Die Erfindung betrifft einen Stator einer dynamoelektrischen Maschine mit einem Statorkörper mit Statornuten und mindestens einer in den Statornuten angeordneten Wicklungsmatte. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklungsmatte für einen derartigen Stator.

Es ist bekannt, derartige Wicklungsmatten als sogenannte Wellenwicklung auszubilden. Eine derartige Wellenwicklung umfasst mehrere Wellenwicklungsleiter, bei denen jeweils in den Nuten des Stators verlaufende Nutabschnitte mit im Bereich der Wickelköpfe angeordneten Kopfabschnitten verbunden werden. Bei einer Radialflussmaschine mit in axialer Richtung des Stators verlaufenden Nuten befinden sich bei jedem Wellenwicklungsleiter diese Nutabschnitte in Umfangsrichtung betrachtet alternierend auf beiden Stirnseiten des Statorträgers. Unter einem Statorträger wird in diesem Zusammenhang der nicht elektromagnetisch aktive Teil des Stators verstanden, also beispielsweise ein Statorkörper ohne die felderzeugenden Spulen. Ein Statorkörper kann insbesondere als Statorblechpaket ausgebildet sein, dass aus übereinanderliegenden und voneinander elektrisch isolierten Statorblechen ausgebildet ist.

Aus US 6,894,414 B1 ist eine dynamoelektrische Maschine bekannt, bei der der Stator als sogenannte abgerollte Zahnkette gefertigt ist. In die Statornuten einer derartigen flach ausgebildeten Zahnkette wird zunächst eine Wicklungsmatte eingelegt, die eine verteilte Wicklung bildet. Die Ausdehnung der Wicklungsmatte in Wickelrichtung entspricht der Ausdehnung der flach ausgebreiteten Zahnkette und somit dem Umfang des resultierenden zylindrischen Stators. Nach dem Einlegen der Wicklungsmatte wird die Zahnkette in eine zylindrische Form gebogen. Die Enden der Zahnkette werden im Anschluss miteinander verschweißt.

Aus EP 259 77 54 A1 ist eine dynamoelektrische Maschine mit einer Wellenwicklung bekannt, bei der der Abstand zweier über einen Kopfabschnitt miteinander verbundener Nutabschnitte zumindest teilweise variiert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen einfach zu fertigenden Stator für eine dynamoelektrische Maschine mit kontinuierlichem Wicklungsschema und vorteilhaften elektrischen Verhalten anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch einen Stator für eine dynamoelektrische Maschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklungsmatte für einen Stator einer dynamoelektrischen Maschine gemäß Patentanspruch 12 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

Der Stator kann zunächst insbesondere axial ausgerichtete Statornuten umfassen. Die Statornuten können aber auch eine Schrägung aufweisen, um Drehmomentwelligkeiten und Nutrastmomente zu reduzieren. In den Statornuten ist mindestens eine Wicklungsmatte angeordnet. Diese Wicklungsmatte ist als verteilte Wicklung ausgebildet. Sie enthält für jeden Strang der Maschine zwei Sätze durchgängiger Wellenwicklungsleiter. Jeder Wellenwicklungsleiter umfasst Nutabschnitte, die in unterschiedlichen Radialpositionen innerhalb der Statornuten angeordnet werden können. Darüber hinaus umfasst jeder Wellenwicklungsleiter Kopfabschnitte, die jeweils zwei Nutabschnitte außerhalb der Statornuten im Bereich der Wickelköpfe miteinander verbinden. Bei einer sogenannten Wellenwicklung sind diese Kopfabschnitte bei jedem Wellenwicklungsleiter alternierend an den beiden stirnseitigen Enden des Stators angeordnet.

Bei einer elektrischen Maschine mit Wellenwicklung sind häufig parallele Wicklungszweige pro Phase notwendig, da vor allem bei einer Wellenwicklung eine geringere Leiterhöhe (insbesondere im Vergleich zu sogenannten Hairpin-Wicklungen) genutzt wird und somit die Leiteranzahl in der Nut erhöht wird. Um die induzierte Phasenspannung zu begrenzen, werden mehrere Wicklungszweige parallelgeschaltet.

Die sogenannte Lochzahl q definiert die Nutenzahl pro Pol und Strang der dynamoelektrischen Maschine. Erfindungsgemäß weist jeder Satz q durchgängige Wellenwicklungsleiter auf, deren Nutabschnitte auf jeweils einen Nutblock von q nebenei- nanderliegenden Statornuten pro Pol verteilt sind. Somit können die Wellenwicklungsleiter eines Strangs sowohl innerhalb eines Nutblocks verschiedene Nuten besetzen als auch innerhalb einer Nut unterschiedliche Positionen in radialer Richtung einnehmen, da in den Statornuten erfindungsgemäß mehrere Leiter übereinander angeordnet sind.

