WO2023208825A1

WO2023208825A1 - Baugruppe für eine elektrische maschine

Info

Publication number: WO2023208825A1
Application number: PCT/EP2023/060616
Authority: WO
Inventors: Shkelzen Bekteshi; Florian Schulz
Original assignee: Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg
Priority date: 2022-04-25
Filing date: 2023-04-24
Publication date: 2023-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für eine elektrische Maschine. Die Baugruppe umfasst eine Spulenwicklung (8) mit einer Mehrzahl von Spulenwindungen (801) und Statorpole (7) eines Stators, die in mindestens zwei einander zugeordneten und zueinander beabstandeten Reihen (71-1, 72-2; 71-3, 71-4) angeordnet sind, wobei jeweils zwei einander zugeordnete Reihen (71-1, 72-2; 71-3, 71-4) zwischen sich einen Wicklungsraum (80, 80-1, 80-2) definieren. Es ist vorgesehen, dass die Spulenwicklung (8) abschnittsweise durch zueinander beabstandete Elemente (86) aus Fixationsmaterial im Wicklungsraum (80, 80-1, 80-2) fixiert ist, wobei die Elemente (86) aus Fixationsmaterial die Spulenwindungen (801) halten und sich jeweils an den Statorpolen (71) mindestens einer der Reihen (71-1, 72-2; 71-3, 71-4) abstützen, die den Wicklungsraum (80, 80-1, 80-2) begrenzen.

Description

Baugruppe für eine elektrische Maschine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einer solchen Baugruppe.

Eine Transversalflussmaschine ist eine rotierende elektrische Maschine, bei der sich ein relevanter magnetischer Fluss im Wesentlichen transversal beziehungsweise senkrecht zu einer Drehachse wenigstens eines Rotors der Transversalflussmaschine einstellt. Die Statorwicklung ist dabei als Umfangswicklung ausgeführt, die konzentrisch zur Drehachse des Rotors angeordnet ist. Die Transversalflussmaschine ist häufig als permanenterregte Synchronmaschine ausgeführt und kann für die Beaufschlagung mit einer einphasigen oder mehrphasigen Wechselspannung ausgebildet sein. Die Konstruktion der Transversalflussmaschine erlaubt es, magnetische und elektrische Kreise weitgehend unabhängig voneinander konstruieren zu können.

Es besteht ein Bedarf, die in einer Transversalflussmaschine oder anderen elektrischen Maschine eingesetzte Statorwicklung in effektiver Weise auszugestalten und zu positionieren. Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe mit einer Spulenwicklung bereitzustellen, die in einer elektrischen Maschine in effektiver Weise einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Danach betrachtet die vorliegende Erfindung eine Baugruppe für eine elektrische Maschine, beispielsweise eine Transversalflussmaschine, die eine Spulenwicklung mit einer Mehrzahl von Spulenwindungen und Statorpole eines Stators aufweist, wobei die Statorpole in mindestens zwei einander zugeordneten und zueinander beabstandeten Reihen angeordnet sind. Dabei definieren jeweils zwei einander zugeordnete Reihen zwischen sich einen Wicklungsraum.

Es ist vorgesehen, dass die Spulenwicklung abschnittsweise durch zueinander beabstandete Elemente aus Fixationsmaterial im Wicklungsraum fixiert ist, wobei die Elemente aus Fixationsmaterial die Spulenwindungen halten und sich jeweils an den Statorpolen mindestens einer der Reihen abstützen, die den Wicklungsraum begrenzen.

Danach beruht die vorliegende Erfindung auf dem Gedanken, zur Anordnung der Spulenwicklung im Wicklungsraum Elemente aus einem Fixationsmaterial einzusetzen, die zueinander beabstandet sind und sich an den Statorpolen abstützen. Die Elemente aus Fixationsmaterial dienen zum einen der Halterung und Positionierung der einzelnen Windungen der Spulenwicklung zueinander und zum anderen der Positionierung und Anordnung der Spulenwicklung im Wicklungsraum.

Dadurch, dass das Fixationsmaterial nicht über die gesamte Länge des Wicklungsraums ausgebildet ist, sondern lediglich abschnittsweise, wird eine zwar verlässliche, jedoch in definierten Grenzen flexible Befestigung der Spulenwicklung erreicht, die eine verlässliche Positionierung des Spulendrahts im Wicklungsraum in allen Betriebszuständen erlaubt und beispielsweise eine thermische Ausdehnung der Spule berücksichtigen kann. Über die Elemente aus Fixationsmaterial schwebt die Spulenwicklung gewissermaßen im Wicklungsraum und ist lediglich indirekt und abschnittsweise über die Elemente aus Fixationsmaterial im Wicklungsraum fixiert.

Die erfindungsgemäße Konstruktion vermeidet ferner durch die Verwendung einzelner Elemente aus Fixationsmaterial, die die Spulenwicklung im Wicklungsraum positionieren, einen physischen Kontakt der Spulenwicklung mit den Statorpolen und ermöglicht gleichzeitig die Vermeidung von Vibrationsschäden. Zur Vermeidung eines physischen Kontakts der Spulenwicklung mit den Statorpolen kann dabei zusätzlich eine mechanische Schutzschicht auf die Statorpole auf deren dem Wicklungsraum zugewandten Seite aufgebracht sein, beispielsweise Aramidpapier analog zur Verwendung von Nutpapieren in der Nut von Radialflussmaschinen.

Ein weiterer, mit der Erfindung verbundener Vorteil besteht darin, dass eine effektive Kühlung der Spulenwicklung möglich ist, da die Elemente aus Fixationsmaterial nur abschnittsweise die Spulenwicklung umgeben und fixieren und die Spulenwicklung zwischen diesen Elementen beispielsweise durch Luft oder ein anderes Kühlfluid gekühlt werden kann.

Der Begriff „Wicklungsraum“ ist im Sinne der vorliegenden Erfindung dahingehend zu verstehen, dass er nicht notwendigerweise den gesamten Wicklungsraum einer Spulenwicklung bezeichnet, sondern auch Teil-Wicklungsräume, die sich zu einem Gesamt- Wicklungsraum zusammensetzen.

Es wird darauf hingewiesen, dass der Wickeldraht, der die einzelnen Spulenwindungen und die Spulenwicklung insgesamt bildet, in an sich bekannter Weise mit einer Isolierung versehen ist. Durch die Dicke der Isolierung werden dabei die erforderlichen Isolationsabstände sichergestellt. Bei dem Wickeldraht handelt es sich beispielsweise um einen mit einer Windungsisolierung versehenen Rechteckleiter oder Rundleiter. Als Materialien für den Wickeldraht kommen beispielsweise Kupfer und Aluminium in Betracht. Weiterhin kann eine Nickelschutzschicht Anwendung finden, die eine Leiterkorrosion, insbesondere Oxidation, verhindert.

Allgemein gilt, dass die Elemente aus Fixationsmaterial die Spulenisolierung nicht eindrücken sollten. Dementsprechend ist entweder ein inkompressibles Material für die Isolierung oder ein relativ gesehen weicheres Material (beispielsweise ein Vergussmaterial) für die Elemente aus Fixationsmaterial vorgesehen.

So sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Elemente aus Fixationsmaterial durch ein Vergussmaterial gebildet sind. Bei dem Vergussmaterial handelt sich allgemein um ein Vergussmaterial, das witterungsbeständig ist und auch den Einflüssen eines Kühlmediums standhält. Beispielsweise handelt es sich bei dem Vergussmaterial um Silikon. Der Verguss wird beispielsweise durch eine 2-Komponenten Vergussmasse, insbesondere einen 2-Komponenten Silikonverguss bereitgestellt. Dabei ist gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Elemente aus Fixationsmaterial bzw. das Vergussmaterial eine Shore A Härte im Bereich zwischen 40 und 80, insbesondere im Bereich zwischen 50 und 70 aufweisen. Ein Vergussmaterial mit einer solchen Härte ist einerseits ausreichend fest, um die Spulenwicklung im Wicklungsraum sicher zu positionieren, und andererseits ausreichend weich, um die Spulenwicklung im Entwicklungsraum dämpfend zu lagern. Auch gibt bei Mikrobewegungen der Spule erst das Vergussmaterial nach, bevor die Isolation der Wicklungsdrähte angegriffen wird, wenn die Isolation mit einer höheren Härte ausgelegt ist.

