DE102018207231A1

DE102018207231A1 - Stator für eine elektrische Maschine, elektrische Maschine und Herstellungsverfahren für einen Stator für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102018207231A1
Application number: DE102018207231.0A
Authority: DE
Inventors: Arash Shaghaghi
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2019-11-14
Also published as: CN110474451B; CN110474451A

Abstract

Es wird ein Stator (10) für eine elektrischen Maschine umfassend eine Vielzahl von Statornuten (12) vorgeschlagen, wobei der Stator (10) eine erste Statorwicklung (28a) umfasst, und wobei die erste Statorwicklung (28a) eine erste Gruppe (21), eine zweite Gruppe (22), eine dritte Gruppe (23) und eine vierte Gruppe (24) von Haarnadelleitern (16) umfasst. Die erste Gruppe (21) und die dritte Gruppe (23) von Haarnadelleitern (16) erstrecken sich über eine erste Anzahl von Statornuten (12), während sich die zweite Gruppe (22) und die vierte Gruppe (24) von Haarnadelleitern (16) über eine zweite Anzahl von Statornuten (12) erstrecken, wobei sich die erste Anzahl von der zweiten Anzahl unterscheidet. Die Haarnadelleiter (16) weisen jeweils einen freien ersten Endbereich und freien zweiten Endbereich auf. Die Endbereiche der Haarnadelleiter (16) sind bis auf einen Wicklungsanfang (26) und ein Wicklungsende (27) derart verbunden, dass der erste Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der ersten Gruppe (21) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der zweiten Gruppe (22) verbunden ist, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der zweiten Gruppe (22) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der dritten Gruppe (23) verbunden ist, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der dritten Gruppe (23) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der vierten Gruppe (24) verbunden ist, und wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der vierten Gruppe (24) mit dem zweiten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der ersten Gruppe (21) verbunden ist, sodass die erste Statorwicklung (28a) durchgängig über die Haarnadelleiter (16) der ersten Gruppe (21), der zweiten Gruppe (22), der dritten Gruppe (23) und der vierten Gruppe (24) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine.
Stand der Technik
Bei der Herstellung einer elektrischen Maschine ist darauf zu achten, dass Spannungsdifferenzen benachbarter Leiter in den Statornuten möglichst gering sind, da es ansonsten aufgrund der Spannungsbelastung im Betrieb zu Teilentladungen in den Isolationsmaterialien der Leiter oder zwischen den Leitern kommen kann. Derartige Teilentladungen können über die Lebensdauer der elektrischen Maschine das Isolationssystem der elektrischen Maschine beschädigen oder sogar zerstören. Zur Verringerung der Spannungsdifferenzen ist es im Stand der Technik bekannt, mehr Isolationsmaterial in die Statornuten einzubringen. Ferner kann eine spezielle Drahtisolation gewählt werden oder die elektrische Maschine mit einer geringeren Spannung betrieben werden. Die Erhöhung des Isolationsmaterials in der Statornut hat den Nachteil, dass der Kupferfüllgrad in der Statornut dadurch verringert wird. Ferner sind Isolationssysteme kosten- und prozessaufwendig. Hierdurch können Verluste in der elektrischen Maschine wieder steigen. Bei Betrieb einer elektrischen Maschine mit geringerer Spannung können nicht alle gewünschten Leistungsklassen zur Verfügung gestellt werden.
Zudem ist es bei einer elektrischen Maschine, die bestimmte Anforderungen an Drehmoment und Leistung zu erfüllen hat, wünschenswert, die Maschine bei einer vorgegebenen Baulänge mit einer möglichst hohen Windungszahl auszubilden. Anders gesagt ist es bevorzugt, bei gegebenen Anforderungen Bauraum, insbesondere in axialer Länge, einzusparen.
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stator für eine elektrische Maschine derart weiterzubilden, dass die Spannungspotenzialverteilung zwischen benachbarten Leitern in einer Statornut reduziert wird. Ferner soll ein Stator bereitgestellt werden, dessen Windungszahl flexibel ist. Zudem soll der Bauraum des Stators optimiert werden.
Gelöst wird die vorgenannte Aufgabe durch einen Stator für eine elektrische Maschine, der eine Vielzahl von Statornuten umfasst. Der Stator umfasst ferner eine erste Statorwicklung, umfassend eine erste Gruppe, eine zweite Gruppe, eine dritte Gruppe und eine vierte Gruppe von Haarnadelleitern. Die erste Gruppe und die dritte Gruppe von Haarnadelleitern erstrecken sich über eine erste Anzahl von Statornuten, während sich die zweite Gruppe und die vierte Gruppe über eine zweite Anzahl von Statornuten erstrecken. Die erste Anzahl unterscheidet sich von der zweiten Anzahl, sodass sich die erste und die dritte Gruppe über eine unterschiedliche Anzahl von Statornuten erstrecken als die zweite und die vierte Gruppe.
Die Haarnadelleiter weisen jeweils einen freien ersten Endbereich und einen zweiten freien Endbereich auf, wobei die Endbereiche der Haarnadelleiter bis auf einen Wicklungsanfang und ein Wicklungsende derart verbunden sind, dass der erste Endbereich jedes Haarnadelleiters der ersten Gruppe mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters der zweiten Gruppe verbunden ist, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters der zweiten Gruppe mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters der dritten Gruppe verbunden ist, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters der dritten Gruppe mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters der vierten Gruppe verbunden ist, und wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters der vierten Gruppe mit dem zweiten Endbereich eines Haarnadelleiters der ersten Gruppe verbunden ist, sodass die erste Statorwicklung durchgängig über die Haarnadelleiter der ersten Gruppe, der zweiten Gruppe, der dritten Gruppe und der vierten Gruppe ausgebildet ist.
