Komponente einer elektrischen Maschine, insbesondere Rotor oder Stator Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Komponente einer elektrischen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon ein Stator einer elektrischen Maschine, beispielsweise aus der

DE102011004612 AI bekannt, mit einer Anordnung von übereinander gestapelten, als Blechlamellen ausgebildeten Trägerschichten. Die übereinander gestapelten

Blechlamellen bilden ein sogenanntes Statorblechpaket, das Nuten aufweist, in denen elektrische Spulen angeordnet sind, die jeweils aus einem elektrischen Leiter gebildet sind. Nachteilig ist, dass sich das Statorblechpaket durch magnetische Verluste erwärmt und diese Verluste bei der Auslegung berücksichtigt werden müssen.

Außerdem ist das Statorblechpaket vergleichsweise schwer.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Komponente einer elektrischen Maschine mit den

kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das Gewicht der Komponente erheblich reduziert ist, so dass eine höhere

Dynamik und eine höhere elektrische Leistung mit der elektrischen Maschine erzielbar ist. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Trägerschichten elektrisch nichtleitend und die elektrischen Leiter als elektrisch leitende Fasern ausgebildet sind, die einer elektrischen Phase zugeordnet sind und auf den Trägerschichten derart verlaufen, dass jeweils eine oder mehrere Spulenwindungen pro elektrischer Phase auf der jeweiligen Trägerschicht gebildet sind, und indem phasengleiche Spulenwindungen von mehreren Trägerschichten zusammen jeweils eine elektrische Spule bilden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen

Komponente einer elektrischen Maschine möglich. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Trägerschichten nach einem ersten

Ausführungsbeispiel durch das Aufrollen eines einzigen Trägerelementes oder nach einem zweiten Ausführungsbeispiel durch das Stapeln von mehreren separaten Trägerelementen gebildet sind. Das erste Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass alle Spulenwindungen der Komponente durchgängig auf einem ebenen, beispielsweise von einer Endlosrolle abwickelbaren Trägerelement hergestellt werden können. Das zweite Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass die einzelnen Trägerelemente einzeln fertigbar sind und in einer Fertigung einfacher handhabbar sind.

Weiterhin vorteilhaft ist, dass phasengleiche Spulenwindungen von unterschiedlichen Trägerschichten in axialer oder radialer Richtung bezüglich einer Komponentenachse der Komponente gesehen übereinanderliegen, da auf diese Weise die elektrischen Spulen gebildet werden.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn die elektrisch leitenden Fasern auf den Trägerschichten befestigt, insbesondere aufgenäht, eingewebt oder aufgeklebt, sind, da die

Spulenwindungen auf diese Weise in hoher Geschwindigkeit mit bekannten

Textilverfahren gefertigt werden können. Beispielsweise können die Spulenwindungen von allen elektrischen Phasen zeitlich gesehen parallel, also gleichzeitig in einem einzigen Verfahrensschritt hergestellt werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung sind auf einer Trägerschicht jeweils elektrisch leitende Fasern von mehreren, insbesondere drei, sechs oder neun, elektrischen Phasen vorgesehen.

Auch vorteilhaft ist, wenn die elektrisch leitenden Fasern Kohlenstoffnanoröhren und/oder Graphen umfassen, insbesondere aus Kohlenstoffnanoröhren, also sogenannten Nanotubes, und/oder Graphen hergestellt sind. Beispielsweise sind die elektrisch leitenden Fasern als Garn ausgebildet, das aus mehreren Fasern bestehen kann. Derartige Fasern haben eine höhere Leitfähigkeit als Kupfer oder Aluminium, so dass die elektrischen Verluste der elektrischen Maschine deutlich verringert werden können. Dadurch ergibt sich eine geringere Erwärmung der Komponente. Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die die Komponente umfassende elektrische

Maschine als eine Axialflussmaschine, insbesondere als ein Scheibenläufer, oder als eine Radialflussmaschine, insbesondere als ein Zylinderläufer, oder als ein

Linearmotor ausgebildet ist.

Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Komponente einen Stator bildet und der Rotor der elektrischen Maschine Permanentmagnete aufweist. Alternativ kann die

Komponente der elektrischen Maschine einen Rotor oder einen Schlitten bilden und der Stator Permanentmagnete aufweisen.

Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Fig.l zeigt eine vereinfacht dargestellte Komponente nach einem ersten

Ausführungsbeispiel,

Fig.2 eine Ansicht einer Radialflussmaschine mit einer aufgewickelten Komponente nach Fig.l,

Fig.3 eine vereinfacht dargestellte Komponente nach einem zweiten

Ausführungsbeispiel,

Fig.4 eine Ansicht einer Axialflussmaschine mit einer Komponente nach Fig.3, Fig.5 zeigt eine vereinfacht dargestellte Komponente nach einem dritten

Ausführungsbeispiel und

Fig.6 eine Ansicht eines Linearmotors mit einer Komponente nach Fig.5.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig.l zeigt eine vereinfacht dargestellte Komponente nach einem ersten

Ausführungsbeispiel.

