DE102016200862B4

DE102016200862B4 - Spulenkörper

Info

Publication number: DE102016200862B4
Application number: DE102016200862.5A
Authority: DE
Inventors: Ljubomir Adzic; Gerd Stöhr
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2036-01-22
Also published as: DE102016200862A1

Abstract

Spulenkörper (100), bestimmt zum Bewickeln mit und Aufnehmen wenigstens eines Leiters einer als zum Einbau in einen magnetische Pole bildende, durch axiale Nuten voreinander getrennte Stator- bzw. Rotorzähne aufweisenden Stator- und/oder Rotorkern eines Stators bzw. Rotors bestimmten Wellenwicklung (150) ausgebildeten, verteilten Spule (200) einer elektrischen Maschine, wobei der Spulenkörper (100) eine Anzahl Nutabschnitte (101, 106, 111, 116, 121, 126), die zum Einsetzen in entlang einer Umfangsrichtung (U) des Stators und/oder Rotors aufeinanderfolgende, bevorzugt nicht unmittelbar aufeinanderfolgende, Nuten ausgebildet und bestimmt sind, und zwischen je zwei entlang der Umfangsrichtung (U) des Stators und/oder Rotors aufeinanderfolgenden Nutabschnitten (101, 106, 111, 116, 121, 126) je einen Wickelkopfabschnitt (102, 107, 112, 117, 122) aufweist, der die je zwei Nutabschnitte (101, 106, 111, 116, 121, 126) an ihren in gleiche axiale Richtung (A) weisenden Enden miteinander verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spulenkörper. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Spule, einen Stator einer elektrischen Maschine, einen Rotor einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine.
Stand der Technik
Aus der Druckschrift DE 20 2004 011 322 U1 ist eine Wicklungsisolation für Spulenwicklungen von elektrischen Maschinen, im speziellen von Elektromotoren und Generatoren, bekannt, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass das einteilige Gehäuse, aus dem die Isolation besteht, in Form eines strangextrudierten Kunststoffprofils mit selbsthaltender und verschließender Formgebung gestaltet ist, d.h. in Form eines elastischen, zu öffnenden Hohlprofils, welches in beliebigen Längen herstellbar ist. In der Fertigung von Elektromotoren können die Spulen der elektrischen Wicklung im noch auf der Wickelmaschine befindlichen, aufgespannten Zustand mit Ihren Einzeldrähten von dem strangextrudierten Kunststoffprofil leicht umfasst werden. Der Verwender biegt dazu die Öffnung des Hohlprofils auf, umfasst die Drähte mit dem Isolationsprofil, so dass die eng liegende, parallele Struktur der Spulendrähte erhalten bleibt. Durch eine in die Form integrierte Schnappleiste kann das Isolationsprofil verschlossen werden. Dann kann die Spule aus der Wickelmaschine entnommen werden Im Elektromotor wird die Spule in Nuten des Elektroblechs eingelegt, die das Isolationsprofil samt Spule aufnehmen. Die Formgebung des Profils für die Spulendrähte ist durch rastende Konturen, z.B. in Form einer rastenden Kante, entlang des Profils so gestaltet, dass die mit dem Profil ummantelte Spule im Motorblech mechanisch einschnappt und dadurch sicheren Halt findet.
Die bekannte Wicklungsisolation ist somit als Nutisolation zum Isolieren eines Bündels geradliniger Leiter von Spulen- oder Schleifenwicklungen ausgebildet. Für eine Isolation von Wellenwicklungen ist die aus der Druckschrift DE 20 2004 011 322 U1 bekannte Wicklungsisolation nicht geeignet.
Aus der DE 101 13 831 A1 ist eine Leiterwicklung für eine elektrische Maschine bekannt, bei der mehrere Leiter zu einem Vierkantleiter ausgebildet werden, bspw. durch Verpressen. Der Vierkantleiter wird mit einer isolierenden Hülle an der äußeren Oberfläche isoliert, wobei die isolierende Hülle typischerweise ein Oxid ist.
Aus der US 2015 / 0 048 709 A1 ist ein Isolator für einen Nutabschnitt bekannt, der an den jeweiligen axialen Enden Ausprägungen zur weiteren Isolierung der Wicklungsköpfe ausbildet ist.
Die DE 11 2012 004 477 T5 zeigt eine Hairpin-Spule, die in den Statornuten isoliert ist, wobei die Isolierung zudem abschnittsweise in den Wickelköpfen Verwendung findet.
In der US 4 403 162 A wird ein Nutisolationspapier beschrieben, an dem einstückig und klappbar ausgeformt weitere Elemente des Isolationspapiers ausgeprägt sind, mit denen sich abschnittsweise die Wickelköpfe isolieren lassen.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Isolation für eine Wellenwicklung einer elektrischen Maschine zu schaffen. Die Erfindung hat insbesondere die Aufgabe, eine Isolation für eine Wellenwicklung einer elektrischen Maschine zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und eine sichere Isolation der Wellenwicklung auch im Bereich ihrer Wickelköpfe gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Spulenkörper, bestimmt zum Bewickeln mit und Aufnehmen wenigstens eines Leiters einer als zum Einbau in einen magnetische Pole bildende, durch axiale Nuten voreinander getrennte Stator- bzw. Rotorzähne aufweisenden Stator- und/oder Rotorkern eines Stators bzw. Rotors bestimmten Wellenwicklung ausgebildeten, verteilten Spule einer elektrischen Maschine, wobei der Spulenkörper eine Anzahl Nutabschnitte, die zum Einsetzen in entlang einer Umfangsrichtung des Stators und/oder Rotors aufeinanderfolgende, bevorzugt jedoch nicht unmittelbar aufeinanderfolgende, Nuten ausgebildet und bestimmt sind, und zwischen je zwei entlang der Umfangsrichtung des Stators und/oder Rotors aufeinanderfolgenden Nutabschnitten je einen Wickelkopfabschnitt aufweist, der die je zwei Nutabschnitte an ihren in gleiche axiale Richtung weisenden Enden miteinander verbindet.
Die Erfindung schafft somit einen Spulenkörper für eine als Wellenwicklung ausgebildete verteilte Spule einer elektrischen Maschine. Der erfindungsgemäße Spulenkörper ist bestimmt zum Ausbilden einer als Steckspule konfektionierten Wellenwicklung zum Einbau in einen Stator- und/oder Rotorkern eines Stators bzw. Rotors der elektrischen Maschine. Es können somit sowohl der Stator als auch der Rotor der Maschine wahlweise oder zugleich mit verteilten Spulen, hier: Wellenwicklungen, mit erfindungsgemäßen Spulenkörpern aufgebaut sein. Entsprechend der darin aufzunehmenden Wellenwicklung oder ggf. mehreren Wellenwicklungen ist der erfindungsgemäße Spulenkörper mit einer abwechselnden, an die Erstreckung der aufzunehmenden Wellenwicklung oder Wellenwicklungen angepassten Aneinanderreihung, d.h. Abfolge, von abwechselnd je einem Nutabschnitt und je einem Wickelkopfabschnitt ausgebildet. Diese Erstreckung der Wellenwicklungen kann als mäanderförmig durch die Nuten des Stators bzw. Rotors geführt beschrieben werden, bei der jeder der Wickelkopfabschnitte die in die gleiche axiale Richtung der Maschine weisenden Enden zweier entlang der Wellenwicklung, d.h. entlang einer Längsrichtung der Wellenwicklung und damit eines oder mehrerer die Wellenwicklung bildenden Leiter und damit auch der Umfangsrichtung des Stators bzw. Rotors, aufeinanderfolgender Nutabschnitte miteinander verbindet. Dabei wird bevorzugt mit einem Wickelschritt größer als 1 gewickelt, d.h. entlang einer Umfangsrichtung des Stators bzw. Rotors werden nicht unmittelbar aufeinanderfolgende Nuten mit den aufeinanderfolgenden Nutabschnitten belegt, sondern diese Nutabschnitte werden in um 2 oder mehr Nutabstände beabstandete Nuten eingelegt. Die mit dem erfindungsgemäßen Spulenkörper ausgebildeten, als Steckspulen gestalteten Spulen reichen somit beim Einbau in die Maschine bevorzugt von einem Nutabschnitt zum nächsten über wenigstens zwei Stator- bzw. Rotorzähne bzw. Nutabstände des Stator- bzw. Rotorkerns, sind also von einem Nutabschnitt zum nächsten zwei oder mehrere Stator- bzw. Rotorzähne übergreifend ausgebildet und bestimmt zum Bilden in den Stator- und/oder Rotorkern einander überlappend einzusetzender, d.h. im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand eingesetzter, als Wellenwicklungen ausgebildeter Spulen.
Mit der axialen Richtung ist dabei eine Richtung bezeichnet, die durch eine Rotationsachse der elektrischen Maschine vorbestimmt ist. Die Rotationsachse der Maschine bildet ferner auch eine Bezugsrichtung für die Festlegung der Umfangsrichtung, die mit einer Umfangsrichtung der Maschine übereinstimmt, sowie für eine radiale Richtung, die mit einer radialen Richtung der Maschine rechtwinklig zur Rotationsachse übereinstimmt. Durch Vorgabe einer bestimmungsgemäßen Einbaulage des Spulenkörpers in Stator und/oder Rotor der elektrischen Maschine sind die Richtungsbezeichnungen, mit denen der Aufbau und die Gestaltung des erfindungsgemäßen Spulenkörpers benannt sind, anhand der vorbezeichneten Bezüge auf die allgemein bekannten Richtungsbezeichnungen der Maschine zurückgeführt und definiert. Weiterhin ist mit der Längsrichtung der Wellenwicklung und damit eines oder mehrerer die Wellenwicklung bildender Leiter sowie des Spulenkörpers eine bei bestimmungsgemäßem Einsatz der Wellenwicklung darin vorliegende Hauptstromrichtung entlang einer Längserstreckung der Wellenwicklung bzw. der Leiter bezeichnet. Mit anderen Worten bezeichnet die Längsrichtung des Spulenkörpers eine Längserstreckung des bzw. der in den Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers einzubringenden Leiters bzw. Leiter, d.h. eine Richtung eines bei bestimmungsgemäßem Einsatz der Spule in deren Leiter bzw. Leitern fließenden elektrischen Stroms.
