DE102011120985A1

DE102011120985A1 - Elektrische Maschine mit einem Stator und Wickel- und Kontaktierungsverfahren für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102011120985A1
Application number: DE102011120985A
Authority: DE
Inventors: Tobias Buban; Nis-Anton Möllgaard; Alexander Fink; Steffen Hahlbeck
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2013-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator (1), welcher ein Statorpaket (3) umfasst, in welchem eine Vielzahl von sich parallel zu einer Rotationsachse (R) erstreckenden Nuten (5) ausgeformt ist, wobei in den Nuten (5) eine Mehrzahl von aus Kupferlackdraht gebildeten Wicklungen (4) eines Drehstromwickelsystems eingebracht sind und Wickelköpfe der Wicklungen (4) mittels Wickelscheiben (9) positioniert, fixiert und/oder gegeneinander isoliert sind. Erfindungsgemäß ist Wicklungen (4) des Drehstromwickelsystems mit gleicher Phasenlage (U, V, W) stirnseitig des Statorpakets (3) jeweils eine separate Wickelscheibe (9) zugeordnet, wobei an oder in jeder Wickelscheibe (9) Anschlusselemente zur Kontaktierung jeder Wicklung (4) angeordnet sind und diese Anschlusselemente als Schweißhaken (15) mit Kontaktfahnen (16) ausgebildet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Wickel- und Kontaktierungsverfahren für eine elektrische Maschine.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Wickel- und Kontaktierungsverfahren für eine elektrische Maschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.
Die DE 10 2005 002 364 B4 beschreibt eine Drehstrommaschine mit einem im Wesentlichen bezüglich einer Rotationsachse rotationssymmetrischen Statorblechpaket, wobei das Statorblechpaket eine Vielzahl von sich parallel zur Rotationsachse erstreckenden Nuten mit die Nuten radial zur Rotationsachse begrenzenden Nutböden aufweist, wobei in je zwei der Nuten je eine Wicklung eines Drehstromwicklungssystems angeordnet ist, wobei die Wicklungen Windungen mit Axialbereichen und Verbindungsbereichen aufweisen, wobei die Axialbereiche sich parallel zur Rotationsachse erstrecken und in den Nuten angeordnet sind und die Verbindungsbereiche von Nut zu Nut verlaufen, wobei Axialbereiche jeder Windung in nicht unmittelbar aneinander angrenzenden Nuten verlaufen, wobei an den Stirnseiten des Statorblechpakets je eine aus einem elektrisch isolierenden Material bestehende Endanordnung angeordnet ist, wobei die Endanordnungen jeweils einen axial an der jeweiligen Stirnseite des Statorblechpakets anliegenden Flansch aufweisen, mittels dessen die Verbindungsbereiche der Windungen gegen das Statorblechpaket elektrisch isoliert sind, wobei auf den vom Statorblechpaket abgewandten Seiten der Flansche Führungssysteme angeordnet sind, mittels derer die Verbindungsbereiche der Windungen geführt werden, wobei die Führungssysteme derart ausgebildet sind, dass die Axialbereiche der Windungen mittels der Führungssysteme möglichst nahe an ihren Nutböden gehalten werden und die Verbindungsbereiche der Windungen zumindest eines Teils der Wicklungen einen radialen Mindestabstand von der Rotationsachse einhalten, der größer als der Abstand einer direkten Verbindung der Nuten von der Rotationsachse ist, in denen die korrespondierenden Axialbereiche angeordnet sind, wobei die Endanordnungen Wickelabschnitte und Führungsabschnitte aufweisen, die um die Rotationsachse herum alternieren, wobei in den Führungsabschnitten tangential unterbrechungsfreie Führungskanäle angeordnet sind, in denen die Verbindungsbereiche der Windungen eines Teils der Wicklungen verlaufen, und wobei in den Wickelabschnitten tangential zwischen je zwei unmittelbar benachbarten Nuten Fixierungselemente angeordnet sind, mittels derer die Axialbereiche der Windungen zumindest dieses Teils der Wicklungen möglichst nahe an ihren Nutböden gehalten werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrische Maschine mit einem Stator und ein verbessertes Wickel- und Kontaktierungsverfahren für eine solche elektrische Maschine anzugeben.
