DE202009011270U1 - Endkappenvorrichtung - Google Patents

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    • H02K3/00Details of windings
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Abstract

Endkappenvorrichtung (1) für einen Wickelkern (2) einer elektrischen Maschine (3), insbesondere für einen Statorkern (2) einer elektrischen Maschine (3), aufweisend zumindest einen Wickelaufnahmebereich (4) mit wenigstens einem Bodenbereich (5) und wenigstens zwei seitlich angeordneten Begrenzungswänden (6, 7, 8), sowie zumindest eine Leitungshalteeinrichtung (7, 8) zur Halterung eines elektrischen Leiters (29, 30, 31, 32) in wenigstens einem Leitungsführungsbereich (19, 20, 21), wobei wenigstens eine Durchgangsausnehmung (22, 23) zwischen dem Wickelaufnahmebereich (4) und dem Leitungsführungsbereich (19, 20, 21) der Leitungshalteeinrichtung (7, 8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsausnehmung (22, 23) innerhalb der Länge des Bodenbereichs (5) des Wickelaufnahmebereichs (4) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Endkappenvorrichtung für einen Wickelkern einer elektrischen Maschine, insbesondere für einen Statorkern einer elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Bewickeln zumindest eines Wickelkerns, insbesondere eines Wickelkerns einer elektrischen Maschine.
  • Elektrische Maschinen, wie beispielsweise Elektromotoren oder elektrische Generatoren in Polspultechnik, werden in vielen Bereichen der Technik verwendet. Derartige elektrische Maschinen weisen in aller Regel einen fest montierten Stator auf. In diesem Stator ist ein sogenannter Rotor drehbeweglich befestigt. Der Stator weist eine Anzahl von Spulen auf, die durch eine Beaufschlagung mit einem elektrischen Strom ein variables Magnetfeld erzeugen können. Die Spulen sind dabei in der Regel aus einem elektrischen Leiterdraht hergestellt, der mehrfach um einen Wickelkern herum gewickelt ist. Die so hergestellten Spulen werden kreisförmig um einen Innen raum herum angeordnet. Durch eine geeignete Ansteuerung der einzelnen Spulen erzeugt der Stator ein rotierendes Magnetfeld. Um die Intensität des Magnetfelds zu erhöhen ist es üblich, den Wickelkern, um den die elektrischen Leiter herumgewickelt werden, aus einem weichmagnetischen Material zu fertigen. Dazu werden in der Regel gestapelte Bleche aus einem Eisenblech verwendet.
  • Bei manchen Bauformen von elektrischen Maschinen weist der Rotor einen Permanentmagneten auf. Bei anderen Bauformen von elektrischen Maschinen ist dagegen auch der Rotor unter Verwendung von Wickelspulen ausgebildet.
  • Damit die Wickelspulen ein für den Betrieb der elektrischen Maschine geeignetes magnetisches Feld erzeugen können ist es erforderlich, dass diese gemäß einem definierten Verdrahtungsplan elektrisch miteinander verbunden werden. Nach dem Stand der Technik werden die Spulen üblicherweise separat als Einzelspulen gewickelt, und anschließend zu einem Stator bzw. zu einem Rotor zusammengefügt. Anschließend werden die Kabelenden der Spulen üblicherweise von Hand elektrisch miteinander verbunden. Da die Drähte auch im Bereich der Wickelenden elektrisch isoliert sein müssen, wird oftmals ein Isolierschlauch über den Verbindungsstellen angebracht. Diese Art der Herstellung von elektrischen Maschinen ist auf Grund der manuellen Arbeitsschritte langsam, zeitaufwändig, umständlich und fehlerträchtig.
  • Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Wickelenden mit Hilfe einer Platine miteinander zu verbinden, welche stirnseitig auf die Wicklungen (von Stator und/oder Rotor) gelegt wird. Eine solche Platine ist als Ring ausgebildet und beinhaltet Leiterbahnen, die entsprechend dem vorbestimmten Verdrahtungsplan geführt sind. Die Kontaktierung der Wickelenden mit der Platine erfolgt über Anschlussfelder, die am Außen- und/oder Innenradius der ring förmigen Platine angeordnet sind. Problematisch ist bei derartigen Platinen, dass die Ausnutzung der Leiterplatte nur sehr schlecht ist. Die Platine ist daher sehr teuer. Darüber hinaus muss die Positionierung der Wickelenden in der Regel zumindest teilweise manuell erfolgen, da die Wickelenden nach dem Aufwickeln auf den Spulenträger wieder schlaff sind und sich somit in axialer Richtung nicht fixieren lassen. Außerdem wird durch die Lage der herzustellenden Schaltverbindungen die Baulänge des Motors in axialer Richtung vergrößert.
