such a way that a porous and/or sintered transition layer is formed in a transition area, which can contain residual powder and causes electrical insulation due to non-fused components.
  • a (respective) second area can result from the fact that construction material is not irradiated by a radiation source or with changed parameters of the radiation source or a deflection unit, e.g. with reduced power and/or higher scanning speed, in particular so that second areas result in which no (Complete) melting and/or connection to the previous layer of the building material takes place.
  • the respective (conductive) material can be geometrically separated, for example by an intermediate space (so that air forms a separating layer, for example).
  • isolation can be achieved by infiltration.
  • Separating layers (or a respective second area) can be produced and/or reinforced, for example, by subsequently introducing an insulating material.
  • Insulation electrical separation
  • insulation can also be achieved using a multi-material.
  • an insulating material insulating material
  • insulating material can be introduced in the (additive) manufacturing process by additive multi-material processing. It is possible that both insulating material and conductive material are processed at the same time (additively). It is also conceivable that the insulating material is already sintered or melted due to the waste heat of a (metal) melting process.
  • the (respective) second area there can preferably be a plurality of first areas (at least in the active area of the electrical machine). Twisting (or twisting) in particular, at least in the active area, results in a comparatively low power loss.
  • a reduction in the total number of windings (or conductors) per slot can be achieved using the (eddy current-reducing) measures according to the invention.
  • a (total) mass (e.g. total copper mass) per slot can thus also be increased, so that in turn the efficiency of the motor is improved.
  • Even (high-frequency) motors with only one conductor per slot are possible.
  • An associated advantage is, for example, less assembly work. In high-frequency areas, motors can achieve the same performance with a conductor manufactured in this way as was previously only possible with several conductors.
  • a further possibility is the provision of (e.g. individual) eddy current-optimized conductors which (e.g. in addition to conventional conductors) in a motor improve the overall performance.
  • These can also be introduced in a series production of electric motors and thus improve the motor through (sequential) integration, in particular losses can be reduced.
  • Geometric twisting of the conductor can be performed singly or multiple times over the length of the conductor (at least in the active region). For example, at a frequency of 1000 Hz, the eddy current losses can be halved, which in turn improves the efficiency of the electric motor by about 2%.
  • the cross section can be enlarged (for example, possibly exclusively in the area of the end winding).
  • phase resistance of an electrical machine corresponds to the total resistance of a phase.
  • a corresponding hairpin motor can be configured in three phases.
  • a phase resistance is largely dependent on the conductor cross-section. The resistance increases the smaller the conductor cross-section becomes.
  • the conductor cross-section can be increased (almost arbitrarily), which reduces the overall phase resistance and thus improves motor performance. Cross-sectional enlargements by at least twice and at least three times are conceivable.
  • the conductor can be divided at the end winding.
  • a (geometric) twisting (with at least one corresponding second area) can also be carried out here.
  • the structural material can preferably comprise at least 30% by weight, in particular at least 90% by weight: one metal or more metals, preferably copper or a copper alloy; and/or aluminum or an aluminum alloy; and/or iron or an iron alloy.
  • one metal or more metals preferably copper or a copper alloy; and/or aluminum or an aluminum alloy; and/or iron or an iron alloy.
  • Each of the metals mentioned can form at least 10% by weight or at least 50% by weight or at least 90% by weight of the building material.
  • a powder bed-based manufacturing process is particularly preferably used.
  • powder in a powder bed-based manufacturing process, can be applied in one plane, with structures within the plane being irradiated. As a result of the irradiation, the powder can be melted and then cooled.
  • the irradiation can be carried out using a radiation source, e.g. B. laser, electron beam and / or arc.
  • powder for the required layer thickness can be applied in a powder supply system only in the area that is to be solidified and solidified by irradiation (by means of laser, electron beam and/or arc).
  • a build material can be provided in wire form.
  • the wire can be melted and cooled using a radiation source (laser, electron beam and/or arc).
  • FIG. 1a shows a stator winding according to the invention with rotating separating areas between conductor sections (conductor strands);
  • Fig. lb is a sectional view of the embodiment of FIG. 1;
  • Fig. 3a-3c oblique views of the ladder according to Fig. 2a-2c; 4a shows a schematic representation of a conductor in a sectional view;
  • 4b shows a schematic representation of a conductor in an oblique view
  • FIG. 4c shows a further embodiment of a conductor in a representation analogous to FIG. b;
  • Figure 5 shows a series of three cross-sections of the same conductor
  • Figure 6 shows another series of three cross-sections of a conductor
  • Figure 7 shows another series of three cross-sections of a conductor
  • Figure 8 shows another series of three cross-sections of a conductor
  • Figure 9 shows another series of three cross-sections of a conductor
  • Figure 10 shows another series of three cross-sections of a conductor
  • Fig. 11 shows a schematic cross section of a conductor
  • Fig. 12 shows a schematic cross section of a conductor
  • Fig. 13 shows a schematic cross section of a conductor
  • Figure 14 shows a series of three cross-sections of the same conductor
  • Figure 15 shows a series of three cross-sections of the same conductor
  • Fig. 16 is a schematic cross section of a conductor
  • Fig. 17 is a schematic cross section of a conductor
  • Fig. 18 is a schematic cross section of a conductor
  • 19 shows a section of a conductor
  • 20 shows a section of a conductor
  • 21 shows a schematic oblique representation of a hairpin winding.
  • Fig. La shows an oblique view of a stator winding (partly in section).
  • the stator winding forms a conductor 10.
  • the conductor comprises first areas 14 and second areas 15.
  • the second areas 15 are shown here as lines and separate the first areas lying in between from one another. Furthermore, the second regions 15 rotate over the longitudinal direction of the conductor (which will be explained in more detail below).
  • Fig. lb shows a corresponding sectional view.
  • FIGS. 2a-2c show cross-sections of conductors according to the invention with corresponding first regions 14 (explained in more detail below) and second regions 15 (shown here as lines).
  • the conductors according to Fig. 2a-2c are shown in an oblique view in Fig. 3a-3c. As can be seen there, the second areas 15 (and thus also the first areas 14) rotate over the length (in FIGS. 3a-3c, from top to bottom) of the respective conductor.
  • the respective cross section in terms of shape and size) can remain constant.
  • the conductor 10 has at least one (or more) active sections 8 which run in corresponding (stator) slots 7 . Outside the stator slots 7 there is at least one (or more) further sections 9 (winding head sections or inactive sections).
  • the sections 9 can be equated with the first and/or third section mentioned below.
  • the sections 8 can be equated with the second section mentioned below
  • the conductor comprises a first section 11, a second section 12 and a third section 13.
  • the second section 12 is preferably an active section (a winding or coil in an electrical machine).
  • the first section 11 and/or third section 13 can be an end winding.
  • FIG. 4a the conductor according to FIG. 1 is segmented in the second section 12.
  • FIG. The second section 12 comprises (here four) first areas 14, two of which are shown black and two white, and (here three, a fourth could be designed analogously to Figures 4b or 4b or it could be a common cross-shaped second forming area) second areas 15.
  • the second areas 15 are (compared to the first areas 14) thin in areas and separate the first areas (structural and electrical) from one another.
  • the second areas 15 have a (possibly significantly) lower conductivity compared to the first areas 14.
  • 4b shows a conductor in an oblique view. This has a cross-shaped second area 15 which divides the conductor (in the section shown) into four first areas.
  • FIG. 4c shows a conductor which is basically constructed like that in FIG. 2, with the following differences.
  • the cross-shaped second area 15 rotates here (over the length of the conductor, or in Fig. 3 from bottom to top), so that the position of the first areas 14 varies depending on the location of the center of gravity (within the respective cross section) or over the length rotates.
  • 4c shows the rotation of the first areas 14 and of the second area 15 (whose course of the edge lines 15a can be seen here) over the length of the conductor (or of the section shown) is shown schematically.
  • Figure 5 shows a series of three cross-sections through the same conductor offset along its length.
  • a cross-shaped second area 15 which separates four first areas 14 from one another.
  • the conductor here can specifically correspond to the conductor shown in FIG. 4c. 6 shows a different solution with a straight second area 15 which separates two first areas 14 from one another.
  • the second area 15 rotates along the length of the conductor, so that the position of the respective first area (or the respective cross section) changes or rotates with it.
  • Figure 7 shows a series of cross-sections of another embodiment of a conductor.
  • a multiplicity of second areas here: shown in black
  • first areas here: shown in white
  • the second areas here, for example, at least three or at least 10 or at least 20 second areas can be involved
  • the second areas are all parallel to one another.
  • FIGS. 2-7 all have a (circular) round cross-section (which, however, is not mandatory).
  • FIG. 8 shows a rectangular cross section.
  • the embodiment according to FIG. 8 again has a cross-shaped second area 15, which here again separates four first areas 14 from one another.
  • the cross-shaped second area rotates in such a way that the respective first areas also rotate (over the length of the conductor or the corresponding section thereof).
  • Fig. 10 shows a grid-like second area (here: shown in black) which correspondingly (within the individual cells of the grid) has a large number of first areas (here: shown in white) (for example at least 10 or at least 100 or at least 200 first areas ) trains.
  • first areas here: shown in white
  • the second structure 15 rotates along the length of the conductor.
  • FIGS. 11 to 18 first areas are shown in white and second areas are shown in black. 11 shows a cross-section of another embodiment of the conductor.
  • the conductor here has a rectangular cross-section (with rounded corners), but this is not mandatory (just as little as in the following Figs. 12-18).
  • a distance to the respective adjacent edge section can be comparatively small, for example less than 10% of the length of the second area 15 according to which the second area 15 extends in the same direction (which is also defines the distance).
  • the second region 15 again shows a rectangular cross section of a conductor.
  • the second region 15 has a star-shaped cross section and is composed of three intersecting lines in the cross section. Each discrete line is immediately adjacent at one end to a corresponding edge portion and at its opposite end has a portion opposite the edge portion of the conductor.
  • FIG. 14 shows a second area 15 analogous to FIG. 11. Specifically, a series of three cross sections (over the length of the conductor) is shown here. The second section 15 here rotates over the length of the conductor.
  • FIG. 15 shows a conductor with a rectangular cross-section (which is not mandatory here either). Specifically, three different cross-sections of the conductor (over its length) are shown here. Furthermore, it can be seen that the individual second regions 15 can change in terms of their position and/or length (illustrated here by comparing FIG. 15, left image to FIG. 15, middle image) and/or additional second regions 15 can be added or second areas can combine to form a common second area (see FIG. 15, right-hand illustration).
  • Fig. 16 shows a cross-section of a conductor with a second region 15 forming a closed curve. The curve is comparatively close to an edge of the conductor and mimics the shape of the cross section of the conductor.
  • FIG. 17 shows an embodiment analogous to FIG. 16, but the curve shown is interrupted by bridges 17 and in this respect two second regions 15 are formed. Furthermore, a section between the second areas 15 and the outer edge of the conductor is also interrupted at two points.
  • FIGS. 16 and 17 shows an embodiment analogous to FIGS. 16 and 17, the curve shown in FIGS. 16 and 17 being formed here by four second sections 15 which are separated from one another by appropriate bridges.
  • Fig. 19 shows a schematic view of a winding with an enlarged end winding 21.
  • the winding overhang 21 is subdivided here, in particular in order to reduce the phase resistance and eddy currents.
  • FIG. 21 shows a schematic oblique view of a hairpin winding for an electrical machine (electric motor).
  • the respective end winding 21 is significantly enlarged here in cross section.

