DE102012222318A1 - Toothed segment coil combination for an electric machine - Google Patents
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Abstract
Eine Zahnsegment-Spulen-Kombination für eine elektrische Maschine weist Zahnsegmente mit einem Trägerjoch und einem Trägerzahn auf, um den Spulendraht gewickelt ist, der im Wicklungsbereich des Trägerzahns einen rechteckförmigen Querschnitt und in seinem endseitigen Anschlussabschnitt einen abgerundeten Querschnitt aufweist.A sector gear-coil combination for an electric machine has toothed segments with a support yoke and a support tooth, wound around the coil wire, which has a rectangular cross section in the winding region of the support tooth and a rounded cross section in its end connection section.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnsegment-Spulen-Kombination für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a toothed-segment-coil combination for an electric machine according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
In der
Zum Stand der Technik wird ergänzend auf die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen den Wirkungsgrad bzw. die Drehmomentendichte einer elektrischen Maschine zu verbessern.The invention has for its object to improve the efficiency or torque density of an electric machine with simple design measures.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.
Die erfindungsgemäße Zahnsegment-Spulen-Kombination ist bevorzugt Bestandteil eines Stators, beispielsweise eines Innenläufermotors, wobei der Stator über den Umfang eine Mehrzahl derartiger Zahnsegment-Spulen-Kombinationen aufweist. Möglich ist aber auch eine Anwendung der Zahnsegment-Spulen-Kombination in einem Rotor bzw. Anker einer elektrischen Maschine, wobei auch in diesem Fall sich über den Umfang, beispielsweise radial nach außen ragend, eine Mehrzahl derartiger Zahnsegment-Spulen-Kombinationen erstrecken.The toothed-segment / coil combination according to the invention is preferably part of a stator, for example an internal-rotor motor, wherein the stator has a plurality of such tooth-segment-coil combinations over the circumference. However, it is also possible to use the toothed-segment-coil combination in a rotor or armature of an electrical machine, wherein a plurality of such toothed-segment-coil combinations also extend in this case over the circumference, for example projecting radially outwards.
Das Zahnsegment umfasst ein Trägerjoch und einen am Trägerjoch angeordneten Trägerzahn zur Aufnahme des gewickelten Spulendrahts. Im fertig montierten Zustand bilden die aneinandergesetzten Zahnsegmente im Bereich ihrer Trägerjoche einen umlaufenden Ring, beispielsweise einen Statorring, an dem sich üblicherweise radial nach innen ragend die Trägerzähne zur Aufnahme der Spulen erstrecken. Trägerjoch und Trägerzahn können einteilig ausgebildet sein, wobei grundsätzlich auch eine zweiteilige Ausführung in Betracht kommt, bei der das Trägerjoch und der Trägerzahn miteinander verbunden sind. Die Zahnsegmente sind zur Bildung eines durchgehenden Ringes im Bereich der Umfangsstirnseiten der Trägerjoche miteinander verbunden. Jedes Trägerjoch ist vorteilhafterweise kreisbogenförmig ausgebildet, so dass im zusammengesetzten Zustand ein durchgehender Ring geformt ist. Trägerjoch und Trägerzahn eines Zahnsegments können als ein Lamellenpaket mit einer Mehrzahl gleichartiger, in Achsrichtung aufeinanderliegender Einzellamellen ausgebildet sein, die jeweils zumindest annähernd T-förmig ausgebildet sind. The toothed segment comprises a carrier yoke and a carrier tooth arranged on the carrier yoke for receiving the wound coil wire. In the assembled state, the toothed segments set against one another form a circumferential ring in the region of their support yokes, for example a stator ring, on which the support teeth for receiving the coils usually extend radially inwardly. Support yoke and support tooth may be integrally formed, in principle, a two-piece design is considered, in which the support yoke and the support tooth are interconnected. The toothed segments are connected together to form a continuous ring in the region of the peripheral end faces of the Trägerjoche. Each carrier yoke is advantageously formed in a circular arc, so that in the assembled state, a continuous ring is formed. Support yoke and support tooth of a toothed segment may be formed as a disk set with a plurality of similar, superimposed in the axial direction individual laminations, which are each formed at least approximately T-shaped.
