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Title:
MEHTOD FOR PRODUCING A WINDING FOR A STATOR OF AN ELECTRICAL MACHINE AND ELECTRICAL MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/215097
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a winding for a stator (130) of an electrical machine according to a plug-in winding method with wave windings, in which winding elements (200) are inserted in grooves (131) of the stator, wherein the winding elements (200) are arranged in at least one layer (221, 222, 223) extending in the peripheral direction of the stator (130), and wherein straight sections of each winding element (200), which are to be arranged in the grooves (131) in the at least one layer (223), are arranged in a position at the same radial distance from an axis of rotation of the stator. The invention also relates to an electrical machine.

Inventors:
HERBOLD, Klaus (Bottwarstr. 10, Asperg, 71679, DE)
KREUZER, Helmut (Hermann-Essig-Str. 94, Schwieberdingen, 71701, DE)
SCHWARZKOPF, Christoph (Uhlandstr. 3, Walheim, 74399, DE)
Application Number:
EP2019/061579
Publication Date:
November 14, 2019
Filing Date:
May 06, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SEG AUTOMOTIVE GERMANY GMBH (Lotterbergstrasse 30, Stuttgart, 70499, DE)
International Classes:
H02K3/28; H02K3/12; H02K15/04; H02K15/06
Foreign References:
DE102017208706A12018-03-29
US20060032040A12006-02-16
DE102007005742A12008-07-31
US7126245B22006-10-24
US20020079771A12002-06-27
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
DEHNS GERMANY (Theresienstr. 6-8, München, 80333, DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer Wicklung (140) für einen Ständer (130) einer elektrischen Maschine (100) nach einem Steckwicklungsverfahren mit Wel lenwicklungen, bei dem in Nuten (131) des Ständers Wcklungselemente (200) eingebracht werden,

wobei die Wicklungselemente (200) in einer oder mehreren, sich in Um fangsrichtung des Ständers (130) erstreckenden Schichten (221 , 222, 223) angeordnet werden, und

wobei in der einen oder einer (223) der mehreren Schichten in den Nu ten (131) anzuordnende gerade Abschnitte (240) jeweils eines Wcklungs- elements (200) in einer Lage (L5) mit gleichem radialem Abstand zu einer Rotationsachse (R) des Ständers angeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die in den Nuten (131 ) anzuordnenden geraden Abschnitte (240) in einer Lage mit gleichem radialem Abstand zu einer Rotationsachse des Ständers angeordnet werden, indem die geraden Abschnitte (240) zunächst in zwei Lagen mit unterschiedlichem radialem Ab stand zu der Rotationsachse des Ständers angeordnet und anschließend in die eine Lage (L5) verbracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die geraden Abschnitte (240) für die eine Lage (L5) mit gleichem radialem Abstand, wenn sie in zwei Lagen mit unter schiedlichem radialem Abstand zu der Rotationsachse des Ständers ange ordnet sind, vor einem Einbringen in die Nuten (131) des Ständers in die ei ne Lage verbracht werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwei Leiterenden (210) jeweils eines Wcklungselements (200), bei dem die geraden Abschnit te (240) für die eine Lage (L5) mit gleichem radialem Abstand angeordnet werden, nach einem Einbringen in die Nuten (131) des Ständers in zwei La gen mit unterschiedlichem radialem Abstand zu der Rotationsachse des Ständers verbracht werden.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wicklungs elemente (200) in mehreren, sich in Umfangsrichtung des Ständers erstre ckenden Schichten (221 , 222, 223) angeordnet werden, und wobei in we nigstens einer, vorzugsweise allen, der übrigen Schichten (221 , 222) die ge raden Abschnitte (240) in zwei Lagen (L1-L4) mit unterschiedlichem radialem Abstand zu der Rotationsachse (R) des Ständers angeordnet werden, wobei in jeder Nut (131) zwei gerade Abschnitte (240) von verschiedenen Wick lungselementen (200) angeordnet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Schicht, in der die geraden Abschnitte (240) jeweils eines Wicklungselements (200) in einer Lage (L5) mit gleichem radialem Abstand zu einer Rotationsachse des Ständers angeordnet wer den, als radial innerste oder radial äußerste Schicht im Ständer (130) ange ordnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Wicklungselemente (200) ei ner Schicht, in der die Wicklungselemente (200) in zwei Lagen mit unter schiedlichem radialem Abstand zu der Rotationsachse des Ständers ange ordnet werden, für eine Phase mit einer Wicklungsrichtung in und einer Wicklungsrichtung gegen eine Umfangsrichtung des Ständers (130) ange ordnet werden, und wobei die Wicklungselemente der Schicht, in der die Wicklungselemente (200) in einer Lage (L5) mit gleichem radialem Abstand zu der Rotationsachse des Ständers angeordnet werden, für diese Phase mit einer Wicklungsrichtung in oder einer Wicklungsrichtung gegen die Um fangsrichtung des Ständers (130) angeordnet werden.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Wicklungsele mente (200) mit rundem Drahtquerschnitt verwendet werden, wobei die Querschnitte zumindest im Bereich der in den Nuten (130) anzuordnenden geraden Abschnitte (240) der Wicklungselemente in einen eckigen, insbe- sondere rechteckigen, quadratischen oder trapezförmigen, Querschnitt um geformt werden.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wicklungs elemente (200) für mehrere Phasen der Wcklung, insbesondere für drei, fünf, sechs oder neun Phasen, verschaltet werden.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in jeder Nut (131) des Ständers jeweils drei, fünf, sieben oder neun gerade Abschnitte (240) der Wicklungselemente angeordnet werden.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wcklung (140) derart angeordnet wird, dass sie in einem radialen Kühlluftstrom der elektrischen Maschine (100) zu liegen kommt.