Abstract

Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einem elektrischen Leiter, insbesondere mit mindestens einer Leiter-Wicklung, vorzugsweise einer Spule, weiter vorzugsweise eines Hairpins, für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl, derart, dass der Leiter erste Bereiche (14) und mindestens einen zweiten Bereich (15) umfasst, wobei die ersten Bereiche (14) in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung des Leiters zumindest teilweise durch den mindestens einen zweiten Bereich (15) getrennt sind, wobei der mindestens eine zweite Bereich (15) eine geringere Leitfähigkeit aufweist als die ersten Bereiche (15).

Description

Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einem elektrischen Leiter
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einem elektrischen Leiter, insbesondere mit mindestens einer Leiter-Wicklung, vorzugsweise einer Spule, weiter vorzugsweise eines Hairpins, für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, sowie ein entsprechendes dreidimensionales Bauteil mit mindestens einem Leiter, insbesondere mindestens einer Leiter- Wicklung, insbesondere Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator sowie eine elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor oder Generator.
Verfahren und entsprechende Vorrichtungen zur Fertigung dreidimensionaler Bauteile durch schichtweises Aufbringen und örtlich selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Zum schichtweisen Aufbringen ist üblicherweise mindestens eine entsprechende Beschichtungseinheit vorgesehen. Für das örtlich selektive Verfestigen wird üblicherweise mindestens eine entsprechende Bestrahlungseinheit (z. B. umfassend mindestens einen Laser und/oder eine Elektronenstrahleinrichtung, insbesondere Elektronenstrahlkanone, und/oder Lichtbogeneinrichtung) bereitgestellt. Diese Merkmale können auch bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung realisiert sein.
DE 10 2014 201 305 Al beschreibt die Herstellung einer Spule mit Kühlkanälen mittels eines generativen Verfahrens. US 2015/0076951 Al beschreibt die Herstellung von Spulen mittels einer additiven Fertigung. In US 2015/0076951 Al wird vorgeschlagen einzelne Leiter der Spule in ein isolierendes Matrixmaterial einzubetten.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung derartiger Bauteile mit mindestens einem Leiter (insbesondere mindestens einer Wicklung) werden als verbesserungswürdig angesehen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur additiven Fertigung mindestens eines Bauteils mit mindestens einem Leiter (insbesondere mindestens einer Wicklung) sowie ein entsprechendes Bauteil sowie eine entsprechende elektrische Maschine vorzuschlagen, wobei der Herstellungsaufwand möglichst reduziert sein soll, insbesondere eine platzsparende Konstruktion und/oder eine hohe Effizienz im Betrieb erreicht werden soll.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch den Gegenstand gemäß Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einem elektrischen Leiter (insbesondere mit mindestens einer Leiter-Wicklung, vorzugsweise mit mindestens einer Spule, weiter vorzugsweise eines Hairpins) für eine elektrische Maschine (insbesondere einen Elektromotor oder Generator) durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl, derart, dass der Leiter erste Bereiche und mindestens einen zweiten Bereich umfasst, wobei die ersten Bereiche in einem Querschnitt senkrecht auf eine Längsrichtung des Leiters zumindest teilweise (ggf. nur teilweise oder vollständig) durch den mindestens einen zweiten Bereich (strukturell) getrennt sind, wobei der mindestens eine zweite Bereich eine geringere Leitfähigkeit aufweist als die ersten Bereiche.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin einen Leiter (insbesondere eine Spule für eine elektrische Maschine) durch mindestens einen zweiten Bereich mit geringerer Leitfähigkeit zu unterteilen, und zwar insbesondere in einem Querschnitt senkrecht auf eine Längserstreckung des Leiters (bzw. entlang eines Leiterquerschnittes).
Durch Ausbildung des jeweiligen ersten bzw. zweiten Bereiches können auf einfache Art und Weise schon während der additiven Herstellung Strukturen erzeugt werden, die den Stromfluss positiv beeinflussen, insbesondere Wirbelstromeffekte reduzieren. Insgesamt kann auf einfache Art und Weise ein Leiter (insbesondere Leiter-Wicklung bzw. Spule für eine elektrische Maschine) bereitgestellt werden, der (die) einen effizienten Betrieb ermöglicht und kompakt in der Herstellung ist.
Der (jeweilige) zweite Bereich soll vorzugsweise (im Querschnitt) zusammenhängend ausgebildet sein bzw. nicht als Unterbereich eines (im Querschnitt) zusammenhängenden Bereich verstanden werden, so dass beispielsweise ein im Querschnitt kreuzförmiger zweiter Bereich als nur ein zweiter Bereich anzusehen ist. Dies schließt nicht aus, dass sich über die Länge des Leiters hinweg zwei zweite Bereiche miteinander vereinigen (und im entsprechenden Querschnitt einen gemeinsamen zweiten Beriech ausbilden) bzw. sich ein gemeinsamer zweiter Bereich in mehrere zweite Bereiche auftrennt.
Die zu vergleichenden Leitfähigkeiten der ersten Bereiche und des mindestens einen zweiten Bereiches sollen vorzugsweise bei einer Temperatur von 20 °C bestimmt werden. Die Leitfähigkeit mindestens eines zweiten Bereichs (ggf. mehrerer oder aller zweiten Bereiche) ist vorzugsweise maximal 0,5-mal, weiter vorzugsweise maximal 0,1-mal, noch weiter vorzugsweise maximal 0,001-mal oder maximal 0,001-mal so groß wie die elektrische Leitfähigkeit mindestens eines (ggf. mehrerer oder aller) ersten Bereiche. Die elektrische Leitfähigkeit mindestens (ggf. mehrerer oder aller) ersten Bereiche beträgt vorzugsweise mindestens 0,1 ■ 106 S/m, weiter vorzugsweise mindestens 1,0 ■ 106 S/m, weiter vorzugsweise mindestens 20 ■ 106 S/m und/oder höchstens 200 ■ 106 S/m oder höchstens 100 ■ 106 S/m. Die Leitfähigkeit mindestens eines zweiten Bereichs (ggf. mehrerer oder aller zweiten Bereiche) kann höchstens 1 ■ 106 S/m, ggf. höchstens 0,1 ■ 106 S/m, weiter alternativ höchstens 1,0 ■ 103 S/m, weiter alternativ höchstens 1,0 S/m, weiter alternativ höchstens 1,0 ■ IO-3 S/m, noch weiter alternativ höchstens 1,0 ■ IO-6 S/m, noch weiter alternativ höchstens 1,0 ■ IO-9 S/m und/oder mindestens 1,0 ■ IO-20 S/m, alternativ mindestens 1,0 ■ 10 15 S/m betragen.
Der Leiter (insbesondere die Leiter-Wicklung bzw. Spule) kann eine Länge von mindestens 0,5 cm, vorzugsweise mindestens 2 cm, ggf. mindestens 5 cm oder mindestens 10 cm und/oder höchstens 1000 cm ggf. höchstens 100 cm oder höchstens 50 cm aufweisen.
Eine Querschnittsfläche des Leiters (bzw. der Leiter-Wicklung) kann konstant sein (ggf. zumindest über einen Längenabschnitt von mindestens 1 cm oder mindestens 3 cm und/oder über mindestens 5 % oder mindestens 20 % der gesamten Länge, ggf. über die gesamte Länge) oder variieren.
Unter einem Bauteil mit mindestens einem (elektrischen) Leiter (insbesondere einer Leiter-Wicklung) kann ein (ggf. einstückiges, insbesondere monolithisches) Bauteil verstanden werden, das einen (elektrischen) Leiter (vorzugsweise eine Leiter-Wicklung) umfasst oder durch einen solchen Leiter (bzw. eine solche Wicklung) gebildet wird (also ggf. keine weiteren Strukturen, außer den Leiter bzw. die Leiter-Wicklung, aufweist).
Das Bauteil kann auch mindestens zwei Leiter (insbesondere Wicklungen) oder mindestens drei oder mindestens fünf Leiter (vorzugsweise Wicklungen) umfassen.
Der (jeweilige) Leiter ist vorzugsweise langgestreckt und/oder so konfiguriert, dass eine Gesamt-Erstreckung in einer Haupt-Stromrichtung (bei gekrümmten Verläufen soll darunter insbesondere ein zumindest gedachter Zustand verstanden werden, bei der der Leiter gerade ausgerichtet ist) mindestens 10-mal oder mindestens 100-mal so groß ist wie eine (durchschnittliche und/oder minimale) Erstreckung in mindestens einer Richtung quer dazu. Bei der (Leiter-)Wicklung kann es sich insbesondere um eine Spule (insbesondere Hairpin) für eine elektrische Maschine (insbesondere einen Elektromotor oder Generator) handeln.