Unter Zugrundelegung der vorstehenden Begriffsbestimmungen sind als axiale Nuten solche Nuten bezeichnet, die wenigstens nahezu in axialer Richtung oder mit einem Drall in Umfangsrichtung der Maschine ausgerichtet sind. Die Nuten im Stator- und/oder Rotorkern, kurz auch als Nuten der Maschine bezeichnet, verlaufen bevorzugt genau in axialer Richtung der Maschine, d.h. parallel zur Rotationsachse des Rotors, auch Symmetrieachse des Rotors und des Stators. In einer Abwandlung verlaufen die Nuten mit einem Drall um diese Rotationsachse, bevorzugt mit konstantem radialen Abstand von der Rotationsachse. In Bezug auf eine axiale Abmessung des Stators und/oder Rotors ist der Drall, d.h. die Verdrehung der Nuten entlang einer Umfangsrichtung des Stators und/oder Rotors über die gesamte Länge des Stators und/oder Rotors, jedoch gering, bevorzugt um wenigstens eine Größenordnung, insbesondere um wenigstens eine Zehnerpotenz, geringer. Der Einfachheit halber wird nachfolgend auch bei mit einem solchen Drall ausgebildeten Nuten deren Längsausrichtung stets als in der axialen Richtung verlaufend bezeichnet.
Als axiale Enden der Maschine, des Stators und/oder Rotors oder des Stator- und/oder Rotorkerns sind deren Enden in der axialen Richtung, d.h. in der Richtung der Rotationsachse, bezeichnet. Entsprechend bezeichnen axiale Enden des Spulenkörpers diejenigen Enden desselben, die bei dessen bestimmungsgemäßem Einbau in die elektrische Maschine bzw. den Stator und/oder Rotor in die axiale Richtung der Maschine bzw. des Stators und/oder Rotors weisen. Bei dem erfindungsgemäßen Spulenkörper bildet jeder der bei bestimmungsgemäßem Einbau in den Stator und/oder Rotor an deren axialen Enden positionierten Wickelkopfabschnitte ein axiales Ende des Spulenkörpers.
Gemäß dieser Begriffsbestimmung befinden sich bei bestimmungsgemäßem Einbau die axialen Enden der Nutabschnitte an den axialen Enden des Stator- und/oder Rotorkerns, und dort befinden sich Wickelköpfe des Stators und/oder des Rotors. Die Wickelkopfabschnitte des Spulenkörpers sind in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Spulenkörpers in den Wickelköpfen angeordnet.
Die Erfindung ermöglicht gegenüber einer Herstellungsweise, bei der ein oder mehrere einzelne Leiter nacheinander in die vorbestimmten Nuten eingezogen oder eingelegt werden, eine wesentlich schnellere, einfachere, kostengünstigere und präzisere Fertigung. Die Wickelköpfe können formgenau und verkleinert ausgebildet werden, die Isolierung einzelner Phasen der Maschine gegeneinander wird durch die Spulenkörper vereinfacht und verbessert. Dies ist dadurch erzielbar, dass der bzw. die Leiter außerhalb des Stator- und/oder Rotorkerns auf den Spulenkörper aufgebracht werden und dieser dann samt dem Leiter bzw. den Leitern durch einfache Steckmontage auf den Stator- und/oder Rotorkern, d.h. durch Einlegen in dessen Nuten, montiert wird. Dabei wird die räumliche Form der Spule durch den Spulenkörper sowohl im Bereich der Nuten als auch der Wickelköpfe vorgegeben. Dies ist bei den vorliegenden verteilten, einander in bestimmungsgemäßer Einbaulage im Stator- und/oder Rotorkern überlappenden Spulen von besonderem Vorteil. Diese Spulen lassen sich bei erfindungsgemäßer Ausbildung auch mit hohem Automatisierungsgrad maschinell wickeln, d.h. in den Spulenkörper einlegen, wodurch Kosten gespart werden und die Fertigungsqualität durch Erhöhen der Präzision und Reproduzierbarkeit gesteigert wird. Es ist dabei ein einfacher, prozesssicherer Fertigungsablauf gegeben. Bevorzugt sind dazu alle Steckspulen, d.h. alle Wellenwicklungen, eines Stators und/oder Rotors identisch gestaltet, also auf identisch gestalteten Spulenkörpern aufgebaut, um eine weitere Vereinfachung der Herstellung und Kosteneinsparung zu erzielen. Wahlweise können aber auch zum Erzielen bestimmter Wickelschrittfolgen zwei oder mehrere unterschiedlich gestaltete Spulenkörper und damit Spulen eingesetzt werden. Im Gegensatz zum Einziehen einzelner, „nackter“ Leiter in die Nuten der Maschine werden die Leiter nun nicht mehr stark gebogen, auch treten keine Reibungsbeanspruchungen mehr auf. Der Leiterwerkstoff wird geschont, Verletzungen der Leiterisolation - z.B. eines Isolierlacks - werden vermieden. Insgesamt werden die Fertigungszeiten deutlich verringert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Spulenkörpers ist gekennzeichnet durch eine zum lagegenauen Aufnehmen und/oder Führen und/oder Stützen und/oder Halten wenigstens eines dünnen Leiters bestimmte Ausgestaltung der Nutabschnitte und/oder der Wickelkopfabschnitte.
Dabei bezeichnet der Begriff des dünnen Leiters einen Leiter, dessen Querschnitt um so viel kleiner als ein Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers für den Leiter bzw. mehrere dieser Leiter ist, dass eine Mehrzahl von Leitern in radialer und/oder Umfangsrichtung nebeneinanderliegend im Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers aufgenommen sein können. Insbesondere sind dabei die Abmessungen des bzw. der Leiter einerseits und des Aufnahmequerschnitts des Spulenkörpers andererseits derart vorgesehen, dass im Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers in radialer und/oder Umfangsrichtung nebeneinander wenigstens zwei Leiter, bevorzugt wenigstens fünf Leiter, Platz finden. Besonders bevorzugt ist der Querschnitt der Leiter klein gegenüber dem Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers für den bzw. die Leiter bemessen, d.h. der Querschnitt der Leiter ist wenigstens um einen Faktor 10 kleiner als der Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers.
Die zum lagegenauen Aufnehmen und/oder Führen und/oder Stützen und/oder Halten bestimmte Ausgestaltung der Nutabschnitte und/oder der Wickelkopfabschnitte des Spulenkörpers bedeutet, dass die Nutabschnitte und/oder Wickelkopfabschnitte derart ausgestaltet sind, dass der in den Spulenkörper eingelegte dünne Leiter im Spulenkörper entlang wenigstens nahezu der gesamten Erstreckung der Nutabschnitte und vor allem der Wickelkopfabschnitte in einer definierten, sicher fixierten Lage und Form präzise geführt ist, wobei in vorteilhafter Weise Abschnitte des Leiters wahlweise durch eine Wandung des Spulenkörpers und/oder benachbart zueinander geführte Leiter und/oder Abschnitte des Leiters geführt und/oder gestützt und/oder gehalten, d.h. fixiert, sind. Dadurch wird eine verbesserte, sicherere Isolierung insbesondere der Wickelkopfabschnitte ermöglicht und auch ein hoher Kupferfüllfaktor der Nuten erzielt.
Zu diesem Zweck sind bevorzugt Querschnittsabmessungen der Nutabschnitte und/oder der Wickelkopfabschnitte, d.h. Breite und Höhe des Aufnahmequerschnitts des Spulenkörpers, zu einem ganzzahligen Vielfachen eines Durchmessers oder einer Querschnittsabmessung, wie insbesondere Höhe und/oder Breite, des Leiters dimensioniert.
Besonders bevorzugt ist der erfindungsgemäße Spulenkörper aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, insbesondere Kunststoff, gefertigt und mit einem „U“-förmigen Profil gestaltet, das einen wenigstens nahezu rechteckförmigen Aufnahmequerschnitt umgibt und bildet, wobei die offene Seite des „U“ bezogen auf die radiale Richtung des Spulenkörpers für einen Einsatz im Stator nach innen weist, d.h. der Rotationsachse zugewandt ist, und für einen Einsatz im Rotor nach außen weist, d.h. der Rotationsachse abgewandt ist. In den Nutabschnitten ist die offene Seite des „U“ in der radialen Richtung also einer Nutöffnung zugewandt und damit einem Nutgrund abgewandt. Dabei wird erreicht, dass alle Leiter in den Nutabschnitten gegeneinander und gegenüber dem Stator- und/oder Rotorkern durch den elektrisch isolierenden Werkstoff der Spulenkörper getrennt und damit einfach und zuverlässig isoliert sind. Die beschriebene, in radialer Richtung offene Orientierung des „U“-förmigen Profils des Spulenkörpers ist in den Wickelkopfabschnitten sinngemäß beibehalten, wodurch auch einander benachbart im Wickelkopf positionierte Wickelkopfabschnitte - insbesondere mehrerer unterschiedlicher Wellenwicklungen in je einem gesonderten Spulenkörper - stets durch den elektrisch isolierenden Werkstoff eines der Spulenkörper gegeneinander isoliert sind.
Die Längsrichtung des Spulenkörpers stimmt in den Nutabschnitten mit der axialen Richtung der Maschine überein, in den Wickelkopfabschnitten erstreckt sie sich im Wesentlichen in axialer und in Umfangsrichtung.
Durch die beschriebene Ausgestaltung ist der Spulenkörper einfach aus einer einzigen Montagerichtung, die, orientiert an den Richtungsangaben der Maschine und dem bestimmungsgemäßen Einbau des Spulenkörpers, mit der radialen Richtung übereinstimmt, her bewickelbar und ist eine gute Führung und Fixierung der Leiter gegeben. Außerdem ergeben sich auch gegenüber hohen Spannungen hinreichend durchschlagsfeste Abstände bzw. Kriechstrecken zwischen der Spule und dem Stator- und/oder Rotorkern bzw. ergibt sich eine sichere elektrische Isolierung einander überlappender Wellenwicklungen, wie bereits erwähnt. Dabei ist eine Wandstärke des Werkstoffs des Spulenkörpers so dünn bemessen und ist bevorzugt der Spulenkörper im Bereich der Nutabschnitte wenigstens weitgehend formschlüssig in den Nuten angeordnet, dass eine gute Wärmeanbindung der Spule an den Stator- und/oder Rotorkern sowie ein hoher Nutfüllfaktor sichergestellt sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spulenkörpers ist ein Außenquerschnitt der Nutabschnitte des Spulenkörpers gleich einem N-ten Teil eines Aufnahmequerschnitts einer Nut bemessen, wobei N = 2, 3, 4, ... ist. Durch Ausbildung des Spulenkörpers gemäß dieser Ausführungsform wird vorteilhaft eine sehr gute Ausnutzung des Aufnahmequerschnitts der Nut erzielt, da die Nuten durch eine Anzahl von N Nutabschnitten von N Spulenkörpern vollständig ausgefüllt ist und im fertig montierten Stator und/oder Rotor kein ungenutzter Raum der Aufnahmequerschnitte der Nuten verbleibt. Bevorzugt sind dabei die N Nutabschnitte in der Nut ausschließlich in radialer Richtung nebeneinander angeordnet.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spulenkörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass

• jeder Wickelkopfabschnitt des Spulenkörpers mit zwei schrägen Abschnitten und einem diese zwei schrägen Abschnitte verbindenden, in der Umfangsrichtung des Stators und/oder Rotors wenigstens nahezu mittig zwischen den durch den Wickelkopfabschnitt verbundenen Nutabschnitten angeordneten gekröpften Abschnitt ausgebildet ist,
• ein entlang der Umfangsrichtung des Stators und/oder Rotors erster und wahlweise zusätzlich dritter, fünfter, usw. der Nutabschnitte sich entlang einer ersten radialen Fläche erstreckt,
• ein entlang der Umfangsrichtung des Stators und/oder Rotors zweiter und wahlweise zusätzlich vierter, sechster usw. Nutabschnitt sich entlang einer zu der ersten radialen Fläche konzentrischen zweiten radialen Fläche erstreckt,
• der Spulenkörper im Bereich des gekröpften Abschnitts eines entlang der Umfangsrichtung des Stators und/oder Rotors ersten und wahlweise dritten, fünften, usw. der Wickelkopfabschnitte zwischen dem ersten und dem zweiten Nutabschnitt und wahlweise zusätzlich zwischen dem dritten und dem vierten, dem fünften und dem sechsten, usw. Nutabschnitt von der ersten radialen Fläche in die zweite radiale Fläche wechselt, und dass
• der Spulenkörper im Bereich des gekröpften Abschnitts eines entlang der Umfangsrichtung des Stators und/oder Rotors zweiten und wahlweise vierten, sechsten, usw. der Wickelkopfabschnitte zwischen dem zweiten und dem dritten Nutabschnitt und wahlweise zusätzlich zwischen dem vierten und dem fünften, dem sechsten und dem siebten, usw. Nutabschnitt von der zweiten radialen Fläche in die erste radiale Fläche wechselt.