Die durchgängige erste Statorwicklung erstreckt sich von einem Wicklungsanfang bis zu einem Wicklungsende. Dies bedeutet, dass ein Endbereich eines Haarnadelleiters einen Wicklungsanfang darstellt, während ein Endbereich eines anderen Haarnadelleiters ein Wicklungsende darstellt, und somit diese nicht mit einem anderen Endbereich eines weiteren Haarnadelleiters verbunden sind.
In anderen Worten ist der erste Endbereich eines ersten Haarnadelleiters der ersten Gruppe mit dem ersten Endbereich eines ersten Haarnadelleiters der zweiten Gruppe verbunden, wobei der zweite Endbereich des ersten Haarnadelleiters der zweiten Gruppe mit dem ersten Endbereich eines ersten Haarnadelleiters der dritten Gruppe verbunden ist, wobei der zweite Endbereich des ersten Haarnadelleiters der dritten Gruppe mit dem ersten Endbereich eines ersten Haarnadelleiters der vierten Gruppe verbunden ist, wobei der zweite Endbereich des ersten Haarnadelleiters der vierten Gruppe mit einem zweiten Endbereich eines zweiten Haarnadelleiters der ersten Gruppe verbunden ist, wobei der erste Endbereich des zweiten Haarnadelleiters der ersten Gruppe mit dem ersten Endbereich eines zweiten Haarnadelleiters der zweiten Gruppe verbunden ist etc. Die so beschriebene Wicklung setzt sich über alle Haarnadelleiter zur Bildung einer durchgängigen Statorwicklung fort. Der zweite Endbereich des ersten Haarnadelleiters der ersten Gruppe würde hier den Wicklungsanfang und der zweite Endbereich des letzten Haarnadelleiters der vierten Gruppe das Wicklungsende bilden.
Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um eine Drehfeldmaschine, vor allem eine permanentmagneterregte Synchronmaschine. Vorzugsweise ist unter der elektrischen Maschine ein elektrischer Antrieb, eine Lichtmaschine oder ein Generator zu verstehen. Insbesondere handelt es sich um den elektrischen Antrieb eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges. Es kann sich aber auch um den elektrischen Antrieb für andere elektrische Geräte, beispielsweise Haushaltsgeräte oder Industriemaschinen, handeln.
Die Statornuten erstrecken sich in Umfangsrichtung. Insbesondere umfasst der Stator ein Statorblechpaket, auf dessen radialer Innenseite Nuten in Form von radialen Schlitzen ausgebildet sind. Bei diesen handelt es sich um die Statornuten, die mit einer Nutisolation ausgebildet sein können.
Unter dem Begriff „Haarnadelleiter“ ist vor allem ein Pin, vor allem ein U-Pin, zu verstehen.
Mit dem Ausdruck, dass sich Haarnadelleiter über eine erste oder zweite Anzahl von Statornuten erstrecken, ist gemeint, dass die Haarnadelleiter der entsprechenden Gruppen die erste Anzahl oder die zweite Anzahl von Statornuten überspannen. Insbesondere weisen die Haarnadelleiter jeweils einen ersten Schenkel, einen zweiten Schenkel und einen gebogenen Verbindungsabschnitt auf. Der Verbindungsabschnitt verbindet die beiden Schenkel und ist an einem gegenüberliegenden Ende des Haarnadelleiters angeordnet im Vergleich zu den freien Endbereichen der Schenkel. Erstreckt sich ein Haarnadelleiter über eine erste Anzahl von Statornuten, bedeutet dies, dass der gebogene Verbindungsabschnitt die erste Anzahl von Statornuten überspannt.
Vor allem kann die erste und/oder zweite und/oder dritte und/oder vierte Gruppe in Untergruppen aufgeteilt werden, wobei sich eine Untergruppe dadurch auszeichnet, dass die ersten Schenkel der Haarnadelleiter in derselben Statornut angeordnet sind, wobei die zweiten Schenkel der Haarnadelleiter ebenfalls in einer anderen, jedoch alle in derselben, Statornut angeordnet sind. Eine Untergruppe von Haarnadelleitern ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass der gebogene Verbindungsabschnitt dieselben Statornuten überspannt. Die Untergruppen einer Gruppe sind in Umfangsrichtung vorzugsweise in regelmäßigen Abstand zueinander angeordnet.
Die Haarnadelleiter der gleichen Gruppe zeichnen sich dadurch aus, dass deren Geometrie und Ausmaße stark ähnlich sind. Diese können nur geringfügig variieren aufgrund der Anordnung der Haarnadelleiter innerhalb der Nut, d.h. der Nutposition.
Insbesondere ist ein Haarnadelleiter einer ersten Untergruppe der ersten Gruppe mit einem Haarnadelleiter der ersten Untergruppe der zweiten Gruppe, dieser wiederum mit einem Haarnadelleiter der ersten Untergruppe der dritten Gruppe und dieser wiederrum mit einem Haarnadelleiter der ersten Untergruppe der vierten Gruppe verbunden. Der zuletzt genannte Haarnadelleiter ist dann wieder mit einem Haarnadelleiter der ersten Gruppe, und zwar nun der zweiten Untergruppe, verbunden. So setzt sich das Wickelschema über die Untergruppen verschiedener Hierarchie fort.