Hinsichtlich der elektrischen Maschine wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine elektrische Maschine mit einem Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Hinsichtlich des Wickel- und Kontaktierungsverfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Wickel- und Kontaktierungsverfahren für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Sei der elektrische Maschine mit einem Stator, welcher ein Statorpaket umfasst, in welchem eine Vielzahl von sich parallel zu einer Rotationsachse erstreckenden Nuten ausgeformt ist, wobei in den Nuten eine Mehrzahl von aus Kupferlackdraht gebildeten Wicklungen eines Drehstromwickelsystems eingebracht sind und Wickelköpfe der Wicklungen mittels Wickelscheiben positioniert, fixiert und/oder gegeneinander isoliert sind, ist Wicklungen des Drehstromwickelsystems mit gleicher Phasenlage stirnseitig des Statorpakets erfindungsgemäß jeweils eine separate Wickelscheibe zugeordnet, wobei an oder in jeder Wickelscheibe Anschlusselemente zur Kontaktierung jeder Wicklung angeordnet sind und diese Anschlusselemente als Schweißhaken mit Kontaktfahnen ausgebildet sind.
Mittels der Wickelscheiben, auch als Isolationsendscheiben bezeichnet, ist vorteilhafterweise eine Isolation der Wicklungen gegenüber dem Statorpaket und den Wicklungen andere Phasenlagen ermöglicht.
Weiterhin ist ein vollautomatisiertes Bewickeln des Statorpakets, bevorzugt mittels eines Nadelwickelverfahrens, und eine vollautomatisierte Verschaltung der Wicklungen einer Phaselage ermöglicht.
Besonders zweckmäßigerweise ist eine vollautomatisierte Kontaktierung der Wicklungen an einem Sternpunkt und den einzelnen Phasenanschlüssen des Drehstromwickelsystems ermöglicht.
Bei der Kontaktierung der Anschlusselemente mit den einzelnen Windungen einer Wicklung entfällt besonders vorteilhafterweise ein üblicherweise notwendiges Abisolieren eines jeweiligen Windungsabschnitts.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist eine Verwendung einer separaten Wickelkopfformpresse vermieden, wodurch die Gefahr einer Beschädigung einer Drahtisolation der Windungen einer Wicklung und eines daraus resultierenden nicht bestimmungsgemäßen Strom- und/oder Spannungsübergangs vermieden oder zumindest signifikant reduziert ist.
Beim Wickel- und Kontaktierungsverfahren für eine solche elektrische Maschine werden die Wicklungen eines Drehstromwickelsystems erfindungsgemäß in einen Stator mittels eines Nadelwickelverfahrens eingebracht, wobei Wicklungen mit gleicher Phasenlage stirnseitig eines Statorpakets jeweils eine separate Wickelscheibe zugeordnet ist und wobei jede Wicklung mit einem Anschlusselement in Form eines Schweißhakens kontaktiert wird, wobei zumindest eine Windung der jeweiligen Wicklung isoliert in einem Kontaktierungsabschnitt des Schweißhakens angeordnet und mittels einer form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung kontaktiert wird und wobei die Wickelscheiben mittels an jedem Schweißhaken angeordneter Kontaktfahnen mit einem Verschaltungsring kontaktiert werden.
Dadurch kann eine herkömmlicherweise notwendige separate Wickelkopfpresse, eine zusätzliche Wickelkopffixierung oder Wickelkopfabbindung, eine überwiegend manuelle Befestigung von Litzen an Spulenenden der Wicklungen entfallen, so dass ein vollautomatisiertes Bewickeln des Statorpakets und eine vollautomatisierte Kontaktierung der Wicklungen ermöglicht ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind die Schweißhaken einstückig mit Leiterbahnen des Verschaltungsrings ausgeführt, so dass die Kontaktfahnen der Schweißhaken schon mit dem Verschaltungsring kontaktiert sind und ein weiterer Arbeitsschritt eingespart werden kann. Hierbei ist darauf zu achten, dass der Verschaltungsring beziehungsweise zumindest die entsprechende Leiterbahn vor dem Wickeln einer Phase in die elektrische Maschine eingebracht wird, damit die Wicklungen in den Schweißhaken angeordnet und kontaktiert werden können. Die Leiterbahnen können hierbei einzeln mit den jeweiligen Wickelscheiben eingebracht werden um dann am Ende zu einem Verschaltungsring zusammengefügt zu werden oder der Verschaltungsring mit allen Leiterbahnen wird mit oder vor der ersten Wickelscheibe in die elektrische Maschine eingebracht.