Die Shore-Härte A ist dadurch definiert, dass ein definiertes Prüfgewicht für eine definierte Zeit mittels eines Eindringkörpers auf einen Werkstoff gedrückt wird. Als Eindringkörper wird ein federbelasteter Stift aus gehärtetem Stahl mit flacher Spitze verwendet. Die Eindringtiefe stellt ein Maß für die Shore-Härte A dar. Es handelt sich um ein Standardverfahren zur Messung der Materialhärte.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Elemente aus Fixationsmaterial scheibenförmig als Fixationsscheiben ausgebildet sind. Die einzelnen Scheiben stützen sich dabei jeweils an einem Statorpol ab.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Fixationsscheiben Öffnungen für die einzelnen Spulenwindungen aufweisen, wobei die einzelnen Spulenwindungen in den jeweiligen Öffnungen verlaufen und über die einzelnen Öffnungen in definierter Weise beabstandet und zueinander fixiert sind. Die Fixationsscheiben dienen auf diese Weise neben der Abstützung der Spulenwicklung insgesamt auch der individuellen Positionierung der einzelnen Spulenwindungen im Wicklungsraum, da die einzelnen Öffnungen die genaue Position der jeweiligen Spulenwindung definieren. Dabei ist es von Vorteil, wenn die durch die Öffnungen in der Fixationsscheibe gebildeten Materialstege eine typische Breite von 1 mm oder weniger aufweisen, um einen hohen Füllfaktor der Spule im Wicklungsraum zu erzielen.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Statorpole von zwei einander zugeordneten Reihen versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Elemente aus Fixationsmaterial sich nur an den Statorpolen der einen Umfangsreihe abstützen. Durch die versetzte Anordnung der Statorpole wird deren Kühlung verbessert, da nicht der eine Statorpole gewissermaßen im Windschatten des anderen Statorpols angeordnet ist. Die Elemente aus Fixationsmaterial stützen sich dabei in einer Ausgestaltung jeweils nur an einem Statorpol ab. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest einige der Elemente aus Fixationsmaterial sich an beiden der Reihen abstützen, die den Wicklungsraum begrenzen, wobei diese Elemente sich direkt an einem Statorpol der einen Reihe abstützen und einen Ansatz aufweisen, der sich an oder zwischen zwei benachbarten Statorpolen der anderen Reihe abstützt. Dies ermöglicht, die Elemente aus Fixationsmaterial in Längsrichtung der Spulenwicklung dauerhaft zu den Statorpolen zu positionieren.

Weiter kann vorgesehen sein, dass die Scheiben aus Fixationsmaterial fluchtend zu den Statorpolen angeordnet und dabei in Umfangsrichtung nicht breiter als die Statorpole ausgebildet sind. Beispielsweise weisen die Scheiben aus Fixationsmaterial die gleiche Breite wie die Statorpole auf.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Elemente aus Fixationsmaterial in den Bereichen, an denen sie sich an den Statorpolen einer Umfangsreihe abstützen, eine Form aufweisen, die der Form der Statorpole angepasst ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Statorpole gebogen ausgebildet sind und die Elemente aus Fixationsmaterial entsprechend der Form der Statorpole gebogene Anlageflächen aufweisen. Beispielsweise sind die Statorpolen C-förmig gebogen (mit einem geraden Mittelabschnitt und zwei davon beispielsweise um 90° abgewinkelten Endabschnitten) und sind die Elemente aus Fixationsmaterial als im Wesentlichen sechseckige Fixationsscheiben ausgebildet, wobei die Ecken der sechseckigen Fixationsscheiben abgerundet sein können.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Statorpole jeweils derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die zwei einander zugeordneten Reihen von Statorpolen radial beabstandet sind, wobei die radiale Richtung sich auf die Drehachse einer elektrischen Maschine bezieht, in der die Baugruppe anordbar ist, die Statorpole der radial inneren Reihe von radial außen betrachtet konkav gebogen sind und die Statorpole der radial äußeren Reihe von radial außen betrachtet konvex gebogen sind, so dass ihre einander zugewandten Abschnitte gemeinsam den Wicklungsraum definieren, wobei sie den Wicklungsraum quer zu einer Umfangsrichtung, entlang der sich die Statorwicklung erstreckt, begrenzen.

Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass die Statorpole in mindestens vier Reihen angeordnet sind, wobei jeweils zwei der Reihen einander zugeordnet sind und einen Teil- Wicklungsraum bilden, wobei die Teil-Wicklungsräume radial beabstandet in Umfangsrichtung verlaufen, und wobei in den Teil-Wicklungsräumen jeweils sich in Umfangsrichtung längs erstreckende Abschnitte der Spulenwicklung angeordnet sind (die an den umfangsseitigen Enden der Spulenwicklungen um 180° gebogen bzw. zurückgeführt werden). Dabei sind in den Teil-Wicklungsräumen jeweils sich in Umfangsrichtung erstreckende Abschnitte der Spulenwicklung angeordnet.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Statorpole sämtlicher Reihen in identischer Weise ausgebildet sind und die Statorpole der einander zugeordneten Reihen in umgekehrter Ausrichtung angeordnet. Hierdurch ist es lediglich erforderlich, eine Art von Statorpol herzustellen und bereitzuhalten.

Weiter kann vorgesehen sein, dass die Statorpole jeweils radial ausgerichtet sind und dabei radial ausgerichtete, in Umfangsrichtung beabstandete Seitenflächen aufweisen. Die radiale Ausrichtung der Statorpole erlaubt eine symmetrische Anordnung zu einer Drehachse einer elektrischen Maschine, in der die Baugruppe angeordnet ist, und ermöglicht eine effektive Kühlung durch ein radial strömendes Kühlungsmedium.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Spulenwicklung mindestens zwei in axialer Richtung zueinander beabstandete Wicklungspakete aufweist. Diese Ausgestaltung beruht auf dem Gedanken, die Spulenwicklung in zueinander beabstandete Wicklungspakete aufzuteilen. Hierdurch werden die Möglichkeiten einer Kühlung durch ein Kühlmedium verbessert, da dieses zwischen den beabstandeten Wicklungspaketen hindurchströmen kann. Jedes der Wicklungspakete enthält dabei eine Teilmenge der Gesamtzahl der Spulenwindungen.

Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Baugruppe des Weiteren: zwei axial beabstandete, nicht magnetische und nicht magnetisierbare Halteplatten, wobei die Statorpole sich zwischen den Halteplatten erstrecken, und die Enden der Statorpole Polköpfe bilden, die jeweils in einer der Halteplatten angeordnet sind.

Die Halteplatten stellen dabei eine Tragestruktur der erfindungsgemäßen Baugruppe bereit, die die Statorpole trägt. Die erfindungsgemäße Baugruppe kann dabei eine modulare, vorgefertigte Einheit darstellen, die in ein Volumen zwischen axial beabstandeten Außenwänden eines Rotors einer Transversalflussmaschine radial hineinragt.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Spulenwicklung der Transversalflussmaschine segmentiert ist, wobei in jeder Baugruppe ein Spulensegment realisiert ist und mehrere Baugruppen und Spulensegmente in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Transversalflussmaschine für einen Betrieb mit einer dreiphasigen Wechselspannung ausgelegt ist. Zu diesem Zweck ist jedes der Spulensegmente mit einer jeweiligen Phase der Wechselspannung beaufschlagt.

