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 anordbar 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.

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 Weise wird das bisher aus dem Stand der Technik bekannte Verdrehen des Leiters vermieden, welches zu einem größeren Platzbedarf führt und eine dichtere Anordnung im Bereich der Nutsprünge erschwert.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Nutsprünge des ersten und des zweiten Leiters zueinander parallel angeordnet sind. Auch dies ermöglicht eine besonders dichte Anordnung der Leiter im Bereich der Nutsprünge.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltung sind die Nutsprungwechsel an dem Blechpaket radial nebeneinanderliegend angeordnet. Damit wird ermöglicht, auch im Bereich der Nutsprungwechsel die Leiter möglichst dicht beieinander anzuordnen. Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn bei einem ersten Nutsprungwechsel der erste Leiter im Vergleich zum Nutsprung eine Nut weniger und der zweite Leiter im Vergleich zum Nutsprung eine Nut mehr überspannt und bei einem zweiten Nutsprungwechsel der erste Leiter im Vergleich zum Nutsprung eine Nut mehr und der zweite Leiter im Vergleich zum Nutsprung eine Nut weniger überspannt, wobei der zweite Nutsprungwechsel genau einen Umlauf vor oder nach dem ersten Nutsprungwechsel erfolgt.

Auch ist es besonders vorteilhaft, wenn der erste Leiter im Vergleich zum Nutsprung zwei Nuten mehr und der zweite Leiter im Vergleich zum Nutsprung die gleiche Anzahl an Nuten überspringt oder der erste Leiter im Vergleich zum Nutsprung die gleiche Anzahl an Nuten und der zweite Leiter im Vergleich zum Nutsprung zwei Nuten weniger überspringt. So wird, zusammen mit einer Variation der Anzahl an Nuten, die ein Nutsprung überspannt, eine Verschiebung einer Wicklungslage des ersten Leiters erreicht (Sehnung) und der Elektromotor akustisch optimiert. Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, wenn der dritte Nutsprungwechsel auf den ersten und/oder den zweiten Nutsprungwechsel erfolgt. Dieses Wickelmuster hat sich besonders günstig bezüglich der Laufruhe, der akustischen Optimierung und dem Wirkungsgrad herausgestellt.

Es ist ferner von Vorteil, wenn die Wellenwicklung mehrere Phasen aufweist, die jeweils aus einem oder mehreren Leiterverbünden zusammengesetzt sind. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Elektromotors, indem die Phasen nacheinander geschaltet werden können. In den einzelnen Phasen vorhandene Nutsprungwechsel sind dabei idealerweise nebeneinander angeordnet, da dies für die Laufruhe und den Wirkungsgrad des Elektromotors von Vorteil ist.

Die Aufgabe wird auch durch eine zuvor beschriebene Wellenwicklung zum Einsetzen in eine leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Maschine gelöst. In Form einer Wickelmatte kann diese in den Rotor oder den Stator direkt eingesetzt werden.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Stator mit einem Leiter und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Wickelschemas.

Die Fig. 1 zeigt ein Blechpaket 1 eines Stators als leistungserzeugende Komponente mit einer Vielzahl von Nuten 2, durch die ein Leiter 3 verläuft. Dieser wird durch eine erste Nut 2 geführt, geht in einen Wickelkopf 4 über, der eine erste Anzahl an Nuten 2 überspannt und wird durch eine zweite Nut 2 auf die gegenüberliegende Seite des Blechpakets 1 , wo ein weiterer Wickelkopf 4 vorhanden ist, geführt. Auf diese Weise wird der Leiter 3 in einer Vielzahl von Umläufen um den Stator geführt. Der Wickelkopf 4 ist bogenförmig und überspannt in dieser Ausführung genau sechs Nuten 2.

