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Die Erfindung betrifft eine Wellenwicklung eines Rotors oder eines Stators einer elektrischen Maschine, die eine Wickelbahn mit mindestens zwei innerhalb eines Lagenpaares verflochtenen Leitern umfasst, die in einer Vielzahl von Wickellagen in einer Vielzahl von radial offenen Nuten des Rotors bzw. Stators angeordnet ist. Das Lagenpaar umfasst dabei eine innere und eine äußere Lage und mindestens ein erster der Leiter weist einen Nutsprung mit einem Wickellagenwechsel auf.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Wickelmatte.
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Die Bedeutung von Elektromotoren hat im Zuge der Energie- und Verkehrswende stark zugenommen, da der Bedarf nach Antrieben, die ohne fossile Brennstoffe auskommen, ansteigt. Ein herkömmlicher Elektromotor besteht aus einem Stator und einem Rotor. Wenn Strom durch die um den Rotor gewickelten Leiter fließt, bildet sich ein Nord- und ein Südpol aus und der Rotor beginnt sich aufgrund des äußeren Magnetfelds des Stators zu drehen. Die Art des Wickelns für Stator und Rotor spielt dabei für die Effizienz des Elektromotors eine wesentliche Rolle.
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Beim Wickeln der Leiter zu einer Wickelmatte, die um oder an dem Stator oder dem Rotor befestigt wird, werden die Leiter mechanisch beansprucht. Um einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Laufruhe, einen niedrigen Geräuschpegel und eine hohe Robustheit des Elektromotors gewährleisten zu können, muss der Wickelprozess reproduzierbar sein und die Leiter möglichst wenig mechanisch beanspruchen. Zudem ist eine hohe Beanspruchung des Leitermaterials während des Wickelns auch insofern nachteilig, als dass dadurch ein erhöhter Materialaufwand bei der Produktion entsteht.
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Es gibt unterschiedliche Verfahren zur Herstellung einer Wickelmatte für einen Stator oder einen Rotor. In der Regel werden ein oder mehrere Wickeldrähte oder Leiter, diese können beispielsweise Runddrähte oder Flachdrähte sein, über eine Zuführeinrichtung einem Wickelschwert oder einem Steckbrett zugeführt und auf diesem aufgewickelt.
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So wird in der
DE 10 2004 035 084 A1 ein Wickelverfahren für das mehrfache Wickeln um ein Wickelschwert beschrieben. Für das Wickelverfahren wird eine Schablone benötigt, auf der aus n parallelen Drähten Stege, die sich auf der Schablone befinden, und Wickelköpfe, die über die Schablone hinausragen, in einem ersten Arbeitsschritt erzeugt werden. Die Wickelköpfe werden vorzugsweise V- bzw. giebelförmig durch an der Schablone angebrachte Formkörper erzeugt. Nach dem Erzeugen der Stege und der Wickelköpfe werden diese in einem zweiten Arbeitsschritt um das n-fache des Zwischenabstandes entlang einer Drehachse der Schablone verschoben. Die ersten beiden Arbeitsschritte werden so lange wiederholt, bis eine Anzahl an Wicklungen erzeugt worden ist, die einer Anzahl von Rotor- oder Statornuten entspricht.
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Alternativ sind aus der Praxis Verfahren bekannt, die ohne Wickelschwert auskommen. Stattdessen wird bei diesen ein Leiterstrang einem Haltewerkzeug zugeführt, welches einen Wickelkopf und anschließend einen Steg mittels jeweils eines angepassten Biegeschwertes formt und dies periodisch wiederholt, bis die fertige Wickelmatte hergestellt worden ist. Der Vorteil einer solchen Lösung besteht darin, dass dieses Verfahren ohne Wickelschwert auskommt und somit im Prinzip eine höhere Gestaltungsflexibilität für die Wickelmatte zulässt. Bisher wurde dieses Verfahren jedoch nicht für komplexere Wickelmuster verwendet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neues Wickelschema für eine Wellenwicklung eines Rotors oder eines Stators einer elektrischen Maschine und ein Verfahren zur Herstellung einer zugehörigen Wickelmatte bereitzustellen, welche diese gewonnene Flexibilität bestmöglich ausnutzt, so Prozessschritte einspart und außerdem eine elektrisch robustere Wicklung ermöglicht, welche weniger Kontaktstellen aufweist.