  • Ein weiteres Problem besteht durch die Wickelkerne. Da diese in der Regel aus einem weichmagnetischen Material hergestellt sind, weisen sie scharfe Kanten auf und sind darüber hinaus auch elektrisch leitfähig. Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine ist es möglich, dass durch Vibrationen die elektrische Isolation der elektrischen Leiter der Spulen leidet. Dies kann zu einem Defekt der elektrischen Maschine und zu Kurzschlüssen führen, die auch andere Komponenten schädigen können. Um dieses Problem anzugehen, wurde bereits vorgeschlagen, die Enden eines metallischen Wickelkerns mit einer Kunststoffbeschichtung zu versehen, bzw. mit einer Kappe aus einem isolierenden Material zu versehen.
  • So ist beispielsweise in WO 2006/042834 A1 eine elektrische Maschine offenbart, die eine Anzahl von Spulenträgern aufweist, die um die Wirkachse der elektrischen Maschine herum angeordnet sind. Die Wicklungen des Wickelsystems sind auf die Spulenträger aufgewickelt. An die Spulenträger sind Führungskanäle angeformt, die der Aufnahme und Führung von Wickelenden dienen.
  • In US 7,116,023 B2 ist ein Stator einer elektromagnetischen Maschine offenbart, der eine Mehrzahl diskreter und individuell gewickelter Statorsegmente aufweist, auf denen endseitig Kappen angeordnet sind. Die endseitigen Kappen weisen Beine auf, um die Endkappe formschlüssig auf den Segmenten anzuordnen. Die Endkappen weisen weiterhin angeschrägte Oberflächen auf, um das Aufwickeln des Kabels auf die Segmente zu erleichtern. Darüber hinaus weisen die Endkappen männliche und weibliche Kupplungen auf, die ineinander gesteckt werden können, um einander benachbarte Segmente miteinander zu verbinden. Die Endkappen weisen auch Finger und Schlitze auf, um die Segmente in einer im Wesentlichen gleichen Fläche auszurichten. Die Endkappen weisen Kabelisolationseigenschaften, einschließlich Haken, Hülsen und Ummantelungen auf, um die Verbindungskabel die entlang des Stators verlegt sind, voneinander zu trennen und die Segmente elektrisch miteinander zu verbinden. Die Segmente weisen an ihren äußeren Enden unterbrochene Konturen auf, um Öl hindurch treten zu lassen. Die Endkappen weisen Durchgänge auf, um Öl hindurch treten zu lassen.
  • In WO 2005/101612 A1 ist ein Stator einer elektrischen Maschine beschrieben, der Folgendes aufweist: einen Kern, der einen durch Zusammenfügung einer Mehrzahl von Stahlplatten gebildeten ringartigen Kernkörper aufweist; eine Mehrzahl von Polen mit einander entgegengesetzten Polen, die entlang einer Umfangsrichtung in definierten Intervallen radial vorstehende Teile aufweisen; ein Isolationsteil, das die innere Oberfläche eines zwischen zwei einander benachbarten, zueinander entgegengesetzt stehenden Polen gebildeten Schlitzes überdeckt; eine Wicklung die durch das Aufwickeln eines Drahtes um den Isolierkörper und den hervorstehenden Draht ausgebildet ist. Das Isolierteil weist in einem Eckbereich einen gekrümmten Oberflächenbereich auf, der mit dem Kabel in Kontakt tritt. Ein magnetischer Körper ist zwischen dem hervorstehenden Teil und dem Isolierkörper vorgesehen.
  • Mit derartigen Wickelkörpern ist es zwar möglich, die Standzeit der elektrischen Maschine zu erhöhen. Die Ausbildung der elektrischen Maschine selbst, insbesondere die Kontaktierung der Leiterbahnenden der jeweiligen elektrischen Spulen, wird jedoch nicht vereinfacht.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine verbesserte Endkappenvorrichtung für den Wickelkern einer elektrischen Maschine vorzuschlagen. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zu Bewickeln zumindest eines Wickelkerns vorzuschlagen.
