DE10116831A1 - Wicklungsaufbau für eine elektrische Maschine, sowie Verfahren zum Herstellen eines Wicklungsaufbaus für eine elektrische Maschine - Google Patents
Wicklungsaufbau für eine elektrische Maschine, sowie Verfahren zum Herstellen eines Wicklungsaufbaus für eine elektrische MaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wicklungsaufbau für eine elektrische Maschine mit einer mehrphasigen Wicklung, bei welcher mehrere parallel geschaltete Spulen oder Spulengruppen (50, 52; 54, 56) an einer umlaufenden Stromschiene (40, 42, 44, 46) angeschlossen sind. Hierdurch wird ermöglicht, die Spulenenden direkt und ohne Zwischenstücke mit der elektrischen Stromzuführung zu verbinden. Bevorzugt sind die Stromschienen (40, 42, 44, 46) an einer oder beiden Stirnseiten des Ständers der elektrischen Maschine unterhalb der Nutöffnungen, also im Bereich des Ständerrückens, angeordnet. DOLLAR A Außerdem ist die Erfindung auf ein entsprechendes Verfahren zum Verschalten einer mehrphasigen Wicklung für eine elektrische Maschine gerichtet, bei dem mehrere parallel geschaltete Spulen oder Spulengruppen (50, 52; 54, 56) der Wicklung an eine umlaufende Stromschiene (40, 42, 44, 46) angeschlossen werden.
Description
Die Erfindung betrifft den Aufbau von Wicklungen für elektrische Maschinen, und
insbesondere den Aufbau von mehrphasigen Wicklungen mit mehreren parallel ge
schalteten Spulen oder Spulengruppen.
Elektrische Maschinen (z. B. Asynchron- oder Synchronmaschinen in Rotati
ons- oder Linearbauart, wobei mit dem Begriff "elektrische Maschinen" sowohl Mo
toren als auch Generatoren gemeint sind) sind im allgemeinen mit einer Wicklung
ausgestattet. Der durch diese fließende Strom erzeugt ein wanderndes magnetisches
Feld, dessen Wirkung über den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer hinweg die
Bewegung des Läufers hervorruft. Die Wicklung ist i. a. in den Nuten eines Ständer-
bzw. Läuferkörpers aufgenommen, die bei einer Radialfeldmaschine in der Regel
parallel oder in einem kleinen Winkel zur Drehachse verlaufen.
Bei einer Mehrphasen-Wechselstrommaschine hat die Wicklung i. a. eine der
Anzahl der Phasen entsprechende Anzahl von Strängen, die zumeist jeweils mehrere
Spulen mit einer oder mehreren Windungen umfassen. Jede Spule liegt in der Regel
mit ihren beiden sog. "Spulenseiten" in den Nuten, während die sog. Wickelköpfe
die in den Nuten verlaufenden Wicklungabschnitte an den Stirnseiten des Ständer
körpers miteinander verbinden. Die Spulen oder Reihenschaltungen mehrerer Spulen
(Spulengruppen) eines Stranges sind i. a. an einem Ende mit einer Stromzuführung
verbunden, am anderen Ende sind die Stränge z. B. miteinander am sog. Sternpunkt
verbunden. Alternativ können die Stränge auch im Dreieck geschaltet sein.
Häufig umfaßt ein Strang mehrere parallel geschaltete Spulen oder Spulen
gruppen, die in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung des Ständers
bzw. Läufers in die Nuten eingesetzt sind. Hierbei sind die Spulenenden, die mit der
Stromzuführung (z. B. mit den drei Phasen einer Drehstromquelle) verbunden sind,
also in der Regel ebenfalls entlang der Umfangsrichtung des Ständers bzw. Läufers
verteilt angeordnet. Im allgemeinen schließen sich daher an die Spulenenden längere
Leiterabschnitte an, die von den Spulenenden bis zu einem zentralen Anschlußbe
reich vorgezogen und mit diesem verbunden sind. Es könnten pro Strang auch
mehrere Anschlußpunkte vorgesehen sein, wobei auch hierbei das Spulenende über
ein längeres Verbindungsstück mit der Stromzuführung verbunden sein würde.
Die Erfindung ist daher auf einen Wicklungsaufbau für eine elektrische Ma
schine mit einer mehrphasigen Wicklung gerichtet, welche parallelgeschaltete
Spulen oder Spulengruppen und umlaufende Stromschienen aufweist. Die paral
lelgeschalteten Spulen oder Spulengruppen oder einige von diesen sind an die
umlaufenden Stromschienen angeschlossen.
Außerdem ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wick
lungsaufbaus einer mehrphasigen Wicklung für eine elektrische Maschine
gerichtet, bei dem mehrere parallel geschaltete Spulen oder Spulengruppen der
Wicklung an eine umlaufende Stromschiene angeschlossen werden.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und
der beigefügten beispielhaften Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines
Stromschienenpakets;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Stromschiene für den Sternpunkt
aus Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Stromschienenpakets;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Verbindungsstelle einer
Stromschiene;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines
Stromschienenpakets;
Fig. 6 eine schematisierte Draufsicht auf eine Stromschiene;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des aus ein
zelnen Ringsektoren zusammengesetzten Stromschienpakets;
Fig. 8a eine perspektivische Ansicht eines ersten Typs eines L-förmigen
Formteils;
Fig. 8b Schnitte entlang der Linien A-A und B-B in Fig. 1;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Typs eines L-förmigen
Formteils;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Typs eines L-förmigen
Formteils;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines noch weiteren, U-förmigen
Formteil-Typs;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung mehrerer L-förmiger
Formteile;
Fig. 13 die Ansicht der Fig. 12, mit einem weiteren L-förmigen Formteil;
Fig. 14 die Ansicht der Fig. 13, mit einem noch weiteren L-förmigen Form
teil;
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht eines Ständer- oder Läuferausschnitts
einer elektrischen Maschine mit Nuten, in die L-förmige Formteile
eingesetzt sind;
Fig. 16 eine schematische Draufsicht auf die Nuten eines Ständer- oder
Läuferkörpers mit eingesetzten U-Formteilen;
Fig. 17 eine schematische Ansicht der Stirnseite eines bewickelten Stän
derkörpers;
Fig. 18 ein Wickelschema einer Dreiphasenwicklung gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel;
Fig. 19 ein Wickelschema einer Dreiphasenwicklung gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel;
Fig. 20 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines vollständig mit
Wicklung und Stromschienenpaket bestückten Ständers.
In den Figuren sind funktionsgleiche oder -ähnliche Teile zum Teil mit glei
chen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Zur Vereinfachung erfolgt die folgende Erläuterung der bevorzugten Aus
führungsformen anhand des Aufbaus von Ständerwicklungen; gleichermaßen gilt
das Gesagte aber auch für entsprechende Läuferwicklungen. Hierbei dienen die
Stromschienen ggf. auch als Schleifringe. Beispielsweise zeigen die Fig. 15 und
16 gleichermaßen Ansichten eines Ständers (bei Fig. 15 einer Innenläuferma
schine) wie auch eines Läufers (bei Fig. 16 einer Außenläufermaschine).
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Stromschienenpakets. Bevor
diese Figur näher erläutert wird, folgen zunächst einige Anmerkungen zu den
bevorzugten Ausführungsformen.
Die gezeigten Ausführungsformen beziehen sich auf den Aufbau von
Wicklungen für einen Ständer einer Radialfeldmaschine in Innenläuferbauart. Im
folgenden wird daher die Nutlängsrichtung als Axialrichtung und die Richtung der
Nuttiefe als Radialrichtung bezeichnet. Die beschriebenen Wicklungen und
Stromschienen sind aber gleichermaßen auch für Außenläufermaschienen geeig
net. Auch eine Axialfeldmaschine kann mit entsprechenden Stromschienen be
stückt werden. Entsprechendes gilt für Linearmaschinen, wobei bei letzteren die
Stromschienen entlang dem (ebenen) Ständer verlaufen.
Der in den Figuren gezeigte Ständer umfaßt zur Führung des magnetischen
Flusses einen Ständerkörper in Form eines Blechpakets, das zur Aufnahme der
Nutstäbe der Wicklung genutet ist. Der nicht genutete Teil bildet den sog. Rüc
ken. Unter "Stirnseiten" werden jeweils die Seiten des Ständerkörpers verstan
den, an welchen die Nuten quer angeschnitten sind. Bei den gezeigten Radial
feldmaschinen sind dies die axialen Stirnflächen des Ständerkörpers.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen des Aufbaus und des Verfah
rens zum Herstellen eines Wicklungsaufbaus einer Mehrphasenwicklung werden
zum Anschließen der Wicklung an eine Stromquelle umlaufende Stromschienen
verwendet, an denen mehrere parallel geschaltete Spulen oder Spulengruppen
angeschlossen sind. Diese sind vorteilhaft in regelmäßigen, durch das Wickel
schema vorgegebenen, Abständen entlang des Umfangs der Stromschiene ange
schlossen. Die Spulenenden werden also nicht über Verbindungsstücke mit zen
tralen Anschlußpunkten verbunden, sondern können unter Umständen direkt mit
den Stromschienen verbunden, z. B. verschweißt, werden. Die Verwendung von
umlaufenden Stromschienen ist auch deshalb vorteilhaft, weil jeweils zwei ver
schiedene Stromwege zwischen Stromquelle und Spulenende vorhanden sind.
Sollte die elektrische Verbindung an einer Stelle einer Stromschiene unterbrochen
sein, werden dennoch alle Spulen bzw. Spulengruppen mit Strom versorgt, näm
lich über den zweiten, redundanten Stromweg.
Bei den beschriebenen Mehrphasenwicklungen wird in der Regel eine der
Anzahl der Phasen entsprechende Anzahl von Stromschienen für die Stromzufüh
rung und - bei einer Sternschaltung - eine Stromschiene für den Sternpunkt, den
Verbindungspunkt der Phasenstränge der Wicklung, verwendet. Bei einer Dreieck
schaltung der Stränge entfällt die Stromschiene für den Sternpunkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die elektrische Maschine ei
nen Ständer mit Nuten auf, wobei die Stromschienen an einer oder beiden Stirn
seiten des Ständers in Richtung der Nuttiefe unterhalb der Nutöffnungen ange
ordnet sind. In anderen Worten liegen die Stromschienen an der stirnseitigen Flä
che des Ständerrückens, welcher der Rückführung des magnetischen Flusses
dient. Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Wicklung sind die Wickelköpfe
nämlich derart raumsparend angeordnet, daß sie an die Stirnseiten in Radialrich
tung nicht mehr Platz in Anspruch nehmen, als durch die Nuttiefe gegeben ist.