Allgemein gilt, die Baugruppe derart in einer Transversalflussmaschine angeordnet sein kann, dass jeweils zwei einander zugeordnete Reihen von Statorpolen radial beabstandet sind und die Reihen von Statorpolen sich jeweils in einer Umfangsrichtung erstrecken, wobei die radiale Richtung und die Umfangsrichtung sich auf ein zylindrisches Koordinatensystem der Transversalflussmaschine beziehen, in der die Baugruppe angeordnet ist, und wobei die Drehachse einer solchen Transversalflussmaschine eine axiale Richtung des zylindrischen Koordinatensystems definiert.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschine, die aufweist: einen mit Permanentmagneten versehenen Rotor, der eine Drehachse aufweist, die eine axiale Richtung, eine radiale Richtung und eine Umfangsrichtung definiert, einen Stator, der als aktive Bestandteile Statorpole und eine Spulenwicklung umfasst, wobei der Stator als Ringstruktur mit einer Vielzahl von Rippen ausgebildet ist, die in Umfangsrichtung aneinander angrenzen und die jeweils einen Kühlluftkanal zwischen sich ausbilden, die aktiven Bestandteile des Stators durch Baugruppen gemäß Anspruch 1 gebildet sind, und die Baugruppen durch die Rippen der Ringstruktur gehalten und positioniert sind.

Dabei sieht eine Ausgestaltung vor, dass der Rotor axial beabstandete Außenwände umfasst, die jeweils Permanentmagnete aufweisen oder integrieren, wobei die Baugruppen jeweils in ein Volumen zwischen den axial beabstandeten Außenwänden eines Rotors radial hineinragen. Dabei ist vorgesehen, dass der Rotor und der Stator einen sich in radialer Richtung erstreckenden und in Umfangsrichtung umlaufenden Luftspalt ausbilden (wobei ein Luftspalt-Normalvektor in die axiale Richtung zeigt).

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in einer teilweise geschnittenen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebseinheit, die eine Motoreinheit, eine Lagereinheit und eine Kupplungseinheit umfasst, wobei die Motoreinheit als Transversalflussmaschine mit außenlaufendem Rotor ausgebildet ist;

Figur 2 die Motoreinheit und die Kupplungseinheit der elektrischen Antriebseinheit der Figur 1 in einer teilweise geschnittenen, perspektivischen Ansicht;

Figur 3 die elektrische Antriebseinheit der Figur 1 in einer teilweise geschnittenen, perspektivischen Ansicht;

Figur 4 eine perspektivische Ansicht der Oberseite der elektrischen Antriebseinheit der Figur 1 ;

Figur 5 eine perspektivische Ansicht der Unterseite der elektrischen Antriebseinheit der Figur 1 ;

Figur 6 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebseinheit, die eine Transversalflussmaschine mit außenlaufendem Rotor und eine Lagereinheit entsprechend den Figuren 1 bis 5 umfasst, wobei die Transversalflussmaschine zwei Rotor-Stator-Baugruppen aufweist, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet und fest miteinander verbunden sind;

Figur 7 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Baugruppe, die an Rippen des Stators befestigt ist, wobei die Baugruppe axial beabstandete Halteplatten, zwischen den Halteplatten sich erstreckende Statorpole und eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Spulenwicklung umfasst;

Figur 8 die Baugruppe der Figur 7 in perspektivischer Darstellung;

Figur 9 eine Schnittansicht der Baugruppe der Figuren 7 und 8;

Figur 10 eine seitliche Darstellung einer Baugruppe entsprechend den Figuren 7 bis 9 unter besonderer Darstellung von Fixationsscheiben, die die Spulenwicklung im durch die Statorpole gebildeten Wicklungsraum fixieren, wobei die Fixationsscheiben sich jeweils an einem Statorpol abstützen; Figur 11 in einer Ansicht von oben die Spulenwicklung und die Fixationsscheiben der Baugruppe gemäß den Figuren 7 bis 10;

Figur 12 die Spulenwicklung und die Fixationsscheiben gemäß der Figur 11 in einer Seitenansicht; und

Figur 13 eine Ansicht von oben auf die untere Halteplatte der Baugruppe der Figuren 7 bis 12 unter Darstellung der in insgesamt vier Reihen angeordneten Statorpole, der Fixationsscheiben und der Spulenwicklung.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen in verschiedenen Ansichten ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebseinheit. Die elektrische Antriebseinheit umfasst eine elektrische Motoreinheit 1 , eine Lagereinheit 2 mit einer Abtriebswelle 21 und einem statischen Lagerteil 22 und eine Kupplungseinheit 3. Die drei Einheiten 1 , 2, 3 stellen modulare Einheiten dar, die gesondert herstellbar und über definierte mechanische Schnittstellen miteinander verbindbar sind, wie noch ausgeführt wird. Die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels bezieht sich auf sämtliche der Figuren 1 bis 5, sofern nicht auf bestimmte der Figuren konkret Bezug genommen wird.

Die elektrische Motoreinheit 1 umfasst einen Rotor 11 und einen Stator 12. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Motoreinheit 1 als Transversalflussmaschine ausgebildet, bei der der Rotor 11 als außenlaufender Rotor 11 ausgebildet ist. Solche Motoreinheiten 1 werden auch als Transversalflussmotoren bezeichnet.

Der Rotor 11 besitzt zwei axial beabstandete Außenwände 111 , 112, die jeweils in radialer Richtung ausgerichtete Permanentmagnete (nicht gesondert dargestellt) aufweisen oder integrieren. Die beiden Außenwände 111 , 112 sind durch eine radial äußere, stirnseitige Wand 113 miteinander verbunden. Der Stator 12 ist durch eine Ringstruktur mit einer Vielzahl von Rippen 120 ausgebildet, die in Umfangsrichtung aneinander angrenzen und die jeweils einen Kühlluftkanal 121 zwischen sich ausbilden. Die einzelnen Rippen 121 halten dabei die aktiven Bestandteile des Stators 12, die in dem durch die Außenwände 111 , 112 und die stirnseitige Wand 113 des Rotors 11 definierten Volumen 122 angeordnet sind. Bei den aktiven Komponenten des Stators handelt es sich insbesondere um Statorpole (auch als Statorjoche oder Eisenkerne bezeichnet) und Spulenwicklungen, wie noch ausgeführt wird. Dabei sind im Stator 12 mehrere Umfangswicklungen realisiert, die zur zentralen Symmetrieachse der Antriebseinheit in Umfangsrichtung im gleichen Abstand angeordnet sind. Bei einer solchen Ausgestaltung als Transversalflussmotor verläuft ein Luftspalt 131 zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 (nämlich der Luftspalt 131 zwischen den Permanentmagneten des Rotors 11 und den aktiven Bestandteilen des Stators 12) derart, dass der Luftspalt 131 sich in radialer Richtung erstreckt und dabei in Umfangsrichtung des Elektromotors 1 umläuft. Bei der beschriebenen Konstruktion sind dabei zwei Luftspalte vorgesehen, jeweils innenseitig angrenzend an die Außenwände 111 , 112.

Der Rotor 11 und der Stator 12 sind über ein axial vorderes Lager 141 und ein axial hinteres Lager 142 miteinander verbunden, so dass der Rotor 11 um den Stator 12 rotieren kann.

In alternativen Ausgestaltungen kann die Motoreinheit 1 mehrere Rotor-Stator-Baugruppen der beschriebenen Art aufweisen, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet und fest miteinander verbunden sind.