Um nun bei einer Parallelschaltung von Wellenwicklungsleitern eines bestimmten Stranges die Ausbildung von Kreisströmen zu verhindern, sieht die Erfindung vor, die Reihenfolge der Nutabschnitte der verschiedenen Wellenwicklungsleiter eines Satzes zwischen den Nutblöcken derart zu vertauschen, dass jeder Wicklungsleiter jede der q möglichen umfangsseitigen Positionen in einem Nutblock gleich oft einnimmt. Darüber hinaus wird vorgesehen, dass jeder Wellenwicklungsleiter in der Mitte seiner Ausdehnung in Wickelrichtung einen Lagenwechsel um genau eine Radialposition in den Statornuten vollzieht.

Resultat dieser Maßnahmen ist, dass jeder Wellenwicklungsleiter jede mögliche Radiallage in Kombination mit jeder möglichen Position innerhalb des Nutblockes mindestens einmal und gleich häufig einnimmt. Die möglichen Kombinationen aus umfangsseitiger Position innerhalb eines Nutblockes und Radiallage sind gleichmäßig unter den Wellenwicklungsleitern verteilt. Auf diese Art und Weise werden Kreisströme bei Parallelschaltung der Wicklungsleiter effektiv vermieden. Dies gilt auch, wenn der Stator mit mehreren Wicklungsmatten des erfindungsgemäßen Aufbaus gestaltet wird, um beispielsweise die Anzahl der Parallelschaltungen zu erhöhen. Jede gleichwertige Radiallagen-Nut-Kombination wird in jeder Wicklungsmatte belegt. Durch das fortlaufende Vertauschen der Leiterreihenfolge eines Stranges im Wickelkopf und durch den Radiallagenwechsel in der Mitte der Ausdehnung und damit insbesondere nach p Polen des Wellenwicklungsleiters in Wickelrichtung wird diese Regel für jeden Leiter jedes Stranges erfüllt, p bezeichnet hierbei die Polpaarzahl des Stators.

Der Statorkörper kann eine zu einer Zylinderform gebogene Zahnkette aufweisen mit mindestens einer axial verlaufende Fügestelle, an der die Enden der gebogenen Zahnkette miteinander verbunden sind. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Statornuten im abgerollten Zustand der Zahnkette sehr einfach mit einer Wicklungsmatte bestückt werden können. Im Vergleich hierzu kann das Einbringen einer Wicklungsmatte in einen zylindrisch ausgebildeten Statorkörper einen komplexen Vorgang darstellen.

Insbesondere bei einer Ausbildung des Statorkörperes als Zahnkette ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ausdehnung der Wicklungsmatte in Wickelrichtung dem Innenumfang des Stators entspricht.

Die Polpaarzahl p des Stators kann ein ganzzahliges Vielfaches von q betragen. Beträgt die Polpaarzahl p ein Mehrfaches von der Lochzahl q, wird jede mögliche Position innerhalb eines Nutblock in jeder der zwei möglichen Radialpositionen innerhalb der Statornuten mehrfach von einem Wellenwicklungsleiter eines Satzes eingenommen.

Die Wellenwicklungsleiter eines Satzes können in einem linear ausgebreiteten Zustand eine Achsensymmetrie bezüglich eines Kreuzungsschemas der Kopfanschnitte aufweisen mit einer Symmetrieachse, die parallel zu einem Nutabschnitt ausgerichtet ist. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, dass jede Nutposition innerhalb eines Nutblockes in jeder der beiden Radiallagen von einem Wellenwicklungsleiter eines Satzes mindestens einmal eingenommen wird und die Besetzung dieser Positionen bzw. Radiallagen unter den verschiedenen Wellenwicklungsleitern eines Satzes gleichverteilt ist.

Der Stator kann eine erste Teilwicklungsmatte aufweisen, die für jeden Strang genau einen ersten Satz von Wellenwicklungsleitern umfasst, wobei besagte erste Sätze im Bereich des Lagenwechsels X-förmig ineinandergefügt sind, so dass an Kreuzungspunkten der Wellenwicklungsleiter eines ersten und zweiten Stranges auf der einen Seite des Lagenwechsels stets die Wellenwicklungsleiter des ersten Stranges über denen des zweiten Stranges liegen und auf der anderen Seite stets die Wellenwicklungsleiter des zweiten Stranges über denen des ersten Stranges liegen. Hierdurch lassen sich die Sätze von Wellenwicklungsleitern der verschiedenen Stränge sehr einfach vorkonfigurieren und anschließend zur ersten Teilwicklungsmatte fügen.

Ähnlich kann mit einer zweiten Teilwicklungsmatte vorgegangen werden. D. h., dass der Stator eine zweite Teilwicklungsmatte aufweist, die für jeden Strang genau einen zweiten Satz von Wellenwicklungsleitern umfasst, wobei besagte zweite Sätze im Bereich des Lagenwechsels X-förmig ineinandergefügt sind, so dass an Kreuzungspunkte der Wellenwicklungsleiter eines ersten und zweiten Stranges auf der einen Seite des Lagenwechsels stets die Wellenwicklungsleiter des ersten Stranges über denen des zweiten Stranges liegen und auf der anderen Seite stets die Wellenwicklungsleiter des zweiten Stranges über denen des ersten Stranges liegen.

