-
Stand der
Technik
-
Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Herstellen einer Wicklung
einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Das
Wickeln einer Wicklung einer elektrischen Maschine von Hand ist
zeitaufwändig
und erfordert eine hohe Qualifikation. Bei einem maschinellen Wickeln
lässt sich
der Wicklungsdraht nur bis zu einem Durchmesser verarbeiten, der
maschinell noch zu handhaben ist, ohne dass es zu Beschädigungen,
insbesondere der Isolation, kommt. Gleichwohl soll bei einer automatisierten
Wicklungsherstellung eine elektrische Maschine mit besten technischen
Daten realisiert werden.
-
Aus
der WO 2005/002027 A1 ist ein Wickelverfahren bekannt, bei dem die
Wicklung flach vorbereitet wird, wobei die Länge ein mehrfaches des Umfangs
der Elektromaschine betragen kann. Die Nuten der Elektromaschine
werden lagenweise vollständig mit
dem Draht der Wicklung gefüllt.
Zuerst wird im flachen Zustand der erste Draht pro Nut eingelegt,
beim zweiten Draht in der Nut, entsprechend der zweiten Lage, müssen die
Wickelköpfe
die Lücken
der ersten Lage auffüllen,
so dass bei zwei Lagen der Nutbereich sowie der Wickelkopf nur eine
Höhe des
Zweifachen des Drahtdurchmessers erreicht. Die flache Wicklung wird
dann auf einen Dorn rund aufgewickelt und mit diesem Werkzeug in
die Nuten des runden Statorpakets radial nach außen gefügt. Typischerweise entspricht
die Drahtbreite der Nutbreite. Es werden zwei Drahtlagen benötigt, die
sich im Wickelkopf ergänzen.
An einem Ende sind diese beiden Drahtlagen miteinander verbunden.
Beim Biegen der einzelnen Drähte
stellt diese Verbindung ein Problem dar. Eine Möglichkeit ist, die Drähte nach
der ersten Lage abzuschneiden und nach dem Übereinanderlegen der beiden
Lagen die einzelnen Drähte
durch eine Schweißverbindung
wieder zu verbinden.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen mindestens einer Wicklung einer mehrere Pole aufweisenden
elektrischen Maschine sieht die Herstellung von aufeinander liegenden
Drahtlagen von allen Drähten
einer Lage aus mit ihrer Längsachse
parallel liegenden, flachen Streifen aus jeweils einem in Polzonen
und Wickelkopfzonen vorgeformten, durchgehenden Wicklungsdraht aller
Phasen erzeugt werden, indem die Streifen parallel zu ihrer Längsachse
zusammengeklappt werden. Dies erfolgt für alle Drähte aller Phasen gleichzeitig,
d.h. in jeder Lage sind alle Nuten belegt. Vorteilhaft kann ein
Auftrennen und ein Wiederverbinden der Enden der Drahtlagen vermieden
werden. Es gelingt, den Wicklungsdraht auf seiner gesamten Länge zu biegen, ohne
eine Schweißverbindung
zwischen erster und zweiter Drahtlage vorsehen zu müssen. Zweckmäßigerweise
werden Wicklungsdrähte
einer Phase parallel zueinander in Wickelkopfzonen und Polzonen gebogen,
um die wenigstens zwei Streifen zu bilden. Sinnvollerweise entsprechen
die Streifen in ihrer Länge
einem einfachen Umfang eines mit der Wicklung zu versehenden Stators
oder Rotors. Bei mehr als zwei Drahtlagen sind die Streifen um einen
halben Pol länger
oder auch kürzer
als der Umfang. Vorteilhaft ist eine automatische Wicklungsfertigung möglich, insbesondere
zur Herstellung eines Motor-Generators, vorzugsweise für einen
Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs.
-
Zweckmäßigerweise
werden die Streifen so gelegt, dass beim Zusammenklappen der Streifen die
Wickelkopfzonen des einen Streifens von den Wickelkopfzonen des
anderen Streifens in axialer Richtung oberhalb und unterhalb der
Polzonen beider Streifen liegen.
-
In
einem bevorzugten Verfahrensschritt werden alle Wicklungsdrähte an der
Knickstelle gleichzeitig um 180° umgebogen.
Das kann mit einem geeigneten Werkzeug erfolgen. Die Knickstelle
befindet sich günstigerweise
außerhalb
der Polzonen und Wickelkopfzonen.