Die Lagereinheit 2 umfasst die Abtriebswelle 21 und das statische Lagerteil 22. Die Abtriebswelle 21 besitzt eine Dreh- und Längsachse (nicht gesondert dargestellt), die identisch mit der Symmetrieachse der Gesamtanordnung ist, wobei die Dreh- und Längsachse die axiale Richtung der Antriebseinheit definiert. Das statische Lagerteil 22 dient der Lagerung der Abtriebswelle 21. Hierzu umfasst die Lagereinheit 2 ein axial vorderes Lager 24 und ein axial hinteres Lager 25. Die Lager 24, 25 können derart ausgebildet sein, dass ein gewisses axiales Spiel der Abtriebswelle 21 zugelassen ist.

Der statische Lagerteil 22 besitzt eine Vielzahl von Rippen oder Versteifungen 27, die in Umfangsrichtung angeordnet sind. Weiter umfasst das statische Lagerteil 22 eine sich in radialer Richtung erstreckende Grundstruktur, beispielsweise eine Grundplatte 260, die an ihrem radial äußeren Bereich eine mechanische Schnittstelle 26 zur Verbindung der Lagereinheit 2 und damit der gesamten Antriebseinheit mit einer statischen Struktur, beispielsweise dem Flugwerk eines Flugzeugs, ausbilden kann. Die Grundstruktur kann statt durch eine Grundplatte 260 beispielsweise durch mehrere miteinander verbundene, sich radial erstreckende Arme gebildet sein.

Die rotationssymmetrische Abtriebswelle 21 umfasst ein axial vorderes Ende 211 , das mit einem Wellenzapfen 32 der Kopplungseinheit 3 gekoppelt ist und mittels der elektrischen Motoreinheit 1 angetrieben wird, wie noch ausgeführt wird. Der Wellenzapfen 32 kann dabei einteilig mit der Kupplungseinheit 3 ausgebildet sein. Weiter umfasst die Abtriebswelle 21 ein axial hinteres Ende 212, das eine Schnittstelle 23 zur Verbindung mit einer anzutreiben Last ausbildet. Beispielsweise kann über die Schnittstelle 23 ein Propeller als Last mit der Abtriebswelle 21 verbunden werden. Die Schnittstelle 23 umfasst dabei beispielsweise Öffnungen 231 zur Realisierung von Schraubverbindungen bzw. Bolzenverbindungen. Die Abtriebswelle 21 verbreitert sich konisch zwischen den axial vorderen Ende 211 und dem axial hinteren Ende 212. Die axiale Länge der Abtriebswelle 21 ist dabei größer als die axiale Bauhöhe von Motoreinheit 1 und Kupplungseinheit 3, so dass die Abtriebswelle 21 axial gegenüber letzteren vorsteht.

Dies ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen. Je nach Lagerwahl und Anwendung kann die Abtriebswelle 21 auch eine andere als eine konische Form aufweisen. Auch kann alternativ vorgesehen sein, dass die axiale Länge der Abtriebswelle 21 nicht über die axiale Bauhöhe der Motoreinheit 1 hinausgeht.

Die Abtriebswelle 21 ist in dem statischen Lagerteil 22 vormontiert, so dass Abtriebswelle 21 und Lagerteil 22 zusammen die modulare Lagereinheit 2 bilden.

Die Kopplungseinheit 3 dient dazu, das Drehmoment des Rotors 11 der Motoreinheit 1 auf die Abtriebswelle 21 zu übertragen. Dabei ist der Rotor 11 radial zu der Abtriebswelle 21 beabstandet. Dementsprechend weist die Kupplungseinheit 3 Kupplungsmittel auf, die sich in radialer Richtung zwischen dem Rotor 11 und der Abtriebswelle 21 erstrecken.

Diese Kupplungsmittel sind im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Kupplungsscheibe 31 bereitgestellt, wobei dies nicht notwendigerweise der Fall ist. Beispielsweise können die Kupplungsmittel alternativ durch eine Vielzahl von sich radial erstreckenden und in Umfangsrichtung beabstandete Streben bzw. Speichen gebildet sein, ähnlich einer Fahrradnabe, oder durch eine Diaphragmkupplung gebildet sein.

Die Kupplungsscheibe 31 ist radial außen mit dem Rotor 11 und radial innen mit der Abtriebswelle 21 gekoppelt. Die Kopplung der Kupplungsscheibe 31 mit dem Rotor 11 erfolgt über eine vordefinierte mechanische Schnittstelle 42, die Bolzen 421 umfasst, die den radial äußeren Rand 312 (siehe Figur 2) der Kupplungsscheibe 31 mit der axial vorderen Wand 112 des Rotors 11 drehfest verbinden.

Die Kopplung der Kupplungsscheibe 31 mit der Abtriebswelle 21 erfolgt über den bereits erwähnten Wellenzapfen 32. Dabei ist der radial innere Rand 311 (siehe Figur 2) der eine mittige Aussparung aufweisenden Kupplungsscheibe 31 über eine mechanische Schnittstelle 43, die Bolzen 431 umfasst, mit dem Wellenzapfen 32 drehfest verbunden. Der Wellenzapfen 32 umfasst einen axial vorstehenden Bereich 321 , der in das axial vordere Ende 211 der Abtriebswelle 21 hineinragt und aufgrund eines Formschlusses zwischen dem Wellenzapfen 32 und dem axial vorderen Ende 211 der Abtriebswelle 21 ein Drehmoment auf die Abtriebswelle 21 überträgt. Zusätzlich kann eine mechanische Verbindung 44 mit Bolzen 441 zur drehfesten Verbindung zwischen dem Wellenzapfen 32 und dem axial vorderen Ende 211 der Abtriebswelle 21 vorgesehen sein. Der Wellenzapfen 32 kann alternativ in die Kupplungsscheibe 31 integriert sein.

Alternativ ist die Kupplungsscheibe 31 direkt mit der Abtriebswelle 21 verbunden, ohne die Zwischenschaltung eines Wellenzapfens 32.

Zur Verbindung von Motoreinheit 1 und Lagereinheit 2 ist eine mechanische Schnittstelle 41 vorgesehen, die die Motoreinheit 1 mit der Grundplatte 260 der Lagereinheit 1 mittels Bolzen 411 oder dergleichen verbindet (siehe Figur 2). Hierzu weist der Stator ein Halteblech 15 auf, das zum einen einen Flansch 151 zur Verbindung mit dem Stator 12 und zum anderen einen Flansch 152 zur Verbindung mit der Grundplatte 260 ausbildet, wie insbesondere anhand der Figur 2 erkennbar ist. In Ausgestaltungen kann das Halteblech 15 flexibel ausgelegt sein, um das dynamische Verhalten der Antriebseinheit zu verbessern.

Durch die Verwendung einer Kupplungseinheit 3 mit einer Kupplungsscheibe 31 kann eine Drehmomentübertragung vom Rotor 11 auf die Abtriebswelle 21 realisiert werden, die zum einen eine hohe Torsionssteifigkeit aufweist und die zum anderen im Hinblick auf laterale Kräfte, axiale Kräfte und/oder Biegekräfte, die von einer an die Abtriebswelle 21 angeschlossenen Last in die elektrische Antriebseinheit eingebracht werden, eine geringe Steifigkeit besitzt, so dass eingebrachte Kräfte wie Unwuchten durch die Kopplungseinheit 3 aufgenommen werden können, damit eine Entkopplung des Rotors 11 von solchen Kräften erfolgt und die Präzision und Symmetrie des Luftspaltes 131 zwischen dem Rotor 11 und dem Stator 12 nicht oder in nur geringer Weise durch solche Kräfte beeinflusst wird.

Die Figuren 4 und 5 zeigen in perspektivischer Ansicht die vollständige Antriebseinheit bestehend aus Motoreinheit 1 , Lagereinheit 2 und Kopplungseinheit 3. Dabei sind Verstärkungsrippen 27 der Lagereinheit 2, die in Umfangsrichtung beabstandet senkrecht auf der Grundplatte 260 stehen, in der der Figur 4 gut zu erkennen. In der Ansicht schräg von unten der Figur 5 ist die Kupplungsscheibe 31 zu erkennen, die an ihrem radial äußeren Rand 312 mit dem Rotor 11 oder ihrem radial inneren Rand 311 mit dem Wellenzapfen 32 verbunden ist. Die Figuren 6 bis 14 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, die vom Grundsatz her auf dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 5 basieren und in denen die aktiven Komponenten des Stators 12 und deren Anordnung näher dargestellt sind.