Aus der ersten und zweiten Teilwicklungsmatte kann nun eine vollständige Wicklungsmatte gebildet werden. Hierbei kann nun die zweite Teilwicklungsmatte gegenüber der ersten Teilwicklungsmatte in einem linear abgerollten Zustand um 180 Grad um eine in Wickelrichtung ausgerichtete Achse gedreht sein. Die Teilwicklungsmatten können X-förmig im Bereich des Lagenwechsels ineinandergefügt sein, so dass die Wellenwicklungsleiter der ersten Teilwicklungsmatte auf der einen Seite des Lagenwechsels stets über den Wellenwicklungseiter der zweiten Teilwicklungsmatte liegen und auf der anderen Seite des Lagenwechsels stets unterhalb der Wellenwicklungsleiter der zweiten Teilwicklungsmatte liegen.

Hierbei entstehen besonders kompakte Wickelköpfe, wenn zumindest Bereiche der Kopfabschnitte jedes Wellenwicklungsleiters auf der einen Seite jenseits des Lagenwechsels in Richtung der Nutöffnung gegenüber den jeweils verbundenen Nutabschnitten versetzt verlaufen und auf der anderen Seite jenseits des Lagenwechsels in Richtung des Nutgrundes gegenüber den jeweils verbundenen Nutabschnitten versetzt verlaufen.

Der maximale Versatz der Kopfabschnitte kann jeweils dem Betrage nach einer halben Radialposition entsprechen und damit der Hälfte der Leiterausdehnung in radialer Richtung betrachtet.

Wenn die erste und die zweite Teilwicklungsmatte ineinandergesteckt werden, wird durch den Versatz der Kopfabschnitte eine besonders kompakte Bauform erzielt. Der Versatz der ersten Teilwicklungsmatte ist stets dem Versatz der zweiten Teilwicklungsmatte entgegengerichtet. Diese Verhältnisse kehren sich in Wicklungsrichtung betrachtet am Lagenwechsel um. Eine Dynamoelektrische Maschine mit einem Stator nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eignet sich insbesondere als Traktionsantrieb für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Sie ist einfach zu fertigen und somit für große Stückzahlen geeignet. Ihr elektromagnetisches Verhalten ist durch das Eliminieren von Kreisströmen äußerst vorteilthaft.

Darüber hinaus ist der Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklungsmatte für einen Stators einer dynamoelektrischen Maschine. Bei dem Verfahren wird zunächst eine erste Teilwicklungsmatte erzeugt. Hierfür wird in einem ersten Schritt für jeden Strang des Stators ein erster Satz von q Wellenwicklungsleitern bereitgestellt. Diese Wellenwicklungsleiter umfassen jeweils Nutabschnitte, die in Statornuten eines Statorkörpers der dynamoelektrischen Maschine anzuordnen sind, und Kopfabschnitte, die jeweils zwei Nutabschnitte eines Wellenwicklungsleiters im Bereich der Wickelköpfe der Maschine miteinander verbinden.

Die q Wellenwicklungsleiter werden hierbei derart angeordnet, dass jeweils q benachbarte Nutabschnitte der jeweiligen Wellenwicklungsleiter im Abstand zweier Statornu- ten aufeinander folgen. Wichtig ist hierbei, dass die Reihenfolge der Nutabschnitte der verschiedenen Wellenwicklungsleiter innerhalb eines Satzes vertauscht wird, sodass jeder Wellenwicklungsleiter jede der q möglichen Positionen innerhalb eines Nutblockes gleich oft einnimmt. Wenn beispielsweise ein Nutblock vier mögliche Positionen umfasst, die Lochzahl des Stators somit vier beträgt, so müssen die Nutabschnitte der an dem Satz beteiligten Wellenwicklungsleiter über die Positionen 1 ,2, 3 und 4 gleich verteilt sein.

Im Anschluss werden alle so gebildeten ersten Sätze von Wellenwicklungsleitern zur ersten Teilwicklungsmatte zusammengesetzt bzw. ineinandergefügt.

Eine zweite Teilwicklungsmatte wird in gleicher Weise wie die erste Teilwicklungsmatte erzeugt.

Die so entstandenen zwei Teilwicklungsmatten werden schließlich ineinandergefügt.

Bei dem Ineinanderfügen der Teilwicklungsmatten vollziehen die Nutabschnitte der beteiligten Wellenwicklungsleiter einen Lagenwechsel. Dies geschieht derart, dass die Wellenwicklungsleiter der ersten Teilwicklungsmatte vor dem Lagenwechsel unter und hinter dem Lagenwechsel über den Wellenwicklungsleitern der zweiten Teilwicklungsmatte angeordnet sind. Nach dem Ineinanderfügen der Teilwicklungsmatten liegen mithin Nutabschnitte der Wellenwicklungsleiter der ersten Teilwicklungsmatte über Nutabschnitten der Wellenwicklungsleiter der zweiten Teilwicklungsmatte auf einer Seite des Lagenwechsels, während die Verhältnisse auf der anderen Seite des Lagenwechsels genau umgekehrt sind. Bei einer späteren Anordnung der so entstehenden Wicklungsmatte in einem Statorkörper der dynamoelektrischen Maschine werden somit durch die Wicklungsmatte bereits zwei Radialpositionen besetzt, wobei jeder Wellenwicklungsleiter jede der beiden Radialpositionen in jeder der q möglichen Positionen innerhalb eines Nutblocks gleich oft belegt.