Die erste Anzahl und die zweite Anzahl der Statornuten unterscheiden sich, insbesondere um zwei Statornuten. Dabei kann die erste Anzahl und/oder die zweite Anzahl gerade und/oder ungerade sein. Insbesondere handelt es sich bei der ersten Anzahl und/oder der zweiten Anzahl um sechs oder acht Statornuten.
Insbesondere umfasst der Stator nicht nur die erste Statorwicklung, sondern auch eine zweite und eine dritte Statorwicklung, die analog zur ersten Statorwicklung ausgebildet sind. Der Stator umfasst somit eine Statorwicklung pro Phase der elektrischen Maschine. Die erste Statorwicklung bildet einen Wickelkopf des Stators aus, insbesondere zusammen mit den beiden weiteren Statorwicklungen.
Durch die oben beschriebene Verbindung der Haarnadelleiter der unterschiedlichen Gruppen werden jeweils Haarnadelleiter miteinander verbunden, die eine unterschiedliche Anzahl von Statornuten überspannen. In anderen Worten werden Haarnadelleiter mit unterschiedlichen Haarnadelbreiten abwechselnd kombiniert. Durch diese Ausbildung der ersten Statorwicklung werden Spannungen zwischen den Haarnadelleitern innerhalb derselben Statornut abgesenkt. Dies verringert die prozentuale Potenzialdifferenz innerhalb einer Statornut von 35 % auf lediglich 20 %, während die prozentuale Potenzialverteilung im Wickelkopf ebenfalls auf ca. 20 % reduziert wird.
Insbesondere umfasst jede Gruppe von Haarnadelleitern dieselbe Anzahl von Haarnadelleitern. Ferner umfasst jede Untergruppe einer Gruppe dieselbe Anzahl von Haarnadelleitern. Dabei kann die Anzahl von Haarnadelleitern einer Gruppe und/oder einer Untergruppe ungerade sein. Dies birgt enorme Vorteile bei der flexiblen Auslegung des Stators. Die aus dem Stand der Technik bekannte Hairpin-Technik ist neben einer ungünstigen Spannungspotenzialverteilung auch dadurch begrenzt, dass eine gerade Anzahl von Leitern in einer Statornut notwendig ist. Dies ist hier nicht der Fall, sodass der Stator flexibler ausgelegt werden kann.
Vorteilhafterweise sind die Haarnadelleiter mindestens einer Untergruppe der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe und/oder der dritten Gruppen und/oder der vierten Gruppe in axialer Richtung gestapelt. Die entsprechend gestapelten Haarnadelleiter können eine Teilspule des Stators bilden.
Ferner können die Haarnadelleiter mindestens einer Untergruppe der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe und/oder der dritten Gruppen und/oder der vierten Gruppe in radialer Richtung gestapelt sein.
Insbesondere können die Haarnadelleiter zweier Untergruppen verschiedener Gruppen derart in radialer Richtung gestapelt sein, dass sich die Haarnadelleiter der einen Untergruppe und die Haarnadelleiter der anderen Untergruppe in radialer Richtung abwechseln. Bis auf die radial äußersten und inneren Haarnadelleiter ist somit jeder Haarnadelleiter der einen Untergruppe von zwei Haarnadelleitern der anderen Untergruppe umgeben und umgekehrt.
Die erste Gruppe kann eine erste Teilspule in einer ersten axialen Lage bilden, während die zweite Gruppe eine zweite Teilspule der ersten Lage bilden kann. Die dritte Gruppe kann eine erste Teilspule in einer zweiten axialen Lage bilden, während die vierte Gruppe eine zweite Teilspule dieser Lage bilden kann. Ferner können alle Gruppen vier Teilspulen in einer ersten axialen Lage bilden.
Bevorzugterweise sind die Verbindungsabschnitte der Haarnadelleiter der ersten und der zweiten Gruppe aus drei Teilabschnitten gebildet, wobei sich ein erster Teilabschnitt und ein dritter Teilabschnitt in radialer Richtung erstrecken, wobei sich der erste Teilabschnitt an den ersten Schenkel des jeweiligen Haarnadelleiters anschließt, und wobei sich ein zweiter, zwischen dem ersten und dem dritten angeordneter, Teilabschnitt in Umfangsrichtung erstreckt. Die entsprechenden Haarnadelleiter sind demnach so ausgebildet und in die Statornuten eingebracht, dass sich deren Schenkel in axialer Richtung erstrecken, wobei sich an dem ersten Schenkel der erste in radialer Richtung erstreckende erste Teilabschnitt anschließt, an den sich wiederum der zweite in Umfangsrichtung erstreckende Teilabschnitt anschließt, an den sich wiederum ein dritter Teilabschnitt anschließt, der sich in entgegengesetzter radialer Richtung zum ersten Teilabschnitt erstreckt und in den zweiten Schenkel übergeht.
