DE102006021903A1

DE102006021903A1 - Wickelkörper für eine Spule einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102006021903A1
Application number: DE102006021903A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Zimmer; Ralf Dipl.-Ing. Rönnebeck; Alexander Dipl.-Ing. Gehring
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2007-11-22
Also published as: US20070279178A1; US7732968B2

Abstract

Es wird ein Wickelkörper zur Aufnahme einer Wicklung eines elektrischen Leiters zur Bildung einer Spule für eine elektrische Maschine beschrieben mit einem Wickelbereich, der durch einen Wickelträger und zwei den Wickelbereich begrenzende und mit dem Wickelträger verbundene Schenkel gebildet ist. Es werden verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, um an dem Wickelkörper eine kompakte Wicklung aufzubringen, um den Wickelkörper spielfrei und betriebssicher an einem Zahn einer elektrischen Maschine anzuordnen und um mehrere Spulen unter Verwendung eines sochen Wickelkörpers Platz sparend mittels einer Verschaltungsanordnung gemeinsam miteinander zu verschalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wickelkörper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solcher Wickelkörper wird beispielsweise in der DE 100 02 485 A1 und deren Zusatz DE 101 34 123 A1 beschrieben und dient mit einem weiteren Wickelkörper der Herstellung einer Spule, welche zur Anordnung an einem Zahn eines Rotor- oder Statorjochs einer elektrischen Maschine vorgesehen ist. Die Einzel-Spulen bilden in ihrer Gesamtheit eine konzentrierte Wicklung der elektrischen Maschine und sind einzelnen Strängen zugeordnet und mit deren Spulenanfang und -ende mit Verbindungsleitern der Stränge elektrisch miteinander verschaltet.
Ausgehend vom genannten Stand der Technik sollen mit der vorliegenden Erfindung mehrere Aufgaben gelöst werden. Insbesondere soll gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Wickelkörper bereitgestellt werden, an dem die einzelnen Leiterwindungen einer Spule gegenseitig eng und verrutschsicher anliegen um somit eine kompakte und fest gewickelte Spule erzeugen. Gemäß einem weiteren, mit dem vorgenannten in Verbindung stehenden Aspekt, soll ein Wickelkörper geschaffen werden, an dem die Spulenenden Platz sparend verlegt werden können, ohne dabei den Wicklungsaufbau zu behindern, was insbesondere für den Wicklungsanfang von Bedeutung ist. Gemäß einem noch weiteren Aspekt soll ein Wickelkörper bereitgestellt werden, der in Verbindung mit einer Spulen-Verschaltungsanordnung, bei der die Enden mehrerer Spulen in einer vorbestimmten Weise miteinander elektrisch verschaltet werden, Platz sparend zu dieser angeordnet werden kann. Gemäß noch weiteren Aufgabenstellungen soll ein Wickelkörper an einem Zahn einer elektrischen Maschine in allen drei Raumrichtungen sicher und spielfrei befestigt werden können. Weiterhin soll letztlich ein Wickelkörper geschaffen werden, der eine verbesserte Aufnahme für eine Isolationsschicht, bspw. ein Nutisolationspapier bietet.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden gelöst durch einen gattungsgemäßen Wickelkörper, welcher die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1, 2, 7, 8, 11, 16 bzw. 17 allein oder in Kombination aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Wickelkörper in einer perspektivischen Darstellung;
2 eine konfektionierte Spule unter Verwendung eines Wickelkörpers gemäß 1;
3 eine Teilansicht einer Stirnseite eines mit Spulen bestückten Stators einer elektrischen Maschine, wobei an den Wickelkörpern gemäß 1 eine Tragestruktur einer Spulen-Verschaltungseinrichtung festgelegt ist;
4 eine Rückseitenansicht eines Wickelkörpers;
5 eine perspektivische Darstellung der Verbindung der Tragestruktur und der Wickelkörper gem. 3.
