DE102010029687A1

DE102010029687A1 - Verfahren zum Bewickeln eines flexiblen Kerns

Info

Publication number: DE102010029687A1
Application number: DE102010029687A
Authority: DE
Inventors: Brad South Pendleton Chamberlin; Mark A. N.Fairland Stephenson; Larry A. Climax Kubes
Original assignee: Remy Technologies LLC
Current assignee: Remy Technologies LLC
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2011-01-05
Also published as: KR20100131380A; CN101924432A; CN101924432B; US7694909B1

Abstract

Ein Verfahren zum Bewickeln eines flexiblen Kerns umfasst das Formen eines flexiblen Kernelements mit einem ersten Endabschnitt, einem zweiten Endabschnitt und mehreren eine Mittelachse aufweisenden Zähnen, wobei die mehreren Zähne in einer im Wesentlichen linearen Anordnung positioniert werden. Das Verfahren umfasst ferner Folgendes: Umformen des flexiblen Kernelements zu einer umgedrehten Kernform mit einem Außenabschnitt und einem Innenabschnitt, wobei sich die mehreren Zähne vom Außenabschnitt nach außen und vom Innenabschnitt fort erstrecken; Positionieren eines Wickelelements einschließlich einer Menge Draht nahe einem der mehreren Zähne; und Drehen des flexiblen Kernelements um die Mittelachse des einen der mehreren Zähne. Das Verfahren umfasst ferner das Aufbringen von Drahtwicklungen auf den einen der mehreren Zähne.