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Die Aufgabe wir für die eingangs beschriebene Wellenwicklung dadurch gelöst, dass der Wickellagenwechsel als ein erster Leitersprung ausgebildet ist, der mindestens einmal die innere oder die äußere Lage überspringt.
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Es ist zweckmäßig, wenn der erste Leitersprung mindestens einmal die innere und die äußere Lage überspringt. Ferner kann ein Leiterspruch auch eine oder mehrere Wickellagen, und somit die innere und die äußere Lage mehrfach überspringen. Es ist von Vorteil, wenn ein zweiter der Leiter einen zweiten Leitersprung aufweist, der mindestens einmal die innere oder die äußere Lage überspringt, und der erste und der zweite Leitersprung parallel zueinander liegen. Alternativ ist es von Vorteil, wenn der zweite der Leiter einen dritten Leitersprung, der mindestens einmal die innere oder die äußere Lage überspringt, aufweist und der erste und der dritte Leitersprung sich kreuzen. Dies erhöht die Flexibilität noch weiter.
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Es ist außerdem bevorzugt, wenn die Wellenwicklung zwei Wickelkopfseiten aufweist und der erste Leiter auf jeder Wickelkopfseite einen Leitersprung umfasst. Auch auf diese Weise kann die Flexibilität wie auch die Robustheit des Systems erhöht werden.
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Die Aufgabe wird ferner durch ein Wickelverfahren zur Herstellung einer Wickelmatte gelöst, bei dem eine Wickelbahn, die aus mindestens zwei Leitern innerhalb eines Lagenpaares, welches eine innere und eine äußere Lage umfasst, in einer Vielzahl von Wickellagen auf einem Trägersystem mittels mehrerer Biegeschwerter geflochten wird. Während des Flechtens wird in einer der Wickellagen mindestens einer der Leiter geparkt und in einer der darauffolgenden Wickellagen wieder eingeflochten, so dass der mindestens eine Leiter mindestens einmal eine der inneren oder eine der äußeren Lagen überspringt.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn das Parken und das Einflechten des mindestens einen Leiters mehrere Male während des Wickelverfahrens erfolgt. So ist es möglich, eine Vielzahl an Leitersprüngen in die Wickelmatte einzubringen, so dass die Flexibilität und die Robustheit weiter erhöht werden.
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Das Wickelverfahren kann vorteilhaft vereinfacht werden, indem der mindestens eine Leiter unter einem Winkel geparkt unter dem er wieder eingeflochten wird.
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Ferner ist es zweckmäßig, dass das Trägersystem ein radiales oder ein ebenes Trägersystem ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Lagenpaar zwischen der inneren und der äußeren Lage mindestens eine mittlere Lage auf. Das Lagenpaar hat auf diese Weise drei oder mehr Lagen, in denen die Leiter geführt werden. Dies erlaubt eine noch größere Flexibilität in der Ausgestaltung des Wickelschemas.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Wickelverfahrens sieht vor, dass das Parken des einen der Leiter auf jeder von zwei Wickelkopfseiten der Wickelbahn erfolgt.
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Die Aufgabe wird auch durch eine Wickelmatte gelöst, welche die oben beschriebene Wellenwicklung umfasst oder nach dem eben beschriebenen Wickelverfahren hergestellt ist. Ferner wird die Aufgabe durch eine elektrische Maschine gelöst, deren Rotor oder Stator die oben beschriebene Wellenwicklung aufweist oder der nach dem eben beschriebenen Wickelverfahren gewickelt ist. Auch ein elektrisches Fahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine löst die Aufgabe.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Wellenwicklung anhand zweier Wickellagen,
- 2 einen Stator mit einem Leiter und
- 3 eine schematische Darstellung eines Wickelverfahrens.