An seinem Scheitelpunkt weist einen S-förmigen Schlag 5 auf, so dass benachbarte, hier nicht gezeigte Leiter 3 dicht neben dem Leiter 3 angeordnet werden können. Insbesondere wird der Leiter 3, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, im Bereich des Wickelkopfes 4 nicht einmal um die eigene Achse verdreht. Außerdem ist an dem Wickelkopf 4 ein Lagenwechsel vorhanden, was einer Änderung der radialen Position des Leiters 3 innerhalb der Nuten 2 entspricht. Dieser wird hier durch den S- förmigen Schlag 5 bewirkt.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Wickelschemas für eine Wellenwicklung des Blechpakets 1 , welches genau sechsunddreißig Nuten N1 , ... , N36 aufweist. Die erste Zeile gibt dabei die Nummerierung zur exakten Bezeichnung der Nuten N1 , ... , N36 an. In der ersten Spalte wird eine Lage L1 , ... , L10 innerhalb einer Nut N1 , ... , N36 angegeben. Lage L1 ist dabei eine Position an einem Boden der jeweiligen Nut N1 , ... , N36 und mit zunehmender Bezugszahl wird der Abstand zum Boden größer. Damit kann der Verlauf eines jeden Leiters 3 durch die Nuten N1 , ... , N36 des Blechpaktes 1 exakt nachverfolgt werden, wobei er immer abwechselnd an einer ersten Seite und einer zweiten Seite des Blechpakets 1 einen Wickelkopf 4 aufweist, der eine Anzahl an Nuten N1 , ... , N36 überspannt.

Es sind alle Leiter 3 für eine Phase in das Wickelschema eingetragen und die Wicklung eines ersten Leiters U1 , eines zweiten Leiters U2, eines dritten Leiters U3 sowie eines vierten Leiters U4 beschrieben. Der erste Leiter U1 und der zweite Leiter U2 bilden dabei einen ersten Leiterverbund, der dritte Leiter U3 und der vierte Leiter U4 bilden einen zweiten Leiterverbund, wobei alle Leiter U1 , U2, U3, U4 in Reihe oder parallelgeschaltet sind und so eine gemeinsame Phase bilden. Zum leichteren Verständnis wurden die von den vier Leitern U1 , U2, U3, U4 überspannten Nuten N1 , ... , N36 nicht mit einer Eintragung versehenen. In diesen sind ebenfalls Leiter 3 geführt, welche individuell oder in einem oder mehreren Leiterverbünden einer oder mehreren anderen Phasen zuzuordnen sind. Ihre Anordnung kann der des ersten und zweiten Leiterverbunds entsprechen oder auch davon abweichen.

Der erste Leiter U1 und der zweite Leiter U2 beginnen an ersten Seite des Blechpakets 1 und werden durch die ersten beiden, benachbarten Nuten N1 bzw. N2 geführt. Sie treten an einer zweiten Seite des Blechpakets 1 aus und Überspannen in einem Nutsprung, bei dem die Wickelköpfe 4 des ersten und des zweiten Leiters U1 , U2 parallel verlaufen, jeweils die sechs Nuten N2 bis N7, so dass sie durch die benachbarten Nuten N7 bzw. N8 zur ersten Seite des Blechpakets 1 geführt werden. Bei dem Nutsprung wird auch ein Lagenwechsel von Lage L1 zu Lage L2 vollzogen. Auf der ersten Seite erfolgt dann ein weiterer Nutsprung mit einem weiteren Lagenwechsel. Dies wird fortgesetzt, bis auf diese Weise alle sechsunddreißig Nuten N1 , ... , N36 durchschritten oder überspannt worden sind, so dass ein Umlauf erfolgt ist und das Muster bei den ersten beiden Nuten N1 und N2 beginnend in den nächsten Lagen, hier L3 und L4, fortgesetzt wird. Die leistungserzeugende Komponente weist bei zehn Lagen L1 , ... , L10 somit fünf Umläufe auf, im Allgemeinen ist diese Anzahl jedoch frei wählbar und abhängig von der Größe der Komponente, so dass eine Vielzahl an Umläufen vorhanden ist. Zwischen der dreizehnten Nut N13 und der einundzwanzigsten Nut N21 erfolgt im ersten Umlauf ein erster Nutsprungwechsel, bei dem der erste Leiter U1 und der zweite Leiter U2 eine voneinander abweichende Anzahl an Nuten N1 , , N36 Überspannen. Der erste Leiter U1 überspannt eine im Vergleich zum Nutsprung eine Nut N1 , ... , N36 mehr, also sieben und der zweite Leiter U2 eine im Vergleich zum Nutsprung eine Nut N1 , ... , N36 weniger, also fünf, so dass ihre Position innerhalb des Leiterverbunds getauscht ist. Genau einen Umlauf später erfolgt dann ein zweiter Nutsprungwechsel, bei dem 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. Somit tauschen erste und der zweite Leiter U1 , U2 ein zweites Mal ihre Position im Leiterverbund und befinden sich wieder in ihrer Ausgangsposition.