Description

Hintergrund der Erfindung
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft die Technik von elektrischen Maschinen mit flexiblen Kernen und insbesondere ein Verfahren zum Bewickeln eines flexiblen Kerns einer elektrischen Maschine.
Gegenwärtig werden Statorkerne mit Runddraht bewickelt. Der Statorkern wird unbeweglich gehalten und der Runddraht wird durch ein Wickelelement geführt, das um einen Statorzahn gedreht wird. Sobald der Statorzahn bewickelt ist, wird der Draht zu einem nächsten Statorzahn vorwärtsbewegt. Das Wickelelement bewegt sich bei jedem Zahn nicht nur entlang einer Kreisbahn, sondern auch hinein und hinaus, um den Draht zu schichten. Der Draht verdreht sich beim Verlassen des Wickelelements infolge der bei der Bewegung entlang der Kreisbahn verursachten Drehung.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bewickeln eines flexiblen Kerns das Formen eines flexiblen Kernelements mit einem ersten Endabschnitt, einem zweiten Endabschnitt und mehreren eine Mittelachse aufweisenden Zähnen, wobei die mehreren Statorzähne in einer im Wesentlichen linearen Anordnung positioniert werden. Das Verfahren umfasst ferner Folgendes: Umformen des flexiblen Kernelements zu einer umgedrehten Kernform mit einem Außenabschnitt und einem Innenabschnitt, wobei sich die mehreren Zähne vom Außenabschnitt nach außen und vom Innenabschnitt fort erstrecken; Positionieren eines Wickelelements einschließlich einer Menge Draht nahe einem der mehreren Zähne; und Drehen des flexiblen Kernelements um die Mittelachse des einen der mehreren Zähne. Das Verfahren umfasst ferner das Aufbringen einer Anzahl von Drahtwicklungen auf den einen der mehreren Zähne, wobei die Anzahl von Wicklungen eine Anzahl von Verdrehungen umfasst, die kleiner als die Anzahl von Wicklungen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und weiteren Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen dem Fachmann ohne Weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn sie angesichts der begleitenden Zeichnungen betrachtet werden. Es zeigen:
1: einen Aufriss eines gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung konstruierten flexiblen Kernelements;
2: einen Aufriss des flexiblen Kernelements von 1, das zu einer umgedrehten Kernform für das Aufbringen einer durchgehenden, ununterbrochenen, unverdrehten Länge rechteckigen Drahts umgebogen ist; und
3: einen Aufriss des flexiblen Kernelements von 1, das zu einer Endkernform nach dem Aufbringen der durchgehenden, ununterbrochenen, unverdrehten Länge rechteckigen Drahts umgebogen ist.
Die detaillierte Beschreibung erklärt beispielhaft Ausgestaltungen der Erfindung in Verbindung mit den Vorteilen und Merkmalen anhand der Zeichnungen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezug nehmend auf 1, ist ein flexibles Kernelement in Form eines gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung konstruierten flexiblen Statorkerns allgemein bei 2 dargestellt. Das flexible Kernelement 2 umfasst einen Hauptkörper 4 mit einem ersten Endabschnitt 6, der sich über einen Zwischenabschnitt 10 zu einem zweiten Endabschnitt 8 erstreckt. Man sieht, dass der erste Endabschnitt 6 ein Aussparungselement 14 umfasst, während der zweite Endabschnitt 8 ein Nasenelement 16 umfasst. Das Aussparungselement 14 ist derart konfiguriert, dass es das Nasenelement 16 in Eingriff bringt, wenn der erste Endabschnitt 6 mit dem zweiten Endabschnit 8 verbunden wird, wie unten ausführlicher beschrieben wird.
1 zeigt auch, dass das flexible Kernelement 2 mehrere Statorzähne umfasst, von denen einer bei 20 dargestellt ist. Die Statorzähne 20 sind in mehreren Polen angeordnet, beispielsweise in den bei A₁–A₄; B₁–B₄; und C₁–C₄ dargestellten. Jeder der mehreren Statorzähne 20 umfasst eine Mittelachse 22. Das flexible Kernelement 2 umfasst ferner mehrere Biegestellen 24, die zwischen jedem der mehreren Statorzähne 20 angeordnet sind. Jede Biegestelle 24 umfasst ein Spannungsentlastungselement 26, das derart konfiguriert ist, dass es einen Bruch im Zwischenabschnitt 10 verhindert, wenn das flexible Kernelement 2 in der Weise umgeformt wird, die unten ausführlicher beschrieben wird.
