Die Erfindung betrifft eine mehrlagige Wellenwicklung zum Einbringen in Nuten für einen Stator und Rotor.

Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet von Leiteranordnungen in Wellenwicklungen in den Nuten von Statoren und Rotoren für elektrische Maschinen, wie beispielsweise Elektromotoren für Kraftfahrzeuge.

Es gibt die unterschiedlichsten Arten von elektrischen Motoren. Der wohl wesentlichste Unterschied zwischen den einzelnen Typen liegt in der Stromversorgung. Dabei wird bereits bei der Konstruktion festgelegt, ob der Motor mit Gleichstrom, Wechselstrom oder Drehstrom gespeist werden muss.

Aber auch die Erzeugung der erforderlichen Magnetfelder geschieht bei den jeweiligen Motoren auf unterschiedliche Art und Weise. Neben starken Dauermagneten kommen je nach Verwendungszweck auch Elektromagnete zum Einsatz. Im einfachsten Fall wird dazu über einen Eisenkern aus Blechplatten eine Spule aus Kupferdraht gewickelt, um das erforderliche Magnetfeld zu erzeugen.

Die Wickeltechnik bestimmt wesentlich die Eigenschaften von wicklungsbehafteten, elektromechanischen Baugruppen, wie beispielsweise Isolationsfestigkeit oder Gütefaktor.

Diese Ansprüche an die Qualität an das elektrische System des Fahrzeugs können stark variieren, und zwar unabhängig von der Betriebsdrehzahl des Motors, mit der der Generator angetrieben wird und die sich durch verschiedenartige Fahrbedingungen ändert.

Neben der Notwendigkeit der Gewährleistung einer hohen elektrischen Ausgangsleistung des elektrischen Generators des Fahrzeugs gibt es weitere Zwänge. Dazu zählen das Streben nach einer möglichst geringen Größe des Generators, da der unter der Motorhaube zur Verfügung stehende Platz beschränkt ist, und nach einem möglichst geringen Gewicht, da dieses sich auf den spezifischen Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs auswirkt. Bei der Herstellung von Wellenwicklungen ist die Anzahl an möglichen parallelen Pfaden innerhalb der Wicklung sehr eingeschränkt. Eine Möglichkeit die Anzahl an parallelen Pfaden zu reduzieren, ist das nachträgliche in Reihe Schalten von parallelen Pfaden durch Anschweißen von Verschaltungselementen.

In Wellenwicklungen nach dem Stand der Technik werden die einzelnen parallel angeordneten Leiter mit einem zusätzlichen Verschaltungselement miteinander elektrisch verbunden bzw. in Reihe geschaltet. Dazu ist ein zusätzlicher Prozessschritt erforderlich, in dem das Verschaltungselement mit den Leitern verschweißt wird.

Dies hat den Nachteil, dass mit dem Schweißen ein zusätzlicher Prozessschritt erforderlich ist, für den entsprechende Maschinen erforderlich sind. Ein solcher zusätzlicher Prozessschritt verlangsamt der Herstellungsprozess. Außerdem entstehen an den Verbindungsstellen zwischen dem Verschaltungselement und den Leitern häufig Luft- und Kriechstrecken, an denen es später zu Verlusten in Form von elektrischer Energie kommen kann.

Die Erfindung hat die Aufgabe eine mehrlagige Wellenwicklung bereitzustellen, welche die Nachteile im Stand der Technik überwindet und eine Reihenschaltung der parallel verlaufenden Leiter ohne Verwendung zusätzlicher Bauteile erlaubt.

Die Aufgabe wird durch eine mehrlagige Wellenwicklung zum Einbringen in Nuten für einen Stator und Rotor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen bilden den Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.

Die Erfindung umfasst eine mehrlagige Wellenwicklung zum Einbringen in Nuten für einen Stator und Rotor. Die mehrlagige Wellenwicklung umfasst eine erste und eine zweite Wellenwickelmatte mit einem Eingangsleiterabschnitt und einem Ausgangsleiterabschnitt mit parallel angeordneten Leitern und mindestens einen zwischen der ersten und zweiten Wellenwickelmatte angeordneten Umkehrabschnitt. Der Umkehrabschnitt umfasst wenigstens drei Winkelbereiche, in dem die Leiter abgewinkelt angeordnet sind. Dadurch können die parallelen Leiter in Reihe geschaltet werden, ohne dass die Leiter mit einem zusätzlichen Verschaltungselement verschweißt werden müssen. Ein vorteilhafter Aspekt sieht vor, dass die Leiter des Eingangsleiterabschnittes der ersten Wellenwickelmatte parallel zu den Leitern des Ausgangsleiterabschnittes der zweiten Wellenwickelmatte auf einer ersten Seite der Wellenwicklung angeordnet sind. Dadurch liegen alle Anschlussdrähte nebeneinander in benachbarten Nuten und können besonders einfach angeschlossen werden.

Nach einem bevorzugten Aspekt umfassen die Winkelbereiche Winkel in einem Bereich von 30° - 60° insbesondere von 45°. Dadurch entsteht in den einzelnen Leitern kein Torsionsmoment, was deren Beanspruchung reduziert und insgesamt zu einer höheren Lebensdauer der Wellenwicklung führt.