-
In
einem günstigen
Verfahrensschritt wird die Knickstelle in einem Übergangsbereich zwischen zwei
Wickelkopfzonen angeordnet, wobei sich der Übergangsbereich zwischen dem
ersten und dem zweiten Streifen erstreckt.
-
In
einem besonders vorteilhaften Verfahrensschritt wird beim Formen
der Streifen an der Knickstelle begonnen. Dazu kann die Hälfte des
Wickeldrahts zunächst
in ein Magazin geschoben werden und an der Knickstelle mit dem Biegen
begonnen werden. Die beiden Enden des Wickeldrahts können dann
gleichzeitig, mit gleicher Form, nur seitlich versetzt, gebogen
werden,
-
Der Übergangsbereich
mit der Knickstelle wird günstigerweise
parallel zu einer Polzone ausgerichtet. Bei einem geeigneten Werkzeug
kann die Knickstelle in einem Knick einer Wickelkopfzone angeordnet
sein.
-
In
einem günstigen
Verfahrensschritt können die
Streifen auf einem Wickelbrett erzeugt werden. Alternativ können die
Streifen auf einer Walze, analog zu dem Verfahren der WO 2005/002027
A1, hergestellt werden, wobei die Walze mit einer ersten und einer
dazu axial verschobenen zweiten Wickelwalze zu versehen ist. Vorzugsweise
wird die Drehrichtung der Walze nach dem Herstellen des ersten Streifens auf
der Wickelwalze geändert
und der zweite Streifen auf der Wickelwalze hergestellt.
-
In
einem günstigen
Verfahrensschritt zur Herstellung von mehr als zwei Drahtlagen kann
das Abknicken der einzelnen Streifen an der Knickstelle zweckmäßigerweise
abwechselnd nach oben und unten erfolgen. Dann kann die Knickstelle
mit Werkzeugen geführt
werden.
-
Zeichnung
-
Weitere
Ausführungsformen,
Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen,
ohne Beschränkung
der Allgemeinheit aus nachfolgend anhand von einem in einer Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
Im
Folgenden zeigt die einzige Figur eine Wicklung einer Phase mit
durchgehendem Wicklungsdraht.
-
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
-
Die 1 zeigt
ein Wickelschema einer als Generator ausgebildeten elektrischen
Maschine mit sechs Polen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und
der Phasen, von denen nur eine Phase 10 abgebildet ist.
Die Phase 10 wird von drei parallel zu schaltenden Wicklungsteilen 11, 12, 13 gebildet,
wobei das Wicklungsteil 11 den Wicklungsdraht 17,
das Wicklungsteil 12 den Wicklungsdraht 18 und
das Wicklungsteil 13 den Wicklungsdraht 19 umfasst.
-
Den
Wicklungsteilen 11, 12, 13 sind im Bereich
des Pols 1 bis 6 jeweils eine Polzone 14 und
in axialer Richtung 32 jenseits des entsprechenden Pols 1 bis 6 Wickelkopfzonen 15 und 16 zugeordnet. Die
Wickelkopfzonen 15, 16 sind jeweils symmetrisch zu
einer Spitze 27 ausgebildet und weisen etwa eine Dachform
auf. Die Polzonen 14 sind parallel zu einer axialen Richtung 32 ausgebildet,
die im fertig montierten Zustand der Generatorachse entspricht.
-
In
der gezeigten Ausgestaltung bilden die Wicklungsteile 11, 12, 13 zwei
Streifen 29, 30, deren jeweilige Länge dem
Umfang eines Stators des Generators entspricht. Die Streifen 29, 30 liegen
parallel zu einer Längsachse 31.
-
Der
erste Streifen 29 beginnt am Beispiel des Wicklungsteils 11 an
einem Anfang 25, indem eine Hälfte einer unteren Wickelkopfzone 16 gelegt
wird, an die sich die Polzone 14 des ersten Pols 1 anschließt.
-
Der
Wicklungsdraht 17 wird dann entsprechend der sechs Pole 1 bis 6 in
die entsprechenden Wickelkopfzonen 15, 16 und
Polzonen 14 gebogen. Am Ende von Pol 6 ist der
erste Streifen 29 fertig gebogen. Der Pol 6 endet
mit der Polzone 14 und eine Hälfte 16a der unteren
Wickelkopfzone 16, die bis zu einem Punkt 24a ausgeführt wird.
Die Lage des Punkts 24a entspricht der Spitze 27 eines
vollständigen
Wickelkopfabschnitts 15, 16 der vorherigen Pole 1 bis 5.