In einem dritten Umlauf werden der erste und der zweite Leiter U1 , U2 zueinander versetzt, indem der erste Nutsprung des dritten Umlaufs sieben und der zweite Nutsprung dieses Umlaufs fünf Nuten N1 , ... , N36 überspannt. Anschließend erfolgt ein dritter Nutsprungwechsel, bei dem der erste Leiter U1 acht Nuten N1 , ... , N36 und der zweiten Leiter U2 regulär sechs Nuten N1 , ... , N36 überspannt. Es folgt ein weiterer zweiter Nutsprung und dann ein erster Nutsprung. Dies bewirkt, dass sich eine Wicklungslage, in der sich der Leiterverbund befindet, um eine Nut N1 , ... , N36 nach rechts verschoben wird. Diese sogenannte Sehnung optimiert die akustischen Eigenschaften des mit einer solchen leistungserzeugenden Komponente versehenen Elektromotors. Der vierte und fünfte Umlauf erfolgen jeweils mit Nutsprüngen, die sechs Nuten N1 , ... , N36 Überspannen, wobei ein zweiter Nutsprungwechsel im vierten bzw. ein erster Nutsprungwechsel im fünften Umlauf erfolgt.

Neben dem ersten Leiterverbund umfasst die leistungserzeugende Komponente den zweiten Leiterverbund bestehend aus dem dritten Leiter U3 und dem vierten Leiter U4. Diese verlaufen gegenläufig zum zweiten Leiterverbund: Während der Nutsprung des ersten Leiterverbunds auf der ersten Seite des Blechpakets 1 erfolgt, liegt der Nutsprung des zweiten Leiterverbunds auf der gegenüberliegenden zweiten Seite. Auch die Lagen L1 , ... , L10 sind stets gegenläufig. Um die Symmetrie der Führung außerhalb des dritten Umlaufs aufrecht zu erhalten, ist der dritte Umlauf des zweiten Leiterverbunds wie folgt aufgebaut: Zunächst erfolgt ein Nutsprung über sechs Nuten N1 , ... , N36 und anschließend über sieben. Darauf folgt ein dritter Nutsprungwechsel, bei dem der dritte Leiter U3 sechs Nuten N1 , , N36 überspannt, während der vierte Leiter U4 lediglich 4 Nuten überspannt. Im Anschluss erfolgen wieder zwei Nutsprünge, bei denen sieben bzw. sechs Nuten N1 , ... , N36 überspannt werden. Die folgenden Umläufe entsprechen denen des ersten Leiterverbunds und sind lediglich gegenläufig. Die mit beiden Leiterverbünden fertig gewickelte leistungserzeugende Komponente weist in diesem Ausführungsbeispiel somit in jedem Umlauf zwei Nutsprungwechsel auf, die sich an den gleichen oder zumindest benachbarten Nuten N1 , ... , N36 befinden. An dem Blechpaket 1 sind somit alle Nutsprungwechsel radial nebeneinanderliegend angeordnet. Dies kann auch die nicht eingetragenen Phasen mit einschließen.

Bezuqszeichen

1 Blechpaket

2 Nut

3 Leiter

4 Wickel köpf

5 S-förmiger Schlag

N1 , N36 Nuten

L1 , ... , L10 Lage

U1 erster Leiter

U2 zweiter Leiter

U3 dritter Leiter

U4 vierter Leiter