12. Elektrische Maschine (100) mit einem Ständer (130) und einer Wicklung (140) in Form einer Steckwicklung mit Wellenwicklungen, bei dem in Nuten (131) des Ständers Wcklungselemente eingebracht sind,

wobei die Wcklungselemente (200) in einer oder mehreren, sich in Um fangsrichtung des Ständers erstreckenden Schichten (221 , 222, 223) ange ordnet sind, und

wobei in der einen oder einer (223) der mehreren Schichten in den Nu ten (131) anzuordnende gerade Abschnitte (240) jeweils eines Wcklungs- elements (200) in einer Lage (L5) mit gleichem radialem Abstand zu einer Rotationsachse (R) des Ständers angeordnet sind.

13. Elektrische Maschine (100) nach Anspruch 12, die gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 hergestellt ist.

Description:
Beschreibung

Titel

Verfahren zum Herstellen einer Wicklung für einen Ständer einer elektrischen

Maschine und elektrische Maschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Wicklung für einen Ständer einer elektrischen Maschine nach einem Steckwicklungsverfah ren (bzw. sog. HairPin-Verfahren) mit Wellenwicklungen sowie eine elektrische Maschine mit einer solchen Wcklung.

Stand der Technik

Zum Herstellen von Wicklungen für elektrische Maschinen wie Klauenpolgenera toren, dort insbesondere für den Ständer, können verschiedene Wckeltechniken verwendet werden. Dabei gibt es die sog. Einzugstechnik, ein robustes Ferti gungsverfahren, mit dem besonders günstig gefertigt werden kann. Allerdings können dabei nur begrenzte Füllfaktoren (elektrisch bis 50%) erreicht werden. Außerdem werden verhältnismäßig breite Nutschlitze und lange Wckelköpfe be nötigt. Die sog. Flachpaketwicklung ermöglicht deutlich höhere Füllfaktoren (elektrisch bis 65%) und kurze Wckelköpfe, bei entsprechend höherem Ferti gungsaufwand und ebenfalls breiten Nutschlitzen.

Eine weitere Wckeltechnik ist das sog. Steckwicklungsverfahren (auch als Hair Pin-Verfahren bezeichnet). Damit können einfache und verteilte Wellenwicklun gen sowie Schleifenwicklungen für den Ständer bzw. für die Ständerbaugruppe ausgeführt werden. Der Begriff der Steckwicklung rührt daher, dass einzelne Wicklungselemente separat in den Ständer bzw. dessen Nuten gesteckt werden und anschließend erst zu eine vollen Wcklung verschaltet werden. Von Vorteil sind bei dieser Technik ein hoher Füllfaktor (bzw. Kupfer-Füllfaktor bei Verwen dung von Kupfer für die Wicklungen) in den Ständernuten, enge Nutschlitze des Ständers bzw. des Ständereisens sowie kurze Wickelköpfe der Ständerwicklung. Dies ermöglicht die Auslegung und den Bau von besonders kleinen und leis tungsstarken elektrischen Maschinen, insbesondere Generatoren.

