Umformtechnische Herstellung querschnittsvariabler Einzelzahnspulen für hocheffiziente elektrische Maschinen mit exzellenter Drehmomentdichte

Der vollelektrische Antriebsstrang für Fahrzeuge kann einen wesentlichen Beitrag leisten, insbesondere in Grossstädten lokale Emissionen signifikant zu reduzieren und durch Nutzung erneuerbarer Energie den globalen CO2-Ausstoss zu senken. Hinsichtlich der Herstellung elektrischer Maschinen für den Einsatz in industrieller Umgebung kann auf eine über hundert Jahre lange Erfahrung zurückgegriffen werden, jedoch führen hohe Leistungsanforderungen in Kombination mit beschränktem Bauraum zu neuen Herausforderungen an die Herstellung elektrischer Maschinen für den Einsatz in Fahrzeugen. Ein wesentliches Kriterium bei der Herstellung leistungsstarker elektrischer Maschinen ist die Wahl einer geeigneten Statorwicklungstopologie, die vom Betriebsbereich der Maschine und damit vom Anwendungsfall abhängig ist. Wird die Maschine hauptsächlich bei höheren Drehzahlen betrieben, sollten Skin- und Proximityeffekte auf ein Minimum reduziert werden, um geringe Kupferverluste und somit eine gute Effizienz der elektrischen Maschine zu gewährleisten. Für diesen Anwendungsfall sollten die Statorwicklungen kleinere Drahtquerschnitte aufweisen. Soll die Maschine hingegen eine hohe Drehmomentdichte im unteren Drehzahlbereich aufweisen, muss die Wicklung grössere Querschnitte aufweisen, welche die benötigte hohe Stromstärke führen. Dadurch wird die Verlustwärme reduziert und die Effizienz der elektrischen Maschine verbessert. Eine weitere Anforderung zur Effizienzsteigerung, welche für alle elektrischen Maschinen gilt, ist die Erhöhung des sogenannten elektrischen Nutfüllfaktors. Dies bedeutet, den Anteil des elektrisch leitfähigen Materials in der Statornut zu maximieren. Durch eine Erhöhung des elektrischen Nutfüllfaktors wird vor allem die Wärmeabfuhr von der Statorwicklung an den Stator verbessert, wodurch Kupferverluste reduziert und die Effizienz der elektrischen Maschine verbessert wird. In dieser Arbeit wird ein Anwendungsfall mit starker Bauraumbeschränkung betrachtet. Beim