Im Folgenden wir die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 : eine schematische Darstellung eines ersten Satzes von Wellenwicklungs- leitern,

Figur 2: eine konstruktive Realisierung des ersten Satzes von Wellenwicklungsleitern,

Figur 3: ein Ineinanderfügen von drei ersten Sätzen von Wellenwicklungsleitern, Figur 4: eine erste Teilwicklungsmatte als Resultat der drei ineinandergefügten ersten Sätze von Wellenwicklungsleitern,

Figur 5: ein Ineinanderfügen zweier Teilwicklungsmatten zu einer Wicklungsmatte, Figur 6: ein Stapel aus mehreren Wicklungsmatten,

Figur 7: einen Statorkörper mit einem in Statornuten des Statorkörpers eingelegten Wicklungsstapel,

Figur 8: ein erster Verschaltungsplan für eine Wicklung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Figur 9: ein zweiter Verschaltungsplan für eine Wicklung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Figur 10: eine erste Ausführung einer Zahnkette zur Bildung eines zylindrischen Statorkörpers, Figur 11 : eine zweite Ausführung einer Zahnkette zur Bildung eines zylindrischen Statorkörpers,

Figur 12: eine dritte Ausführung einer Zahnkette zur Bildung eines zylindrischen Statorkörpers,

Figur 13: eine vierte Ausführung einer Zahnkette zur Bildung eines zylindrischen Statorkörpers,

Figur 14: eine fünfte Ausführung einer Zahnkette zur Bildung eines zylindrischen Statorkörpers und

Figur 15: eine sechste Ausführung einer Zahnkette zur Bildung eines zylindrischen Statorkörpers.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Satzes 4 von Wellenwick- lungsleitern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Wellenwicklungsleiter 6 umfassen jeweils Nutabschnitte 7, die über Kopfabschnitte 8 miteinander verbunden sind. Die Kopfabschnitte 8 bilden, nachdem die Wellenwicklungsleiter 6 in Statornuten eines Statorkörpers einer dynamoelektrischen Maschine eingelegt wurden, die axial über den Statorkörper hinausragenden Wickelköpfe, während die Nutabschnitte 7 in Statornuten des Statorkörpers eingelegt sind.

Der dargestellte erste Satz 4 ist genau einem Strang der Maschine zugeordnet und umfasst vier Wellenwicklungsleiter 6. Diese vier Wellenwicklungsleiter 6 werden in einem Nutblock aus vier Nuten jeweils nebeneinander im Statorkörper angeordnet. Die sogenannte Lochzahl q des Stators, die Nutenzahl pro Pol und Strang, beträgt demnach q=4. Die Polpaarzahl des Stators, der den dargestellten Satz in seiner Statorwicklung umfasst, beträgt p=4.

Bei der Maschine handelt es sich um eine dreiphasige Maschine. Da ein Satz von Wellenwicklungsleitern 6 pro Nutblock vier Nuten belegt und jedem der acht Pole des Stators genau ein Nutblock zugeordnet ist, entfallen auf jeden Strang der Maschine 32 Statornuten. Somit ergibt sich für den Stator insgesamt bei seinen drei Phasen eine Nutenzahl von N=96.

Da jeder Nutblock vier Nuten umfasst, kann ein Nutabschnitt 7 eines Wellewicklungsleiters 6 in jedem Nutblock vier unterschiedliche Positionen einnehmen. Wie die schematische Darstellung des ersten Satzes 4 von Wellenwicklungsleitern 7 zeigt, wechselt jeder Wellenwicklungsleiter 7 von Nutblock zu Nutblock stets seine Position.

Es sei eine durchgängige Nummerierung der Positionen innerhalb der Nutblöcke von links nach rechts kontinuierlich aufsteigend von Position Eins bis Position Vier vorausgesetzt. Der Wellenwicklungsleiter 6 in Position Eins im ersten Nutblock von links befindet sich im darauffolgenden zweiten Nutblock in Position Vier. Im dritten Nutblock von links ist dieser Wellenwicklungsleiter 6 in Position Drei angeordnet. Im vierten Nutblock in Position Zwei. Im fünften Nutblock wechselt dieser Wellenwicklungsleiter 6 in Position Drei und wechselt im sechsten Nutblock wieder in die Position Zwei. Im siebten Nutblock ist der Wellenwicklungsleiter 6 wieder in der Postion Eins. Im achten Nutblock belegt er die Position Vier.