Beim Steckwicklungsverfahren wird ausgehend von meist U-förmigen bzw. U- förmig gebogenen, in der Regel haarnadelförmigen Wicklungselementen aus iso liertem Draht, in der Regel Kupferdraht, in mehreren Fertigungsschritten, wie sie später auch noch näher erläutert werden sollen, der Wickelkopf zunächst auf der sog. Steckseite geschränkt, die Wicklungselemente in den Ständer eingebracht, dann wird die sog. Schaltseite geschränkt und die entsprechende Leiterenden der Wicklungselemente werden verschaltet, insbesondere durch Schweißen.

Dabei werden in der Regel alle Wicklungselemente von einer Seite der elektri schen Maschine (meist sog. B-Seite) aus gesteckt und alle Verschaltungen bzw. Schweißungen auf der anderen Seite (meist sog. A-Seite) ausgeführt. Dadurch kommen in der Regel auch alle ggf. nötigen weiteren Komponenten bzw. Son derelemente wie z.B. Anschlüsse, Umkehrverbinder und dergleichen auf der Sei te, von welcher die Wicklungselemente gesteckt werden, zu liegen.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Herstellen einer Wicklung für einen Ständer einer elektrischen Maschine sowie ein elektrische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung geht aus von einem Steckwicklungsverfahren, wie es vorstehend erläutert wurde, bzw. einem Verfahren zum Herstellen einer Wicklung für einen Ständer einer elektrischen Maschine nach einem Steckwicklungsverfahren, und zwar mit Wellenwicklungen, bei dem in Nuten des Ständers Wicklungselemente eingebracht werden. Wie erwähnt, können die Wicklungselemente U-förmig, ins besondere auch haarnadelförmig ausgebildet sein. Wie später noch erläutert wird, können jedoch einzelnen Wicklungselemente auch anders ausgebildet sein. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich vorzugsweise um einen Genera- tor, insbesondere einen Klauenpolgenerator. Weitere Einsatzgebiete sind auch elektrische Synchronmotoren, beispielsweise als zusätzlicher Antriebsmotor in einem Kraftfahrzeug.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden die Wicklungselemente in einer o- der mehreren, sich in Umfangsrichtung des Ständers erstreckenden Schichten angeordnet. Dabei werden in der einen oder einer der mehreren Schichten in den Nuten anzuordnende gerade Abschnitte jeweils eines Wicklungselements in ei ner Lage mit gleichem radialem Abstand zu einer Rotationsachse des Ständers angeordnet.

Bei bisher üblichen Steckwicklungsverfahren, insbesondere auch mit den er wähnten Wellenwicklungen (hier werden die einzelnen Wicklungselement in Form einer Welle angeordnet, wie auch anhand der Figuren zu sehen ist), wer den die einzelnen Wicklungselemente derart angeordnet, dass die beiden gera den Abschnitte des Wicklungselements, die in verschiedenen Nuten angeordnet werden (und oftmals auch nur als Leiter bezeichnet werden), in zwei verschiede nen Lagen angeordnet werden, d.h. in unterschiedlichen radialen Abständen zu der Rotationsachse des Ständers. Dies führt dazu, dass sich eine Wicklungs schicht über zwei Lagen erstreckt und dass sich in der jeweils anderen Lage in der Nut ein gerader Abschnitt eines anderen Wicklungselements befindet wer den. Somit gibt es also nur Wicklungen mit gerader Anzahl solcher geraden Ab schnitt bzw. Leiter in einer Nut.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren hingegen können nun auch Wicklungen hergestellt werden, bei denen eine ungerade Anzahl solcher geraden Abschnitt bzw. Leiter in einer Nut angeordnet sind. Damit ist eine deutlich genauere Ab stimmung der Wicklung auf benötigte Leistungen der elektrischen Maschine möglich.

Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn die in den Nuten anzuordnenden ge raden Abschnitte in einer Lage mit gleichem radialem Abstand zu einer Rotati onsachse des Ständers angeordnet werden, indem die geraden Abschnitte zu nächst in zwei Lagen mit unterschiedlichem radialem Abstand zu der Rotations- achse des Ständers angeordnet und anschließend in die eine Lage verbracht werden. Der Herstellungsvorgang kann also zunächst wie für eine Wicklung mit den Wicklungselementen in zwei Lagen mit unterschiedlichem radialem Abstand von der Rotationsachse des Ständers begonnen werden, jedoch um einen oder ggf. mehrere Zwischenschritte ergänzt werden, um so die Anzahl der Lagen für die geraden Abschnitte der Wicklungselemente von zwei Lagen auf eine Lage zu reduzieren.

