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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wellenwicklungen enthaltenden Wicklungsmatte eines Stators, eine Wicklungsmatte und einen Stator, insbesondere für eine elektrische Maschine.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Wellenwicklungen bekannt, die unter anderem zur Herstellung von Statoren für Elektromotoren eingesetzt werden. Dabei wird der Wickeldraht, dies kann ein Runddraht oder auch ein Flachdraht sein, in der Regel über eine Zuführeinrichtung zugeführt und auf einem Wickelschwert aufgewickelt. Dabei müssen Wellen erzeugt werden. Dies geschieht dadurch, dass bei der Wicklung um das Schwert der Wickelvorgang unterbrochen und der Draht quer zur Zuführrichtung ausgelenkt werden muss, dann eine Drehung des Schwertes um 180° erfolgt, die Drehung wieder angehalten wird usw., damit man das charakteristische Wellenmuster erhält. Je nach gewünschter Verschaltung am Stator werden üblicherweise in solchen Wellenwicklungen eine Mehrzahl Drähte, beispielsweise 6 Drähte gleichzeitig zugeführt und gewickelt.
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Aktuell gibt es diverse Wickelverfahren, darunter Wellenwicklung und Stufenumschlagwicklung. Abhängig von der Wickeltechnik treten unterschiedliche Probleme auf.
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Bei der Wellenwicklung beginnt die Wicklungsmatte mit einzelnen Drähten. Ab einer gewissen Nutzahl sind dann unbeabsichtigter Weise zwei Drähte in einer Nut. Diese Asymmetrie stellt ein Problem dar und kann zu Kreisströmen führen.
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Stufenumschlagwicklungen haben eine bessere Symmetrie, jedoch viel mehr Schweißstellen, die über den kompletten Umfang verteilt sind.
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Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass entweder Symmetrie oder zu viele Schweißstellen vorhanden sind.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklungsmatte (Wickelverfahren) und eine Wicklungsmatte, sowie ein Stator mit demselben, bereitgestellt werden, welche(s) einerseits eine bessere Symmetrie und andererseits wenige Schweißstellen auf einem kleinen Umfangskreis hat.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Herstellung einer Wellenwicklungen enthaltenden Wicklungsmatte eines Stators bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Vielzahl von für Nuten eines Stators vorgesehenen Drähten. Das Verfahren umfasst ferner ein Biegen der Vielzahl von Drähten an einer Schwertkante eines Schwerts. Das Verfahren umfasst ferner ein Verteilen der Vielzahl von Drähten auf die für den Stator vorgesehenen Nuten, so dass sich in jeder Nut zwei Drähte befinden.
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Dies hat den Vorteil, dass weniger Schweißstellen bei besserer Symmetrie erzeugt werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Die Vielzahl von Drähten kann zwei verschiedene Drahtreihen, nämlich eine erste und eine zweite Drahtreihe, ausbilden.
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Die zwei verschiedenen Drahtreihen können gestapelt sein. Insbesondere können die zwei Drahtreihen vor dem Schritt des Biegens gestapelt und danach ineinander gefaltet sein. Zum Beispiel liegt die erste Drahtreihe unterhalb/oberhalb der zweiten Drahtreihe vor dem Schritt des Biegens, beispielweise auf einem Träger.
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Dies hat einen Symmetrievorteil.
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Die Drähte der ersten Drahtreihe können stärker gebogen werden beim Schritt des Biegens als die Drähte der zweiten Drahtreihe.
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Hierdurch wird sichergestellt, dass jeder der Drähte um die Schwertkante vollständig gebogen ist.
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Insbesondere jeder Draht der ersten Drahtreine bildet mit einem entsprechenden Draht der zweiten Drahtreihe ein Paar. Jedes Paar kann eine Symmetrie aufweisen, bei der sich jeder der Drähte in jeweils für das Paar vorgesehenen unterschiedlichen Nuten einmal in radialer Richtung oberhalb und unterhalb befindet.
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Dies kann symmetrisch vorteilhaft sein, sodass Kreisströme vermieden werden.
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Außerdem kann jedes Paar, vor dem Schritt des Biegens, übereinanderliegen. Insbesondere kann jeder Draht der zweiten Drahtreihe einen entsprechenden Draht der ersten Drahtreihe kreuzen. Somit können immer genau zwei Drähte pro Nut dediziert sein.
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Ebenfalls können die Paare in voneinander in Wicklungsrichtung der Wicklungsmatte beabstandeten Nuten angeordnet sein.
