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Title:
ACTIVE PART FOR AN ELECTRICAL MACHINE COMPRISING A COIL WITH PREFABRICATED PUSH-ON ELEMENTS AND CONNECTING ELEMENTS, ELECTRICAL MACHINE AND METHOD OF PRODUCTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/149570
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an active part (1) for an electrical machine comprising: a plurality of teeth (2) and a plurality of coils (3), one of which is arranged on each of the teeth (2), wherein each of the coils (3) has a plurality of prefabricated push-on elements (10) which are arranged adjacent to one another on the tooth (2) and enclose the tooth (2) in parts and each of the coils (3) has a plurality of prefabricated connecting elements (11) each for electrically connecting two adjacent push-on elements (10).

Inventors:
OTTO OLAF (DE)
ANTON FRANK (DE)
MÜLLER HARALD (DE)
Application Number:
EP2019/051460
Publication Date:
August 08, 2019
Filing Date:
January 22, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H02K15/04
Foreign References:
EP2629402A12013-08-21
DE102015211552A12016-12-29
US20070170792A12007-07-26
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Aktivteil (1) für eine elektrische Maschine umfassend:

- eine Mehrzahl von Zähnen (2) und

- eine Mehrzahl von Spulen (3), welche auf den jeweiligen Zähnen (2) angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die jeweiligen Spulen (3) eine Mehrzahl von vorgefertig ten Aufsteckelementen (10) aufweist, welche nebeneinan der auf dem Zahn (2) angeordnet sind und den Zahn (2) bereichsweise umgeben und

- die jeweiligen Spulen (3) eine Mehrzahl von vorgefertig ten Verbindungselementen (11) zum elektrischen Verbinden von jeweils zwei nebeneinander angeordneten Aufsteckele menten (10) aufweist.

2. Aktivteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Aufsteckelementen (10) und die Mehrzahl von Verbindungselementen (11) jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

3. Aktivteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Mehrzahl von Aufsteckelementen (10) und die Mehrzahl von Verbindungselementen (11) derart vorgefertigt sind, dass diese zumindest bereichsweise an einer Außenkontur des Zahns (2) anliegen.

4. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Aufsteckelemente (10) U-förmig ausgebildet sind und einen mittleren Bereich (15) und zwei Schenkelbreiche (16) aufweisen, wobei der mitt lere Bereich (15) an einer Querseite (5a) des Zahns (2) an liegt und die zwei Schenkelbereiche (16) zumindest bereichs wese an jeweiligen Längsseiten (4a, 4b) des Zahns (2) anlie gen .

5. Aktivteil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkelbereiche (16) der jeweiligen Aufsteckelemen- te parallel zu einer Grundfläche (12) des Zahns (2) verlau fen .

6. Aktivteil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schenkelbereich (16) der jeweiligen Auf steckelemente (10) schräg zu einer Grundfläche (12) des Zahns (2) verläuft.

7. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Verbindungselemente (11) U-förmig ausgebildet sind und einen mittleren Bereich (20) und zwei Schenkelbreiche (21) aufweisen, wobei der mitt lere Bereich (20) an einer Querseite (5b) des Zahns (2) an liegt und die zwei Schenkelbereiche (21) zumindest bereichs wese an jeweiligen Längsseiten (4a, 4b) des Zahns (2) anlie- gen .

8. Aktivteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Verbindungselemente (11) gerade ausgebildet sind und an einer Querseite (5b) des Zahns (2) anliegen.

9. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Verbindungsele menten (11) an einer Platte (22) angeordnet ist, wobei auf der Platte (22) zumindest ein elektronisches Bauelement ange ordnet ist.

10. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Aufsteckelemente (10) und die jeweiligen Verbindungselemente (11) zumindest bereichsweise mit einer Isolierung beschichtet sind.

11. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Verbindungsele mente (11) mit den dazugehörigen AufSteckelementen (10) mit tels Schweißen und/oder Löten verbunden sind.

12. Aktivteil (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Zähne (2) an einer Oberseite (7) zumin dest eine Öffnung (19) zum Einbringen eines Werkzeugs für das Schweißen und/oder Löten aufweist.

13. Elektrische Maschine mit einem Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aktivteil (1) ein Stator oder ein Rotor der elektrischen Maschine ist.

14. Verfahren zum Herstellen eines Aktivteils (1) für eine elektrische Maschine mit den Schritten:

- Fertigen einer Mehrzahl von Spulen (3) und

- Aufbringen der Spulen (3) auf jeweilige Zähne (2) des Aktivteils ( 1 ) ,

dadurch gekennzeichnet, das

- zum Fertigen der jeweiligen Spulen (3) eine Mehrzahl von Aufsteckelementen (10) vorgefertigt wird und diese der art nebeneinander auf dem Zahn (2) angeordnet wird, dass diese den Zahn (2) bereichsweise umgeben und

- zum Fertigen der jeweiligen Spulen (3) eine Mehrzahl von Verbindungselementen (11) vorgefertigt wird und jeweils zwei nebeneinander angeordneten AufSteckelemente (10) mit einem der Verbindungselemente (11) elektrisch ver bunden werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Aufsteckelementen (10) und die Mehrzahl von Verbindungselementen (11) aus einem Grundkörper ausgestanzt werden und anschließend zumindest bereichsweise eine Isolati on auf die Mehrzahl von Aufsteckelementen (10) und die Mehr zahl von Verbindungselementen (11) aufgebracht wird.

