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STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft eine elektrische
Drehfeldmaschine mit einem Ständer
und einem Läufer, wobei
in den radial nach innen offenen Nuten des Ständers eine ein- oder mehrphasige
Wicklung mit stirnseitigen Wickelköpfen zur Erzeugung eines Drehfeldes
angeordnet ist.
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Derartige, beispielsweise aus der
WO 01/54254 A1 bekannte Drehfeldmaschinen werden beispielsweise
in der so genannten Flachpakettechnik hergestellt, bei der die Wicklung
in die Nuten eines linearen Ständerelements
eingebracht wird und dieses Ständerelement
dann zu einem ringförmigen Ständer geformt
wird. Die Wicklung wird dabei üblicherweise
aus einem Kupferdraht hergestellt bzw. gewickelt. Zur Erzielung
eines möglichst
hohen Leistungsvermögens
wird grundsätzlich
angestrebt, den Strangwiderstand zu reduzieren. Hierzu wird zum
einen versucht, den Kupferanteil in der Nut (Nutfüllfaktor)
zu erhöhen,
und zum anderen kann der Kupferanteil im Bereich des Wickelkopfes
variiert werden. Diese Merkmale werden im Wesentlichen durch die Wickeltechnik
bzw. Fertigungstechnik des Ständers beeinflusst.
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Die erfindungsgemäße Drehfeldmaschine mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil eines sehr hohen Nutfüllfaktors
und eine einfache Realisierung eines eng anliegenden, exakt angeordneten
Wickelkopfes, der nur sehr wenig Raum beansprucht und daher sehr
kleine Realisierungen der Drehfeldmaschine ermöglicht. Die "Drahtquerschnitte",
also die Querschnitt der U-Schenkel, können sehr exakt an die Nutform
angepasst werden, wobei insgesamt die U-förmigen
Einzelelemente sehr einfach und kostengünstig herstellbar sind und
sich für den
Massenfertigungsprozess hervorragend eignen. Die Wicklungsfertigung
ist sehr flexibel und variabel möglich.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen Drehfeldmaschine möglich.
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Die Schenkel der jeweils zu verbindenden Blechstanzteile
sind vorzugsweise miteinander verschweißt oder verlötet, wobei
sich vor allem das Diffusionsschweißverfahren eignet.
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Die den Wickelkopf bildenden Verbindungsstege
der Blechstanzteile besitzen im Wesentlichen den doppelten Querschnitt
der Schenkel, so dass im fertigen, also verbundenen Zustand ein
im Wesentlichen durchgehend gleicher Windungsquerschnitt vorliegt.
Die dabei flachere Ausbildung der Verbindungsstege ermöglicht eine
günstige
Anordnung und Bildung des Wickelkopfes.
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Die Breite der U-Schenkel der Blechstanzteile
entspricht im Wesentlichen der Nutbreite, so dass eine im Wesentlichen
vollständige
Nutfüllung
erreicht werden kann.
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Insbesondere bei sich überlappenden
Windungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Verbindungsstege
mit einer Kröpfung
zu versehen, die im Wesentlichen der Höhe der Verbindungsstege entspricht.
Dies ermöglicht
eine besonders kompakte und symmetrische Ausbildung des Wickelkopfes.
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Bei zweckmäßiger Ausgestaltung der Windung
können
bei einer mehrphasigen Wicklung die wellenförmigen Wicklungsstränge ineinan der
greifen und/oder es können
mehrere Wicklungslagen übereinander
angeordnet sein.
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In einer vorteilhaften Ausbildung
der Erfindung ist der Ständer
in der Flachpakettechnik ausgeführt,
wobei die fertige Wicklung in die Nuten eines linearen Ständerelements
eingesetzt und dieses Ständerelement
dann zu einem Ring geformt wird. Dies ermöglicht das Einsetzen der extern
vorgefertigten Wicklung in einem Arbeitsgang und führt dadurch
zu einer technisch einfachen, kostengünstigen Montage.
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Die Verbindungsstege besitzen zweckmäßigerweise
Mittel zum Längenausgleich,
da sich die Schenkelabstände
insbesondere beim Biegen des linearen Ständerelements zu einem Ring
wenigstens teilweise verändern.