Der Platz am Ständerrücken steht also zum Verschalten der Wicklung zur Verfü
gung. Durch Anordnen der Stromschienen an dieser Stelle kann der Raum zumin
dest an einer Stirnfläche des Ständerkörpers völlig ausgefüllt und so die Ausdeh
nung des magnetisch nicht aktiven Raums des Ständers in Axialrichtung minimiert
werden. Zudem sind die Stromschienen in unmittelbarer Nähe der Spulenenden
angeordnet.
Die Stromschienen können sämtlich auf einer Stirnseite untergebracht wer
den. Bei anderen Ausführungsformen ist hingegen auf jeder Stirnseite zumindest
eine Stromschiene angeordnet. Beispielsweise sind auf beiden Stirnseiten jeweils
für jede Phase eine Stromschiene angeordnet. Zur Vereinfachung der Montage
werden die auf der gleichen Stirnseite angeordneten Stromschienen bevorzugt zu
einem einzigen Bauteil zusammengefaßt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
sind daher mehrere Stromschienen nebeneinander angeordnet und zu einem
Stromschienenpaket verbunden. Beispielsweise sind die Stromschienen hierbei als
flache Ringe ausgebildet, welche übereinandergesetzt und durch einen isolieren
den Kleber zusammengeklebt werden.
Bevorzugt ist zumindest eine Stromschiene aus einzelnen Ringsektoren her
gestellt. Wird eine Stromschiene nämlich als Ganzes hergestellt, zum Beispiel aus
einer Platte ausgestanzt, kann ein großer Teil des Materials nicht für weitere
Stromschienen verwendet werden. Einzelne Ringsektoren können hingegen mit
sehr wenig Verschnitt hergestellt werden. Alternativ kann eine Stromschiene auch
durch Biegen aus einem Stab mit geeignetem Querschnitt hergestellt werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Wicklung aus
Formteilen zusammengesetzt. Mit Formteilwicklungen werden einerseits hohe
Nut-Füllfaktoren erreicht. Andererseits können durch geeignete Formgebung und
Anordnung der Formteile kompakte Wickelköpfe erzielt werden. Es sind bei
spielsweise Wickelkopfanordnungen möglich, bei denen die Fläche am Ständer
rücken freibleibt und mit den Stromschienen ausgefüllt werden kann.
Bevorzugt sind die Stromschienen direkt mit Formteilen der Wicklung ver
bunden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die Stromschienen am Stän
derrücken unterhalb der Nuten und somit direkt neben den Wickelköpfen ange
ordnet sind. Vorteilhaft sind die Stromschienen und/oder die die Spulenenden bil
denden Formteile zu diesem Zweck mit entsprechenden Verbindungsstellen, z. B.
in Form von Laschen, ausgestattet, welche aufeinandergesetzt und miteinander
verbunden, z. B. verschweißt, werden können.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen sind die mit den Stromschienen
verbundenen Enden der Spulen oder Spulengruppen sämtlich auf der - in Richtung
der Nuttiefe - gleichen Seite der Nutöffnungen angeordnet wie die Stromschienen.
Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß jeweils zwei wendelförmige Spulen
in Reihe geschaltet sind. Zu einem bestimmten Zeitpunkt durchfließt der Strom
dann eine der Spulen in Richtung Nutkopf und die andere Spule in Richtung Nut
boden. Die Anschlüsse zu den Stromschienen liegen demnach entweder beide am
Nutkopf oder am Nutboden. Liegen auf dieser Seite auch die Stromschienen, kön
nen die Spulenenden direkt an diese angeschlossen werden. Bei (nicht in Reihe
geschalteten) Einzelspulen müßte hingegen ein Anschlußstück quer über die Wic
kelköpfe vom Nutkopf zum Nutboden geführt werden, welches Platzbedarf in
Axialrichtung hätte.
Bei einigen der beschriebenen Ausführungsformen sind mehrere oder alle
Stromschienen in der Längsrichtung der Nuten nebeneinander geschichtet. Dies
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Stromschienen an der Stirnseite des
Ständers unterhalb der Nuten angeordnet sind, da sie dann direkt an die Wickel
köpfe angrenzen und dadurch auf kurzem Wege mit der Wicklung verbunden wer
den können. Hierfür können zum Beispiel spezielle Formteile verwendet werden,
die an ihrem Nutstabende eine verlängerte Lasche aufweisen, die bis zu den
Stromschienen reicht. Unter "Nutstäben" versteht man diejenigen Wicklungsab
schnitte, die in den Nuten verlaufen und die Spulenseiten bilden, unter
"Verbindungsleitern" diejenigen Abschnitte, die an den Stirnseiten des Ständers
verlaufen und die Wickelköpfe bilden.
Bei einer derartigen Kontaktierung der Spulenenden mit geschichteten
Stromschienen muß gewährleistet sein, daß jedes Spulenende nur eine der
Stromschienen kontaktiert. Vorteilhaft weist daher mindestens eine Stromschiene
an der den Nutöffnungen - also den Wickelköpfen - zugewandten Seite Erhöhun
gen auf, mit denen Spulenenden verbunden sind. Wird eine Spule also beispiels
weise durch eine Lasche am Ende eines Nutstabs mit einer solchen Erhöhung kon
taktiert und verschweißt, wird die Lasche somit gleichzeitig auf Abstand von den
anderen Stromschienen gehalten.
Alternativ sind die Stromschienen bei anderen beschriebenen Ausführungs
formen in Richtung der Nuttiefe, also in Radialrichtung, übereinander geschichtet.
Bei beiden Alternativen - axiale oder radiale Schichtung der Stromschienen - weist
bevorzugt mindestens eine Stromschiene Laschen auf, die sich über die anderen
Stromschienen erstrecken und mit denen Spulenenden verbunden sind. Diese La
schen können gegebenenfalls entsprechende Laschen an den Spulenenden erset
zen, so daß bei einer Formteilwicklung keine Spezialformteile zum Verschalten der
Wicklung benötigt werden. Bei Ausführungsformen, in denen die Stromschienen
radial geschichtet sind, führen die Laschen in Radialrichtung an den anderen
Stromschienen vorbei bis zu den Wickelköpfen, wo sie gegebenenfalls abgeknickt
und mit Spulenenden verbunden werden. Bei solchen Ausführungsformen, bei
denen die Stromschienen axial geschichtet sind, weisen die Laschen beispielswei
se in Axialrichtung über die anderen Stromschienen und bilden dadurch einen vergrößerten
Verbindungsbereich, auf den die Spulenenden aufgesetzt und verbun
den, z. B. verschweißt, werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest zwei Spulen der
Wicklung in Reihe geschaltet, wobei zumindest einige Verbindungsstücke zwi
schen in Reihe geschalteten Spulen eine weitere Stromschiene aus mehreren von
einander isolierten Sektoren bilden. Diese Stromschiene ist beispielsweise radial
zwischen den Wickelköpfen und den übrigen Stromschienen angeordnet. Bevor
zugt wird sie insbesondere bei solchen Ausführungsformen eingesetzt, bei denen
jeweils vier Spulen in Reihe geschaltet sind und ein Spulenpaar jeweils durch ein
Verbindungsstück in Reihe geschaltet ist, welches auf der den Stromschienen
abgewandten Seite der Wickelköpfe über die Verbindungsleiter geschichtet ist.
Die Verbindungsstücke zwischen zwei Paaren von in Reihe geschalteten Spulen
können dann so angeordnet werden, daß an jeder Stelle des Ständerumfangs
höchstens ein Verbindungsstück parallel geführt wird. Somit können die Verbin
dungsstücke zu einem eigenen Ring aus voneinander isolierten Sektoren zusam
mengefaßt werden. Dieser Ring wird bevorzugt in das Stromschienenpaket inte
griert.
Gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung weist die Wicklung mehrere
überlappende Spulen auf, die aus in den Nuten liegende Nutstäben und aus an
den Stirnseiten des Ständers liegenden Verbindungsleitern aufgebaut sind, wobei
die Verbindungsleiter flacher als die Nutstäbe ausgebildet sind und die Verbin
dungsleiter von überlappenden Spulen verschränkt und somit in Lagen angeordnet
sind.
Im folgenden wird die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Wicklung
näher erläutert. Die beschriebenen Stromschienen können aber selbstverständlich
zum Anschließen von beliebigen anderen Mehrphasenwicklungen verwendet wer
den.
Bevorzugt ist die Wicklung zumindest teilweise aus L-förmigen Formteilen
(L-Formteilen) aufgebaut, wobei jeweils ein Schenkel des L-Formteils einen
Nutstab und der andere Schenkel einen senkrecht dazu, im wesentlichen in Seh
nenrichtung verlaufenden Verbindungsleiter bildet. Durch Verbinden des freien
Endes des Nutstabs eines Formteils mit dem freien Ende des Verbindungsleiters
eines andere Formteils entsteht eine zusammenhängende Wicklung, bei den bevorzugten
Ausführungsformen eine aus wendelartigen Spulen aufgebaute Wick
lung. Hierbei bilden zwei miteinander verbundene L-Formteile jeweils eine Win
dung einer Spule.
