Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor und/oder der Stator derart ausgebildet sind, dass sie eine Vielzahl von Segmenten aufweisen.

Stand der Technik

Elektrische Maschinen, auch elektromechanische Wandler genannt, wandeln elektrische Energie in mechanische Energie (Elektromotor) und/oder mechanische Energie in elektrische Energie (Generator) um. Diese elektromechanische Umwandlung beruht auf elektromagnetischer Induktion.

Nach einer häufigen Bauart einer elektrischen Maschine umfasst der Rotor eine Vielzahl von Permanentmagneten und der Stator mehrere Statorwicklungen (Elektromagnete) auf denen ein oder mehrere Schaltringe angeordnet sind. Eine derartige elektrische Maschine wird als Permanentmagneterregte Synchronmaschine (PSM) bezeichnet. Dabei kann aufgrund des bewegten Magnetfeldes des Rotors ein Stromfluss in der Stator-Wicklung erzeugt werden (Generator), oder aufgrund des durch den Stator erzeugten Magnetfeldes eine Rotation des Rotors bewirkt werden (Elektromotor).

Eine umgekehrte Bauweise, bei der der Stator Permanentmagnete und der Rotor Drahtwicklungen aufweist ist ebenso bekannt.

Eine Alternative dazu stellt die„Flux switching" Permanentmagnet Maschine dar. Diese umfasst ebenso einen Stator, einen Rotor, Permanentmagnete und Draht- wicklungen (Elektromagnete), jedoch sind sämtliche Teile am Stator angeordnet. Der Stator ist dabei koaxial mit dem Rotor angeordnet und umschließt diesen.

Elektrische Maschinen umfassen somit im Allgemeinen einen feststehenden Sta- tor, einen beweglichen Rotor, Permanentmagnete und Elektromagnete. Sowohl Rotor, wie auch Stator sind in der Regel ringförmig ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet, wobei der Rotor um eine Drehachse drehbar in oder um den ringförmig ausgebildeten Stator gelagert ist. Rotor und/oder Stator sind meist aus einem Blechpaket und/oder mehreren Blechpaketen gefertigt und bestehen oft- mals aus einzelnen Rotor- und/oder Stator-Zähnen, die auf einen Rotor- und/oder Stator-Träger positioniert werden.

Die Schaltringe dienen der Verschaltung der einzelnen Stator- und/oder Rotor- Wicklungen untereinander und werden in der Regel auf den Stator- und/oder Ro- tor-Wicklungen, am Kopf der Stator- und/oder Rotorwicklungen, angeordnet. Die Schaltringe sind meist in einen ringförmigen Schaltelementträger eingesetzt, wobei der Schaltelementträger beispielsweise über eine Klippverbindung an dem Rotor und/oder dem Stator befestigt wird. Dies bedingt in vielen Fällen eine nachteilige Erhöhung des Rotors und/oder des Stators und somit einen erhöhten Bauraumaufwand in vertikaler Richtung.

Das Dokument DE 10201 1 108 042 A1 beschreibt beispielsweise einen Stator mit Statorwicklungen für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines eben solchen Stators für eine elektrische Maschine, wobei der Stator(ring) aus einer Mehrzahl von Einzelzahnsegmenten (mit Statorwicklungen) zusammengesetzt ist, die mit einer Vergussmasse zumindest bereichsweise derart umgössen sind, dass ein Stator-Träger ausgebildet wird. Vorteilhafterweise wird eine Kontaktierungsvorrichtung, insbesondere ein Schaltring, beim Vergießen der Ein- zelzahnsegmente durch die Vergussmasse mit vergossen. Dabei ergeben sich zwei Möglichkeiten: entweder werden die einzelnen Kupferbahnen (Schaltelemente) der Schaltringe direkt mit eingegossen, das heißt die einzelnen Kupferbahnen in eine Gussform eingelegt, so dass beim Vergießen mit Vergussmasse die Kupferbahnen mit den Stator(-Wicklungen) verbunden werden, oder die einzelnen Kupferbahnen werden in ein Gehäuse (Schaltelementträger) eingelegt und mitsamt des Gehäuses mittels Vergussmasse an den Stator-Wicklungen vergossen.

Ersteres bedingt die Notwendigkeit die Kupferbahnen der Schaltringe innerhalb der Gussform so auszurichten, dass beim Vergießen mit Vergussmasse keine Positionsänderung der Kupferbahnen erfolgt, so dass es beispielsweise zu einer ungewollten Kontaktierung der einzelnen Kupferbahnen untereinander kommt.