Durch diese spezielle Formgebung der Haarnadelleiter kann insbesondere der Bauraum optimiert werden, da die Haarnadelleiter besonders platzsparend in die Statornuten eingebracht werden können. Durch die radiale Ausrichtung der ersten und dritten Teilabschnitte können die Haarnadelleiter derart eingebracht werden, dass sie auf dem Statorblechpaket aufliegen. Dies gilt zumindest für einen ersten Haarnadelleiter, beziehungsweise Haarnadelleiterschicht, in axialer Richtung, in dem Fall, in dem die Haarnadelleiter in axialer Richtung gestapelt werden.
Die Haarnadelleiter einer Untergruppe können jeweils in eine erste Subgruppe und eine zweite Subgruppe aufgeteilt werden, wobei sich die ersten Teilabschnitte der ersten Subgruppe in entgegengesetzte radiale Richtung erstrecken als die ersten Teilabschnitte der zweiten Subgruppe. Eine Subgruppe bildet eine kleinere Einheit einer Untergruppe. Dies bedeutet, dass die Haarnadelleiter derselben Untergruppe, deren erster Schenkel in derselben Statornut angeordnet ist, sich entlang des ersten Teilabschnittes des gebogenen Verbindungsabschnittes in unterschiedliche radiale Richtungen erstrecken. Umfasst die Untergruppe eine Anzahl von Haarnadelleitern, ist es bevorzugt, dass sich die Hälfte dieser Haarnadelleiter in der ersten Subgruppe befindet, während sich die zweite Hälfte der Haarnadelleiter in der zweiten Subgruppe befindet. Aufgrund der unterschiedlichen Ausbildungen der Haarnadelleiter der ersten Subgruppe und der zweiten Subgruppe stapeln sich somit die Haarnadelleiter der ersten Subgruppe axial aufeinander, während sich die Haarnadelleiter der zweiten Subgruppe ebenfalls axial aufeinander stapeln. Dadurch, dass sich somit nicht alle Haarnadelleiter der Untergruppe aufeinander stapeln, wird axialer Bauraum deutlich eingespart.
Ferner können die gebogenen Verbindungsabschnitte der Haarnadelleiter der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe und/oder der dritten Gruppe und/oder der vierten Gruppe aus drei Teilabschnitten gebildet sein, wobei sich ein erster Teilabschnitt an den ersten Schenkel anschließt und ein dritter Teilabschnitt an den zweiten Schenkel. Der erste Teilabschnitt erstreckt sich insbesondere in eine Richtung, die einen radialen als auch axialen Anteil aufweist, während sich ein zweiter Teilabschnitt in Umfangsrichtung erstreckt und ein dritter Teilabschnitt in entgegengesetzte Richtung zum ersten Teilabschnitt. Durch den radialen Anteil der Erstreckung der ersten und dritten Teilabschnitte kann Platz geschaffen werden, damit die Haarnadelleiter verschiedener Gruppen abwechselnd in radiale Richtung gestapelt werden können. Durch den axialen Anteil der Erstreckung der ersten Teilabschnitte und der dritten Teilabschnitte wird Bauraum in axialer Richtung geschaffen, um die Haarnadelleiter anderer Gruppen zu überspannen.
Dabei sind die Ausmaße der ersten und dritten Teilabschnitte gerade derart gewählt, dass möglichst viel Bauraum in axialer und radialer Richtung eingespart werden kann.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere Drehfeldmaschine, die mindestens einen oben beschriebenen Stator umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Einbringen einer ersten Gruppe von Haarnadelleitern, Einbringen einer zweiten Gruppe von Haarnadelleitern, Einbringen einer dritten Gruppe von Haarnadelleitern, Einbringen einer vierten Gruppe von Haarnadelleitern, wobei die Haarnadelleiter jeweils einen freien ersten Endbereich und einen freien zweiten Endbereich aufweisen. Ferner umfasst das Verfahren das Verschränken und Kontaktieren der Endbereiche der Haarnadelleiter derart, dass der erste Endbereich jedes Haarnadelleiters der ersten Gruppe mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters der zweiten Gruppe verbunden wird, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters der zweiten Gruppe mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters der dritten Gruppe verbunden wird, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters der dritten Gruppe mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters der vierten Gruppe verbunden wird und wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters der vierten Gruppe mit dem zweiten Endbereich eines Haarnadelleiters der ersten Gruppe verbunden wird, sodass eine erste Statorwicklung durchgängig über die Haarnadelleiter der ersten Gruppe, der zweiten Gruppe, der dritten Gruppe und der vierten Gruppe entsteht.
Ferner kann vor dem Einbringen der Haarnadelleiter eine entsprechende Nutisolation in die Statornuten eines Statorblechpakets eingebracht werden.
Insbesondere kann die erste Gruppe und/oder die zweite Gruppe und/oder die dritte Gruppe und/oder die vierte Gruppe der Haarnadelleiter eine ungerade Anzahl von Haarnadelleitern umfassen. In diesem Fall kann das Verfahren vor dem Kontaktieren der Endbereiche der Haarnadelleiter insbesondere das Verschränken eines Haarnadelleiters der entsprechenden Gruppe um eine Nutposition umfassen. Bei einer Nutposition handelt es sich hierbei um eine Position innerhalb derselben Nut in radialer Richtung. Dieser Schritt wird auch Prägen genannt. Bei diesem einen Haarnadelleiter handelt es sich insbesondere um den radial äußersten oder radial innersten Haarnadelleiter der entsprechenden Gruppe. Dieser Haarnadelleiter wird nach Verlassen des Statorblechpaketes zunächst radial gebogen, und zwar stärker als die anderen Haarnadelleiter der entsprechenden Gruppe, um Platz zu schaffen. Auf diese Weise wird ein zu geringer Abstand zwischen Haarnadelleitern vermieden, der im Betrieb eine zu elektrische Spannung auslösen könnte. Im Gegensatz zu einer geraden Anzahl von Haarnadelleitern in einer Statornut, bei der die entsprechenden Haarnadelleiter mit den Haarnadelleitern einer anderen Gruppe paarweise verbunden werden, kann bei einer ungeraden Anzahl von Haarnadelleitern in derselben Statornut eine Kollision zwischen Haarnadelleitern, die in Uhrzeigerrichtung, und Haarnadelleitern, die in entgegengesetzte Uhrzeigerrichtung gebogen werden, passieren, die durch diesen Verfahrensschritt verhindert wird.
