Elektrische Maschine Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche einen ringförmigen Stator und einen innerhalb des Stators angeordneten Rotor aufweist.

Eine derartige elektrische Maschine wird beispielsweise bei einem elektrischen Verdichter eines Turboladers einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Ein Verdichter, der zur Aufladung der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, muss aufgrund des Wir ^¬ kungsgrades der Aerodynamik bei sehr hohen Drehzahlen betrieben werden. Diese liegen in einem Bereich von etwa 70000 Umdrehungen pro Minute bis zu 150000 Umdrehungen pro Minute.

Es ist bereits bekannt, die Statorwicklung einer elektrischen Maschine als konzentrierte Wicklung auszuführen, bei welcher die Spulen jeweils um einen Statorzahn gewickelt sind. Dies er- möglicht eine kompakte Bauweise, erzeugt aber ein räumlich betrachtet stark oberwellenhaltiges Statormagnetfeld. Dieses wiederum bewirkt hohe ohmsche Verluste im Rotor der elektrischen Maschine durch Wirbelströme. Es ist auch bereits bekannt, die Statorwicklung einer

elektrischen Maschine als verteilte Wicklung zu realisieren. Eine derartige verteilte Wicklung bildet einen Sinus besser nach als eine konzentrierte Wicklung. Bei einer Realisierung der Statorwicklung als verteilte Wicklung sind die Wirbelströme deutlich reduziert. Allerdings werden verteilte Wicklungen üblicherweise mittels der Einziehtechnik hergestellt oder mittels der sogenannten Hairpin-Technik aus Einzelleitern gesteckt und anschließend verschweißt. In beiden vorgenannten Fällen wird vergleichsweise viel Platz für die Wickelköpfe benötigt, da die Leiter beim Wicklungsaufbau aneinander vor ^¬ beigeführt werden müssen. Aus der DE 10 2013 207 469 AI ist eine elektrische Maschine bekannt, die einen ringförmigen Stator und einen innerhalb des Stators angeordneten Rotor aufweist. Der Stator weist ein Statoreisen auf. Dieses wiederum weist ein Statorjoch und Statorzähne auf. Ferner hat der Stator eine Statorwicklung, die toroidförmig um das Statorjoch verläuft, wobei das Statorjoch zur Aufnahme der Statorwicklung eine am Innenumfang des Statorj ochs vorgesehene Innennut und eine am Außenumfang des Statorj ochs vorgesehene Außennut aufweist. Des Weiteren ist an der

Statorwicklung ein Verguss derart vorgesehen, dass die

Statorwicklung durch den Verguss thermisch an das Statoreisen angebunden ist.