Das vom ersten Satz 4 Wellenwicklungsleitern 6 gebildete Schema weist eine Achsensymmetrie bezüglich einer Symmetrieachse 9 auf, die den ersten Satz 4 in Wicklungsrichtung betrachtet mittig in zwei gleich lange Hälften teilt. Diese Achsensymmetrie manifestiert sich in der Gestaltung der Wickelköpfe. An dem Pol, der sich genau über der Symmetrieachse 9 befindet, findet keine Kreuzung der Kopfabschnitte 8 statt. Das Kreuzungsschema der anderen Kopfabschnitte 8 ist achsensymmetrisch zur Symmetrieachse 9.

Eine analoge Besetzung der Nutpositionen erfolgt durch die weiteren, an dem ersten Satz 4 beteiligten Wellenwicklungsleiter 6. Die Wellenwicklungsleiter 6 folgen somit keinem konstanten Pitch. Vielmehr ändert sich der Abstand zweier Nutabschnitte 7 eines Wellenwicklungsleiters kontinuierlich.

In den im Wickelkopf angeordneten Kopfabschnitten 8 wird eine positive und eine negative zugehörige Kopfabschnitt-Leiterlage definiert. Diese ist jeweils um eine halbe Leiterhöhe in positiver bzw. in negativer z-Richtung versetzt. Die gestrichelte Leiterlinie in Figur 1 soll dabei einen Versatz in die zugehörige positive und die durchgezogene Linie einen Versatz in die zugehörige negative Kopfabschnitt-Leiterlage verdeutlichen. Die Kopfabschnitte 8 links der Symmetrieachse 9 sind von links betrachtet zunächst in Richtung der negativen z-Achse orientiert. An einer Wickelkopfspitze 10 angekommen, kehrt sich die Orientierung um, so dass die über einen Kopfabschnitt 8 verbundenen Nutabschnitte 7 schließlich in derselben z-Achsenposition angeordnet sind. Nach einem Einbau der dargestellten Wellenwicklungsleiter 6 in dem Statorkörper bedeutet dies, dass diese Nutabschnitte 7 in der gleichen Radialposition angeordnet sind.

Im Bereich rechts der Symmetrieachse 9 verhält sich der Verlauf der Kopfabschnitte 8 genau umgekehrt. D.h., von links nach rechts betrachtet verläuft ein Kopfabschnitt 8 bis zur Wickelkopfspitze 10 zunächst in positiver z-Richtung und nach der Wickelkopfspitze in negativer z-Richtung, so dass die über besagten Kopfabschnitt 8 verbundenen Nutabschnitte 7 auch hier wieder in derselben z-Position und somit im eingebauten Zustand in derselben Radialposition liegen.

An der Symmetrieachse 9 und somit in der Mitte des ersten Satzes 4 von Wellenwick- lungsleitern 6 eines Stranges der Maschine findet ein Lagenwechsel in z-Richtung statt. An beiden Seiten der hier angeordneten Wickelkopfspitze 10 verlaufen die Kopfabschnitte 8 in negativer z-Richtung. Auch hier beträgt der Versatz jeweils auf der linken und rechten Seite der Wickelkopfspitze 10 dem Betrage nach jeweils einer halben Leiterbreite in Radialrichtung betrachtet. Aufgrund der gleichen Orientierung dieses Versatzes in z-Richtung hat dies jedoch eine Lagenversatz der über den Kopfabschnitt 8 verbundenen Nutabschnitte 7 um genau eine Leiterbreite zur Folge. Demnach sind die Nutabschnitte 7 auf der rechten Seite der Symmetrieachse in den Nuten der Maschine um eine Radiallage näher in Richtung des Nutgrundes platziert als die Nutabschnitte 7 links der Symmetrieachse 9.

Im Ergebnis führt die dargestellte Verteilung der Nutabschnitte 7 innerhalb des ersten Satzes 4 hinsichtlich der möglichen Positionen innerhalb der beteiligten Nutblöcke und hinsichtlich der von den Wellenwicklungsleitern 8 eingenommenen Radiallagen dazu, dass jeder Wellenwicklungsleiter 8 jede mögliche Position im Nutblock und jede mögliche Radiallage gleich oft belegt. Hiermit ist bereits innerhalb eines Satzes von Wellenwicklungsleitern 8 die Grundlage dafür geschaffen, dass bei einer konsequenten Fortsetzung dieses Schemas für alle an der Wicklungsmatte des Stators beteiligten Sätze von Wellenwicklungsleitern eine Ausbildung von Kreisströmen trotz parallel geschalteter Leiterschleifen verhindert werden kann.