Die erfindungsgemäße Komponente 1 einer elektrischen Maschine kann ein Rotor oder ein Stator der elektrischen Maschine sein und umfasst eine Anordnung von

übereinander gestapelten Trägerschichten 2, an der elektrische Spulen 3 vorgesehen sind, die jeweils aus einem oder mehreren elektrischen Leitern 4 gebildet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Trägerschichten 2 der Komponente 1 elektrisch nichtleitend und die elektrischen Leiter 4 der Komponente 1 als elektrisch leitende Fasern ausgebildet sind, die einer elektrischen Phase u,v,w zugeordnet sind und auf den Trägerschichten 2 derart verlaufen, dass jeweils eine oder mehrere Spulenwindungen 5 pro elektrischer Phase u,v,w auf der jeweiligen Trägerschicht 2 gebildet sind, und dass phasengleiche Spulenwindungen 5 von mehreren

Trägerschichten 2 zusammen jeweils eine elektrische Spule 3 bilden.

Die elektrisch leitenden Fasern 4 sind nach dem ersten Ausführungsbeispiel auf einem einzigen Trägerelement 8 aufgebracht. Die Spulenwindungen 5 sind dabei in

Längsrichtung des Trägerelementes 8 gesehen hintereinander angeordnet. Die Trägerschichten 2 sind nach dem ersten Ausführungsbeispiel durch ein Aufrollen des einzigen Trägerelementes 8 gebildet. Das Trägerelement 8 ist nach seinem Aufrollen zylinderförmig. Die einzelnen Fasern 4 verlaufen dadurch durchgängig über die mehreren übereinander liegenden Trägerschichten 2. Dabei sind auf den einzelnen Trägerschichten 2 eine oder mehrere phasengleiche Spulenwindungen 5 gebildet. Jede einer elektrischen Phase u,v,w zugeordnete Faser 4 bildet entlang seines Verlaufes eine Vielzahl von den Spulenwindungen 5, die über Verbindungsabschnitte 4.1 der jeweiligen Faser 4 miteinander verbunden und elektrisch in Reihe geschaltet sind. Beispielsweise sind auf dem einzigen Trägerelement 8 Fasern 4 von drei, sechs oder neun elektrischen Phasen u,v,w vorgesehen.

Das Trägerelement 8 ist für alle Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch

nichtleitenden dünnen Material, beispielsweise Kunststoff, hergestellt und

beispielsweise folien-, blech- oder flachbandförmig ausgeführt.

Die elektrisch leitenden Fasern 4 umfassen für alle Ausführungsbeispiele

Kohlenstoffnanoröhren und/oder Graphen. Beispielsweise können die Fasern 4 als ein Verbund von einzelnen Fasern aus Kohlenstoffnanoröhren und/oder Graphen ausgebildet sein. Der Verbund von einzelnen Fasern aus Kohlenstoffnanoröhren und/oder Graphen kann beispielsweise ein Garn sein.

Die elektrisch leitenden und Spulenwindungen 5 bildenden Fasern 4 sind auf den Trägerschichten 2 für alle Ausführungsbeispiele nach bekannten Textilverfahren befestigt, beispielsweise aufgenäht, eingewebt oder aufgeklebt. Fig.2 zeigt eine Ansicht einer Radialflussmaschine mit einer aufgewickelten

Komponente nach Fig.l. Bei der Ausführung nach Fig.2 bildet die Komponente 1 einen Stator. Der zugehörige Rotor 9 der elektrischen Maschine weist Permanentmagnete 10 auf. Umgekehrt kann die Komponente 1 auch ein Rotor sein und der Stator

Permanentmagnete aufweisen. Für diesen zweiten Fall benötigt der Rotor

Schleifelemente, insbesondere Schleifringe oder Schleifbürsten, zur elektrischen Stromversorgung der Spulen 3.

Durch das Aufrollen des Trägerelementes 8 kommen phasengleiche Spulenwindungen 5 von unterschiedlichen Trägerschichten 2 in radialer Richtung bezüglich einer

Komponentenachse 11 der Komponente 1 derart übereinander zu liegen, dass die in radialer Richtung übereinanderliegenden Spulenwindungen 5 jeweils eine der Spulen 3 bilden. Fig.3 zeigt eine vereinfacht dargestellte Komponente nach einem zweiten

Ausführungsbeispiel.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Trägerschichten 2 durch das Stapeln von mehreren separaten kreis- oder ringförmigen Trägerelementen 8 gebildet. Auf den einzelnen Trägerelementen 8 verlaufen jeweils mehrere spulenbildende, einer elektrischen Phase u,v,w zugeordnete Fasern 4, so dass je Trägerelement 8 eine oder mehrere phasengleiche Spulenwindungen 5 gebildet sind. In Fig.3 ist beispielhaft nur der Verlauf der der Phase u zugeordneten Faser(n) 4 gezeigt. Der Verlauf der der übrigen Phasen v,w zugeordneten Faser(n) ist entsprechend äquivalent zur Faser 4 der Phase u vorgesehen.