Die Figuren zeigen einen Wickelkörper 10, der mit einem weiteren Wickelkörper zur Aufnahme einer Wicklung eines elektrischen Leiters vorgesehen ist um somit eine Spule 12 für eine elektrische Maschine auszubilden. Der Wickelkörper 10 umfasst in dessen Grundaufbau einen Wickelbereich 14, der durch einen Wickelträger 16 und zwei den Wickelbereich 14 begrenzende und mit dem Wickelträger 16 verbundene Schenkel 18, 20 gebildet ist, wobei die Schenkellänge der Wickelkopfbreite der aufzubringenden Wicklung entspricht.
In 2 ist eine konfektionierte Spule 12 dargestellt, welche in dieser Form zur Anordnung an einem Statorzahn einer elektrischen Maschine bereitgestellt wird und dort auf diese radial aufgeschoben, lagegesichert und elektrisch verschaltet wird, wie dieses anhand von 3 veranschaulicht ist.
Bei der Herstellung der Spule 12 ist es erforderlich, dass diese von einer geeigneten Isolierschicht, beispielsweise einem Nutisolationspapier umgeben wird. Dieses Papier muss bereits zu Beginn des Wickelvorgangs in die Wickelkörper 10 eingelegt und von diesen während des Wickelvorgangs gehalten werden. Dazu weist der Wickelträ ger 16 und/oder wenigstens einer der Schenkel 18, 20 in 4 eine Ausnehmung auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Ausnehmungen 22, 24 auf der dem Wickelbereich 14 abgewandten Seite in den Randbereichen bzw. Kanten 16a, b des Wickelträgers 16 als Nut 22 und an den Schenkeln in Form stufenartiger Absätze 24 ausgebildet. Die Höhe der Absätze 24 ist dabei so gewählt, dass sie in etwa der Dicke der Isolationsschicht entsprechen. Durch die stufenartige Ausbildung der Ausnehmung 24 wird zum einen erreicht, dass die Isolationsschicht von den Wickelkörpern 10 gehalten werden kann und während des Wickelvorgangs nicht verrutscht. Die im Wickelträger 16 vorgesehene Nut 22 ist auf einer Wandungsseite 26 geradlinig und auf der gegenüberliegenden anderen Wandungsseite 28 ungeradförmig, bspw. mit einer wellenförmigen Kontur berandet, wodurch das Nutisolationspapier eingeklemmt und noch besser gegen ein Verrutschen gesichert werden kann. Weiterhin ragt die Isolationsschicht während des Wickelvorgangs nicht über die Schenkel 18, 20 oder den Wickelträger 16 hinaus, so dass ein Verkanten oder dergleichen verhindert wird.
An dem Schenkel 20 ist ferner eine zum Wickelbereich 14 hin offene Ausnehmung 32 erkennbar, in die zur Erfassung der Temperatur der Spule 12 ein Temperatursensor eingelegt werden kann.
Es ist in 1 erkennbar, dass der Wickelträger 16 in den Randbereichen 16a, b eine Profilierung 34 in Form eng benachbarter Nuten bzw. Rillen 34 zur Führung des elektrischen Leiters aufweist, wobei die Rillen 34 jeweils um den in dieser Richtung wirkenden Leiterquerschnitt, bei Verwendung von Runddrähten um deren Durchmesser, versetzt angeordnet sind. In dem in der 1 oberen Schenkel 20 des Wickelkörpers 10 ist eine von der Kante 16b des Wickelträgers 16 ausgehende und zum freien Ende des Schenkels 20 verlaufende, zum Wickelbereich 14 hin offene Nut 36 zur Aufnahme eines Wicklungsendes 38, 40 der Spule 12 ausgebildet. Dabei weist die Nut 36 zum freien Ende des Schenkels 20 hin eine zunehmende Nuttiefe auf, wodurch sichergestellt wird, dass der Wicklungsanfang 40 bzw. das zuerst eingelegte Wicklungsende 40 der Spule 12 das Bewickeln des Wickelkörpers 10 und den Wicklungsaufbau nicht behindern und ein hoher Kupferfüllgrad der Spule 12 erzielt werden kann. Die Nuttiefe entspricht in dem überwiegenden Teil der Erstreckung der Nut 36 einem in der Tiefenrichtung wirksamen Querschnitt des Wickeldrahtes bzw. des elektrischen Leiters.