Mittels des erfindungsgemäßen Wickel- und Kontaktierungsverfahrens wird insbesondere eine Automatisierung einer Herstellung einer verteilten Wicklung als Einschichtwicklung für eine 8-polige permanenterregte Synchronmaschine mit einem Nadelwickler ermöglicht. Weiterhin ist eine automatisierte Verschaltung der einzelnen Wicklungen der drei Phasen des Drehstromwickelsystems mit den jeweiligen Anschlussfahnen und dem Sternpunkt ermöglicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch einen Stator einer elektrischen Maschine in einer Teilschnittdarstellung,
2 schematisch eine Explosionsdarstellung eines Stators einer elektrischen Maschine,
3 schematisch eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung einer Wickelscheibe
4 schematisch eine perspektivische Darstellung eines als Schweißhaken ausgebildeten Anschlusselements,
5 schematisch eine Draufsicht auf einen in einer Wickelscheibe angeordneten Schweißhaken,
6 schematisch eine Schnittdarstellung eines Kontaktierungsabschnitts eines in einer Wickelscheibe angeordneten Schweißhakens,
7 schematisch eine ausschnittsweise perspektivische Schnittdarstellung eines stirnseitigen Endes eines Stators mit am Statorpaket angeordneten Wickelscheiben und
8 schematisch eine ausschnittsweise perspektivische Schnittdarstellung eines Verschaltungsrings.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch einen Stator 1 einer nicht näher dargestellten elektrischen Maschine in einer Teilschnittdarstellung.
2 zeigt schematisch eine Explosionsdarstellung des Stators 1 einer solchen elektrischen Maschine.
Die elektrische Maschine ist bevorzugt als elektrische Antriebsmaschine eines Elektrofahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs oder eines Fahrzeugs mit einem Reichweitenverlängerungsantriebsstrang ausgebildet.
Der Stator 1 ist bevorzugt ein Stator einer herkömmlichen Synchronmaschine, bei der ein konstant magnetisierter, nicht dargestellter Rotor, welcher drehfest auf einer Rotorwelle 2 angeordnet ist, synchron von einem bewegten magnetischen Drehfeld im den Rotor in der elektrischen Maschine umgebenden Stator 1 bewegt wird. Die im Betrieb befindliche Synchronmaschine hat eine zur Wechselspannung synchrone Bewegung, wodurch die Drehzahl also über die Polpaarzahl des Rotors mit der Frequenz der Wechselspannung verknüpft und von selbiger abhängig ist. Das Feld im Rotor wird dabei bevorzugt mittels herkömmlicher Permanentmagneten erzeugt.
Durch den Einsatz von Permanentmagneten ergibt sich vorteilhafterweise ein konstantes Erregerfeld, wobei eine Beeinflussung des Blindleistungsverhaltens der elektrischen Maschine nicht möglich ist. Ein großer Vorteil dieser Permanentmagneterregung ist der Wegfall der Erregereinrichtung und es muss keine Erregerleistung aufgebracht werden.
Als Rotor wird der rotierende Teil der elektrischen Maschine bezeichnet. Bei rotierenden elektrischen Maschinen wird der gesamte, linear miteinander rotierende Teil der elektrischen Maschine als Rotor bezeichnet.
Als Stator wird der feststehende Teil der elektrischen Maschine bezeichnet. Ein solcher Stator 1 umfasst eine Mehrzahl einzelner, nicht näher dargestellter Statorsegmente, welche zu einem Statorpaket 3 kombiniert sind.
Die elektrische Maschine ist als Drehstrommaschine ausgebildet und wird mit einem Dreiphasenwechselstrom betrieben. Diese Stromart führt in drei getrennten Leitern jeweils eine eigene periodisch wechselnde Spannung, deren zeitliche Abläufe gegenüber den anderen beiden Leiterspannungen um jeweils 120° vor- bzw. nachlaufend versetzt sind.
Speist man zumindest drei Wicklungen 4 des Stators 1 mit jeweils einer Phasenlage U, V, W eines solchen Drehstromsystems, dann wird in jeder Wicklung 4 ein entsprechendes Magnetfeld erzeugt, dessen zeitlicher Ablauf genauso wie der Spannungsverlauf gegenüber den Magnetfeldern der anderen Wicklungen 4 um eine zeitliche Drittelperiode versetzt ist.
Im Stator 1 sind die Wicklungen 4 in einem Kreis zueinander angeordnet, so dass sich aus den einzelnen Magnetfeldern der Wicklungen 4 ein summiertes Magnetfeld ergibt, welches von gleichbleibender Größe ist, seine Richtung jedoch in Abhängigkeit der Frequenz oder der Periodenwiederholung des Dreiphasenwechselstroms fortlaufend ändert. Dieses summierte Magnetfeld umläuft somit den Stator 1 mit einer durch die Frequenz des Dreiphasenwechselstroms vorgegebenen Geschwindigkeit.