Das Verbinden der entsprechenden Endbereiche erfolgt insbesondere über Schweißen.
Figurenliste
Es zeigen schematisch:

1: ein Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
2: eine perspektivische Ansicht der Komponenten eines erfindungsgemäßen Stators; und
3: den erfindungsgemäßen Stator aus 2 im zusammengebauten Zustand;
4: ein Wickelschema einer ersten Statorwicklung des erfindungsgemäßen Stators der 2 und 3;
5: eine perspektivische Ansicht einer B-Seite eines erfindungsgemäßen Stators;
6: eine perspektivische Ansicht von Haarnadelleitern eines weiteren erfindungsgemäßen Stators;
7: eine perspektivische Ansicht einer jeweiligen Untergruppe der dritten Gruppe und der vierten Gruppe von Haarnadelleitern des erfindungsgemäßen Stators nach 6; und
8: in perspektivischer Ansicht einen schrittweisen Aufbau des erfindungsgemäßen Stators der 7 und 8.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
1 beschreibt ein erfindungsgemäßes Verfahren (100). Das Verfahren umfasst das Einbringen (102) einer ersten Gruppe (21) von Haarnadelleitern (16), das Einbringen (103) einer zweiten Gruppe (22) von Haarnadelleitern (16), das Einbringen (104) einer dritten Gruppe (23) von Haarnadelleitern (16) und das Einbringen (105) einer vierten Gruppe (24) von Haarnadelleitern (16) in ein Statorblechpaket (11) beziehungsweise in die entsprechenden Statornuten (12) des Statorblechpaketes (11).
Dabei erstrecken sich die Haarnadelleiter (16) der ersten Gruppe (21) und der dritten Gruppe (23) über eine unterschiedliche Anzahl von Statornuten (12) im Vergleich zu den Haarnadelleitern (16) der zweiten Gruppe (22) und der vierten Gruppe (24).
Ferner umfasst das Verfahren das Verschränken und Kontaktieren (107) von Endbereichen (20) der Haarnadelleiter (16), und zwar wird ein erster Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der ersten Gruppe (21) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der zweiten Gruppe (22) verbunden, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der zweiten Gruppe (22) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der dritten Gruppe (23) verbunden wird, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der dritten Gruppe (23) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der vierten Gruppe (24) verbunden wird, und wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der vierten Gruppe (24) mit dem zweiten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der ersten Gruppe (21) verbunden wird, sodass eine durchgängige erste Statorwicklung (28a) entsteht.
Optional kann das Verfahren vor dem Einbringen der Haarnadelleiter (16) das Einbringen (101) von Nutisolationen (13) in die Statornuten (12) umfassen. Ferner kann das Verfahren, falls eine Gruppe von Haarnadelleitern (16) eine ungerade Anzahl von Haarnadelleitern (16) umfasst, das Verschränken (106) eines Haarnadelleiters (16) dieser Gruppe um eine Nutposition (25) umfassen. Dabei handelt es sich vorzugsweise um den radial äußersten oder radial innersten Haarnadelleiter (16) der Gruppe.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Komponenten eines erfindungsgemäßen Stators (10). Im linken Bilddrittel sind eine erste Gruppe (21) und eine zweite Gruppe (22) von Haarnadelleitern (16) einer ersten Statorwicklung (28a) gezeigt. Die Haarnadelleiter (16) weisen jeweils einen ersten Schenkel (17), einen zweiten Schenkel (18) und einen gebogenen Verbindungsabschnitt (19) auf, wobei sich der gebogene Verbindungsabschnitt (19) in einen ersten Teilabschnitt (19a), einen zweiten Teilabschnitt (19b) und einen dritten Teilabschnitt (19c) aufteilen lässt. Der erste Teilabschnitt (19a) sowie der dritte Teilabschnitt (19c) erstrecken sich nach Einbringen in Statornuten (12) in radiale Richtung (31), wobei sich der erste Teilabschnitt (19a) in entgegengesetzter radialer Richtung (31) erstreckt als der dritte Teilabschnitt (19c). Der dazwischenliegende zweite Teilabschnitt (19b) erstreckt sich in Umfangsrichtung (32) des Stators (10).
Im mittleren Bilddrittel der 2 ist eine Nutisolation (13) zu sehen, die in die Statornuten (12) des Statorblechpaketes (11), das im rechten Bilddrittel zu sehen ist, eingebracht wird. Nach Einbringen der Nutisolation (13) werden die Haarnadelleiter (16) eingebracht.