Des Weiteren bedingt die erste Möglichkeit lediglich eine fixe, irreversible, Ausgestaltung der Verschaltung und somit keinerlei Freiraum für eventuelle Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten.

Die zweite Möglichkeit führt wiederum zu der bereits erwähnten ungewollten Vergrößerung des benötigten Bauraums. Das Dokument DE 10 2012 021 494 A1 offenbart eine elektrische Maschine, die einen Stator und einen Rotor umfasst, wobei der Stator- und/oder Rotor- Wicklungen und/oder Permanentmagnete umfasst. Dabei weist die elektrische Maschine im Bereich der Wicklungen und/oder im Bereich der Schaltringe zur elektrischen Verschaltung der Wicklungen und/oder als Magnetverklebung eine oleophob-hydrophobe Schichtstruktur auf. Zur elektrischen Isolierung des Schaltrings ist der obere Bereich des Wickelkopfs, sowie des Schaltrings in eine Vergussmasse eingebettet, die in Form der Schichtstruktur mit oleophob-hydrophober Oberflächenausrüstung ausgebildet ist. Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine elektrische Maschine anzugeben, die durch alternative Gestaltung des Stator/Rotor/Schaltungselement Verbunds kostengünstig und insbesondere bauteil- und bauraumoptimiert herstellbar ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine elektrische Maschine umfassend einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor und/oder der Stator derart ausgebildet sind, dass sie eine Vielzahl von Segmenten aufweisen und jedes einzelne Segment zumindest abschnittsweise von jeweils einer Wicklung umwickelt ist, wobei jedes einzelne Segment im Bereich der Wicklung zumindest bereichsweise von einem Vergussmaterial umgeben ist, wobei das Vergussmaterial im Bereich der Wicklung zumindest eine axiale Vertiefung aufweist in der zumindest ein Schal- tungselement angeordnet ist.

Erfindungsgemäß umfasst die elektrische Maschine einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor und/oder der Stator eine Vielzahl von einzelnen Segmenten aufweisen. Die einzelnen Segmente bilden somit im Wesentlichen den Rotor und/oder Stator aus.

Jedes einzelne Segment des Stators und/oder des Rotors ist erfindungsgemäß zumindest abschnittsweise von jeweils einer Wicklung umwickelt und im Bereich der Wicklung zumindest bereichsweise von einem Vergussmaterial umgeben.

Bei der Wicklung handelt es sich bevorzugt um eine Draht-Wicklung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Vergussmaterial im Bereich der Wicklung zumindest eine axiale Vertiefung auf, wobei diese axiale Vertiefung dazu dient Schaltungselemente aufzunehmen. Die Schaltungselemente dienen gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere der Verschaltung der einzelnen Wicklungen, wobei die Schaltungselemente bevorzugt aus einem leitfähigen Material bestehen.

Unter einem Schaltungselement kann jedoch auch jegliche Art von Sensorelement und/oder Elektronikelement verstanden werden.

Vermittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist es möglich zumindest ein Schaltungselement direkt in einer dafür ausgebildeten leicht zugänglichen axialen Vertiefung des Vergussmaterials anzuordnen. Derart ist es möglich das Schaltungselement ohne Schaltungselementträger im Kopfbereich der einzelnen Wicklungen anzuordnen und somit in vertikaler Richtung Bauraum einzusparen. Darüber hinaus wird durch die Ausgestaltung des Vergussma- terials und/oder der axialen Vertiefung im Bereich der Wicklungen eine einfache, reversible Positionierung der Schaltelemente möglich.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Vergussmaterial im Bereich der Wicklung mehrere axiale Vertiefungen aufweist und in jeder der axialen Vertiefungen des Vergussmaterials jeweils zumindest ein Schaltungselement angeordnet ist.

Des Weiteren besonders bevorzugt weist jede einzelne Wicklung eine Kontaktie- rungsvorrichtung auf, wobei die Kontaktierungsvorrichtung nicht vollständig von der Vergussmasse umgeben ist, so dass vermittels der Kontaktierungsvorrichtung eine Kontaktierung der jeweiligen Wicklung mit dem jeweiligen Schaltungselement erfolgen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Kontaktierungsvorrichtung im Bereich der axialen Vertiefung oder liegt in einer der axia- len Vertiefungen. Bevorzugt sind die einzelnen Segmente in einer Draufsicht in Richtung der Rotationsachse des Stators und/oder Rotors im Wesentlichen T-förmig ausgebildet und weisen somit einen senkrechten Abschnitt und einen waagrechten Abschnitt auf, wobei die jeweilige Wicklung um den senkrechten Abschnitt des T-förmigen Seg- ments verläuft.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Vergussmaterial elektrisch isolierend und thermisch leitfähig. Vorteilhafterweise ist das Vergussmaterial ein Kunststoff.