Eine vorteilhafte Ausführung zum
Längenausgleich
besteht in der V-förmigen
Ausbildung der Verbindungsstege, die vorzugsweise noch mit Schlitzen
versehen sind, insbesondere in der Längsrichtung der Verbindungsstege
verlaufende Schlitze. Zusätzlich
oder alternativ können
die Verbindungsstege auch noch abgewinkelt sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines fertigen Ständers einer elektrischen Drehfeldmaschine,
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2 die
Anordnung von zwei gegensinnig aneinandergereihten U-förmigen Blechstanzteilen zur
Bildung der Wellenwicklung in einer einfachsten Ausführung,
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3 ein
U-förmiges
Blechstanzteil mit gekröpftem
Verbindungssteg zwischen den U-Schenkeln,
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4 eine
einlagige, drei-phasige Wicklung in einer Teilansicht, die aus U-förmigen Blechstanzteilen
gemäß 3 gebildet ist,
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5 eine
weitere Ausführung
eines U-förmigen
Blechstanzteils mit v-förmigem,
teilweise geschlitztem Verbindungssteg und
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6 eine ähnliche
Ausführung
eines U-förmigen
Blechstanzteils, mit einem nahezu über die gesamte Länge des
abgewinkelten, V-förmigen
Verbindungsstegs verlaufenden Längsschlitz.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
den mit einer Ständerwicklung 10 versehenen
ringförmigen
Ständer 11 einer
elektrischen Drehfeldmaschine, beispielsweise des Generators in
einem Kraftfahrzeug. Der üblicherweise
geblechte Ständer 11 aus
einem ferromagnetischen Material besitzt eine Vielzahl paralleler,
radial nach innen offener Nuten 12, die sich in der axialen
Richtung erstrecken und zur Aufnahme der Ständerwicklung 10 dienen.
Die jeweils axial aus einer Nut 12 austretenden und in
eine andere Nut wieder zurückgeführten Wicklungsstrangbereiche
der Ständerwicklung 10 bilden
die beiden Wicklungsköpfe 13, 14 an den
beiden Stirnseiten des Ständers 11.
Auf die Darstellung des Läufers
der Drehfeldmaschine und dessen Lagerung wurde zur Vereinfachung
der Darstellung verzichtet.
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Der Ständer 11 wird beispielsweise
in der im eingangs genannten Stand der Technik beschriebenen Flachpakettechnik
hergestellt, da sich diese Technik zur Realisierung der Erfindung
am besten eignet. Hierzu wird zunächst ein lineares Ständerelement
hergestellt, das mit parallelen Nuten senkrecht zur Längsrichtung
des Ständerelements
versehen ist. Dann wird eine Vielzahl von U-förmigen Blechstanzteilen 15 durch
Ausstanzen aus einem Kupferblech hergestellt, die im einfachsten
Falle gemäß 2 ausgebildet sind. Der
die jeweiligen U-Schenkel 16 verbindende Verbindungssteg 17 ist
doppelt so breit wie die U-Schenkel 16, besitzt also den
doppelten Querschnitt. Nun werden die wellenförmigen Wicklungsstränge durch
gegensinniges Aneinanderreihen der Blechstanzteile 15 hergestellt,
so dass ein wellenförmiger
bzw. mäanderartiger
Wicklungsstrang entsteht. Dabei werden jeweils die U-Schenkel 16 von
be nachbarten Blechstanzteilen 15 aufeinander gelegt und
stoffschlüssig
miteinander verbunden, beispielsweise durch Löten oder Schweißen, wobei sich
das Diffusionsschweißen
besonders gut eignet.
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Durch das Aufeinanderlegen erreicht
man in den Überlappungszonen
doppelte Profildicke, so dass insgesamt die Querschnittsfläche konstant
gehalten werden kann. Die Isolation der zuvor isolierten Blechstanzteile 15 (z.
B. Lackisolation) muss an den Verbindungsstellen entfernt und nach
dem Verbindung wieder vervollständigt
werden.
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Die Art der Wicklung kann sehr unterschiedlich
sein, ist jedoch bevorzugt eine Wellenwicklung. Es kann sich dabei
um eine einfache oder um eine verteilte Wellenwicklung handeln,
gewöhnlich
um eine drei-phasige Wellenwicklung. Diese kann mehrere übereinander
angeordnete Wicklungslagen besitzen.