Nach einer weiteren Ausgestaltung läßt sich die gesamte Wicklung aus nur
wenigen verschiedenen Formteiltypen aufbauen. Gemäß einer Ausführungsform
werden für den Aufbau der Wicklung - eventuell abgesehen von der Verschaltung
der Spulen - nur zwei verschiedene Typen von L-Formteilen benötigt, deren Ver
bindungsleiterschenkel flacher als die Nutstabschenkel ausgebildet sind. Ein erster
Typ ist dazu ausgebildet, eine Verbindung in ein und derselben Wicklungslage zu
bilden, während ein zweiter Typ dazu ausgebildet ist, eine Überführung von einer
Wicklungslage in die nächste zu bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist
am Ende jedes Nutstabschenkels eine abgeflachte Lasche angeordnet, wobei bei
dem einen Typ von L-förmigen Formteil die abgeflachte Lasche und der flachere
Schenkel beide auf der Höhe der Unterseite des Nutstabschenkels liegen, wäh
rend bei dem anderen Typ von L-förmigen Formteil die abgeflachte Lasche auf der
Höhe der Oberseite des Nutstabschenkels liegt und der flachere Schenkel auf der
Höhe der Unterseite des Nutstabschenkels. Ein Formteil von Typ 1 stellt eine
Hälfte einer Spulenwindung dar. Durch ein Formteil vom Typ 2 wird die Windung
vervollständigt und durch den Verbindungsleiter dieses Formteils wird dies Spule
in die nächste Wicklungslage überführt. Indem abwechselnd Formteile vom Typ 1
mit Formteilen vom Typ 2 verbunden werden, entsteht eine wendelartige Spule.
Zum Verschalten der so erhaltenen Wicklung werden ggf. weitere Formteil
typen verwendet. Beispielsweise ist ggf. ein weiterer Formteiltyp zur Verbindung
von zwei hintereinandergeschalteten Spulen vorgesehen. Bevorzugt ist dieses
Formteil U-förmig ausgebildet und wird von zwei Nutstabschenkeln und einem
Verbindungsleiterabschnitt gebildet, der flacher als die Nutstabschenkel ausgebil
det ist. Zum Anschließen einer Spule an eine Stromzuführung wird ggf. ein weite
rer Formteiltyp verwendet. In einigen Ausführungsformen handelt es sich hierbei
um einen weiteren Typ eines L-förmigen Formteils, dessen Verbindungsleiter
schenkel flacher als der Nutstabschenkel ausgebildet ist, wobei am Ende des
Nutstabschenkels eine verlängerte abgeflachte Lasche zum Verbinden mit einer
Stromschiene angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen sind derartige Laschen
an den Stromschienen selbst angeordnet, so daß zum Anschließen der
Wicklung ein Standardformteil vom Typ 1 oder 2 verwendet werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die Verbindungsleiter von überlap
penden Spulen mit wenigstens einer vollständigen Windung ineinander ver
schränkt angeordnet. Hierbei sind die Verbindungsleiter in Lagen angeordnet und
vorzugsweise flacher als die Nutstäbe ausgebildet, beispielsweise so flach, daß
die zu einer Wicklungslage gehörende Lage von Verbindungsleitern der verschie
denen überlappenden Spulen nicht dicker als ein Nutstab ist. Werden mehrere
derartige Lagen von ineinander verschränkten Verbindungsleitern übereinander
gesetzt, so können Spulen mit beliebiger Windungszahl aufgebaut werden.
In den dargestellten Beispielen ist eine Wicklung mit ineinander verschränk
ten Verbindungsleitern aus L-förmigen Formteilen aufgebaut. In anderen (nicht
gezeigten) Ausführungsformen ist eine solche Wicklung z. B. aus einzelnen Nut
stäben und Verbindungsleitern (I-Formteilen), aus C- oder U-förmigen Formteilen
oder aus Formteilen aufgebaut, die zur Zeit des Einsetzens bereits eine vollständi
ge Windung umfassen (O-Formteile).
Um die Wicklung an den Stirnseiten möglichst raumsparend zu gestalten,
wurde es als vorteilhaft erkannt, die Wicklung nach einem Wickelschema auszu
führen, bei dem an den Stirnseiten jeweils möglichst wenige Wickelköpfe über
lappend aneinander vorbei geführt werden. Als einfaches Beispiel sei eine Dreh
stromwicklung mit einer Nut pro Pol und Strang (Einlochwicklung) genannt: Hier
verlaufen an den Stirnseiten jeweils nur zwei Wickelköpfe überlappend. Anders
liegen die Verhältnisse z. B. bei Wicklungen mit mehreren Nuten pro Pol und
Strang (Mehrlochwicklungen), welche verwendet werden, um gegenüber Ein
lochwicklungen einen günstigeren Feldverlauf zu erzielen, der besser an eine Si
nusform angeglichen ist. Bei einer Drehstrom-Zweilochwicklung verlaufen z. B.
jeweils 4 Wickelköpfe an den Stirnseiten überlappend.
Um die Anzahl der jeweils aneinander vorbeilaufenden Wickelköpfe bei
Mehrlochwicklungen zu reduzieren, ist die Wicklung bei den beschriebenen Aus
führungsformen daher gesehnt ausgeführt. Bei einer gesehnten Wicklung ist die
Spulenweite kleiner als die Polteilung. Unter Polteilung versteht man den in Nuten
ausgedrückte Abstand zwischen zwei magnetischen Polen. Die Spulenweite gibt
an, um wie viele Nuten von der ersten Spulenseite entfernt die zweite Spulenseite
eingelegt wird. In den bevorzugten Ausführungsformen ist die Polteilung 6, die
Spulenweite aber nur 5. Das bedeutet, daß die Wickelköpfe der Spulen gegenüber
einer ungesehnten Wicklung verkürzt sind, da sie nur 4 anstatt 5 Nuten überbrüc
ken müssen. Insgesamt sind die an den Stirnseiten verlaufenden Abschnitte der
Wicklung daher kürzer, und damit wird weniger Platz beansprucht und die ohm
schen Verluste der Wicklung reduziert. Bei der gezeigten Drehstrom-
Zweilochwicklung wird durch die Sehnung der Wicklung z. B. erreicht, daß an den
Stirnseiten nur jeweils drei statt vier Wickelköpfe überlappend geführt werden.
Die Wahl eines derartigen gesehnten Wickelschemas ist besonders für Formteil
wicklungen vorteilhaft im Sinne der Erzielung eines kompakten Wickelkopfbe
reichs, ist aber bei Wicklungen aus Drahtgebilden mit entsprechenden Vorteilen
anwendbar.
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Wicklungen weisen mehrere
wendelartige Spulen auf, wobei jeweils zwei Spulen derart in Reihe geschaltet
sind, daß der Strom in einer der Spulen durch die Wendel in Richtung Nutkopf
fließt, und in der anderen in Richtung Nutboden. Bei den Spulen sind die Verbin
dungsleiter flacher als die Nutstäbe ausgebildet und an den Stirnseiten schräg zur
Verbindungslinie zwischen den beiden Nuten übereinander geschichtet, deren
Nutstäbe sie verbinden. Eine wendelförmige Spule wird dann z. B. dadurch gebil
det, daß die auf einer Stirnseite gelegenen Verbindungsleiter Nutstäbe der glei
chen Lage verbinden und die auf der anderen Stirnseite gelegenen Verbindungslei
ter Nutstäbe aus radial übereinanderliegenden Lagen. Eine solche Wicklung kann
z. B. aus L-Formteilen hergestellt werden. Es können aber grundsätzlich auch an
dere Formteile (z. B. U-, C-, I-, oder O-förmige) oder Drahtspulen verwendet wer
den.
Durch die gezeigte Hintereinanderschaltung zweier wendelartiger Spulen
wird erreicht, daß die Anschlüsse an die Stromschienen entweder am Nutboden
oder am Nutkopf angeordnet sind, also beide auf der gleichen Seite der Verbin
dungsleiter. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn auch das Stromschie
nenpaket auf dieser Seite der Verbindungsleiter angeordnet ist.
Insgesamt wird bei den beschriebenen Ausführungsformen der Platz
an den Stirnflächen eines Ständerkörpers raumsparend ausgenutzt, wodurch ins
besondere eine geringe axiale Ausdehnung des magnetisch nicht aktiven Volumens
des Ständers erreicht wird. Die bevorzugte Formteilwicklung hat zudem ei
nen hohen Füllfaktor, so daß eine hohe Drehmomentdichte erzielt wird. Die be
vorzugten Ausführungsformen eignen sich daher insbesondere zur Verwendung
bei einem Kurbelwellen-Starter-Generator für ein Kraftfahrzeug. Hierbei handelt
es sich um eine als Starter- und Generator fungierende elektrische Maschine, die
konzentrisch auf der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors sitzt und vorzugs
weise ohne Zwischenübersetzung drehfest mit dieser Welle verbunden ist. Auf
grund des begrenzten Einbauraums ist die axiale Ausdehnungsmöglichkeit eines
Starter-Generators gering, andererseits sind für den Direktstart hohe Drehmomen
te erforderlich.
Nun zurückkommend auf die Fig. 1-7, sind dort verschiedene Ausfüh
rungsformen der Stromschienen gezeigt. Die Stromschienen umlaufen den Stän
der, so daß entlang der Umfangsrichtung mehrere parallelgeschaltete Spulen oder
Spulengruppen an sie angeschlossen werden können. Da durch die der Stromzu
fuhr dienenden Stromschienen in der Regel ein hoher Strom fließt, weisen die
Stromschienen zur Minimierung der ohmschen Verluste einen relativ großen Quer
schitt auf und nehmen daher viel Raum in Anspruch. Um die axiale Ausdehnung
des Ständers möglichst klein zu halten, sind die Stromschienen in den gezeigten
Beispielen in dem Bereich radial unterhalb der Nutöffnungen an einer Stirnseite
eines Ständerkörpers angeordnet. Bei der vorstehend beschriebenen kompakten
Wickelkopfanordnung bleibt diese Fläche an den Stirnseiten nämlich ohnehin frei
und kann daher platzsparend für die Stromzufuhr genützt werden. Die gezeigten
Stromschienenpakete sind daher insbesondere zum Anschließen der vorstehend
beschriebenen Wicklung geeignet, können aber prinzipiell mit jeder beliebigen
Wicklung kombiniert werden.
Eine beispielhafte Anordnung der Stromschienen für eine Drehstromwick
lung gemäß einer ersten Ausführungsform ist in Fig. 1 gezeigt. Die Stromschienen
sind hier, wie gesagt, in Richtung der Nuttiefe unterhalb der Wickelköpfe ange
ordnet und über Anschlüsse 49 mit der Drehstromquelle verbunden. Die in Fig. 1
dargestellten Stromschienen sind in der Längsrichtung der Nuten, also in Axial
richtung, übereinandergeschichtet, so daß jede einzelne Stromschiene direkt an
die radial innen liegenden Wickelköpfe anliegt. Die Verbindungsstellen 60, 62 zum
Anschließen der Stränge an die Stromschienen sind daher auf der radialen Innenseite
der Stromschienen angeordnet. Die Wicklung kann daher direkt und ohne
weitere Verbindungsstücke mit den Stromschienen 40, 42, 44, 46 verbunden,
z. B. verschweißt oder verlötet werden, z. B. wenn die Wicklung teilweise aus spe
ziellen Formteilen 3 mit verlängerten Laschen 26 am Nutstabende aufgebaut ist,
die bis zu den Verbindungsstellen 60, 62 reichen (siehe Fig. 10).