Die Spulenwindungen 5 sind in Umfangsrichtung bezüglich der Komponentenachse 11 hintereinander angeordnet, so dass sich eine kreisförmige Anordnung von

Spulenwindungen 5 ergibt. Beispielsweise sind auf den Trägerelementen 8 jeweils Fasern 4 von drei, sechs oder neun elektrischen Phasen u,v,w vorgesehen.

Die Trägerelemente 8 sind derart gestapelt, dass phasengleiche Spulenwindungen 5 von unterschiedlichen Trägerelementen 8 in axialer Richtung bezüglich der

Komponentenachse 11 der Komponente 1 gesehen übereinanderliegen und jeweils eine der Spulen 3 bilden. Die phasengleichen Spulenwindungen 5 aller Trägerelemente 8 sind beim zweiten Ausführungsbeispiel miteinander elektrisch verbunden, beispielsweise indem die entsprechenden Fasern 4 jeweils von einem Trägerelement 8 zum nächsten

Trägerelement 8 durchgängig verlaufen oder indem die entsprechenden Faserenden des einen Trägerelementes 8 mit den entsprechenden Faserenden des nächsten

Trägerelementes 8 verbunden sind oder indem Verbindungsmittel vorgesehen sind, die die entsprechenden Faserenden des einen Trägerelementes 8 mit den

entsprechenden Faserenden des nächsten Trägerelementes 8 verbinden. Fig.4 zeigt eine Ansicht einer Axialflussmaschine mit einer Komponente nach Fig.3. Bei der Ausführung nach Fig.4 bildet die Komponente 1 einen Stator, der als Einfach- oder Doppelstator ausgeführt sein kann. Der zugehörige Rotor 9 der elektrischen Maschine, der beispielsweise als Scheibenläufer ausgebildet ist, weist Permanentmagnete 10 auf. Fig.5 zeigt eine vereinfacht dargestellte Komponente nach einem dritten

Ausführungsbeispiel.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel werden die Trägerschichten 2 durch das Stapeln von mehreren separaten rechteck-, streifen- oder flachbandförmigen Trägerelementen 8 gebildet. Auf den einzelnen Trägerelementen 8 verlaufen jeweils mehrere

spulenbildende, einer elektrischen Phase u,v,w zugeordnete Fasern 4, so dass je Trägerelement 8 eine oder mehrere phasengleiche Spulenwindungen 5 gebildet sind. In Fig.5 ist beispielhaft nur der Verlauf der der Phase u zugeordneten Faser(n) 4 gezeigt. Der Verlauf der der übrigen Phasen v,w zugeordneten Faser(n) ist

entsprechend äquivalent zur Faser 4 der Phase u vorgesehen.

Die Spulenwindungen 5 sind in Längsrichtung der Trägerelemente 8 hintereinander angeordnet, so dass sich eine lineare Anordnung von Spulenwindungen 5 ergibt.

Beispielsweise sind auf den Trägerelementen 8 jeweils Fasern 4 von drei, sechs oder neun elektrischen Phasen u,v,w vorgesehen.

Die phasengleichen Spulenwindungen 5 aller Trägerelemente 8 sind beim dritten Ausführungsbeispiel miteinander elektrisch verbunden, beispielsweise indem die entsprechenden Fasern 4 jeweils von einem Trägerelement 8 zum nächsten

Trägerelement 8 durchgängig verlaufen oder indem die entsprechenden Faserenden des einen Trägerelementes 8 jeweils mit den entsprechenden Faserenden des nächsten Trägerelementes 8 verbunden sind oder indem Verbindungsmittel vorgesehen sind, die die entsprechenden Faserenden des einen Trägerelementes 8 jeweils mit den entsprechenden Faserenden des nächsten Trägerelementes 8 verbinden.

Fig.6 zeigt eine Ansicht eines Linearmotors mit einer Komponente nach Fig.5. Bei der Ausführung nach Fig.6 bildet die Komponente 1 einen Stator bzw. ein sogenanntes Primärteil. Der zugehörige Schlitten bzw. das zugehörige Sekundärteil 9 der elektrischen Maschine weist Permanentmagnete 10 auf. Umgekehrt kann die

Komponente 1 auch ein Sekundärteil sein und das Primärteil Permanentmagnete aufweisen.