Die Figur 6 zeigt eine elektrische Antriebseinheit mit einer als Transversalflussmaschine ausgebildeten Motoreinheit 1 mit Rotor 11 und Stator 12 und mit einer Lagereinheit 2, die eine axial angeordnete, drehbare Abtriebswelle 21 und ein statisches Lagerteil 22, das die Abtriebswelle 21 lagert, umfasst. Die in den Figuren 1 bis 5 erläuterte Kupplungseinheit 3 ist in der Figur 6 nicht dargestellt, jedoch in entsprechender Weise enthalten. Die in der Figur 6 enthaltenen Bezugszeichen bezeichnen allgemein die gleichen Teile wie in Bezug auf die Figuren 1 bis 5 erläutert, sofern sich aus der nachfolgenden Beschreibung keine Unterschiede ergeben. Dies betrifft insbesondere die Ausbildung des Stator 12 als Ringstruktur mit einer Vielzahl von Rippen 120, die in Umfangsrichtung aneinander angrenzen und die jeweils einen Kühlluftkanal 121 zwischen sich ausbilden.

Die Figur 6 stellt auch die Drehachse 110 des Rotors 11 dar, die gleich der Drehachse der Abtriebswelle 21 ist und die Symmetrieachse der Konstruktion darstellt. Die Drehachse 110 definiert eine axiale Richtung x, eine radiale Richtung r und eine Umfangsrichtung.

Ein Unterschied zu den Figuren 1 bis 5 ergibt sich daraus, dass die Motoreinheit 1 der Figur 6 zwei Rotor-Stator- Baugruppen 1110, 1120 umfasst, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet und fest miteinander verbunden sind. Dementsprechend umfasst der Rotor 11 drei axial beabstandete Außenwände 111 , 112, 114, die jeweils Permanentmagnete 5 aufweisen oder integrieren, sowie zwei stirnseitige, radial äußere Wände 113, 115. Die Außenwände 111 , 112, 114 und die stirnseitigen Wände 113, 115 bilden dabei zwei axial beabstandete Volumen 122 der beiden Rotor-Stator-Baugruppen 1110, 1120, die jeweils die aktiven Bestandteile des Stators 12 der jeweiligen Baugruppe enthalten, entsprechend der Beschreibung des Volumens 122 der Figur 1.

Dabei wird darauf hingewiesen, dass die aktiven Bestandteile des Stators 12 durch die Rippen 120 gehalten und positioniert werden. Hierzu weisen die Rippen 120 Haltevorsprünge 123 auf, an denen eine in Bezug auf die Figuren 7 bis 14 erläuterte Funktionsbaugruppe befestigt ist, die in das Volumen 122 hineinragt (für jeder Rotor- Stator-Baugruppe 1110, 1120 gesondert). Die Permanentmagnete 5 des Rotors sind zur besseren Übersichtlichkeit nur auf der rechten Seite der Figur 6 dargestellt. Sie sind an den Innenseiten der Außenwände 111 , 112, 114 angeordnet. Zwischen ihnen und zugeordneten Statorpolen der genannten Funktionsbaugruppe verläuft der in der Figur 1 dargestellte Luftspalt 131.

Ein weiterer Unterschied der Figur 6 zu den Figuren 1 bis 5 ergibt sich daraus, dass die Figur 6 in größerem Detail Strukturen darstellt, die die Bereitstellung eines Kühlluftstroms durch die Kühlluftkanäle 121 und die im Volumen 122 angeordneten aktiven Bauteile des Stators 12 ermöglichen. Dabei gilt allgemein, dass die Transversalflussmaschine ein einer anzutreibenden Last zugewandtes erstes Ende 1010 und ein der anzutreibenden Last abgewandtes zweites Ende 1020 aufweist. Sie bildet in der Figur 6 an ihrem ersten Ende 1010 Öffnungen 101 aus, die einem Luftstrom 60 ermöglichen, in zunächst primär axialer Ausrichtung in die Motoreinheit einzutreten. Dies kann durch einen Lüfter 91 unterstützt werden, der allerdings optional ist. Beispielsweise stammt der Luftstrom von einem Propeller, der durch die Abtriebswelle 21 angetrieben wird.

Das der anzutreibenden Last abgewandte zweite Ende 1020 ist luftdicht verschlossen, um zu verhindern, dass einströmende Luft die Motoreinheit in axialer Richtung gleich wieder verlässt. Hierzu ist eine Abdeckplatte 102 vorgesehen, die schematisch dargestellt ist. Die Abdeckplatte 102 ist in der Figur 6 mit dem Stator 12 verbunden, könnte aber alternativ mit dem Rotor 11 verbunden sein (oder je nach Ausführung sogar durch eine Kupplungsscheibe 31 gemäß den Figuren 1 bis 5 gebildet sein).

Damit wird erreicht, dass der einströmende Luftstrom 60 durch die Kühlluftkanäle 121 und die im Volumen 122 angeordneten aktiven Bauteile des Stators als Luftstrom 61 radial nach außen strömt. Auch die radiale Luftströmung 61 kann durch Lüfter 92 optional unterstützt werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass die stirnseitige Wände 113, 115 des Rotors 11 mit radialen Öffnungen 116 versehen sind, die es ermöglichen, dass der Kühlluftstrom 61 in die Umgebung geleitet werden kann.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass Öffnungen in der Motoreinheit am der anzutreibenden Last abgewandten zweiten Ende 1020 ausgebildet sind, während das der anzutreibenden Last zugewandte erste Ende 1010 in diesem Fall luftdicht verschlossen ist. Hierzu sind die Öffnungen 101 durch Strukturen verschlossen. Eine weitere Alternative sieht vor, dass ein Kühlstrom bereitgestellt wird, der sich radial nach innen durch den Stator 12 erstreckt. Hierzu ist vorgesehen, dass ein Luftstrom am Außenumfang des Rotors, der beispielsweise von einem Propeller stammt, über Leitbleche umgelenkt und durch die Öffnungen 116 in der Wänden 113, 115 des Rotors 11 in den Stator 12 geleitet wird und von radial außen nach radial innen durch die im Volumen 122 angeordneten aktiven Bestandteile des Stators und die Kühlluftkanäle 121 strömt.

Die Figuren 7 bis 13 zeigen in größerem Detail anhand von Ausführungsbeispielen die aktiven Bauteile des Stators, die jeweils in den Volumen 122 der Figur 6 angeordnet sind. Hierzu umfasst der Stator gemäß der Figur 7 eine Baugruppe 9, die ein modulares, vorgefertigtes Bauteil darstellen kann. Die Baugruppe 9 erstreckt sich in radialer Richtung r und in Umfangsrichtung cp. Sie umfasst zwei axial beabstandete, nicht magnetische und nicht magnetisierbare Halteplatten 93, 94. Diese weisen radial innere

Befestigungsbereiche 930, 940 auf, an denen die Halteplatten 93, 94 mit einer Mehrzahl der Rippen 120 des Stators 12 verbunden sind. Dies erfolgt beispielsweise über die Haltevorsprünge 123 der Rippen 120, siehe Figur 6.

Zwischen den Halteplatten 93, 94 erstrecken sich Statorpole 71, deren Gesamtheit eine Eisenkernstruktur 7 des Stators bereitstellt. Die Statorpole 71 definieren einen sich im Umfangsrichtung erstreckenden Wicklungsraum 80, in dem eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Spulenwicklung 8 angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass ein durch die Kühlluftkanäle 121 (siehe Figur 6) strömender Luftstrom die Baugruppen 9 im Bereich zwischen den beiden Halteplatten 91, 92 radial durchströmt und dabei an den Statorpolen 71 und der Spulenwicklung 8 vorbei strömt.