Hierbei muß jedoch gewährleistet sein, daß jede verlängerte Lasche 26 nur
eine der Stromschienen 40, 42, 44 oder 46 kontaktiert. Zu diesem Zweck sind
die Stromschienen 42, 44, 46 mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung ver
sehen, welche an den Verbindungsstellen 62 Fenster aufweist, die derart zuein
ander versetzt sind, daß jede Lasche 26 maximal ein Fenster kontaktiert. Gemäß
einer anderen, in Fig. 1, 3 und 4 gezeigten Variante weisen die Stromringe an den
Kontaktstellen 62 Erhöhungen, sog. Schweißbuckel 63 auf, welche radial nach
innen ausragen. Wird eine verlängerte Lasche 26 mit einem Schweißbuckel 63
kontaktiert und verschweißt, wird sie somit gleichzeitig auf Abstand von den an
deren Stromschienen gehalten. Der Schweißbuckel 63 wird z. B. in die Strom
schienen 42, 44, 46 eingeprägt, indem die Stromschienen 42, 44, 46 an den
Stellen, wo ein Schweißbuckel 63 entstehen sollen, in Axialrichtung gepreßt wer
den, so daß sich ein Buckel 63 aus verdrängtem Material auf der radial innen lie
genden Seite der Stromschiene bildet. Das herausgedrängte Material kann z. B. die
Form einer vorstehenden Fahne haben (siehe Fig. 4).
Die Wicklung ist aber ggf. nicht nur mit den Stromschienen für die Strom
zufuhr verbunden, sondern auch mit einer Stromschiene für die Verbindung der
drei Stränge, dem sog. Sternpunkt. Alternativ können die Stränge auch im Drei
eck geschaltet sein, so daß keine Stromschiene für den Sternpunkt benötigt wird.
Da die Ströme in den drei Phasen einer Drehstromquelle jeweils um 120° zuein
ander phasenverschoben ist, ist die im Sternpunkt fließende Summe dieser Strö
me zu jedem Zeitpunkt beinahe gleich null. Die Stromschiene für den Sternpunkt
40 weist daher, um Platz zu sparen, eine geringere Querschnittfläche auf als die
Stromschienen 42, 44, 46 für die Stromzufuhr, und zwar ist sie in Axialrichtung
dünner als die übrigen Stromschienen 42, 44, 46. Da die Sternpunkt-
Stromschiene 40 im in Fig. 1 gezeigten Beispiel zu dünn ist, daß an der inneren
Radialfläche ein Formteil der Wicklung aufgeschweißt werden könnte, weist sie
anstatt Schweißbuckeln 63 Laschen 60 auf, die sich in Axialrichtung über die radialen
Innenflächen der anderen Stromschienen erstrecken. Auf diese Laschen 60
kann z. B. die verlängerte Lasche 26 eines Formteils 3 aufgeschweißt werden. Zur
besseren Anschaulichkeit ist die Stromschiene für den Sternpunkt 40 mit den La
schen 60 in Fig. 2 ohne die anderen Stromschienen dargestellt.
Das in Fig. 1 gezeigte Stromschienenpaket ist zum Anschließen einer Drei
phasenwicklung mit beliebigem Wickelschema geeignet. Das in Fig. 3 gezeigte
Stromschienenpaket ist hingegen insbesondere zum Anschließen der Ausfüh
rungsform einer Drehstromwicklung mit jeweils vier in Reihe geschalteten Spulen
geeignet. Es weist die gleichen Komponenten auf wie das in Fig. 1, insbesondere
drei axial geschichtete Stromschienen 42, 44, 46 zum Anschließen der Wicklung
an die elektrische Stromzufuhr, welche jeweils als Schweißbuckel 63 ausgebilde
te Verbindungsstellen 62 aufweisen, sowie eine Stromschiene 40 für den Stern
punkt, welche mit Laschen 60 ausgerüstet ist, die sich über die radiale Innenflä
che zumindest einer der Stromschienen erstrecken. Zusätzlich weist es noch eine
weitere Schiene, nämlich eine Sektorstück-Stromschiene 48 auf, welche auf der
radial innen liegenden Seite des Stromschienenpakets angeordnet ist, wobei die
Verbindungsstellen 60 und 62 der übrigen Stromschienen 40, 42, 44, 46 durch
entsprechende Ausnehmungen in der Sektorstromschiene 48 zugänglich und mit
der Wicklung kontaktierbar sind. Die Sektorstück-Stromschiene 48 ist nicht
durchgehend, sondern besteht aus elektrisch voneinander isolierten Sektorstüc
ken. Diese bilden jeweils die im Wickelschema der Fig. 19 mit 48 gekennzeichne
ten Verbindungsstücke zwischen zwei Paaren von in Reihe geschalteten Spulen.
Hierfür werden mit den beiden Enden eines Sektors 48 die verlängerten Laschen
26 von Formteilen 3 der zu verschiedenen Spulenpaaren gehörenden Spulen 52
und 54 verschweißt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die Stromschienen nicht axial,
sondern radial übereinandergeschichtet, wie in Fig. 5a gezeigt. In dieser Anord
nung ist nur eine Stromschiene 46 direkt an die Wickelköpfe angrenzend ange
ordnet, während die anderen Stromschienen 42, 44 keinen direkten Zugang zur
Wicklung haben. Daher sind alle Stromschienen mit Laschen 61 ausgerüstet, wel
che radial nach innen, ggf. über andere Stromschienen oder über die Wickelköpfe
ragen. Zum Anschließen der Wicklung werden diese Laschen 61 z. B. an ihrem
Ende nach innen umgebogen und die verlängerte Lasche 26 eines Formteils 3 auf
das umgebogene Ende aufgeschweißt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann
eine in Sektoren unterteilte Stromschiene 48 radial auf der Innenseite des Strom
schienenpakets angeordnet werden, oder eine Stromschiene für den Sternpunkt
radial auf der Innenseite oder axial über den anderen Stromschienen 42, 44, 46
untergebracht werden.
Die Stromschienen können z. B. durch Ausschneiden eines Rings aus einer
Platte hergestellt werden. Hierbei fällt jedoch relativ viel Verschnitt an. Bevorzugt
werden die Stromschienen daher durch Biegen aus einem Stab mit geeignetem
Querschnitt hergestellt oder aus einzelnen Ringsektoren zusammengesetzt. Fig. 6
zeigt eine solche aus einzelnen Ringsektoren 45 zusammengesetzte Stromschiene
40, 42, 44, 46. Die Sektoren 45 werden an den Verbindungsstellen 43 bevorzugt
durch Preßpassen miteinander verbunden, indem z. B. Fortsätze 47 mit Übermaß
in entsprechende Ausnehmungen in den Sektorenenden eingepreßt werden. Da
die Verbindungsstellen zwischen den Sektoren somit luftdicht abgeschlossen
sind, sind sie vor Oxidation geschützt. Vorteilhaft werden die Stromschienen der
art zu einem Paket zusammengesetzt, daß die Verbindungsstellen zwischen den
Sektoren von übereinander liegenden Stromschienen gegeneinander versetzt an
geordnet sind, um die Stabilität des Stromschienenpakets zu erhöhen.
Fig. 7 zeigt ein solches Stromschienenpaket aus vier ringförmigen Strom
schienen, 40, 42, 44, 46, die aus einzelnen Sektoren 45 aufgebaut sind. Die Ver
bindungsstellen 43, 43' zwischen den Sektoren der verschiedenen Stromschienen
liegen zueinander versetzt, im gezeigten Beispiel liegen zum Beispiel die Verbin
dungsstellen 43 zwischen Sektoren der in der Zeichnung zuoberst liegenden
Stromschiene direkt über den Verbindungsstellen 43 zwischen Sektoren der
zweituntersten Stromschiene, während Verbindungsstellen 43' zwischen Sekto
ren der zweitobersten und der untersten Stromschiene um eine halbe Sektoren
länge hierzu versetzt angeordnet sind. Dies trägt zur mechanischen Stabilität des
Stromschienenpakets bei. Im in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel weist nur
die oben liegende Stromschiene 40 für den Sternpunkt Laschen 61 auf, in ande
ren Ausführungsbeispielen sind jedoch auch die übrigen Stromschienen mit ent
sprechenden Laschen zum Kontaktieren der Spulenenden ausgestattet.
Für die Verbindung der Stromschienen 40, 42, 44, 46 zu einem Stromschie
nenpaket sind verschiedene Methoden möglich. Die Verbindung dient einerseits
der mechanischen Stabilisierung und vereinfachten Montage des Stromschienen
pakets, andererseits kann beim Verbinden auch gleichzeitig eine elektrische Isola
tion zwischen den Stromschienen erreicht werden. Dies ist beispielsweise der
Fall, wenn die Stromschienen durch einen Kleber verbunden werden, der ein
Füllmaterial wie z. B. Glaskügelchen enthält, durch welches die Stromschienen auf
Abstand zueinander gehalten werden. Alternativ kann auch eine Papierisolation
verwendet werden, die zwischen die Schienen gelegt wird, und daraufhin die
Stromschienen unter Druck mit einem geeigneten Klebstoff zusammengeklebt
werden. Bevorzugt ist der Klebstoff temperaturfest, um einer eventuellen Erwär
mung der Stromschienen aufgrund ohmscher Verluste standzuhalten. Gemäß ei
ner weiteren Alternative werden die Stromschienen bereits vor dem Zusammen
setzen isolierenden beschichtet, beispielsweise mit einem Backlack. Hierbei han
delt es sich um einen Lack, der sich bei Erhitzung wie ein Klebstoff verhält. Die
Stromschienen werden einzeln mit Backlack beschichtet, zu einem Stromschie
nenpaket zusammengesetzt und daraufhin erwärmt, so daß die übereinanderlie
genden Lackschichten verschiedener Stromschienen miteinander verschmelzen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele solcher Wicklungen erläutert,
welche bevorzugt an die beschriebenen Stromschienen angeschlossen werden.
Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Formteilwicklung, die im wesentli
chen aus L-förmigen Formteilen aufgebaut ist. Die vorstehend beschriebenen
Stromschienen eignen sich aber selbstverständlich zum Anschließen einer beliebi
gen Mehrphasenwicklung.
In den Fig. 8-11 sind die für den Aufbau der bevorzugten Wicklung
verwendeten Formteiltypen einzeln vorgestellt und erläutert.
Fig. 8a zeigt eine perspektivische Ansicht eines L-Formteils 1 vom ersten
Typ. Ein Schenkel 8a des L-Formteils 1 bildet in der fertigen Wicklung einen
Nutstab 8, während der andere Schenkel 6a an der Stirnseite des Ständers liegt
und in verschiedenen Nuten liegende Nutstäbe 8 miteinander verbindet. Im folgen
haben Nutstäbe bzw. Verbindungsleiter allgemein die Bezugszeichen 8 bzw. 6,
während die zu bestimmten Formteiltypen gehörenden Nutstabschenkel und Ver
bindungsleiterschenkel mit 8a, 8b bzw 6a, 6b bezeichnet werden.
Die Verbindungsleiter 6 sind flacher und breiter ausgebildet als die Nutstäbe
8, wie aus den in Fig. 8b dargestellten Querschnittansichten der beiden Schenkel
6a und 8a ersichtlich ist. Und zwar weisen die Nutstäbe 8 eine Dicke H und eine
Breite B auf, wobei die Breite B in dem gezeigten Ausführungsbeispiel so gewählt
ist, daß der Nutstab in der Breite jeweils eine Nut ausfüllt. Möglich sind aber auch
Ausführungsformen, bei denen in einer Nut mehrere Nutstäbe nebeneinander, d. h.
in gleicher Höhe vom Nutboden, zu liegen kommen. Die Dicke h des Verbin
dungsleiters 6 beträgt beispielsweise ein Drittel der Dicke H des Nutstabs 8, wäh
rend die Breite b etwa dreimal so groß ist wie die Breite B des Nutstabs 8. Der
Leiterquerschnitt ist also in beiden Schenkeln des gezeigten Formteils in etwa
gleich.
Das Formteil 1 weist am freien Ende des Nutstabs 8a eine abgeflachte La
sche 10a auf. Bei dem in Fig. 8a gezeigten ersten Typ liegt die Lasche 10a auf
gleicher Höhe wie der Verbindungsleiter 6a, nämlich auf der in der Zeichnung un
ten liegenden Seite des Nutstabschenkels 8a. Die (nicht sichtbaren) Unterseiten
des Nutstabs 8a, des Verbindungsleiters 6a und eines nahe zum Nutstab 8a lie
genden Übergangsbereiches 12 der Lasche 10a liegen also in einer Ebene. Der
Übergangsbereich 12 der Lasche 10a weist etwa die gleiche Dicke auf wie der
Verbindungsleiter 6a, also ca. ein Drittel der Dicke des Nutstabs. Am äußersten
Ende der Lasche 10a befindet sich ein Verbindungsbereich 13, der gegenüber
dem Übergangsbereich 12 noch weiter abgeflacht ist, nämlich auf etwa ein Sech
stel der Dicke des Nutstabs. Der Übergang zwischen den Bereichen 12 und 13
erfolgt durch eine Stufe auf der Unterseite der Lasche 10a. Der Verbindungsbe
reich 13 läßt also auf der Unterseite gegenüber der Höhe der Unterseite des
Nutstabs 8a einen Raum in Höhe etwa eines Sechstels der Nutstabdicke frei.
Zum Verbinden zweier Formteile wird der Verbindungsbereich 13 der La
sche 10a auf das Ende des Verbindungsleiters eines zweiten Formteils aufgesetzt
und mit diesem verbunden, z. B. verschweißt. Der Verbindungsbereich 13 der La
sche 10a ist daher - ebenso wie ein Verbindungsbereich 16 am Ende des Verbin
dungsleiters 6 - nicht mit einer isolierenden Schicht versehen, was in der Zeich
nung durch eine Schraffur gekennzeichnet ist. An den nicht schraffierten Flächen
ist Formteil 1, ebenso wie die anderen gezeigten Formteile, isolierend beschichtet.
Damit die Verbindungsstelle zwischen zwei Formteilen, die im dicht gepackten
Wickelkopfbereich liegt, nicht dicker als ein Verbindungsleiter 6 ist, ist der Ver
bindungsbereich 16 des Verbindungsleiters 6a auf etwa die Hälfte der Dicke des
Verbindungsleiters 6a abgeflacht. Dadurch kann der Laschen-Verbindungsbereich
13 auf einen Verbindungsbereich 16 aufgelegt und verschweißt werden, ohne
daß die Dicke des Verbindungsleiters 6 an der Verbindungsstelle überschritten
wird. Da der möglichst kurz gehaltene Übergangsbereich 12 und die Verbindung
selbst nur etwa ein Drittel der Höhe des Nutstabs 8a aufweisen, liegt dort eine
Querschnittsverengung vor, die zugunsten einer dicht gepackten Wickel
kopfanordnung der Verbindungsleiter in Kauf genommen wird. Der Übergangsbe
reich 12 kann vorteilhaft sein, indem er einen Abstand zwischen Nutstäben und
Wickelkopfbereich schafft. Er sollte einen möglichst großen Leiterquerschnitt
aufweisen. Der Übergangsbereich 12 kann auch als stufenloser Übergang zwi
schen Nutstab und Verbindungsbereich 13 ausgebildet sein. Bei anderen Ausfüh
rungsformen ist der Übergangsbereich 12 weggelassen, dort schließt der Verbin
dungsbereich 13 direkt an den Nutstab 8 an.
Fig. 9 zeigt einen zweiten Typ eines L-förmigen Formteils 2, welcher zu
sammen mit dem ersten Typ zur Bildung einer vollständigen Windung einer wen
delförmigen Spule verwendet wird. Das Formteil 2 ist im wesentlichen gleich auf
gebaut wie das Formteil 1, insbesondere sind die Längen und die Querschnitte B-
B und A-A der Verbindungsleiter 6a, 6b und Nutstäbe 8a, 8b der beiden Formteile
gleich. Auch bei Formteil 2 ist am freien Ende des Nutstabs 8b eine abgeflachte
Lasche 10b angeordnet. Im Gegensatz zur Lasche 10a von Formteil 1 ist die ab
geflachte Lasche 10b aber nicht auf gleicher Höhe wie der Verbindungsleiter 6b
angeordnet, sondern ist zu der gegenüberliegenden Fläche des Nutstabs 8a ver
setzt. Und zwar ist die Lasche 10b des Formteils 2 auf der Höhe der (in Fig. 9
oben liegenden) Seite des Nutstabs 8b angeordnet, während der Verbindungslei
ter 6b - wie bei Formteil 1 - auf der Höhe der Unterseite des Nutstabs 8b ange
ordnet ist. Ansonsten ist die Lasche 10b des Formteils 2 gleich ausgebildet wie
die Lasche 10a des Formteils 1: Sie weist einen Übergangsbereich 12 auf, der
sich direkt an den Nutstab 8b anschließt und etwa so flach wie der Verbindungs
leiter 6b ist, und einen noch weiter abgeflachten Verbindungsbereich 13 am äu
ßersten Ende der Lasche 11. Dieser Bereich 13 ist wiederum so flach ausgebildet,
daß seine Dicke zusammen mit der Dicke des abgeflachten Verbindungsbereichs
16 eines Verbindungsleiters 6 etwa der Dicke h eines Verbindungsleiters 6 ent
spricht. Die Stufe zwischen dem Übergangsbereich 12 und dem Verbindungsbereich
13 liegt auf der nach unten weisenden Seite der Lasche 10b, so daß beim
zweiten Typ die obere Seite der gesamten Lasche 10b auf der gleichen Höhe wie
die obere Seite des Nutstabs 8b liegt.
Fig. 10 zeigt einen dritten Typ eines L-förmigen Formteils 3, welches dazu
dient, die Wicklung mit den Stromschienen zu verbinden. Formteil 3 gleicht im
Prinzip Formteil 1, weist aber anstatt der Lasche 10a eine verlängerte Lasche 26
auf, welche mit einer Stromschiene verbunden, z. B. verschweißt, wird und daher
keine Isolierung aufweist. Die Lasche 26 hat vorzugsweise die gleiche Dicke h
wie ein Verbindungsleiter 6. Die Formteile 3 liegen vorteilhaft in der untersten
Wicklungslage der Nuten, so daß die verlängerten Laschen 26 ggf. direkt an die
unter den Nuten angeordneten Stromschienen angrenzen. Alternativ können die
Formteile 3 auch in der obersten Wicklungslage liegen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Laschen zum An
schließen der Wicklung an die Stromschienen auf den Stromschienen selbst an
geordnet. Es werden dann keine speziell ausgebildeten Formteile 3 vom dritten
Typ benötigt, sondern es werden z. B. die Formteile 1 vom ersten Typ mit ihren
Laschen 10a auf die verlängerten Laschen 26 der Stromschienen aufgeschweißt.