Es ist weiterhin erkennbar, dass am Übergangsbereich von Wickelträger 16 und dem die Nut 36 aufweisenden Schenkel 20 ein erhabener Ansatz 42 ausgebildet ist. An dieser Position wird die erste Windung des Leiters gegenüber dem Schenkel 20 etwas angehoben, da die Nut 36 dort noch nicht die erforderliche Tiefe aufweist, um den Leiter vollständig in sich aufzunehmen.
An dem freien Ende des Schenkels 20 sind zwei Einführungsabschnitte 44, 46 zur Aufnahme der Wicklungsenden 38, 40 ausgebildet. Der in der Figur linke Einführungsabschnitt 46 geht dabei in die Nut 36 über und ist zur Aufnahme des Wicklungsanfangs 38 bestimmt, während der in der Figur rechts dargestellte Einführungsabschnitt 44 zur Aufnahme des Wicklungsendes 40 vorgesehen ist. Beide Einführungsabschnitte 44, 46 sind von dem Schenkel 20 etwa rechtwinklig abstehend aus gebildet, wodurch diese in eine Tragestruktur 48 einer Spulen-Verschaltungsanordnung 50 eintauchen und mit dieser verliersicher an einem Stator 52 einer zeichnerisch nur angedeuteten elektrischen Maschine 54 verbunden werden können.
3 zeigt dazu einen Ausschnitt eines Stators 52 einer elektrischen Außenläufermaschine 54 mit einem Statorjoch 56 und nach radial außen weisenden Zähnen 58, auf denen bereits mehrere Spulen 12 unter Verwendung des hier beschriebenen Wickelkörpers 10 angeordnet sind und wobei die Spulenenden 38, 40 mit insgesamt drei Verbindungsleitern 60, 62, 64 mittels Anschlusselementen 66, 68, 70 in einer vorbestimmten Weise verschaltet sind.
Zur Anordnung des Wickelkörpers 10 an einem Statorzahn 58 der elektrischen Maschine ist an dem Wickelträger 16 eine Arretiervorrichtung 72 ausgebildet, welche eine mit einem Ende am Wickelträger 16 angeordnete Arretierlasche 74 umfasst und eine Spule 12 insbesondere in radialer Richtung am Stator 52 festlegt. Die Arretierlasche 74 ist in einer im Wickelträger 16 vorgesehenen Aussparung 76 schwenkbeweglich angeordnet und umfasst mit deren anderen Ende eine Arretiernase 78, die in eine zeichnerisch nicht dargestellte dazu korrespondierende Ausnehmung eines Statorzahns 58 eingreifen und dort arretiert werden kann.
Weiterhin sind zur spielfreien Befestigung der Spule 12, insbesondere in axialer Richtung des Stators 52 an der zum Statorzahn 58 weisenden Seite des Wickelträgers 16, d.h. an der der Wicklung abgewandten Seite, Ausgleichsmittel 80 zum Ausgleich einer Längendifferenz zwischen einem Zahn 58 einer elektrischen Maschine und der von diesem aufgenommenen Spule 12 in Form verformbarer Stege 80 ausgebildet (4). Diese Stege 80 weisen eine Anlaufschräge 82 auf und werden beim Aufstecken der Spule 12 auf einen Zahn 58 in Abhängigkeit von der dort gegebenen Passung plastisch verformt, so dass die Spule 12 auch unter dem Einfluss von betriebsbedingten Vibrationen straff am Statorzahn 58 angeordnet ist.
Zur seitlichen Abstützung einer Spule 12, d.h. in Umfangsrichtung am Stator 52, sind in den Kantenbereichen 16a, b am Wickelträger 16 zur Ausbildung einer Halteformation 84 zwei Haltestege 84 bzw. Haltekanten vorgesehen, welche über die rückseitige Anlagefläche des Wickelträgers 16 überstehen und die Flanken eines Statorzahns 58 dabei zumindest teilweise, d.h. mit einer schmalen Kante, in axialer Richtung am Stator 52 umgreifen können. Dazu genügt es z.B. die Kanten 16a, b etwas überstehend auszubilden.