Unter einer Wicklung ist insbesondere ein Materialverlauf um eine (tatsächliche bzw. physische oder geometrische) Achse eines Materials im festen Aggregatszustand zu verstehen. Vorzugsweise ist die Wicklung (bzw. Spule) zum Aufbringen auf einen Stator eines Elektromotors konfiguriert (bzw. dort angeordnet). Die Wicklung (bzw. die Spule) soll vorzugsweise mindestens einen 360°-Umlauf (= Einzel-Wicklung) aufweisen, ggf. mindestens zwei oder mindestens fünf oder mindestens zehn derartige 360°-Umläufe (bzw. aneinandergereihte, ggf. monolithisch aneinandergereihte Einzel-Wicklungen). Der Begriff Wicklung soll insbesondere im geometrischen Sinne verstanden werden und nicht implizieren, dass eine entsprechende Struktur durch (Aufwickeln erreicht wird.
Eine Dicke des Leiters (bzw. Wicklung) kann < 5,0 mm, ggf. < 1,0 mm oder < 0,5 mm oder < 0,2 mm sein. Eine Dicke des Leiters (bzw. Wicklung) kann > 0,05 mm oder > 0,1 mm, ggf. > 0,2 mm oder > 0,5 mm sein. Mögliche Bereiche für die Dicke können sich aus einer Kombination eines jeden obigen oberen Grenzwerte mit einer Kombination eines jeden obigen unteren Grenzwertes ergeben, soweit dies nicht im Einzelfall logisch ausgeschlossen ist. Wenn die Dicke variiert, soll die jeweilige Bedingung vorzugsweise für mindestens 20 %, weiter vorzugsweise mindestens 50 %, noch weiter vorzugsweise mindestens 90 %, ggf. für die gesamte Materiallänge des Leiters (bzw. der Wicklung bzw. der Spule) gelten.
Unter einer Materiallänge ist insbesondere eine Länge des Materials des Leiters (der Wicklung bzw. Spule) zu verstehen, also eine Länge des Leiters (bzw. der Wicklung) in einem Zustand (oder gedachten Zustand) in dem dieser (bzw. diese) auf eine Linie (bzw. gestreckt) ist.
Der Leiter (die Wicklung) kann einen vieleckigen, beispielsweise viereckigen, oder ovalen, beispielsweise elliptischen oder (kreis-)runden Querschnitt aufweisen.
Ein Querschnitt des Leiters kann an einen Nutquerschnitt angepasst sein (insbesondere um einen möglichst hohen Füllfaktor zu erreichen). Unter der (jeweiligen) Dicke (Materialstärke) ist vorzugsweise der maximale Durchmesser eines jeweiligen Querschnittes (an dem die Dicke betrachtet wird) zu verstehen. Der maximale Durchmesser ist wiederum (im Querschnitt, an dem die Dicke betrachtet wird) der Abstand desjenigen Punktepaares mit dem innerhalb des Querschnittes größten Abstand zueinander.
Wenn die Dicke über die Länge des Leiters (bzw. der Wicklung) variiert, ist eine maximale Dicke vorzugsweise höchstens 30-mal, oder höchstens 20-mal oder höchstens 10-mal oder höchstens 5-mal so groß wie eine minimale Dicke.
Alternativ oder zusätzlich gilt: Wenn die Dicke über die Länge eines jeweiligen aktiven Abschnittes variiert, ist eine maximale Dicke vorzugsweise höchstens 30- mal, oder höchstens 20-mal oder höchstens 10-mal oder höchstens 5-mal so groß wie eine minimale Dicke.
Über zumindest 10 %, vorzugsweise mindestens 20 %, ggf. mindestens 50 % oder mindestens 80 % der Länge des Leiters hat dieser vorzugsweise eine konstante Dicke und/oder eine konstante Querschnittsfläche.
Eine Länge des Leiters (bzw. der Leiter-Wicklung) ist vorzugsweise mindestens 10-mal, weiter vorzugsweise mindestens 100-mal, ggf. mindestens 500-mal so lang wie eine durchschnittliche Dicke (im arithmetischen Mittel bei schwankender Dicke) und/oder eine maximale und/oder minimale Dicke.
Insoweit eine Mittelung durchgeführt wird, können entsprechende Dickenwerte (oder sonstige auf den jeweiligen Querschnitt bezogene geometrische Parameter) beispielsweise in diskreten (äquidistanten) Abständen bestimmt werden. Insgesamt können über die betrachtete Länge beispielsweise mindestens oder genau 50 oder mindestens oder genau 200 äquidistante Werte betrachtet werden (bei einer Wicklung gilt dies besonders bevorzugt für eine Einzel-Wicklung).
Eine jeweilige (ggf. mittlere) Querschnittsfläche kann (hinsichtlich möglicher und/oder von jeweiligen Bereichen) vorzugsweise dem Quadrat der obengenannten Dicken-Werte entsprechen. Dies bedeutet jedoch nicht (zwingend), dass die jeweilige Querschnittsfläche quadratisch sein muss. Hier geht es insbesondere um eine Festlegung von optionalen Grenzwerten bzw. Bereichen für den Querschnitt. Insoweit es auf eine mittlere Querschnittsfläche ankommt, kann diese vorzugsweise analog bestimmt bzw. festgelegt werden.
Vorzugsweise wird mindestens ein zweiter Bereich (ggf. mehrere oder alle zweiten Bereiche) zumindest in oder ausschließlich in aktiven Abschnitten des Bauteiles ausgebildet. Unter einem aktiven Abschnitt des Bauteiles (bzw. Leiters, insbesondere der Wicklung) ist insbesondere ein Abschnitt zu verstehen, der vorgesehen ist, in einem entsprechenden aktiven Teil (z. B. Statorkörper oder Rotor) einer elektrischen Maschine angeordnet zu werden (bzw. dort angeordnet wird). Im (jeweiligen) aktiven Abschnitt findet insbesondere die eigentliche Krafterzeugung statt (also wo ein Rotor bewegt bzw. „aktiv" wird). Vorzugsweise ist mindestens ein zweiter Bereich (oder mehrere alle zweite Bereiche) nicht oder zumindest nicht ausschließlich in Bereichen des Wickelkopfes der jeweiligen Wicklung (Spule) angeordnet. Alternativ kann mindestens ein zweiter Bereich (oder mehrere oder alle zweiten Bereiche) jedoch auch im Bereich des Wickelkopfes (ggf. ausschließlich im Bereich des Wickelkopfes) angeordnet sein.
Mehrere erste Bereiche können an einem Wickelkopf bzw. im Bereich des Wickelkopfes zusammengeführt werden.
Vorzugsweise ist (sind) der mindestens eine zweite Bereich (ggf. mehrere oder alle zweiten Bereiche) elektrisch isolierend ausgebildet, weiter vorzugsweise zumindest abschnittsweise durch ein elektrisch isolierendes Material ausgebildet und/oder zumindest abschnittsweise durch einen (z. B. gas- bzw. luftgefüllten) Hohlraum ausgebildet. Ein Hohlraum kann sich durch Entfernen von noch pulverförmigen Aufbaumaterial ergeben. Dazu und/oder aus anderen Gründen können Öffnungen vorgesehen werden, da Endbereiche (sonst) ggf. vollständig verschlossen (insbesondere versintert) sind.
Der (jeweilige) zweite Bereich kann sich durch Nichtbelichtung oder eine abweichende Belichtung ergeben. Er kann von einer Schichtebene zur nächsten Schichtebene so verlaufen, dass mindestens eine bestimmter Flächenanteil überlappend ist damit ein durchgängige Hohlraum (Spalt) erzeugt wird. Mindestens ein zweiter (ggf. mehrere oder alle zweiten) Bereich(e) kann (können) sich über mindestens 0,5 cm der Länge des Leiters (bzw. der Wicklung) erstrecken, ggf. über mindestens 1,0 cm oder mindestens 2,0 cm.
Der (jeweilige) zweite Bereich ist vorzugsweise im Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung flach und/oder verläuft über die Länge des Leiters bandartig. Im Querschnitt (ohne zusätzliche Angabe ist mit Querschnitt weiter oben und nachfolgend immer ein Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung gemeint) ist der (jeweilige) zweite Bereich vorzugsweise mindestens 1,5-mal, weiter vorzugsweise mindestens 3-mal, ggf. mindestens 10-mal oder mindestens 50-mal so breit wie hoch.
Der mindestens eine zweite Bereich (bzw. sämtliche zweite Bereiche) kann (können) einen Flächenanteil A einer gesamten (jeweiligen) Querschnittsfläche aufweisen. Die (sämtlichen) ersten Bereiche können einen Flächenanteil B der gesamten Querschnittsfläche ausmachen. Dabei gilt vorzugsweise B/A > 1,0, weiter vorzugsweise B/A > 4,0, ggf. B/A > 10,0 und/oder B/A < 200 oder < 100.
Insbesondere weist der (jeweilige) zweite Bereich keinen kreisrunden oder keinen elliptischen oder keinen ovalen Querschnitt auf. Alternativ oder zusätzlich ist der (jeweilige) zweite Bereich nicht als Kühlkanal ausgebildet (was ggf. aber der Fall sein kann).
Insoweit Bedingungen für jeweilige Querschnitte angegeben werden, soll dies vorzugsweise bedeuten, dass die Bedingungen über mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 % und/oder mindestens 0,5 cm, ggf. mindestens 2 cm der Länge des Leiters (bzw. der Wicklung) gelten.
Die Formulierung „jeweilig" in Bezug auf obige und/oder nachfolgend genannte Bereiche und/oder Abschnitte soll vorzugsweise als Abkürzung für „mindestens einen, ggf. mehrere oder alle" der entsprechenden Bereiche/Abschnitte verstanden werden.