Das Statorpaket 3 weist eine Vielzahl von sich parallel zur Rotationsachse R der Rotorwelle 2 erstreckenden Nuten 5 auf, wobei diese Nuten 5 radial zur Rotationsachse R, insbesondere an ihren von der Rotationsachse R abgewandten Seiten durch Notböden begrenzt sind.
In je zwei der Nuten 5 ist eine Wicklung des Drehstromwicklungssystems angeordnet. Die Wicklungen weisen bevorzugt eine Mehrzahl von Windungen mit Axialbereichen 6 und Verbindungsbereichen 7 auf. Die Axialbereiche 6 erstrecken sich parallel zur Rotationsachse und sind in den Nuten 5 angeordnet. Die Verbindungsbereiche 7 verlaufen von Nut 5 zu Nut 5. Die Axialbereiche 6 jeder Windung verlaufen in nicht unmittelbar aneinander angrenzenden Nuten 5 im Statorpaket 3. Diese Anordnung wird als verteilte Wicklung 4 bezeichnet.
Eine Windung ist dabei eine einzelne Leiterschleife 8. Eine Wicklung 4 ist die Gesamtheit aller in den gleichen Nuten 5 im Statorpaket 3 angeordneten oder verlaufenden Leiterschleifen 8. Das Drehstromwicklungssystem entspricht der Gesamtheit aller Wicklungen 4 der Drehstrommaschine.
Die Leiterschleifen 8 der Wicklungen 4 insbesondere deren Axialbereiche 6 in den Nuten 5 des Statorpakets 3 müssen gegenüber dem Statorpaket 3 elektrisch isoliert werden. Dazu wird in den Nuten 5 herkömmliches Nutisolationspapier derart eingebracht, dass ein direkter Kontakt zwischen Statorpaket 3 und Wicklung 4 sicher vermieden ist.
Im Stator 1 ist eine vorgebbare Anzahl von Wicklungen 4 umlaufend in den korrespondierend ausgeformten Nuten 5 angeordnet, wobei die elektrische Maschine im dargestellten Ausführungsbeispiel als so genannter Innenläufer ausgebildet ist.
Die Wirkung der Wicklungen 4 der Phasenlagen U, V, W lässt sich vervielfachen, indem sie jeweils paarig gegenüberliegend und in größerer Zahl über den Umfang des Statorpakets 3 verteilt angeordnet werden. Dabei können gegenüberliegende Wicklungen 4 einer Phasenlagen U, V oder W jeweils direkt mit dem Dreiphasenwechselstrom gespeist werden oder es werden mehrere derartige Wicklungspaare gleicher Phasenlage U, V, W hintereinandergeschaltet. Dabei sind die Wicklungspaare unterschiedlicher Phasenlage U, V, W jeweils gleichmäßig über einen Statorumfang verteilt angeordnet.
Um die auch als Wickelköpfe bezeichneten Verbindungsbereiche 7 der Wicklungen 4 zu positionieren und/oder zu fixieren und gegeneinander zu isolieren, sind stirnseitig des Statorpakets 3 jeweils zumindest eine Wickelscheibe 9 angeordnet, Besonders bevorzugt ist den Wicklungen 4 des Drehstromwickelsystems mit gleicher Phasenlage U, V, oder W jeweils eine separate Wickelscheibe 9 zugeordnet, in die die Wicklungen 4 eingefügt werden. Dabei sind die Wickelscheiben 9 axialer Richtung hintereinander am Statorpaket 3 angeordnet.
Die Wickelscheiben 9 werden in einem herkömmlichen Spritzgussgießverfahren aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffgemisch oder einem anderen elektrisch isolierenden Material hergestellt.
Eine solche Wickelscheibe 9 weist Wickelabschnitte 10 auf, mittels denen die Leiterschleifen 8 der Wicklungen 4 aus der jeweiligen Nut 5 des Statorpakets 3 auf die Wickelscheibe 9 geführt wird. An einen solchen Wickelabschnitt 10 schließt sich ein Führungsabschnitt 11 an, in dem die Leiterschleifen 8 der Wicklungen 4 entlang der Wickelscheibe 9 zur nächsten Nut 5 geführt werden. Dabei ist die nächste Nut 5 in der beschriebenen herkömmlichen Wicklungsweise nicht die benachbarte Nut 5. Die Führungsabschnitte 11 umfassen Führungskanäle 12 und/oder Haltenasen 18, welche die Leiterschleifen 8 positionieren und/oder fixieren.