Fig. 11 zeigt schließlich einen Typ eines U-förmigen Formteils, welcher
verwendet wird, um zwei wendelförmige Spulen einer Wicklung in Reihe zu schal
ten. Das U-förmige Formteil 4 weist zwei Nutstabschenkel 8b, 8b' auf, welche in
ihrer Länge und Querschnittform A-A mit den Nutstabschenkeln 8a, 8b der Form
teile 1 und 2 übereinstimmen. Beide Nutstäbe 8b, 8b' weisen an ihrem freien En
de eine abgeflachte Lasche 10b auf, welche auf der Höhe der in der Zeichnung
oben liegenden Seite des Nutstabs 8b bzw. 8b' angeordnet ist und somit der La
sche 10b des L-Formteils 2 entspricht. Der die beiden Nutstäbe 8b, 8b' verbin
dende Verbindungsleiter 7 weist die gleiche Querschnittform B-B auf wie die Ver
bindungsleiter 6a, 6b der Formteile 1 und 2, ist aber um einen Nutabstand länger
als diese. Ist z. B. der Verbindungsleiter 6a, 6b der Formteile vom ersten und
zweiten Typ so lang, das eine Spule mit in einem Abstand von 5 Nuten liegenden
Nutstäben 8 aufgebaut werden kann, so ist der Verbindungsleiter 7 des U-
Formteils zwecks Verbindung zweier Spulen länger ausgebildet, hier z. B. so, daß
die beiden Nutstabschenkel 8b, 8b' in einem Abstand von 6 Nuten zueinander zu
liegen kommen. Eine weitere Besonderheit des Verbindungsleiters 7 ist, daß er in
Bezug zu den beiden Nutstabschenkeln 8b, 8b' nicht in ein- und derselben Ebene
liegt. Vielmehr liegt er einerseits auf der Höhe der (in der Zeichnung) oberen Seite
des einen Nutstabschenkels 8b, andererseits jedoch auf der Höhe der Unterseite
des anderen Nutstabschenkels 8b'. Liegen in der fertigen Wicklung beide
Nutstabschenkel 8b, 8b' des U-Formteils in der gleichen Wicklungslage, liegt er
daher leicht schräg zu der Verbindungslinie zwischen den beiden Nuten mit den
Nutstäben 8b, 8b'. Wie durch eine Naht 27 angedeutet, kann das U-förmige
Formteil z. B. aus zwei L-förmigen Formteilen hergestellt sein, die am Ende ihrer
Verbindungsleiterschenkel abgeflachte Bereiche aufweisen, welche aufeinander
gelegt und miteinander verschweißt werden.
Anhand der Fig. 12 bis 14 soll nun der Aufbau einer Wicklung mit überlap
penden Spulen aus L-Formteilen erläutert werden. In den Figuren wird hierzu der
Aufbau der untersten Wicklungslage mit wenigen Formteilen demonstriert. Die
Formteile sind der Einfachheit halber ohne Ständerkörper und auf einer ebenen
Fläche liegend dargestellt; in einem Ständerkörper einer Radialfeldmaschine wären
die Formteile auf der Innenmantelfläche eines Zylinders angeordnet. Fig. 12 zeigt
drei L-förmige Formteile vom Typ 3 mit verlängerten Laschen. Die Formteile 3 lie
gen in der in den Nuten zuunterst liegenden Wicklungslage und sind um je zwei
Nutabstände zueinander versetzt angeordnet, so daß in jeder zweiten Nut der
Nutstab 8a eines Formteils 3 zu liegen kommt. Die verlängerten Laschen 26 be
finden sich alle an der gleichen Stirnseite des Ständerkörpers und sind dort mit
darunter liegenden (nicht dargestellten) Stromschienen verbunden. Auf der ande
ren Stirnseite des Ständerkörpers sind die Verbindungsleiter 6 schuppenartig
übereinandergeschichtet und bilden so eine Lage 28 von Verbindungsleitern. In
der Verbindungsleiterlage 28 sind die Verbindungsleiter 6 derart geschichtet, daß
sie mit ihrem freien Ende stets oben in der Lage liegen und der Verbindungsbe
reich 16 frei zugänglich ist, während das andere Ende durch andere Verbindungs
leiter 6a verdeckt ist. Der Übergang zwischen Verbindungsleiter 6a und Nutstab
8a des gleichen L-Formteils 3 liegt in dem verdeckten Bereich.
In der Verbindungsleiterlage 28 liegen, wie aus der Zeichnung ersichtlich
ist, maximal drei Verbindungsleiter 6a übereinander. Da die Dicke h der Verbin
dungsleiter 6a in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ca. ein Drittel der Dicke H
der Nutstäbe 8a beträgt, ist die Verbindungsleiterlage 28 also an keiner Stelle hö
her als die dazugehörige Lage von Nutstäben 8a.
Im gezeigten Beispiel verbinden die Verbindungsleiter 6a jeweils Nutstäbe
im Abstand von fünf Nuten, wie nachfolgend noch erläutert wird. In anderen,
nicht gezeigten Ausführungsbeispielen verbinden die Verbindungsleiter Nutstäbe
in größerem oder kleinerem Abstand zueinander, so daß auch in der Verbin
dungsleiterlage jeweils mehr oder weniger als drei Verbindungsleiter übereinander
liegen. Bei diesen Wicklungen wird die Dicke h der Verbindungsleiter 6 vorteilhaft
so gewählt, daß die Dicke einer Verbindungsleiterlage 28 jeweils der Dicke H ei
nes Nutstabs 8 entspricht. Bei anderen Ausführungsformen, die zum Anschluß an
die Stromschienen keinen speziellen Formteiltyp vorsehen, wird bei den ersten
Herstellungsschritten gemäß Fig. 6 der erste Formteiltyp verwendet.
Ist in jede zweite Nut entsprechend Fig. 12 ein Formteil 3 eingelegt, wird in
die übrigen Nuten je ein Formteil vom zweiten Typ derart eingesetzt, daß sein
Verbindungsleiter 6b auf der den Verbindungsleitern 6a der bereits eingesetzten
Formteile 3 gegenüberliegenden Stirnseite des Ständerkörpers angeordnet ist
(siehe Fig. 13). Der Verbindungsbereich 13 der abgeflachten Lasche 10b des
Formteils 2 kommt hierbei auf dem abgeflachten Verbindungsbereich 16 des Ver
bindungsleiters 6a eines Formteils 3 zu liegen. Das Formteil 2 wird mit dem Form
teil 3 an dieser Stelle verbunden, z. B. durch Laserschweißen. Hierbei wird ein
ausreichend energiereicher Laserstrahl auf die freiliegende Oberfläche 14 des Ver
bindungsbereichs 13 der Lasche 10b gerichtet. Das Material des Verbindungsbe
reichs 13 der Lasche 10b schmilzt dadurch auf und verbindet sich stoffschlüssig
mit dem darunterliegenden Verbindungsbereich 16 des Verbindungsleiters 6.
Alternativ hierzu ist im Bereich 13 der Lasche 10b ein Schlitz angeordnet, durch
den der Laserstrahl direkt auf die Grenzfläche zwischen dem Laschen-Endbereich
13 und der darunterliegenden Verbindungsstelle 16 gerichtet werden kann. Bei
dieser Alternative braucht der Laserstrahl also den Laschen-Endbereich 13 nicht in
seiner gesamte Dicke aufzuschmelzen. Entsprechend werden auch ggf. die ver
längerten Laschen 26 der Formteile 3 auf die Stromschienen aufgeschweißt.
Da der Verbindungsbereich 13 der Lasche 10b des Formteils 2 - wie im Zu
sammenhang mit Fig. 9 erläutert - auf der Höhe der Oberseite des Nutstabs 8b
angeordnet ist, kommt der Nutstab 8b des Formteils 2 in der gleichen Wicklungslage
wie die Nutstäbe 8a der Formteile 3 zu liegen, wenn er auf den Verbin
dungsbereich 16 des Verbindungsleiters 6a aufgesetzt wird. Dadurch wird der
Höhenversatz ausgeglichen, der aufgrund der schuppenartigen Schräglage der
Verbindungsleiter 6a in der Verbindungsleiterlage 28 entstanden ist.
An der gegenüberliegenden Stirnseite liegt der Verbindungsleiter 6b des
Formteils 2 ebenfalls schräg, und zwar an seinem nichtfreien Ende auf gleicher
Höhe wie die verlängerten Laschen 26 der Formteile 3, beginnend von dort zu
seinem freien Ende ist er aber über diese Laschen geschichtet.
Fig. 14 zeigt die gleiche Wicklungsanordnung wie Fig. 13, bei der noch ein
weiteres Formteil 2' entsprechend dem Formteil 2 eingesetzt wurde. Das Formteil
2' ist auf gleiche Weise wie das Formteil 2 mit seinem Laschen-Endbereich 13 am
Ende seines Nutstabschenkels 8b' mit dem Verbindungsbereich 16 eines Form
teils 3 verbunden. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist es mit seinem Ver
bindungsleiter 6b' schuppenartig über den Verbindungsleiter 6b des Formteils 2
geschichtet, so daß der Verbindungsbereich 16 über dem Nutstabende des Form
teils 3 zu liegen kommt, mit dem der Laschen-Endbereich 13 des Formteils 2'
verbunden ist.
Setzt man nach dem in Fig. 14 gezeigten Schema noch weitere Formteile 2
und 3 jeweils in jede zweite Nut ein, erhält man eine vollständige Wicklungslage
von Nutstäben 8. Die Verbindungsleiter der Formteile 2 bzw. 2' bilden dann eine
zweite Verbindungsleiterlage 30 ähnlich der Lage 28 auf der anderen Stirnseite.
Die Verbindungsleiter 6a, 6b der Formteile 2, 3 liegen jeweils mit ihrem freien En
de in diesen Lagen oben, so daß ihre nicht isolierten Verbindungsstellen 16 nicht
von anderen Verbindungsleitern der gleichen Lage verdeckt sind. Die Verbin
dungsleiterlagen 28 und 30 sind jeweils schräg geschichtet, und zwar so, daß die
Verbindungsleiter 6b (in der Perspektive der Zeichnung) von links unten nach
rechts oben, die Verbindungsleiter 6a von rechts unten nach links oben verlaufen.