Der Spulendraht, der um den Trägerzahn zu einer Spule gewickelt ist, weist im Wicklungsbereich einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Der endseitige Anschlussabschnitt des Spulendrahts, über den die Spule an eine Stromquelle angeschlossen wird, besitzt dagegen einen abgerundeten Querschnitt. Der Anschlussabschnitt ist entlang der Stirnseite des Trägerjochs geführt und nimmt mit der Wicklungsrichtung am Trägerzahn einen Winkel ein.The coil wire, which is wound around the carrier tooth into a coil, has a rectangular cross-section in the winding region. The end-side terminal portion of the coil wire, via which the coil is connected to a power source, however, has a rounded cross-section. The connection section is guided along the end face of the carrier yoke and makes an angle with the winding direction on the carrier tooth.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass aufgrund des abgerundeten Querschnitts des Spulendrahts die Torsion des endseitigen Anschlussabschnittes keine oder zumindest nur eine untergeordnete Rolle spielt. Anschlussabschnitte mit rechteckförmigem Querschnitt sind mit der Querschnittslängsseite parallel zur Stirnseite des Trägerjochs geführt, was ein Umbiegen und eine Torsion des Spulendrahts insbesondere im Übergang vom Wicklungsbereich zum Anschlussabschnitt erforderlich macht. Das Umbiegen und die Torsion des Spulendrahts führt im Stand der Technik bei einem ausschließlich rechteckförmigen Querschnitt zu einem Aufbauchen im Übergang vom Wicklungsbereich zum endseitigen Anschlussabschnitt, was den für die Wicklung zur Verfügung stehenden Raum einschränkt und zu einer geringeren Wicklungsanzahl und dementsprechend zu einem schlechteren Füllfaktor führt. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung mit abgerundetem Querschnitt im Bereich des Anschlussabschnittes kann dagegen das Aufbauchen des Spulendrahts im Übergang vom Wicklungsbereich zum Anschlussabschnitt vermieden oder zumindest reduziert werden, so dass im Vergleich zu rechteckförmigen Drahtquerschnitten zumindest eine zusätzliche Wicklungslage auf den Trägerzahn aufgebracht und damit der Füllfaktor erhöht werden kann.This embodiment has the advantage that due to the rounded cross-section of the coil wire, the torsion of the terminal connection section plays no or at least only a minor role. Terminal sections with rectangular cross-section are guided with the cross-sectional longitudinal side parallel to the end face of the Trägerjochs, which makes a bending and torsion of the coil wire in particular in the transition from the winding area to the connection section required. The bending and twisting of the coil wire leads in the prior art with an exclusively rectangular cross-section to bulge in the transition from the winding region to the end-side terminal portion, which restricts the space available for the winding and leads to a lower number of turns and consequently to a poorer fill factor , In contrast, in the embodiment according to the invention with a rounded cross-section in the region of the connection section, bulging of the coil wire in the transition from the winding region to the connection section can be avoided or at least reduced, so that at least one additional winding layer is applied to the carrier tooth in comparison with rectangular wire cross-sections, thus increasing the fill factor can.