Aus der DE 10 2015 203 010 AI sind eine Hochgeschwindig- keitssynchronmaschine und ein zugehöriger Stator bekannt . Dieser Stator weist mehrere Wicklungen eines elektrisch leitfähigen Wickeldrahts um einen Ringkern und mindestens zwei Phasen auf. Der Ringkern ist aus mindestens zwei Ringkernsegmenten zusammengesetzt, wobei jede Phase auf mindestens einem Ring- kernsegment aufgewickelt ist. Dabei kann jede Teilwicklung um einen Spulenkörper gewickelt sein, der so ausgebildet ist, dass beim Zusammenbau ein Ringkernsegment in den Spulenkörper ge ^¬ steckt werden kann. Alternativ dazu kann jede Teilwicklung als eine selbsttragende Wicklung aus Backlack ausgeformt sein, die so ausgebildet ist, dass beim Zusammenbau eines der mindestens zwei Ringkernsegmente in die Wicklung eingeführt werden kann. Die Ringkernsegmente können über eine Schnappverbindung miteinander verbunden sein. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einen ringförmigen Stator und einen innerhalb des Stators angeordneten Rotor aufweisende elektrische Maschine anzugeben, bei welcher die Rotormagnetverluste reduziert sind. Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Eine elektrische Maschine gemäß der Erfindung weist einen ringförmigen Stator und einen innerhalb des Stators angeordneten Rotor auf, wobei der Stator in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Statorsegmenten und eine auf einen Wicklungsträger aufgebrachte Statorwicklung aufweist, wobei jedes Statorsegment in Um- fangsrichtung seitliche Aussparungen aufweist, in in Um- fangsrichtung benachbarten seitlichen Aussparungen benachbarter Statorsegmente ein Wicklungsträger mit toroidförmig aufge- brachter Statorwicklung eingebracht ist und die radiale Au ^¬ ßenseite der Statorwicklung von Statorsegmentaußenarmen einander benachbarter Statorsegmente derart teilweise umgeben ist, dass zwischen den Statorsegmentaußenarmen der beiden einander benachbarten Statorsegmente ein radial gerichteter Außenspalt gebildet ist.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Wicklungsinduktivität, die mit dem Rotor der elektrischen Maschine verkoppelt ist, klein gehalten werden kann, so dass der Rotor im Vergleich zum Stand der Technik nur kleineren Oberwellenamplituden des Statormagnetfeldes ausgesetzt ist. Diese Vorteile der Erfindung werden dadurch ermöglicht, dass durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale die außerhalb des Stators verlaufenden Rückleiter der Statorwicklung dazu genutzt werden, eine zusätzliche Induktivität bereitzustellen, deren B-Feld unabhängig vom Rotor ist , d.h. einen Weg nimmt, der nicht am Rotor entlang und auch nicht durch diesen hindurch führt. Durch eine geeignete Wahl der Länge und der Breite des im Anspruch 1 angegebenen Außenspalts, der zwischen den beiden Statorseg- mentaußenarmen benachbarter Statorsegmente vorgesehen ist und sich in Radialrichtung erstreckt, kann in vorteilhafter Weise die gewünschte Induktivität eingestellt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele für die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine Skizze zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine elektrische Maschine gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine vereinfachte Skizze zur Veranschaulichung des grundsätzlichen Aufbaus eines Statorsegments der in der Figur 1 gezeigten elektrischen Maschine, Figur 3 eine Skizze zur Veranschaulichung eines zweiten

Ausführungsbeispiels für eine elektrische Maschine gemäß der Erfindung,

Figur 4 eine Skizze zur Veranschaulichung einer vorgewickelten

Spule und

Figur 5 eine Skizze zur Veranschaulichung des grundsätzlichen

Aufbaus eines Statorsegments der in der Figur 3 gezeigten elektrischen Maschine,

Die Figur 1 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine elektrische Maschine gemäß der Erfindung . Die in der Figur 1 gezeigte elektrische Maschine 1 weist einen ringförmigen Stator 2 und einen innerhalb des Stators ange ^¬ ordneten Rotor 3 auf. Der Stator 2 weist in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Statorsegmenten 4 und eine auf einen Wicklungsträger 8 aufgebrachte Statorwicklung 9 auf. Jedes dieser Statorsegmente 4 ist einer der Phasen U, V oder W des Wechselstromsystems zugeordnet. Jedes dieser Statorsegmente 4 weist in Umfangs ^¬ richtung seitliche Aussparungen 7 auf. Des Weiteren sind die Wicklungsträger 8 in in Umfangsrichtung benachbarten seitlichen Aussparungen 7 benachbarter Statorsegmente 4 positioniert und jeweils mit einer toroidförmig aufgebrachten Statorwicklung 9 versehen . Die radiale Außenseite der Statorwicklung 9 ist von Stator- segmentaußenarmen 10 einander benachbarter Statorsegmente 4 derart teilweise umgeben, dass zwischen den Statorsegmentau- ßenarmen der beiden einander benachbarten Statorsegmente ein radial gerichteter Außenspalt 11 gebildet ist.