Die zu der Verschaltungsanordnung 50 zugehörigen Verbindungsleiter 60, 62, 64 sind als Ringleiter ausgeführt und in eine einseitig offene, U-förmige Kunststoff-Tragestruktur 48 mit einem Nutgrund 48a und Nutwandungen 48b, c eingelegt und dort durch Trennstege 48d, e gegenseitig isoliert beabstandet. Zur Erzeugung einer kompakten Verschaltungsanordnung 50 ist die Tragestruktur 50 so nah an die Spulen 12 bzw. an die Wickelkörper 10 herangeführt, dass die Einführungsabschnitte 44, 46 in dafür vorgesehene Ausnehmungen 48f der Tragestruktur 48 eintauchen können und sich die Bauteile 10, 48 teilweise gegenseitig durchdringen.
Zur Festlegung und Lagesicherung der Tragestruktur 48 an den Spulen 12 sind an den Wickelkörpern 10 Haltemittel 86 vorgesehen. Dabei wird ein erstes Haltemittel 86a bereits durch die am Stator 52 radial nach außen abstehenden Einführungsabschnitte 44, 46 der Wickelkörper 10 bereitgestellt, in dem diese an den Ausnehmungen 48f zur Anlage kommen und somit einen Axialanschlag in einer Richtung am Stator 52 bereitstellen und damit zugleich die gegenseitige Umfangslage der Verbindungspartner sichern (5).
Des Weiteren weist der Wickelkörper 10 beidseitig an dem Schenkel 20 zweite Haltemittel 86b auf. Diese sind als Federzungen 86b ausgebildet, wobei zur Festlegung der Tragestruktur 48 jeweils benachbarte Federzungen 86b von jeweils zwei am Stator 52 ortsfest angeordneten Wickelkörpern 10 zusammenwirken und gemeinsam eine Einweg-Rastformation 88 ausbilden. Mit den beiden Federzungen 86b einer solchen Einweg-Rastformation 88 können an der Tragestruktur 48 nach radial innen abstehend ausgebildete Radialvorsprünge 48g zusammenwirken, indem die Tragestruktur 48 nach der Anordnung der Spulen 12 in axialer Richtung radial außen auf den Stator 52, d.h. auf die von allen Spulen 12 gemeinsam gebildete Außenumfangsfläche aufgeschoben wird, bis diese mit deren Ausnehmungen 48f an den, den ersten Axialanschlag bildenden Einführungsabschnitten 44, 46 zur Anlage kommt. Gleichzeitig werden die Radialvorsprünge 48g zwischen jeweils zwei Federzungen 86b unter deren Aufspreizung hindurchgeführt, so dass die Federzungen nach deren Passage wieder in die Ausgangslage zurückschnappen und somit ein selbsttätiges unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung verhindern. Somit wird durch die Enden der Federzungen 86b ein zweiter Axialanschlag nach der Montage der Tragestrukur 48 ausgebildet. Diese Anordnung bietet zum einen den Vorteil, dass die Verbindungsleiter 60, 64, 66 und die Spulenenden 38, 40 gemeinsam wasserdicht mit einem Isoliermittel vergossen werden können und dass durch die geführte Verlegung der Spulenenden 38, 40 vom Austritt aus dem Wickelbereich 14 bis zum Anschlusspunkt an den Anschlusselementen 66, 68, 70 bzw. den Verbindungsleitern 60, 62, 64 das Auftreten von vibrationsbedingten Drahtbrüchen sicher vermieden wird.

10: Wickelkörper
12: Spule
14: Wickelbereich
16: Wickelträger
16a, b: Kante
18, 20: Schenkel
22: Nut
24: Absatz
26, 28: Wandungsseite
30: Kontur
32: Ausnehmung
34: Profilierung, Rillen
36: Nut
38, 40: Wicklungsende
42: erhabener Ansatz
44, 46: Einführungsabschnitt
48: Tragestruktur
48a: Nutgrund
48b, c: Nutwandung
48d, e: Trennsteg
48f: Ausnehmung
48g: Radialvorsprung
50: Spulen-Verschaltungsanordnung
52: Stator
54: elektrische Maschine
56: Statorjoch
58: Statorzahn
60, 62,: 64 Verbindungsleiter
66, 68,: 70 Anschlusselement
72: Arretiervorrichtung
74: Arretierlasche
76: Aussparung
78: Arretiernase
80: Ausgleichsmittel
82: Anlaufschräge
84: Halteformation, Haltestege
86: Haltemittel
86a: erste Haltemittel, Anschlag
86b: zweite Haltemittel, Federzunge
88: Rastformation

Claims

Wickelkörper (10) zur Aufnahme einer Wicklung eines elektrischen Leiters zur Bildung einer Spule (12) für eine elektrische Maschine mit einem Wickelbereich (14), der durch einen Wickelträger (16) und zwei den Wickelbereich (14) begrenzende und mit dem Wickelträger (16) verbundene Schenkel (18, 20) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelträger (10) eine Profilierung (34) zur Führung des elektrischen Leiters aufweist.
