DE-102022204818-B4 - Leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Maschine

Abstract

Leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Maschine, umfassend ein kranzförmiges Blechpaket (1) mit einer Vielzahl von radial angeordneten Nuten (N1, ..., N36) und eine Wellenwicklung mit mindestens einem ersten und einem zweiten kontinuierlichen, jeweils in einer Vielzahl an Umläufen durch benachbarte Nuten (N1, ..., N36) geführten Leiter (U1, U2), die in Parallel- oder Reihenschaltung verbunden sind und einen Leiterverbund bilden, wobei der Leiterverbund einen Nutsprung aufweist, bei dem der erste Leiter (U1) und der zweite Leiter (U2) jeweils eine gleiche Anzahl an Nuten (N1, ..., N36) überspannen und bei dem ein Lagenwechsel vorhanden ist, und der Leiterverbund mindestens einen Nutsprungwechsel aufweist, bei dem der erste Leiter (U1) und der zweite Leiter (U2) eine voneinander abweichende Anzahl an Nuten (N1, ..., N36) überspannen, so dass der erste Leiter (U1) und der zweite Leiter (U2) nach dem Nutsprungwechsel in ihrer Anordnung zueinander vertauscht sind, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb jedes Umlaufs des Leiterverbunds mindestens ein Nutsprungwechsel vorhanden ist, dass bei einem ersten Nutsprungwechsel der erste Leiter (U1) im Vergleich zum Nutsprung eine Nut (N1, ..., N36) mehr und der zweite Leiter (U2) im Vergleich zum Nutsprung eine Nut (N1, ..., N36) weniger überspannt und bei einem zweiten Nutsprungwechsel der erste Leiter (U1) im Vergleich zum Nutsprung eine Nut (N1, ..., N36) weniger und der zweite Leiter (U2) im Vergleich zum Nutsprung eine Nut (N1, ..., N36) mehr überspannt, wobei der zweite Nutsprungwechsel genau einen Umlauf vor oder nach dem ersten Nutsprungwechsel erfolgt, und dass bei einem dritten Nutsprungwechsel der erste Leiter (U1) im Vergleich zum Nutsprung zwei Nuten (N1, ..., N36) mehr und der zweite Leiter (U2) im Vergleich zum Nutsprung die gleiche Anzahl an Nuten (N1, ..., N36) überspringt oder der erste Leiter (U1) im Vergleich zum Nutsprung die gleiche Anzahl an Nuten (N1, ..., N36) und der zweite Leiter (U2) im Vergleich zum Nutsprung zwei Nuten (N1, ..., N36) weniger überspringt.

Inventors

• Kai Mehlstäubl
• Robin Michelberger
• Matthias Ebert

Assignees

• ZF FRIEDRICHSHAFEN AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20220517

Claims (7)

1. Leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Maschine, umfassend ein kranzförmiges Blechpaket (1) mit einer Vielzahl von radial angeordneten Nuten (N1, ..., N36) und eine Wellenwicklung mit mindestens einem ersten und einem zweiten kontinuierlichen, jeweils in einer Vielzahl an Umläufen durch benachbarte Nuten (N1, ..., N36) geführten Leiter (U1, U2), die in Parallel- oder Reihenschaltung verbunden sind und einen Leiterverbund bilden, wobei der Leiterverbund einen Nutsprung aufweist, bei dem der erste Leiter (U1) und der zweite Leiter (U2) jeweils eine gleiche Anzahl an Nuten (N1, ..., N36) überspannen und bei dem ein Lagenwechsel vorhanden ist, und der Leiterverbund mindestens einen Nutsprungwechsel aufweist, bei dem der erste Leiter (U1) und der zweite Leiter (U2) eine voneinander abweichende Anzahl an Nuten (N1, ..., N36) überspannen, so dass der erste Leiter (U1) und der zweite Leiter (U2) nach dem Nutsprungwechsel in ihrer Anordnung zueinander vertauscht sind, dadurch gekennzeichnet , dass innerhalb jedes Umlaufs des Leiterverbunds mindestens ein Nutsprungwechsel vorhanden ist, dass bei einem ersten Nutsprungwechsel der erste Leiter (U1) im Vergleich zum Nutsprung eine Nut (N1, ..., N36) mehr und der zweite Leiter (U2) im Vergleich zum Nutsprung eine Nut (N1, ..., N36) weniger überspannt und bei einem zweiten Nutsprungwechsel der erste Leiter (U1) im Vergleich zum Nutsprung eine Nut (N1, ..., N36) weniger und der zweite Leiter (U2) im Vergleich zum Nutsprung eine Nut (N1, ..., N36) mehr überspannt, wobei der zweite Nutsprungwechsel genau einen Umlauf vor oder nach dem ersten Nutsprungwechsel erfolgt, und dass bei einem dritten Nutsprungwechsel der erste Leiter (U1) im Vergleich zum Nutsprung zwei Nuten (N1, ..., N36) mehr und der zweite Leiter (U2) im Vergleich zum Nutsprung die gleiche Anzahl an Nuten (N1, ..., N36) überspringt oder der erste Leiter (U1) im Vergleich zum Nutsprung die gleiche Anzahl an Nuten (N1, ..., N36) und der zweite Leiter (U2) im Vergleich zum Nutsprung zwei Nuten (N1, ..., N36) weniger überspringt.
2. Leistungserzeugende Komponente nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der erste Leiter (U1) und der zweite Leiter (U2) jeweils einen bogenförmigen Wickelkopf (4) umfassen, der einen Scheitelpunkt mit einem S-förmigen Schlag (5) aufweist.
3. Leistungserzeugende Komponente nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass in einem Nutsprung die Wickelköpfe (4) des ersten und des zweiten Leiters (U1, U2) zueinander parallel angeordnet sind.
4. Leistungserzeugende Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die Nutsprungwechsel an dem Blechpaket (1) radial nebeneinanderliegend angeordnet sind.
5. Leistungserzeugende Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass der dritte Nutsprungwechsel einen Umlauf nach dem ersten und/oder dem zweiten Nutsprungwechsel erfolgt.
6. Leistungserzeugende Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass die Wellenwicklung mehrere Phasen aufweist, die jeweils aus einem oder mehreren Leiterverbünden zusammengesetzt sind.
7. Wellenwicklung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Einsetzen in eine leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Maschine.