Vorteilhafterweise ist der Querschnitt im endseitigen Anschlussabschnitt kreisrund ausgebildet, so dass die Torsionslage des Anschlussabschnittes im Bereich der Stirnseite des Trägerjochs keine Rolle spielt. In Betracht kommt aber auch ein abgerundeter Querschnitt, beispielsweise ein viereckiger, insbesondere quadratischer Grundquerschnitt mit verrundeten Kanten oder ein elliptischer Querschnitt. Advantageously, the cross-section in the end-side connection section is circular, so that the torsion position of the connection section plays no role in the region of the end face of the support yoke. However, it is also possible to use a rounded cross section, for example a quadrangular, in particular square, basic cross section with rounded edges or an elliptical cross section.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist der Spulendraht bereits an der Übergangskante zwischen dem Wicklungsbereich am Trägerzahn und der Stirnseite des Trägerjochs einen abgerundeten Querschnitt auf. An der Übergangskante ist der Spulendraht winklig umgebogen, wobei aufgrund des abgerundeten Querschnittes ein Aufwölben bzw. -bauchen des Drahtes zumindest weitgehend vermieden wird. Des Weiteren ist es aufgrund des abgerundeten Querschnittes nicht erforderlich, den Draht im Bereich seines endseitigen Anschlussabschnittes zu tordieren, wodurch ebenfalls die Gefahr eines Aufbauchens reduziert ist.According to an advantageous embodiment, the coil wire already at the transition edge between the winding region on the carrier tooth and the end face of the Trägerjochs a rounded cross-section. At the transition edge of the coil wire is bent at an angle, wherein due to the rounded cross-section bulging or bulging of the wire is at least largely avoided. Furthermore, due to the rounded cross-section, it is not necessary to twist the wire in the region of its end-side connection section, which likewise reduces the risk of a bulging up.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind am Trägerzahn in Radialrichtung mehrere aufeinanderfolgende Halteschrägen angeordnet, die jeweils gegenüber der radialen Richtung winklig ausgerichtet sind. Die Halteschrägen sind insbesondere Teil einer Isoliermaske bzw. -schicht, die elektrisch isolierend wirkt und unmittelbar auf den Trägerzahn aufgebracht ist. Der Spulendraht ist auf die Isolierschicht gewickelt, wobei in jeder Wicklungslage pro Halteschräge mindestens ein Drahtabschnitt des Spulendrahts aufgenommen ist. Aufgrund der winkligen Ausrichtung der Halteschrägen bezogen auf die Radialrichtung wird der Spulendraht während des Wicklungsprozesses sicher aufgenommen und an zwei Positionen abgestützt, nämlich zum einen an der Halteschräge und zum andern an der Stufe im Übergang zur benachbarten Halteschräge. Die weiteren, zusätzlichen Wicklungslagen können ebenfalls bei rechteckförmigem Querschnitt des Drahtes an zwei Stellen abgestützt werden, nämlich im Bereich der Querschnittslängsseite an der darunterliegenden Wicklungslage und im Bereich der Querschnittsschmalseite an der benachbarten Schmalseite der parallelen Drahtwicklung. Insgesamt wird auf diese Weise eine geordnete Wicklung in mehreren, aufeinanderliegenden Lagen erzielt und eine unkontrollierte Anordnung des Spulendrahts mit schräg über eine darunter liegende Wicklungslage verlaufendem Drahtabschnitt vermieden. Die sägezahnähnliche Struktur setzt sich hierbei während des Wicklungsprozesses über alle Wicklungslagen fort. According to a further expedient embodiment, a plurality of successive retaining slopes are arranged on the support tooth in the radial direction, which are each aligned at an angle relative to the radial direction. The retaining slants are in particular part of an insulating mask or layer which acts as an electrical insulator and is applied directly to the support tooth. The coil wire is wound on the insulating layer, wherein in each winding layer per retaining bevel at least one wire section of the coil wire is received. Due to the angular orientation of the support slants with respect to the radial direction of the coil wire is securely received during the winding process and supported at two positions, namely on the support slope and the other at the stage in transition to the adjacent support bevel. The additional, additional winding layers can also be supported in a rectangular cross-section of the wire in two places, namely in the region of the cross-sectional longitudinal side of the underlying winding layer and in the region of the cross-sectional narrow side on the adjacent narrow side of the parallel wire winding. Overall, an orderly winding is achieved in several, superimposed layers in this way and avoided an uncontrolled arrangement of the coil wire with obliquely extending over an underlying winding layer wire section. The sawtooth-like structure continues during this winding process over all winding layers.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Breite der Halteschrägen auf die Querschnittslängsseite des Spulendrahts abgestimmt; die Breite der Halteschrägen und die Querschnittslängsseite des Spulendrahts sind zumindest annähernd gleich groß. Somit füllt der Spulendraht die Breite der Halteschrägen aus, wobei durch die Schrägstellung die Querschnittsschmalseite an die entsprechende Schmalseite einer benachbarten Drahtwicklung angrenzt und sich an dieser abstützt. According to a further expedient embodiment, the width of the retaining slants is matched to the cross-sectional longitudinal side of the coil wire; the width of the retaining slants and the cross-sectional longitudinal side of the coil wire are at least approximately equal. Thus, the coil wire fills the width of the retaining slants, wherein the cross-sectional narrow side adjoins the corresponding narrow side of an adjacent wire winding by the inclined position and is supported on this.