Es wird nun Bezug auf 2 genommen, die ein Verfahren beschreibt, in welchem das flexible Kernelement 2 mit Draht bewickelt wird. Man sieht, dass das flexible Kernelement 2 anfangs zu einer umgedrehten Kernform 36 umgeformt wird, die einen Außendurchmesserabschnitt 40 und einen Innendurchmesserabschnitt 42 aufweist. Es versteht sich natürlich, dass die umgedrehte Kernform 36 eine Vielzahl geometrischer Formen annehmen kann, die den Zugang zu den mehreren Statorzähnen 20 bereitstellen. Das heißt, dass sich die mehreren Statorzähne 20 vom Außendurchmesserabschnitt 40 nach außen und vom Innendurchmesserabschnitt 42 fort erstrecken. Zu diesem Zeitpunkt wird die umgedrehte Kernform 36 nahe zu einem Wickelelement bewegt, das in Form einer Wickelnadel 50 dargestellt ist, die mit einer Länge Draht 53 versehen ist, der gemäß der beispielhaften Ausgestaltung mehrere Seiten 56–59 derart umfasst, dass diese zusammen einen rechteckigen Querschnitt bilden. Sobald sie an ihrem Platz ist, wird die umgedrehte Kernform 36 um die Mittelachse 22 gedreht, um Wicklungen des Drahts 53 auf einen der mehreren Statorzähne 20 aufzubringen. Gemäß einem anderen Aspekt wird die Wickelnadel 50 um den einen der mehreren Statorzähne 20 gedreht.
Gemäß einem anderen Aspekt werden sowohl die umgedrehte Kernform 36 als auch die Wickelnadel 50 derart gedreht, dass sie Drahtwicklungen auf den einen der mehreren Statorzähne aufbringen. Dies bedeutet, dass der eine der mehreren Statorzähne 20 mit einer Anzahl von Drahtwicklungen bewickelt wird, wobei der Draht weniger Verdrehungen als die Gesamtanzahl von Wicklungen aufweist. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Anzahl von Verdrehungen um eins niedriger als die Gesamtanzahl von Wicklungen. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung beträgt die Anzahl von Verdrehungen zwischen eins weniger und der halben Anzahl von Wicklungen. Gemäß noch einem anderen Aspekt beträgt die Anzahl von Verdrehungen weniger als die halbe Gesamtanzahl von Wicklungen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bleibt der Draht unverdreht.
Zusätzlich zu der Drehung um die Achse 22 bewegt sich die umgedrehte Kernform 36 entlang einem durch die Achse 22 definierten linearen Weg hin und her, um den Draht 53 auf den einen der mehreren Statorzähne 20 zu schichten. Es versteht sich natürlich, dass sich die Wickelnadel 50 auch entlang dem im Wesentlichen linearen Weg hin- und herbewegen könnte, um den Draht 53 zu schichten. Sobald der eine der mehreren Statorzähne 20 mit einer geeigneten Anzahl von Drahtwicklungen bewickelt ist, wird die umgedrehte Kernform 36 in jedem Fall zu einem anderen der mehreren Statorzähne 20 bewegt, beispielsweise dem Zahn A2. Zu diesem Zeipunkt wird die umgedrehte Kernform 36 wieder um die Mittelachse des Zahns A2 gedreht, um Wicklungen des Drahts 53 aufzubringen.
Sobald jeder der mehreren Statorzähne 20 mit einer geeigneten Menge Draht bewickelt ist, wird die umgedrehte Kernform 36 zu einer Endkernform 70 umgeformt, die in 3 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung wird der erste Endabschnitt 6 derart mit dem zweiten Endabschnitt 8 verbunden, dass das Aussparungselement 14 genau in das Nasenelement 16 passt. Der erste und der zweite Endabschnitt 6 und 8 werden dann beispielsweise durch ein Schweißverfahren zusammengefügt. Die Endkernform 70 umfasst in jedem Fall einen Außendurchmesserabschnitt 72 und einen Innendurchmesserabschnitt 74. Die mehreren Statorzähne 20 stehen bei dieser Anordnung einwärts vom Innendurchmesserabschnitt 72 in Richtung eines mittleren Abschnitts der Endkernform 70 hervor.
Es versteht sich an dieser Stelle, dass die beispielhaften Ausgestaltungen ermöglichen, dass ein Statorkern mit einer durchgehenden, ununterbrochenen und unverdrehten Länge rechteckigen Drahts bewickelt wird. Der rechteckige Draht wird auf diese Weise auf jeden der mehreren Statorzähne aufgebracht, um den Gesamtformfaktor des Statorkerns zu minimieren. Statt einen verdrehten Runddraht zu verwenden, der das Volumen vergrößert, wenn er auf einen Statorzahn aufgebracht wird, bewahrt ein durchgehender, unverdrehter rechteckiger Draht insbesondere einen im Wesentlichen kleinen Raum, so dass der Gesamtformfaktor der Statorkerns reduziert wird, wodurch die Konstruktion kleinerer, kompakterer elektrischer Maschinen ermöglicht wird. Es versteht sich ebenfalls gemäß der Beschreibung in Verbindung mit einem flexiblen Statorkern, dass die beispielhafte Ausgestaltung auch für das Bewickeln anderer Arten von flexiblen Kernen einsetzbar ist, und zwar unabhängig davon, ob sie rotierende Kerne oder unbewegliche Kerne sind. Es versteht sich ferner, dass, obwohl das Wickelelement als Wickelnadel beschrieben ist, verschiedene andere Vorrichtungen verwendet werden können, die den Draht zuführen.
Während oben Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben wurden, versteht sich, dass der Fachmann sowohl jetzt als auch zukünftig verschiedene Verbesserungen und Erweiterungen vornehmen kann, die innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche liegen. Diese Ansprüche sollten so aufgefasst werden, dass sie den angemessenen Schutz der voran beschriebenen Erfindung aufrechterhalten.