Das Material des (jeweiligen) ersten Bereiches und das Material des (jeweiligen) zweiten Bereiches können sich unterscheiden, z. B. durch eine Porosität (insbesondere so dass die Porosität des Materials des zweiten Bereiches größer ist als die Porosität des ersten Bereiches, beispielsweise um mindestens den Faktor 1,5-mal so groß) und/oder einen Grad einer Versinterung (vorzugsweise so, dass ein höherer Anteil des Materials des ersten Bereiches bei der Herstellung aufgeschmolzen wird gegenüber dem Material des jeweiligen zweiten Bereiches) und/oder eine chemische Materialzusammensetzung.
Der Leiter (insbesondere die Leiter-Wicklung), vorzugsweise zumindest die (jeweiligen) ersten Bereiche umfassen vorzugsweise mindestens ein Metall (vorzugsweise zu mindestens 50 Gew.-% oder mindestens 90 Gew.-%), vorzugsweise Kupfer (vorzugsweise zu mindestens 50 Gew.-% oder 90 Gew.-%).
In Ausführungsformen kann der mindestens eine zweite Bereich (bzw. zumindest ein jeweiliger Querschnitt desselben) zumindest über einen Abschnitt der Länge des Bauteiles (insbesondere des Leiters bzw. der Wicklung) variiert werden. Eine Variation kann eine Variation hinsichtlich der Lage innerhalb des Bauteils und/oder einer Form und/oder einer Ausdehnung und/oder einer Orientierung (innerhalb des jeweiligen Querschnittes) umfassen.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird der mindestens eine zweite Bereich (bzw. ein Querschnitt desselben) über zumindest einen Abschnitt der Länge des Leiters (vorzugsweise kontinuierlich) rotiert, vorzugsweise um mindestens 10°, ggf. mindestens 30° oder mindestens 90° oder mindestens 360° und/oder höchstens 1080°, und/oder ohne seine Form zu ändern. Von Schicht zu Schicht können Querschnittsflächen der ersten Bereiche so variiert werden, dass der (die) resultierenden zweite (n) Bereich(e) von Schicht zu Schicht geändert sind, so dass sich der(die) zweite(n) Bereiche entlang der Länge des Leiters als „rotierte" Bereiche darstellen. Bei einer derartigen (geometrischen) Verwindung des (jeweiligen) zweiten Bereiches können besonders effektiv Wirbelstromeffekte reduziert werden. Der (jeweilige) mindestens eine zweite Bereich kann über zumindest einen Abschnitt der Länge des Leiters so ausgebildet werden, dass er in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung des Leiters zumindest zwei erste Bereiche vollständig voneinander trennt (insbesondere in dem Sinne, dass die zwei ersten Bereiche im jeweiligen Querschnitt elektrisch vollständig voneinander getrennt sind, nämlich durch den zweiten Bereich). Beispielsweise kann sich der Leiter (im jeweilig betrachteten Querschnitt) von einem Randabschnitt des Leiters (im Querschnitt) bis zu einem weiteren Randabschnitt erstrecken (beispielsweise von einer Seite zur anderen, bei einem Querschnitt mit zwei gegenüberliegenden Seiten).
Im Querschnitt kann der (jeweilige) zweite Bereich sich über zumindest eine Strecke erstrecken, die mindestens 0,2-mal, vorzugsweise mindestens 0,5-mal oder mindestens 0,9-mal, ggf. dem gesamten Durchmesser des jeweiligen Querschnittes entspricht. Beispielsweise bei ovalen (insbesondere elliptischen oder kreisförmigen) Querschnitten des Leiters kann sich der (jeweilige) zweite Bereich im Querschnitt über den gesamten Durchmesser erstrecken. Bei rechteckförmigen Querschnitten kann sich mindestens ein zweiter Bereich beispielsweise in einer Mitte zwischen den beiden längeren Seiten erstrecken und/oder ein (ggf. weiterer oder derselbe) zweite(r) Bereich in einer Mitte zwischen den beiden kürzeren Seiten. Bei einem quadratischen Querschnitt kann sich nur ein zweiter Bereich in einer Mitte zwischen zwei parallelen Seiten erstrecken oder zwei zweite, oder ein weiterer zweiter Bereich in einer Mitte zwischen den beiden anderen Seiten des Quadrats.
In weiteren Ausführungsformen kann mindestens ein zweiter Bereich über zumindest einen Abschnitt der Länge des Leiters so ausgebildet werden, dass er in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung des Leiters zumindest zwei erste Bereiche nicht vollständig voneinander trennt, vorzugsweise derart, dass die beiden ersten Abschnitte an mindestens einem Ende des Querschnittes des zweiten Bereiches miteinander (elektrisch leitend bzw. unmittelbar) verbunden sind. Bei entsprechenden Ausführungsformen werden die ersten Bereiche (in deren Querschnitt) also nicht vollständig elektrisch voneinander getrennt, sondern nur abschnittsweise. Gegebenenfalls kann eine solche Verbindung (Brücke) zwischen den beiden ersten Bereichen an beiden Enden des (jeweiligen) zweiten Bereiches im Querschnitt vorliegen. Bevorzugt ist es jedoch, dass sich der (jeweilige) zweite Bereich im Querschnitt über eine größere Strecke erstreckt als der sich an den zweiten Bereich (oder die sich an den zweiten Bereich) anschließende(n) Abschnitte (als gedachte Fortsetzung des jeweiligen zweiten Bereiches entlang einer geraden kürzesten Linie zu einem Rand des Querschnittes), an denen (dem) die beiden ersten Bereiche miteinander (unmittelbar) verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich erstreckt sich der (jeweilige) zweite Bereich im Querschnitt über mindestens 20 %, ggf. mindestens 50 % oder mindestens 90 % eines (jeweiligen) Durchmessers des Leiters (bzw. der Spule). Auf diese Art und Weise kann (können) eine (oder mehrere) Brücke(n) gebildet werden, die besonders bevorzugt vergleichsweise klein ausgebildet wird, und insgesamt die elektrischen Eigenschaften (unter Berücksichtigung einer Reduzierung von Wirbelstromeffekten) des Leiters verbessern.
Der mindestens eine (ggf. mehrerer oder alle) zweite(n) Bereich(n) kann (können) in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung mindestens eine (vorzugsweise gerade) Linie (mit einer Linienstärke größer 0) ausbilden, weiter vorzugsweise mindestens zwei (vorzugsweise gerade) Linie ausbilden, ggf. ein Kreuzmuster ausbilden.
In Ausführungsformen können mindestens zwei zweite Bereiche ausgebildet werden, die in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung nicht miteinander verbunden sind, wobei die mindestens zwei zweiten Bereiche vorzugsweise jeweils mindestens eine (insbesondere gerade) Linie ausbilden und/oder parallel zueinander ausgebildet werden.
Der mindestens eine zweite Bereich kann in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung des Leiters (der Wicklung) eine (zumindest im Wesentlichen) geschlossene Kurve ausbilden. Die (zumindest im Wesentlichen) geschlossene Kurve kann (vollständig) ohne Unterbrechung ausgebildet sein oder mit Unterbrechung(en) ausgebildet werden. Optional vorhandene Unterbrechungen machen jedoch vorzugsweise weniger als 40 %, ggf. weniger als 20 % oder weniger als 10 % der Kurve (betrachtet als Gesamt-Kurve einschließlich Unterbrechung/en) aus. Eine derartige (geschlossene) Kurve kann sich vorzugsweise vergleichsweise nahe an einem Rand des (jeweiligen) Querschnittes befinden bzw. dort verlaufen und/oder (zumindest im Mittel) mindestens 2-mal, oder mindestens 5-mal so nahe an einem Rand verlaufen wie am Mittelpunkt (bzw. Flächenschwerpunkt des Querschnittes). Die (zumindest im Wesentlichen) geschlossene Kurve kann eine Form aufweisen, die einer Außenlinie des jeweiligen Querschnitts des Leiters entspricht (oder abweichend davon). Wenn also der Querschnitt des Leiters beispielsweise (zumindest im Wesentlichen) rechteckförmig ist, gilt dies vorzugsweise auch für die Form der Kurve. Wenn der Querschnitt des Leiters (der Wicklung) rund ist gilt dies vorzugsweise auch für die Form der Kurve. Vorzugsweise ist ein Querschnitt des Leiters (senkrecht zu der Längsrichtung) zumindest abschnittsweise konstant, insbesondere in mindestens einem aktiven Abschnitt. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Querschnitt nicht über die Länge (im jeweiligen Abschnitt) variiert, insbesondere hinsichtlich seiner Größe und/oder Form und/oder Orientierung. Besonders bevorzugt bleibt der Querschnitt des Leiters (senkrecht zu der Längsrichtung) in einem oder mehreren Abschnitten (über die Länge des Leiters) konstant, in denen der mindestens eine zweite Bereich (über die Länge des Leiters) rotiert. In konkreten Ausführungsformen kann dies für sämtliche Abschnitte gelten, in denen der zweite Bereich über die Länge des Leiters rotiert.