In 3 ist der erfindungsgemäße Stator (10) der 2 im zusammengebauten Zustand zu sehen. In die entsprechenden Statornuten (12) des Statorblechpaketes (11) sind Nutisolationen (13) eingebracht. Ferner wurden Haarnadelleiter (16) eingebracht und zwar wurden diese auf einer A-Seite (14) eingebracht und die entsprechenden Schenkel der Haarnadelleiter (16) auf der B-Seite (15) verschränkt und deren Endbereiche (20) miteinander kontaktiert.
Insgesamt sind in 3 drei Statorwicklungen zu sehen, eine erste Statorwicklung (28a), eine zweite Statorwicklung (28b) und eine dritte Statorwicklung (28c). Jeder Statorwicklung umfasst vier Gruppen, eine erste Gruppe (21), eine zweite Gruppe (22), eine dritte Gruppe (23) und eine vierte Gruppe (24), von Haarnadelleitern. Beispielhaft wurden die Untergruppen der Gruppen der ersten Statorwicklung (28a) gekennzeichnet. So umfasst die erste Gruppe (21) eine erste Untergruppe (21a), eine zweite Untergruppe (21b) und eine dritte Untergruppe (21c), die zweite Gruppe (22) eine erste Untergruppe (22a), eine zweite Untergruppe (22b) und eine dritte Untergruppe (22c), die dritte Gruppe (23) und eine erste Untergruppe (23a), eine zweite Untergruppe (23b) und eine dritte Untergruppe (23c), und die vierte Gruppe (24) eine erste Untergruppe (24a), eine zweite Untergruppe (24b) und eine dritte Untergruppe (24c).
Die Haarnadelleiter (16) der Untergruppen stapeln sich in axialer Richtung (30). Die gebogenen Verbindungsabschnitte (19) der Haarnadelleiter (16) der zweiten Gruppe (22) überspannen in Umfangsrichtung (32) die entsprechenden Haarnadelleiter (16) der ersten Gruppe (21). So überspannen insbesondere die gebogenen Verbindungsabschnitte (19) der Untergruppen der zweiten Gruppe (22) die Haarnadelleiter (16) einer entsprechenden Untergruppe der ersten Gruppe (21). Gleiches gilt für die Haarnadelleiter der dritten Gruppe (23) und der vierten Gruppe (24), wobei hier die Haarnadelleiter der vierten Gruppe (24) die Haarnadelleiter der dritten Gruppe (23) überspannen.
In 4 ist ein Wickelschema einer ersten Statorwicklung (28a) eines erfindungsgemäßen Stators (10) gezeigt. Dabei sind in waagerechter Richtung die verschiedenen Statornuten (12) mit einer entsprechenden Zahl 1 bis 72 gekennzeichnet. Senkrecht hierzu in vertikaler Richtung sind die verschiedenen Nutpositionen (25) gezeichnet. Bei einer Nutposition (25) handelt es sich hierbei um eine Position innerhalb derselben Nut in radialer Richtung (31).
Die im Wickelschema dargestellten waagerechten, nicht gestrichelten Abschnitte zwischen der Nutposition 6 und 11 kennzeichnen, welche Statornuten die gebogenen Verbindungsabschnitte der Haarnadelleiter (16) der ersten Untergruppe (21a) der ersten Gruppe (21) überspannen, während die entsprechenden waagerechten, nicht gestrichelten Abschnitte zwischen den Nuten 5 und 12 darstellen, welche Statornuten die Haarnadelleiter (16) der ersten Untergruppe (22a) der zweiten Gruppe (22) überspannen. Gleiches gilt für die anderen derart dargestellten Untergruppen. Aus 4 geht klar hervor, wie ein Haarnadelleiter (16) der ersten Untergruppe (21a) der ersten Gruppe (21) mit einem Haarnadelleiter (16) der ersten Untergruppe (22a) der zweiten Gruppe (22), dieser wiederum mit einem Haarnadelleiter (16) der ersten Untergruppe (23a) der dritten Gruppe (23) und dieser wiederum mit einem Haarnadelleiter (16) der ersten Untergruppe (24a) der vierten Gruppe verbunden ist. Der zuletzt genannte Haarnadelleiter (16) ist dann wieder mit einem Haarnadelleiter (16) der ersten Gruppe (21), und zwar nun der zweiten Untergruppe (21b), verbunden. So setzt sich das Wickelschema über die Untergruppen verschiedener Hierarchie fort.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer B-Seite eines erfindungsgemäßen Stators (10). Die Figur stellt dar, wie bei einer ungeraden Anzahl von Haarnadelleitern (16) einer Untergruppe, das heißt einer ungeraden Anzahl von Haarnadelleitern (16) in einer Statornut (12), der radial innerste Haarnadelleiter radial um eine Nutposition verschränkt werden kann. Der entsprechende Haarnadelleiter (16) hat einen ersten Schenkel (17) und einen zweiten Schenkel (18), die, um Platz zu schaffen, um eine Nutposition in radiale Richtung (31) radial nach innen gebogen werden, nachdem die entsprechenden Schenkel die Statornut (12) verlassen haben. Dadurch wird Platz geschaffen, um Kollisionen zwischen Endbereichen, die im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung (32) und entgegengesetzt des Uhrzeigersinns gebogen werden, zu vermeiden.