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Die oben definierte Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Wicklungsmatte für einen Stator, vorzugsweise hergestellt durch ein Verfahren wie oben beschrieben, bereitgestellt wird. Die Wicklungsmatte hat eine Vielzahl von für Nuten des Stators vorgesehene Drähte. Die Drähte sind an einer Schwertkante eines Schwerts gebogen worden. Die Vielzahl von Drähten sind auf die für den Stator vorgesehenen Nuten verteilt, so dass sich in jeder Nut zwei Drähte befinden.
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Dies hat ebenfalls den Vorteil, dass weniger Schweißstellen bei besserer Symmetrie erzeugt werden.
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Die Wicklungsmatte kann insbesondere drei Wicklungen für den Stator ausbilden bzw. eine solche Wicklungslänge aufweisen. Somit können sich drei Lagen derselben Wicklungsmatte ergeben, die den Stator umgibt.
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Ferner wird ein Stator bereitgestellt, der eine Wicklungsmatte, wie oben beschrieben, aufweist.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Doppel-Zweischicht-Wellenwicklung mit perfekter Symmetrie ohne Kreisströme. Insbesondere kann eine Wicklungstechnik für eine symmetrische Wicklung vorgeschlagen sein. Diesbezüglich kann die Wicklungstechnik für eine bessere Symmetrie und weniger Schweißpunkte verbessert werden.
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Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Erfindung für einen Stator mit z. B. 48 Nuten vorgesehen sein. Die Wicklungstechnik kann dabei mit 12 Drähten verteilt an den ersten sechs Nuten beginnen. Hiermit können zwei Drähte pro Nut eingebettet werden. Eine Reihe von Drähten kann an dem Schwert anliegen und die zweite Reihe kann sich über der ersten Reihe befinden. Dies erlaubt, dass jeder Draht durch die Schwertkante gebogen wird. Danach sind die Drähte, welche sich ursprünglich übereinander befunden haben, wieder übereinander positioniert.
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Gemäß einem oder mehreren Ausführungsformen kann ein Wickelverfahren bereitgestellt werden, welches einerseits eine bessere Symmetrie sicherstellt und andererseits wenige Schweißstellen hat auf einem kleinen Umfangsbereich.
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Das hierin beschriebene Wickelverfahren kann dem Wellenwicklungsverfahren sehr ähnlich sein. Bei dem Stator mit z. B. 48 Nuten beginnt man mit 12 Drähten, die auf die ersten sechs Nuten verteilt sind. Das heißt, in einer Nut liegen zwei Drähte. Für das Wickeln auf dem Schwert bedeutet das, dass eine Drahtreihe direkt am Schwert anliegt und die zweite Drahtreihe darauf angeordnet ist. Wenn die Drähte geschränkt werden, um das Dach der Wicklung zu erzeugen, wird der eine Draht etwas stärker geschränkt als der andere. Dies stellt sicher, dass jeder einzelne Draht in die Schwertkante gebogen werden kann. Nachdem die Biegung über die Schwertkante vollzogen ist, können die Drähte, die ursprünglich übereinanderlagen, wieder übereinander positioniert werden. Durch die Wicklung über das Schwert kann es automatisch zu einem radialen Tausch der Drähte kommen. Das heißt, der Draht, der zum ersten Stator radial außen lag, liegt in der nächsten Nut, in der er wieder eintaucht, radial innen. Dadurch kann automatisch eine perfekte Symmetrie in radialer Richtung geschaffen werden.
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Neben der Symmetrie kann der Bereich, in dem gestaltet werden muss und auch die Anzahl der Schweißstellen selbst, sehr klein sein. In dem Beispiel müssen bei einer 48-nutigen Maschine nur 12 Schweißstellen hergestellt werden. Diese können verteilt auf einen Bereich von 12 Nuten (90 Grad) liegen.
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Es ist dem Fachmann klar, dass die hierin dargelegten Erklärungen unter Verwendung von Hardwareschaltungen, Softwaremitteln oder einer Kombination davon implementiert sein/werden können. Die Softwaremittel können im Zusammenhang stehen mit programmierten Mikroprozessoren oder einem allgemeinen Computer, einer ASIC (Englisch: Application Specific Integrated Circuit; zu Deutsch: anwendungsspezifische integrierte Schaltung) und/oder DSPs (Englisch: Digital Signal Processors; zu Deutsch: digitale Signalprozessoren).