Vorzugsweise bildet der Leiter in einer Projektion auf eine Ebene, in der die Längsrichtung liegt, zumindest abschnittsweise, insbesondere innerhalb eines oder mehrerer Abschnitte der Länge, in denen der mindestens eine zweite Bereich über die Länge des Leiters rotiert, zwei parallele Geraden, die (durch den Leiter) ausgefüllt werden. Alternativ oder zusätzlich sind in einer solchen Projektion Längsränder des Leiter(-Abschnittes) vorzugsweise gerade und/oder nicht wellenförmig und/oder nicht mit periodischen Unregelmäßigkeiten versehen.
Alternativ oder zusätzlich ist der Leiter in einer derartigen Projektion (zumindest abschnittsweise) nicht so ausgestaltet, dass er ein Wellenmuster ausbildet und/oder Rücksprünge und/oder Vorsprünge aufweist.
In Ausführungsformen kann der Leiter mindestens einen End- und/oder Kopfabschnitt aufweisen, in denen kein zweiter Bereich vorgesehen ist bzw. die entsprechenden ersten Bereiche (die in anderen Längs-Abschnitten voneinander durch einen jeweiligen zweiten Bereich getrennt sind) nicht mehr voneinander getrennt sind und insofern einen gemeinsamen (leitenden) Bereich ausbilden. Vorzugsweise ist ein Querschnitt des jeweiligen ersten und/oder zweiten Bereiches (senkrecht zu der Längsrichtung) zumindest abschnittsweise konstant, insbesondere in mindestens einem aktiven Abschnitt. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Querschnitt nicht über die Länge (im jeweiligen Abschnitt) variiert, insbesondere hinsichtlich seiner Größe (Querschnittsfläche) und/oder Form (wobei eine Orientierung ggf. gleichzeitig rotiert). Zumindest abschnittsweise kann der (jeweilige) zweite Bereich porös ausgebildet werden und/oder nichtverschmolzenes Pulver aufweisen.
Der (jeweilige) zweite Bereich kann zumindest abschnittsweise durch einen (vorzugsweise gefüllten, z. B. gasgefüllten und/oder mit einem flüssigen und/oder festen Material gefüllten) Hohlraum bzw. Zwischenraum ausbilden.
Der (jeweilige) zweite Bereich kann während der additiven Herstellung durch Multimaterialverarbeitung eingebracht werden beispielsweise derart, dass der oder die jeweilige/n erste/n Bereiche/n durch Zufuhr eines ersten Materials bereitgestellt werden und der oder die jeweilige/n zweite/n Bereiche/n durch Zufuhr eines davon abweichenden Materials, beispielsweise mit geringerer Leitfähigkeit.
Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein dreidimensionales Bauteil mit mindestens einem Leiter (insbesondere mit mindestens einer Leiter- Wicklung, insbesondere Spule für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator), hergestellt nach dem obigen Verfahren. Insbesondere sollen in Bezug auf das dreidimensionale Bauteil oben erläuterte einzubringende Strukturen tatsächlich vorliegen.
Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor oder Generator, umfassend ein dreidimensionales Bauteil der obigen Art.
Der nachfolgend erläuterte zweite und/oder dritte Aspekte kann/können vorzugsweise mit den obigen Aspekten bzw. Merkmalen kombiniert werden (wobei dabei eine Unterteilung des Leiters in erste und mindesten einen zweiten Bereich hierbei nur optional ist).
Als optional unabhängiger, vorzugsweise aber weiterbildender (zweiter) Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine (mittlere) Querschnittsfläche im Bereich eines Wickelkopfes einer erfindungsgemäßen Wicklung (bzw. Spule) größer ist als eine (mittlere) Querschnittsfläche in den Abschnitten der Wicklung (Spule) zwischen den Wickelköpfen (bzw. im aktiven Bereich der Wicklung/Spule). Eine Querschnittsfläche kann beispielsweise mindestens 1,2-mal, vorzugsweise mindestens 1,5-mal, ggf. mindestens 5-mal so groß sein.
Als optional unabhängiger, vorzugsweise aber weiterbildender (dritter) Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Leiter (bzw. die Wicklung/Spule) im Bereich des Wickelkopfes verjüngt (bzw. dünner und/oder abgeplattet) ausgebildet werden und/oder mindestens einen zweiten Bereich aufweisen kann (insbesondere eine freibleibende Trennung als zweiten Bereich), der (ggf. nur) im Bereich des Wickelkopfes vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine geometrische Verwindung vorliegen (die beispielsweise nur im Bereich des Wickelkopfes angeordnet ist).
Durch derartige Maßnahmen können negative Effekte aufgrund von Wirbelströmen und/oder Skin-Effekten reduziert werden. Insbesondere kann auch der Bereich des Wickelkopfs (wo üblicherweise ein größerer Bauraum vorhanden ist im Vergleich zu den aktiven Bereichen) effektiv ausgenutzt werden.
Durch eine Vergrößerung des Querschnitts im Bereich des Wickelkopfs kann auf einfache Art und Weise der Widerstand des Leiters (Strangwiderstand) reduziert werden (und zwar durch eine Vergrößerung des Querschnitts dort, wo entsprechender Platz zur Verfügung steht). Es kann eine Verlust-Reduzierung ermöglicht werden.
Erfindungsgemäß wird es insbesondere auf vergleichsweise einfache Art und Weise erreicht, unerwünschte Wirbelstromeffekte zu reduzieren und/oder einen Leiterwiderstand zu reduzieren. Besonders bevorzugt kann dazu mindestens eine Trennstruktur (mindestens ein zweiter Bereich) eingesetzt werden, die über die Länge des Leiters rotiert. Durch additive Herstellung (z. B. selektives Laserschmelzen) ist es möglich, derartige Leiter auch in vergleichsweise kleinen Motoren einzusetzen (beispielsweise einem Traktionsmotor eines Elektroautos). Zudem ist es möglich, innerhalb eines Leiters (einer Wicklung) eine Vereinzelung und Zusammenführung von leitenden bzw. ersten Bereichen (nach einer vorbestimmten Länge) durchzuführen.
Besonders bevorzugt können derartige rotierende zweite Bereiche bei einer (effektiven) maximalen Ausfüllung eines Nutquerschnittes eines Blechpaketes hergestellt werden. Eine derartige Rotation des jeweiligen zweiten Bereiches kann nicht oder nur durch eine leichte Schlitzung an Flanken des jeweiligen Leiters erkennbar sein.
Ein (maximaler) Querschnitt, insbesondere in einem aktiven Bereich kann gleich bleiben. Eine Nutprojektion kann komplett ausgefüllt werden. Ggf. können alle Nutquerschnitte (ideal) ausfüllbar sein bzw. ausgefüllt werden.
Grundsätzlich ist es ein Teil des erfindungsgemäßen Konzeptes eine vergleichsweise schlecht leitende Trennschicht zwischen mehrere Leiter-Segmente auszubilden. Dadurch kann eine (teilweise) elektrische Trennung erzielt werden.
Konkret kann eine solche Trennung durch eine Graduierung des Materials erfolgen. Beispielsweise können Parameter bzw. Schmelzvektoren bei der additiven Herstellung so angepasst werden, dass an einem Übergangsbereich eine poröse und/oder versinterte Übergangsschicht entsteht, die Restpulver enthalten kann und aufgrund von nichtverschmolzenen Bestandteilen eine elektrische Isolierung bewirkt.
Beispielsweise kann ein (jeweiliger) zweiter Bereich dadurch entstehen, dass Aufbaumaterial durch eine Bestrahlungsquelle nicht bestrahlt wird oder mit geänderten Parametern der Strahlungsquelle oder einer Ablenkeinheit, z.B. mit verringerter Leistung und/oder höherer Scangeschwindigkeit, insbesondere so dass sich zweite Bereiche ergeben, in denen keine (vollständige) Aufschmelzung und/oder Verbindung zur vorhergehenden Schicht des Aufbaumaterials erfolgt.
Alternativ oder zusätzlich kann das jeweilige (leitende) Material geometrisch getrennt werden, beispielsweise durch einen Zwischenraum (so dass z. B. Luft eine Trennschicht ausbildet).
Alternativ oder zusätzlich kann eine Isolierung durch Infiltrieren erfolgen. Trennschichten (bzw. ein jeweiliger zweiter Bereich) können beispielsweise durch nachträgliches Einbringen eines Isolierwerkstoffes erzeugt und/oder verstärkt werden. Es kann weiterhin auch eine Isolierung (elektrische Trennung) durch ein Multimaterial erfolgen. Beispielsweise kann ein Isoliermaterial (Isolierwerkstoff) im (additiven) Fertigungsprozess durch additive Multimaterialverarbeitung eingebracht werden. Dabei ist es möglich, dass sowohl Isoliermaterial als auch leitendes Material zur gleichen Zeit (additiv) verarbeitet werden. Denkbar ist auch, dass bereits durch die Abwärme eines (Metall-)Schmelzprozesses eine Versinterung oder ein Aufschmelzen des Isoliermaterials erfolgt.