In 6 ist eine perspektivische Ansicht von Haarnadelleitern (16) einer ersten Gruppe (21), genauer einer ersten Untergruppe (21a), und einer zweiten Gruppe (22), genauer einer zweiten Untergruppe (22a), eines weiteren erfindungsgemäßen Stators (10) gezeigt.
Die Haarnadelleiter (16) der ersten Gruppe (21) und der zweiten Gruppe (22) sind grundsätzlich geometrisch ähnlich geformt, überspannen allerdings eine unterschiedliche Anzahl von Statornuten (12). Neben einem ersten Schenkel (17) und einem zweiten Schenkel (18) verfügen sie über einen gebogenen Verbindungsabschnitt (19), der über einen radial verlaufenden ersten Teilabschnitt (19a) und einen radial verlaufenden dritten Teilabschnitt (19c) verfügt sowie einen zweiten Teilabschnitt (19b), der in Umfangsrichtung verläuft. Ferner sind die Haarnadelleiter (16) der ersten Untergruppe (21a) der ersten Gruppe (21) sowie der ersten Untergruppe (22a) der zweiten Gruppe (22) in zwei Subgruppen jeweils (21aa, 21bb, 22aa, 22bb) unterteilbar. Unterschiedliche Subgruppen erstrecken sich in entgegengesetzter radialer Richtung, sodass sich die entsprechenden Haarnadelleiter (16) der Subgruppen an unterschiedlich radialen Positionen stapeln, sodass axialer Bauraum eingespart wird.
In 7 ist eine perspektivische Ansicht einer jeweiligen Untergruppe der dritten Gruppe (23) und der vierten Gruppe (24) von Haarnadelleitern des erfindungsgemäßen Stators (10) nach 6 gezeigt, wobei sich die Haarnadelleiter der beiden dargestellten Untergruppen in radialer Richtung abwechselnd stapeln.
In 8 ist in perspektivischer Ansicht ein schrittweiser Aufbau des erfindungsgemäßen Stators (10) der 7 und 8 dargestellt. Nachdem eine Nutisolation (13) in die Statornuten (12) eines Statorblechpaketes (11) eingebracht wird, wird jeweils eine erste Gruppe (21) von Haarnadelleitern (16) für drei Statorwicklungen eingebracht. Im Detail werden hier pro Statorwicklung drei Untergruppen der ersten Gruppe (21) eingebracht. In einem weiteren Schritt werden neun entsprechende Untergruppen der zweiten Gruppe (22) eingebracht. Daraufhin folgen neun Untergruppen einer dritten Gruppe (23) von Haarnadelleitern (16) und neun Untergruppen einer vierten Gruppe (24) von Haarnadelleitern (16). Im letzten Schritt werden die Verbindungsabschnitte verschränkt und kontaktiert. Dabei entspricht die Kontaktierung und somit das Wickelschema dem der 4. Die Haarnadelleiter (16) der Untergruppen der dritten Gruppe (23) und der vierten Gruppe (24) sind derart in die Statornuten (12) eingebracht, dass sie die Haarnadelleiter (16) zweier benachbarter Untergruppen der ersten Gruppe (21) und der zweiten Gruppe (22) teilweise überspannen.
Bezugszeichenliste

10: Stator
11: Statorblechpaket
12: Statornuten
13: Nutisolation
14: A Seite
15: B Seite
16: Haarnadelleiter
17: erster Schenkel
18: zweiter Schenkel
19: gebogener Verbindungsabschnitt
19a: erster Teilabschnitt
19b: zweiter Teilabschnitt
19c: dritter Teilabschnitt
20: Endabschnitte
21: erste Gruppe
21a: erste Untergruppe
21aa: erste Subgruppe
21 bb: zweite Subgruppe
21b: zweite Untergruppe
21c: dritte Untergruppe
22: zweite Gruppe
22a: erste Untergruppe
22aa: erste Subgruppe
22bb: zweite Subgruppe
22b: zweite Untergruppe
22c: dritte Untergruppe
23: dritte Gruppe
23a: erste Untergruppe
23b: zweite Untergruppe
23c: dritte Untergruppe
24: vierte Gruppe
24a: erste Untergruppe
24b: zweite Untergruppe
24c: dritte Untergruppe
25: Nutposition
26: Wicklungsanfang
27: Wicklungsende
28a: erste Statorwicklung
28b: zweite Statorwicklung
28c: dritte Statorwicklung
30: axiale Richtung
31: radiale Richtung
32: Umfangsrichtung
100: Verfahren
101: Einbringen Nutisolation
102: Einbringen erste Gruppe
103: Einbringen zweite Gruppe
104: Einbringen dritte Gruppe
105: Einbringen vierte Gruppe
106: Verschränken eines Haarnadelleiters um eine Nutposition
107: Verschränken und Kontaktieren der Endabschnitte

Claims

Stator (10) für eine elektrische Maschine umfassend eine Vielzahl von Statornuten (12), wobei der Stator (10) eine erste Statorwicklung (28a) umfasst, wobei die erste Statorwicklung (28a) eine erste Gruppe (21), eine zweite Gruppe (22), eine dritte Gruppe (23) und eine vierte Gruppe (24) von Haarnadelleitern (16) umfasst, wobei sich die erste Gruppe (21) und die dritte Gruppe (23) von Haarnadelleitern (16) über eine erste Anzahl von Statornuten (12) erstrecken, wobei sich die zweite Gruppe (22) und die vierte Gruppe (24) von Haarnadelleitern (16) über eine zweite Anzahl von Statornuten (12) erstrecken, wobei sich die erste Anzahl von der zweiten Anzahl unterscheidet, wobei die Haarnadelleiter (16) jeweils einen freien ersten Endbereich und freien zweiten Endbereich aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbereiche der Haarnadelleiter (16) bis auf einen Wicklungsanfang (26) und ein Wicklungsende (27) derart verbunden sind, dass der erste Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der ersten Gruppe (21) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der zweiten Gruppe (22) verbunden ist, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der zweiten Gruppe (22) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der dritten Gruppe (23) verbunden ist, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der dritten Gruppe (23) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der vierten Gruppe (24) verbunden ist, und wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der vierten Gruppe (24) mit dem zweiten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der ersten Gruppe (21) verbunden ist, sodass die erste Statorwicklung (28a) durchgängig über die Haarnadelleiter (16) der ersten Gruppe (21), der zweiten Gruppe (22), der dritten Gruppe (23) und der vierten Gruppe (24) ausgebildet ist.