Mit dem Begriff der radialen Flächen sind hier Flächen bezeichnet, die sich mit konstantem radialem Abstand von der Rotationsachse der Maschine diese Rotationsachse umgebend erstrecken. Es handelt sich also um zur Rotationsachse konzentrisch sich erstreckende Zylinderflächen bzw. Mantelflächen zur Rotationsachse konzentrisch sich erstreckender Zylinder.
Je einer der schrägen Abschnitte jedes der Wickelkopfabschnitte des Spulenkörpers erstreckt sich ausgehend vom axialen Ende eines der Nutabschnitte des Spulenkörpers wenigstens im Wesentlichen, bevorzugt genau, entlang derjenigen radialen Fläche, entlang der sich der betreffende Nutabschnitt erstreckt, hauptsächlich in der Umfangsrichtung der Maschine und wahlweise zusätzlich in axialer Richtung der Maschine. Dabei erstrecken sich die zwei schrägen Abschnitte eines Wickelkopfabschnitts in den beiden unterschiedlichen radialen Flächen aufeinander zu und enden in dem Bereich, in dem sie entlang der unterschiedlichen radialen Flächen einander benachbart sind, d.h. in ihrer Erstreckung dieselben Koordinaten in axialer und Umfangsrichtung, jedoch unterschiedliche radiale Koordinaten gemäß den unterschiedlichen radialen Flächen, erreichen. In diesem Bereich sind die beiden aufeinander zu sich erstreckenden schrägen Abschnitte durch den gekröpften Abschnitt verbunden, innerhalb dessen die Erstreckung des Wickelkopfabschnitts einen Versprung aufweist von einer Erstreckungsrichtung, nämlich der beschriebenen schrägen Erstreckungsrichtung, des einen der schrägen Abschnitte sowie der radialen Fläche, entlang der sich dieser eine schräge Abschnitt erstreckt, zur schrägen Erstreckungsrichtung des anderen schrägen Abschnitts sowie der anderen radialen Fläche, entlang der sich dieser andere schräge Abschnitt erstreckt. Im gekröpften Abschnitt erfährt die vorstehend beschriebene Längsrichtung des Spulenkörpers also einen Versprung von der einen zur anderen radialen Fläche und eine Umlenkung aus der einen schrägen Erstreckungsrichtung in die andere. Sind die schrägen Abschnitte eines Wickelkopfabschnitts wenigstens nahezu symmetrisch zueinander mit wenigstens nahezu gleichen Winkeln gegenüber der axialen Richtung der Maschine aufeinander zu geführt, befindet sich der diese schrägen Abschnitte verbindende gekröpfte Abschnitt wenigstens nahezu mittig in der Umfangsrichtung zwischen den Nutabschnitten.
Anders umschrieben wechselt somit der Spulenkörper und damit eine darin aufgebrachte Wellenwicklung im gekröpften Abschnitt z.B. aus der ersten in die zweite radiale Fläche. Die Erstreckung des Spulenkörpers in der beschriebenen Längsrichtung schwenkt im gekröpften Abschnitt aus der ersten radialen Fläche in die zweite radiale Fläche hinüber. Dabei ist z.B. der Radius der ersten radialen Fläche von der Rotationsachse der Maschine aus bemessen kleiner als der Radius der zweiten radialen Fläche, so dass in der ersten radialen Fläche sich erstreckende Abschnitte des in den Stator- und/oder Rotorkern bestimmungsgemäß eingelegten Spulenkörpers sich näher an der Rotationsachse befinden als in der zweiten radialen Fläche sich erstreckende Abschnitte des in den Stator- und/oder Rotorkern bestimmungsgemäß eingelegten Spulenkörpers. Auf diese Weise können die Spulenkörper mit den in sie eingelegten Leitern, d.h. Wellenwicklungen, in der Umfangsrichtung einander überlappen.
Entlang seiner Längsrichtung wechselt also der Spulenkörper in jedem der gekröpften Abschnitte der Wickelkopfabschnitte seine mäanderförmige Erstreckung abwechselnd von der ersten zur zweiten radialen Fläche und zurück, d.h. z.B. erstreckt sich ein erster Nutabschnitt eines ersten Spulenkörpers in einer ersten radialen Fläche, ein zweiter Nutabschnitt des ersten Spulenkörpers in einer zweiten radialen Fläche, ein dritter Nutabschnitt des ersten Spulenkörpers wieder in der ersten radialen Fläche, ein vierter Nutabschnitt des ersten Spulenkörpers erneut in der zweiten radialen Fläche, usw.
In einer weiteren Ausgestaltung können auch mehr als zwei radiale Flächen vorgegeben sein, in denen die Nutabschnitte - und wahlweise dazu auch die schrägen Abschnitte - der Wickelkopfabschnitte der Spulenkörper verschiedener Spulen unterschiedlich verteilt angeordnet sein können, z.B.:

• ein erster Nutabschnitt eines ersten Spulenkörpers in einer ersten radialen Fläche, ein zweiter Nutabschnitt des ersten Spulenkörpers in einer zweiten radialen Fläche, ein dritter Nutabschnitt des ersten Spulenkörpers in einer dritten radialen Fläche, ein vierter Nutabschnitt des ersten Spulenkörpers in einer vierten radialen Fläche, usw., wobei sich
• ein erster Nutabschnitt eines zweiten Spulenkörpers in der zweiten radialen Fläche, ein zweiter Nutabschnitt des zweiten Spulenkörpers in der dritten radialen Fläche, ein dritter Nutabschnitt des zweiten Spulenkörpers in der vierten radialen Fläche, ein vierter Nutabschnitt des zweiten Spulenkörpers in einer fünften radialen Fläche, usw.,
• oder im letztgenannten Beispiel der vierte Nutabschnitt des zweiten Spulenkörpers wieder in der ersten radialen Fläche

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spulenkörpers weist ein Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers für ein Aufnehmen und/oder Führen und/oder Stützen und/oder Halten des wenigstens einen Leiters in den Nutabschnitten eine erste Gestaltung und wenigstens in den gekröpften Abschnitten der Wickelkopfabschnitte eine zweite Gestaltung auf, wobei die zweite Gestaltung in der axialen Richtung der Maschine eine größere Abmessung aufweist als die erste Gestaltung in der Umfangsrichtung des Stators und/oder Rotors.
Mit der Gestaltung des Aufnahmequerschnitts des Spulenkörpers ist hier die Kontur der Querschnittsfläche des Aufnahmequerschnitts bezeichnet; vorzugsweise ist dies eine rechteckige Querschnittsfläche, die von Wandungen des Spulenkörpers wenigstens teilweise, z.B. in der vorbeschriebenen „U“-Form, umgeben ist. Diese Querschnittsfläche weist in den Nutabschnitten eine die erste Gestaltung bildende erste Kontur, insbesondere eine erste Breite und eine erste Höhe, auf. Gemäß der vorbezeichneten Weiterbildung der Erfindung ist nun diese Querschnittsfläche wenigstens in den gekröpften Abschnitten der Wickelkopfabschnitte, vorteilhaft auch in sich unmittelbar an die gekröpften Abschnitte anschließenden schrägen Abschnitten der Wickelkopfabschnitte, um ein vorbestimmtes Maß aufgeweitet, um damit der gekröpften und damit gewinkelten Führung des Leiters insbesondere in den gekröpften Abschnitten noch besser Rechnung tragen zu können. Diese Aufweitung bewirkt eine Entschärfung der Leiterführung und der für sie in den gekröpften Abschnitten erforderlichen Biegungen. Die Aufweitung bedeutet insbesondere eine Verbreiterung des Aufnahmequerschnitts in axialer Richtung der Maschine, wodurch die bezeichneten Biegungen des Leiters verringert sind.
Wahlweise kann dabei zusätzlich eine durch die Verbreiterung des Aufnahmequerschnitts in axialer Richtung der Maschine möglich werdende Verengung des Aufnahmequerschnitts des Spulenkörpers in den gekröpften Abschnitten in radialer und/oder Umfangsrichtung, z.B. eine Verkürzung der Schenkel der beschriebenen „U“-Form, in dem Maße vorgesehen sein, dass die Querschnittsfläche des Aufnahmequerschnitts des Spulenkörpers in den gekröpften Abschnitten insgesamt wenigstens nahezu unverändert bleibt, um die unveränderte Anzahl von Leitern aufnehmen zu können. Die so definierte Führung des Leiters, z.B. Spulendrahtes, durch den Spulenkörper ermöglicht im Bereich der Wickelköpfe, insbesondere in den am weitesten axial vorstehenden gekröpften Abschnitten, eine in radialer und/oder Umfangsrichtung verschmälerte Bauform der Wickelkopfabschnitte des Spulenkörpers und damit der Wickelkopfabschnitte der Wellenwicklung. Dadurch kann ggf. noch besser einer Kollision benachbart, d.h. überlappend, in den Stator- und/oder Rotorkern einzulegender Spulenkörper bzw. Wellenwicklungen im Bereich ihrer Überlappung entgegengewirkt werden.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Spule, bestimmt für einen Einbau in eine elektrische Maschine und gekennzeichnet durch einen Spulenkörper nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, in dem ein Leiter, insbesondere ein dünner Leiter, hier einer Wellenwicklung, aufgenommen und geführt ist. Eine derartige Spule, d.h. Wellenwicklung, ist auf einfache Weise herstellbar und im Stator- und/oder Rotorkern montierbar und weist auch alle anderen, vorstehend für den erfindungsgemäßen Spulenkörper aufgeführten Vorteile auf.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Stator einer elektrischen Maschine, der mit einem Statorkern mit wenigstens einer darauf angeordneten Spule der vorbezeichneten Art, d.h. mit einem Spulenkörper der erläuterten Ausbildung, ausgebildet ist. Der erfindungsgemäße Stator ist einfach, robust und betriebssicher aufgebaut und auf einfache Weise zu fertigen, da die Bewicklung lediglich durch Einstecken fertig vorkonfektionierter, in die erfindungsgemäßen Spulenkörper eingelegter Spulen erfolgt und damit schnell und mit hoher Fertigungsqualität vorgenommen werden kann.
Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch einen Rotor einer elektrischen Maschine, der mit einem Rotorkern mit wenigstens einer darauf angeordneten Spule der vorbezeichneten Art ausgebildet ist, wobei sich die gleichen Vorteile für Fertigung und Produkt ergeben wie beim vorbezeichneten Stator.
Die oben genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine elektrische Maschine, ausgebildet mit einem Stator und/oder einem Rotor der vorbezeichneten Art und mit den vorbezeichneten Merkmalen und Vorteilen.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben, wobei übereinstimmende Elemente in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Es zeigen:

1 ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Spulenkörper, bestimmt zum Bewickeln mit einer erfindungsgemäßen Spule, d.h. zum Einlegen einer erfindungsgemäß ausgestalteten Wellenwicklung, in einer grob schematischen, perspektivischen Ansicht,
2 einen in 1 mit dem Bezugszeichen X bezeichneten Ausschnitt aus dem Beispiel des erfindungsgemäßen Spulenkörpers gemäß 1,
3 einen in 2 mit dem Bezugszeichen Y bezeichneten Ausschnitt aus dem in 2 wiedergegebenen Ausschnitt X des Beispiels des erfindungsgemäßen Spulenkörpers gemäß 1, dargestellt in einer grob schematischen Ansicht in einer axialen Richtung A,
4 das Beispiel des erfindungsgemäßen Spulenkörpers gemäß 1, bewickelt mit einer erfindungsgemäßen Spule, d.h. nach Einlegen einer Wellenwicklung, in einer grob schematischen, perspektivischen Ansicht aus derselben Blickrichtung wie derjenigen gemäß 1,
5 einen in 4 mit dem Bezugszeichen Z bezeichneten Ausschnitt aus dem Beispiel des erfindungsgemäßen Spulenkörpers mit der Wellenwicklung gemäß 4, und
6 eine grob schematische Darstellung einer Mehrzahl einander überlappend angeordneter Spulen, d.h. Wellenwicklungen, ausgebildet mit Spulenkörpern gemäß dem Beispiel nach den voraufgehenden Figuren, wiedergegeben in der perspektivischen Ansicht mit derselben Blickrichtung wie derjenigen nach den 1, 2, 4 und 5.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 100 ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Spulenkörper bezeichnet, der zum Bewickeln mit einer erfindungsgemäßen Spule, d.h. zum Einlegen einer erfindungsgemäß ausgestalteten Wellenwicklung, bestimmt ist, wiedergegeben in einer grob schematischen, perspektivischen Ansicht. Der Spulenkörper 100 ist mit einer Aneinanderreihung, d.h. Abfolge, von abwechselnd je einem Nutabschnitt und je einem Wickelkopfabschnitt ausgebildet. In 1 ist der Spulenkörper 100 mit

• einem ersten Nutabschnitt 101,
• einem ersten Wickelkopfabschnitt 102, der einen ersten schrägen Abschnitt 103, einen gekröpften Abschnitt 104 und einen zweiten schrägen Abschnitt 105 umfasst,
• einem zweiten Nutabschnitt 106,
• einem zweiten Wickelkopfabschnitt 107, der einen ersten schrägen Abschnitt 108, einen gekröpften Abschnitt 109 und einen zweiten schrägen Abschnitt 110 umfasst,
• einem dritten Nutabschnitt 111,
• einem dritten Wickelkopfabschnitt 112, der einen ersten schrägen Abschnitt 113, einen gekröpften Abschnitt 114 und einen zweiten schrägen Abschnitt 115 umfasst,
• einem vierten Nutabschnitt 116,
• einem vierten Wickelkopfabschnitt 117, der einen ersten schrägen Abschnitt 118, einen gekröpften Abschnitt 119 und einen zweiten schrägen Abschnitt 120 umfasst,
• einem fünften Nutabschnitt 121,
• einem fünften Wickelkopfabschnitt 122, der einen ersten schrägen Abschnitt 123, einen gekröpften Abschnitt 124 und einen zweiten schrägen Abschnitt 125 umfasst, und
• einem sechsten Nutabschnitt 126 dargestellt, die in der Abfolge der vorstehenden Aufzählung entlang einer Längsrichtung L des Spulenkörpers 100 und damit auch entlang einer Umfangsrichtung U eines Stators und/oder Rotors einer elektrischen Maschine, in die eingesetzt zu werden der mit der Spule bewickelte Spulenkörper 100 bestimmt ist, aneinandergereiht den Spulenkörper 100 bilden. 2 zeigt aus dieser Darstellung einen in 1 mit dem Bezugszeichen X bezeichneten Ausschnitt, in dem
• der vierte Nutabschnitt 116,
• der vierte Wickelkopfabschnitt 117 mit dem ersten schrägen Abschnitt 118, dem gekröpften Abschnitt 119 und dem zweiten schrägen Abschnitt 120 sowie
• dem fünften Nutabschnitt 121 abgebildet sind. Zu dieser Darstellung ist ferner in 3 ein in 2 mit dem Bezugszeichen Y bezeichneter Ausschnitt aus dem in 2 wiedergegebenen Ausschnitt X des Beispiels des erfindungsgemäßen Spulenkörpers 100 gemäß 1 in einer grob schematischen Ansicht in einer axialen Richtung A abgebildet, d.h. die axiale Richtung führt rechtwinklig in die Zeichenebene der 3 hinein. Dabei ist die axiale Richtung A diejenige des Stators und/oder Rotors der elektrischen Maschine, d.h. von deren Rotationsachse. Eine radiale Richtung R des Stators und/oder Rotors der elektrischen Maschine ist rechtwinklig sowohl zur axialen Richtung A als auch zur Umfangsrichtung U ausgerichtet.

Der Spulenkörper 100 weist somit eine mäanderförmige Erstreckung durch die Nuten sowie durch Wickelköpfe des Stators bzw. Rotors auf, bei der jeder der Wickelkopfabschnitte 102, 107, 112, 117 und 122 die in die gleiche axiale Richtung A der Maschine weisenden Enden zweier entlang der Längsrichtung L und damit auch der Umfangsrichtung des Stators bzw. Rotors U aufeinanderfolgender Nutabschnitte 101, 106, 111, 116, 121 und 126 miteinander verbindet, d.h. zwischen je zwei entlang der Umfangsrichtung U des Stators und/oder Rotors aufeinanderfolgenden Nutabschnitten 101, 106, 111, 116, 121 und 126 ist je ein Wickelkopfabschnitt 102, 107, 112, 117 und 122 angeordnet, der diese je zwei Nutabschnitte 101, 106, 111, 116, 121 und 126 an ihren in gleiche axiale Richtung A weisenden Enden miteinander verbindet. Hier verbindet im Einzelnen

• der erste Wickelkopfabschnitt 102 die in eine erste axiale Richtung A weisenden Enden des ersten und des zweiten Nutabschnitts 101 und 106,
• der zweite Wickelkopfabschnitt 107 die in eine zweite axiale Richtung A weisenden Enden des zweiten und des dritten Nutabschnitts 106 und 111,
• der dritte Wickelkopfabschnitt 112 die in die erste axiale Richtung A weisenden Enden des dritten und des vierten Nutabschnitts 111 und 116,
• der vierte Wickelkopfabschnitt 117 die in die zweite axiale Richtung A weisenden Enden des vierten und des fünften Nutabschnitts 116 und 121, sowie
• der fünfte Wickelkopfabschnitt 122 die in die erste axiale Richtung A weisenden Enden des fünften und des sechsten Nutabschnitts 121 und 126.

