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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Wicklungsanordnung, insbesondere eine Steckspulenanordnung für einen Stator oder einen Rotor einer elektrischen Maschine, einen Stator mit der Wicklungsanordnung, einen Rotor mit der Wicklungsanordnung sowie eine elektrische Maschine mit der Wicklungsanordnung.
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Zur Steigerung der Leistungsdichte und für eine wirtschaftliche Produktion von elektrischen Maschinen (Elektromotoren) sowie für eine optimierte Modularität kommen in neuen elektrifizierten Fahrzeugen oftmals Wicklungen mit Steckspulen zum Einsatz. Besonders die Hairpin-Technologie wird in diesem Bereich aktuell etabliert. Bei der Hairpin-Technologie werden mehrere, einzelne - meist U-förmig - gebogene Steckspulen (Hairpins) mehrlagig in Nuten eines Blechpakets eines Stators oder eines Rotors angeordnet. Dadurch kann verhältnismäßig einfach die Wicklung an verschiedene Anforderungsprofile bzw. Konfigurationen angepasst werden. Bei einem zylinderförmigen Blechpaket ragen Endebereiche der Steckspulen zu beiden Seiten aus den Stirnseiten des Blechpakets. Diese aus dem Blechpaket herausragenden Abschnitte werden auch als Wickelkopf bezeichnet.
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Mehrere einzelne Steckspulen bilden dabei verschaltet eine Wicklung bzw. Wicklungsanordnung der elektrischen Maschine. Dabei werden bei der Hairpin-Technologie die aus dem Blechpaket herausragenden Steckspulen meist auf einer Seite (Twistseite) des Blechpakets in einer bestimmten Anordnung miteinander gefügt. Dadurch wird aus den einzelnen Steckspulen die Wicklung elektrisch verschalten. Auf einer gegenüberliegenden Seite (Einsteckseite) des Blechpakets sind die U-förmigen Bereiche der Steckspulen angeordnet. Diese U-förmigen Bereiche werden auch als Wendebereiche bezeichnet. Auf der Seite der Wendebereiche können zudem einzelne Steckspulen als Anschlusspins über den Spulenkopf hinausragen. Die Anschlusspins können jeweils einzeln oder zusammen als Schnittstelle zu einer Leistungselektronik oder anderen Anschlusselementen dienen.
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Für eine optimale Herstellung und eine optimale Erreichbarkeit der Anschlusspins bei einer Montage der Wicklung in der elektrischen Maschine bzw. im Fahrzeug hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Anschlusspins an einem Außendurchmesser der Wicklung anzuordnen. Durch eine Anordnung der Anschlusspins am Außendurchmesser ergeben sich aufgrund der Verschaltungslogik der Wicklung oftmals sogenannte Rücksprungpins am Innendurchmesser. Die Rücksprungpins springen dabei mehrere Nuten innerhalb der Wicklung zurück. Daher verlaufen die Rücksprungpins teilweise entgegen bzw. gekreuzt zu einem eigentlichen Verlauf der Wicklung. Dies wird über einen radialen Versatz des Rücksprungpins im Abschnitt des Wickelkopfs realisiert.
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Ein Problem, das sich hieraus ergibt, ist, dass die Rücksprungpins aufgrund des radialen Versatzes in den Innendurchmesser der Wicklung hineinragen. In einem Fall, in dem die Wicklung in einem inneren Mantelbereich eines zylinderförmigen Blechpakets eingebracht ist, ragen die Rücksprungpins somit in den inneren Mantelbereich des Blechpakets. Durch das Hineinragen der Rücksprungpins in den Innendurchmesser ist eine Montage des Rotors nur einseitig möglich. Durch eine Begrenzung der einseitigen Montage kann der Einsatz auf bestimmte Fahrzeuge oder Baugruppen limitiert sein. Soll beispielsweise ein Stator mit der Wicklung in einem anderen Fahrzeug oder anderem Antriebsstrang eingesetzt werden, bei dem eine Montage des Rotors nur durch die blockierte Seite möglich wäre, kann dies nur mit einem zusätzlichen konstruktiven Aufwand realisiert werden. In der Folge können Wicklungen mit Anschlusspins am Außendurchmesser bislang nur begrenzt modular eingesetzt werden. Eine einseitige Zugänglichkeit kann auch hinsichtlich späterer Wartungsarbeiten höhere Kosten verursachen.
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Ein weiteres Problem, das sich hieraus ergibt, ist, dass hierdurch ein Isolationspapierüberstand, der aus dem Blechpaket zwischen der Nut und der Steckspule herausragt, länger bzw. größer ausgeführt sein muss. Dadurch vergrößert sich der Wickelkopf zusätzlich. Durch die Vergrößerung benötigt die Wicklung insgesamt mehr Bauraum.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Wicklungsanordnung, einen Stator, einen Rotor sowie eine elektrische Maschine mit der Wicklungsanordnung bereitzustellen, bei der die oben angegebenen Nachteile wenigstens teilweise verringert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wicklungsanordnung nach Anspruch 1, einem Stator nach Anspruch 11, einem Rotor nach Anspruch 12 sowie einer elektrischen Maschine nach Anspruch 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Wicklungsanordnung, insbesondere eine Steckspulenanordnung, für einen Stator oder einen Rotor einer elektrischen Maschine, mit einer Anschlusspinanordnung an einem Außendurchmesser der Wicklungsanordnung, wobei die Wicklungsanordnung mehrere axial zu einer Rotorachse verlaufende Leiterelemente umfasst, die in mehreren Lagen in einer Nut am Stator und/oder am Rotor aufnehmbar sind, wobei mehrere Leiterelemente innerhalb eines Wickelkopfs über einen Wendebereich miteinander verbunden sind, wobei die Wicklungsanordnung eine Rücksprungpinanordnung an einem Innendurchmesser der Wicklungsanordnung umfasst, wobei die Rücksprungpinanordnung wenigstens einen Rücksprungpin umfasst, wobei der Rücksprungpin wenigstens zwei Rücksprung-Leiterelemente der mehreren Leiterelemente umfasst, wobei die Rücksprung-Leiterelemente des Rücksprungpins über einen Rücksprung-Wendebereich miteinander verbunden sind, wobei der Rücksprung-Wendebereich teilweise oberhalb einer Stirnseite des Wickelkopfs verläuft. Die elektrische Maschine kann ein Elektromotor sein. Die Wicklungsanordnung in der elektrischen Maschine kann in einer Sternschaltung, einer Dreieckschaltung oder einer anderen Schaltung verschalten sein. Die Wicklungsanordnung, insbesondere Steckspulenanordnung, kann eine Hairpin-Wicklung sein.
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Die Leiterelemente können ein Abschnitt oder Teil einer Steckspule sein, der axial innerhalb der Nut verläuft. Die Steckspule kann zwei Leiterelemente haben, die über einen Wendebereich miteinander verbunden sind. Eine Steckspule kann ein Hairpin sein. Die Steckspule kann ein Kupferleiter sein. Die Steckspule kann einen viereckigen Querschnitt haben. Die Leiterelemente können in mehreren Lagen übereinander in der Nut aufnehmbar sein. Die Leiterelemente können in mehreren Lagen gestapelt in der Nut aufnehmbar sein.
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Die Wicklungsanordnung kann zwei Wickelköpfe umfassen. Der Wickelkopf kann der Teil sein, in dem die Wendebereiche der Wicklungsanordnung angeordnet sind. Der Wickelkopf kann der Teil sein, der die Endebereiche der Steckspulen umfasst, die zueinander verbunden bzw. verschalten sind. Der Wickelkopf einer Wicklungsanordnung kann aus einem Blechpaket eines Stators oder Rotors herausragen.
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Die Rücksprungpinanordnung kann einen oder mehrere Rücksprungpins umfassen. Ein Rücksprungpin kann eine Steckspule (Hairpin) sein. Der Rücksprungpin kann anders ausgebildet sein als die anderen Steckspulen der Wicklungsanordnung. Der Rücksprungpin kann eine U-förmige Geometrie haben. Der Rücksprung kann eine andere U-förmige Geometrie haben als die anderen U-förmigen Steckspulen innerhalb Wicklungsanordnung.
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Die Stirnseite des Wickelkopfs kann eine Seite, Ebene oder Fläche sein, die einen Abschluss des Wickelkopfs bildet. Die Stirnseite kann gebildet werden durch die jeweils höchsten Abschnitte oder Bereiche eines Wendebereichs, der nicht der Rücksprung-Wendebereich ist. Ein Abschnitt des Rücksprung-Wendebereichs verläuft teilweise oberhalb der Stirnseite. Der Rücksprung-Wendebereich verläuft teilweise über den anderen bzw. verbleibenden Wendebereichen.
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Der Begriff „teilweise“ kann bedeuten, dass lediglich ein Abschnitt des Rücksprung-Wendebereichs oberhalb der Stirnseite verläuft.
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Der Rücksprung-Wendebereich kann über den restlichen Wickelkopf hinausragen. Durch die Rücksprungpinanordnung kann ein Sprung bzw. Lagensprung, der bisher in den Innendurchmesser hineinragt, oberhalb einer Stirnseite des Wickelkopfs verlagert werden. Dadurch ragt kein Rücksprungpin der Rücksprungpinanordnung in den Innendurchmesser, obwohl die Anschlusspins am Außendurchmesser angeordnet sind. Dadurch kann eine beidseitige Montage realisiert werden. Die Montage kann beispielsweise eine Stator- oder Rotormontage sein. Durch die beidseitige Montage kann die Wicklungsanordnung vielseitiger bzw. modularer eingesetzt werden, ohne ein Wicklungsdesign anpassen zu müssen. Weiterhin können Wartungsarbeiten einfacher durchgeführt werden. Der Isolationspapierüberstand, der aus dem Blechpaket zwischen der Nut und der Steckspule herausragt, kann ebenfalls verkürzt werden. Dadurch kann der Wickelkopf allgemein kompakter gestaltet werden. Dadurch kann Bauraum und Gewicht eingespart werden.
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Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
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Ausführungsformen der Erfindung werden beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1A, B eine aus dem Stand der Technik bekannte Wicklungsanordnung;
- 2A eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung;
- 2B eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Rücksprungpins der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung;
- 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung;
- 5 ein perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung;
- 6 ein perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung mit zwei parallelen Zweigen; und
- 7 ein perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung mit drei parallelen Zweigen.
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Vor einer detaillierten Beschreibung der Figuren folgen allgemeine Bemerkungen zu den Ausführungsformen.
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Es gibt Ausführungsformen, bei denen die Rücksprungpinanordnung radial außerhalb des Innendurchmessers in die Wicklungsanordnung hineinragt. Die Rücksprungpinanordnung kann derart angeordnet sein oder verlaufen, dass sie nicht in den Innendurchmesser der Wicklungsanordnung hineinragt.
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Die Leiterelemente können axial ausgerichtet parallel zur Rotorachse verlaufen. Die Leiterelemente können in Umfangsrichtung beabstandet um die Rotorachse angeordnet sein. Die Leiterelemente können rohrförmig um die Rotorachse herum angeordnet sein. Dadurch, dass die Rücksprungpinanordnung nicht in den Innendurchmesser der Wicklungsanordnung hineinragt, kann eine beidseitige Stator- oder Rotormontage realisiert werden.
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Es gibt Ausführungsformen, bei denen der Rücksprungpin-Wendebereich zwei Wickelkopfabschnitte umfasst, wobei die zwei Wickelkopfabschnitte in einem Abschnitt des Wickelkopfs im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. In dem Abschnitt können die zwei Wickelkopfabschnitte parallel zueinander verlaufen.
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Der Abschnitt des Wickelkopfs kann ein Bereich sein, der mit einer Höhe des Wickelkopfs gleichzusetzen ist, der durch die anderen Wendebereiche gebildet wird. In dem Abschnitt können die zwei Wickelkopfabschnitte im wesentlichen Diagonal zu einer Rotorachse bzw. den Leiterelementen verlaufen. In dem Abschnitt können die zwei Wickelkopfabschnitte teilweise axial und teilweise diagonal zur Rotorachse verlaufen. In dem Abschnitt können die zwei Wickelkopfabschnitte parallel im gleichen Winkel zueinander verlaufen. In dem Abschnitt können die zwei Wickelkopfabschnitte eines Rücksprungpins parallel zu den anderen Steckspulen verlaufen. Jeder der zwei Wickelkopfabschnitte kann innerhalb der innersten Lage jeweils zwischen anderen Steckspulen verlaufen. Die zwei Wickelkopfabschnitte verlaufen bevorzugt kontaktlos zwischen den anderen Steckspulen. Durch den parallelen Verkauf verlaufen die zwei Wickelkopfabschnitte im Bereich der innersten Lage. Ein Lagensprung oder Versatz in den Innendurchmesser kann dadurch entfallen. Dadurch kann eine beidseitige Stator- oder Rotormontage ermöglicht werden.
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Es gibt Ausführungsformen, bei denen der Rücksprung-Wendebereich oberhalb der Stirnseite des Wickelkopfs teilweise in Umfangsrichtung der Wicklungsanordnung verläuft. Der Rücksprung-Wendebereich kann teilweise in Umfangsrichtung um die Rotorachse herum verlaufen. Der Rücksprung-Wendebereich kann konzentrisch oder teilweise konzentrisch um die Rotorachse herum verlaufen. Der Rücksprung-Wendebereich kann in radial verschiedenen Abständen um die Rotorachse herum verlaufen.
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Der teilweise Verlauf kann bedeuten, dass der Rücksprung-Wendebereich weniger als 360° um die Rotorachse herum verläuft. Der Rücksprung-Wendebereich kann segmentartig oberhalb der Stirnseite des Wickelkopfs verlaufen. Der Rücksprung-Wendebereich kann kreisbogenartig oberhalb der Stirnseite des Wickelkopfs verlaufen. Durch den Verlauf in Umfangsrichtung können mehrere Nuten übersprungen oder überbrückt werden. Durch den Verlauf in Umfangsrichtung kann eine Spulenweite überbrückt werden.
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Es gibt Ausführungsformen, bei denen am Rücksprung-Wendebereich oberhalb der Stirnseite des Wickelkopfs ein Radial-Versatz und/oder ein Axial-Versatz ausgebildet ist. Am Rücksprung-Wendebereich kann nur ein Axial-Versatz ausgebildet sein. Der Versatz kann eine Biegung sein.
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Der Radial-Versatz kann ein Versatz oder Lagensprung innerhalb einer Wickelkopfbreite sein. Die Wickelkopfbreite kann eine radiale Breite der Wicklungsanordnung sein. Am Rücksprungpin können innerhalb des Rücksprung-Wendebereichs mehrere Radial-Versätze und/oder mehrere Axial-Versätze ausgebildet sein.
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Der Axial-Versatz kann ein Höhen-Versatz sein. Der Axial-Versatz kann ein Versatz sein, der in axialer Richtung parallel zur Rotorachse verläuft. Der Axial-Versatz kann auch ein diagonal verlaufender Abschnitt im Rücksprung-Wendebereich sein, um einen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt axial gegenüber der Stirnseite des Wickelkopfs anzuheben oder abzusenken. Der Rücksprung-Wendebereich kann verschiedene Axial-Versätze haben.
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Durch den Axial-Versatz kann der Rücksprung-Wendebereich oberhalb der Stirnseite des Wickelkopfs verlaufen. Durch den Radial-Versatz kann eine Laufbahn in Umfangsrichtung eingestellt oder beeinflusst werden. Durch den Versatz kann die Rücksprungpinanordnung beispielsweise einer Bauraumvorgabe mit geringem Aufwand angepasst werden.
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Es gibt Ausführungsformen, bei denen die Rücksprung-Leiterelemente des Rücksprungpins in einer innersten Lage der mehreren Lagen angeordnet sind. Die Rücksprung-Leiterelemente des Rücksprungpins bzw. der Rücksprungpinanordnung können in einer innersten Lage der mehreren Lagen angeordnet sein.
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Die Wickelungsanordnung kann mehrere Lagen haben. Die mehreren Lagen können in einer radialen Richtung übereinander angeordnet sein. Die innerste Lage kann die Lage sein, die am nächsten zum Innendurchmesser der Wicklungsanordnung angeordnet ist. Die Anordnung der Rücksprung-Leiterelemente in der innersten Lage kann sich aus der Anordnung der Anschlusspins an der äußersten Lage ergeben. Die Rücksprungpins können in der innersten Lage angeordnet sein und nicht in den Innendurchmesser der Wicklungsanordnung hineinragen.
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Es gibt Ausführungsformen, bei denen die Rücksprungpinanordnung mehrere Rücksprungpins umfasst, wobei die Rücksprung-Wendebereiche der mehreren Rücksprungpins teilweise oberhalb der Stirnseite des Wickelkopfs verlaufen.
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Die mehreren Rücksprungpins können zwei, drei oder mehr Rücksprungpins sein. Es können alle Rücksprungpins teilweise oberhalb der Stirnseite des Wickelkopfs verlaufen. Durch eine Verschiebung des Lagensprungs radial bzw. axial oberhalb des Wickelkopfs kann der Innendurchmesser freigehalten werden. Dadurch kann zum Beispiel bei Asynchronmaschinen eine Reduzierung des Isolationspapierüberstands ermöglicht werden und der Wickelkopf kompakter ausgeführt werden. Weiterhin kann dadurch eine beidseitige Montage realisiert werden.
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Es gibt Ausführungsformen, bei denen die mehreren Rücksprung-Wendebereiche der mehreren Rücksprungpins in einer gleichen und/oder einer unterschiedlichen Ebene oberhalb der Stirnseite des Wickelkopfs verlaufen. Die mehreren Rücksprung-Wendebereiche der Rücksprungpinanordnung können in der gleichen und/oder der unterschiedlichen Ebene oberhalb der Stirnseite des Wickelkopfs verlaufen.
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Die unterschiedlichen Ebenen können parallel zu einer Ebene der Stirnseite ausgerichtet sein. Die unterschiedlichen Ebenen können immer oberhalb der Stirnseite des Wickelkopfs verlaufen. Die Rücksprung-Wendebereiche können sich teilweise gegenseitig überbrücken und/oder untertunneln. Die Rücksprung-Wendebereiche können teilweise in der gleichen Ebene verlaufen. Die Rücksprung-Wendebereiche können teilweise parallel in der gleichen Ebene verlaufen. Die Rücksprung-Wendebereiche können teilweise parallel in unterschiedlichen Ebenen verlaufen.
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Es gibt Ausführungsformen, bei denen an den Rücksprung-Wendebereichen der mehreren Rücksprungpins jeweils ein unterschiedlicher Radial-Versatz und/oder ein unterschiedlicher Axial-Versatz ausgebildet ist.
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Jeder der mehreren Rücksprungpins kann sich jeweils aus einer anderen Kombination von Radial-Versätzen und/oder von Axial-Versätzen zusammensetzen. Ein Verlauf der mehreren Rücksprungpins in Umfangsrichtung kann gleich lang oder unterschiedlich lang sein. Die Rücksprungpins können eine gleiche oder unterschiedliche Spulenweite haben.
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Es gibt Ausführungsformen, bei denen die Wicklungsanordnung mehrere parallele Zweige umfasst. Die Wicklungsanordnung kann zwei, drei oder mehrere parallele Zweige haben.
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Bei zwei parallelen Zweigen kann die Wickelungsanordnung sechs Rücksprungspins haben. Bei drei parallelen Zweigen kann die Wickelungsanordnung neun Rücksprungpins haben. Die Anzahl an Rücksprungspins ist nicht auf die genannten Beispiele begrenzt. Dadurch können verschiedene Konfigurationen an elektrischen Maschinen realisiert werden. Unabhängig von einer Anzahl an Rücksprungpins kann der Innendurchmesser der Wickelungsanordnung freigehalten werden. Unabhängig von einer Anzahl der Rücksprungpins können alle Rücksprung-Wendebereiche oberhalb der Stirnseite des Wickelkopfs verlaufen.
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Ein weiterer Aspekt der Anmeldung betrifft einen Stator, der mit der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung versehen ist.
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Der Stator kann ein feststehender, unbeweglicher Teil der elektrischen Maschine sein. Der Stator kann ein Stator-Blechpaket umfassen. In dem Stator oder dem Stator-Blechpaket können die Nuten axial in Umfangsrichtung um die Rotorachse herum verlaufen.
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Ein weiterer Aspekt der Anmeldung betrifft einen Rotor, der mit der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung versehen ist.
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Der Rotor kann ein rotierendes Element der elektrischen Maschine sein. Der Rotor kann ein Rotor-Blechpaket umfassen. Der Rotor kann ein Läufer, Anker, Induktor oder Polrad der elektrischen Maschine sein."
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Ein weiterer Aspekt der Anmeldung betrifft eine elektrische Maschine mit mindestens der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung.
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Die elektrische Maschine kann eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug oder ein anderes Fortbewegungsmittel sein. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, Lastkraftfahrzeug, Zweirad, Schienenfahrzeug oder ein anderes Fahrzeug sein. Die elektrische Maschine kann eine Gleichstrommaschine oder Drehstrommaschine sein. Die Drehstrommaschine kann eine Asychronmaschine oder Synchronmaschine sein. Die elektrische Maschine kann auch eine andere beliebige elektrische Maschine sein."
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Gleiche oder ähnliche Bauteile werden mit einheitlichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1A und 1B zeigen eine Wicklungsanordnung, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. 1A zeigt eine perspektivische Ansicht der Wicklungsanordnung. 1B zeigt eine Draufsicht der Wicklungsanordnung. Bei der in 1A, 1B dargestellten Wicklungsanordnung verlaufen die Rücksprungpins in einem Wickelkopfabschnitt kreuzend und vollständig in einem Bereich des Wickelkopfs. Im Wickelkopfabschnitt hat jeder Rücksprungpin einen Radial-Versatz. Wie in 1B dargestellt, ragt jeder Rücksprungpin in einen Innendurchmesser der Wickelungsanordnung hinein.
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2A und 2B zeigen eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung 1 einer elektrischen Maschine 100 mit einem parallelen Zweig. In 2A ist die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. 2B zeigt die Wicklungsanordnung 1 aus 2A in einer Draufsicht.
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In 2A ist die Wicklungsanordnung 1 in einem rohrförmigen Stator 70 angeordnet. Der Stator 70 und die Wicklungsanordnung 1 sind konzentrisch zu einer Rotorachse 50 ausgerichtet. In dem Stator 70 verlaufen axial zur Rotorachse 50 mehrere Nuten 90. Die Nuten 90 sind an einer inneren Mantelfläche des Stators 70 in Umfangsrichtung U beabstandet zueinander angeordnet. Innerhalb der Nuten 90 verlaufen mehrere Leiterelemente 7. In jeder einzelnen Nut 90 verlaufen mehrere Leiterelemente 7 in mehreren Lagen L radial gestapelt zueinander. Jeweils zwei Leiterelemente 7 sind über einen U-förmigen Wendebereich 8 verbunden. Jeweils zwei Leiterelemente 7 und ein Wendebereich 8 bilden eine Steckspule. Jeder Wendebereich 8 ragt aus einer oberen Stirnseite eines Blechpakets des Stators 70 heraus. Die aus der oberen Stirnseite des Blechpakets des Stators 70 herausragenden Wendebereiche 8 der Steckspulen bilden gemeinsam einen Wickelkopf 5. An einem Außendurchmesser der Wicklungsanordnung 1 ist eine Anschlusspinanordnung 3 (nicht dargestellt) angeordnet. Die Anschlusspinanordnung 3 ragt über den Wickelkopf 5 hinaus.
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An einem Innendurchmesser ID der Wicklungsanordnung 1 ist eine Rücksprungpinanordnung 10 angeordnet. Die Rücksprungpinanordnung 10 umfasst drei Rücksprungpins 11. Jeder der drei Rücksprungpins 11 hat zwei Rücksprung-Leiterelemente 7a, die jeweils in einer Nut 90 am Stator 70 verlaufen. Die zwei Rücksprung-Leiterelemente 7a eines Rücksprungpins 11 sind mit einem Rücksprung-Wendebereich 13 verbunden. Im Bereich des Wickelkopfs 5 sind an jedem Rücksprung-Wendebereich 13 des Rücksprungpins 11 zwei Wickelkopfabschnitte 14 ausgebildet. Die zwei Wickelkopfabschnitte 14 verlaufen parallel zu den anderen Steckspulen. Oberhalb einer Stirnseite S des Wickelkopfs 5 verlaufen die Rücksprung-Wendebereiche 13 jeweils in Umfangsrichtung U der Wicklungsanordnung 1. Die drei Rücksprungpins 11 haben jeweils mehrere Radial-Versätze 31 und Axial-Versätze 33. Die drei Rücksprung-Wendebereiche 13 verlaufen jeweils in einer unterschiedlichen Ebene parallel zu einer Ebene der Stirnseite S.
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2B zeigt die Wicklungsanordnung 1 in dem Blechpaket des Stators 70 in der Draufsicht. Die Wicklungsanordnung 1 und der Stator 70 sind jeweils rohrförmig. 2B zeigt die Stirnseite S oberhalb des Wickelkopfs 5. Die Rücksprungpins 11 der Rücksprungpinanordnung 10 verlaufen oberhalb der Stirnseite S des Wickelkopfs 5. Die Rücksprungpins 11 verlaufen im Bereich einer Breite des Wickelkopfs 5 teilweise in Umfangsichtung U der Wicklungsanordnung 1. Alle Rücksprungpins 11 verlaufen radial außerhalb des Innendurchmessers ID der Wicklungsanordnung 1. Am Außendurchmesser ist eine Anschlusspinanordnung 3 angeordnet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines exemplarischen Rücksprungpins 11 der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung 1. Die Geometrie der einzelnen Rücksprungpins 11 der Rücksprungpinanordnung 10 ist nicht auf den exemplarischen Rücksprungpin 11 begrenzt, sondern kann sich von diesem unterscheiden.
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Der Rücksprungpin 11 in 3 hat in einem unteren Abschnitt zwei vertikale, parallel zueinander verlaufende Rücksprung-Leiterelemente 7a. Die Rücksprung-Leiterelemente 7a sind nach unten hin geschnitten dargestellt. Oberhalb angrenzend sind die beiden Rücksprung-Leiterelemente 7a mit dem U-förmigen Rücksprung-Wendebereich 13 verbunden. Der Rücksprung-Wendebereich 13 umfasst zwei Wickelkopfabschnitte 14. Jeweils ein Wickelkopfabschnitt 14 ist mit einem der beiden Rücksprung-Leiterelemente 7a verbunden. Die beiden Wickelkopfabschnitte 14 verlaufen innerhalb eines Abschnitts A im Wickelkopf 5. Die untere gestrichelte Linie, die den Abschnitt A nach unten begrenzt, ist zugleich eine schematische Darstellung einer Stirnseite eines Blechpakets, in dem die Rücksprung-Leiterelemente 7a verlaufen. Die obere gestrichelte Linie, die den Abschnitt A nach oben begrenzt ist zugleich eine schematische Darstellung der Stirnseite S oberhalb des Wickelkopfs 5. Der Rücksprung-Wendebereich 13 verläuft teilweise oberhalb der Stirnseite S des Wickelkopfs 5. Oberhalb der Stirnseite S sind zwei Axial-Versätze 33 ausgebildet. Der rechtsseitige Axial-Versatz 33 verläuft parallel zu den Rücksprung-Leiterelementen 7a. Der linksseitige Axial-Versatz 33 verläuft diagonal zu den Rücksprung-Leiterelementen 7a. In einem waagrechten Abschnitt des Rücksprung-Wendebereichs 13 ist schematisch ein Radial-Versatz 31 dargestellt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung 1 der elektrischen Maschine 100 geschnitten in einer Seitenansicht. Die Mittelachse bzw. Rotorachse 50 zeigt keine Rotationssymmetrie an. Der Wickelkopf 5 der Wicklungsanordnung 1 ragt mit einem Abschnitt A aus dem Blechpaket. Oberhalb des Abschnitts A ist die Stirnseite S des Wickelkopfs 5. Die Rücksprungpinanordnung 10 ragt oberhalb der Stirnseite S vertikal aus dem Wickelkopf 5 heraus. Die Rücksprungpinanordnung 10 verläuft oberhalb der Stirnseite S teilweise horizontal.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung 1. Die Wicklungsanordnung 1 in 5 hat wie die Wicklungsanordnung 1 in 1 einen parallelen Zweig. Die Wicklungsanordnungen 1 in 5 und 1 unterscheiden sich hauptsächlich dahingehend, dass die drei Rücksprungpins 11 der Rücksprungpinanordnung 10 in einer gleichen Ebene oberhalb der Stirnseite S des Wickelkopfs 5 zueinander verlaufen. Die drei Rücksprungpins 11 haben jeweils Radial-Versätze 33 und verlaufen aufgrund der Radial-Versätze 33 teilweise parallel in Umfangsrichtung U der Wicklungsanordnung 1. Die drei Rücksprungpins 11 haben jeweils einen kleinen Axial-Versatz 33.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung 1. Im Unterschied zu den Wicklungsanordnungen 1 in 1 und 5 hat die Wicklungsanordnung 1 in 6 zwei parallele Zweige. Die Rücksprungpinanordnung 10 umfasst insgesamt sechs Rücksprungpins 11, die jeweils oberhalb der Stirnseite S verlaufen. Drei Rücksprungpins 11 verlaufen in einer ersten Ebene. Die drei anderen Rücksprungpins 11 verlaufen in einer zweiten Ebene. Die zweite Ebene ist höher bzw. weiter von der Stirnseite S entfernt als die erste Ebene. Alle Rücksprungpins 11 haben jeweils Radial-Versätze 31 und Axial-Versätze 33. Die sechs Rücksprungpins 11 verlaufen jeweils in Umfangsrichtung U teilweise parallel zueinander und sind jeweils unterschiedlich ausgebildet.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung 1. Im Unterschied zu den Wicklungsanordnungen 1 in 1, 5 und 6 hat die Wicklungsanordnung 1 in 7 drei parallele Zweige. Die Rücksprungpinanordnung 10 umfasst insgesamt neun Rücksprungpins 11, die jeweils oberhalb der Stirnseite S verlaufen. Die Rücksprungpins 11 verlaufen in unterschiedlichen Ebenen. Alle Rücksprungpins 11 haben jeweils Radial-Versätze 31 und Axial-Versätze 33. Die neun Rücksprungpins 11 verlaufen jeweils in Umfangsrichtung U parallel zueinander und sind jeweils unterschiedlich ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung ist nicht auf den Einsatz in einer elektrischen Maschine für ein Fahrzeug oder anderes Transportmittel begrenzt. Die Wicklungsanordnung kann auch in jeder anderen beliebigen elektrisch betriebenen Baugruppe eingesetzt werden. Weitere Aspekte und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus den Ansprüchen.
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Bezugszeichen
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- 1
- Wicklungsanordnung
- 3
- Anschlusspinanordnung
- 5
- Wickelkopf
- 7
- Leiterelement
- 7a
- Rücksprung-Leiterelement
- 8
- Wendebereich
- 10
- Rücksprungpinanordnung
- 11
- Rücksprungpin
- 13
- Rücksprung-Wendebereich
- 14
- Wickelkopfabschnitt
- 31
- Radial-Versatz
- 33
- Axial-Versatz
- 50
- Rotorachse
- 70
- Stator
- 90
- Nut
- 100
- Elektrische Maschine
- A
- Abschnitt im Wickelkopf
- L
- Lage
- S
- Stirnseite des Wickelkopfs
- U
- Umfangsrichtung der Wicklungsanordnung