Grundsätzlich möglich ist es auch, dass die Breite der Halteschrägen und die Querschnittslängsseite des Spulendrahts voneinander abweichen, beispielsweise die Halteschräge größer ist als die Querschnittslängsseite des Spulendrahts, so dass gegebenenfalls mehrere Drahtwicklungen auf eine Halteschräge passen. Des Weiteren ist es möglich, dass die Querschnittslängsseite des Spulendrahts größer ist als die Breite der Halteschräge, so dass ein Spulendraht über eine Halteschräge hinausragt. Da die Breite der Halteschrägen und die Querschnittslängsseite des Spulendrahts voneinander abweichen können, können Wicklungsdrähte unterschiedlicher Abmessungen auf ein und demselben Design der Isoliermasken gewickelt werden, was eine erhebliche Reduzierung der Variantenanzahl in der Fertigung bedeutet.In principle, it is also possible that the width of the retaining slants and the cross-sectional longitudinal side of the coil wire deviate from one another, for example, the support slant is greater than the cross-sectional longitudinal side of the coil wire, so that optionally several wire windings fit on a retaining slant. Furthermore, it is possible that the cross-sectional longitudinal side of the coil wire is greater than the width of the retaining bevel, so that a coil wire protrudes beyond a retaining bevel. Since the width of the support ramps and the cross-sectional longitudinal side of the coil wire can differ from each other, winding wires of different dimensions can be wound on the same design of insulating masks, which means a significant reduction in the number of variants in the production.
Der Winkel zwischen den Halteschrägen und der Radialrichtung liegt in einem Wertebereich größer als 0° und kleiner als 90°. Vorteilhafterweise liegt der Winkel zwischen 0° und 45°, vorzugsweise zwischen 0° und 20°, beispielsweise bei 10°.The angle between the retaining slants and the radial direction is in a range of values greater than 0 ° and less than 90 °. Advantageously, the angle is between 0 ° and 45 °, preferably between 0 ° and 20 °, for example at 10 °.
Des Weiteren ist es zweckmäßig, dass sämtliche Halteschrägen gegenüber der Radialrichtung den gleichen Winkel aufweisen. Auch weisen vorteilhafterweise sämtliche Halteschrägen die gleiche Breite auf. Gleichwohl ist es auch möglich, Halteschrägen mit unterschiedlicher Breite und/oder unterschiedlicher Winkelausrichtung vorzusehen.Furthermore, it is expedient that all retaining bevels relative to the radial direction have the same angle. Also, advantageously all retaining slants have the same width. However, it is also possible to provide retaining bevels with different width and / or different angular orientation.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.
In den
Der Trägerzahn
In den
In
Während des Wicklungsprozesses wird zunächst eine Lage mit den Spulendrahtabschnitten
In den Ausführungsbeispielen gemäß den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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