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE

beim Internationalen Büro eingegangen am 21. Mai 2019 (21.05.2019)

1. Aktivteil (1) für eine elektrische Maschine umfassend:

- eine Mehrzahl von Zähnen (2),

- eine Mehrzahl von Spulen (3), welche auf den jeweiligen Zähnen (2) angeordnet sind,

- die jeweiligen Spulen (3) eine Mehrzahl von

vorgefertigten Aufsteckelementen (10) aufweist, welche nebeneinander auf dem Zahn (2) angeordnet sind und den Zahn (2) bereichsweise umgeben und

- die jeweiligen Spulen (3) eine Mehrzahl von

vorgefertigten Verbindungselementen (11) zum

elektrischen Verbinden von jeweils zwei nebeneinander angeordneten Aufsteckelementen (10) aufweist,

- wobei die jeweiligen Aufsteckelemente (10) U-förmig

ausgebildet sind und einen mittleren Bereich (15) und zwei Schenkelbreiche (16) aufweisen, wobei der mittlere Bereich (15) an einer Querseite (5a) des Zahns (2) anliegt und die zwei Schenkelbereiche (16) zumindest bereichswese an jeweiligen Längsseiten (4a, 4b) des Zahns (2) anliegen,

dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schenkelbereich (16) der jeweiligen Aufsteckelemente (10) schräg zu einer Grundfläche (12) des Zahns (2) verläuft, wobei der Zahn (2) Führungselemente (14) aufweist, durch welche die schräge Richtung der Aufsteckelemente (10) vorgegeben wird.

2. Aktivteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Aufsteckelementen (10) und die Mehrzahl von Verbindungselementen (11) jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

3. Aktivteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Aufsteckelementen (10) und die Mehrzahl von Verbindungselementen (11) derart

vorgefertigt sind, dass diese zumindest bereichsweise an einer Außenkontur des Zahns (2) anliegen.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

4. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen

Verbindungselemente (11) U-förmig ausgebildet sind und einen mittleren Bereich (20) und zwei Schenkelbreiche (21)

aufweisen, wobei der mittlere Bereich (20) an einer Querseite (5b) des Zahns (2) anliegt und die zwei Schenkelbereiche (21) zumindest bereichswese an jeweiligen Längsseiten (4a, 4b) des Zahns (2) anliegen.

5. Aktivteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Verbindungselemente (11) gerade ausgebildet sind und an einer Querseite (5b) des Zahns (2) anliegen.

6. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von

Verbindungselementen (11) an einer Platte (22) angeordnet ist, wobei auf der Platte (22) zumindest ein elektronisches Bauelement angeordnet ist.

7. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Aufsteckelemente (10) und die jeweiligen Verbindungselemente (11) zumindest bereichsweise mit einer Isolierung beschichtet sind.

8. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen

Verbindungselemente (11) mit den dazugehörigen

Aufsteckelementen (10) mittels Schweißen und/oder Löten verbunden sind.

9. Aktivteil (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Zähne (2) an einer Oberseite (7)

zumindest eine Öffnung (19) zum Einbringen eines Werkzeugs für das Schweißen und/oder Löten aufweist.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

10. Elektrische Maschine mit einem Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aktivteil (1) ein Stator oder ein Rotor der elektrischen Maschine ist.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

Description:
Beschreibung

Aktivteil für eine elektrische Maschine umfassend eine Spule mit vorgefertigten AufSteckelementen und Verbindungselemen ten, elektrische Maschine sowie Herstellungsverfahren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aktivteil für eine elektrische Maschine, welches eine Mehrzahl von Zähnen und eine Mehrzahl von Spulen, welche auf den jeweiligen Zähnen angeordnet sind, umfasst. Darüber hinaus betrifft die vorlie gende Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Aktivteil. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Aktivteils.

Das Interesse richtet sich vorliegend auf Aktivteile für elektrische Maschinen. Ein solches Aktivteil kann ein Stator oder ein Rotor einer elektrischen Maschine sein. Aus dem Stand der Technik sind Aktivteile bekannt, welche eine Mehr zahl von Spulen aufweisen. Diese Spulen sind aus einem Draht gebildet und werden auf entsprechende Zähne des Aktivteils gewickelt. Ferner ist es bekannt, die jeweiligen Spulen aus einem Flachdraht herzustellen, da dieser in elektrischer und/oder elektromagnetischer Hinsicht Vorteile im Vergleich zu Runddrähten mit sich bringt. Bei der Herstellung einer Spule aus einem Flachdraht ist der Wickelprozess langsam und schwierig qualitativ hochwertig durchzuführen. Beispielsweise ist der Biegeradius, unter dem Beschädigungen auftreten, geo metrisch limitiert, wodurch die Zahnbreite und der geometri sche Drahtquerschnitt limitiert werden. Darüber hinaus erge ben sich signifikante Abstände zwischen dem Zahn und dem Draht, wodurch das elektromagnetische Feld beeinträchtigt wird. Ferner ist eine Nachvollziehbarkeit beziehungsweise Wiederholbarkeit des Prozesses nicht gegeben. Außerdem ist eine Schädigung der Isolation am Draht durch heute bestehende Testes nicht erkennbar. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass es eine kontinuierliche Drahtwicklung erschwert, auf dem Zahn mehrere separate Spannungskreise zu etablieren. Darüber hinaus können bei aktuellen Verschaltungen bei auf- tretenden Fehlerstellen, beispielsweise einem Windungs schluss, keine einzelnen Windungen ausgetauscht oder repa riert werden. Wenn dies überhaupt möglich ist, dann ist es erforderlich, mit sehr großem Aufwand die ganze Spule zu ent nehmen. Ferner ist bei der herkömmlichen Verschaltungsgeomet rie mit einem Sternpunkt eine einzelne Spule nicht prüfbar und somit nicht die einzelnen Windungen. Ferner nimmt das Endstück des Zahns, der sogenannte „Wickelkopf" welcher den Biegeradius unterstützt, zusätzlichen Platz ein, in dem keine nützliche elektromagnetische Kraft erzeugt und die aktive Länge des Zahns effektiv begrenzt wird.