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Die 1 zeigt exemplarisch zwei Wickellagen 1, 2 einer Wellenwicklung eines Rotors oder eines Stators einer elektrischen Maschine, welche Teil einer Wickelbahn sind. Diese besteht hier aus zwei innerhalb eines Lagenpaares 56 verflochtenen Leitern 3, 4. Das Lagenpaar 56 umfasst dabei bezüglich der Anordnung in einer Nut 9 (2) eine innere Lage 5 und eine äußere Lage 6, kann im Allgemeinen aber auch noch eine oder mehrere innere Lagen umfassen. Ein Wickellagenwechsel liegt dort vor, wo einer der Leiter 3, 4 von der ersten Wickellage 1 in die zweite Wickellage 2 übergeht, oder umgekehrt. Das Ausführungsbeispiel beinhaltet mehrere solcher Wickellagenwechsel, die als Leitersprung 71, 72, 73, 74 ausgebildet sind, die jeweils einmal die innere und die äußere Lage 5, 6 überspringen.
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Der erste und der zweite Leitersprung 71, 72 liegen parallel zueinander, der dritte und der vierte Leitersprung 73, 74 kreuzen diese. Im Allgemeinen müssen die Leitersprünge 71, 72, 73, 74 nicht nebeneinander liegen und können weiter voneinander beabstandet sein.
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Ein Stator und ein Rotor bestehen aus einem kreisförmigen Blechpaket 8, welches eine Vielzahl von radial offenen Nuten 9 umfasst, wie es exemplarisch in der 2 anhand eines Stators gezeigt ist. Hier ist ausschließlich der reguläre Verlauf des ersten Leiters 3 dargestellt. Der erste Leiter 3 wird durch eine der Nuten 9 geführt und überspannt in einem Wickelkopf bzw. Nutsprung 10 auf einer ersten Wickelkopfseite des Blechpakets 8, oder auch der Wickelbahn, sofern man die in das Blechpaket 8 eingebrachte Wickelmatte betrachtet, eine vordefinierte Anzahl an Nuten 9. Anschließend wird er durch eine weitere der Nuten 9 geführt und bildet einen weiteren Wickelkopf bzw. Nutsprung 11 auf einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Wickelkopfseite. Fertig gewickelt sind beide Wickelkopfseiten vollständig mit dem ersten und dem zweiten Leiter 3, 4, oder auch mit noch weiteren Leitern bedeckt.
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Die 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Wickelverfahrens zur Herstellung einer eben beschriebenen Wickelmatte. In einem ersten Schritt wird hier mittels zweier Biegeschwerter eine Wickelbahn geflochten. Während des Flechtens 12 findet ein Parken 13 eines der Leiter 3, 4 in einer der Wickellagen 1, 2 statt, bei dem der Leiter 3, 4 zeitweise nicht weiter geflochten, sondern unter einem Winkel geparkt wird, unter dem er wieder eingeflochten werden soll. Somit kann eine spätere Anpassung vermieden werden, was sich materialschonend auswirkt und das Wickelverfahren beschleunigt. Die Wickelbahn wird weiter geflochten (Flechten 14). Der Leiter 3, 4 wird dann in einer der darauffolgenden Wickellagen 1, 2 wieder eingeflochten (Einflechten 15) und das Verfahren beginnt von vorn oder die Wickelmatte wird regulär fertig geflochten (Abschluss 16). Während des gesamten Vorgangs werden geflochtene Abschnitte der Wickelbahn auf ein Trägersystem, zum Beispiel ein radiales Trägersystem in Form des Blechpakets 8 oder auch ein ebenes Trägersystem, aufgebracht und niedergehalten, so dass sich mehrere Wickellagen 1, 2 bilden.
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Durch das Einflechten 15 des Leiters 3, 4 entsteht ein Leitersprung 71, 72, 73, 74, bei dem der Leiter 3, 4 mindestens einmal eine der inneren oder eine der äußern Lage 5, 6 überspringt. Das Parken 13 und das Einflechten 15 des Leiters 3, 4 erfolgt also in der Regel mehrmals während des Wickelverfahrens.
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Bezugszeichen
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- 1
- erste Wickellage
- 2
- zweite Wickellage
- 3
- erster Leiter
- 4
- zweiter Leiter
- 5
- innere Lage
- 6
- äußere Lage
- 56
- Lagenpaar
- 71, 72, 73, 74
- Leitersprung
- 8
- Blechpaket
- 9
- Nut
- 10, 11
- Nutsprung
- 12, 14
- Flechten
- 13
- Parken
- 15
- Einflechten
- 16
- Abschließen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004035084 A1 [0006]