Insbesondere werden dabei die geraden Abschnitte für die eine Lage mit glei chem radialem Abstand, wenn sie in zwei Lagen mit unterschiedlichem radialem Abstand zu der Rotationsachse des Ständers angeordnet sind (was bei der Her stellung üblicher Wcklungen zunächst der Fall ist), vor einem Einbringen in die Nuten des Ständers in die eine Lage verbracht. Dies kann nach dem bereits er wähnten Schränken erfolgen, d.h. nachdem die Wicklungselemente derart ver formt wurden, dass sie die gewünschte Ausrichtung für die gewünschte Wcklung erhalten haben. Hierzu können beispielsweise geeignete Schränkwerkzeuge verwendet werden.

Weiterhin ist es besonders zweckmäßig, wenn zwei Leiterenden jeweils eines Wicklungselement, bei dem die geraden Abschnitte für die eine Lage mit glei chem radialem Abstand angeordnet werden, nach einem Einbringen in die Nuten des Ständers in zwei Lagen mit unterschiedlichem radialem Abstand zu der Ro tationsachse des Ständers verbracht werden. Dies bedeutet also, dass zwar die geraden Abschnitte (bzw. die Leiter) in nur einer Lage angeordnet sind, die Lei terenden im Wckelkopf, die verschaltet werden, jedoch wieder zurück in zwei verschiedene Lagen gebracht werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache Verschaltung, beispielsweise durch Verschweißen, auf übliche Art.

Vorzugsweise werden die Wicklungselemente in mehreren, sich in Umfangsrich tung des Ständers erstreckenden Schichten angeordnet, wobei in wenigstens ei ner, vorzugsweise allen, der übrigen Schichten die geraden Abschnitte in zwei Lagen mit unterschiedlichem radialem Abstand zu der Rotationsachse des Stän ders angeordnet werden, wobei in jeder Nut zwei gerade Abschnitte von ver schiedenen Wicklungselementen angeordnet werden. Unter den übrigen Schich- ten sind dabei diejenigen der mehreren Schichten zu verstehen, bei denen die geraden Abschnitte nicht in einer Lage mit gleichem radialem Abstand angeord net werden. Auf diese Weise werden also eine übliche Anordnung von Wick lungselementen in Schichten mit zwei Lagen und eine Anordnung von Wick lungselementen in einer Schicht mit nur einer Lage kombiniert. Damit kann eine beliebige ungerade Anzahl an geraden Abschnitten von Wicklungselementen (bzw. Leitern) in den Nuten erhalten werden.

Es sei angemerkt, dass durch beliebige Kombinationen dieser zwei unterschied lichen Arten von Schichten eine beliebige Anzahl, also sowohl eine gerade als auch eine ungerade Anzahl von geraden Abschnitten von Wicklungselementen (bzw. Leitern) in den Nuten erhalten werden kann. Insbesondere kann also bei spielsweise eine Herstellungsvorrichtung je nach Bedarf für die Herstellung einer Wicklung mit gerader oder ungerader Anzahl an geraden Abschnitten von Wick lungselementen (bzw. Leitern) in den Nuten verwendet werden.

Weiterhin sei angemerkt, dass auch für eine gerade Anzahl an geraden Abschnit ten von Wicklungselementen (bzw. Leitern) in den Nuten Schichten mit nur einer Lage von geraden Abschnitten der Wicklungselemente verwendet werden kön nen, dann eine gerade Anzahl solcher Schichten.

Bevorzugt ist es, wenn die Schicht, in der die geraden Abschnitte jeweils eines Wicklungselements in einer Lage mit gleichem radialem Abstand zu einer Rotati onsachse des Ständers angeordnet werden, als radial innerste oder radial äu ßerste Schicht im Ständer angeordnet wird. Damit kann ein radialer Übergang der Wickelköpfe, der durch die erwähnte Anordnung der Leiterenden der betref fenden Schicht in zwei Lagen nötig ist, je nach Bedarf platziert werden. Insbe sondere werden damit Platzprobleme vermieden, die sich durch die Aufweitung der Wickelköpfe in Schichten ergäben, die nicht am Rand angeordnet sind.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Wicklungselemente einer Schicht, in der die Wicklungselemente in zwei Lagen mit unterschiedlichem radialem Abstand zu der Rotationsachse des Ständers angeordnet werden, für eine Phase mit einer Wicklungsrichtung in und einer Wicklungsrichtung gegen eine Umfangsrichtung des Ständers angeordnet werden (also sozusagen in einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung). Die Wicklungselemente der Schicht, in der die Wick lungselemente in einer Lage mit gleichem radialem Abstand zu der Rotations achse des Ständers angeordnet werden, werden dann für diese Phase mit einer Wicklungsrichtung in oder einer Wicklungsrichtung gegen die Umfangsrichtung des Ständers (also entweder in Vorwärtsrichtung oder aber in Rückwärtsrichtung) angeordnet. Damit kann eine einfache und schnelle Anordnung und spätere Ver schaltung bzw. Verbindung der Wicklungselemente erfolgen.

Es ist von Vorteil, wenn Wicklungselemente mit rundem Drahtquerschnitt ver wendet werden, wobei die Querschnitte zumindest im Bereich der in den Nuten anzuordnenden geraden Abschnitte der Wicklungselemente in einen eckigen, insbesondere rechteckigen, quadratischen oder trapezförmigen, Querschnitt um geformt werden. Runde Drahtquerschnitte - als Material kommt hier insbesonde re, wie schon erwähnt, Kupfer bzw. Kupferdraht in Frage - ermöglichen zunächst eine einfache Herstellung der Wicklungselemente. Durch das entsprechende Umformen kann jedoch der Füllfaktor in den Nuten deutlich erhöht werden.

Zweckmäßigerweise werden die Wicklungselemente für mehrere Phasen der Wicklung verschaltet, insbesondere für drei, fünf, sechs oder neun Phasen.

Zweckmäßig ist auch, wenn in jeder Nut des Ständers jeweils drei, fünf, sieben oder neun gerade Abschnitte der Wicklungselemente angeordnet werden. Bei diesen, in aller Regel sehr häufig verwendeten Arten von Wicklungen, treten die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens besonders deutlich hervor, da gerade bei solchen, eher geringen Anzahlen von geraden Abschnitten bzw. Leitern in den Nuten, durch die Möglichkeit ungerader Anzahlen eine besonders gute An passung bzw. Abstimmung an nötige Leistungen der elektrischen Maschine mög lich ist.

Bevorzugt ist es auch, wenn die Wicklung, also die Wicklungselemente oder zu mindest mehrere der Wicklungselemente, derart angeordnet wird bzw. werden, dass sie in einen radialen Kühlluftstrom der elektrischen Maschine zu liegen kommen bzw. liegen. Damit ist beim späteren Betrieb der elektrischen Maschine eine besonders effektive Kühlung möglich. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine elektrische Maschine mit einem Ständer und einer Wicklung in Form einer Steckwicklung mit Wellenwicklungen, bei der in Nuten des Ständers Wicklungselemente, vorzugsweise U-förmige Wicklungselemente, eingebracht sind. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich vorzugsweise um einen Generator, insbesondere einen Klauenpolgenerator. Dabei sind die Wicklungselemente in einer oder mehreren, sich in Umfangsrich tung des Ständers erstreckenden Schichten angeordnet, und in der einen oder einer der mehreren Schichten in den Nuten anzuordnende gerade Abschnitte je weils eines Wcklungselements sind in einer Lage mit gleichem radialem Abstand zu einer Rotationsachse des Ständers angeordnet.

Zweckmäßigerweise ist die elektrische Maschine dabei gemäß einem erfin dungsgemäßen Verfahren hergestellt, d.h. sie weist insbesondere die vorstehend beschriebenen Eigenschaften, wie sie sich beim erwähnten Verfahren ergeben, auf.

Hinsichtlich der konkreten, bevorzugten Ausgestaltungen sowie deren Vorteile sei daher zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zum Verfahren verwiesen, die hier entsprechend gelten.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schema tisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße elektrische Maschine in einer bevorzugten Ausführungsform. Figuren 2 bis 7 zeigen Ausschnitte eines Ständers einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in einer bevorzugten Ausführungsform.

Figur 8 zeigt einen Ausschnitt eines Ständers einer erfindungsgemäßen elektri sche Maschine in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung

In Figur 1 ist schematisch und in vereinfachter Form eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 100 in einer bevorzugten Ausführungsform im Längsschnitt dargestellt, die als Wechselstrom-Synchrongenerator mit einem Klauenpolläufer (bzw. als sog. Klauenpolgenerator) mit geregelter elektrischer Erregung des Pol- rads zum Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgebildet ist.

Die elektrische Maschine 100 weist ein mehrteiliges Gehäuse, insbesondere ein Metallgehäuse auf, bestehend aus je einem Lagerschild 110 und 120 an beiden Stirnseiten. Die Lagerschilde 110 und 120 sind topfförmig ausgebildet, insbeson dere mit stirn- und umfangseitigen Aussparungen für eine Kühlluftführung.

Axial zwischen den beiden Lagerschilden 110 und 120 ist ein Ständer 130 befes tigt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Lamellenpaket und einer darin angeordneten mehrphasigen Wicklung bzw. Ständerwicklung 140 ausge bildet ist. Das Lamellenpaket kann in an sich bekannter Weise aus einer Vielzahl von Blechlamellen hergestellt sein.

Die Ständerwicklung 140 ist in Wicklungsstränge gegliedert, die in axial und zu einander parallel verlaufenden, radial nach innen offenen Nuten untergebracht sind. Innerhalb des zylinderförmig ausgebildeten Lamellenpakets ist ein Klauen polläufer 150 angeordnet und in den Lagerschilden 110 und 120 um eine Rotati onsachse R drehbar gelagert. Eine Läuferwelle 155 trägt zwei gegensätzlich ge polten Polradhälften. Jede Polradhälfte besteht vorzugsweise aus Eisen, ist mas siv ausgebildet und weist entlang des Umfangs eine Vielzahl von sich in Achs- richtung erstreckenden Klauen auf, die im Wesentlichen trapezförmig geformt und mit gleichmäßiger Winkelteilung in Umfangsrichtung angeordnet sind. Beide Polradhälften sind auf der Läuferwelle 155 derart angeordnet, dass sie sich einander gegenüberstehen und ihre klauenartig ausgebildeten Polfinger wechselseitig als Süd- und Nordpole ineinandergreifen. Sie überdecken eine ringförmige Erregerwicklung 160, die sich auf einem Polkern 165 befindet, der die beiden Polradhälften auf Abstand hält.

An axialen Endflächen der Polradhälften können Lüfter angeordnet und an ihnen befestigt sein. Entsprechende Luftströme treten dann axial durch die stirnseitigen Öffnungen in den Lagerschilden ein, werden dabei durch die beiden Lüfter ange saugt und treten radial durch Öffnungen am Umfang der Lagerschilde wieder aus, sodass die Wickelköpfe der Ständerwicklung 140 in einem radialen Kühlluft strom liegen.

Am der Antriebsseite gegenüberliegenden Ende der Läuferwelle 130, in der Figur rechts, ist ein Schleifringpaar 170 angeordnet, das der Stromversorgung der Er regerwicklung 160 dient. Ein Gleichstrom der Erregerwicklung 160 erzeugt ein in Bezug auf den Läufer stillstehendes axiales Magnetfeld, das durch die Klauenpo le in eine radiale Richtung umgelenkt wird. Durch die Drehung des Läufers ent steht für den Ständer 130 ein magnetisches Drehfeld.

Dieses Drehfeld rotiert mit zum Polrad synchroner Drehzahl und induziert in je dem Strang bzw. jeder Phase der Ständerwicklung 140 eine Wechselspannung. Die einzelnen Strangwechselspannungen sind um einen Winkel (Phasenver schiebungswinkel) zeitlich gegeneinander verschoben. Beispielsweise sind für eine symmetrische, dreisträngige Wicklung die drei sinusförmigen Wechselspan nungen um 120° zeitlich zueinander verschoben. Gleiches gilt für die Wechsel ströme.

Kohlebürsten, die gegen Oberflächen der Schleifringe 170 gedrückt werden, sind in einem Bürstenhalter 175 gelagert, der hier zusammen mit einem Regler 180, der die in den Wicklungen induzierten Wechselspannungen auf eine von Dreh zahl und Last unabhängige, konstante Spannung regeln kann, eine Einheit bildet. Der von der Ständerwicklung 140 abgegebene Wechselstrom kann über eine Gleichrichterschaltung einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs zugeführt werden, wobei die Gleichrichteranordnung 190 beispielhaft außen am hinteren Lager schild 120 angeordnet ist. Die Gleichrichteranordnung 190 sowie der Regler 180 sind von einer Schutzkappe 185 an der hinteren Stirnseite der elektrischen Ma schine 100 abgedeckt.

Anhand der Figuren 2 bis 7 soll im Folgenden ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform bzw. eine erfindungsgemäße elektrische Maschine in einer bevorzugten Ausführungsform, davon insbesondere die Wick lung, erläutert werden. In dem gezeigten Beispiel wird ein Ständer mit 80 Nuten verwendet und die Wicklung ist in fünf Phasen aufgeteilt, wobei in jeder Nut fünf Leiter bzw. gerade Abschnitte der Wicklungselemente angeordnet werden.