Die Wickelabschnitte 10 sind als Durchgangsöffnungen in Richtung der Nuten 5 in der Wickelscheibe 9 ausgeformt, wobei benachbarte Wickelabschnitte 10 durch Stegbereiche 13 voneinander beabstandet und die darin geführten Leiterschleifen 8 derart voneinander isoliert sind.
Im Stegbereich 13 zwischen zwei Nuten 5 und somit zwischen zwei Wickelabschnitten 10 der Wickelscheibe 9 ist jeweils ein Aufnahmeabschnitt 14 aus- oder angeformt. Dieser Aufnahmeabschnitt 14 ist zur Aufnahme eines Anschlusselements zur Kontaktierung jeder Wicklung 4 ausgebildet, wobei ein solches Anschlusselement als Schweißhaken 15 mit Kontaktfahne 16 ausgebildet ist.
Dabei sind die Schweißhaken 15 jeweils nur an einer Stirnseite des Statorpakets 3 an den Wickelscheiben 9 angeordnet.
Der Wickelabschnitt 10 ist jeweils einer Nut 5 zugeordnet und korrespondierend ausgeformt, während jeder Führungsabschnitt 11 bei einem Drehstromwickelsystem mit drei Phasenlagen U, V, W vier Nuten 5 überdeckt, d. h. jeweils zwei Nuten 5 für die Wicklungen 4 der jeweils anderen beiden Phasenlagen U, V oder W.
Somit ist einem jeden Führungsabschnitt 11 seitlich beidseitig jeweils ein Wickelabschnitt 10 zugeordnet, wobei eine Mehrzahl von Führungsabschnitten 11 am Umfang der Wickelscheibe 9 gleichverteilt angeordnet ist.
In Umfangsrichtung der Wickelscheibe 9 ist zwischen der ersten und zweiten Nut 5 und zwischen der dritten und vierten Nut 5 im Führungsabschnitt 11 eine Durchgangsöffnung 17 in der Wickelscheibe 9 eingebracht oder ausgeformt. Diese Durchgangsöffnung 17 ermöglicht eine Durchführung jeweils einer Kontaktfahne 16 eines Schweißhakens 15 einer benachbarten Wickelscheibe 9.
Die Durchgangsöffnung 17 in der Wickelscheibe 9 nimmt somit eine Kontaktfahne 16 eines Schweißhakens 15 einer benachbarten Wickelscheibe 9 auf und stabilisiert diese zusätzlich. Dabei ist die Durchgangsöffnung 17 korrespondierend zur Kontaktfahne 16 ausgeformt.
In einer ersten Ausführungsvariante sind an mindestens zwei Wickelscheiben 9 die Führungskanäle 12 in den Führungsabschnitten 11 außerhalb der Nuten 5 angeordnet, wobei ein Radius der Führungskanäle 12 größer ist als ein maximaler Nutenradius.
In einer weiteren Ausführungsvariante sind alle drei Wickelscheiben 9 gleichartig ausgebildet und weisen zur Außenseite gewandte Führungskanäle 12 in den Führungsabschnitten 11 auf.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die beiden inneren Wickelscheiben 9 gleichartig ausgebildet und weisen zur Außenseite gewandte Führungskanäle 12 in den Führungsabschnitten 11 auf, während die äußere Wickelscheibe 9 Führungskanäle 12 im radialen Bereich aufweist.
4 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung eines als Schweißhaken 15 ausgebildeten Anschlusselements.
5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen in einer Wickelscheibe 9 angeordneten Schweißhaken 15.
Ein solcher Schweißhaken 15 ist aus einem elektrisch leitenden Material gebildet und umfasst zumindest einen Halteabschnitt 19, die Kontaktfahne 16 und einen Kontaktierungsabschnitt 20, wobei der Halteabschnitt 19 korrespondierend zum Aufnahmeabschnitt 14 in der Wickelscheibe 9 ausgeformt ist.
Der Schweißhaken 15 ist mittels des Halteabschnitts 19 derart form-, stoff- und/oder kraftschlüssig im jeweiligen Aufnahmeabschnitt 14 der Wickelscheibe 9 angeordnet, dass die im Wesentlichen stegförmig ausgebildete Kontaktfahne 16 in Richtung eines Verschaltungsrings 21 ausgerichtet ist.