Durch den (jeweiligen) zweiten Bereich können vorzugsweise mehrere erste Bereiche (zumindest im aktiven Bereich der elektrischen Maschine) vorhanden sein. Besonders eine Verdrehung (bzw. Verdrillung) zumindest im aktiven Bereich hat eine vergleichsweise geringe Verlustleistung zur Folge.
Insbesondere bei einem Hairpin-Motor (also einem elektrischen Motor mit mindestens einer Hairpin-Wicklung und/oder Massivkupferwicklung), kann mittels der erfindungsgemäßen (wirbelstromreduzierenden) Maßnahmen eine Reduktion einer Gesamtzahl von Wicklungen (bzw. Leitern) pro Nut erreicht werden. Damit kann auch eine (Gesamt-)Masse (z. B. Gesamt-Kupfermasse) pro Nut vergrößert werden, so dass wiederum der Wirkungsgrad des Motors verbessert wird. Selbst (hochfrequente) Motoren mit nur einem Leiter pro Nut werden ermöglicht. Ein damit verbundener Vorteil ist beispielsweise ein geringerer Montageaufwand. Motoren können in Hochfrequenten Bereichen gleiche Leistungen mit einem so hergestellten Leiter erzielen wie bisher nur mit mehreren Leitern möglich.
Höhere Leistung können erzielt werden, da weniger Leiter pro Nut vorgesehen werden können und damit ein höherer Kupferfüllfaktor erreicht wird.
Eine weitere Möglichkeit ist die Bereitstellung (beispielsweise einzelner) wirbelstromoptimierter Leiter, die (z. B. neben konventionellen Leitern) in einem Motor die Gesamtperformance verbessern. Diese können auch in einer Serienfertigung von Elektromotoren eingebracht werden und somit den Motor durch eine (sequenzielle) Integration verbessern, insbesondere können Verluste verringert werden.
Eine gemoetrische Verwindung des Leiters kann einfach oder mehrfach über die Länge des Leiters (zumindest im aktiven Bereich) durchgeführt werden. Beispielsweise können bei einer Frequenz von 1000 Hz die Wirbelstromverluste halbiert werden, was wiederum eine Verbesserung des Wirkungsgrades von etwa 2 % des Elektromotors zur Folge hat.
Um die (beispielsweise durch Schlitzung oder andere hier beschriebene Trennungsstrukturen bzw. Trennungsebenen) erfolgte Querschnittsverringerung der jeweiligen leitenden Bereiche (bzw. ersten Bereiche) zu kompensieren, kann eine Querschnittsvergrößerung vorgenommen werden (beispielsweise, ggf. ausschließlich im Bereich des Wickelkopfes).
Der Strangwiderstand einer elektrischen Maschine (eines Elektromotors) entspricht dem Gesamtwiderstand einer Phase. Ein entsprechender Hairpin-Motor kann dreiphasig konfiguriert sein. Ein Strangwiderstand ist maßgeblich vom Leiterquerschnitt abhängig. Der Widerstand vergrößert sich, je kleiner der Leiterquerschnitt wird. In einem aktiven Bereich bestehen nur vergleichsweise wenige Möglichkeiten einen Leiterquerschnitt zu vergrößern, was beispielsweise auf die nötige Eisenmasse eines Blechpaketes zurückzuführen ist. In einem Wickelbereich hingegen kann der Leiterquerschnitt (nahezu beliebig) vergrößert werden, was den gesamten Strangwiderstand reduziert und damit die Motorleistung verbessert. Querschnittsvergrößerungen um mindestens das Doppelte und um mindestens das Dreifache sind denkbar.
Um einen vergleichsweise schmalen Querschnitt (im Bereich des Wickelkopfs) zu erhalten, kann eine Teilung des Leiters am Wickelkopf durchgeführt werden. Auch hier kann eine (geometrische) Verdrillung (mit mindestens einem entsprechenden zweiten Bereich) durchgeführt werden.
Das Aufbaumaterial kann vorzugsweise zu mindestens 30 Gew. -%, insbesondere zu mindestens 90 Gew.-% umfassen: Ein Metall oder mehrere Metalle, vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung; und/oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung; und/oder Eisen oder eine Eisenlegierung. Jedes der genannten Metalle kann mindestens 10 Gew.-% oder mindestens 50 Gew.-% oder mindestens 90 Gew.-% des Aufbaumaterials ausbilden.
Generell kommen verschiedene additive Fertigungsverfahren im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Frage. Besonders bevorzugt wird ein pulverbettbasierendes Fertigungsverfahren eingesetzt.
In einem pulverbett-basierenden Fertigungsverfahren kann in einer Ebene Pulver aufgetragen werden, wobei Strukturen innerhalb der Ebene bestrahlt werden. Durch die Bestrahlung kann eine Aufschmelzung des Pulvers mit anschließender Abkühlung erfolgen. Die Bestrahlung kann mittels einer Bestrahlungsquelle, z. B. Laser, Elektronenstrahl und/oder Lichtbogen erfolgen.
Alternativ kann in einem Pulverzufuhrsystem nur in dem Bereich, der verfestigt werden soll, Pulver für die benötigte Schichtdicke aufgebracht werden und durch eine Bestrahlung (mittels Laser, Elektronenstrahl und/oder Lichtbogen) verfestigt werden.
Bei einem Drahtzufuhrsystem kann anstelle eines pulverförmigen Materials ein Aufbaumaterial in Drahtform bereitgestellt werden. Der Draht kann mittels Bestrahlungsquelle (Laser, Elektronenstrahl und/oder Lichtbogen) aufgeschmolzen und abgekühlt werden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
Fig. la eine erfindungsgemäße Statorwicklung mit rotierenden Trennbereichen zwischen Leiterabschnitten (Leitersträngen);
Fig. lb eine Schnittdarstellung der Ausführungsform nach Fig. 1;
Fig. 2a-2c Querschnitte durch verschiedene erfindungsgemäße Leiter im Querschnitt;
Fig. 3a-3c Schrägansichten der Leiter gemäß den Fig. 2a-2c; Fig. 4a eine schematische Darstellung eines Leiters in einer Schnittansicht;
Fig. 4b eine schematische Darstellung eines Leiters in Schrägansicht;
Fig. 4c eine weitere Ausführungsform eines Leiters in einer Darstellung analog Fig. b;
Fig. 5 eine Serie von drei Querschnitten desselben Leiters;
Fig. 6 eine weitere Serie von drei Querschnitten eines Leiters;
Fig. 7 eine weitere Serie von drei Querschnitten eines Leiters;
Fig. 8 eine weitere Serie von drei Querschnitten eines Leiters;
Fig. 9 eine weitere Serie von drei Querschnitten eines Leiters;
Fig. 10 eine weitere Serie von drei Querschnitten eines Leiters;
Fig. 11 einen schematischen Querschnitt eines Leiters;
Fig. 12 einen schematischen Querschnitt eines Leiters;
Fig. 13 einen schematischen Querschnitt eines Leiters;
Fig. 14 eine Serie von drei Querschnitten desselben Leiters;
Fig. 15 eine Serie von drei Querschnitten desselben Leiters;
Fig. 16 ein schematischer Querschnitt eines Leiters;
Fig. 17 ein schematischer Querschnitt eines Leiters;
Fig. 18 ein schematischer Querschnitt eines Leiters;
Fig. 19 ein Ausschnitt eines Leiters; Fig. 20 ein Ausschnitt eines Leiters; und
Fig. 21 eine schematische Schrägdarstellung einer Hairpin-Wicklung.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Fig. la zeigt eine Schrägdarstellung einer Statorwicklung (teilweise im Schnitt). Die Statorwicklung bildet einen Leiter 10. Der Leiter umfasst erste Bereiche 14 sowie zweite Bereiche 15. Die zweiten Bereiche 15 sind hier linienartig dargestellt und trennen die dazwischenliegenden ersten Bereiche voneinander. Weiterhin rotieren die zweiten Bereiche 15 über die Längsrichtung des Leiters (was weiter unten noch näher erläutert wird). Fig. lb zeigt eine entsprechende Schnittdarstellung.
Fig. 2a-2c zeigen Querschnitte von erfindungsgemäßen Leitern mit entsprechenden (weiter unten noch näher erläuterten) ersten Bereichen 14 und (hier linienförmig gezeichneten) zweiten Bereichen 15.
Die Leiter gemäß Fig. 2a-2c sind in einer Schrägansicht in Fig. 3a-3c dargestellt. Wie man dort erkennt, rotieren die zweiten Bereiche 15 (und damit auch die ersten Bereiche 14) über die Länge (in Fig. 3a-3c, von oben nach unten) des jeweiligen Leiters. Dabei kann der jeweilige Querschnitt (hinsichtlich von Form und Größe) konstant bleiben.
In Fig. la ist erkennbar, dass der Leiter 10 mindestens einen (bzw. mehrere) aktive Abschnitte 8 aufweist, die in entsprechenden (Stator-) Nuten 7 verlaufen. Außerhalb der Stator-Nuten 7 befindet sich mindestens ein (bzw. mehrere) weitere Abschnitte 9 (Wickelkopf-Abschnitte bzw. inaktive Abschnitte).
Die Abschnitte 9 können mit den nachfolgend erwähnten ersten und/oder dritten Abschnitt gleichgesetzt werden. Die Abschnitte 8 können mit dem nachfolgend erwähnten zweiten Abschnitt gleichgesetzt werden
Fig. 4a zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Leiters in einer Schnittansicht. Der Leiter umfasst einen ersten Abschnitt 11, einen zweiten Abschnitt 12 und einen dritten Abschnitt 13. Bei dem zweiten Abschnitt 12 handelt es sich vorzugsweise um einen aktiven Abschnitt (eine Wicklung bzw. Spule in einer elektrischen Maschine). Bei dem ersten Abschnitt 11 und/oder dritten Abschnitt 13 kann es sich um einen Wickelkopf handeln.