Wichtig für das Verständnis ist, dass die positive Kopfabschnitt-Leiterlage der ersten Teilmatten-Leiterlage der negativen Wickelkopf-Leiterlage der in positiver z- Richtung versetzten zweiten Teilmatten-Leiterlage entspricht. Entlang der Wellenrichtung eines Strangs in gemäß Fig. 1 positiver x-Richtung erfolgt in der ersten Teilmatten- Leiterlage nach Nutaustritt ein Versatz in die zugehörige negative Wickelkopf-Leiterlage. In der zweiten Leiterlage liegt dahingegen nach Nutaustritt ein Versatz in die zugehörige positive Wickelkopf-Leiterlage vor. Dieser Unterschied wird bedingt durch den Lagenwechsel. Entlang der beschriebenen positiven Wellenrichtung erfolgt nach Nutaustritt beim Lagenwechsel zunächst ein Leiterversatz in die zur ersten Teilmatten-Leiterlage zugehörige negative Wickelkopf-Leiterlage. In der Wickelkopf-Spitze wechseln die Leiter in die zu ersten Teilmatten-Leiterlage positive Wickelkopf-Leiterlage. Bei dem folgenden Nuteintritt liegt demnach ein Versatz in positiver z-Richtung in die zweite Teilmatten-Leiterlage vor. Bei einer konstruktiven Ausgestaltung des Wickelkopfes zeigt sich, dass auch bei den entlang der positiven Wellenrichtung folgenden Nuteintritten in der zweiten Teilmatten-Leiterlage ein Versatz in positiver z-Richtung bestehen muss. Daher muss bei den Nutaustritten wie oben beschrieben ein Versatz in positiver Richtung erfolgen.

Figur 2 zeigt eine konstruktive Realisierung des ersten Satzes 4 von Wellenwicklungsleitern 6.

Die Leiter sind in der Wickelkopfspitze 10 über die kurze Kante gebogen. Die q parallelen Leiter eines Strangs können dabei getrennt voneinander vorgefertigt werden. So ist es möglich, die Leiter zunächst in der x-y-Ebene zu biegen und in einem zweiten Schritt mit Hilfe eines Stempels die notwendigen Leiterversätze im Wickelkopf einzuprägen. Nach welcher Reihenfolge diese Leiter ineinander zu stecken sind, ist für jedes Wickelschema mit unterschiedlichen Kenngrößen unterschiedlich und muss jeweils getrennt untersucht werden.

Anhand Figur 2 soll beispielhaft ein solcher Steckprozess diskutiert werden. Bei einer genaueren Betrachtung kann man erkennen, dass der in der linken Anschlusszone zweite Wellenwicklungsleiter 6 von links im ersten und im siebten Wickelkopfabschnitt entlang der positiven Wellenrichtung vor den übrigen Leitern angeordnet ist. Dahingegen ist der Leiter im dritten und im fünften Wickelkopfabschnitt hinter den übrigen Wel- lenwicklungsleitern 6 angeordnet. In den übrigen Wickelkopfabschnitten kreuzt dieser Leiter nicht die anderen Wellenwicklungsleiter 6, womit der Wellenwicklungsleiter 6 weder vor noch hinter einem anderen Wellenwicklungsleiter 6 angeordnet ist. Dieser Leiter muss somit als letztes in die bereits angeordneten Leiter des Strangs in positive y-Richtung gesteckt werden. Hierbei muss man die beschriebene Anordnung in den Wickelkopfabschnitten realisieren. Die übrigen Wellenwicklungsleiter 6 sind in den jeweiligen Wickelkopfabschnitten in der gleichen Reihenfolge untereinander angeordnet. So liegt der in der linken Anschlusszone zweite Leiter von rechts jederzeit vor dem in der linken Anschlusszone ersten Leiter von rechts. Ein Stecken der übrigen Leiter ist daher nicht notwendig. Somit können diese entsprechend ihrer Reihenfolge ineinandergelegt werden.

Figur 3 zeigt ein Ineinanderfügen von drei ersten Sätzen 4,5,13 von Wellenwicklungsleitern 6 zu einer ersten Teilwicklungsmatte, die demnach für jeden Strang der Maschine jeweils einen ersten Satz 4,5,13 Wellenwicklungsleiter 6 umfasst. Die dargestellten ersten Sätze 4,5,13 sind in gleicher Weise gefertigt worden, insbesondere in der im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben Art und Weise gesteckt worden.

Die Stränge bzw. die zugehörigen Sätze 4,5,13 von Wellenwicklungsleitern 6 müssen in der Folge zur ersten Teilmatte ineinandergefügt werden. Der im Folgenden beschriebene Ablauf ist identisch für jedes Wicklungsschema mit unterschiedlichen Kenngrößen. Das Fügen erfolgt mit Hilfe eines x-fömigen Steckens der einzelnen ersten Sätze 4,5,13 wie in Figur 3 schematisch verdeutlicht. Da die Anordnung der Kopfabschnitte 8 zwischen den jeweiligen Strängen links und rechts des Lagenwechsels unterschiedlich ist, müssen die einzelnen Stränge x-förmig in y-Richtung ineinandergeschoben und anschließend zueinander verdreht werden, wobei dieser Vorgang sequenziell erfolgen kann.