Es sei darauf hingewiesen, dass in es in den Figuren stellenweise so erscheint, als ob sich mehr als fünf Lagen in den Nuten befänden. Dies ist jedoch durch Schnittansichten verursacht, die nicht die geraden Abschnitte der Wicklungsele mente, sondern gebogene Abschnitte der Steck- oder Schaltseite zeigen. Wie insbesondere in Figur 6(d) gezeigt, befinden sich in jeder Nut tatsächlich nur fünf Lagen.

In Figur 2 sind verschiedenen Ansichten des Ständers 130 mit nur einer Phase der Wicklung, die aus mehreren einzelnen Wicklungselementen 200 besteht, ge zeigt. In Figur 2a ist eine Seitenansicht des Ständers 130 gezeigt. Dabei sind insbesondere auch zwei Anschlusselemente 230 zum Anschluss der Phase bzw. der Wicklung an beispielsweise einen Gleichrichter zu sehen. Diese Anschlus selemente werden hier durch verlängerte Leiterenden zweier ggf. spezieller Wicklungselemente gebildet.

In Figur 2b ist eine Schnittansicht der Figur 2a gezeigt. Hierbei sind beispielswei se die erwähnten fünf Leiter bzw. geraden Abschnitte der Wicklungselemente in einer Nut zu sehen. In Figur 2c ist eine Draufsicht des Ständers 130 von einer Steckseite S1 gezeigt. Unter dem Begriff Steckseite ist dabei zu verstehen, dass von bzw. auf dieser Seite die einzelnen Wicklungselemente 200 in die Nuten, wovon hier eine mit 131 bezeichnet ist, eingesteckt werden. Dies entspricht in Figur 2a der oberen Seite. Zudem ist die Rotationsachse R zu sehen.

In Figur 2d ist eine Draufsicht des Ständers 130 von einer Schaltseite S2 gezeigt. Unter dem Begriff Schaltseite ist dabei zu verstehen, dass auf dieser Seite die Enden bzw. Leiterenden der einzelnen Wicklungselemente, die aus den Nuten ragen, jeweils paarweise verschaltet, insbesondere verschweißt werden. Dies entspricht in Figur 2a der unteren Seite. Eines dieser Enden ist mit 210 bezeich net. Diese Leiterenden können vor dem Einbringen der zunächst vollständig iso lierten Wcklungselemente abisoliert werden, sodass sie verschweißt werden können. Nach dem Verschweißen können die entsprechenden Paare von Leiter enden dann wieder isoliert werden.

In Figur 3 sind die Ansichten der Figur 2c und 2d detaillierter gezeigt. Dabei zei gen Figur 3a die Steckseite S1 und Figur 3b die Schaltseite S2.

In beiden Figuren bzw. Ansichten sind zudem drei Schichten 221 , 222 und 223 gezeigt, in denen die Wcklungselemente 200 bzw. deren gerade Abschnitte (die in dieser Ansicht in die Zeichenebene hineinlaufen) angeordnet sind bzw. wer den. Während in den Schichten 221 und 222 jeweils zwei Lagen mit unterschied lichem radialem Abstand zur Rotationsachse des Ständers vorgesehen sind, in denen die geraden Abschnitte angeordnet sind, ist in der Schicht 223 nur eine solche Lage vorgesehen.

Insbesondere am rechten Rand des in Figur 3a sichtbaren Bereichs des Stän ders 130 ist zu erkennen, dass das radial innerste Wcklungselement 200 eine gegenüber den radial weiter außen liegenden beiden Wcklungselementen zu sätzliche Biegung aufweist, wodurch erreicht wird, dass beide gerade Abschnitte dieses Wicklungselementes in der gleichen Lage angeordnet sind. In Figur 4 sind die gleichen Ansichten (Figuren 4a bis 4d) wie den Figuren 2a bis 2d gezeigt, jedoch sind hier insgesamt die Wicklungselemente für alle fünf Pha sen der Wicklung im Ständer 130 bzw. dessen Nuten 131 angeordnet. Entspre chend gibt es auch insgesamt zehn Anschlusselemente 230.

In Figur 5 sind perspektivische Ansichten der Wicklung, wie sie in Figur 4 gezeigt ist, dargestellt. Dabei zeigt Figur 5a die Steckseite S1 , Figur 5b zeigt die Schalts eite S2.

In Figur 5a sind zudem die drei Schichten 221 , 222 und 223 gezeigt, wobei deut lich zu sehen ist, dass in der radial innersten Schicht im Wickelkopf weniger Wicklungselemente 200 vorhanden sind. Dies liegt darin begründet, dass in der Schicht 223 nur eine Lage mit geraden Abschnitten 240 angeordnet wird und damit im Vergleich zu den anderen Schichten nur die Hälfte der Wicklungsele mente.

In Figur 5b sind insbesondere die einzelnen Enden bzw. Leiterenden 210 zu se hen, die paarweise verschaltet werden. Dabei ist auch zu erkennen, dass in Um fangsrichtung abwechselnd zwei und drei solcher Paare vorhanden sind.

In Figur 6 ist die Wicklung für eine Phase in abgewickelter Darstellung, d.h. ohne Ständer und langgestreckt, gezeigt. Dabei zeigt Figur 6a eine Draufsicht der Schaltseite S2, Figur 6b eine Seitenansicht, wobei oben die Steckseite S1 und unten die Schaltseite S2 angeordnet sind, Figur 6c eine Draufsicht der Steckseite S1 und Figur 6d eine Schnittansicht im Nutbereich, d.h. durch die geraden Ab schnitte 240 der Wicklungselemente.

In Figur 6d sind dabei insbesondere die fünf einzelnen Lagen zu erkennen. Dazu sind die einzelnen Lagen von oben nach unten mit L1 bis L5 bezeichnet. Die obersten beiden Lagen L1 und L2 bilden dabei die radial äußerste Schicht, die beiden Lagen L3 und L4 bilden die mittlere Schicht und die unterste Lage L5 bil den die radial innerste Schicht. Auch hier ist - wie schon in Figur 3a - zu erken nen, dass die Wicklungselemente, insbesondere in Bezug auf die geraden Ab- schnitte, derart gestaltet werden, dass beide geraden Abschnitte eines Wick lungselements in einer bzw. der gleichen Lage angeordnet werden können.

In Figur 7 ist die in Figur 6 gezeigte Wicklung bzw. Phase noch weiter abgewi ckelt dargestellt, nämlich nach einzelnen Wicklungselementen mit zugehöriger Aneinanderreihung sowie Wickelrichtung.

Im Folgenden soll diese Wicklung beginnend oben rechts mit den einzelnen Wicklungselementen und deren Anordnung näher erläutert werden. Die Wicklung beginnt mit einem Anschlusselement 230, das Teil eines (halben bzw. speziell ausgebildeten) Wicklungselements ist, gefolgt von sieben gleichen Wicklungs elementen, auch als Serienelemente bezeichnet. Dies stellt eine Vorwärtswickel richtung dar.

In der zweiten Reihe von oben folgt dann, links beginnend, zunächst ein sog. Umkehrverbinder als Wicklungselement, gefolgt von sieben weiteren Serienele menten. Dies stellt dann eine Rückwärtswickelrichtung dar. Die ersten beiden Reihen von oben bilden dabei die radial äußerste Schicht der Wicklungselemen te.

Die dritte und vierte Reihe von oben entsprechend der ersten bzw. zweiten Rei he, mit der Ausnahme, dass die dritte Reihe, rechts beginnend, mit einem sog. Zwischenverbinder als Wicklungselement beginnt, nicht mit einem Anschlus selement. Die dritte und vierte Reihe von oben bilden dabei die radial mittlere Schicht der Wicklungselemente.

Die unterste Reihe beginnt, von rechts, wieder mit einem Zwischenverbinder, ge folgt von sieben Serienelementen und einem Anschlusselemente 230 ganz zum Schluss. Diese unterste Reihe bildet dabei ein eigene, nämlich die radial innerste Schicht.

Hierzu sei noch angemerkt dass die Umkehr- bzw. Zwischenverbinder sich von den Serienelementen als Wicklungselemente nur dahingehend unterscheiden, dass eines der Leiterenden in eine andere Richtung gebogen wird. Dies kann beispielsweise mittels eines geeigneten Werkzeuges erfolgen.

In Figur 8 ist ein Ausschnitt eines Ständers einer erfindungsgemäßen elektri- sehen Maschine in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt, wo bei auch hier insbesondere nur der Ständer 130 mit der Wicklung gezeigt ist. Die hier gezeigten Ansichten in den Figuren 8a und 8b sind ähnlich den Ansichten der Figur 3 (Figuren 3a und 3b). Allerdings ist in diesem Ausführungsbeispiel die Schicht, in der die geraden Abschnitte der Wicklungselemente in einer bzw. der gleichen Lage angeordnet sind, die radial äußerste Schicht.

Im Vergleich mit Figur 3 ist zu erkennen, dass die Paare an zu verschaltenden Leiterenden auf der Schaltseite S2 radial weiter außen zum Liegen kommen.