Um die Abstände zwischen dem Zahn und dem Draht zu verrin gern, sind mechanische Lösungen bekannt, die aber keine voll ständige Lösung bieten. Hierzu wird beispielsweise eine Wi ckelautomatisierung unter Zuhilfenahme von Maschinen verwen det. Ferner ist es bekannt, die Drähte entsprechend zu verpressen. Um die Nachvollziehbarkeit und/oder Wiederholbar keit des Prozesses zu verbessern, ist es bekannt, eine Wi ckelautomatisierung durchzuführen oder den Wickelvorgang mit fototechnischen Verfahren aufzunehmen. Ansonsten bestehen für die oben genannten Probleme bisher noch keine Lösungen.

Ferner ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Teile der Wicklung des Aktivteils vorzufertigen und diese auf einen Stator oder Rotor aufzubringen. Beispielsweise sind so ge nannte Haarnadel-Windungen bekannt, welche als einzelne Win dungen in einen Stator mit Loch gesteckt werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzu zeigen, wie ein Aktivteil einer elektrischen Maschine mit Spulen, welche an Zähnen angeordnet werden, auf einfache Wei se bereitgestellt werden kann, so dass ein effizienter Be trieb der elektrischen Maschine erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Aktivteil, durch eine elektrische Maschine sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßes Aktivteil für eine elektrische Maschine umfasst eine Mehrzahl von Zähnen und eine Mehrzahl von Spu len, welche auf den jeweiligen Zähnen angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass die jeweiligen Spulen eine Mehrzahl von vorgefertigten Aufsteckelementen aufweist, welche nebeneinan der auf dem Zahn angeordnet sind und den Zahn bereichsweise umgeben. Ferner weisen die jeweiligen Spulen eine Mehrzahl von vorgefertigten Verbindungselementen zum elektrischen Ver binden von jeweils zwei nebeneinander angeordneten Aufsteck elementen auf.

Bei dem Aktivteil kann es sich um einen Stator oder um einen Rotor der elektrischen Maschine handeln. Dieses Aktivteil kann beispielsweise ein Blechpaket aufweisen, welches die Mehrzahl von Zähnen aufweist. Gemäß der vorliegenden Erfin dung ist es vorgesehen, dass die jeweiligen Spulen nicht durch einen fortlaufenden Draht, sondern durch die Mehrzahl von Aufsteckelementen und die Mehrzahl von Verbindungselemen ten gebildet werden. Sowohl die Aufsteckelemente als auch die Verbindungselemente sind vorgefertigt beziehungsweise so ge fertigt, dass sie an das Profil beziehungsweise die Außenkon tur des Zahns angepasst sind. Bei der Herstellung der Spule werden zunächst die vorgefertigten Aufsteckelemente auf den Zahn aufgeschoben und anschließend werden diese mit den je weiligen Verbindungselementen elektrisch verbunden und zu dem gewünschten Schaltkreis zusammengeschlossen. Dabei werden die jeweiligen Aufsteckelemente nebeneinander beziehungsweise in radialer Richtung des Zahns übereinander angeordnet. Mit ei nem der Verbindungselemente können jeweils zwei nebeneinander angeordnete Aufsteckelemente elektrisch miteinander verbunden werden. Durch die elektrische Verbindung der Aufsteckelemente mit den jeweiligen Verbindungselementen ergibt sich insgesamt dann die Spule des Aktivteils. Die jeweiligen Spulen bilden zusammen die Wicklung des Aktivteils. Somit ist es nicht er forderlich, dass die gesamte Spule aus einem einzigen Draht gewickelt wird. Dadurch können die eingangs genannten Proble me gelöst werden. Ferner kann eine einfache Fertigung der je weiligen Spulen ermöglicht werden.

Bevorzugt weisen die Mehrzahl von AufSteckelementen und die Mehrzahl von Verbindungselementen jeweils einen rechteckigen Querschnitt auf. Die AufSteckelemente und die Verbindungsele mente können aus einem Metall, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, gefertigt sein. Die jeweiligen AufSteckelemente und die jeweiligen Verbindungselemente können also einen Querschnitt aufweisen, welcher von Flachdrähten bekannt ist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Aufsteckelemente und die Verbindungselemente jeweils den gleichen Querschnitt auf weisen. Dadurch können die elektrischen und/oder die elektro magnetischen Vorteile erreicht werden, die von Flachdrähten bekannt sind.

Gemäß einer Ausführungsform sind die Mehrzahl von Aufsteck elementen und die Mehrzahl von Verbindungselementen derart vorgefertigt, dass diese zumindest bereichsweise an einer Au ßenkontur des Zahns anliegen. Wie bereits erläutert, ist die Formgebung der Aufsteckelemente und/oder der Verbindungsele mente an die Formgebung beziehungsweise das Profil des Zahns angepasst. Somit kann insbesondere erreicht werden, dass die jeweiligen Aufsteckelemente und/oder die jeweiligen Verbin dungselemente zum überwiegenden Teil an der Außenkontur des Zahns anliegen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die je weiligen Aufsteckelemente und/oder die jeweiligen Verbin dungselemente vollständig an dem Zahn anliegen. Somit kann der elektromagnetisch ungünstige Abstand zwischen dem Zahn und den Windungen der Spule, wobei eine Windung durch ein Aufsteckelement und ein Verbindungselement gebildet wird, re duziert werden.

In einer weiteren Ausführungsform sind die jeweiligen Auf steckelemente U-förmig ausgebildet und weisen einen mittleren Bereich und zwei Schenkelbreiche auf, wobei der mittlere Be reich an einer Querseite des Zahns anliegt und die zwei Schenkelbereiche zumindest bereichsweise an jeweiligen Längs seiten des Zahns anliegen. Der Bereich des Zahns, an welchem die Spule angeordnet wird, kann im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein und zwei gegenüberliegende Querseiten sowie zwei gegenüberliegende Längsseiten aufweisen. Die jeweiligen Aufsteckelemente weisen den mittleren Bereich auf, welcher an einer der Querseiten anliegt. Des Weiteren weisen die jewei ligen Aufsteckelemente die Schenkelbereiche auf, welche im Wesentlichen senkrecht zu dem mittleren Bereich angeordnet sind. Zwischen dem mittleren Bereich und den jeweiligen

Schenkelbereichen kann das Aufsteckelement eine entsprechende Krümmung beziehungsweise einen Radius aufweisen. Dabei können die jeweiligen Schenkelelemente an der kompletten Längsseite oder einem Teil davon anliegen. Mit anderen Worten sind die jeweiligen Aufsteckelemente mechanisch exakt auf die benötige Größe und Form gefertigt. Dies ermöglicht zudem eine potenti elle Nutzung von derzeit nicht erreichbaren Zahngeometrien.

In einer Ausführungsform verlaufen die Schenkelbereiche der jeweiligen Aufsteckelemente parallel zu einer Grundfläche des Zahns. Dabei ist es ferner vorgesehen, dass alle Schenkelbe reiche der an dem Zahn angeordneten Aufsteckelemente parallel zueinander verlaufen. In diesem Fall ist insbesondere vorge sehen, dass die Verbindungselemente, welche die jeweils zwei benachbarten Aufsteckelemente elektrisch miteinander verbin den, schräg zu der Grundfläche des Zahns verlaufen. Auf diese Weise kann die Spule bereitgestellt werden.

In einer alternativen Ausführungsform verläuft zumindest ein Schenkelbereich der jeweiligen Aufsteckelemente schräg zu ei ner Grundfläche des Zahns. Es kann vorgesehen sein, dass ein Schenkelbereich der jeweiligen Aufsteckelemente parallel zu der Grundfläche des Zahns verläuft. Der andere Schenkelbe reich kann schräg oder diagonal zu dieser Grundfläche verlau fen. Beispielsweise können die Schenkelbereiche der jeweili gen Aufsteckelemente, die auf einer der Längsseiten angeord net sind, schräg zu der Grundfläche des Zahns verlaufen. Da bei ist insbesondere vorgesehen, dass die jeweiligen Sehen- kelbereiche auf einer Längsseite des Zahns parallel zueinan der verlaufen. Die jeweiligen Verbindungselemente, welche dann die benachbarten AufSteckelemente miteinander verbinden, können parallel zu der Grundfläche des Zahns verlaufen. Auch auf diese Weise kann auf einfache und zuverlässige Weise die Spule hergestellt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die jeweiligen Verbin dungselemente U-förmig ausgebildet und weisen einen mittleren Bereich und zwei Schenkelbereiche auf, wobei der mittlere Be reich an einer Querseite des Zahns anliegt und die zwei

Schenkelbereiche zumindest bereichswese an jeweiligen Längs seiten des Zahns anliegen. Auch die jeweiligen Verbindungs elemente können U-förmig ausgebildet sein. Dabei ist es vor gesehen, dass eines der Aufsteckelemente und eines der Ver bindungselemente, welche miteinander verbunden sind, den Zahn umfangsseitig umgeben. Dabei liegt der mittlere Bereich des U-förmigen Aufsteckelements an einer ersten Querseite an. Die beiden Schenkelbereiche des Aufsteckelements erstrecken sich jeweils über einen Bereich der Längsseiten des Zahns. Der mittlere Bereich des U-förmigen Verbindungselements liegt an einer zweiten beziehungsweise gegenüberliegenden Querseite des Zahns an. Die beiden Schenkel des Verbindungselements er strecken sich bis zu den jeweiligen Schenkeln des Aufsteck elements. Dabei ist ein Schenkel des Aufsteckelements mit ei nem Schenkel des Verbindungselements verbunden. Auf diese Weise kann die Spule, welche an dem Zahn angeordnet ist, be reitgestellt werden, ohne dass bei dem Aufbringen der Spule eine Beschädigung der einzelnen Teile droht.