Nach einem vorteilhaften Aspekt sind die Leiter zwischen den Winkelbereichen jeweils linear verlaufend angeordnet sind. Dadurch wird die Gefahr, dass der Isolationsschutz der Leiter beschädigt wird, erheblich reduziert.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Umkehrabschnitt wenigstens einen ersten Bereich umfasst, in dem die Leiter erhaben angeordnet sind und wenigstens einen zweiten Bereich umfasst, in dem die Leiter abgesenkt angeordnet sind. Dies ermöglicht, dass die einzelnen Leiter sich im Umkehrbereich überholen können und somit eine Wellenwicklung mit einer reduzierten Anzahl paralleler Stränge gefertigt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die erste und die zweite Wellenwickelmatte jeweils wenigstens sechs parallele Leiter umfasst. Dadurch ergibt sich eine besonders gut strukturierte Realisierung des mehrschichtigen Aufbaus der Wellenwicklung.

Vorteilhafterweise sind wenigstens drei Wellenwickelmatten nebeneinander angeordnet. Dadurch kann eine variable Anzahl an Drähten verarbeitet und die Nuten eingefügt werden.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Leiter einen Flachdraht oder einen Runddraht umfassen. Dadurch kann die Wicklung unter optimaler Ausnutzung des Bauraums in die Nuten eingefügt werden.

Nach einem vorteilhaften Aspekt umfasst ein Stator oder Rotor eine mehrlagige Wellenwicklung. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess und reduziert die Fertigungskosten. Besonders vorteilhaft ist, wenn ein Fahrzeug einen Stator oder Rotor umfasst, umfassend eine mehrlagige Wellenwicklung. Dadurch werden Verluste in Form von elektrischer Energie, besonders im hohen Drehzahlbereich vermieden und der somit Wirkungsgrad erhöht.

Die Erfindung soll nachfolgend durch Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher beschrieben werden. Hierzu zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer mehrlagigen Wellenwicklung nach dem Stand der Technik;

Fig. 1 a eine Detaildarstellung eines Umkehrabschnittes einer Wellenwicklung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen mehrlagigen Wellenwicklung zum Einbringen in Nuten für einen Stator und Rotor; und

Fig. 3 eine Detaildarstellung eines Umkehrabschnittes einer erfindungsgemäßen mehrlagigen Wellenwicklung zum Einbringen in Nuten für einen Stator und Rotor.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer mehrlagigen Wellenwicklung 1 nach dem Stand der Technik gezeigt. Die beiden Wickelmatten 2 werden nach einer Methode nach dem Stand der Technik so zusammengefügt, dass die parallelen Leiter 5 umgeformt bzw. verzogen werden, sodass eine Umkehrung der Leiter 5 inklusive Wickelköpfe erfolgt. Die Leiter 5 des Eingangsleiterabschnittes 3 liegen den Leitern 5 des Ausgangsleiterabschnittes 4 direkt gegenüber.

Fig. 1 a zeigt eine Detaildarstellung eines Umkehrabschnittes 6 einer Wellenwicklung 1 aus dem Stand der Technik. Der Umkehrabschnitt 6 weist zwei Winkel im Bereich von 90° auf.

In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen mehrlagigen Wellenwicklung 1 zum Einbringen in Nuten für einen Stator und Rotor gezeigt. Die mehrlagige Wellenwicklung 1 umfasst eine erste und eine zweite Wellenwickelmatte 2 mit einem Eingangsleiterabschnitt 3 und einem Ausgangsleiterabschnitt 4 mit parallel angeordneten Leitern 5 und mindestens einen zwischen der ersten und zweiten Wellenwickelmatte 2 angeordneten Umkehrabschnitt 6. Der Umkehrabschnitt 6 umfasst wenigstens drei Winkelbereiche 8, in dem die Leiter 5 abgewinkelt angeordnet sind.

Die Leiter 5 des Eingangsleiterabschnittes 3 der ersten Wellenwickelmatte 2 sind parallel zu den Leitern 5 des Ausgangsleiterabschnittes 4 der zweiten Wellenwickelmatte 2 auf einer ersten Seite 7 der Wellenwicklung 1 angeordnet.

Die erste und die zweite Wellenwickelmatte 2 umfasst jeweils wenigstens sechs parallele Leiter 5.

Beispielsweise sind in einer mehrlagigen Wellenwicklung 1 wenigstens drei Wellenwickelmatten 2 nebeneinander angeordnet.

Beispielsweise entspricht der Abstand zwischen zwei Leitern 5 einem Abstand zwischen zwei an einem Stator oder Rotor angeordneten Nuten.

Fig. 3 zeigt eine Detaildarstellung eines Umkehrabschnittes 6 einer erfindungsgemäßen mehrlagigen Wellenwicklung 1 zum Einbringen in Nuten für einen Stator und Rotor. Die Winkelbereiche 8 umfassen Winkel in einem Bereich von 30° - 60° insbesondere von 45°. Die Leiter 5 zwischen den Winkelbereichen 8 sind jeweils linear verlaufend angeordnet.

Der Umkehrabschnitt 6 umfasst wenigstens einen ersten Bereich 10, in dem die Leiter 5 erhaben angeordnet sind und wenigstens einen zweiten Bereich 9, in dem die Leiter 5 abgesenkt angeordnet sind.

Beispielsweise umfassen die Leiter 5 einen Flachdraht oder einen Runddraht.

In einer Ausführungsform umfasst ein Stator oder ein Rotor eine mehrlagige Wellenwicklung 1 . Beispielsweise umfasst ein Fahrzeug einen Stator oder einen Rotor umfassend eine mehrlagige Wellenwicklung 1 .

Bezugszeichen Wellenwicklung Wellenwickelmatte Eingangsleiterabschnitt Ausgangsleiterabschnitt Leiter Umkehrabschnitt Seite Winkelbereich zweiter Bereich erster Bereich