Wie in Fig. 4a erkennbar ist der Leiter gemäß Fig. 1 im zweiten Abschnitt 12 segmentiert. Der zweite Abschnitt 12 umfasst (hier vier) erste Bereiche 14, von denen zwei schwarz und zwei weiß dargestellt sind, sowie (hier drei, ein vierter könnte analog den Figuren 4b bzw. 4b ausgebildet sein bzw. es könnte sich insgesamt ein gemeinsamer kreuzförmiger zweiter Bereich ausbilden) zweite Bereiche 15. Die zweiten Bereiche 15 sind (gegenüber den ersten Bereichen 14) bereichsweise dünn und trennen die ersten Bereiche (strukturell und elektrisch) voneinander. Dazu weisen die zweiten Bereiche 15 eine (ggf. erheblich) geringere Leitfähigkeit auf gegenüber den ersten Bereichen 14.
Fig. 4b zeigt einen Leiter in einer Schrägansicht. Dieser weist einen kreuzförmigen zweiten Bereich 15 auf, der den Leiter (im gezeigten Abschnitt) in vier erste Bereiche unterteilt.
Fig. 4c zeigt einen Leiter, der grundsätzlich wie derjenige in Fig. 2 aufgebaut ist, mit folgenden Unterschieden. Der kreuzförmige zweite Bereich 15 rotiert hier (über die Länge des Leiters, bzw. in Fig. 3 von unten nach oben), so dass die Lage der ersten Bereiche 14 in Abhängigkeit vom Ort des Schwerpunkts (innerhalb des jeweiligen Querschnitts) variiert bzw. über die Länge rotiert.
In Fig. 4c ist die Rotation der ersten Bereiche 14 bzw. des zweiten Bereiches 15 (dessen Randlinienverlauf 15a hier erkennbar ist) über die Länge des Leiters (bzw. des gezeigten Abschnittes) schematisch dargestellt.
Fig. 5 zeigt eine Serie von drei Querschnitten durch denselben Leiter versetzt über dessen Länge. Auch hier liegt ein kreuzförmiger zweiter Bereich 15 vor, der vier erste Bereiche 14 voneinander trennt. Der Leiter kann hier konkret dem in Fig. 4c dargestellten Leiter entsprechen. Fig. 6 zeigt eine abweichende Lösung mit einem geraden zweiten Bereich 15, der zwei erste Bereiche 14 voneinander trennt. Über die Länge des Leiters hinweg rotiert auch hier der zweite Bereich 15, so dass sich die Lage des jeweiligen ersten Bereichs (bzw. des jeweiligen Querschnitts) ändert bzw. mit-dreht.
Fig. 7 zeigt eine Serie von Querschnitten einer weiteren Ausführungsform eines Leiters. Hier liegt eine Vielzahl von zweiten Bereichen (hier: schwarz dargestellt) vor, die entsprechend eine Vielzahl von ersten Bereichen (hier: weiß dargestellt) voneinander abgrenzen. Die zweiten Bereiche (hier kann es sich beispielsweise um mindestens drei oder mindestens 10 oder mindestens 20 zweite Bereiche handeln) sind allesamt zueinander parallel.
Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 2-7 weisen allesamt einen (kreis-)runden Querschnitt auf (was jedoch nicht zwingend ist).
In Fig. 8 ist demgegenüber ein rechteckförmiger Querschnitt gezeigt. Beispielhaft weist die Ausführungsform gemäß Fig. 8 wiederum einen kreuzförmigen zweiten Bereich 15 auf, der hier also wieder vier erste Bereiche 14 voneinander trennt. Der kreuzförmige zweite Bereich rotiert so, dass auch die jeweiligen ersten Bereiche (über die Länge des Leiters bzw. des entsprechenden Abschnittes desselben hinweg) rotieren.
Fig. 9 zeigt eine Lösung, in der die zweiten Bereiche (hier: schwarz dargestellt) ein (hexagonales) Punkt-Muster ausbilden, so dass auch entsprechende erste Bereiche (hier: weiß dargestellt) ausgebildet werden. Auch hier findet eine Rotation über die Länge des Leiters bzw. des entsprechenden Abschnittes desselben statt.
In Fig. 10 ist ein gitterförmiger zweiter Bereich (hier: schwarz dargestellt) gezeigt, der entsprechend (innerhalb der einzelnen Zellen des Gitters) eine Vielzahl von ersten Bereichen (hier: weiß dargestellt) (beispielsweise mindestens 10 oder mindestens 100 oder mindestens 200 erste Bereiche) ausbildet. Auch hier rotiert die zweite Struktur 15 über die Länge des Leiters.
In den Figuren 11 bis 18 werden erste Bereiche weiß und zweite Bereiche schwarz dargestellt. Fig. 11 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Leiters.
Hier erstreckt sich der zweite Bereich nicht ganz zwischen zwei Randabschnitten des Leiters, so dass eine Brücke 17 zwischen den beiden ersten Bereichen 14 verbleibt. Der Leiter weist hier einen rechteckförmigen Querschnitt (mit abgerundeten Ecken) auf, das jedoch nicht zwingend ist (genauso wenig wie bei den nachfolgenden Fig. 12-18).
Fig. 12 zeigt wiederum einen rechteckförmigen Leiter mit einem kreuzförmigen zweiten Bereich. Dieser schließt nur an einem (von vier) Kreuz-Enden an einen Rand des Leiters an. Die übrigen drei Kreuz-Enden haben einen Abstand zum jeweils benachbarten Randabschnitt. Ein Abstand zum jeweils benachbarten Randabschnitt kann in Fig. 12 (wie auch in Fig. 11) vergleichsweise klein ausfallen, beispielsweise weniger als 10 % derjenigen Länge des zweiten Bereiches 15 betragen, gemäß der sich der zweite Bereich 15 in dieselbe Richtung erstreckt (die auch den Abstand definiert).
Fig. 13 zeigt wiederum einen rechteckförmigen Querschnitt eines Leiters. Hier ist der zweite Bereich 15 im Querschnitt sternförmig ausgebildet und setzt sich im Querschnitt aus drei sich kreuzenden Linien zusammen. Jede Einzellinie grenzt an einem Ende unmittelbar an einen entsprechenden Randabschnitt an und weist an ihrem gegenüberliegenden einen Abschnitt gegenüber dem Randabschnitt des Leiters auf.
Fig. 14 zeigt einen zweiten Bereich 15 analog Fig. 11. Konkret ist hier eine Serie von drei Querschnitten (über die Länge des Leiters) gezeigt. Der zweite Bereich 15 rotiert hier über die Länge des Leiters.
Fig. 15 zeigt einen Leiter mit rechteckförmigem Querschnitt (was auch hier nicht zwingend ist). Konkret sind hier drei verschiedene Querschnitte des Leiters (über dessen Länge) gezeigt. Weiterhin lässt sich entnehmen, dass sich die einzelnen zweiten Bereiche 15 hinsichtlich ihrer Lage und/oder Länge ändern können (hier illustriert durch den Vergleich von Fig. 15, linke Abbildung zu Fig. 15, mittlere Abbildung) und/oder zusätzlich zweite Bereiche 15 hinzukommen können bzw. sich zweite Bereiche zu einem gemeinsamen zweiten Bereich zusammenschließen (siehe Fig. 15, rechte Abbildung). Fig. 16 zeigt einen Querschnitt eines Leiters mit einem zweiten Bereich 15, der eine geschlossene Kurve ausbildet. Die Kurve ist vergleichsweise nahe an einem Rand des Leiters und bildet die Form des Querschnitts des Leiters nach.
Fig. 17 zeigt eine Ausführungsform analog Fig. 16, wobei jedoch die gezeigte Kurve durch Brücken 17 unterbrochen ist und insofern zwei zweite Bereiche 15 ausgebildet werden. Weiterhin ist auch ein Abschnitt zwischen zweiten Bereichen 15 und äußerem Rand des Leiters an zwei Stellen unterbrochen.
Fig. 18 zeigt eine Ausführungsform analog Fig. 16 und 17, wobei die in Fig. 16 und 17 gezeigte Kurve hier durch vier zweite Abschnitte 15 gebildet wird, die gegeneinander durch entsprechende Brücken getrennt werden.
Fig. 19 zeigt eine schematische Ansicht einer Wicklung mit einem vergrößerten Wickelkopf 21.
Fig. 20 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Wickelkopfes 21. Der Wickelkopf 21 ist hierbei unterteilt, insbesondere um den Strangwiderstand und Wirbelströme zu reduzieren.
Fig. 21 zeigt eine schematische Schrägansicht einer Hairpin-Wicklung für eine elektrische Maschine (Elektromotor). Der jeweilige Wickelkopf 21 ist hier im Querschnitt deutlich vergrößert.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass ein möglichst breiter Schutzumfang angestrebt wird. Insofern kann die in den Ansprüchen definierte Erfindung auch durch Merkmale präzisiert werden, die mit weiteren Merkmalen beschrieben sind (auch ohne dass diese weiteren Merkmale zwingend aufgenommen werden sollen). Explizit wird darauf hingewiesen, dass runde Klammern und der Begriff „insbesondere" im jeweiligen Kontext die Optionalität von Merkmalen hervorheben soll (was nicht im Umkehrschluss bedeuten soll, dass ohne derartige Kenntlichmachung ein Merkmal als im entsprechenden Zusammenhang zwingend zu betrachten ist).
Bezugszeichen
7 (Stator-) Nut
8 aktiver Abschnitt
9 inaktiver Abschnitt
10 Leiter
11 erster Abschnitt
12 zweiter Abschnitt
13 dritter Abschnitt
14 erster Bereich
15 zweiter Bereich
17 Brücke
21 Wickelkopf