Der Kontaktierungsabschnitt 20 des Schweißhakens 15 ist v-förmig ausgeformt und parallel zum Führungsabschnitt 11 in der Wickelscheibe 9 ausgerichtet. Durch v-förmige Ausformung sind die Leiterschlaufen 8 der Wicklungen 4 während eines Wickelvorgangs besonders einfach im Kontaktierungsabschnitt 20 anordenbar.
Ein erster Schenkel 22 des Schweißhakens 15 ist derart mittels eines Koppelabschnitts 23 mit dem stegförmigen Halteabschnitt gekoppelt, dass der erste Schenkel 22 und ein zweiter Schenkel 24 mit einem Werkzeug zusammenpressbar sind. Dazu ist der Koppelabschnitt 23 in radialer Richtung senkrecht an einer Stirnseite 25 des ersten Schenkels 22 angeordnet. Weiterhin kann' der Koppelabschnitt 23 als Auskragung ausgebildet sein oder eine solche aufweisen.
6 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung des Kontaktierungsabschnitts 20 eines in einer Wickelscheibe 9 angeordneten Schweißhakens 15.
Zwischen die Schenkel 22, 24 des Kontaktierungsabschnitts 20 des Schweißhakens 15 ist zumindest eine Leiterschleife 8 der jeweiligen Wicklung 4 isoliert einlegbar und mittels einer form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung beider Schenkel 22, 24 kontaktierbar.
In den v-förmigen Kontaktierungsabschnitt 20 wird der Kupferlackdraht der Leiterschlaufen 8 beim Wickeln eingelegt und nach dem Wickeln werden die beiden Schenkel 22, 24 durch einen Pressschweißvorgang verbunden, wobei durch die hohe Temperatur und das Zusammenpressen der Kupferlackdraht mit dem Metall des Schweißhakens 15 elektrisch leitend verbunden wird. Dabei wird die Isolierung des Kupferlackdrahts im Schweißbereich vorteilhafterweise durch die einwirkende mechanische und/oder thermische Energie zerstört.
Der v-förmige Kontaktierungsabschnitt 20 ist derart ausgebildet, dass ein oder mehrere Leiterschlaufen 8 gleichzeitig eingelegt sein können. Insbesondere sind bis zu vier Leiterschlaufen 8 in einem Schweißhaken 15 kontaktierbar, welche bevorzugt linear nebeneinander angeordnet sind.
Beim Wickelvorgang wird der fortlaufende Kupferlackdraht der Leiterschlaufen 8 mehrfach überwickelt und im v-förmigen Kontaktierungsabschnitt 20 angeordnet und durchgeführt, so dass die Überwicklungen am Schweißhaken 15 derart parallel verschaltet sind.
Der Koppelabschnitt 23 ist derart ausgeformt, dass am ersten Schenkel 22 eine erste Schweißelektrode 26 anordenbar ist.
Am zweiten Schenkel 24 ist eine zweite schwenkbare Schweißelektrode 27 anordenbar, so dass die bereits beschriebene Kontaktierung der Leiterschlaufen 8 zwischen den Schenkeln 22, 24 ermöglicht ist.
Die Schweißhaken 15 der jeweiligen Wickelscheibe 9 weisen in Abhängigkeit von deren Position im Stator 1 unterschiedlich lange Kontaktfahnen 16 auf. Diese sind derart ausgeformt, dass sie im montierten Zustand des Stators 1 unabhängig von ihrer Position alle bis zur gleichen axialen Länge aus dem Stator herausragen.
7 zeigt schematisch eine ausschnittsweise perspektivische Schnittdarstellung eines stirnseitigen Endes eines Stators 1 mit am Statorpaket 3 angeordneten Wickelscheiben 9.
8 zeigt schematisch eine ausschnittsweise perspektivische Schnittdarstellung eines Verschaltungsrings 21.
Alle an einer Stirnseite des Statorpakets 3 angeordneten Wickelscheiben 9 sind mit einem solchen Verschaltungsring 21 kontaktiert, wobei diese Kontaktierung mittels der Kontaktfahnen 16 der Schweißhaken 15 erfolgt, welche in Richtung des Verschaltungsrings 21 ausgerichtet sind und eine entsprechende Länge aufweisen.
Eine solche Verschaltung der Kontaktfahnen 16 der Schweißhaken 15 erfolgt bevorzugt in einer herkömmlichen Sternschaltung.