Die die Statorpole 71 sind jeweils radial ausgerichtet. Sie weisen jeweils zwei radial ausgerichtete, in Umfangsrichtung beabstandete Seitenflächen 710, 720 auf, die beide durch einen Kühlluftstrom gekühlt werden.

Die Spulenwicklung 8 umfasst zwei axial beabstandete Wicklungspakete 81 , 82 in einem Teil-Wicklungsraum 80-1 und zwei axial beabstandete Wicklungspakete 83, 84 in einem Teil-Wicklungsraum 80-2, wobei die Wicklungspakete 81-84 jeweils sich längs in Umfangsrichtung erstreckende Abschnitte der Spulenwicklung 8 darstellen. Wie in der Figur 8 erkennbar, bilden die Wicklungspakete 81-84 eine Spulenwicklung 8, wobei die Figur 8 zusätzlich einen umgelenkten Abschnitt 85 der Spulenwicklung 8 darstellt, der die Wicklungspakete 81-84 verbindet. Ein entsprechender umgelenkter Abschnitt findet sich am anderen Ende der Spulenwicklung 8. Jeweils zwei der Wicklungspakete 81 , 82 und 83, 84 sind in axialer Richtung sowohl zueinander als auch zu den Halteplatten 93, 94 beabstandet, so dass sie an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite von Kühlluft umströmt werden können. Dies ist in der Figur 9 verdeutlicht. Danach bildet die Baugruppe 9 drei sich radial erstreckende und axial beabstandete Kühlluft-Strömungskanäle 67, 68, 69 zur Kühlung der Wicklungspakete 81 , 82 und 83, 84, wobei ein Kühlluft-Strömungskanal 67 angrenzend an die obere Halteplatte 93 verläuft, ein Kühlluft-Strömungskanal 68 im Bereich zwischen den Wicklungspaketen 81 , 83 und 82, 84 verläuft und ein Kühlluft-Strömungskanal 69 angrenzend an die unter Halteplatte 94 verläuft. Die Aufteilung der Wicklung in axial beabstandete Wicklungspakete 81-84 erhöht dabei die kühlbare Oberfläche der Wicklung. Dabei können in anderen Ausführungsvarianten auch mehr als zwei axial beabstandete Wicklungspakete vorgesehen sein. Auch kann alternativ auf axial beabstandete Wicklungspakete 81 , 82 und 83, 84 verzichtet werden, so dass in jedem Teil-Wicklungsraum 80-1 , 80-2 nur ein Wicklungspaket angeordnet ist.

Je zwei Wicklungspakete 81 , 82 und 83, 84 können gemäß den Figuren 7 und 9 jeweils durch ein Fixationsmaterial 86 im Wicklungsraum 80-1 , 80-2 fixiert sein, wobei das Fixationsmaterial sich allerdings nur geringfügig in Umfangsrichtung erstreckt (und somit scheibenförmig bzw. plattenförmig ausgebildet ist), um eine Kühlung durch den Kühlluftstrom nicht zu beeinträchtigen.

Es wird darauf hingewiesen, dass zur Vermeidung eines physischen Kontakts der Spulenwicklung 8 mit den Statorpolen 71 zusätzlich eine mechanische Schutzschicht auf die Statorpole 71 auf deren dem Wicklungsraum 80-1 , 80-2 zugewandten Seite aufgebracht sein kann, beispielsweise ein Aramidpapier analog zur Verwendung von Nutpapieren in der Nut von Radialflussmaschinen.

Erneut Bezug nehmend auf die Figur 7 ist zur Realisierung der Teil-Wicklungsräume 80-1 , 80-2 eine besondere Anordnung der Statorpole 71 vorgesehen. So sind die Statorpole 71 in vier Umfangsreihen 71-1 , 71-2, 71-3, 71-4 angeordnet sind, wobei jeweils zwei der Umfangsreihen 71-1 , 71-2 und 71-3, 71-4 einander zugeordnet sind und einen Teil- Wicklungsraum 80-1 , 80-2 bilden. Weiter ist vorgesehen, dass die Statorpole 71 von jeweils zwei einander zugeordneten Umfangsreihen 71-1 , 71-2 und 71-3, 71-4 jeweils im Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.

Weiter sind die Statorpole 71 gebogen. Sie sind beispielsweise C-förmig gebogen. Dabei sind die Statorpole 71 der jeweils radial inneren Umfangsreihe 71-1 , 71-3 von radial außen betrachtet konkav gebogen und sind die Statorpole 71 jeweils der radial äußeren Umfangsreihe 71-2, 71-4 von radial außen betrachtet konvex gebogen, so dass ihre einander zugewandten Abschnitte gemeinsam die Teil-Wicklungsräume 80-1 , 80-2 definieren. Dabei begrenzen die Statorpole 71 der jeweils zwei Reihen die Teil- Wicklungsräume quer zur Umfangsrichtung. Die Statorpole 71 sind hierzu in den einander zugeordneten Umfangsreihen 71-1 , 71-2 und 71-3, 71-4 in umgekehrter Ausrichtung angeordnet.

Weiter ist vorgesehen, dass die Enden der Statorpole 71 Polköpfe 72, 73 bilden (obere Polköpfe 72 und untere Polköpfe 73). Die Polköpfe 72, 73 grenzen an die Permanentmagnete 5 der Figur 8 an und sind von diesen nur durch einen Luftspalt getrennt (entsprechend dem Luftspalt 131 der Figur 1). Hierzu ist vorgesehen, dass die Polköpfe 72, 73 jeweils in einer der Halteplatten 93, 94 angeordnet sind und bündig mit deren Außenseiten 931 , 941 abschließen. Dementsprechend sind in den Figuren 7 bis 9 die oberen Polköpfe 72 in der Ebene der Außenseite 931 der oberen Halteplatte 93 zu erkennen.

In jeder Rotor-Stator-Baugruppe 1110, 1120 der Figur 6 sind mehrere Baugruppen 9 vorgesehen, die in Umfangsrichtung einander anschließen. Beispielsweise sind je Rotor- Stator-Baugruppe 1110, 1120 drei Baugruppen 9 vorgesehen, wobei die Spulenwicklung einer Baugruppe jeweils mit einer Phase einer dreiphasigen Wechselspannung beaufschlagt sind.

Im Folgenden wird anhand der Figuren 10 bis 13 die Anordnung der Spulenwicklung 8 in den Teil-Wicklungsräumen 80-1 , 80-2 (siehe insofern auch die Figuren 7 bis 9) unter Verwendung eines Fixationsmaterials 86 weitergehend erläutert. Die Figur 10 zeigt dabei eine Seitenansicht auf Teilelemente der Baugruppe, wobei die untere Halteplatte 94, zwei Reihen 71-1 und 71-3 von Statorpolen 71 , die Spulenwicklung 8 und Fixationsscheiben 86 dargestellt sind, die die Spulenwicklung 8 im Wicklungsraum 80-1 , 80-2 fixieren. Dabei wird gleichzeitig auf die Figuren 11 und 12 Bezug genommen, die nur die Spulenwicklung 8 zusammen mit den Fixationsscheiben 86 darstellen.

Gemäß den Figur 10 bis 12 ist eine Spulenwicklung 8 vorgesehen, die aus einzelnen Spulenwindungen 801 besteht, die ineinander übergehen und durch einen kontinuierlichen Wickeldraht gebildet sind. Die Spulenwindungen 801 bzw. die Spulenwicklung 8 weist jeweils sich in Umfangsrichtung bzw. Längsrichtung erstreckende Abschnitte 802, 803 auf, die jeweils in einem der Teil-Wicklungsräume 80-1 , 80-2 angeordnet sind. Die sich längs erstreckenden Abschnitte 802, 803 sind an den umfangsseitigen Enden umgebogen und bilden dort umgelenkte Abschnitte 85.