Claims

Verfahren zum Bewickeln eines flexiblen Kerns, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Formen eines flexiblen Kernelements mit einem ersten Endabschnitt, einem zweiten Endabschnitt und mehreren jeweils eine Mittelachse aufweisenden Zähnen, wobei die mehreren Zähne in einer im Wesentlichen linearen Anordnung positioniert werden; Umformen des flexiblen Kernelements zu einer umgedrehten Kernform mit einem Außenabschnitt und einem Innenabschnitt, wobei sich die mehreren Zähne vom Außenabschnitt nach außen und vom Innenabschnitt fort erstrecken; Positionieren eines Wickelelements einschließlich einer Menge Draht nahe einem der mehreren Zähne; Drehen von einem von dem flexiblen Kernelement und dem Wickelelement um die Mittelachse des einen der mehreren Zähne; und Aufbringen einer Anzahl von Drahtwicklungen auf den einen der mehreren Zähne, wobei die Anzahl von Wicklungen eine Anzahl von Verdrehungen umfasst, die kleiner als die Anzahl von Wicklungen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Hin- und Herbewegen von mindestens einem von dem flexiblen Kernelement und dem Wickelelement entlang einem im Wesentlichen linearen Weg, der durch die Mittelachse des einen der mehreren Zähne definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Verschieben von einem von dem flexiblen Kernelement und dem Wickelelement, um einen anderen der mehreren Zähne nahe am Wickelelement zu positionieren.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: Drehen von einem von dem flexiblen Kernelement und dem Wickelelement um die Mittelachse des anderen der mehreren Zähne; und Aufbringen einer Anzahl von Drahtwicklungen auf den anderen der mehreren Zähne, wobei die Anzahl von Wicklungen eine Anzahl von Verdrehungen umfasst, die kleiner als die Anzahl von Wicklungen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Umformen des flexiblen Kernelements zu einer Endkernform, wobei die Endkernform einen Außendurchmesserabschnitt und einen Innendurchmesserabschnitt umfasst, wobei sich die mehreren Zähne in Richtung des Innendurchmesserabschnitts erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend: Verbinden des ersten und zweiten Endabschnitts des flexiblen Kernelements.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Formen des flexiblen Kernelements das Bilden mehrerer Biegestellen im flexiblen Statorkernelement umfasst, wobei jede der mehreren Biegestellen angrenzend an einen entsprechenden der mehreren Zähne angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bilden der mehreren Biegestellen im flexiblen Kernelement das Formen eines Spannungsentlastungselements an jeder der mehreren Biegestellen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen des Drahts auf den einen der mehreren Zähne das Wickeln des Drahts mit mehreren einen rechteckigen Querschnitt definierenden Seiten rings um den einen der mehreren Zähne umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Wickeln des Drahts das Positionieren des Drahts auf einem der mehreren Zähne derart umfasst, dass nur eine der mehreren Seiten dem einen der mehreren Zähne zugewandt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Aufbringen der Drahtwicklungen auf jeden der mehreren Zähne, ohne eine Diskontinuität im Draht zu verursachen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Aufbringen der Drahtwicklungen auf jeden der mehreren Zähne, ohne eine Verdrehung im Draht zu verursachen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von Verdrehungen um eins kleiner als die Anzahl von Wicklungen ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Anzahl von Verdrehungen zwischen eins kleiner als die Anzahl von Wicklungen und der halben Anzahl von Wicklungen beträgt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Anzahl von Verdrehungen kleiner als die halbe Anzahl von Wicklungen ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei keine Verdrehungen im Draht vorliegen.