Weiters vorteilhaft ist eine im Wesentlichen ringförmige Ausbildung des Stators und/oder Rotors.

In einer besonders günstigen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist in das Vergussmaterial zumindest ein Kühlkanal eingebracht und/oder zumindest ein Kühlkanal im Vergussmaterial ausgebildet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich- nungen beschrieben. zeigt eine perspektivische Ansicht eines Segments eines Rotors und/oder Stators mit Wicklung. zeigt eine perspektivische Ansicht eines Segments eines Rotors und/oder Stators teilweise von Vergussmaterial umgeben. zeigt eine perspektivische Absicht eines Segments eines Rotors und/oder eines Stators vollständig mit Vergussmaterial umgeben. zeigt ebenso eine perspektivische Ansicht eines Segments eines Rotors und/oder eines Stators vollständig mit Vergussmaterial umgeben.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht durch die perspektivische Ansicht in

Fig. 4. Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf ein Segment eines Rotors und/oder

Stators.

Fig. 7 zeigt eine detaillierte Schnittansicht eines Kopfbereichs (der

Wicklung) eines erfindungsgemäßen Segments eines Rotors und/oder eines Stators. Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 bis Fig. 7 zeigen lediglich unterschiedliche Ansichten eines einzelnen Seg- ments 1 eines Rotors und/oder Stators einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor und/oder der Stator eine Vielzahl von einzelnen Segmenten 1 aufweisen. Die einzelnen Segmente bilden somit im Wesentlichen den Rotor und/oder Stator aus.

Fig. 1 zeigt ein Segment des Rotors und/oder des Stators, wobei das Segment 1 abschnittsweise von einer Wicklung 2 umwickelt ist.

Das Segment 1 ist in einer Draufsicht in Richtung der Rotationsachse des Stators und/oder Rotors im Wesentlichen T-förmig ausgebildet und weist somit einen senkrechten Abschnitt 7 und einen waagrechten Abschnitt 8 auf. Die Wicklung 2 verläuft um den senkrechten Abschnitt 7 des T-förmigen Segments 1.

Das Segment 1 ist im Bereich der Wicklung 2, wie insbesondere in Fig. 2 ersichtlich, von einem Vergussmaterial 3 umgeben.

In Fig. 3 und Fig. 4 ist die Wicklung 2 um den senkrechten Abschnitt 7 des Segments 1 vollständig von Vergussmaterial 3 umgeben.

Des Weiteren sind in Fig. 3 und Fig. 4 im Bereich der Wicklung 2, insbesondere im Kopfbereich 9 der Wicklung 2, mehrere im Vergussmaterial 3 ausgebildete axiale Vertiefungen 4 gezeigt. Diese axialen Vertiefungen 4 dienen dazu jeweils zumindest ein Schaltungselement 5 aufzunehmen (Fig. 6).

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht des in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Segments 1 des Rotors und/oder Stators. Auch hier sind die axialen Vertiefungen 4 im Kopfbereich 9 der Wicklung 2 im Vergussmaterial 3 gut ersichtlich.

Des Weiteren weist die Wicklung 2 eine Kontaktierungsvornchtung 6 in Form zweier Drahtenden auf (Fig. 1 , Fig. 7), wobei die Kontaktierungsvornchtung 6 nicht vollständig von der Vergussmasse 3 umgeben ist, so dass es vermittels der (über die) Kontaktierungsvornchtung 6 zu einer Kontaktierung der Wicklung 2 mit dem jeweiligen Schaltungselement 5 kommen kann.

Die Kontaktierungsvornchtung 6 ist im Bereich der axialen Vertiefung 4 angeord- net.

Bezugszeichenliste

1 Segment (eines Rotors und/oder Stators) 2 Wicklung

3 Vergussmaterial

4 Axiale Vertiefung

5 Schaltungselement

6 Kontaktierungsvorrichtung

7 Senkrechter Abschnitt (des Segments)

8 Waagrechter Abschnitt (des Segments)

9 Kopfbereich (der Wicklung)