Nach diesem Prinzip wird zunächst der erste Satz des zweiten Stranges 5 in den ersten Satz des ersten Stranges 4 gefügt. Anschließend wird der erste Satz des dritten Stranges 13 in die bereits entstandene Teilmatte gesteckt und man erhält eine fertige erste Teilwicklungsmatte. Eine solche erste Teilwicklungsmatte 11 als Resultat der drei ineinandergefügten Sätze 4,5,13 von Wellenwicklungsleitern 6 zeigt Figur 4. Für eine alternative Anzahl von Strängen verläuft der sequenzielle Zusammenbau analog. Die unterschiedliche Anordnung der Kopfabschnitte 8 links und rechts des Lagenwechsels wird bedingt durch die unterschiedliche Ausgestaltung des Wickelkopfes in den beiden Abschnitten.

Im Anschluss wird eine zweite Teilwicklungsmatte 12 in vollkommen analoger Vorgehensweise hergestellt. Die erste und zweite Teilwicklungsmatte 11 ,12 werden schließlich zu eine Wicklungsmatte 3 zusammengefügt. Dieser Vorgang ist in Figur 5 verdeutlicht.

Wie oben beschrieben ist jede Teilwicklungsmatte 11 ,12 unterteilt in zwei Bereiche, in denen die Leiter in den unterschiedlichen Radiallagen liegen. Daher müssen beim Zusammenstecken die in der ersten Teilwicklungsmatte 11 nicht belegten Lagen-Nut- Positionen durch die zweite Teilwicklungsmatte 12 belegt werden. Rotiert man die in Figur 4 dargestellte erste Teilwicklungsmatte 11 entlang der R-Achse um 180 Grad, so kann bei einer konstruktiven Ausgestaltung gezeigt werden, dass die rotierte erste Teilwicklungsmatte 11 (hier als zweite Teilwicklungsmatte 12 bezeichnet) das Gegenstück zur ursprünglichen ersten Teilmatte 11 sowohl im Bereich der Nutabschnitte 7 als auch im Bereich der Kopfabschnitte 8 bildet. Mithin entspricht die zweite Teilwicklungsmatte 12 der entlang der R-Achse um 180 Grad gedrehten ersten Teilwicklungsmatte 11 .

Demnach ist im Prozess nur eine Ausführung der Teilwicklungsmatte 11 ,12 notwendig, was den Aufwand der Fertigung erheblich reduziert. Analog zum Fügen der Sätze 4,5,13 der einzelnen Stränge müssen diese zwei entgegengesetzten Teilwicklungsmatten 11 ,12 in y-Richtung x-förmig ineinander verschoben und anschließend zueinander verdreht werden. Aus y-Richtung betrachtet kreuzen sich hierbei die zwei Teilwicklungsmatten 11 ,12 entlang des Lagenwechsels der Teilwicklungsmatten 11 ,12.

Figur 6 zeigt einen Wicklungsstapel 13 aus mehreren Wicklungsmatten 3. Es ergibt sich in der dargestellten Ausführungsform eine flache Wicklung mit zn = 8 Leiterlagen. Da jede der aufeinandergestapelten Wicklungsmatten 3 zwei Leiterlagen enthält, sind vier Wicklungsmatten 3 hierzu gestapelt.

Die Wicklungsmatten 3 können direkt in den Statornuten eines Statorkörpers aufeinandergestapelt werden. Besonders einfach gelingt dies, wenn ein solcher Statorkörper, der beispielsweise in Form eines Statorblechpaketes gefertigt ist, als Zahnkette ausgebildet ist.

Die Anzahl der gestapelten Wicklungsmatten 3 ist flexibel wählbar. Aufgrund des Aufbaus aus Wicklungsmatten, die aus zwei Teilmatten 11 ,12 aufgebaut sind und demnach zwei Leiterlagen bilden, ist die Anzahl der Leitlagen des gesamten Wicklungsstapels 13 geradzahlig.

In Figur 6 ist zudem zu erkennen, dass auf beiden Stirnseiten an beiden Enden der des Wicklungsstapels 13 Anschlussleiter 14 aus dem Wicklungsstapel 13 hervorstehen. Sofern die Wicklung in eine Zahnkette eingelegt wird, müssen diese infolge des Zusammenrollens der Wicklung mit der Zahnkette miteinander verflochten werden.

Figur 7 zeigt einen Statorkörper mit einer in Statornuten des Statorkörpers 2 eingelegten Wicklung. Dargestellt ist eine Wicklung mit Statorkörper 2 im zusammengerollten Zustand und mit verflochtenen Anschlussleitern 14. Schematisch ist hierbei eine Wicklung ohne Vertauschen der Leiterreihenfolge im Wickelkopf, jedoch mit den oben genannten Kenngrößen abgebildet.