Die Länge und die Breite dieses Außenspalts 11 sind so gewählt, dass im Bereich außerhalb des Stators ein zusätzlicher Mag ^¬ netkreis gebildet ist, der eine vorgegebene, durch die Länge und die Breite des Außenspalts 11 bestimmte Induktivität aufweist. Folglich kann durch eine geeignete Wahl der Länge und der Breite des Außenspalts 11 außerhalb des Stators ein Magnetfeld ge ^¬ wünschter Größe aufgebaut werden. Dieses außerhalb des Stators gebildete Magnetfeld hat keinen Einfluss auf den innerhalb des Stators 2 angeordneten Rotor 3 der elektrischen Maschine, so dass das B-Feld bzw. die zugehörigen Oberwellenamplituden des zusätzlichen Magnetfeldes keine unerwünschten Auswirkungen auf den Rotor haben. Die Statorsegmentaußenarme 10 weisen in Umfangsrichtung der Statorsegmente jeweils dieselbe Länge auf.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Wicklungsträger 8 und das jeweilige Statorsegment 4 unterschiedliche Bauteile. Dies ermöglicht es, die Statorwicklung vor dem Zusammenbau des Stators extern auf den jeweiligen Wicklungsträger aufzuwickeln und dann den mit der Statorwicklung bewickelten Wicklungsträger auf das jeweilige Statorsegment aufzuschieben. Bei der in der Figur 1 gezeigten elektrischen Maschine handelt es sich um eine zweipolige Maschine, bei welcher die Stator ^¬ wicklung mittels eines Spulenwickelverfahrens auf einen Wi ^¬ ckelträger aufgebracht wird und bei welchem der bewickelte Spulenträger anschließend auf eines der insgesamt sechs Sta- torsegmente 4 aufgeschoben wird. Im danach erfolgenden letzten Fertigungsschritt werden die einzelnen Statorsegmente axial ineinandergeschoben . Wie bereits oben ausgeführt wurde, ist die radiale Außenseite der Statorwicklung nicht völlig von Statormaterial eingeschlossen, sondern es ist zwischen einander benachbarten Statorsegmenten jeweils ein sich in Radialrichtung erstreckender Außenspalt 11 vorgesehen. Durch eine geeignete Wahl der Länge und der Breite dieses Außenspalts 11 kann die gewünschte Außeninduktivität eingestellt werden.

Einander benachbarte Statorsegmente 4 sind in vorteilhafter Weise unter Verwendung von Befestigungsmitteln aneinander befestigt. Bei diesen Befestigungsmitteln handelt es sich beim gezeigten Ausführungsbeispiel um einen Rastvorsprung 12, der in eine Rastaussparung 13 des benachbarten Statorsegments eingesetzt ist.

Der Rastvorsprung 12 ist in vorteilhafter Weise durch den mit der Statorwicklung 9 bewickelten Wicklungsträger 8 hindurchgeführt.

Ein Vorteil einer wie vorstehend beschrieben ausgeführten elektrischen Maschine besteht darin, dass aufgrund des außerhalb des Stators gebildeten zusätzlichen Magnetkreises das innerhalb des Stators gebildete Statormagnetfeld, das mit dem Rotor der elektrischen Maschine verkoppelt ist, klein gehalten werden kann , so dass der Einfluss der Oberwellenamplituden von dem innerhalb des Stators gebildeten Magnetfeld auf den Rotor niedrig gehalten ist .