Description

Die Erfindung betrifft eine leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Maschine, wie einen Rotor oder einen Stator eines Elektromotors. Die leistungserzeugende Komponente umfasst ein kranzförmiges Blechpaket mit einer Vielzahl von radial angeordneten Nuten und eine Wellenwicklung mit mindestens einem ersten und einem zweiten kontinuierlichen, jeweils in einer Vielzahl an Umläufen durch benachbarte Nuten geführten Leiter, die in Parallel- oder Reihenschaltung verbunden sind und einen Leiterverbund bilden. Der Leiterverbund weist einen Nutsprung auf, bei dem der erste Leiter und der zweite Leiter jeweils eine gleiche Anzahl an Nuten überspannen und bei dem ein Lagenwechsel vorhanden ist. Ferner weist der Leiterverbund mindestens einen Nutsprungwechsel auf, bei dem der erste Leiter und der zweite Leiter eine voneinander abweichende Anzahl an Nuten überspannen, so dass der erste Leiter und der zweite Leiter nach dem Nutsprungwechsel in ihrer Anordnung zueinander vertauscht sind. Elektromotoren für Fahrzeuge bestehen aus einen Stator und einem Rotor als leistungserzeugende Komponenten. Beide dieser Bauteile werden aus voneinander isolierten, aufeinander geschichteten Blechen zusammengesetzt, die ein Blechpaket bilden und jeweils als Kranz ausgebildet sind, der umlaufende Nuten aufweist. Die Nuten werden von Leitern, in der Regel Kupferdrähten oder Leiterbündeln, umwickelt, so dass Wicklungen einer Spule gebildet werden. Eine Möglichkeit, diese Blechpakete zu wickeln, ist die Wellenwicklung. Dazu werden üblicherweise Wickelmatten vorbereitet, die in die Nuten eingesetzt und anschließend kontaktiert werden. Alternativ kann ein Blechpaket auch direkt umwickelt werden. Wichtig ist dabei, sämtliche Elemente des Elektromotors zum Beispiel durch Folien oder Papier voneinander zu isolieren. Abschließend werden die Nuten mit Deckschiebern verschlossen und zur besseren Haltbarkeit und Isolation mit einem Gießmedium vergossen. Bei der Wellenwicklung wird ein Leiter durch eine Nut geführt, überspannt eine festgelegte Anzahl an Nuten und wird durch eine weitere Nut geführt. Der mehrere Nuten überspannende Bereich des Leiters wird als Wickelkopf bezeichnet. Die leistungserzeugende Komponente der elektrischen Maschine bzw. des Elektromotors wird derart mit mehreren Leitern vollständig in mehreren Lagen umwickelt. Die Lage des Leiters ist dabei die radiale Position des Leiters innerhalb der jeweiligen Nut. Dabei ist es für eine Maximierung des Wirkungsgrads, hohe Laufruhe und eine hohe Robustheit notwendig, den Verlauf der einzelnen Leiter zueinander gezielt anzupassen. Dabei wird es unter anderem auch notwendig, dass einzelne Leiter ihre Lage in einem Nutsprung wechseln. Die DE 10 2014 223 202 A1 offenbart eine Wellenwicklung für einen Stator, wobei die Wellenwicklung zu je einer Phase der Maschine wenigstens zwei untereinander in Parallel- und/oder Reihenschaltung verbundene Leiter aufweist, die mit vorgegebenem Wickelschritt in einer zu jeder Phase und zu je einem magnetischen Pol entlang des Umfangs der Maschine vorgegebenen Reihenfolge in einer Anzahl wenigstens zweier aufeinanderfolgender Statornuten jedes magnetischen Pols und jeder Phase der Maschine anordenbar sind. Die vorgegebene Reihenfolge der verbundenen Leiter ist an wenigstens einer Position entlang des Umfangs der Maschine durch wenigstens einen Nutsprungwechsel, welcher in der DE 10 2014 223 202 A1 aber als Nutsprung definiert ist, vertauscht. Die Wickelköpfe des der Leiter sind hier bogenförmig ausgeführt und einmal um die eigene Achse verdreht. Das Problem dabei ist, dass die Leiter, welche einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, an dieser Stelle durch diese Drehung auftragen. So kommt es besonders bei Nutsprungwechseln dazu, dass die Leiter nicht mehr sauber geführt werden, und der Elektromotor an Wirkungsgrad und Laufruhe verliert. Als weitere Beispiele aus dem Stand der Technik hierzu kann US 2020/0280231A1 oder auch DE 10 2021 204 303 A1, wobei hier die Wicklung aus sogenannten Hairpins gebildet wird, genannt werden. Es ist die Aufgabe der Erfindung eine leistungserzeugende Komponente für einen Elektromotor bereitzustellen mit einem vergleichsweise besseren Wirkungsgrad und höherer Laufruhe. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für die eingangs beschriebene leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Maschine dadurch gelöst, dass innerhalb jedes Umlaufs des Leiterverbunds mindestens ein Nutsprungwechsel vorhanden ist. Diese im Vergleich zum Stand der Technik höhere Anzahl an Nutsprungwechseln erlaubt es, eine höhere Laufruhe und einen besseren Wirkungsgrad zu ermöglichen, da auf diese Weise eine hohe elektromagnetische Symmetrie erreicht wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Nutsprung bogenförmig ausgebildet und weist einen Scheitelpunkt mit einem S-förmigen Schlag auf. Um eine möglichst hohe Packungsdichte innerhalb der individuellen Nuten zu erreichen, werden zumeist Leiter mit einem rechteckigen Querschnitt verwendet. Auf diese