In dieser Darstellung ist die erste axiale Richtung A als positive, die zweite axiale Richtung A als negative Richtung der in den Figuren eingezeichneten Koordinaten festgelegt.
Der Spulenkörper 100 ist, wie nachstehend noch verdeutlicht ist, für eine mit einem Wickelschritt größer als 1 gewickelte Spule ausgebildet, d.h. entlang der Umfangsrichtung U des Stators bzw. Rotors werden mit den aufeinanderfolgenden Nutabschnitten 101, 106, 111, 116, 121 und 126 um zwei oder mehr Nutabstände beabstandete Nuten belegt. Hier ist ein Wickelschritt von sechs Nutabständen dargestellt; die mit dem erfindungsgemäßen Spulenkörper 100 ausgebildeten, als Steckspulen gestalteten Spulen reichen somit beim Einbau in die Maschine von einem Nutabschnitt zum nächsten über sechs Stator- bzw. Rotorzähne, sind also von einem Nutabschnitt zum nächsten sechs Stator- bzw. Rotorzähne übergreifend ausgebildet und bestimmt zum Bilden in den Stator- und/oder Rotorkern einander überlappend einzusetzender, d.h. im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand eingesetzter, als Wellenwicklungen ausgebildeter Spulen.
Beim Spulenkörper 100 erstrecken sich die zum Einsetzen in axiale Nuten des Stators und/oder Rotors der Maschine einzusetzenden Nutabschnitte 101, 106, 111, 116, 121 und 126 bei bestimmungsgemäßem Einbau geradlinig in der axialen Richtung A. Zum Ausbilden der Überlappung erstrecken sich dabei die aufeinanderfolgenden Nutabschnitte 101, 106, 111, 116, 121 und 126 abwechselnd entlang einer ersten radialen Fläche 127, die sich in einem konstanten ersten Radius 129 um die Rotationsachse der Maschine erstreckt, und einer zweiten radialen Fläche 128, die sich in einem konstanten zweiten Radius 130 um die Rotationsachse der Maschine erstreckt, d.h. die radialen Flächen 127, 128 erstrecken sich mit konstantem radialem Abstand von der Rotationsachse, umgeben also die Rotationsachse in Gestalt zu dieser Rotationsachse konzentrisch sich erstreckender Zylinderflächen bzw. Mantelflächen zur Rotationsachse konzentrisch sich erstreckender Zylinder. Insbesondere erstrecken sich der erste, dritte, fünfte Nutabschnitt 101, 111, 121 - und ggf. weiter sich anschließende, nicht dargestellte, in der Abfolge ungeradzahlige Nutabschnitte - entlang der ersten radialen Fläche 127 und der zweite, vierte, sechste Nutabschnitt 106, 116, 126 - und ggf. weiter sich anschließende, nicht dargestellte, in der Abfolge geradzahlige Nutabschnitte - entlang der zweiten radialen Fläche 128. Dabei ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der zweite Radius 130 größer als der erste Radius 129, insbesondere um wenigstens nahezu eine radiale Abmessung der Nutabschnitte 101, 106, 111, 116, 121 und 126 bzw. der schrägen Abschnitte 103, 105, 108, 110, 113, 115, 118, 120, 123, 125 des Spulenkörpers 100.
Wie schon aufgeführt, ist jeder Wickelkopfabschnitt 102, 107, 112, 117 und 122 des Spulenkörpers 100 mit je einem der ersten schrägen Abschnitte 103, 108, 113, 118, 123 und je einem der zweiten schrägen Abschnitte 105, 110, 115, 120, 125 und je einem der diese zwei schrägen Abschnitte 103, 108, 113, 118, 123 und 105, 110, 115, 120, 125 verbindenden, in der Umfangsrichtung U des Stators und/oder Rotors mittig zwischen den durch den Wickelkopfabschnitt 102, 107, 112, 117 und 122 verbundenen Nutabschnitten 101, 106, 111, 116, 121, 126 angeordneten gekröpften Abschnitte 104, 109, 114, 119, 124 ausgebildet.
Je ein erster 103, 108, 113, 118, 123 und je ein zweiter 105, 110, 115, 120, 125 der schrägen Abschnitte jedes der Wickelkopfabschnitte 102, 107, 112, 117, 122 des Spulenkörpers 100 erstreckt sich ausgehend vom axialen Ende eines der Nutabschnitte 101, 106, 111, 116, 121, 126 des Spulenkörpers 100 entlang derjenigen radialen Fläche 127, 128, entlang der sich der betreffende Nutabschnitt 101, 106, 111, 116, 121, 126 erstreckt, hauptsächlich in der Umfangsrichtung U und hier zusätzlich in der axialen Richtung A. Dabei erstrecken sich der erste schräge Abschnitt 103, 108, 113, 118 bzw. 123 und der zweite schräge Abschnitt 105, 110, 115, 120 bzw. 125 eines Wickelkopfabschnitts 102, 107, 112, 117 bzw. 122 in den beiden unterschiedlichen radialen Flächen 127, 128 aufeinander zu und enden in dem Bereich, in dem sie entlang der unterschiedlichen radialen Flächen 127, 128 einander benachbart sind, d.h. in ihrer Erstreckung dieselben Koordinaten in axialer Richtung A und Umfangsrichtung U, jedoch unterschiedliche radiale Koordinaten R gemäß den unterschiedlichen radialen Flächen 127, 128, erreichen. In diesem Bereich sind die beiden aufeinander zu sich erstreckenden schrägen Abschnitte 103, 108, 113, 118 bzw. 123 und 105, 110, 115, 120 bzw. 125 durch den gekröpften Abschnitt 104, 109, 114, 119 bzw. 124 verbunden, innerhalb dessen die Erstreckung des Wickelkopfabschnitts 102, 107, 112, 117 bzw. 122 einen Versprung aufweist von der beschriebenen schrägen Erstreckungsrichtung des ersten schrägen Abschnitts 103, 108, 113, 118 bzw. 123 sowie der radialen Fläche 127 bzw. 128, entlang der sich dieser erste schräge Abschnitt 103, 108, 113, 118 bzw. 123 erstreckt, zur schrägen Erstreckungsrichtung des zweiten schrägen Abschnitts 105, 110, 115, 120 bzw. 125 sowie der anderen radialen Fläche 128 bzw. 127, entlang der sich dieser zweite schräge Abschnitt 105, 110, 115, 120 bzw. 125 erstreckt.
Im gekröpften Abschnitt 104, 109, 114, 119 bzw. 124 erfährt die Längsrichtung L des Spulenkörpers 100 also einen Versprung von der einen zur anderen radialen Fläche 127, 128 und eine Umlenkung aus der einen schrägen Erstreckungsrichtung in die andere. Der erste schräge Abschnitt 103, 108, 113, 118 bzw. 123 und der zweite schräge Abschnitt 105, 110, 115, 120 bzw. 125 der Wickelkopfabschnitte 102, 107, 112, 117 bzw. 122 sind symmetrisch zueinander mit gleichen Winkeln gegenüber der axialen Richtung A aufeinander zu geführt, so dass sich der diese schrägen Abschnitte 103, 108, 113, 118 bzw. 123 und 105, 110, 115, 120 bzw. 125 verbindende gekröpfte Abschnitt 104, 109, 114, 119 bzw. 124 in der Umfangsrichtung U mittig zwischen den Nutabschnitten 101, 106, 111, 116, 121 bzw. 126 befindet.
Diese Gestaltung lässt sich auch dadurch beschreiben, dass der Spulenkörper 100 und damit eine darin aufgebrachte Wellenwicklung z.B. im gekröpften Abschnitt 104 des ersten Wickelkopfabschnitts 102 aus der ersten 127 in die zweite radiale Fläche 128 wechselt. Die Erstreckung des Spulenkörpers 100 in der Längsrichtung L schwenkt im gekröpften Abschnitt 104 aus der ersten radialen Fläche 127 in die zweite radiale Fläche 128 hinüber. Entlang seiner Längsrichtung L wechselt also der Spulenkörper 100 in jedem der gekröpften Abschnitte 104, 109, 114, 119, 124 der Wickelkopfabschnitte 102, 107, 112, 117 bzw. 122 seine mäanderförmige Erstreckung abwechselnd von der ersten radialen Fläche 127 zur zweiten radialen Fläche 128 und zurück.
Da der Radius 129 der ersten radialen Fläche 127 von der Rotationsachse der Maschine aus bemessen kleiner ist als der Radius 130 der zweiten radialen Fläche 128, so dass in der ersten radialen Fläche 127 sich erstreckende Abschnitte des in den Stator- und/oder Rotorkern bestimmungsgemäß eingelegten Spulenkörpers 100 sich näher an der Rotationsachse befinden als in der zweiten radialen Fläche 128 sich erstreckende Abschnitte des in den Stator- und/oder Rotorkern bestimmungsgemäß eingelegten Spulenkörpers 100, können zwei oder mehrere Spulenkörper 100 mit den in sie eingelegten Leitern, d.h. Wellenwicklungen, in der Umfangsrichtung U einander überlappen.
Der erfindungsgemäße Spulenkörper 100 gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt und mit einem „U“-förmigen Profil 131 gestaltet, das einen rechteckförmigen Aufnahmequerschnitt für darin aufzunehmende Leiter umgibt und bildet, wobei die offene Seite 132 des „U“-förmigen Profils 131 bezogen auf die radiale Richtung R für einen Einsatz im Stator, d.h. Außenstator, einer elektrischen Maschine nach innen weist, d.h. der Rotationsachse zugewandt ist, wie in den Figuren abgebildet. Für einen Einsatz im Rotor einer elektrischen Maschine, d.h. Innenrotor, weist die offene Seite 132 des „U“-förmigen Profils 131 bezogen auf die radiale Richtung R dagegen bevorzugt nach außen, d.h. ist der Rotationsachse abgewandt. In den Nutabschnitten 101, 106, 111, 116, 121 bzw. 126 ist die offene Seite 132 des „U“-förmigen Profils 131 in der radialen Richtung R also einer Nutöffnung zugewandt und damit einem Nutgrund abgewandt. Dabei wird erreicht, dass auch beim überlappenden Einlegen mehrerer Spulen mit erfindungsgemäß ausgebildeten Spulenkörpern 100 alle Leiter in den Nutabschnitten 101, 106, 111, 116, 121 bzw. 126 gegeneinander und gegenüber dem Stator- und/oder Rotorkern durch die elektrisch isolierenden Spulenkörper 100 getrennt und damit einfach und zuverlässig isoliert sind. Die in radialer Richtung R offene Orientierung des „U“-förmigen Profils 131 des Spulenkörpers 100 ist in den Wickelkopfabschnitten 102, 107, 112, 117 bzw. 122 sinngemäß beibehalten, wodurch auch einander benachbart im Wickelkopf des Stators bzw. Rotors positionierte Wickelkopfabschnitte 102, 107, 112, 117 bzw. 122 - insbesondere mehrerer unterschiedlicher Wellenwicklungen in je einem gesonderten Spulenkörper 100 - stets durch den elektrisch isolierenden Werkstoff eines der Spulenkörper 100 gegeneinander isoliert sind.
4 gibt das Beispiel des erfindungsgemäßen Spulenkörpers 100 gemäß 1 wieder, der nun mit einer Wellenwicklung 150 zum Bilden einer erfindungsgemäßen Spule 200 bewickelt ist, d.h. die Wellenwicklung 150 ist in das „U“-förmige Profil 131 des Spulenkörpers 100 eingelegt. Die Darstellung ist in einer grob schematischen, perspektivischen Ansicht aus derselben Blickrichtung vorgenommen wie diejenige gemäß 1. Die Wellenwicklung 150 besteht wahlweise aus einem oder mehreren Leitern.
Die Darstellung der 4 bis 6 zeigt eine Wellenwicklung 150, die mit einem einzigen, massiven Leiter mit rechteckförmiger Querschnittskontur ausgeführt ist. Diese Querschnittskontur ist wenigstens nahezu identisch mit dem Aufnahmequerschnitt, also dem „lichten Raum“, des Spulenkörpers 100 im Bereich wenigstens der Nutabschnitte 101, 106, 111, 116, 121 bzw. 126 oder auch der schrägen Abschnitte 103, 108, 113, 118 bzw. 123 und 105, 110, 115, 120 bzw. 125, so dass die Wellenwicklung 150 den Spulenkörper wenigstens im Bereich der Nutabschnitte 101, 106, 111, 116, 121 bzw. 126 möglichst vollständig ausfüllt und so eine stabile Führung des Wellenleiters 150 und ein hoher Nutfüllfaktor erhalten werden.
In einer Abwandlung kann die Wellenwicklung aber auch mit einem Paket aus einer Anzahl paralleler Leiter ausgebildet sein. Dieses Paket kann wenige Leiter mit bevorzugt rechteckförmiger Querschnittskontur umfassen. Insbesondere sind dabei die Abmessungen des bzw. der Leiter der Wellenwicklung 150 einerseits und des Aufnahmequerschnitts des Spulenkörpers 100 andererseits derart vorgesehen, dass im Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers 100 in radialer und/oder Umfangsrichtung nebeneinander weniger als zehn Leiter, bevorzugt weniger als fünf Leiter, besonders bevorzugt zwei bis fünf Leiter, parallel zur Wellenwicklung 150 zusammengefasst Platz finden.
Wahlweise kann dieses Paket paralleler Leiter mit einer - bevorzugt größeren - Anzahl dünner Leiter ausgebildet sein. Dabei ist als dünner Leiter ein Leiter bezeichnet, dessen Querschnitt um so viel kleiner als der Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers 100 ist, dass eine Mehrzahl von Leitern quer zur Längsrichtung L nebeneinanderliegend im Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers 100 aufgenommen sein können. Insbesondere sind dabei die Abmessungen der Leiter einerseits und des Aufnahmequerschnitts des Spulenkörpers 100 andererseits derart vorgesehen, dass im Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers 100 nebeneinander wenigstens zwei Leiter, bevorzugt wenigstens fünf Leiter, Platz finden. Besonders bevorzugt ist der Querschnitt der Leiter klein gegenüber dem Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers 100 für die Leiter bemessen, d.h. der Querschnitt der Leiter ist wenigstens um einen Faktor 10 kleiner als der Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers 100. Derartige dünne Leiter sind vorzugsweise mit kreisrunder Querschnittskontur, d.h. als Runddrähte, ausgebildet.
In der Darstellung der 4 ist außerdem der Leiter der Wellenwicklung 150 am in Längsrichtung L gesehen hinteren axialen Ende 133 des sechsten Nutabschnitts 126 frei herausgeführt dargestellt.
In 5 ist zur detaillierten Darstellung ein in 4 mit dem Bezugszeichen Z bezeichneter Ausschnitt aus dem Beispiel der Spule 200, zusammengesetzt aus dem erfindungsgemäßen Spulenkörper 100 und der Wellenwicklung 150 gemäß 4, wiedergegeben. Die Wellenwicklung 150 füllt in den Nutabschnitten 116, 121 und den schrägen Abschnitten 118, 120 des Wickelkopfabschnitts 117 den Aufnahmequerschnitt des „U“-förmigen Profils 131 des Spulenkörpers 100 bündig an dessen Wandungen anliegend vollständig aus. Im gekröpften Abschnitt 119 ist das „U“-förmige Profil 131 des Spulenkörpers 100 demgegenüber quer zur Längsrichtung L aufgeweitet, d.h. hier bevorzugt in der axialen Richtung A und wahlweise zusätzlich auch in der radialen Richtung R, so dass der Aufnahmequerschnitt vergrößert ist, und zwar bevorzugt durch Verbreiterung des „U“-förmigen Profils 131, wahlweise zusätzlich aber auch durch eine Verlängerung der Schenkel des „U“-förmigen Profils 131. Dadurch wird im gekröpften Abschnitt 119 Platz geschaffen für einen Umschlag 134 der Wellenwicklung 150 um 180° um die Längsrichtung L des Leiters bzw. des Spulenkörpers 100. Ein solcher Umschlag 134, d.h. ein Umfalten des Leiters, ermöglicht insbesondere bei einer Ausführung der Wellenwicklung 150 mit einem einzigen, massiven Leiter mit rechteckförmiger Querschnittskontur beim Bewickeln eine einfach herstellbare Richtungsänderung der Längserstreckung, also eine Richtungsänderung der Längsrichtung L gegenüber der axialen A, radialen R und Umfangsrichtung U. Durch die dem Umschlag 134 angepasste Aufweitung des Aufnahmequerschnitts, für den der Spulenkörper 100 für ein Aufnehmen und/oder Führen und/oder Stützen und/oder Halten des wenigstens einen Leiters der Wellenwicklung 150 in den Nutabschnitten 101, 106, 111, 116, 121, 126 eine erste Gestaltung aufweist, hin zu einer zweiten Gestaltung wenigstens in den gekröpften Abschnitten 104, 109, 114, 119, 124 der Wickelkopfabschnitte 102, 107, 112, 117, 122, wobei die zweite Gestaltung wenigstens in der axialen Richtung A eine größere Abmessung aufweist als die erste Gestaltung in der Umfangsrichtung U und vorteilhaft auch in der radialen Richtung R vergrößert ist, wird auch in den gekröpften Abschnitten 104, 109, 114, 119, 124 eine vollständige Umschließung der Wellenwicklung 150 durch den Spulenkörper 100 gewährleistet und damit eine mechanisch feste und elektrisch sicher isolierte Konstruktion geschaffen.
6 zeigt eine grob schematische Darstellung einer Mehrzahl von hier zwölf einander überlappend angeordneter Spulen 200, ausgebildet mit Spulenkörpern 100 gemäß dem Beispiel nach den voraufgehenden Figuren und Wellenwicklungen 150 gemäß 4 und 5. Die Darstellung ist wiederum wiedergegeben in einer perspektivischen Ansicht mit derselben Blickrichtung wie derjenigen nach den 1, 2, 4 und 5. Zur Verdeutlichung ihrer Erstreckung ist eine der Spulen 200, d.h. die zugehörige Wellenwicklung 150, ausgestaltet gemäß 4 und 5, hervorgehoben dargestellt.
Die Spulen 200 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Wickelschritt von 6 gewickelt, d.h. entlang der Längsrichtung L des Spulenkörpers 100 und damit der Wellenwicklung 150 und der Spule 200 aufeinanderfolgende Nutabschnitte 101, 106, 111, 116, 121, 126 sind vorgesehen, in entlang der Umfangsrichtung U des Stators bzw. Rotors um sechs Nutabstände beabstandete Nuten eines Stator- bzw. Rotorkerns der elektrischen Maschine eingelegt zu werden.
Beispielsweise ist dabei der erste Nutabschnitt 101 eines Spulenkörpers 100 einer ersten derart ausgestalteten Spule 200 in eine entlang der Umfangsrichtung U des Stators bzw. Rotors erste Nut eingelegt, der zweite Nutabschnitt 106 ist in die von dieser ersten Nut aus entlang der Umfangsrichtung U des Stators bzw. Rotors gezählt siebte Nut eingelegt, der dritte Nutabschnitt 111 ist in die dreizehnte Nut eingelegt, usw. Die mit dem erfindungsgemäßen Spulenkörper 100 ausgebildeten, als Steckspulen gestalteten Spulen 200 reichen somit beim Einbau in die Maschine über sechs Stator- bzw. Rotorzähne bzw. Nutabstände des Stator- bzw. Rotorkerns, sind also sechs Stator- bzw. Rotorzähne übergreifend ausgebildet. Entsprechend ist bei dem genannten Beispiel der erste Nutabschnitt 101 eines Spulenkörpers 100 einer zweiten derart ausgestalteten Spule 200 in eine entlang der Umfangsrichtung U des Stators bzw. Rotors der ersten Nut unmittelbar benachbarte zweite Nut eingelegt, der zweite Nutabschnitt 106 ist in die von dieser zweiten Nut aus entlang der Umfangsrichtung U des Stators bzw. Rotors gezählt achte Nut eingelegt, der dritte Nutabschnitt 111 ist in die vierzehnte Nut eingelegt, usw. In gleicher Weise ist ferner der erste Nutabschnitt 101 eines Spulenkörpers 100 einer dritten derart ausgestalteten Spule 200 in eine entlang der Umfangsrichtung U des Stators bzw. Rotors der zweiten Nut unmittelbar benachbarte dritte Nut eingelegt, der zweite Nutabschnitt 106 ist in die von dieser dritten Nut aus entlang der Umfangsrichtung U des Stators bzw. Rotors gezählt neunte Nut eingelegt, der dritte Nutabschnitt 111 ist in die fünfzehnte Nut eingelegt, usw. Dieses Wickelschema ist für alle - hier: zwölf - Spulen 200 fortgesetzt.
Gemäß diesem Wickelschema ist im Stator und/oder Rotor ein Paket 201 in den Stator- und/oder Rotorkern einander überlappend einzusetzender, d.h. im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand eingesetzter, mit Wellenwicklungen 150 ausgebildeter Spulen 200 geschaffen, die durch die Ausstattung mit Spulenkörpern 100 der erfindungsgemäßen Art mechanisch kompakt und stabil und elektrisch zuverlässig gegeneinander isoliert angeordnet sind.

Claims

Spulenkörper (100), bestimmt zum Bewickeln mit und Aufnehmen wenigstens eines Leiters einer als zum Einbau in einen magnetische Pole bildende, durch axiale Nuten voreinander getrennte Stator- bzw. Rotorzähne aufweisenden Stator- und/oder Rotorkern eines Stators bzw. Rotors bestimmten Wellenwicklung (150) ausgebildeten, verteilten Spule (200) einer elektrischen Maschine, wobei der Spulenkörper (100) eine Anzahl Nutabschnitte (101, 106, 111, 116, 121, 126), die zum Einsetzen in entlang einer Umfangsrichtung (U) des Stators und/oder Rotors aufeinanderfolgende, bevorzugt nicht unmittelbar aufeinanderfolgende, Nuten ausgebildet und bestimmt sind, und zwischen je zwei entlang der Umfangsrichtung (U) des Stators und/oder Rotors aufeinanderfolgenden Nutabschnitten (101, 106, 111, 116, 121, 126) je einen Wickelkopfabschnitt (102, 107, 112, 117, 122) aufweist, der die je zwei Nutabschnitte (101, 106, 111, 116, 121, 126) an ihren in gleiche axiale Richtung (A) weisenden Enden miteinander verbindet.
Spulenkörper (100) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zum lagegenauen Aufnehmen und/oder Führen und/oder Stützen und/oder Halten wenigstens eines dünnen Leiters (150) bestimmte Ausgestaltung der Nutabschnitte (101, 106, 111, 116, 121, 126) und/oder der Wickelkopfabschnitte (102, 107, 112, 117, 122).
Spulenkörper (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außenquerschnitt der Nutabschnitte (101, 106, 111, 116, 121, 126) des Spulenkörpers (100) gleich einem N-ten Teil eines Aufnahmequerschnitts einer Nut bemessen ist, wobei N = 2, 3, 4, ... ist.
Spulenkörper (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • jeder Wickelkopfabschnitt (102, 107, 112, 117, 122) des Spulenkörpers (100) mit zwei schrägen Abschnitten (103, 108, 113, 118, 123; 105, 110, 115, 120, 125) und einem diese zwei schrägen Abschnitte (103, 108, 113, 118, 123; 105, 110, 115, 120, 125) verbindenden, in der Umfangsrichtung (U) des Stators und/oder Rotors wenigstens nahezu mittig zwischen den durch den Wickelkopfabschnitt (102, 107, 112, 117, 122) verbundenen Nutabschnitten (101, 106, 111, 116, 121, 126) angeordneten gekröpften Abschnitt (104, 109, 114, 119, 124) ausgebildet ist, • ein entlang der Umfangsrichtung (U) des Stators und/oder Rotors erster (101) und wahlweise zusätzlich dritter (111), fünfter (121), usw. der Nutabschnitte (101, 106, 111, 116, 121, 126) sich entlang einer ersten radialen Fläche (127) erstreckt, • ein entlang der Umfangsrichtung (U) des Stators und/oder Rotors zweiter (106) und wahlweise zusätzlich vierter (116), sechster (126) usw. Nutabschnitt sich entlang einer zu der ersten radialen Fläche (127) konzentrischen zweiten radialen Fläche (128) erstreckt, • der Spulenkörper (100) im Bereich des gekröpften Abschnitts (104, 114, 124) eines entlang der Umfangsrichtung (U) des Stators und/oder Rotors ersten (102) und wahlweise dritten (112), fünften (122), usw. der Wickelkopfabschnitte (102, 107, 112, 117, 122) zwischen dem ersten (101) und dem zweiten (106) Nutabschnitt und wahlweise zusätzlich zwischen dem dritten (111) und dem vierten (116), dem fünften (121) und dem sechsten (126), usw. Nutabschnitt von der ersten radialen Fläche (127) in die zweite radiale Fläche (128) wechselt, und dass • der Spulenkörper (100) im Bereich des gekröpften Abschnitts (109, 119) eines entlang der Umfangsrichtung (U) des Stators und/oder Rotors zweiten (107) und wahlweise vierten (117), sechsten, usw. der Wickelkopfabschnitte (102, 107, 112, 117, 122) zwischen dem zweiten (106) und dem dritten (111) Nutabschnitt und wahlweise zusätzlich zwischen dem vierten (116) und dem fünften (121), dem sechsten (126) und dem siebten, usw. Nutabschnitt von der zweiten radialen Fläche (128) in die erste radiale Fläche (127) wechselt.
Spulenkörper (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmequerschnitt des Spulenkörpers (100) für ein Aufnehmen und/oder Führen und/oder Stützen und/oder Halten des wenigstens einen Leiters (150) in den Nutabschnitten (101, 106, 111, 116, 121, 126) eine erste Gestaltung und wenigstens in den gekröpften Abschnitten (104, 109, 114, 119, 124) der Wickelkopfabschnitte (102, 107, 112, 117, 122) eine zweite Gestaltung aufweist, wobei die zweite Gestaltung in der axialen Richtung (A) der Maschine eine größere Abmessung aufweist als die erste Gestaltung in der Umfangsrichtung (U) des Stators und/oder Rotors.
Spule (200), bestimmt für einen Einbau in eine elektrische Maschine, gekennzeichnet durch einen Spulenkörper (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, in dem ein Leiter (150), insbesondere ein dünner Leiter (150), aufgenommen und geführt ist.
Stator einer elektrischen Maschine, gekennzeichnet durch einen Statorkern mit wenigstens einer darauf angeordneten Spule (200) nach Anspruch 6.
Rotor einer elektrischen Maschine, gekennzeichnet durch einen Rotorkern mit wenigstens einer darauf angeordneten Spule (200) nach Anspruch 6.
Elektrische Maschine, gekennzeichnet durch einen Stator nach Anspruch 7 und/oder einen Rotor nach Anspruch 8.