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Die fertiggestellte Wicklung wird
nun im Ganzen in die Nuten 12 des Ständers 11 eingesetzt,
und das gesamte Flachpaket wird dann einschließlich der eingelegten Ständerwicklung 10 zu
einem Ring gebogen. Der Ständer
wird verschweißt
und kalibriert, und die noch offenen Verbindungsstellen der Wicklungsstränge werden
miteinander verbunden, sofern es sich nicht um eine Umkehrwellenwicklung
handelt.
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Da sich beim Biegen die Nuten radial
nach innen zunehmend verjüngen,
werden sie leicht konisch ausgebildet, damit sie nach dem Biegen
wieder parallele Seitenwandungen besitzen. Dieser Effekt kann auch
dazu benutzt werden, die Wicklung am bzw. im Ständer 11 zu fixieren.
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In 3 ist
eine andere Ausführung
eines U-förmigen
Blechstanzteils 18 dargestellt. Dieses besitzt abgerundete
Eckbereiche 19 zwischen den U-Schenkeln 20 und
dem Verbindungssteg 21. Weiterhin besitzt der Verbindungssteg 21 eine
Kröpfung 22,
die so bemessen ist, dass die Bereiche des Verbindungsstegs 21 zu
beiden Seiten der Kröpfung 22 in
der Höhe
um die Blechdicke zueinander versetzt sind.
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4 zeigt
eine Wicklungslage einer drei-phasigen Wicklung, die aus Blechstanzteilen 18 gemäß 3 besteht. Durch die Kröpfung 22 liegen die
drei sich überlappenden
Wicklungsstränge 23 bis 25 der
drei Phasen kompakt aneinander und benötigen eine Gesamthöhe, die
lediglich der doppelten Blechdicke entspricht. Die in 4 dargestellte Wicklungslage
kann durch weitere Wicklungslagen in der Höhe ergänzt werden, und erst die Gesamtwicklung
wird dann bei der Herstellung des Ständers in das zunächst noch
lineare Ständerelement
eingelegt. Prinzipiell können
selbstverständlich
auch die einzelnen Lagen nacheinander eingelegt werden.
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In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
U-förmigen
Blechstanzteils 26 dargestellt, das zur Herstellung einer
Wellenwicklung gemäß der vorstehenden
Beschreibung bestimmt ist. Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen
ist hier der die beiden U-Schenkel 27 verbindende Verbindungssteg 29 V-förmig (in
der Projektion) ausgebildet und besitzt im mittleren Bereich einen
mittigen Längsschlitz 30.
Zusätzlich
ist der Verbindungssteg 29 ebenfalls im mittleren Bereich
geknickt bzw. abgewinkelt. Hierdurch wird bei der Biegung des Ständers 11 ein
erforderlicher Längenausgleich
erreicht, das heißt,
die Blechstanzteile 26 der Ständerwicklung 10 passen
sich beim Biegen den sich verändernden
Positionen der Nuten 12 an. Zusätzlich kann der Verbindungssteg 29 noch
mit einer Kröpfung
gemäß 3 versehen sein. Entsprechend
können
auch die Ausführungsbeispiele
gemäß den 2 und 3 mit einer Knickung bzw. Abwicklung
für den
Längenausgleich sowie
mit einem Schlitz versehen sein. Eine aus Blechstanzteilen 26 bestehende
Ständerwicklung 10 ist
in 1 dargestellt.
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Das in 6 dargestellte
Blechstanzteil 31 stellt eine Variation des Blechstanzteils 26 dar.
Im Unterschied zur 5 erstreckt
sich ein mittiger Längsschlitz 32 im
Wesentlichen über
die gesamte Länge
des Verbindungsstegs 33, der die beiden U-Schenkel 34 verbindet.
Im Gegensatz zur 5 liegt
eine stärker
ausgeprägte
Ausknickung bzw. Abwinkelung vor. Auch hier kann noch eine Kröpfung vorgesehen
sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Wicklungsarten
beschränkt,
vielmehr können
aus derartigen U-förmigen
Blechstanzteilen auch andere bekannte Wicklungsarten realisiert
werden. Weiterhin ist eine Ausführung
als in Flachpakettechnik ausgeführter
Ständer
nicht unbedingt erforderlich, sondern auch bekannte, ursprünglich ringförmige Ständer können mit
Ständerwicklungen
aus solchen U-förmigen
Blechstanzteilen versehen werden. Das Einlegen des Wicklungspakets
ist bei derartigen Ausführungen
allerdings komplizierter. Prinzipiell können die Blechstanzteile auch
einzeln eingelegt und einzeln miteinander verbunden werden.