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Beispielsweise kann das Verfahren bzw. eine das Verfahren ausführende Einheit/Vorrichtung teilweise als ein Computer, eine Logikschaltung, ein FPGA (Field Programmable Gate Array; zu Deutsch: im Feld programmierbare Logik-Gatter-Anordnung), ein Prozessor (beispielsweise umfassend einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller (µC) oder einen Vektorprozessor)/Core (zu Deutsch: Hauptspeicher, kann in dem Prozessor integriert sein beziehungsweise von dem Prozessor verwendet werden)/CPU (Englisch: Central Processing Unit; zu Deutsch: zentrale Prozessoreinheit; wobei mehrere Prozessorkerne möglich sind), eine FPU (Englisch: Floating Point Unit; zu Deutsch: Gleitkommaprozessoreinheit), eine NPU (Englisch: Numeric Processing Unit; zu Deutsch: Numerische Prozessoreinheit), eine ALU (Englisch: Arithmetic Logical Unit; zu Deutsch: arithmetisch-logische Einheit), ein Koprozessor (zusätzlicher Mikroprozessor zur Unterstützung eines Hauptprozessors (CPU)), eine GPGPU (Englisch: General Purpose Computation on Graphics Processing Unit; zu Deutsch: Allzweck-Berechnung auf Grafikprozessoreinheit(en)), ein Parallelrechner (zum gleichzeitigen Ausführen, unter anderem auf mehreren Hauptprozessoren und/oder Grafikprozessoren, von Rechenoperationen) oder ein DSP realisiert sein.
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Es ist dem Fachmann zu dem klar, dass auch dann wenn die hierin beschriebenen Details in Bezug auf ein Verfahren beschrieben werden, diese Details auch in einer geeigneten Vorrichtung, einem Computerprozessor oder einem mit einem Prozessor verbundenen Speicher realisiert sein können, wobei der Speicher mit einem oder mehreren Programmen versehen ist, die das Verfahren durchführen, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden. Hierbei können Verfahren wie Swapping (zu Deutsch: Umlagerung) und Paging (zu Deutsch: Kachelverwaltung) verwendet werden.
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Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch auf die Wicklungsmatte oder den Stator zutreffen. Genauso können die voranstehend in Bezug auf den Stator und die Wicklungsmatte beschriebenen Aspekte in entsprechender Weise auf das Verfahren zutreffen.
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Obwohl Begriffe wie „erster“ oder „zweiter“ usw. evtl. zur Beschreibung verschiedener Komponenten verwendet werden, sind diese Komponenten nicht auf diese Begriffe zu beschränken. Mit den obigen Begriffen soll lediglich eine Komponente von der anderen unterschieden werden. Beispielsweise kann eine erste Komponente als zweite Komponente bezeichnet werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen; ebenso kann eine zweite Komponente als erste Komponente bezeichnet werden. Der Begriff „und/oder“ umfasst beide Kombinationen der mehreren miteinander in Verbindung stehenden Gegenstände sowie jeden Gegenstand dieser Mehrzahl der beschriebenen Mehrzahl Gegenstände.
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Heißt es vorliegend, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente „verbunden ist“, damit „in Verbindung steht“, kann dies heißen, dass sie damit unmittelbar verbunden ist oder auf diese unmittelbar zugreift; hierbei ist aber anzumerken, dass eine weitere Komponente dazwischenliegen kann. Heißt es andererseits, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente „unmittelbar verbunden“ ist, ist darunter zu verstehen, dass dazwischen keine weiteren Komponenten vorhanden sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Wellenwicklung vor dem Schwerteinsatz bzw. eine Seitenansicht eines Wicklungskopfes;
- 2 eine schematische Darstellung einer Wellenwicklung nach dem Schwerteinsatz bzw. eine Draufsicht eines Wicklungskopfes;
- 3 eine schematische Darstellung einer Wicklungsmatte auf einem Stator mit Anschlüssen.
- 4 eine schematische Darstellung einer Wicklungsmatte auf einem Stator mit Sternverschaltung; und
- 5 eine schematische Darstellung eines Stators.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
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Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“, „links“, „linke(r)/linkes“, „rechts“, „rechte(r)/rechtes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen des in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Bauelements umfassen. Das Bauelement kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso entsprechend interpretiert werden.
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Das Verfahren, die Wicklungsmatte und der Stator werden nun anhand von Ausführungsformen beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wellenwicklung vor dem Schwerteinsatz bzw. eine Seitenansicht eines Wicklungskopfes. Die Nuten 20 sind beispielhaft mit den Ziffern 1 bis 12 gekennzeichnet. Darunterliegende Anordnungen in 1 werden mit den Kennzahlen 1 und 2 bezeichnet, sodass klar ist, dass die entsprechende Kombination die entsprechenden zwei Anfangsstücke der jeweiligen Drähte 1, 2 in die entsprechenden Nuten gehören. Hierbei sind zwei verschiedene Drahtreihen, eine erste Drahtreihe 22 und eine zweite Drahtreihe 23 gezeigt. Insbesondere kann eine der beiden Drahtreihen 22, 23 über der anderen Drahtreihe liegen. Wird nun das Schwert 24 aktiv und biegt die jeweiligen Drahtreihen an der Schwertkante, die hier gestrichelt gezeigt ist, entsteht die signifikante Welle der Wellenwicklung, wie sie in 1 gezeigt ist.
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Ferner wird aus 1 ebenfalls klar, dass z. B. für das Drahtpaar ganz links, das oben mit einer 1 und einer darunterliegenden 2 an einem ersten Ende der jeweiligen Drähte und einer obenliegenden 2 und einer untenliegenden 1 an einem zweiten Ende die entsprechende Lage des Drahtes in der jeweiligen Nut beschreibt. Die Einsen und Zweien der jeweiligen ersten und zweiten Drahtreihe 22, 23 beschreibt deren Lage in der Nut. So ist z. B. das Drahtpaar, das sich in der Nut 1 und Nut 7 befindet so vorgesehen, dass sich der eine der beiden Drähte in der Nut 1 oben befindet (durch die 1 unter der Nut 1 bezeichnet) und in der Nut 7 unten befindet (durch die 1 unterhalb von Nut 7 bezeichnet). Der entsprechende andere Draht liegt in Nut 1 unten und in Nut 7 oben. Somit liegt jeder Draht einmal unten und einmal oben in einer dazu entsprechenden Nut 20.
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Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in 1 gezeigte Ausführungsform kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder nachstehend in Bezug auf 2 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Wellenwicklung nach dem Schwerteinsatz bzw. eine Draufsicht eines Wicklungskopfes. Insbesondere ist in 2 zu sehen, dass kein Schwert 24 in 2 gezeigt ist. Das liegt daran, dass sich 2 auf die Situation nach dem Schwerteinsatz bezieht und die Drähte jeweils bereits gebogen wurden. Die Beziehung der einzelnen Zahlen zueinander entspricht genau der für die Zahl vorgesehenen Nut. Hierbei wird klar, dass sich die jeweiligen Zahlen der Nuten 20 mit den Zahlen der Enden der Drähte entsprechen. Der Begriff Ende der Drähte ist hier lediglich exemplarisch zu verstehen. Somit können sich in jeder der Nuten 20 genau zwei Drähte, also ein Drahtpaar, befinden. Ebenso, in Anlehnung zu 1, ist klar, dass sich die Reihenfolge der Drähte von Nut zu Nut ändert, sodass sich bei einem Übergang von Nut 1 auf Nut 7 der Draht gedreht ist. Dasselbe gilt für den Übergang von Nut 2 auf 8, von 3 auf 9, von 4 auf 10, von 5 auf 11 und von 6 auf 12.
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Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in 2 gezeigte Ausführungsform kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einen oder mehreren vorstehend (z. B. 1) oder nachstehend (z. B. 3 bis 5) beschriebenen Ausführungsform erwähnt sind.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Wicklungsmatte 21 auf einem Stator mit Anschlüssen, die für die jeweiligen Phasen U, V, W vorgesehen sind. Die entsprechend für ein Drahtpaar vorgesehenen Nuten 20 wiederholen sich alle sechs Nuten des Stators. Die Wicklungsmatte 21 kann so auf den Stator aufgewickelt werden, dass sich stufenartige Lagen um den Stator herum bilden. In einem Endbereich können dann die drei Phasen U, V und W mit der Wicklungsmatte in Verbindung gebracht werden.
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Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in 3 gezeigte Ausführungsform kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einen oder mehreren vorstehend (z. B. 1 und 2) oder nachstehend (z. B. 4 und 5) beschriebenen Ausführungsform erwähnt sind.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Wicklungsmatte 21 auf einem Stator 26 mit Sternverschaltung 25. Außerdem wird in 5 eine schematische Darstellung eines Stators 26 gezeigt, aus der die schematische Anordnung der Drahtreihen 22, 23 ersichtlich wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1 - 12
- Nuten
- 20
- Vielzahl von Nuten
- 21
- Wicklungsmatte
- 22
- erste Drahtreihe
- 23
- zweite Drahtreihe
- 24
- Schwert
- 25
- Stern
- 26
- Stator
- U, V, W
- Dreiphasen