Figur 8 zeigt einen ersten Verschaltungsplan für einen Wicklungsstapel 13 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und Figur 9 einen zweiten Verschaltungsplan für einen Wicklungsstapel 13 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Die gestapelten und zusammengerollten Wicklungsmatten 3 müssen in der Folge miteinander verschaltet werden. Die Verschaltung erfolgt dabei auf beiden Stirnseiten analog. Darüber hinaus ist die Verschaltung für alle Stränge gleich ausgeführt, weshalb nachstehend diese nur anhand eines Strangs erläutert wird. Grundsätzlich lässt sich feststellen, dass pro Stirnseite die maximale Anzahl paralleler Wicklungszweige der Lochzahl q entspricht. Somit sind für den kompletten Wicklungsstapel 13 maximal a = 2q parallele Wicklungszweige je Strang möglich. Die Verschaltung muss für jede beliebige Lochzahl einzeln untersucht werden. Anhand einer Verschaltung mit q = 4 werden exemplarisch hierfür notwendige Überlegungen verdeutlicht. Nach dem Verflechten sind die Anschlussleiter 14 aus axialer Richtung gesehen in einer Matrix angeordnet. Dabei liegen die Anschlussleiter 14 der unterschiedlichen Enden einer Wicklungsmatte 3 immer übereinander in der matrixförm igen Anordnung, wobei bei Betrachtung einer Stirnseite hier nur eine Teilmatte 11 ,12 der Wicklungsmatte 3 verschaltet wird.

Figur 8 zeigt schematisch die Verschaltung für vier und Figur 9 für zwei parallele Zweige je Stirnseite. Die unterschiedlichen Schraffierungen sollen die verschiedenen Leiter des Wicklungsstapels 13 verdeutlichen. Zusätzlich ist für jede Anschlussleiter- Ebene in der Matrix die zugehörige transversale Abweichung im Wickelkopf dargestellt, welche sich, wie erwartet, fortlaufend abwechselt. Die Umkehrung der Leiteranordnung beim Lagenwechsel bewirkt, dass auch im Bereich der Anschlüsse die Leiteranordnung in beiden Anschlussleiterebenen einer Wicklungsmatte 3 umgekehrt ist. Für den Fall von vier parallelen Zweigen erfolgt die Anschlusskontaktierung in der obersten und in der untersten Anschlussleiterebene. Dazwischen sind die jeweils übereinanderliegenden Anschlüsse unterschiedlicher Wicklungsmatten 3 miteinander in Serie verschaltet. Dieses Verschaltungskonzept ist dabei beliebig auf andere Lochzahlen anwendbar, wobei die Anzahl paralleler Zweige je Stirnseite der Lochzahl entsprechen muss.

In den Figuren 10 bis 15 sind insgesamt sechs verschiedene Ausführungsformen eines Statorkörpers in Form einer sogenannten Zahnkette 15 dargestellt. Allen diesen Ausführungen gemeinsam ist, dass der Statorkörper zunächst umfangsseitig zwei axial orientierte Stirnflächen 18 aufweist, die nach einer Bestückung mit einem Wicklungsstapel 13 miteinander z. B. durch Schweißen verbunden werden, so dass der Statorkörper eine Zylinderform erhält.

In der ersten Ausführungsform nach Figur 10 sind innerhalb der Zahnkette auch die einzelnen Startorzähne 17 und Statornuten 16 mit Bezugszeichen versehen. In der ersten Ausführungsform nach Figur 10 liegt die Zahnkette 15 in vollständig linear abgerollter Form vor, so dass die Bestückung mit dem Wicklungsstapel 13 ähnlich einfach handhabbar wie bei einem Linearmotor ermöglicht wird. Jeder einzelne Statorzahn 17 hat ein gewisses Winkelspiel, das bei allen Zähnen im Wesentlichen gleich ist. Dieses ist derart bemessen, dass es vollständig aufgebraucht ist, wenn die lineare Zahnkette 15 in seine geschlossene Zylinderform gebogen wird.

In der zweiten Ausführungsform nach Figur 11 ist eine derartige Flexibilität in Umfangsrichtung nur in dem dargestellten linear verlaufenden Bereich des Statorblechpaketes gegeben. Dieser Bereich schließt sich an einen bereits zu einem Halbkreisbogen ausgebildeten starren Abschnitt des Statorkörpers an.

In der dritten Ausführungsform nach Figur 12 sind hingegen zwei im Querschnitt halbkreisförmige, starre Statorkörperhälften an einer Stelle, die gegenüber der Fügestelle mit den beiden Stirnflächen 18 angeordnet ist, gelenkig miteinander verbunden.

In der vierten Ausführungsform nach Figur 13 wird diese Gelenkstelle durch einen Bereich von vier gelenkigen Statorzähnen 17 gegenüber der Fügestelle verwirklicht.

In der fünften und sechsten Ausführungsform (Figuren 14 und 15) wird der Bereich mit den gelenkig ausgebildeten Statorzähnen 17 ausgehend von Figur 13 zu Lasten der Ausdehnung der starren, bogenförmigen Statorbereiche vergrößert.

Bezuqszeichenliste

Stator

Statorkörper

Wicklungsmatte , 5,13 erste Sätze

Wellenwicklungsleiter

Nutabschnitte

Kopfabschnitte

Symmetrieachse 0 Wickelkopfspitze 1 erste Teilwicklungsmatte 2 zweite Teilwicklungsmatte 3 Wicklungsstapel 4 Anschlussleiter 5 Zahnkette 6 Statornuten 7 Statorzähne 8 Stirnfläche