Das Formteil 2 bildet zusammen mit dem zugehörigen Formteil 3 nach Ver
schweißung eine vollständige Windung einer wendelförmigen Spule. Durch den
schräg geschichteten Verbindungsleiter 6b des Formteils 2 wird die Wicklung in
die nächsthöhere Wicklungslage überführt. Zum Fortsetzen der Wendel wird ein -
in Fig. 14 nicht gezeigtes - Formteil 1 auf das zur ersten Windung gehörige Form
teil 3 gelegt und somit eine neue Wicklungslage begonnen. Mit dem Verbindungsbereich
13 der Lasche 10a kommt das Formteil 1 somit auf der Verbindungsstelle
16 des entsprechenden Formteils 2 zu liegen und wird auf die vorstehend be
schriebene Weise mit dieser verbunden. Da die Lasche 10a des Formteils 1 auf
der Höhe der Unterseite des Nutstabs 8a des Formteils 1 liegt, wird der durch die
schräge Schichtung in der Verbindungsleiterlage 30 geschaffene Höhenversatz an
dieser Verbindungsstelle nicht ausgeglichen, sondern führt im Gegenteil dazu, daß
eine Wendel entsteht. Zur Bildung einer vollständigen Wicklung werden auf sämt
liche Formteile 3 Formteile vom Typ 1 gelegt und an entsprechenden Verbin
dungsstellen 16 der Formteile 2 wiederum durch Schweißen verbunden. Um diese
zweite Wicklungslage zu vervollständigen, werden in die übriggebliebenen Nuten,
also in jede zweite Nut, weitere Formteile 2 auf die bereits eingesetzten Formteile
2 aufgesetzt und mit den Verbindungsstellen 16 der Formteile 1 durch Schweißen
verbunden. Die Verbindungsleiter der Formteile 1 bilden eine weitere Verbin
dungsleiterlage 28, die gleich aufgebaut ist wie die in Fig. 14 gezeigte Verbin
dungsleiterlage 28 der Formteile 3. Nach dem Einsetzen und Verbinden der zwei
ten Wicklungslage sind also mehrere überlappende Spulen mit jeweils zwei Win
dungen entstanden, deren Verbindungsleiter ineinander verschränkt angeordnet
sind.
Die Verschränkung der Verbindungsleiter überlappender Spulen ist schema
tisch in Fig. 17 dargestellt. Diese zeigt eine schematische Draufsicht auf die
Stirnseite eines bewickelten Ständers, wobei die Stirnfläche der Verbindungsleiter
6b vereinfacht als Linien dargestellt sind. Die Verbindungsleiter 6b sind hier in vier
schräg geschichteten Lagen 30 übereinander angeordnet. Die Verbindungsleiter
6b der verschiedenen Stränge sind durch unterschiedliche Linienarten gekenn
zeichnet, z. B. die zu Strang V gehörenden Verbindungsleiter durch durchgezogene
Linien, die zu Strang W gehörenden Verbindungsleiter 6b durch strichpunktierte
Linien und die zu Strang U gehörenden Verbindungsleiter 6b durch gestrichelte
Linien. Innerhalb einer Verbindungsleiterlage 30 wechseln sich die verschiedenen
Stränge jeweils ab. Durch Übereinanderschichtung mehrerer gleicher Lagen und
die entsprechenden Verbindungen zwischen den Formteilen dieser Lagen entste
hen wendelförmige Spulen 50, 52, 50', 52', 50", 52", deren Verbindungsleiter
ineinander verschränkt sind. Jeder Verbindungsleiter 6b einer Lage 30 gehört zu
einer anderen Spule. Die Verbindungsleiter des Strang V gehören z. B. zu den
Spulen 50, 52, die des Strang W zu den Spulen 50', 52' und die Verbindungslei
ter des Strang U zu den Spulen 50", 52". Die Spule 52" überlappt auf einer Sei
te mit den Spulen 52, 52' und auf der anderen Seite mit den Spulen 50, 50'.
Auf der anderen Stirnseite sind die Verbindungsleiter 6a auf entsprechende
Weise angeordnet, mit dem Unterschied, daß die Verbindungsleiter 6a der Lage
28 jeweils Nutstäbe der gleichen Wicklungslage verbinden, während die Verbin
dungsleiter 6b der Lage 30 jeweils Nutstäbe aus übereinanderliegenden Wick
lungslagen verbinden, so daß nach jeder Windung ein Wechsel in die nächsthöhe
re Wicklungslage erfolgt.
Die in Fig. 17 dargestellte Wickelkopfanordnung kann auch bei Wicklungen
verwendet werden, die nicht aus L-Formteilen aufgebaut sind, sondern aus belie
bigen anderen Formteilen. Auch die Wickelköpfe von Drahtspulen können im Prin
zip ineinander verschränkt angeordnet werden, anstatt sich gebündelt an den
Stirnseiten auszuweichen. Obwohl Fig. 17 eine dreiphasige Zwei-Loch-Wicklung
zeigt, kann selbstverständlich jede beliebige Wicklung einer Wechselstrom- oder
Gleichstrommaschine derart ausgeführt werden, daß die Verbindungsleiter über
lappender Spulen ineinander verschränkt sind.
Fig. 15 zeigt ebenso wie Fig. 12 bis 14 einen Teil der in den Nuten zuun
terst liegenden Wicklungslage. Die Abbildung zeigt jedoch nicht mehr die Idealisie
rung einer ebenen Abwicklung, sondern einen Ausschnitt eines gekrümmten
Ständerkörpers 32 einer Radialfeldmaschine in Innenläuferbauart (oder eines Läu
ferkörpers in Außenläuferbauart), in dessen Nuten 34 die Formteile 2, 3 eingesetzt
sind. Damit die eigentliche Wicklung besser sichtbar ist, sind nur die beiden Stirn
seiten des Ständerkörpers 32 eingezeichnet. Der Ständerkörper 32 ist selbstver
ständlich massiv und typischerweise aus Elektroblechen hergestellt, die in Axial
richtung übereinandergeschichtet sind. Die dargestellten Stirnseiten des Ständer
körpers 32 entsprechen also jeweils etwa dem äußersten Blech des Blechpakets.
Die Formteile 2, 3 sind direkt über dem Nutboden in die Nuten 34 einge
setzt. Die Nuten 34 sind an ihrem Kopf 36 verengt, so daß die L-Formteile 2 und
3 nur in Axialrichtung in die Nuten einzuschieben sind. Von der dem Betrachter
zugewandten Stirnseite ist bereits eine Lage von Formteilen 3 eingesetzt, von der
gegenüberliegenden Stirnseite sind drei Formteile von Typ 2 eingesetzt.
Anhand der Fig. 16 soll nun ein Ausführungsbeispiel der Verschaltung von
hintereinandergeschalteten Spulen genauer erläutert werden. Die Figur zeigt eine
schematische Draufsicht auf die genutete Seite eines Ständer- oder Läuferkörpers
- man denke sich hierbei den Ständer- bzw. Läuferkörper wiederum aufgeschnit
ten und in eine Ebene abgewickelt. Die Verengung der Nuten am Nutkopf ist hier
nicht dargestellt, so daß die in den Nuten zuoberst liegende Wicklungslage voll
sichtbar ist. Die Nuten sind jeweils von 1 bis 12 durchnumeriert, da das in diesem
Beispiel verwendete Wickelschema sich alle 12 Nuten wiederholt.
In dem in Fig. 16 gezeigten Ständerkörper sind nach dem in Fig. 12-14
dargestellten Verfahren so viele Lagen von L-Formteilen 1, 2 und ggf. 3 in die Nu
ten des Ständers bzw. Läufers eingesetzt worden, daß die Nuten mit Ausnahme
der obersten Wicklungslage mit Nutstäben aufgefüllt sind. Schließlich werden von
der unteren Stirnseite anstatt von L-Formteilen vom Typ 2 U-förmige Formteile
vom Typ 4 eingesetzt. In der Zeichnung sind noch nicht alle U-Formteile voll
ständig eingeschoben. Die schraffiert dargestellten U-Formteile 4 weisen jeweils
zwei Nutstäbe 8b und 8b' auf, die in die Nuten 2 und 8, 4 und 10, 6 und 12 ein
gesetzt werden. In jeder zweiten Nut liegt also ein Nutstabschenkel eines U-
Formteils. Die Verbindungsleiter 7 der U-Formteile sind auf der unten liegenden
Stirnseite des Ständerkörpers ebenso schuppenartig übereinandergeschichtet wie
die Verbindungsleiter 6 der L-Formteile. Die Verbindungsleiter 7 sind aber jeweils
um einen Nutabstand länger ausgebildet als die Verbindungsleiter 6 der L-
Formteile. Daher kommen die abgeflachten Laschen 10b der Nutstäbe 8b, 8b' der
U-Formteile jeweils auf den freiliegenden Enden von zu verschiedenen Spulen ge
hörenden Verbindungsleitern 6a von Formteilen 1 zu liegen und werden in einem
letzten Schritt mit diesen durch Laserschweißen verbunden.
Durch die U-Formteile werden jeweils zwei wendelförmige Spulen in Reihe
geschaltet. Dies wird im Folgenden im Zusammenhang mit Fig. 17 näher erläu
tert. Wie vorstehend erwähnt, zeigt Fig. 17 eine stark schematisierte Darstellung
einer Draufsicht auf eine Stirnseite eines bewickelten Ständerkörpers, und zwar
die in der Fig. 16 unten liegende Stirnseite. Fig. 17 zeigt die Rücken der in mehre
ren Lagen 30 übereinandergeschichteten Verbindungsleiter 6b. Zur besseren Ver
anschaulichung ist die aktuelle Stromrichtung in einem der Stränge durch Pfeile
gekennzeichnet. Der als durchgezogene Linie eingezeichnete Strang U beginnt mit
einem Anschluß an eine Stromschiene bei Punkt A. Von dort wird der Strang in .
einer wendelförmigen Spule 50 über vier Wicklungslagen bzw. vier Verbindungs
leiterlagen 30 zum Nutkopf geführt. Die gepunktete Linie stellt einen Verbin
dungsleiter 6 auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Läuferkörpers dar. Mit
diesem Verbindungsleiter wird ein U-Formteil verbunden, dessen Verbindungslei
ter 7 auf der gezeigten Stirnseite verläuft. Durch das U-Formteil werden zwei
gleich aufgebaute Spulen 50 und 52 derart in Reihe geschaltet, daß der Strom
durch die beiden Spulen gegensinnig fließt, wie durch die Pfeilrichtungen deutlich
wird. In der wendelförmigen Spule 52 fließt der Strom demnach in dem gezeigten
Augenblick vom Nutkopf zum Nutboden, während er in der Spule 50 von Nutbo
den zum Nutkopf fließt. Bei Punkt B ist der Strang an den Sternpunkt angeschlos
sen. Auch die beiden anderen, gestrichelt bzw. strichpunktiert gezeichneten
Stränge weisen Anschlüsse an die Stromschienen sowie entsprechende U-
Formteile mit Verbindungsleitern 7 auf, die in Fig. 17 nicht eingezeichnet sind.