Durch das Kontaktieren eines Schweißhakens 15 mit einer Phase und des nächsten mit dem Sternpunkt und umgekehrt ergibt sich eine Polumkehr zwischen den benachbarten Wicklungen 4.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Wickel- und Kontaktierungsverfahren besteht darin, dass bis zu vier parallel angeordnete Leiterschleifen 8 einer Wicklung 4 ohne Abisolierung mittels eines Crimpverfahrens verschweißt werden. Die Bewicklung aller Wicklungen 4 einer Phasenlage U, V, W mittels eines Nadelwickelverfahrens geschieht komplett ohne Abtrennung des Kupferlackdrahtes. Pro Phasenlage U, V, W besteht somit ein Anfang und ein Ende des Bewicklungsdrahtes. Erst mittels des Crimpverfahrens an den Kontaktierungsstellen der Schweißhaken 15 wird eine Parallelität der einzelnen Wicklungen 4 erreicht.
An jeder Stirnseite des Statorpakets 3 sind drei Wickelscheiben 9 angeordnet. Die Wickelscheiben 9 der Phasenlage U werden als erstes automatisiert am Statorpaket 3 befestigt. Danach wird das Nutisolationspapier in alle Nuten 5 des Statorpakets 3 eingebracht. Dabei ist eine Geometrie der Wickelscheiben 9 derart ausgebildet, dass die Nutisolationspapiere sicher an ihrer vorgesehenen Position einrasten.
Nach der Bewicklung und der Kontaktierung der Wickelscheiben 9 der Phasenlage U werden Wickelscheiben 9 der Phasenlage V automatisiert an den Wickelscheiben 9 der Phasenlage U fixiert. Danach werden die Wickelscheiben 9 der Phasenlage V zunächst bewickelt und anschließend kontaktiert.
Nach der Bewicklung und der Kontaktierung der Wickelscheiben 9 der Phasenlage V werden Wickelscheiben 9 der Phasenlage W automatisiert an den Wickelscheiben 9 der Phasenlage V fixiert. Danach werden die Wickelscheiben 9 der Phasenlage W zunächst bewickelt und anschließend kontaktiert.
Anschließend werden die Schweißhaken 15 aller Phasenlagen U, V, W mittels des Verschaltungsring 21 mit eingebetteten Leiterbahnen, insbesondere Kupfer-Stromschienen, mittels eines Crimpverfahrens verschweißt.
In einer alternativen Ausführung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine können die Schweißhaken 15 einstückig mit den Leiterbahnen ausgeführt sein. Hierbei können die Leiterbahnen, die insbesondere als Kupferbahnen oder Kupfer-Stromschienen ausgeführt sind, direkt mit dem einstückigen Schweißhaken als Verschaltungsring 21 in die elektrische Maschine eingebracht werden, ohne dass ein weiterer Arbeitschritt zur Kontaktierung der Schweißhaken 15 mit den Leiterbahnen notwendig ist. Es wäre auch denkbar, die Leiterbahnen einzeln mit den einstückigen Schweißhaken 15 in die elektrische Maschine einzubringen und als letzten Arbeitsschritt, alle Leiterbahnen zu einem Verschaltungsring 21 zusammenzufügen, so dass die Leiterbahnen unterschiedlicher Phase gegeneinander isoliert und im Verschaltungsring 21 befestigt sind.
Im Unterschied zur oben dargestellten und beschriebenen Ausführung müssten die Leiterbahnen mit den einstückigen Schweißhaken 15 bei der Montage und dem Wickeln vor oder zumindest mit der entsprechenden Wickelscheibe 9 in die elektrische Maschine eingebracht werden, damit die Wicklungen der Phase der entsprechenden Wickelscheibe 9 auch in den Schweißhaken 15 angeordnet und kontaktiert werden können.
