DE112020002755T5

DE112020002755T5 - Verfahren zur Bildung eines Stators, der Schrägschlitze aufweist, und Stator, der Schrägschlitze umfasst

Info

Publication number: DE112020002755T5
Application number: DE112020002755.4T
Authority: DE
Inventors: Kirk Neet; Seong Taek Lee
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2022-02-17
Also published as: CN113812074A; CN113812074B; WO2020247344A1; US11165319B2; US20200389076A1

Abstract

Ein Verfahren zum Einsetzen einer Wicklung in einen Stator, der Schrägschlitze aufweist, die an einem Innendurchmesser eines Statorblechs gebildet sind, umfasst: das Bilden eines Leiters, der eine Mehrzahl von Schlitzsegmenten aufweist, das Laden des Leiters in eine Mehrzahl von Schrägschlitzelementen einer Linearkartusche, die ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine Linearachse aufweist, die das erste Ende und das zweite Ende verbindet, wobei die Mehrzahl von Schrägschlitzelementen relativ zu der Linearachse gewinkelt sind, das Überführen des Leiters von der Linearkartusche zu einer Mehrzahl von Schrägschlitzteilen, die in einem Außendurchmesser einer Drehkartusche gebildet sind, das Einsetzen der Drehkartusche in den Innendurchmesser des Statorblechs, und das Verschieben des Leiters von der Drehkartusche in die Schrägschlitze des Stators.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht die am 7. Juni 2019 eingereichte US-Anmeldung Nr. 16/434600 , die in ihrer Gesamtheit hier durch Bezugnahme umfasst wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele betreffen das Gebiet von Elektromaschinen und genauer ein Verfahren zum Bilden eines Stators, der schräge Blechpaketschlitze aufweist.
Elektromaschinen umfassen Statoren, die einen oder mehr Leiter tragen, die eine oder mehr Statorwicklungen definieren. Der Stator ist aus einer Mehrzahl von gestapelten Blechen gebildet und umfasst eine Mehrzahl von Schlitzen, die den einen oder mehr Leiter aufnehmen. Die Mehrzahl von Schlitzen, die wiederum Statorzähne definieren, sind typischerweise zu einer Drehachse eines Rotors der Elektromaschine ausgerichtet. Das Ausrichten der Mehrzahl von Schlitzen zu der Drehachse fördert das Einsetzen des einen oder mehr Leiters, um die Statorwicklung(en) zu bilden.
Bei bestimmten Elektromaschinen ist der Stator so ausgebildet, dass die Mehrzahl von Schlitzen relativ zu der Drehachse des Rotors schräg ist. Das Schrägstellen der Mehrzahl von Statorschlitzen verringert die Drehmomentwelligkeit und das magnetische Rauschen durch die effektive Steuerung der Energiebeaufschlagung der Statorzähne. Das heißt, das Schrägstellen der Mehrzahl von Schlitzen stellt sicher, dass alle Statorzähne nicht gleichzeitig mit Energie beaufschlagt werden. Das Schrägstellen der Mehrzahl von Schlitzen wird an Statorblechen durchgeführt, bei denen die Wicklung an einem Außendurchmesser montiert ist. Das Einsetzen von Leitern in Schrägschlitze, die an einem Innendurchmesser eines Stators ausgebildet sind, ist im besten Falle schwierig und im schlechtesten Falle unmöglich. Daher wäre im Fachgebiet ein System zum Einsetzen einer Wicklung in Schrägschlitze willkommen, die in einem Innendurchmesser eines Stators gebildet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein Verfahren zum Einsetzen einer Wicklung in einen Stator offenbart, der Schrägschlitze aufweist, die an einem Innendurchmesser eines Statorblechs gebildet sind, das umfasst: das Bilden eines Leiters, der eine Mehrzahl von Schlitzsegmenten aufweist, das Laden des Leiters in eine Mehrzahl von Schrägschlitzelementen einer Linearkartusche, die ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine Linearachse aufweist, die das erste Ende und das zweite Ende verbindet, wobei die Mehrzahl von Schrägschlitzelementen relativ zu der Linearachse gewinkelt sind, das Überführen des Leiters von der Linearkartusche zu einer Mehrzahl von Schrägschlitzteilen, die in einem Außendurchmesser einer Drehkartusche gebildet sind, das Einsetzen der Drehkartusche in den Innendurchmesser des Statorblechs, und das Verschieben des Leiters von der Drehkartusche in die Schrägschlitze des Stators.
Figurenliste
Die folgenden Beschreibungen sollten nicht als auf irgendeine Weise beschränkend aufgefasst werden. Bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen sind ähnliche Elemente ähnlich nummeriert:

1 zeigt einen Statorkern, der Schrägschlitze umfasst, nach einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels;
2 zeigt einen Leiter, der Schrägschlitzsegmente umfasst, nach einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels;
3 zeigt eine Linearkartusche, die den Leiter aus 2 aufnimmt, nach einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels;
4 zeigt eine Drehkartusche, die Schrägschlitzteile aufweist, die von der Linearkartusche aus 3 geladen werden, nach einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels;
5 zeigt die Schrägschlitzteile der Drehkartusche aus 4, nach einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels;
6A zeigt, wie der Leiter von der Drehkartusche aus 4 zum Statorkern verschoben wird, nach einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels; und
6B zeigt, wie die Leiter vom Statorkern aufgenommen werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird hier im Wege der beispielhaften Darstellung, und nicht der Beschränkung, unter Bezugnahme auf die Figuren eine detaillierte Beschreibung einer oder mehr Ausführungsformen der offenbarten Vorrichtung und des offenbarten Verfahrens vorgestellt.
Ein Stator für eine Elektromaschine wird allgemein bei 10 in 1 angezeigt. Der Stator 10 umfasst einen Statorkörper 15, der aus einem oder mehr Blechen (nicht separat gekennzeichnet) gebildet ist. Der Statorkörper 15 umfasst eine Außenoberfläche 19, die einen Außendurchmesser oder OD definiert, und eine Innenoberfläche 21, die einen Innendurchmesser oder ID definiert. Der Statorkörper 15 umfasst eine Mittelachse 24, die einen Fokus des ID durchläuft.
Eine Mehrzahl von schrägen Statorschlitzen, von denen einer bei 29 angezeigt wird, ist in der Innenoberfläche 21 ausgebildet. Die schrägen Statorschlitze 29 sind relativ zur Mittelachse 24 gewinkelt. Die schrägen Statorschlitz 29 definieren eine Mehrzahl von schrägen Statorzähnen, von denen einer bei 31 angezeigt wird. Der Stator 10 trägt eine Wicklung 36, die eine Anzahl von elektrischen Phasen definiert. Die Anzahl an Phasen kann variieren. Die elektrischen Phasen können in verschiedenen Mustern verbunden sein, wie etwa in Sternverbindungen und Deltaverbindungen. Jede Phase ist aus einem oder mehr elektrischen Leitern ausgebildet, wie bei 42 gezeigt.
Bezug nehmend auf 2 umfasst der Leiter 42 eine Mehrzahl von Schlitzsegmenten, von denen eines bei 50 angezeigt wird, die durch Wickelkopfbiegungen verbunden sind, von denen eine bei 52 angezeigt wird. Die Schlitzsegmente 50 können anfänglich so ausgebildet sein, dass sie im Wesentlichen parallel zu einer Drehachse der Elektromaschine sind, oder können, wie in 2 gezeigt, so ausgebildet sein, dass sie in einem Winkel relativ zu der Drehachse der Elektromaschine sind. Bei einer Ausführungsform würde die Drehachse der Elektromaschine im Wesentlichen auf den Focus des ID ausgerichtet sein, der durch die Innenfläche 21 definiert wird.
Nach einem beispielhaften Aspekt können Schlitzsegmente 50 schräg zu dem ausgewählten Winkel während des Prozesses der Bildung des Drahtes ausgebildet werden. Nach einem weiteren beispielhaften Aspekt können die Schlitzsegmente 50 anfänglich parallel zur Drehachse der Elektromaschine ausgebildet werden und dann im Anschluss während (oder kurz vor t) des Einsetzens der Schlitzsegmente 50 in die Mehrzahl von Schrägschlitzelementen 62 der Linearkartusche 56 schräggestellt werden (wird unten detaillierter beschrieben).