Fig. 18 zeigt das Wickelschema, nach dem die in den Fig. 8 bis 17 gezeigte
Wicklung ausgeführt ist. Es zeigt, wie die einzelnen Spulen in den Nuten des
Ständerkörpers verteilt sind, wobei bei dieser Wicklung in jeder Nut nur eine Spu
lenseite liegt (Einschichtwicklung). Das Wickelschema wiederholt sich alle 12 Nu
ten. Die Wicklung ist als Dreiphasenwicklung (Drehstromwicklung) mit zwei Nu
ten je Pol und Strang (Zwei-Loch-Wicklung) ausgeführt. Daraus ergibt sich eine
Polteilung von sechs, d. h. die magnetischen Pole liegen in einem Abstand von
sechs Nuten zueinander. In einer Durchmesserwicklung wäre demnach auch die
Spulenweite, d. h. der in Nuten ausgedrückte Abstand der beiden Spulenseiten
einer Spule, gleich sechs. Bei der in Fig. 18 gezeigten Wicklung ist die Spulenwei
te aber kleiner als die Polteilung, nämlich gleich fünf, es handelt sich also um eine
sog. gesehnte Wicklung. Durch die Sehnung wird hier erreicht, daß an den Stirn
seiten des Ständerkörpers maximal die Wickelköpfe von drei Spulen aneinander
vorbeigeführt werden. Für die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der
Wicklung bedeutet das, daß eine kompakt Wickelkopfanordnung erreicht wird,
wenn die Dicke h der Verbindungsleiter ein Drittel oder weniger der Dicke H der
Nutstäbe beträgt.
Zwecks Anschaulichkeit ist ein Strang V in Fig. 18 fett hervorgehoben. Die
anderen Stränge U, W verlaufen entsprechend. Der Strang V umfaßt zwei in Reihe
geschaltete Spulen 50, 52, die hier vereinfacht als geschlossene Ringe darge
stellt sind - tatsächlich handelt es sich bei ihnen um Wendel mit z. B. acht Win
dungen. Die Spule 50 ist elektrisch einerseits mit der Stromschiene 44 für Strang
V verbunden und andererseits über ein 6 Nuten überbrückendes Verbindungs
stück 7, das z. B. Teil eines U-Formteils sein kann, mit der Spule 52. Diese ist
elektrisch mit der mit Y gekennzeichneten Stromschiene für den Sternpunkt 40
verbunden. Die augenblickliche Stromrichtung ist durch Pfeile angegeben. Die
beiden Spulen 50, 52 liegen mit ihren einander zugewandten Spulenseiten in be
nachbarten Nuten, so daß der Strom in den beiden benachbarten Nuten in die
gleiche Richtung fließt. Zwischen den Spulenseiten einer Spule 50, 52 liegen je
weils 4 Spulenseiten von Spulen anderer Stränge.
Die Anordnung der Wickelköpfe geht aus dem Wickelschema der Fig. 18
nicht hervor. Werden die Verbindungsleiter jedoch wie vorstehend beschrieben
kompakt geschichtet, so verbleiben kaum Zwischenräume in dem dicht gepackten
"Wickelkopfpaket". Die für die Reihenschaltung zweier Spulen benötigten Verbin
dungsstücke 7 befinden sich deshalb vorteilhaft entweder am Nutkopf oder am
Nutboden, also am Rand des Wickelkopfpakets. Besteht die Wicklung im wesent
lichen aus wendelförmigen Spulen, (also Spulen, bei denen sich die Verbindungs
leiter in Radialrichtung nicht überschneiden), so werden durch ein Verbindungs
stück 7 jeweils zwei Spulen 50, 52 derart in Reihe geschaltet, daß zu einem Zeit
punkt in der einen Spule der Strom in Richtung Nutkopf und in der anderen in
Richtung Nutboden fließt. Da die beiden Spulen 50, 52 jedoch bei der oben be
schriebenen Schichtung der Verbindungsleiter vom Aufbau her identisch sind,
werden die beiden Spulen 50 und 52 durch das Verbindungsstück 7 so in Reihe
geschaltet, daß der Strom durch die beiden Wendeln gegensinnig, also mit entge
gengesetztem Drehsinn, fließt. Durch diese Hintereinanderschaltung befinden sich
automatisch auch die Anschlüsse der Stränge zu den Stromschienen für die
Stromzufuhr 42, 44, 46 sowie für den Sternpunkt 40 sämtlich auf einer radialen
Seite des Wickelkopfpakets, und zwar auf der anderen Seite wie die Verbin
dungsstücke. Vorteilhaft sind auf dieser Seite auch die Stromschienen angeord
net.
Alternativ sind jeweils 4 oder eine andere gerade Anzahl von Spulen in Rei
he geschaltet, wie in Fig. 19 gezeigt. Das Wickelschema der Fig. 19 gleicht dem
der Fig. 18, mit dem einzigen Unterschied, daß jeweils zwei Paare in Reihe ge
schalteter Spulen wiederum durch ein weiteres Verbindungsstück 48 in Reihe ge
schaltet sind. Die Verbindungsstücke 48 können gleich ausgebildet sein wie die
Verbindungsstücke 7; nach einer anderen Ausführungsform bilden sie - wie nach
stehend genauer beschrieben - Sektoren einer zusätzliche Stromschiene.
Fig. 20 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Wicklung in einem Ständer einer
elektrischen Radialfeldmaschine mit einem Stromschienenpaket, welches etwa
dem in Fig. 5 gezeigten entspricht. Die raumsparende Ausnützung des Platzes auf
der Stirnseite des Ständerkörpers 32 durch die Stromschienen 40, 42, 44, 46 wird
hier sehr deutlich, ebenso wie die verschränkte Anordnung der Verbindungsleiter
6 überlappender Spulen.
Claims (15)
1. Wicklungsaufbau für eine elektrische Maschine mit einer mehrphasigen
Wicklung, umfassend:
- - parallelgeschaltete Spulen oder Spulengruppen (50, 52; 54, 56) und
- - umlaufende Stromschienen (40, 42, 44, 46);
2. Wicklungsaufbau nach Anspruch 1, wobei die elektrische Maschine einen
Ständer mit Nuten aufweist und die Stromschienen (40, 42, 44, 46) an ei
ner oder beiden Stirnseite(n) des Ständers in Richtung der Nuttiefe unter
halb der Nutöffnungen angeordnet sind.
3. Wicklungsaufbau nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere Stromschienen
(40, 42, 44, 46) nebeneinander angeordnet sind und zu einem Stromschie
nenpaket verbunden, insbesondere geklebt, sind.
4. Wicklungsaufbau nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenig
stens eine Stromschiene (40, 42, 44, 46) aus einzelnen Ringsektoren (45)
hergestellt ist.
5. Wicklungsaufbau nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Wicklung aus Formteilen (1, 2, 3, 4) zusammengesetzt ist.
6. Wicklungsaufbau nach Anspruch 5, wobei die Stromschienen (40, 42, 44,
46) direkt mit Formteilen (1, 3) der Spulen (50, 52, 54, 56) verbunden
sind.
7. Wicklungsaufbau nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mit
den Stromschienen (40, 42, 44, 46) verbundenen Enden der Spulen oder
Spulengruppen (50, 52; 54, 56) sämtlich auf der - in Richtung der Nuttiefe
- gleichen Seite der Nutöffnungen angeordnet sind wie die Stromschienen
(40, 42, 44, 46).
8. Wicklungsaufbau nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere
nach Anspruch 2, wobei mehrere oder alle Stromschienen (40, 42, 44, 46)
in der Längsrichtung der Nuten nebeneinander geschichtet sind.
9. Wicklungsaufbau nach Anspruch 8, wobei mindestens eine Stromschiene
(40, 42, 44, 46) an der den Nutöffnungen zugewandten Seite Erhöhungen
(62) aufweist, mit denen Spulenenden verbunden sind.
10. Wicklungsaufbau nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere
nach Anspruch 2, wobei mehrere oder alle Stromschienen (40, 42, 44, 46)
in Richtung der Nuttiefe übereinander geschichtet sind.
11. Wicklungsaufbau nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei mindestens
eine Stromschiene (40, 42, 44, 46) Laschen (60, 61) aufweist, die über die
anderen Stromschienen (40, 42, 44, 46) erstrecken und mit denen Spule
nenden verbunden sind.
12. Wicklungsaufbau nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumin
dest zwei Spulen (50, 52; 54, 56) in Reihe geschaltet sind und zumindest
einige Verbindungsstücke 148) zwischen in Reihe geschalteten Spulen eine
weitere Stromschiene aus mehreren voneinander isolierten Sektoren (48)
bilden.
13. Wicklungsaufbau nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Wicklung mehrere überlappende Spulen (52', 52", 50, 50', 50") aufweist,
die aus in den Nuten liegenden Nutstäben (8) und aus an den Stirnseiten
des Ständers liegenden Verbindungsleitern (6) aufgebaut sind, wobei die
Verbindungsleiter (6) flacher als die Nutstäbe (8) ausgebildet sind und die
Verbindungsleiter (6) von überlappenden Spulen verschränkt und somit in
Lagen angeordnet sind.
14. Verfahren zum Herstellen eines Wicklungsaufbaus einer mehrphasigen
Wicklung für eine elektrische Maschine, bei dem mehrere parallelgeschalte
te Spulen oder Spulengruppen (50, 52; 54, 56) der Wicklung an umlaufen
de Stromschienen (40, 42, 44, 46) angeschlossen werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, mit dem ein Wicklungsaufbau nach einem der
Ansprüche 1 bis 13 hergestellt wird.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2001116831 DE10116831A1 (de) | 2001-04-04 | 2001-04-04 | Wicklungsaufbau für eine elektrische Maschine, sowie Verfahren zum Herstellen eines Wicklungsaufbaus für eine elektrische Maschine |
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ID=7680389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2001116831 Withdrawn DE10116831A1 (de) | 2001-03-09 | 2001-04-04 | Wicklungsaufbau für eine elektrische Maschine, sowie Verfahren zum Herstellen eines Wicklungsaufbaus für eine elektrische Maschine |
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Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TEMIC AUTOMOTIVE ELECTRIC MOTORS GMBH, 10553 BERLI |
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8141 | Disposal/no request for examination |