In einer alternativen Ausführungsform sind die jeweiligen Verbindungselemente gerade ausgebildet sind und liegen an ei ner Querseite des Zahns an. Auch in diesem Fall ist das je weilige Aufsteckelement U-förmig ausgebildet. Hierbei liegt der mittlere Bereich des Aufsteckelements an einer ersten Querseite an. Die jeweiligen Schenkelbereiche des Aufsteck elements erstrecken sich über die kompletten Seitenflächen des Zahns. Das Verbindungselement, welches gerade ausgebildet ist, erstreckt sich entlang der zweiten Querseite des Zahns. Ferner ist vorgesehen, dass ein Schenkelbereich des Aufsteck elements mit einer Seite des Verbindungselements verbunden ist, um eine Windung der Spule bereitzustellen. Dies ermög licht eine schnelle Fertigung der Spule.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Mehrzahl von Verbin dungselementen an einer Platte angeordnet, wobei auf der Platte zumindest ein elektronisches Bauelement angeordnet ist. Die jeweiligen Verbindungselemente können alle auf der gemeinsamen Platte beziehungsweise Aufsteckplatte angeordnet sein oder auf dieser ausgebildet sein. Bei der Platte kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte handeln. Dabei ist es ferner vorgesehen, dass auf dieser Platte ein elektroni sches Bauelement und insbesondere ein Halbleiterbauelement angeordnet ist. Es können auch mehrere Halbleiterbauelemente auf der Platte angeordnet sein. Dieses zumindest eine elekt ronische Bauelement kann dazu dienen, eine elektrische Span nung, welche an der Spule oder den einzelnen Windung anliegt, zu steuern. Ferner kann das zumindest eine elektronische Bau element dazu dienen, einen elektrischen Strom, welcher durch die Spule oder durch zumindest eine Windung fließt, zu steu ern. Insbesondere wird durch das zumindest eine Bauteil eine Umrichterschaltung gebildet. Ferner wird durch die Platte und/oder das zumindest eine elektronische Bauelement die Mög lichkeit geboten, die einzelnen Windungen beliebig miteinan der zu verschalten. Darüber hinaus wird die Möglichkeit gebo ten, eine elektrische Prüfung der Spule und/oder der einzel nen Windungen durchzuführen. Das zumindest eine elektronische Bauteil kann Teil einer Messeinrichtung sein.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die jeweiligen Aufsteck elemente und die jeweiligen Verbindungselemente zumindest be reichsweise mit einer Isolierung beschichtet sind. Die Auf steckelemente und die Verbindungselemente sind so auszuge stalten und an dem Zahn anzuordnen, dass die elektrische Iso lierung zwischen den einzelnen Windungen der Spule garantiert wird. Die jeweiligen AufSteckelemente und die jeweiligen Ver- bindungselemente können angepasst an die äußeren Abmessungen des Zahns gefertigt werden. Im Anschluss daran können die je weiligen Aufsteckelemente und die jeweiligen Verbindungsele mente mit einer entsprechenden Isolierung versehen werden. Diese Isolierung kann aus einem elektrisch isolierenden Mate rial, beispielsweise einem Kunststoff, gebildet sein. Bei der Isolierung kann es sich auch um einen entsprechenden elekt risch isolierenden Lack handeln. Dabei ist es ferner vorgese hen, dass die Aufsteckelemente und Verbindungselemente in ei nem jeweiligen Kontaktbereich frei von einer Isolierung sind. Somit wird es ermöglicht, dass diese elektrisch miteinander verbunden werden.

Bevorzugt werden die jeweiligen Verbindungselemente mit den dazugehörigen AufSteckelementen mittels Schweißen und/oder Löten verbunden. Wie bereits erläutert, weisen die Verbin dungselemente und die Aufsteckelemente an ihren freien Enden beziehungsweise den Schenkelbereichen entsprechende Kontakt bereiche auf, um diese elektrisch miteinander zu verbinden. Das elektrische Verbinden der jeweiligen Verbindungselemente und Aufsteckelemente kann durch ein Lötverfahren erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Schweißverfahren, bei spielsweise Ultraschallschweißen, verwendet werden. Darüber hinaus können die Verbindungselemente und die Aufsteckelemen te durch eine Steckverbindung miteinander verbunden werden. Dies eignet sich insbesondere, wenn die jeweiligen Verbin dungselemente auf der gemeinsamen Platte angeordnet sind. Da bei können in der jeweiligen Platte Öffnungen vorgesehen sein, in welche die freien Enden beziehungsweise Kontaktbe reiche der Aufsteckelemente eingebracht werden. Alternativ dazu kann ein elektrisch leitfähiger Klebstoff verwendet wer den, um die Verbindungselemente und die dazugehörigen Auf steckelemente elektrisch miteinander zu verbinden. Nach dem Verbinden der Verbindungselemente mit den dazugehörigen Auf steckelementen können die Kontaktbereiche der Verbindungsele mente und/oder Aufsteckelemente nochmals mit einer entspre chenden Isolierung beschichtet werden. In einer weiteren Ausgestaltung weisen die jeweiligen Zähne an einer Oberseite zumindest eine Öffnung zum Einbringen ei nes Werkzeugs für das Schweißen und/oder Löten auf. Der Be reich des Zahns, auf welchen die Spule aufgebracht wird, kann im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein. An einer Ober seite und einer Unterseite kann der Zahn jeweils ein platten förmiges Begrenzungselement aufweisen, an welchem die oberste Windung beziehungsweise die unterste Windung der Spule an liegt. In dem Begrenzungselement, welches an der Oberseite angeordnet ist, kann zumindest eine Öffnung vorgesehen sein, durch welche ein Werkzeug zum Löten und/oder Schweißen der Verbindungselemente und AufSteckelemente zumindest bereichs weise eingebracht werden kann. Dies vereinfacht die Montage der Spule auf den jeweiligen Zähnen.

Auf dem Zahn können zusätzliche Führungselemente angeordnet sein, durch welche die Anordnung der AufSteckelemente

und/oder der Verbindungselemente auf dem Zahn vorgegeben wird. Dies eignet sich insbesondere, wenn die Schenkelberei che der Aufsteckelemente schräg zu der Grundfläche des Zahns verlaufen. Auf dem Zahn kann ferner ein Isolationselement, welches beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet ist, aufgeschoben werden. Im Anschluss daran können die Aufsteck elemente und die Verbindungselemente auf dieses Isolations element aufgeschoben werden. Auf diese Weise kann eine elekt rische Isolation zwischen den AufSteckelementen und/oder den Verbindungselementen einerseits und des Zahns andererseits verhindert werden.

Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst ein erfin dungsgemäßes Aktivteil, wobei das Aktivteil ein Stator oder ein Rotor der elektrischen Maschine ist. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um eine elektrische Ma schine mit einer hohen Leistungsdichte. Beispielsweise kann die elektrische Maschine in der Fertigung, einer Anlage oder in einem Roboter eingesetzt werden. Insbesondere kann die elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs verwendet werden. Beispielsweise kann die elektrische Maschine als An- trieb in einem Elektrofahrzeug, einem Boot, einem U-Boot oder dergleichen eingesetzt werden. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die elektrische Maschine als Antrieb in einem Elektro- flugzeug beziehungsweise elektrisch angetriebenen Flugzeug verwendet wird.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Herstellen eines Aktivteils für eine elektrische Maschine. Das Verfahren um fasst das Fertigen einer Mehrzahl von Spulen und das Aufbrin gen der Spulen auf jeweilige Zähne des Aktivteils. Dabei ist es vorgesehen, dass zum Fertigen der jeweiligen Spulen eine Mehrzahl von AufSteckelementen vorgefertigt wird und diese derart nebeneinander auf dem Zahn angeordnet wird, dass diese den Zahn bereichsweise umgeben. Darüber hinaus wird zum Fer tigen der jeweiligen Spulen eine Mehrzahl von Verbindungsele menten vorgefertigt und jeweils zwei nebeneinander angeordne te Aufsteckelemente werden mit einem der Verbindungselemente elektrisch verbunden.

Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Mehrzahl von Auf steckelementen und die Mehrzahl von Verbindungselementen aus einem Grundkörper ausgestanzt werden und anschließend zumin dest bereichsweise eine Isolation auf die Mehrzahl von Auf steckelementen und die Mehrzahl von Verbindungselementen auf gebracht wird. Der Grundkörper, aus welchem die Aufsteckele mente und/oder Verbindungselemente gefertigt werden, kann ei ne Metallplatte sein. Aus dieser Metallplatte können die Auf steckelemente und/oder Verbindungselemente in der gewünschten Form, welche an die Außenkontur des Zahns angepasst ist, herausgestanzt werden. Im Anschluss daran können die Auf steckelemente und Verbindungselemente mit der Isolation ver sehen werden. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass diese Isolation in den Kontaktbereichen, in denen die Verbindungs elemente mit den AufSteckelementen verbunden werden, nicht aufgebracht wird. Dies ermöglicht eine einfache und kosten günstige Fertigung der Spule des Aktivteils. Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Aktivteil vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren

Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße

elektrische Maschine und für das erfindungsgemäße Verfahren.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den

Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der

Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der

Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten

Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die

beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1 einen Zahn und eine Spule eines Aktivteils einer elektrischen Maschine gemäß dem Stand der

Technik;

FIG 2 einen Zahn und eine Spule gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung;

FIG 3 eine Seitenansicht des Zahns mit der Spule gemäß

FIG 2;

FIG 4 eine Schnittdarstellung des Zahns und der Spule gemäß FIG 3;

FIG 5 einen Zahn und eine Spule eines Aktivteils einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren

Ausführungsform der Erfindung;

FIG 6 eine Seitenansicht des Zahns und der Spule gemäß

FIG 5; FIG 7 eine Schnittdarstellung des Zahns und der Spule gemäß FIG 6;

FIG 8 ein Aufsteckelement und ein Verbindungselement gemäß einer Ausführungsform, wobei durch das Austeckelement und das Verbindungselement eine Windung der Spule gebildet wird;

FIG 9 ein Begrenzungselement an einer Oberseite der

Spule, welches entsprechende Öffnungen zum

Einbringen eines Werkzeugs aufweist;

FIG 10 ein Aufsteckelement und ein Verbindungselement gemäß einer weiteren Ausführungsform;

FIG 11 ein Begrenzungselement einer Spule gemäß einer weiteren Ausführungsform; und

FIG 12 ein Aufsteckelement sowie Verbindungselemente, welche auf einer gemeinsamen Platte angeordnet sind .

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

FIG 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Zahns 2 sowie einer Spule 3, welche auf dem Zahn 2 angeordnet ist.

Der Zahn 2 und die Spule 3 sind Teil eines Aktivteils 1 einer elektrischen Maschine. Bei dem Aktivteil kann es sich um ei nen Stator oder einen Rotor der elektrischen Maschine han deln. Der Zahn 2 ist in dem Bereich, in welchem die Spule 3 angeordnet ist, im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und weist gegenüberliegende Längsseiten 4a, 4b sowie gegenüber liegende Querseiten 5a, 5b auf. In der vorliegenden Darstel lung ist nur die Längsseite 4a zu erkennen. An einer Unter seite 6 weist der Zahn 2 ein unteres Begrenzungselement 8a auf, und an einer Oberseite 7 weist der Zahn ein oberes Be- grenzungselement 8b auf. Zwischen den Begrenzungselementen 8a, 8b wird die Spule 3 auf den Zahn 3 aufgebracht. Die Spule 3 ist vorliegend durch einen durchgehenden Draht 9 gebildet, welcher auf den Zahn 2 aufgewickelt wird.

FIG 2 zeigt eine Perspektivansicht eines Zahns 2 mit einer Spule 3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Spule 3 ist hierbei als gerade Ankerwicklung ausgebildet. Die Spule 3 umfasst eine Mehrzahl von AufSteckelementen 10 welche auf die Spule 2 aufgesteckt werden. Diese Aufsteckelemente 10 sind vorgefertigt und an das Profil des Zahns 2 beziehungs weise die Außenkontur des Zahns 2 angepasst. Darüber hinaus umfasst die Spule 3 eine Mehrzahl von Verbindungselementen 11, mit denen jeweils zwei übereinander angeordnete Aufsteck elemente 10 elektrisch miteinander verbunden werden.

Ferner zeigt FIG 3 eine Seitenansicht des Zahns 2 und der Spule 3 gemäß FIG 2. Hier ist zu erkennen, dass die jeweili gen Aufsteckelemente 10 parallel zu einer Grundfläche 12 be ziehungsweise parallel zu dem Begrenzungselement 8a verlau fen. Die jeweiligen Aufsteckelemente 10 sind im Wesentlichen U-förmig ausgebildet und werden entlang der Richtung des Pfeils 13 auf den Zahn 2 aufgeschoben . Dabei liegen die je weiligen Aufsteckelemente 10 vollständig an der Querseite 5a und zumindest bereichsweise an den jeweiligen Längsseiten 8a, 8b an .

FIG 4 zeigt den Zahn 2 und die Spule 3 gemäß FIG 3 entlang des Schnitts IV-IV. Hierbei ist zu erkennen, dass die jewei ligen Aufsteckelemente 10 parallel zueinander und parallel zu der Grundfläche 12 angeordnet sind. Ferner kann aus der FIG 4 entnommen werden, dass die jeweiligen Aufsteckelemente 10 ei nen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Mit anderen Worten sind die jeweiligen Aufsteckelemente 10 nach Art eines Flach drahts ausgebildet. Wie in FIG 2 zu erkennen ist, befinden sich die jeweiligen Verbindungselemente 11 im Bereich der Querseite 5b beziehungsweise der Stirnseite des Zahns 2.

Hierbei verlaufen die jeweiligen Verbindungselemente 11 pa- rallel zueinander und jeweils schräg zu der Grundfläche 12 des Zahns 2. Dadurch können die übereinander angeordneten Aufsteckelemente 10 elektrisch miteinander verbunden werden, um die Spule 3 zu realisieren.

FIG 5 zeigt eine Perspektivansicht eines Zahns 2 und einer Spule 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. FIG 6 zeigt die Seitenansicht des Zahns 2 und der Spule 3 ge mäß FIG 5. Hierbei ist zu erkennen, dass die jeweiligen Auf steckelemente 10 schräg beziehungsweise diagonal zu der Grundfläche 12 verlaufen. An dem Zahn 2 sind zusätzliche Füh rungselemente 14 angeordnet, durch welche die diagonale Rich tung der Aufsteckelemente 10 vorgegeben wird. Wie aus FIG 7, welche den Zahn 2 und die Spule 3 gemäß dem Schnitt VII-VII aus FIG 6 zeigt, zu entnehmen ist, verlaufen die Aufsteckele mente 10 auf der Längsseite 4a schräg beziehungsweise diago nal zu der Grundfläche 12. Auf der gegenüberliegenden Längs seite 4b verlaufen die Aufsteckelemente parallel zu der Grundfläche 12. Wie aus FIG 5 zu entnehmen ist, verlaufen auch die Verbindungselemente 11 an der Querseite 5b parallel zu der Grundfläche 12. Auf diese Weise kann eine diagonale Ankerwicklung bereitgestellt werden.

FIG 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufsteckele ments 10 und eines Verbindungselements 11 gemäß einer Ausfüh rungsform. Hierbei ist zu erkennen, dass das Aufsteckelement 10 U-förmig ausgebildet ist und einen mittleren Bereich 15 sowie zwei Schenkelbereiche 16 aufweist. Dabei sind die Schenkelbereiche 16 senkrecht zu dem mittleren Bereich 15 an geordnet. Bei der Anordnung des Aufsteckelements 10 an dem Zahn 2 liegt der mittlere Bereich 15 vollständig an der Quer seite 5a des Zahns 2 an. Die jeweiligen Schenkelbereiche 16 liegen vollständig an den gegenüberliegenden Längsseiten 4a und 4b an. In diesem Fall ist das Verbindungselement 11 gera de ausgebildet und liegt bei der Anordnung an dem Zahn 2 an der Querseite 5b vollständig an. Zum Herstellen der jeweiligen AufSteckelemente 10 und der Verbindungselemente 11 können dies aus einem Grundkörper, beispielsweise einem Metallblech gestanzt werden. Im An schluss daran kann eine entsprechende Isolierung auf die Auf steckelemente 10 und die Verbindungselemente 11 aufgebracht werden. Danach können die AufSteckelemente 10 auf den Zahn 2 aufgeschoben werden und anschließend mit den jeweiligen Ver bindungselementen 11 zu der Spule 3 verbunden werden. Die je weiligen Aufsteckelemente 10 weisen an den freien Enden der Schenkelbereiche 16 Kontaktbereiche 17 auf. Auch die Verbin dungselemente 11 weisen an ihren freien Enden entsprechende Kontaktbereiche 18 auf. An den Kontaktbereichen 17, 18 können die Aufsteckelemente 10 mit den Verbindungselementen 11 ver bunden werden. Zum elektrischen Verbinden der Aufsteckelemen te 10 und der Verbindungselemente 11 kann ein Schweißverfah ren und/oder ein Lötverfahren genutzt werden. Um dieses

Schweißverfahren zu vereinfachen, ist es vorgesehen, dass das Begrenzungselement 8b an der Oberseite 7 des Zahns 2 entspre chende Durchgangsöffnungen 19 aufweist, durch welche ein Werkzeug zum Schweißen und/oder Löten eingebracht werden kann .