Wie in Bezug auf die Figuren 7 bis 9 erläutert, bildet die Spulenwicklung 8 dabei in jedem Teil-Wicklungsraum 80-1 , 80-2 zwei in axialer Richtung beabstandete Wicklungspakete 81 , 82, 83, 84 aus, so dass die Wicklungspakete besser gekühlt werden können. Dies ist jedoch nur optional.

Die Teil-Wicklungsräume 80-1 , 80-2 werden durch insgesamt vier Reihen von Statorpolen 71 gebildet, wobei jeweils zwei Reihen 71-1 , 71-2 bzw. 71-3, 71-4 von Statorpolen 71 einander zugeordnet sind und zwischen sich einen Teil-Wicklungsraum 80-1 bzw. 80-2 bilden. Die Statorpole 71 sind dabei wie in Bezug auf die Figuren 7-9 erläutert in den Halteplatten 93, 94 befestigt.

Die Spulenwicklung 8 ist abschnittsweise durch die Fixationsscheiben 86 im Teil- Wicklungsraum 80-1 , 80-2 fixiert, wobei die Fixationsscheiben 86 die einzelnen Spulenwindungen 801 halten und sich dabei jeweils an den Statorpolen 71 einer der Reihen abstützen, die den Wicklungsraum begrenzen. So stützen sich die Fixationsscheiben 86 im radial inneren Wicklungsraum 80-1 jeweils an einem Statorpol 71 der radial inneren Reihe 71-1 ab. Die Fixationsscheiben 86 im radial äußeren Wicklungsraum 80-2 stützen sich jeweils an einem Statorpol 71 der Reihe 71-3 ab. Die weiteren Reihen 71-2 und 71-4 sind in der Darstellung der Figur 10 ebenso wie die obere Halteplatte nicht dargestellt.

Die Fixationsscheiben 86 im jeweiligen Teil-Wicklungsraum 80-1 , 80-2 weisen zueinander den gleichen Abstand auf.

Zur Abstützung jeweils an einem Statorpol 71 weisen die Fixationsscheiben 86 eine Anlagefläche 861 auf, die der Form der Statorpole 71 angepasst ist. Dabei sind im dargestellten Ausführungsbeispiel die Statorpole 71 der Reihen 71-1 und 71-3 wie erläutert in einer Ansicht von radial außen betrachtet konkav gebogen. Konkret weisen die Statorpole 71 eine näherungsweise C-förmige Ausgestaltung auf, wobei sie einen geraden Mittelabschnitt 715 und zwei davon abgewinkelte Abschnitte 716, 717 aufweisen. Die Fixationsscheiben 86 sind dementsprechend im Wesentlichen sechseckig ausgebildet. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen. Weiter wird darauf hingewiesen, dass die Fixationsscheiben 86 jeweils fluchtend zu den Statorpolen 71 der jeweiligen Reihe 71-1 , 71-3 angeordnet und dabei nicht breiter als die Statorpole 71 ausgebildet sind. Beispielsweise weisen sie exakt die gleiche Breite wie die Statorpole 71 auf. Durch die fluchtende Anordnung wird ein Kühlfluidstrom, der die Statorpole 71 radial durchströmt, durch die Fixationsscheiben 86 nicht behindert.

Die einzelnen Fixationsscheiben 86 weisen eine Mehrzahl von einzelnen Öffnungen 860 für die einzelnen Spulenwindungen 801 auf, wobei jeweils eine Spulenwindung 801 durch eine der Öffnungen 860 der jeweiligen Fixationsscheibe 86 verläuft. Damit kann über die Anordnung der Öffnungen 860 in der Fixationsscheibe 86 definiert werden, wo im jeweiligen Teil-Wicklungsraum 80-1 , 80-2 und in welchem Abstand zueinander die einzelnen Spulenwindungen 801 verlaufen. Dabei können über die Öffnungen 860 auch die in axialer Richtung beabstandeten Wicklungspakete 81 , 82, 83, 84 definiert werden. So befinden sich beispielsweise in der in der Figur 10 linken Fixationsscheibe 86 des Teil- Wicklungsraums 80-1 die Öffnungen 860 für die Spulenwindungen 801 des axial vorderen Wicklungspakets 81 weiter oben (bzw. axial weiter vorne) als die Öffnungen 860 für die Spulenwindungen 801 des axial hinteren Wicklungspakets 82.

Die Fixationsscheiben 86 bestehen beispielsweise aus einem Material, das eine Shore A Härte im Bereich zwischen 50 und 70 aufweist. Als Material wird beispielsweise ein Vergussmaterial verwendet, beispielsweise ein Vergussmaterial auf Silikonbasis. Es handelt sich beispielsweise um eine 2-Komponenten Silikon-Vergussmasse. Bei Verwendung eines solchen Materials können die Fixationsscheiben 86 die Spulenwicklung 8 sicher im Wicklungsraum 80-1 , 80-2 positionieren und dabei gleichzeitig dämpfend lagern. Auch thermische Ausdehnungen der Spulenwicklung 8 können berücksichtigt werden.

Dabei wird darauf hingewiesen, dass eine Schädigung durch Abrasion zwischen den Fixationsscheiben 86 und der Spulenoberfläche zu vermeiden ist, wenn es zu einer Längsausdehnung der Spule aufgrund thermischer Ausdehnung kommt. Durch geeignete Materialwahl kann eine Reibung und damit eine Schädigung zwischen dem Fixationsmaterial und der Spulenisolierung minimiert werden. Zudem können weitere Fixierungselemente vorgesehen sein, welche diese Scherkräfte aufnehmen und einem Verrutschen der Spule oder der Fixationsscheiben entgegenwirken.

Gemäß den Figuren 10-12 kann vorgesehen sein, dass einige der Fixationsscheiben 86 eine Art Nase oder Ansatz 865 aufweisen, der sich radial nach außen erstreckt. Wie in Bezug auf die Figur 13 erläutert wird, dient dieser Ansatz 865 dazu, die Fixationsscheiben 86 zusätzlich im Wicklungsraum zu positionieren.

Die Figur 13 zeigt die Baugruppe in einer Ansicht von oben auf die untere Halteplatte 94. Es sind die vier Reihen 71-1 , 71-2, 71-3, 71-4 von Statorpolen 71 zu erkennen, die zwei Teil-Wicklungsräume 80-1 , 80-2 ausbilden. Die Spulenwicklung 8 ist durch einen kontinuierlichen, mit einer Isolationsschicht versehen Wicklungsdraht gebildet, der eine Vielzahl von Spulenwindungen 801 der Spulenwicklung 8 bildet. Die Spulenwicklung 8 ist durch die erläuterten Fixationsscheiben 86 im jeweiligen Teil-Wicklungsraum 80-1 , 80-2 fixiert. Dabei liegt eine Fixationsscheiben 86 jeweils fluchtend an einem Statorpol 86 einer der Reihen 71-2, 71-3 an.

Es wird darauf hingewiesen, dass in der Figur 13 abweichend von der Figur 10 die Fixationsscheiben 86 für den radial inneren Teil-Wicklungsraum 80-1 an den Statorpolen 86 der radial äußeren Reihe 71-2 anliegen. Alternativ könnten sie entsprechend der Figur 10 an den Statorpolen 86 der radial inneren Reihe 71-1 anliegen. Gemäß einer weiteren Alternative ist die Anzahl der Fixationsscheiben 86 verdoppelt und liegen diese abwechselnd an einem Statorpol 71 der radial inneren Reihe 71-1 und an einem Statorpol der radial äußeren Reihe 71-2 an. Diese Alternativen gelten in entsprechender Weise für den radial äußeren Teil-Wicklungsraum 80-2.