Die Figur 2 zeigt eine vereinfachte Skizze zur Veranschaulichung des grundsätzlichen Aufbaus eines Statorsegments 4 der in der Figur 1 gezeigten elektrischen Maschine. Insbesondere ist aus der Figur 2 ersichtlich, dass ein Statorsegment 4 in Umfangsrichtung seitliche Aussparungen 7 aufweist, in welche -wie oben be ^¬ schrieben wurde- der mit der Statorwicklung 9 bewickelte Wicklungsträger 8 eingesetzt werden kann. Des Weiteren ist ersichtlich, dass jedes Statorsegment in seinem radial äußeren Bereich Statorsegmentaußenarme 10 aufweist, so dass zwischen einander benachbarten Statorsegmentaußenarmen einander benachbarter Statorsegmente ein radial gerichteter Spalt gebildet werden kann. Wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, ist dieser Spalt mittig über der radialen Außenseite der Statorwicklung 9 positioniert . Die Figur 3 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine elektrische Maschine gemäß der Erfindung. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen zweipoligen, zwölfnutigen Stator. Auch die in der Figur 3 gezeigte elektrische Maschine 1 weist einen ringförmigen Stator 2 und einen innerhalb des Stators angeordneten Rotor 3 auf. Der Stator 2 weist in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Statorsegmenten 4 und eine auf einen Wicklungsträger 8 aufgebrachte Statorwicklung 9 auf. Jedes dieser Statorsegmente 4 ist einer der Phasen U, V oder W des Wechselstromsystems zugeordnet. Jedes dieser Statorsegmente 4 weist in Umfangsrichtung seitliche Aussparungen 7 auf. Die Wicklungsträger 8 sind in in Umfangsrichtung benachbarten seitlichen Aussparungen 7 benachbarter Statorsegmente 4 positioniert und jeweils mit einer toroidförmig aufgebrachten Statorwicklung 9 versehen .

Die radiale Außenseite der Statorwicklung 9 ist von Stator- segmentaußenarmen 10 einander benachbarter Statorsegmente 4 derart teilweise umgeben, dass zwischen den Statorsegmentau- ßenarmen der beiden einander benachbarten Statorsegmente ein radial gerichteter Außenspalt 11 gebildet ist.

Die Länge und die Breite dieses Außenspalts 11 sind so gewählt, dass im Bereich außerhalb des Stators ein zusätzlicher Mag ^¬ netkreis gebildet ist, der eine vorgegebene, durch die Länge und die Breite des Außenspalts 11 bestimmte Induktivität aufweist. Folglich kann durch eine geeignete Wahl der Länge und der Breite des Außenspalts 11 außerhalb des Stators ein Magnetfeld ge- wünschter Größe aufgebaut werden. Dieses außerhalb des Stators gebildete Magnetfeld hat keinen Einfluss auf den innerhalb des Stators 2 angeordneten Rotor 3 der elektrischen Maschine, so dass das B-Feld bzw. die zugehörigen Oberwellenamplituden des zu- sätzlichen Magnetfeldes keine unerwünschten Auswirkungen auf den Rotor haben.

Die Statorsegmentaußenarme 10 weisen in Umfangsrichtung der Statorsegmente jeweils dieselbe Länge auf.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Wicklungsträger 8 an das jeweilige Statorsegment 4 angespritzt und bilden folglich zusammen mit dem jeweiligen Statorsegment ein ein- teiliges Bauteil. Dies ermöglicht es, die Statorwicklung vor dem Zusammenbau des Stators extern mittels eines geeigneten Wi ^¬ ckelverfahrens vorzuwickeln und dann auf den jeweiligen

Wicklungsträger, der zusammen mit dem jeweiligen Statorsegment 4 ein einteiliges Bauteil bildet, aufzuschieben.

Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine extern vorgewickelte Statorwicklung. Wie aus der Figur 4 ersichtlich ist, ist diese Statorwicklung auf ihrer Innenseite und ihrer Außenseite nicht symmetrisch ausgeführt, um im Statormaterial genügend Platz für den magnetischen Fluss freizugeben. Auf ihrer Innenseite ist die Statorwicklung schmal und hoch gewickelt, auf ihrer Außenseite breit und flach. Dieser Aufbau einer