FIG 10 zeigt ein Aufsteckelement 10 und ein Verbindungsele ment 11 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Auch in diesem Fall ist das Aufsteckelement 10 im Wesentlichen U-förmig aus gebildet. Nach dem Aufschieben des Aufsteckelements 10 auf den Zahn 2 liegt der mittlere Bereich 15 vollständig an der Querseite 5a an. Die jeweiligen Schenkelbereiche 16 liegen nur an einem Bereich der jeweiligen Längsseiten 4a, 4b an. Vorliegend ist auch das Verbindungselement 11 U-förmig ausge bildet und weist einen mittleren Bereich 20 auf. Dieser mitt lere Bereich 20 liegt bei der Anordnung des Verbindungsele ments 11 an dem Zahn 2 vollständig an der Querseite 5b an. Darüber hinaus umfasst das Verbindungselement 11 analog zu dem Aufsteckelement 10 entsprechende Schenkelbereiche 21, welche bei der Anordnung des Verbindungselements 11 an den Zahn 2 bereichsweise an den Längsseiten 4a, 4b anliegen. Auch bei einer derartigen Ausgestaltung der Aufsteckelemente 10 und der Verbindungselemente 11 können an dem Begrenzungsele ment 8b entsprechende Durchgangsöffnungen 19 für das Werkzeug vorgesehen sein. Dies ist schematisch in FIG 11 dargestellt. Wie in Zusammenschau mit FIG 9 zu erkennen ist, befinden sich die Durchgangsöffnungen 19 im Bereich der Kontaktbereiche 17, 18 der AufSteckelemente 10 und der Verbindungselemente 11.

FIG 12 zeigt ein Aufsteckelement 10 sowie Verbindungselemente 11 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hierbei ist das Auf steckelement 10 wiederum U-förmig ausgebildet. Die jeweiligen Verbindungselemente 11, von denen vorliegend der Übersicht lichkeit halber nur zwei dargestellt sind, sind auf einer ge meinsamen Platte 22 angeordnet. Diese Platte 22 weist ent sprechende Öffnungen 23 auf, in welche Kontaktbereiche 17 be ziehungsweise die freien Enden der jeweiligen Aufsteckelemen- te 10 eingebracht werden können. Auf dieser Platte 20 kann zudem zumindest ein elektronisches Bauteil aufgebracht wer den. Bei dem elektronischen Bauteil handelt es sich insbeson dere um ein oder mehrere Halbleiterbauelemente. Insbesondere kann durch diese Halbleiterbauelemente eine

Umrichterschaltung bereitgestellt werden.

Dadurch, dass die Spule 3 des Aktivteils 1 durch die vorge fertigten Aufsteckelemente 10 und die Verbindungselemente 11 gebildet wird, ergeben sich mehrere Vorteile. Beispielsweise ergibt sich eine erhöhte Geschwindigkeit bei der Fertigung der Spule 3 beziehungsweise des Aktivteils 1. Insbesondere ergibt sich die Möglichkeit, die jeweiligen Spulen 3 vorge fertigt als Paket auf den Zahn 2 zu schieben, wodurch sich ein erheblicher Geschwindigkeitsvorteil gegenüber Einzelzahn wicklungen ergibt. Ferner kann das Aufbringen der Aufsteck elemente 10 und der Verbindungselemente 11 automatisiert wer den. Hierdurch ergeben sich geringere Kosten durch das simp lere Fertigungsverfahren im Vergleich zu automatisierten Ver fahren, bei denen ein kompletter Draht auf den Zahn 2 gewi ckelt wird. Darüber hinaus wird die Effektivität gesteigert: die einzel nen Windungen können exakt auf die benötigte Größe und Form gefertigt werden. Dies ermöglicht eine Reduzierung des elekt romagnetisch ungünstigen Abstands zwischen dem Zahn 2 und den jeweiligen Windungen deutlich. Ferner ergibt sich eine nach haltige Vermeidung von Beschädigungen, welche in einem Wi ckelverfahren auftreten können. Zudem wird eine potentielle Nutzung von derzeit nicht erreichbaren Zahngeometrien ermög licht. Durch die einzelnen AufSteckelemente 10 und Verbin dungselemente 11 ergibt sich die Möglichkeit, eine beliebige Verschaltung der einzelnen Spulen mit der Chance auf eine er höhte Sicherheit in der Nutzung. Ferner können individuelle Testverfahren jeder Spule 3 oder der gesamten Wicklung nach dem Aufschieben ermöglicht werden, wodurch sich ein zusätzli cher Qualitätsnachweis ergibt. Des Weiteren besteht die Mög lichkeit, Flachdrahtwicklungen auch in derzeit nicht erreich baren Größen zu erstellen. Zudem ist die Reparaturmöglichkeit von einzelnen Windungen durch diese Verschaltungsart gegeben beziehungsweise ermöglicht. Durch diese flexible Verbindungs art ist die elektrische Prüfung auch nach der elektrischen Verschaltung der Einzelspule noch möglich und darüber hinaus sind die einzelnen Windungen noch prüfbar. Beispielsweise kann ein Widerstand gemessen werden oder ein Stoßspannungs prüfung durchgeführt werden. Durch die Verwendung einer Plat te 20 bietet sich zudem der Vorteil einer schnellen Ferti gung, einer beliebigen Verschaltung und dem direkten Aufsatz von Einzelumrichtern, entweder pro Zahn 2 oder pro Windung.