In der Ansicht von oben der Figur 13 sind die Fixationsscheiben 86 durch die jeweiligen Statorpole 86 weitgehend verdeckt, so dass man lediglich kleine Bereiche der Fixationsscheiben 86 erkennen kann.

Weiter ist zu erkennen, dass der Ansatz 865, den einige der Fixationsscheiben 86 ausbilden, jeweils zwischen zwei Statorpolen 71 der radial äußeren Reihe 71-4 zur Anlage kommt und somit die Fixationsscheiben 86 in Umfangsrichtung zwischen den Statorpolen 71 positioniert.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Weiter wird darauf hingewiesen, dass beliebige der beschriebenen Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale aus, die hier beschrieben werden und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.

Claims

Patentansprüche

1 . Baugruppe für eine elektrische Maschine, die aufweist: eine Spulenwicklung (8) mit einer Mehrzahl von Spulenwindungen (801), und

Statorpole (7) eines Stators, die in mindestens zwei einander zugeordneten und zueinander beabstandeten Reihen (71-1 , 72-2; 71-3, 71-4) angeordnet sind, wobei jeweils zwei einander zugeordnete Reihen (71-1 , 72-2; 71-3, 71-4) zwischen sich einen Wicklungsraum (80, 80-1 , 80-2) definieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung (8) abschnittsweise durch zueinander beabstandete Elemente (86) aus Fixationsmaterial im Wicklungsraum (80, 80-1 , 80-2) fixiert ist, wobei die Elemente (86) aus Fixationsmaterial die Spulenwindungen (801) halten und sich jeweils an den Statorpolen (71) mindestens einer der Reihen (71-1 , 72-2; 71-3, 71-4) abstützen, die den Wicklungsraum (80, 80-1 , 80-2) begrenzen.

2. Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (86) aus Fixationsmaterial durch ein Vergussmaterial gebildet sind.

3. Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergussmaterial eine 2-Komponenten Vergussmasse, insbesondere eine 2-Komponenten Silikon- Vergussmasse ist.

4. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (86) aus Fixationsmaterial eine Shore A Härte im Bereich zwischen 40 und 80, insbesondere im Bereich zwischen 50 und 70 aufweisen.

5. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (86) aus Fixationsmaterial scheibenförmig als Fixationsscheiben ausgebildet sind.

6. Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixationsscheiben (86) Öffnungen (860) für die einzelnen Spulenwindungen (801) aufweisen, wobei die einzelnen Spulenwindungen (801) in den Öffnungen (860) verlaufen und über die einzelnen Öffnungen (860) in definierter Weise beabstandet und zueinander fixiert sind.

7. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorpole (71) von zwei einander zugeordneten Reihen (71-1 , 72-2; 71-3, 71-4) versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Elemente (86) aus Fixationsmaterial sich an den Statorpolen (71) der einen Umfangsreihe (71-1 , 72-2; 71-3, 71-4) abstützen.

8. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Elemente (86) aus Fixationsmaterial sich an beiden der Reihen (71-3, 71-4) abstützen, die den Wicklungsraum (80-2) begrenzen, wobei diese Elemente (86) sich direkt an einem Statorpol (71) der einen Reihe (71-3) abstützen und einen Ansatz (865) aufweisen, der sich an oder zwischen zwei benachbarten Statorpolen (71) der anderen Reihe (71-4) abstützt.

9. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, soweit rückbezogen auf Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Fixationsscheiben (86) fluchtend zu den Statorpolen (71) angeordnet und dabei nicht breiter als die Statorpole (71) ausgebildet sind.

10. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (86) aus Fixationsmaterial in den Bereichen, an denen sie sich an den Statorpolen (71) einer Reihe abstützen, eine Form aufweisen, die der Form der Statorpole (71) angepasst ist.

11. Baugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorpole (71) gebogen ausgebildet sind und die Elemente (86) aus Fixationsmaterial entsprechend der Form der Statorpole (71) gebogene Anlageflächen (861) aufweisen.

12. Baugruppe nach Anspruch 11 , soweit rückbezogen auf Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixationsscheiben (86) sechseckig ausgebildet sind.

13. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorpole (71) jeweils gebogen ausgebildet sind, wobei die zwei einander zugeordneten Reihen (71-1 , 71-2; 71-3, 71-4) von Statorpolen (71) radial beabstandet sind, wobei die radiale Richtung sich auf die Drehachse einer elektrischen Maschine bezieht, in der die Baugruppe anordbar ist, die Statorpole (71) der radial inneren Reihe (71-1 , 71-3) von radial außen betrachtet konkav gebogen sind und die Statorpole (71) der radial äußeren Reihe (71-2, 71-4) von radial außen betrachtet konvex gebogen sind, so dass ihre einander zugewandten Abschnitte gemeinsam den Wicklungsraum (80, 80-1 , 80- 2) definieren, wobei sie den Wicklungsraum (80, 80-1 , 80-2) quer zu einer Umfangsrichtung, entlang der sich die Statorwicklung erstreckt, begrenzen.

14. Baugruppe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorpole (71) sämtlicher Reihen (71-1 , 71-2; 71-3, 71-4) in identischer Weise ausgebildet und die Statorpole (71) der einander zugeordneten Reihen (71-1 , 71-2; 71-3, 71-4) in umgekehrter Ausrichtung angeordnet sind.

15. Baugruppe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorpole (71) in mindestens vier Reihen (71-1 , 71-2, 71-3, 71-4) angeordnet sind, wobei jeweils zwei der Reihen (71-1 , 71-2; 71-3, 71-4) einander zugeordnet sind und einen Teil- Wicklungsraum (80-1 , 80-2) bilden, wobei die Teil-Wicklungsräume (80-1 , 80-2) radial beabstandet im Umfangsrichtung verlaufen, und wobei in den Teil-Wicklungsräumen (80-1 , 80-2) jeweils sich in Umfangsrichtung erstreckende Abschnitte (802, 803) der Spulenwicklung (8) angeordnet sind.

16. Baugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorpole (71) jeweils radial ausgerichtet sind und dabei radial ausgerichtete, in Umfangsrichtung beabstandete Seitenflächen (710, 720) aufweisen.

17. Baugruppe nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe des Weiteren umfasst:

- zwei axial beabstandete, nicht magnetische und nicht magnetisierbare Halteplatten (93, 94), wobei die Statorpole (71) sich zwischen den Halteplatten (93, 94) erstrecken, und die Enden der Statorpole (71) Polköpfe (72, 73) bilden, die jeweils in einer der Halteplatten (93, 94) angeordnet sind.

18. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung (8) mindestens zwei in axialer Richtung zueinander beabstandete Wicklungspakete (81 , 82; 83, 84) aufweist.

19. Elektrische Maschine, die aufweist: einen mit Permanentmagneten (5) versehenen Rotor (11), der eine Drehachse (110) aufweist, die eine axiale Richtung, eine radiale Richtung und eine Umfangsrichtung definiert, einen Stator (12), der als aktive Bestandteile Statorpole (71) und eine Spulenwicklung (8) umfasst, wobei der Stator (12) als Ringstruktur mit einer Vielzahl von Rippen (120) ausgebildet ist, die in Umfangsrichtung aneinander angrenzen und die jeweils einen Kühlluftkanal (121) zwischen sich ausbilden, die aktiven Bestandteile (71 , 8) des Stators (12) durch Baugruppen gemäß Anspruch 1 gebildet sind, und die Baugruppen durch die Rippen (120) der Ringstruktur gehalten und positioniert sind. Elektrische Maschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11) axial beabstandete Außenwände (111 , 112, 114) umfasst, die jeweils Permanentmagnete (5) aufweisen oder integrieren, wobei die Baugruppen jeweils in ein Volumen (122) zwischen den axial beabstandeten Außenwänden (111 , 112, 114) des Rotors (11) radial hineinragen.