Wickelkörper nach Anspruch 1 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem der Schenkel (18, 20) eine zum Wickelbereich (14) offene Nut (36) zur Aufnahme eines Wicklungsendes (38, 40) der Spule (12) ausge bildet ist.
Wickelkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (36) zum freien Ende des Schenkels (20) eine zunehmende Nuttiefe aufweist.
Wickelkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass Nuttiefe zumindest in einem Teil der Erstreckung der Nut (36) einem in dieser Richtung wirksamen Querschnitt des elektrischen Leiters entspricht.
Wickelkörper nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergangsbereich von Wickelträger (16) und dem die Nut (36) aufweisenden Schenkel (20) ein erhabener Ansatz (42) ausgebildet ist.
Wickelkörper nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (36) einen von dem Schenkel (20) abstehenden Einführungsabschnitt (46) zur Aufnahme eines der Wicklungsenden (38, 40) aufweist.
Wickelkörper nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wobei in einem Schenkel (20) zumindest ein Einführungsabschnitt (44, 46) zur Aufnahme eines der Wicklungsenden (38, 40) ausgebildet ist oder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einführungsabschnitt (38, 40) zum Zusammenwirken mit einer Tragestruktur (48) einer Spulen-Verschaltungsanordnung (50) ausgebildet ist und zumindest teilweise von der Tragestruktur (50) aufnehmbar ausgeführt ist.
Wickelkörper nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkörper (10) Haltemittel (86, 86a, 86b) zum Zusammenbau mit einer Tragestruktur (48) einer Spulen-Verschaltungsanordnung (50) aufweist.
Wickelkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass erste Haltemittel (86a) einen durch den Einführungsabschnitt (44, 46) gebildeten Anschlag aufweisen.
Wickelkörper nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Wickelkörper (10) zweite Haltemittel (86b) ausgebildet sind und dass benachbarte zweite Haltemittel (86b) von jeweils zwei ortsfest angeordneten Wickelkörpern (10) eine Einweg-Rastformation (88) ausbilden.
Wickelkörper nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelträger (10) an der dem Wickelbereich (14) abgewandten Seite Ausgleichsmittel (80) zum Ausgleich einer Längendifferenz zwischen einem Zahn (58) einer elektrischen Maschine und einer von diesem aufgenommenen Spule (12) aufweist.
Wickelkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmittel (80) als verformbare Stege ausgeführt sind.
Wickelkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelträger (10) eine Arretiervorrichtung (72) zum Arretieren an einem Zahn (58) einer elektrischen Maschine aufweist.
Wickelkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung (72) eine Arretierlasche (74) aufweist, die in einer im Wickelträger (16) vorgesehenen Aussparung (76) schwenkbeweglich angeordnet ist.
Wickelkörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierlasche (74) mit einem Ende am Wickelträger (16) angeordnet ist und dass an deren anderen Ende eine Arretiernase (78) vorgesehen ist.
Wickelkörper nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelträger (16) eine Halteformation (84) zum Zusammenwirken mit Zahnflanken eines Zahns (58) einer elektrischen Maschine aufweist.
Wickelkörper nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelträger (16) und/oder wenigstens einer der Schenkel (18, 20) wenigstens eine Ausnehmung (22, 24) zum Halten einer Isolationsschicht aufweist, wobei die Ausnehmung (22, 24) zumindest auf einer Seite (28) ungeradförmig berandet ist.