Stator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haarnadelleiter (16) jeweils einen ersten Schenkel (17), einen zweiten Schenkel (18) und einen gebogenen Verbindungsabschnitt (19) umfassen, wobei die erste Gruppe (21) und/oder zweite Gruppe (22) und/oder dritte Gruppe (23) und/oder vierte Gruppe (24) mindestens zwei Untergruppen aufweist, wobei die Haarnadelleiter (16) derselben Untergruppe derart ausgebildet sind, dass die ersten Schenkel (17) der Haarnadelleiter (16) in einer derselben Statornut (12) angeordnet sind und wobei die zweiten Schenkel (18) der Haarnadelleiter (16) in derselben Statornut (12) angeordnet sind.
Stator (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haarnadelleiter (16) mindestens einer Untergruppe in axialer Richtung (30) gestapelt sind.
Stator (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haarnadelleiter (16) mindestens einer Untergruppe in radialer Richtung (31) gestapelt sind.
Stator (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haarnadelleiter (16) von zwei Untergruppen verschiedener Gruppen derart in radialer Richtung (31) gestapelt sind, dass sich die Haarnadelleiter (16) der einen Untergruppe und die Haarnadelleiter (16) der anderen Untergruppe in radialer Richtung (31) abwechseln.
Stator (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gebogenen Verbindungsabschnitte (19) der Haarnadelleiter (16) der ersten Gruppe (21) und/oder der zweiten Gruppe (22) und/oder der dritten Gruppe (23) und/oder der vierten Gruppe (24) aus drei Teilabschnitten gebildet sind, wobei sich ein erster Teilabschnitt (19a) und ein dritter Teilabschnitt (19c) in radialer Richtung (31) erstrecken, wobei sich der erste Teilabschnitt (19a) an den ersten Schenkel (17) anschließt, und wobei sich ein zweiter, zwischen dem ersten und dem dritten Teilabschnitt angeordneter, Teilabschnitt (19b) in Umfangsrichtung (32) erstreckt.
Stator (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Untergruppe jeweils eine erste Subgruppe und eine zweite Subgruppe bildet, wobei sich die ersten Teilabschnitte (19a) der Haarnadeleiter (16) der ersten Subgruppe in entgegengesetzte radiale Richtungen erstrecken als die ersten Teilabschnitte (19a) der Haarnadelleiter (16) der zweiten Subgruppe.
Elektrische Maschine, insbesondere Drehfeldmaschine, gekennzeichnet durch einen Stator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren (100) zum Herstellen eines Stators (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) die folgenden Schritte umfasst: - Einbringen einer ersten Gruppe (21) von Haarnadelleitern (16); - Einbringen einer zweiten Gruppe (22) von Haarnadelleitern (16); - Einbringen einer dritten Gruppe (23) von Haarnadelleitern (16); - Einbringen einer vierten Gruppe (24) von Haarnadelleitern (16), wobei die Haarnadelleiter (16) der ersten Gruppe (21), der zweiten Gruppe (22), der dritten Gruppe (23) und der vierten Gruppe (24) jeweils einen freien ersten Endbereich und freien zweiten Endbereich aufweisen; - Verschränken und Kontaktieren der Endbereiche der Haarnadelleiter (16) derart, dass der erste Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der ersten Gruppe (21) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der zweiten Gruppe (22) verbunden wird, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der zweiten Gruppe (22) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der dritten Gruppe (23) verbunden wird, wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der dritten Gruppe (23) mit dem ersten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der vierten Gruppe (24) verbunden wird, und wobei der zweite Endbereich jedes Haarnadelleiters (16) der vierten Gruppe (24) mit dem zweiten Endbereich eines Haarnadelleiters (16) der ersten Gruppe (21) verbunden wird, sodass eine erste Statorwicklung (28a) durchgängig über die Haarnadelleiter (16) der ersten Gruppe (21), der zweiten Gruppe (22), der dritten Gruppe (23) und der vierten Gruppe (24) entsteht.
Verfahren (100) nach Anspruch 9, wobei die erste Gruppe (21) und/oder die zweite Gruppe (22) und/oder die dritte Gruppe (23) und/oder die vierte Gruppe (24) eine ungerade Anzahl von Haarnadelleitern (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) vor dem Kontaktieren der Haarnadelleiter (100) das Verschränken eines Haarnadelleiters (16) der entsprechenden Gruppe um eine Nutposition (25) umfasst.