Vom Punkt 24a ab wird der Wicklungsdraht 17 nach
unten, parallel zur axialen Richtung 32, gelegt und bildet
einen geraden Übergangsbereich 21. Der Übergangsbereich 21 kann,
muss aber nicht gerade sein. Im Idealfall geht die Länge gegen
Null, bzw. ist die Länge
fertigungsgerecht auszulegen.
-
Daran
anschließend
wird der Wicklungsdraht 17 von einem Punkt 24b an
im gleichen Winkel und in derselben Richtung wie die erste Hälfte 16a der Wickelkopfzone 16 gebogen,
worauf eine Polzone 14 folgt, die vom ersten Streifen 29 weg
nach unten gelegt wird, wiederum parallel zur axialen Richtung 32. Beim
weiteren Biegen von Wickelkopfzonen 15', 16' und Polzonen 14' der Pole 1 bis 6 wird
der Wickeldraht 17 entgegen der Längsrichtung 31 geführt bis ein
zweiter Streifen 30 ausgebildet ist, der in einem Ende 26 endet.
-
Das
Verfahren ist für
die Wicklungsdrähte 18, 19 der
Wicklungsteile 12, 13 gleicht, wobei die Wicklungsdrähte 17, 18 parallel
zum Wicklungsdraht 17 gelegt werden und der Wicklungsdraht 17 in
der Mitte zwischen den Wicklungsdrähten 18, 19 liegt.
-
Die
Wicklung besteht aus wenigstens zwei aufeinander liegenden Drahtlagen 22, 23 der
parallel geschalteten Wicklungsteile 11, 12, 13.
-
Die
aufeinander liegenden Drahtlagen 22, 23 werden
so gebildet, dass die beiden Streifen 29, 30 an
einer Knickstelle 20 in der Mitte des Übergangsbereichs 21 parallel
zur Längsachse 31 zusammen
geklappt werden und zwar so, dass alle Wicklungsdrähte 17, 18, 19 aller
Phasen (nicht dargestellt) an der Knickstelle 20 gleichzeitig
um 180° umgebogen
werden, so dass z.B. der untere Streifen 30 nach oben auf
den oberen Streifen 29 geklappt wird.
-
Die
Streifen 29, 30 werden so gelegt, dass beim Zusammenklappen
der Streifen 29, 30 die Wickelkopfzonen 15, 16 des
einen Streifens 29 von den Wickelkopfzonen 15', 16' des anderen
Streifens 30 in der axiale Richtung 32 oberhalb
und unterhalb der Polzonen 14, 14' beider Streifen 29, 30 liegen.
Die vom Übergangsbereich 21 aus
gesehen zweite Polzone 14' des
zweiten Streifens 30 kommt auf der letzte Polzone 14 des
Pols 6 zu liegen, während
die erste Polzone 14' des
zweiten Streifens 30 beim Rundbiegen auf der ersten Polzone 14 des
ersten Streifens 29, vom Anfang 25 aus gesehen,
zu liegen kommt.
-
Insbesondere
wird bei einer automatischen Wicklungsfertigung des Stators des
Generators derart vorbereitet, dass die Wicklung flach vorbereitet wird,
wobei ihre Länge
auch ein Mehrfaches des Umfangs des Stators betragen kann. Die Anordnung
ist vorzugsweise derart getroffen, dass durch die Dicke des Wicklungsdrahts 17, 18, 19 die
jeweilige Nut in ihrer Breite vollständig gefüllt wird, das heißt, die Drahtbreite
oder der Drahtdurchmesser entspricht der Nutbreite.
-
Die
anhand einer Montageeinrichtung, vorzugsweise eines Wickelbretts,
vorbereitete flache Wicklung wird dann auf einen Dorn aufgewickelt
und mit diesem Werkzeug in das Statorpaket der elektrischen Maschine
axial eingefahren. Anschließend werden
durch radiales Aufweiten der einzelnen Wicklungsdrähte 17, 18, 19 diese
radial nach außen
in die Nuten eingeführt.
Insgesamt kann somit in Serienfertigung maschinell mit einfachen
Mitteln die Statorwicklung erstellt werden. Das Parallelschalten
der einzelnen Wicklungsteile 11, 12, 13 kann
bereits im Flachzustand der Wicklung erfolgen oder nachdem die Wicklung
in die Nuten der elektrischen Maschine eingelegt ist.