Statorwicklung ist auch aus der Figur 3 ersichtlich, da dort im radial inneren Bereich des jeweiligen Statorsegments eine Wickelnut vorgesehen ist, die schmal und hoch ausgebildet ist, während im radial äußeren Bereich des jeweiligen Statorsegments ein Wickelfenster vorgesehen ist, das breit und flach ausgebildet ist . Wie bereits oben ausgeführt wurde, ist die radiale Außenseite der Statorwicklung nicht völlig von Statormaterial eingeschlossen, sondern es ist zwischen den einander benachbarten Statorsegmenten jeweils ein sich in Radialrichtung erstreckender Außenspalt 11 vorgesehen. Durch eine geeignete Wahl der Länge und der Breite dieses Außenspalts 11 kann die gewünschte Außen ^¬ induktivität eingestellt werden. Einander benachbarte Statorsegmente 4 sind in vorteilhafter Weise unter Verwendung von Befestigungsmitteln aneinander befestigt. Bei diesen Befestigungsmitteln handelt es sich vorzugsweise um einen Rastvorsprung 12, der in eine Rastaus- sparung 13 des benachbarten Statorsegments eingesetzt ist.

Der Rastvorsprung 12 ist in vorteilhafter Weise durch den an das Statorsegment 4 angespritzten Wicklungsträger 8 hindurchgeführt .

Ein Vorteil einer wie vorstehend beschrieben ausgeführten elektrischen Maschine besteht darin, dass aufgrund des außerhalb des Stators gebildeten zusätzlichen Magnetkreises das innerhalb des Stators gebildete Statormagnetfeld, das mit dem Rotor der elektrischen Maschine verkoppelt ist, klein gehalten werden kann , so dass der Einfluss der Oberwellenamplituden von dem innerhalb des Stators gebildeten Magnetfeld auf den Rotor niedrig gehalten ist . Die Figur 5 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung des grundsätzlichen Aufbaus eines Statorsegments der in der Figur 3 gezeigten elektrischen Maschine. Dieses Statorsegment weist einen Statorzahn 14 auf, der einen ersten Statorzahnaußenarm 14a, einen zweiten Statorzahnaußenarm 14b, eine Statorzahnaußen- fläche 14c, eine Statorzahninnenfläche 14d und einen Stator ^¬ zahnkörper 14e aufweist. Am Statorzahnkörper 14e ist ein Isolationskörper 15 befestigt, der die unterschiedlichen elektrisch leitenden Bauteile des Statorsegments elektrisch voneinander isoliert. Mit dem Statorzahnkörper 14e ist ein Rastvorsprung 12 monolithisch einstückig ausgeführt, der durch einen an den Statorzahnkörper angespritzten Wicklungsträger 8 hindurchgeführt ist. Auf der dem Rastvorsprung 12 gegenüberliegenden Seite des Statorzahnes ist eine Rastaussparung 13 vorgesehen, die beim Zusammenbau der Statorsegmente zur Aufnahme des Rastvorsprungs eines benachbart angeordneten Statorsegments ausgebildet ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die elektrische Maschine im Bereich des Innenumfangs der Stator ^¬ segmente mit einer als Sensorwicklung dienenden Zusatzwicklung auszustatten. Bei dieser Zusatzwicklung handelt es sich vor- zugsweise um eine aus einem sehr dünnen Draht bestehende verteilte Wicklung.

Die Statorwicklung kann in Form einer Dreieckschaltung oder einer Sternschaltung realisiert sein.

Bei der elektrischen Maschine handelt es sich allgemein um eine mehrpolige Maschine.

Alternativ zu der Verwendung von Rastvorsprüngen und Rast- aussparungen können benachbarte Statorsegmente auch in anderer Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise können die Segmente des Stators miteinander verschweißt, mittels eines KunststoffSpritzgusses miteinander verbunden oder mittels einer beliebigen anderen „Puzzle-Geometrie" miteinander verbunden werden.

Der komplette Stator kann in vorteilhafter Weise zur besseren Entwärmung von einem Verguss aus einem wärmeleitfähigen Material umschlossen werden.

Des Weiteren kann zwischen benachbarten Statorsegmenten jeweils eine Isolationsschicht eingebracht sein, um ein Auftreten von Kurzschlüssen zwischen benachbarten Statorsegmenten sowie ein Auftreten von Wirbelströmen zu vermeiden.