Claims

26
Ansprüche Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einem elektrischen Leiter, insbesondere mit mindestens einer Leiter-Wicklung, vorzugsweise einer Spule, weiter vorzugsweise eines Hairpins, für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, durch schichtweises Aufbringen eines Aufbaumaterials und örtlich selektives Verfestigen des Aufbaumaterials durch eine Bestrahlung mit mindestens einem auf das Aufbaumaterial auftreffenden Strahl, derart, dass der Leiter erste Bereiche (14) und mindestens einen zweiten Bereich (15) umfasst, wobei die ersten Bereiche (14) in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung des Leiters zumindest teilweise durch den mindestens einen zweiten Bereich (15) getrennt sind, wobei der mindestens eine zweite Bereich (15) eine geringere Leitfähigkeit aufweist als die ersten Bereiche (15). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine zweite Bereich (15) zumindest in oder ausschließlich in aktiven Abschnitten des Bauteiles ausgebildet wird. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine zweite Bereich (15) elektrisch isolierend ausgebildet ist, vorzugsweise zumindest abschnittsweise durch ein elektrisch isolierendes Material ausgebildet wird und/oder zumindest abschnittsweise durch einen Hohlraum ausgebildet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine zweite Bereich (15) zumindest über einen Abschnitt der Länge des Bauteiles variiert wird, vorzugsweise hinsichtlich seiner Form und/oder seiner Ausdehnung und/oder seiner Orientierung. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine zweite Bereich (15) über zumindest einen Abschnitt der Länge des Leiters rotiert wird, vorzugsweise um mindestens 10° und/oder ohne seine Form zu ändern. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine zweite Bereich (15) über zumindest einen Abschnitt der Länge des Leiters so ausgebildet wird, dass er in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung des Leiters zumindest zwei erste Bereiche (14) vollständig voneinander trennt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine zweite Bereich (15) über zumindest einen Abschnitt der Länge des Leiters so ausgebildet wird, dass er in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung des Leiters zumindest zwei erste Bereiche (14) nicht vollständig voneinander trennt, insbesondere derart, dass die beiden ersten Abschnitte an mindestens einem Ende des Querschnittes des zweiten Bereiches (15) miteinander (unmittelbar) verbunden sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine zweite Bereich (15) in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung mindestens eine, insbesondere gerade, Linie ausbildet, vorzugsweise mindestens zwei, insbesondere gerade, Linien ausbildet, ggf. ein Kreuzmuster ausbildet. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei zweite Bereiche (15) ausgebildet werden, die in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung nicht miteinander verbunden sind, wobei die mindestens zwei zweiten Bereiche (15) vorzugsweise jeweils mindestens eine, insbesondere gerade, Linie ausbilden und/oder parallel zueinander ausgebildet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine zweite Bereich (15) in einem Querschnitt senkrecht auf die Längsrichtung des Leiters eine zumindest im Wesentlichen geschlossene Kurve ausbildet, die ohne Unterbrechungen ausgebildet sein kann oder mit Unterbrechungen ausgebildet sein kann, wobei ggf. vorhanden Unterbrechungen vorzugsweise weniger als 40 % der Kurve ausmachen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Querschnitt des Leiters senkrecht zu der Längsrichtung zumindest abschnittsweise konstant bleibt, insbesondere innerhalb eines oder mehrerer Abschnitte der Länge, in denen der mindestens eine zweite Bereich (15) über die Länge des Leiters rotiert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine zweite Bereich (15): zumindest abschnittsweise porös ausgebildet wird und/oder nicht verschmolzenes Pulver aufweist und/oder zumindest abschnittsweise durch einen, vorzugsweise gefüllten, z. B. gasgefüllten und/oder mit einem flüssigen und/oder festen Material gefüllten, Zwischenraum ausgebildet wird und/oder während der additiven Herstellung durch Multimaterialverarbeitung eingebracht wird. Dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einem Leiter, insbesondere mit mindestens einer Leiter-Wicklung, insbesondere Spule (17) für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder Generator, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 12. Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor oder Generator, umfassend ein dreidimensionales Bauteil nach Anspruch 13.
PCT/EP2021/071297 2020-08-06 2021-07-29 Verfahren zur additiven fertigung eines dreidimensionalen bauteiles mit mindestens einem elektrischen leiter WO2022029008A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21752523.7A EP4193451A1 (de) 2020-08-06 2021-07-29 Verfahren zur additiven fertigung eines dreidimensionalen bauteiles mit mindestens einem elektrischen leiter

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020120802.2A DE102020120802A1 (de) 2020-08-06 2020-08-06 Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Bauteiles mit mindestens einer Wicklung
DE102020120802.2 2020-08-06
DE102021105974.7 2021-03-11
DE102021105974 2021-03-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022029008A1 true WO2022029008A1 (de) 2022-02-10

Family

ID=77274782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/071297 WO2022029008A1 (de) 2020-08-06 2021-07-29 Verfahren zur additiven fertigung eines dreidimensionalen bauteiles mit mindestens einem elektrischen leiter

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4193451A1 (de)
WO (1) WO2022029008A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150076951A1 (en) 2013-09-16 2015-03-19 Hamilton Sundstrand Corporation Electric machine construction
DE102014201305A1 (de) 2014-01-24 2015-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Statorteils mit einer Hohlleiterspule
US20160013693A1 (en) * 2014-07-08 2016-01-14 Hamilton Sundstrand Corporation Strand layout for reduced ac winding loss
US20160013692A1 (en) * 2014-07-08 2016-01-14 Hamilton Sundstrand Corporation Stator winding assembly
US20160036277A1 (en) * 2014-08-04 2016-02-04 Hamilton Sundstrand Corporation Strand cross-section for high fill-factor electric machine windings
US20190148037A1 (en) * 2017-11-13 2019-05-16 Essex Group, Inc. Winding Wire Articles Having Internal Cavities
US20190260252A1 (en) * 2018-02-16 2019-08-22 Rolls-Royce Plc Metal coil fabrication

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150076951A1 (en) 2013-09-16 2015-03-19 Hamilton Sundstrand Corporation Electric machine construction
DE102014201305A1 (de) 2014-01-24 2015-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Statorteils mit einer Hohlleiterspule
US20160013693A1 (en) * 2014-07-08 2016-01-14 Hamilton Sundstrand Corporation Strand layout for reduced ac winding loss
US20160013692A1 (en) * 2014-07-08 2016-01-14 Hamilton Sundstrand Corporation Stator winding assembly
US20160036277A1 (en) * 2014-08-04 2016-02-04 Hamilton Sundstrand Corporation Strand cross-section for high fill-factor electric machine windings
US20190148037A1 (en) * 2017-11-13 2019-05-16 Essex Group, Inc. Winding Wire Articles Having Internal Cavities
US20190260252A1 (en) * 2018-02-16 2019-08-22 Rolls-Royce Plc Metal coil fabrication

Also Published As

Publication number Publication date
EP4193451A1 (de) 2023-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2688183B1 (de) Gießtechnisch hergestellte elektrische Spule
DE19806586C2 (de) Metallisierung für selbstheilenden Folienkondensator
EP2918005B1 (de) Zuverlässiger käfigläufer
DE102018127558A1 (de) Elektrische Maschine mit Statorwicklungen unterschiedlichen Querschnitts
EP2068426B1 (de) Elektrischer Wickelleiter mit rechteckigem Querschnitt
WO2020228890A1 (de) Stator für eine elektrische maschine mit bandförmiger wicklungseinheit für eine statorwicklung und verfahren zu dessen herstellung
DE102012218506A1 (de) Stableiterformen für elektrische Maschinen
WO2018109017A1 (de) Verfahren zur biegeumformung von strangprofilen
EP1722998B1 (de) Magnetpol für magnetschwebefahrzeuge
EP4193451A1 (de) Verfahren zur additiven fertigung eines dreidimensionalen bauteiles mit mindestens einem elektrischen leiter
DE102023102021A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Stators und Stator
WO2014015350A2 (de) Spulenwicklung
DE4328615A1 (de) Elektrischer Kondensator
DE69828650T2 (de) Abgeschrägte elektrode und verfahren zur spannungsverteilung auf hochspannungswindungen
WO2017041957A1 (de) Hohlleiter für eine elektrische maschine, elektrische maschine sowie herstellungsverfahren
DE102006049420A1 (de) Elektrische Maschine
EP3352236A1 (de) Verfahren zur fertigung einer zumindest zweiteiligen struktur, insbesondere eines halbzeugs für einen supraleiterdraht
EP2897256A1 (de) Isolierungssystem, Stator, elektrische Maschine, insbesondere Turbogenerator, sowie Verfahren zum Isolieren eines elektrischen Leitelements
DE19802759A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Leiterstäben
EP2871753B1 (de) Elektrische Maschine
DE102019122335A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Rotors für eine elektrische Asynchronmaschine sowie Rotor
EP4049511A1 (de) Elektrische heizeinrichtung, insbesondere für mobile anwendungen
DE102019103116A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Formstabs für eine Formstabwicklung einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug, Formstab sowie elektrische Maschine
DE102017201294A1 (de) Verfahren zum Herstellen von Peltierelementen sowie eines thermoelektrischen Wärmeübertragers
WO2016062566A1 (de) Supraleitendes leiterelement und verfahren zu dessen herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21752523

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2021752523

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE