AT524754A1

AT524754A1 - Maschinenbauteil

Info

Publication number: AT524754A1
Application number: ATA50178/2021A
Authority: AT
Inventors: Eilenberger Dr Andreas; Morawetz Rudolf
Original assignee: Miba Emobility Gmbh
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2022-09-15
Also published as: WO2022187883A1; DE112022001451A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Maschinenbauteil (2, 3) in Form eines Stators oder Rotors für eine elektrische Maschine (1), mit einem Blechpaket (5), in dem mehrere Nuten (9) angeordnet sind, wobei in den Nuten (9) eine Anzahl N ≥ 2 an elektrischen Leitern (10) angeordnet ist, die voneinander und gegenüber dem Blechpaket (5) mittels einer Isolationsschicht (14) elektrisch isoliert sind. Zumindest einer der pro Nut (9) angeordneten elektrischen Leiter (10) ist durch eine Anzahl n Subleiter (17) gebildet, wobei die Subleiter (17) parallel zueinander verlaufend angeordnet sind, und durch eine Zwischenisolationsschicht (18) elektrisch voneinander isoliert sind, wobei eine Schichtdicke (19) der Zwischenisolationsschicht (18) kleiner ist als eine Schichtdicke (19) der Isolationsschicht (14) zwischen den elektrischen Leitern (10) in der Radialrichtung (7) der Nuten (9).

Description

über eine Gesamthöhe des Blechpakets erstreckt.

Die Erfindung betrifft weiter eine elektrische Maschine umfassend einen Stator

und einen Rotor.

Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Maschinenbauteils in Form eines Stators oder eines Rotors für eine elektrische Maschine, umfassen die Schritte: Bereitstellung eines Blechpakets das sich in einer Axialrichtung, einer Radialrichtung und einer Umfangsrichtung erstreckt, und in dem mehrere Nuten angeordnet sind, wobei sich die Nuten in der Axialrichtung und der Radialrichtung des Blechpakets erstrecken und in der Umfangsrichtung des Blechpakets nebeneinander angeordnet und voneinander beabstandet sind, Bereitstellung einer Anzahl von N > 2 an elektrischen Leitern, die eine Isolationsschicht zur elektrischen Isolierung der elektrischen Leiter voneinander aufweisen, wobei sich die

Isolationsschicht über jeweils den gesamten Leiterumfang sowie in der Axialrich-

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Kontaktierung der elektrischen Leiter.

Prinzipiell sind derartige elektrische Maschinen sowie die hierfür verwendeten Statoren und Rotoren aus dem Stand der Technik bekannt, sodass zu weiteren Einzelheiten dazu auf diesen einschlägigen Stand der Technik verwiesen sei. Eine elektrische Maschine kann vorzugsweise auch einen Rotor umfassen, welcher beispielsweise auf einer drehbaren Welle verdrehfest angeordnet sein kann. Im Betrieb einer z.B. als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Maschine wird aufgrund der erzeugten Magnetfelder der Rotor in eine Drehbewegung versetzt. Der Stator ist aber prinzipiell auch ohne Rotor für die Erzeugung eines Drehfeldes ein-

setzbar.

Statoren für elektrische Elektromotoren umfassen elektrische Spulen, die in Form von Wicklungen um einen elektrisch und magnetisch leitfähigen Kern ausgeführt sind und bei Stromdurchfluss der Spulen in dem Statorpaket ein Magnetfeld erzeugen, welches zum Antrieb des Elektromotors erforderlich ist. Diese Wicklungen können z.B. dadurch erzeugt werden, dass U-förmig gebogene Leiterelemente 0der auch stabförmige Leiterelemente in das Statorpaket gesteckt werden und die vorgesehenen Leiterelemente zu Wicklungen verschalten werden. Üblicherweise

werden mehrere elektrische Leiter pro Nut angeordnet.

Die teils recht hohe elektrische Spannung, welche an den einzelnen elektrischen Leitern im Betrieb anliegt, kann zur Ausbildung eines elektrischen Kontakts zwischen den Leitern und/oder zum Blechpaket führen. Um dies zu vermeiden ist es erforderlich die elektrischen Leiter gegeneinander, sowie zum Blechpaket hin zu isolieren, wie dem Fachmann bekannt ist. Beispielsweise beschreibt die

EP3 043 355 A1 elektrische Leiter mit einer äußeren Isolierschicht, welche aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet wird. Zwischen den Leitern ist eine duroplastische Schicht angeordnet, die dünner ist als die thermoplastische Kunststoffschicht.

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erreicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Effizienz einer elektrischen Ma-

schine zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem eingangs genannten Maschinenbauteil gelöst, bei dem vorgesehen ist, dass zumindest einer der pro Nut angeordneten elektrischen Leiter durch eine Anzahl n Subleiter gebildet ist, wobei die Subleiter zumindest in den Nuten parallel zueinander verlaufend angeordnet sind, und durch eine Zwischenisolationsschicht elektrisch voneinander isoliert sind, wobei eine Schichtdicke der Zwischenisolationsschicht kleiner ist als eine Schichtdicke der Isolationsschicht zwischen den elektrischen Leitern in radialer Richtung der

Nuten.

Weiter wird die Aufgabe mit der eingangs genannten elektrischen Maschine ge-

löst, die das erfindungsgemäße Maschinenbauteil aufweist.

Zudem wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Verfahren gelöst, wonach zumindest einer der pro Nut angeordneten elektrischen Leiter aus eine Anzahl n Subleiter gebildet wird, wobei die Subleiter zumindest in den Nuten parallel zueinander verlaufend angeordnet werden, und durch eine Zwischenisolationsschicht elektrisch voneinander isoliert werden, wobei eine Schichtdicke der Zwischenisolationsschicht kleiner gewählt wird als eine Schichtdicke der Isolati-

onsschicht zwischen den elektrischen Leitern in radialer Richtung der Nuten.

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teils bzw. der damit ausgestatteten elektrischen Maschine verbessert werden.

Zur weiteren Verbesserung dieser Effekte kann nach Ausführungsvarianten der Erfindung vorgesehen sein, dass die Anzahl | an Subleitern pro elektrischem Leiter ausgewählt ist aus einem Bereich von 2 bis 5 und/oder dass die Anzahl an Subleitern pro Nut ausgewählt ist aus einem Bereich von 2*N bis 5*N. Bei einer Anzahl von mehr als fünf Subleitern pro elektrischem Leiter wird einerseits der Aufwand zur Herstellung des Maschinenbauteils übermäßig erhöht, andererseits wird durch die Zunahme Platzbedarf an zusätzlicher Zwischenisolationsschicht der Füllfaktor der Nuten zu sehr reduziert, sodass also eine weitere Erhöhung der Anzahl der Subleiter nicht zu einer weiteren Effizienzsteigerung (im gewünschten Ausmaß) führt. Von Vorteil ist dabei auch, wenn jeder der N elektrischen Leiter in Subleiter unterteilt wird, sodass die genannten Effekte bei jedem der in den Nuten angeord-

neten elektrischen Leiter verwirklicht werden können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann zur Verbesserung des Nutfüllfaktors vorgesehen sein, dass eine Schichtdicke der Zwischenisolationsschicht zwischen 1 % und 20 % der maximalen Schichtdicke der Isolationsschicht beträgt. Mit einer Schichtdicke von unter 1 % der maximalen Schichtdicke der Isolationsschicht wird die Isolationswirkung der elektrischen Isolierung zwischen den Subleitern reduziert. Bei einer Schichtdicke von mehr als 20 % der maximalen Schichtdicke der Isolationsschicht wird die radiale Ausdehnung der oder des elektrischen Leiter(s) ohne weitere Verbesserung der elektrischen Isolierung der Subleiter voneinander bzw. ohne eine weitere Effizienzsteigerung des Maschinenbauteils zu groß, sodass bei einer Schichtdicke von mehr als 20 % der maximalen Schichtdicke der Isolationsschicht lediglich der Nutfüllfaktor über Gebühr re-

duziert wird.

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Höhe aufweisen.

Dabei kann nach einer Ausführungsvarianten der Erfindung zur Reduktion von Stromwärmeverlusten vorgesehen sein, dass ein Verhältnis von Breite zu Höhe des Querschnitts der elektrischen Leiter ausgewählt ist aus einem Bereich von 1 : 1 bis 4 : 1, und/oder dass die Breite des Querschnitts der elektrischen Leiter ein ganzzahliges Vielfaches der Subleiter-Breite des Querschnitts der Subleiter ist und/oder die Höhe der Leiter ein ganzzahliges Vielfaches der Subleiter-Höhe des Querschnitts der Subleiter ist, und/oder dass die Breite des Querschnitts der elektrischen Leiters ausgewählt ist aus einem Bereich von 100 % bis 450 % der Subleiter-Höhe des Querschnitts der Subleiter. Ein Verhältnis der Subleiter-Höhe zur Subleiter-Breite kann beispielsweise ausgewählt sein aus einem Bereich von

1/2 bis 1/8 bei zwei Subleitern pro Leiter und von 1/4 bis 1/16 bei vier Subleitern.

Zur einfacheren Herstellbarkeit der Leiter aus den Subleitern kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Zwischenisolations-

schicht aus dem Material der Isolationsschicht besteht.

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass die Zwischenisolationsschicht aus einem zum Material der Isolationsschicht unterschiedlichen Material besteht. Es kann damit gegebenenfalls die Schichtdicke der Zwischenisolationsschicht im Vergleich zu einer Zwischenisolationsschicht aus dem Material der Isolationsschicht reduziert werden, womit der

Nutfüllfaktor verbessert werden kann.

Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Leiter eine Leiterlängsachse aufweisen, und dass die Sublei-

ter anschließend an eine axiale Stirnfläche des Blechpakets einen Dachschlag

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hindert werden können.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden

Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine elektrische Maschine in Seitenansicht;

Fig. 2 ein Maschinenbauteil in Form eines Stators in Schrägansicht;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Maschinenbauteil;

Fig. 4 einen Ausschnitt aus Ausführungsvariante des Maschinenbauteils im

Bereich oberhalb einer Stirnfläche des Blechpakets.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-

angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

In Fig. 1 ist eine elektrische Maschine 1 vereinfacht in Seitenansicht dargestellt. Die elektrische Maschine 1 umfasst ein Maschinenbauteil 2, das bei der Ausführungsvariante der elektrischen Maschine 1 ein Stator ist. Im Stator ist ein weiteres Maschinenbauteil 3 in Form eines Rotors drehfest auf einer Welle 4 angeordnet.

Durch die im Betrieb der als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Maschine 1

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feldes einsetzbar.

Der Rotor an sich kann dem Stand der Technik entsprechend ausgebildet sein. Es ist umgekehrt auch möglich, den Rotor erfindungsgemäß und den Stator dem Stand der Technik entsprechend auszubilden. Wenn daher im folgenden Ausführungen betreffend die Erfindung in Bezug auf das Maschinenbauteil 2, 3 getätigt werden, sind diese entweder auf den Stator oder auf den Rotor bezogen, wobei

das Maschinenbauteil 2 nach der Erfindung bevorzugt ein Stator ist.

Die elektrische Maschine 1 ist zwar bevorzugt ein Elektromotor, kann aber auch

anders ausgeführt sein, beispielsweise als Generator.

Wie bereits eingangs erwähnt, sind derartige elektrische Maschinen 1 an sich aus dem Stand der Technik bekannt, sodass zu weiteren Details dazu der Fachmann

an die einschlägige Literatur verwiesen sel.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante des als Stator ausgebildeten Maschinenbauteils 2 in einer Schrägansicht schematisch dargestellt. Das Maschinenbauteil 2 umfasst ein Blechpaket 5, das sich in einer Axialrichtung 6, einer Radialrichtung 7 und einer Umfangsrichtung 8 erstreckt. Im Blechpakt 5 sind eine Vielzahl von Nuten 9 in der Umfangsrichtung 8 verteilt und voneinander beabstandet angeordnet, und erstrecken sich in der Axialrichtung 6 und der Radialrichtung 7 des Blechpakets 5. Die Nuten 9 sind dabei in der Längsrichtung Axialrichtung 6 durchgehend

ausgebildet.

In Fig. 2 sind beispielhaft mehrere elektrische Leiter 10 vor ihrer Verbindung zu einer elektrischen Wicklung dargestellt. Analog dazu ist beispielhaft aus Fig. 2 ersichtlich, dass mehrere elektrische Leiter 10 zur Ausbildung einer Spule in der Umfangsrichtung 8 verbogen sein können und miteinander korrespondierende elektrische Leiter 10 miteinander verbunden vorliegen können. Die Nuten 9 des Blechpakets 5 können in der Radialrichtung 7 und der Axialrichtung 6 des Stators

1 offen sein. Derartige Öffnungen können als Luftspalt 11 ausgebildet sein. Die

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und 20 oder zwischen 2 und 12 elektrische Leiter 10 angeordnet sein.

Grundsätzlich können die Nuten 9 unterschiedlichste Querschnittsformen aufweisen, wobei zur Aufnahme von elektrischen Leitern 10 insbesondere rechteckige

Querschnitte der Nuten 9 bevorzugt werden.

Zur elektrischen Isolation der einzelnen elektrischen Leiter 10 voneinander sowie zum Blechpaket 5 ist zumindest eine Isolationsschicht 14 vorgesehen, die besser aus Fig. 3 ersichtlich ist, die einen Ausschnitt aus dem Maschinenbauteil 2 im Bereich einer Nut 9 zeigt. Die Isolationsschicht 10 erstreckt sich über jeweils einen

gesamten Leiterumfang 15 sowie in der Axialrichtung 6 des Blechpakets 5 zumindest über eine Gesamthöhe 16 (siehe Fig. 2) des Blechpakets 5. Die Isolations-

schicht 14 ist in der Umfangsrichtung 8 sowie der Radialrichtung 7 und der Axialrichtung 6 durchgehend geschlossen, um die elektrischen Leiter 10 zumindest in-

nerhalb des Blechpakets 5 zu ummanteln.

Es ist vorgesehen, dass zumindest einer der pro Nut 9 angeordneten elektrischen Leiter 10 durch eine Anzahl n Subleiter 17 gebildet ist. In der bevorzugten Ausführungsvariante des Maschinenbauteils 2 sind sämtliche elektrischen Leiter 10 durch Subleiter gebildet, sodass gilt: n = 2*N. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 3 gezeigt, bei dem alle vier elektrischen Leiter 10 durch jeweils zwei Subleiter 17 gebildet sind.

Das Maschinenbauteil 2 kann aber auch eine davon abweichende Anzahl an in

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weise nur zwei oder drei oder fünf oder sechs, etc.

Generell kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Maschinenbauteils 2 vorgesehen sein, dass die Anzahl n an Subleitern 17 pro Nut 9 ausgewählt ist aus einem Bereich von 2*N bis 5*N. Es kann dabei nur einer oder es können mehrere oder alle elektrischen Leiter 10 in Subleiter 17 unterteilt sein. Beispielsweise kann in der Radialrichtung 7 betrachtet jeder zweite elektrische Leiter 10 durch Subleiter 17 gebildet sein. Möglich ist auch eine Paketweise Anordnung, dass beispielsweise eine Anzahl von zwei oder mehreren elektrischen Leitern 10, die unmittelbar nebeneinander (und nur durch die Isolationsschicht 14 voneinander getrennt sind) angeordnet sind, durch Subleiter 17 gebildet sind, und der Rest der elektrischen Leiter 10 herkömmlich ohne Subleiter 17 ausgebildet sind. Beispielsweise können nur die radial inneren oder die radial äußeren elektrischen Leiter 10 durch Subleiter 17 gebildet sein. Vorzugsweise gilt jedoch bei Maschinenbauteilten mit Hairpin Wicklung, dass die Anzahl der Subleiter 17 gleich ist, der

Anzahl der Leiter 10 pro Nut 9 mal zwei.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Maschinenbauteils 2 kann vorgesehen sein, dass die Anzahl n an Subleitern 17 pro elektrischem Leiter 10 ausgewählt ist aus einem Bereich von 2 bis 5. 2 Subleiter 17 werden insbesondere bei sogenannten Hairpin-Wicklungen bevorzugt, um damit eine symmetrische Verteilung der Subleiter 17 einfacher zu ermöglichen, bei der jeder Subleiter 17 jede radiale Position in den Nuten 9 „sieht“, bezogen auf den gesamten Maschinenbauteil 2. Bei sogenannten I-Pin Wicklungen ist eine Umsetzung mit mehr als

zwei Subleitern 17 hingegen einfacher zu realisieren.

Durch die Aufteilung des oder mehrerer oder der elektrischen Leiter 10 auf Subleiter 17 kann bei vorgegebener effektiver Windungszahl des Maschinenbauteils 2 dessen Effizienz erhöht werden (verglichen mit dem gleichen Maschinenbauteil 2

ohne die Aufteilung zumindest eines der elektrischen Leiter 10 in Subleiter 17).

Die Subleiter 17 sind zumindest in den Nuten 9 parallel zueinander verlaufend an-

geordnet. Zur elektrischen Isolation der Subleiter 17 eines elektrischen Leiters 10

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voneinander ist zumindest eine Zwischenisolationsschicht 18 vorgesehen. Eine Schichtdicke 19 der Zwischenisolationsschicht 18 ist zur Vermeidung der Reduktion des Füllfaktors der Nut 9 mit elektrischen Leitern 10 (Kupferfüllfaktor) kleiner als eine Schichtdicke 20 der Isolationsschicht 14 zwischen den elektrischen Lei-

tern 10 in der Radialrichtung 7 der Nuten 9.

Die Schichtdicke 19 der Zwischenisolationsschicht 18 kann in Abhängigkeit der maximalen Betriebsspannung des Maschinenbauteils 2 gewählt werden. Die Schichtdicke 19 kann dabei auf ein Minimum reduziert werden, um den Füllfaktor

der Nut 9 mit elektrischen Leitern 10 möglichst wenig zu reduzieren.

Vorzugsweise kann gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Maschinenbauteils 2 vorgesehen sein, dass die Schichtdicke 19 der Zwischenisolationsschicht 18 zwischen 1 % und 20 % der maximalen Schichtdicke 20 der Isolationsschicht 14 beträgt, wobei insbesondere auch vorgesehen sein kann, dass die Schichtdicke 19 der Zwischenisolationsschicht mindestens 2 um, insbesondere mindestens 5 um, und maximal 300 um, insbesondere maximal 170 um, beträgt. Die maximale Schichtdicke 20 der Isolationsschicht 14 kann beispielsweise in der Radialrichtung 7 zwischen den elektrischen Leitern 10 ausgebildet sein, wie dies die Fig. 3 zeigt. Die maximale Schichtdicke 20 der Isolationsschicht 14 kann aber auch in einem anderen Bereich ausgebildet sein, beispielsweise seitlich in Richtung auf das Blechpaket 5. Die Schichtdicke 20 der Isolationsschicht 14 kann also über den Leiterumfang 15 der elektrischen Leiter 10 und/oder in der Axialrichtung 6 variieren. Vorzugsweise bezieht sich die angeführte Ausführungsvariante der Schichtdicke 19 der Zwischenisolationsschicht 18 von 1% und 20 % der maximalen Schichtdicke 20 der Isolationsschicht 14 auf die Schichtdickenvariation in Rich-

tung des Leiterumfanges 15.

Es ist weiter möglich, dass zwischen zwei unmittelbar nebeneinanderliegenden Subleitern 17 nur jeweils eine Zwischenisolationsschicht 18 ausgebildet ist. Andererseits können auch mehrere, beispielsweise zwei, Zwischenisolationsschichten 18 angeordnet werden. Dabei kann nach einer weitere Ausführungsvariante des

Maschinenbauteils 2 vorgesehen sein, dass die Schichtdicke 19 der Zwischeniso-

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lationsschicht 18 zwischen 1 % und 20 % der maximalen Schichtdicke 20 der Isolationsschicht 14 bezogen ist auf die Summe der Einzelschichtdicken der Zwi-

schenisolationsschichten 18.

Mehrere Zwischenisolationsschichten 18 können beispielsweise ausgebildet werden, indem die Subleiter 17 beispielsweise im Extrusionsverfahren mit einer elektrischen Isolierung versehen werden. Somit kann jeder Subleiter 17 mit einer Zwischenisolationsschicht 18 versehen sein. Die Subleiter 17 werden dann mit den dünnen Zwischenisolationsschichten 17 aneinander anliegend angeordnet. Es können also zur Herstellung der elektrischen Leiter 10 vorab alle Subleiter 17 vollumfänglich mit einer elektrischen Isolierung ausgebildet werden, die über den Um-

fang betrachtet eine unterschiedliche Schichtdicke 19, 20 aufweist.

Es ist auch möglich, dass alternativ dazu vorab auf zumindest einem von zwei Subleitern 17 (oder bein Subleitern 17 beispielsweise auf n-1) nur die Zwischenisolationsschicht 18 angeordnet wird, dass daran anschließend die Subleiter 17 so zueinander angeordnet werden, dass je zumindest eine Zwischenisolationsschicht 18 zwischen zwei Subleitern 17 vorhanden ist. Dieses Paket aus Subleitern 17 kann anschließend über den gesamten Leiterumfang 15 mit der Isolations-

schicht 14 versehen werden.

Prinzipiell sind auch andere Herstellungsverfahren für die Herstellung der elektrischen Leiter 10 aus den Subleitern 17 bzw. die Ausbildung der Isolationsschicht

14 und/oder der Zwischenisolationsschicht 18 möglich.

Je nach Herstellung kann damit auch die Isolationsschicht 14 einen unterschiedlichen Schichtdickenverlauf (über den Leiterumfang 15 betrachtet) aufweisen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich die Isolationsschicht 14 am Übergang zur Zwischenisolationsschicht 18 (zusätzlich) verjüngt, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Wird hingegen die Isolationsschicht 14 nachträglich auf das Paket aus Subleitern 17 aufgebracht, kann dieser Bereich auch mit einer vergleichsweise di-

ckeren Isolationsschicht 14 versehen sein.

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Nach weiteren Ausführungsvarianten des Maschinenbauteils 2 kann vorgesehen sein, dass die Zwischenisolationsschicht 18 aus dem gleichen Material der Isolationsschicht 14 oder einem dazu unterschiedlichen Material besteht. Es können damit auch rein duroplastische oder rein thermoplastische oder eine Mischung aus duroplastischen und thermoplastischen elektrischen Isolierungen der aus den Subleitern 17 gebildeten elektrischen Leiter 9 innerhalb der Nuten 9 ausgebildet werden. Die Zwischenisolationsschicht 18 kann beispielsweise aus extrudierbaren, polymeren, thermoplastischen Material ausgewählt aus der Gruppe aromatischer Polysulfone (PAES) oder Mischungen aus aromatischen Polysulfonen (PAES), Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES oder PESU) oder Polyphenylensulfon (PPSU), oder aus Mischungen dieser aromatischen Polysulfone (PAES), oder PoIyetheretherketonen (PEEK), Polyamidimoden (PAI) und Polyphenylensulfid (PPS), etc., bestehen oder zumindest einen dieser Kunststoffe umfassen. Es können aber auch andere (synthetische) Polymere für die Zwischenisolationsschicht

18 eingesetzt werden.

Prinzipiell können die elektrischen Leiter 10 jede geeignete Querschnittsform aufweisen. Beispielsweise können sie einen runden Querschnitt aufweisen. In der bevorzugten Ausführungsvariante des Maschinenbauteils 2 weisen die elektrischen Leiter 10 und/oder die Subleiter 17 eine mehreckige Querschnittsform, insbesondere eine zumindest annähernd viereckige bzw. rechteckige Querschnittform, auf. Das „zumindest annähernd“ bezieht sich dabei auf die Möglichkeit, dass die Ecken

nicht scharfkantig, sondern gerundet oder gefast ausgebildet sein können.

Beispielsweise können die elektrischen Leiter 10 einen viereckigen Querschnitt mit einer Breite 21 und einer Höhe 22 aufweisen. Dabei kann gemäß einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass ein Verhältnis der Breite 21 zur Höhe 22 des Querschnitts der elektrischen Leiter 10 ausgewählt ist aus einem Bereich von 1 : 1 bis 4 :1. Beispielsweise kann der elektrische Leiter 10 (oder können die Subleiter 17) eine Breite 21 zwischen 1,5 mm und 8 mm, und eine Höhe 22 zwischen 1 mm

bis 3 mm aufweisen.

Nach einer anderen Ausführungsvariante des Maschinenbauteils können die Sub-

leiter 17 einen zumindest annähernd viereckigen Querschnitt mit einer Subleiter-

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Breite 23 und einer Subleiter-Höhe 24 aufweisen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Breite 21 des Querschnitts der elektrischen Leiter 10 ein ganzzahliges Vielfaches der Subleiter-Breite 23 des Querschnitts der Subleiter 17 ist und/oder die Höhe 22 der elektrischen Leiter 10 ein ganzzahliges Vielfaches der SubleiterHöhe 24 des Querschnitts der Subleiter 17 ist. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Subleiter-Breite 23 gleich der Breite 21 und die SubleiterHöhe 24 die Hälfte der Höhe 22. Generell kann Breite 21 der elektrischen Leiter 10 ausgewählt sein aus einem Bereich von 2 * bis 4 * der Subleiter-Breite 23 der Subleiter 17 und/oder die Höhe 22 der elektrischen Leiter 10 ausgewählt sein aus einem Bereich von 2 * bis 10 * der Subleiter-Höhe 24 der Subleiter 17.

Vorzugsweise weisen alle Subleiter 17 eines elektrischen Leiters 10 die gleiche Subleiter-Breite 23 und die gleiche Subleiter-Höhe 24 auf. Es ist aber auch möglich, dass die oder zumindest einzelne der Subleiter 17 eines elektrischen Leiters 10 eine zueinander ungleiche Subleiter-Breite 23 und/oder ungleiche SubleiterHöhe 24 aufweisen. Beispielsweise können die Subleiter 17 eines elektrischen Leiters 10 in der Radialrichtung 7 dünner oder dicker werden, bezogen auf den ra-

dial innersten Subleiter 17 dieses elektrischen Leiters 10.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Maschinenbauteils 2 kann vorgesehen sein, dass die Breite 21 des Querschnitts der elektrischen Leiters 10 ausgewählt ist aus einem Bereich von 100 % bis 450 % der Subleiter-Höhe 24 des Querschnitts der Subleiter 17. Ein Verhältnis der Subleiter-Höhe 24 zur SubleiterBreite 23 kann beispielsweise aus-gewählt sein aus einem Bereich von 1/2 bis 1/8

bei zwei Subleitern 17 pro Leiter und von 1/4 bis 1/16 bei vier Subleitern 17.

Nach einer anderen, in Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante des Maschinenbauteils 2 kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Leiter 10 eine Leiterlängsachse 25 aufweisen, und dass die Subleiter 17 anschließend an eine axiale Stirnfläche 26 (siehe Fig. 2) des Blechpakets 5 einen sogenannten Dachschlag aufweisen, in dem zumindest einzelne der Subleiter 17 um einen Drehwinkel in einer Drehrichtung 27 zwischen 170° und 190°, vorzugsweise um 180 °, um die Leiterlängsachse 25 gedreht sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden,

dass die Subleiter 17 in seinem ersten und in seinem zweiten Abschnitt gehalten

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und abgestützt werden, danach eine Schwenkbiege- oder Umschlagbewegung zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Subleiter 17 um den Drehwinkel durchgeführt wird. Es kann damit einer relative Verkürzung der Höhen der Subleiter 17 in Richtung der Leiterlängsachse 25 erreicht werden, sodass beim Wiedereintauchen der elektrischen Leiter 10 in die nachfolgende Nut 9 (die Fig. 4 zeigt den Bereich in der Umfangsrichtung 8 des Blechpakets 5 zwischen zwei Nuten 9), die Subleiter 17 die radiale Höhe in der Nut 9 tauschen, ohne dass die Subleiter

17 letztendlich über die gesamte Wicklung betrachtet zu lange werden.

Mit der Erfindung kann ein Maschinenbauteil 2 in Form eines Stators oder ein Maschinenbauteil 3 in Form eines Rotors für eine elektrische Maschine 1 hergestellt werden, wobei das Verfahren zur Herstellung zumindest die folgenden Schritte

umfasst:

— Bereitstellung eines Blechpakets 5 das sich in einer Axialrichtung 6, einer Radialrichtung7/ und einer Umfangsrichtung 8 erstreckt, und in dem mehrere Nuten 9 angeordnet sind, wobei sich die Nuten 9 in der Axialrichtung 6 und der Radialrichtung 7 des Blechpakets 5 erstrecken und in der Umfangsrichtung 8 des Blechpa-

kets 5 nebeneinander angeordnet und voneinander beabstandet sind,

— Bereitstellung einer Anzahl von N = 2 an elektrischen Leitern 10, die eine Isolationsschicht 14 zur elektrischen Isolierung der elektrischen Leiter 10 voneinander aufweisen, wobei sich die Isolationsschicht 14 über jeweils den gesamten Leiterumfang 15 sowie in der Axialrichtung 6 des Blechpakets 5 zumindest über eine

Gesamthöhe 16 des Blechpakets 5 erstreckt,

- Anordnung der elektrischen Leiter 10 in den Nuten 9 des Blechpakets 5, und

Kontaktierung der elektrischen Leiter 10,

- wobei zumindest einer der pro Nut 9 angeordneten elektrischen Leiter 10 aus eine Anzahl n Subleiter 17 gebildet wird, wobei die Subleiter 17 in den Nuten 9 parallel zueinander verlaufend angeordnet werden, und durch eine Zwischenisolationsschicht 18 elektrisch voneinander isoliert werden, wobei eine Schichtdicke 19

der Zwischenisolationsschicht 18 kleiner gewählt wird als eine Schichtdicke 20 der

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Isolationsschicht 14 zwischen den elektrischen Leitern 10 in der Radialrichtung 7 der Nuten 9.

Das Verfahren umfasst gegebenenfalls auch weitere übliche Schritte, wie beispielsweise das verschweißen den elektrischen Leiter 10, wenn diese als I-Pins oder Hairpins ausgebildet sind. Da diese Verfahrensschritte bekannt sind, sei zu

weiteren Einzelheiten dazu an den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

Es ist auch möglich, dass die elektrischen Leiter 10 nicht pinförmig sondern über die Länge der Wicklung ununterbrochen aus einstückigen Subleitern 17 und gege-

benenfalls einstückigen Leitern 10 ausgebildet ist.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der elektrischen Maschine 1 bzw. des Maschinenbauteils 2, 3, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander

möglich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der elektrischen Maschine 1 bzw. des Maschinenbau-

teils 2, 3 diese nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt wurden.

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Bezugszeichenliste

Maschine Maschinenbauteil Maschinenbauteil Welle

Blechpaket Axialrichtung Radialrichtung Umfangsrichtung Nut

Leiter

Luftspalt Zahnkopf Nutengrund Isolationsschicht Leiterumfang Gesamthöhe Subleiter Zwischenisolationsschicht Schichtdicke Schichtdicke Breite

Höhe Subleiter-Breite Subleiter-Höhe Leiterlängsachse Stirnfläche

Drehrichtung

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Claims

Patentansprüche

1. Maschinenbauteil (2, 3) in Form eines Stators oder Rotors für eine elektrische Maschine (1), mit einem Blechpaket (5), das sich in einer Axialrichtung (6), einer Radialrichtung (7) und einer Umfangsrichtung (8) erstreckt, und in dem mehrere Nuten (9) angeordnet sind, wobei sich die Nuten (9) in der Axialrichtung (6) und der Radialrichtung (7) des Blechpakets (5) erstrecken und in der Umfangsrichtung (8) des Blechpakets (5) nebeneinander angeordnet und voneinander beabstandet sind, wobei weiter in den Nuten (9) eine Anzahl N = 2 an elektrischen Leitern (10) angeordnet ist, und die elektrischen Leiter (10) voneinander und gegenüber dem Blechpaket (5) mittels einer Isolationsschicht (14) elektrisch isoliert sind, wobei sich die Isolationsschicht (14) über jeweils den gesamten Leiterumfang (15) sowie in der Axialrichtung (6) des Blechpakets (5) zumindest über eine Gesamthöhe (16) des Blechpakets (5) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der pro Nut (9) angeordneten elektrischen Leiter (10) durch eine Anzahl n Subleiter (17) gebildet ist, wobei die Subleiter (17) parallel zueinander verlaufend angeordnet sind, und durch eine Zwischenisolationsschicht (18) elektrisch voneinander isoliert sind, wobei eine Schichtdicke (19) der Zwischenisolationsschicht (18) kleiner ist als eine Schichtdicke (19) der Isolationsschicht (14)

zwischen den elektrischen Leitern (10) in der Radialrichtung (7) der Nuten (9).

2. Maschinenbauteil (2, 3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n an Subleitern (17) pro elektrischem Leiter (10) ausgewählt ist

aus einem Bereich von 2 bis 5.

3. Maschinenbauteil (2, 3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n an Subleitern (17) pro Nut (9) ausgewählt ist aus einem Bereich von 2*N bis 5*N.

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4. Maschinenbauteil (2, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke (19) der Zwischenisolationsschicht (18) zwischen 1 % und 20 % der maximalen Schichtdicke (20) der Isolationsschicht (14)

beträgt.

5. Maschinenbauteil (2, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (10) einen zumindest annähernd vier-

eckigen Querschnitt mit einer Breite (21) und eine Höhe (22) aufweisen.

6. Maschinenbauteil (2, 3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Breite (21) zu Höhe (22) des Querschnitts der elektrischen

Leiter (10) ausgewählt ist aus einem Bereich von 1 : 10 bis 6 : 1

7. Maschinenbauteil (2, 3) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Subleiter (17) einen zumindest annähernd viereckigen Querschnitt

mit einer Subleiter-Breite (23) und einer Subleiter-Höhe (24) aufweisen.

8. Maschinenbauteil (2, 3) nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (21) des Querschnitts der elektrischen Leiter (10) ein ganzzahliges Vielfaches der Subleiter-Breite (23) des Querschnitts der Subleiter (17) ist und/oder die Höhe (22) der Leiter (10) ein ganzzahliges Vielfaches der Subleiter-Höhe (24) des Querschnitts der Subleiter (17) ist.

9. Maschinenbauteil (2, 3) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (21) des Querschnitts der elektrischen Leiters (10) ausgewählt ist aus einem Bereich von 100 % bis 450 % der Subleiter-Höhe (24) des Querschnitts der Subleiter (17).

10. Maschinenbauteil (2, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenisolationsschicht (18) aus dem Material der

Isolationsschicht (14) besteht.

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11. Maschinenbauteil (2, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenisolationsschicht (18) aus zum Material der

Isolationsschicht (14) unterschiedlichen Material besteht.

12. Maschinenbauteil (2, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (10) eine Leiterlängsachse (25) aufweisen, und dass die Subleiter (17) anschließend an eine axiale Stirnfläche (26) des Blechpakets (5) einen Dachschlag aufweisen, in dem sie um einen Drehwinkel

zwischen 170° und 190° um die Leiterlängsachse (25) gedreht sind.

13. Elektrische Maschine (1) umfassend einen Stator und einen Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator oder der Rotor als Maschinenbauteil (2,

3) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.

14. Verfahren zur Herstellung eines Maschinenbauteils (2, 3) in Form eines Stators oder eines Rotors für eine elektrische Maschine (1), umfassen die Schritte:

— Bereitstellung eines Blechpakets (5) das sich in einer Axialrichtung (6), einer Radialrichtung (7) und einer Umfangsrichtung (8) erstreckt, und in dem mehrere Nuten (9) angeordnet sind, wobei sich die Nuten (9) in der Axialrichtung (6) und der Radialrichtung (7) des Blechpakets (5) erstrecken und in der Umfangsrichtung (8) des Blechpakets (5) nebeneinander angeordnet und voneinander beabstandet sind,

— Bereitstellung einer Anzahl von N = 2 an elektrischen Leitern (10), die eine Isolationsschicht (14) zur elektrischen Isolierung der elektrischen Leiter (10) voneinander aufweisen, wobei sich die Isolationsschicht (14) über jeweils einen gesamten Leiterumfang (15) sowie in der Axialrichtung (6) des Blechpakets (5) zumindest über eine Gesamthöhe (16) des Blechpakets (5) erstreckt,

- Anordnung der elektrischen Leiter (10) in den Nuten (9) des Blechpakets (5), und Kontaktierung der elektrischen Leiter (10), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der pro Nut (9) angeordneten elektrischen Leiter (10) aus eine Anzahl n Subleiter (17) gebildet wird, wobei die

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Subleiter (17) zumindest in den Nuten (9) parallel zueinander verlaufend angeordnet werden, und durch eine Zwischenisolationsschicht (18) elektrisch voneinander isoliert werden, wobei eine Schichtdicke (19) der Zwischenisolationsschicht (18)

kleiner gewählt wird als eine Schichtdicke (19) der Isolationsschicht (14) zwischen

den elektrischen Leitern (10) in der Radialrichtung (7) der Nuten (9).

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenbauteil (2, 3) entsprechend einem der Ansprüche 2 bis 12 ausgebildet

wird.

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