Nach einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels beträgt der ausgewählte Winkel zwischen ungefähr 1° und ungefähr 3°. Der ausgewählte Winkel ist als der Winkel relativ zur Drehachse der Elektromaschine oder der Winkel relativ zu 90 Grad von der Linearachse 60 der Linearkartusche definiert, wie in 3 gezeigt. Nach einem weiteren Aspekt eines Ausführungsbeispiels bezieht sich der ausgewählte Winkel auf eine Breite eines der Mehrzahl von Statorzähnen 31 von einem axialen Ende zu dem anderen axialen Ende eines Statorkörpers 15. Mit dieser Anordnung ist ein Tangens des ausgewählten Winkels gleich der Breite eines der Mehrzahl der Statorzähne 31 dividiert durch eine axiale Länge des Statorkörpers 15. Die Breite von einem der Mehrzahl von Statorzähnen 31 ist als die Breite von einem der Mehrzahl von Statorzähnen 31 definiert, falls die Zähne nicht schräggestellt wären. Nach einem weiteren Aspekt des Ausführungsbeispiels ist der Tangens des ausgewählten Winkels kleiner als die Breite eines der Mehrzahl der Statorzähne 31 dividiert durch die axiale Länge des Statorkörpers 15.
Bei einer Ausführungsform wird der Leiter 42 in eine Linearkartusche 56 geladen, die sich entlang einer Linearachse 60 erstreckt, wie in 3 gezeigt. Die Linearkartusche 56 umfasst eine Mehrzahl von Schrägschlitzelementen 62. Die Mehrzahl von Schrägschlitzelementen 62 ist in einem Winkel relativ zu der Linearachse 60 angeordnet, der im Wesentlichen ähnlich zu 90 Grad minus dem ausgewählten Winkel ist. Das heißt, die Mehrzahl von Schrägschlitzelementen 62 sind in einem Winkel zwischen ungefähr 1° und ungefähr 3° relativ zu neunzig Grad von der Linearachse 60 angeordnet. Der Leiter 42 kann einen Teil einer erste elektrischen Phase 64 bilden. Zusätzliche Leiter (nicht separat gekennzeichnet), die eine zweite elektrische Phase 66 und eine dritte elektrische Phase 68 bilden, können ebenfalls in die Linearkartusche 56 geladen werden. Zusätzliche Leiter (nicht gezeigt), die zusätzliche parallele Drähte oder zusätzliche elektrische Phasen bilden (ebenfalls nicht gezeigt), können ebenfalls in die Linearkartusche 56 geladen werden.
Die Linearkartusche 56 kann so ausgebildet sein, dass sie um eine Drehkartusche 80 herum verstellt werden kann, die in 4 gezeigt ist. Eine Mehrzahl von Schrägschlitzteilen 82 aufzuweisen, wie in der Drehkartusche 80 gezeigt wird, umfasst eine Mehrzahl von Schlitzfingern 84, die in jedem der Mehrzahl von Schrägschlitzteilen 82 angeordnet sind, die selektiv durch jedes der Mehrzahl von Schrägschlitzteilen 82 hindurchgeführt sein können, wie hier besprochen werden wird. Die Mehrzahl von Schrägschlitzteilen 82 ist um eine Mittelachse 86 herum angeordnet. Bei einer Ausführungsform ist die Mehrzahl von Schrägschlitzteilen 82 in einem Winkel relativ zu der Mittelachse 86 angeordnet, wie in 5 gezeigt. Die Schrägschlitzteile 82 sind in einem Winkel relativ zu der Mittelachse 86 angeordnet, der im Wesentlichen dem ausgewählten Winkel ähnlich ist. Das heißt, die Mehrzahl von Schrägschlitzteilen 82 ist in einem Winkel zwischen ungefähr 1° und ungefähr 3° relativ zu der Mittelachse 86 angeordnet.
Nach einem beispielhaften Aspekt werden die Leiter 42 in die Linearkartusche 56 geladen und dann in die Drehkartusche 80 überführt. Genauer kann die Linearkartusche 56 relativ zu der Drehkartusche 80 so positioniert werden, dass die Leiter 42 von der Mehrzahl von Schlitzelementen 62 in die Mehrzahl von Schlitzteilen 82 überführt werden können. Ein rampenförmiges Führungselement 100 (4) kann die Überführung von Leitern 42 von den Schrägschlitzelementen 62 der Linearkartusche 56 in die Schlitzteile 82 der Drehkartusche 80 erleichtern. Auf diese Weise bleibt jeder Leiter in einer ausgewählten Position und einem ausgewählten Winkel relativ zu anderen Leitern. Eine oder mehr Wicklungsschichten (nicht separat gekennzeichnet) können von der Linearkartusche 56 in einer oder mehr Überführungsvorgängen in die Drehkartusche 80 überführt werden. Das heißt, eine gesamte Wicklung (nicht separat gekennzeichnet) für den Stator 10 kann in einer oder mehr Ladevorgängen in die Drehkartusche 80 von der Linearkartusche 56 geladen werden.
Nach einem beispielhaften Aspekt wird die Drehkartusche 80, sobald sie geladen ist, in den ID des Stators 10 eingesetzt, wie in den 6A und 6B gezeigt. Die Mehrzahl von Schrägschlitzteilen 82 wird zu der Mehrzahl von Schrägschlitzen 29 des Stators 10 ausgerichtet. Sobald sie ausgerichtet sind, können die Schlitzfinger 84 radial nach innen verschoben werden, um die Wicklung von der Drehkartusche 80 in den Stator 10 zu verschieben. An diesem Punkt können die Phasen verbunden werden und zusätzliche Handlungen vorgenommen werden, um den Stator 10 fertigzustellen. Sobald er fertiggestellt ist, kann der Stator 10 in einem Gehäuse (nicht gezeigt) installiert werden, um einen Teil einer Elektromaschine (ebenfalls nicht gezeigt) zu bilden. An diesem Punkt sollte klar sein, dass die Beispiele ein System zur Einführung einer Wicklung in Schrägschlitze beschreiben, die in einem ID eines Stators ausgebildet sind. Der somit gebildete Stator verringert die Drehmomentwelligkeit und das magnetische Rauschen durch die effektive Steuerung der Energiebeaufschlagung der Statorzähne.
Der Begriff „ungefähr“ soll den Fehlergrad umfassen, der mit der Messung der speziellen Größe einhergeht, basierend auf dem Equipment, das zum Zeitpunkt der Einreichung der Anmeldung verfügbar ist. Beispielsweise kann „ungefähr“ einen Bereich von ± 8% oder 5% oder 2% eines gegebenen Werts umfassen.
Die hier verwendete Terminologie hat nur den Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. So, wie sie hier verwendet werden, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ ebenfalls die Pluralformen umfassen, es sei denn, dass der Kontext deutlich etwas anderes anzeigt. Es versteht sich ebenfalls, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Schrift verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Betriebsvorgängen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehr Merkmalen, Zahlen, Schritten, Betriebsvorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel oder Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente mit Elementen davon ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Ferner können viele Abwandlungen durchgeführt werden, um eine besondere Situation oder ein besonderes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichen Umfang abzuweichen. Somit ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt wird, die als die Weise offenbart wird, die für die Ausführung dieser Erfindung als die beste betrachtet wird, sondern, dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der Ansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

US 16/434600 [0001]

Claims

Verfahren zum Einsetzen einer Wicklung in einen Stator, der Schrägschlitze aufweist, die an einem Innendurchmesser eines Statorblechs gebildet sind, umfassend: Bilden eines Leiters, der eine Mehrzahl von Schlitzsegmenten aufweist; Laden des Leiters in eine Mehrzahl von Schrägschlitzelementen einer Linearkartusche, die ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine Linearachse aufweist, die das erste Ende und das zweite Ende verbindet, wobei die Mehrzahl von Schrägschlitzelementen relativ zu der Linearachse gewinkelt sind; Überführen des Leiters von der Linearkartusche zu einer Mehrzahl von Schrägschlitzteilen, die in einem Außendurchmesser einer Drehkartusche gebildet sind; Einsetzen der Drehkartusche in den Innendurchmesser des Statorblechs; und Verschieben des Leiters von der Drehkartusche in die Schrägschlitze des Stators.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Laden des Leiters das Laden eines ersten Leiters, der mit einer ersten elektrischen Phase assoziiert ist, in eine erste Mehrzahl der Mehrzahl von Schrägschlitzelementen, eines zweiten Leiters, der mit einer zweiten elektrischen Phase assoziiert ist, in eine zweite Mehrzahl der Mehrzahl von Schrägschlitzelementen, und eines dritten Leiters einer dritten elektrischen Phase in eine dritte Mehrzahl der Mehrzahl von Schrägschlitzelementen der Linearkartusche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Laden des Leiters das Laden einer ersten elektrischen Phase in die Linearkartusche, einer zweiten elektrischen Phase in die Linearkartusche und einer dritten elektrischen Phase in die Linearkartusche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Verschieben des Leiters das Verschieben der ersten elektrischen Phase, der zweiten elektrischen Phase und der dritten elektrischen Phase in den Stator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verschieben der ersten elektrischen Phase, der zweiten elektrischen Phase und der dritten elektrischen Phase das im Wesentliche gleichzeitige Verschieben der ersten elektrischen Phase, der zweiten elektrischen Phase und der dritten elektrischen Phase in den Stator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden des Leiters umfasst, zunächst die Schlitzsegmente parallel auszubilden und dann der Mehrzahl von Schlitzsegmenten vor dem Laden in die Linearkartusche einen Winkel zu geben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Laden des Leiters in die Mehrzahl von Schrägschlitzelementen der Linearkartusche das Laden des Leiters in die Mehrzahl von Schrägschlitzelementen umfasst, die in einem Winkel zwischen ungefähr 1° und ungefähr 3° relativ zu 90 Grad von der Linearachse angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden des Leiters umfasst, zunächst die Schlitzsegmente parallel auszubilden und dann der Mehrzahl von Schlitzsegmenten während des Ladens in die Linearkartusche einen Winkel zu geben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verschieben des Leiters von der Drehkartusche in die Schrägschlitze des Stators das Verschieben des Leiters aus den im Außendurchmesser der Drehkartusche ausgebildeten Schrägschlitzen, die einen ausgewählten Winkel aufweisen, in die Schrägschlitze des Stators umfasst, die den gleichen ausgewählten Winkel aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Überführen des Leiters von der Linearkartusche zu der Mehrzahl von Schrägschlitzteilen, die in einem Außendurchmesser der Drehkartusche ausgebildet sind, das Überführen des Leiters von den Schlitzen der Linearkartusche umfasst, die den gleichen ausgewählten Winkel aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Laden des Leiters in die Mehrzahl von Schrägschlitzelementen der Linearkartusche das Laden des Leiters in die Mehrzahl von Schrägschlitzelementen umfasst, die in einem Winkel zwischen ungefähr 1° und ungefähr 3° relativ zu 90 Grad von der Linearachse angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Überführen des Leiters von der Linearkartusche zu der Mehrzahl von Schrägschlitzteilen, die in einem Außendurchmesser der Drehkartusche ausgebildet sind, das Überführen des Leiters in die Mehrzahl von Schrägschlitzteilen umfasst, die in einem Winkel zwischen ungefähr 1 Grad und 3 Grad relativ zu einer Mittelachse des Stators angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Statorkörper eine Mehrzahl von Statorzähnen umfasst, und der ausgewählte Winkel gleich dem Tangens der Breite eines der Mehrzahl von Statorzähnen dividiert durch eine axiale Länge des Statorkörpers ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Statorkörper eine Mehrzahl von Statorzähnen umfasst, und der ausgewählte Winkel kleiner als der Tangens der Breite eines der Mehrzahl von Statorzähnen dividiert durch eine axiale Länge des Statorkörpers ist.