Sind alle Leiterbahnen mit den einstückigen Schweißhaken in einem Verschaltungsring 21 zusammengefasst, wird der Verschaltungsring vor oder mit der ersten Wickelscheibe an der elektrischen Maschine angebracht, um dann ab der ersten zu wickelnden Phase, die Wicklungen in den Schweißhaken angeordnet und kontaktiert werden können. Das Wickeln und die Anordnung der anderen Wickelscheiben erfolgt entsprechend.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Rotorwelle
3: Statorpaket
4: Wicklung
5: Nut
6: Axialbereich
7: Verbindungsbereich
8: Leiterschleife
9: Wickelscheibe
10: Wickelabschnitte
11: Führungsabschnitt
12: Führungskanal
13: Stegbereich
14: Aufnahmeabschnitt
15: Schweißhaken
16: Durchgangsöffnung
18: Haltenase
19: Halteabschnitt
20: Kontaktierungsabschnitt
21: Verschaltungsring
22: erster Schenkel
23: Koppelabschnitt
24: zweiter Schenkel
25: Stirnseite
26: erste Schweißelektrode
27: zweite Schweißelektrode
R: Rotationsachse
U, V, W: Phasenlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005002364 B4 [0002]

Claims

Elektrische Maschine mit einem Stator (1), welcher ein Statorpaket (3) umfasst, in welchem eine Vielzahl von sich parallel zu einer Rotationsachse (R) erstreckenden Nuten (5) ausgeformt ist, wobei in den Nuten (5) eine Mehrzahl von aus Kupferlackdraht gebildeten Wicklungen (4) eines Drehstromwickelsystems eingebracht sind und Wickelköpfe der Wicklungen (4) mittels Wickelscheiben (9) positioniert, fixiert und/oder gegeneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass Wicklungen (4) des Drehstromwickelsystems mit gleicher Phasenlage (U, V, W) stirnseitig des Statorpakets (3) jeweils eine separate Wickelscheibe (9) zugeordnet ist, wobei an oder in jeder Wickelscheibe (9) Anschlusselemente zur Kontaktierung jeder Wicklung (4) angeordnet sind und diese Anschlusselemente als Schweißhaken (15) mit Kontaktfahnen (16) ausgebildet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißhaken (15) aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist und zumindest einen Halteabschnitt (19), die Kontaktfahne (16) und einen Kontaktierungsabschnitt (20) umfasst, wobei der Halteabschnitt (19) korrespondierend zu einem Aufnahmeabschnitt (14) in der Wickelscheibe (9) ausgeformt ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißhaken (15) mittels des Halteabschnitts (19) derart form-, stoff- und/oder kraftschlüssig im jeweiligen Aufnahmeabschnitt (14) der Wickelscheibe (9) angeordnet ist, dass die im Wesentlichen stegförmig ausgebildete Kontaktfahne (16) in Richtung eines Verschaltungsrings (21) ausgerichtet ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeabschnitt, (14) in der Wickelscheibe (9) zwischen zwei Nuten (5) und somit zwischen zwei Wickelabschnitten (10) der Wickelscheibe (9) angeordnet ist, wobei einem Führungsabschnitt (11) seitlich beidseitig jeweils ein Wickelabschnitt (10) zugeordnet ist und eine Mehrzahl von Führungsabschnitten (11) am Umfang der Wickelscheibe (9) gleichverteilt angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktierungsabschnitt (20) des Schweißhakens (15) v-förmig ausgeformt ist, wobei ein erster Schenkel (22) des Schweißhakens (15) derart senkrecht mit dem Halteabschnitt (19) gekoppelt ist, dass der erste Schenkel (22) und ein zweiter Schenkel (24) mit einem Werkzeug zusammenpressbar sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktierungsabschnitt (20) des Schweißhakens (15) parallel zum Führungsabschnitt (11) in der Wickelscheibe (9) ausgerichtet ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Schenkel (22, 24) des Kontaktierungsabschnitts (20) des Schweißhakens (15) zumindest eine Leiterschlaufe (8) der jeweiligen Wicklung (4) isoliert einlegbar und mittels einer form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung beider Schenkel (22, 24) kontaktierbar ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle an einer Stirnseite des Statorpakets (3) angeordneten Wickelscheiben (9) mit einem Verschaltungsring (21) kontaktiert sind, wobei diese Kontaktierung mittels der Kontaktfahnen (16) der Schweißhaken (15) erfolgt, welche in Richtung des Verschaltungsrings (21) ausgerichtet sind und eine entsprechende Länge aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschaltungsring (21) Leiterbahnen aufweist, mit denen die Schweißhaken (15) einstückig ausgeführt sind.
Wickel- und Kontaktierungsverfahren für eine elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (4) eines Drehstromwickelsystems in einen Stator (1) mittels eines Nadelwickelverfahrens eingebracht werden, wobei Wicklungen (4) mit gleicher Phasenlage (U, V, W) stirnseitig eines Statorpakets (3) jeweils eine separate Wickelscheibe (9) zugeordnet ist und wobei jede Wicklung (4) mit einem Anschlusselement in Form eines Schweißhakens (15) kontaktiert wird, wobei zumindest eine Leiterschlaufe (8) der jeweiligen Wicklung (4) isoliert in einem Kontaktierungsabschnitt (20) des Schweißhakens (15) angeordnet und mittels einer form-, stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung kontaktiert wird und wobei die Wickelscheiben (9) mittels an jedem Schweißhaken (15) angeordneter Kontaktfahnen (16) mit einem Verschaltungsring (21) kontaktiert werden.