  • Es wird vorgeschlagen, eine Endkappenvorrichtung für einen Wickelkern einer elektrischen Maschine, insbesondere für einen Statorkern einer elektrischen Maschine, welche zumindest einen Wickelaufnahmebereich mit wenigstens einem Bodenbereich und wenigstens zwei seitlich angeordneten Begrenzungswänden, sowie zumindest eine Leitungshaltereinrichtung zur Halterung eines elektrischen Leiters in wenigstens einem Leitungsführungsbereich aufweist, wobei wenigstens eine Durchgangsausnehmung zwischen dem Wickelaufnahmebereich und dem Leitungsführungsbereich der Leitungshalteeinrichtung vorgesehen ist, derart auszubilden, dass die Durchgangsausnehmung innerhalb der Länge des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs angeordnet ist. Mit Hilfe der Endkappenvorrichtung ist es möglich, den elektrischen Leiter in einem definierten Bereich zu wickeln. Der so entstehende Wickel kann dann mechanisch dauerhaft in seiner jeweiligen Position verbleiben. Mit Hilfe der Endkappenvorrichtung kann der elektrische Leiter auch davor geschützt werden, von dem Wickelkern beschädigt zu werden. Der Wickelkern besteht üblicherweise aus einem metallischen Material, so dass hier scharfe Kanten vorliegen könnten, die den elektrischen Leiter beschädigen könnten. Zusätzlich kann die Endkappenvorrichtung eine zusätzliche elektrische Isolation bewirken. Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Endkappenvorrichtung aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist. Es ist möglich, die Endkappenvorrichtung beispielsweise durch einen Spritzgussvorgang kostengünstig herzustellen. Insbesondere mit Hilfe der seitlich angeordneten Begrenzungswände ist es möglich, die einzelnen Wicklungen des Leiterwickels in seitlicher Richtung zu fixieren, um beispielsweise ein Herabgleiten einzelner Windungen der Wickel wirksam zu verhindern. Insbesondere der Bodenbereich der Endkappenvorrichtung kann einen mechanischen Schutz des elektrischen Leiters gegenüber dem Wickelkern bewirken. Die Durchgangsausnehmung kann beispielsweise in Form eines Schlitzes erfolgen. Es können jedoch auch andere Formen für die Durchgangsausnehmung realisiert werden. Üblicherweise ist es dabei vorteilhaft, wenn die Durchgangsausnehmung zu einer Seite hin offen ist. Insbesondere für Spezialfälle kann es jedoch auch sinnvoll sein, dass beispielsweise eine kreisförmige, in sich geschlossene Durchgangsausnehmung vorgesehen wird. Durch die vorgeschlagene Anordnung der Durchgangsausnehmung innerhalb der Länge des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs ist es möglich, den elektrischen Leiter beim Wickeln auf den Wickelkern mit einer besonders vorteilhaften Vorspannung zu versehen. Diese Vorspannung kann zumindest teilweise in einer Richtung verlaufen, die in einer Ebene liegt, die parallel zur Ebene des Bodenbereichs liegt. Dadurch kann ein besonders strammer Wickel erzeugt werden. Auch ist es möglich, den Wickel mit seiner Anfangswicklung auf besonders einfache Weise benachbart zu der mit der Durchgangsausnehmung versehenen Begrenzungswand beginnen zu lassen. Von dort aus kann der Wickel beispielsweise einlagig über den Bodenbereich zwischen den beiden Begrenzungswänden hinweg erfolgen. Anschließend kann auf der ersten Lage eine zweite Lage ausgebildet werden, und so weiter. Die vorgeschlagene Endkappenvorrichtung eignet sich in besonderem Maße für Wickel, welche mit einem relativ dicken elektrischen Leiter bewickelt werden sollen. Der elektrische Leiter kann beispielsweise eine Dicke von 0,5 mm, 0,7 mm oder 1 mm aufweisen. Derartige elektrische Leiter werden insbesondere im Zusammenhang mit elektrischen Maschinen verwendet, welche ein hohes Drehmoment erzeugen sollen (bzw. durch deren elektrische Leiter relativ große elektrische Ströme fließen sollen). Die Angabe, dass die Durchgangsausnehmung innerhalb der Länge des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs angeordnet ist, kann insbesondere dahingehend verstanden werden, dass die Länge in einer Richtung definiert ist, wel che im Wesentlichen parallel zu den Begrenzungswänden der Endkappenvorrichtung verläuft. Die Durchgangsausnehmung ist in der Regel so ausgebildet, dass die Zuführung des elektrischen Leiters von außen in den Wickelaufnahmebereich hinein in der Regel derart erfolgt, dass der elektrische Leiter zumindest abschnittsweise und/oder zumindest teilweise in einer Richtung verläuft, welche im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs steht oder zumindest einen größeren Winkel mit der Längsrichtung des Bodenbereichs einschließt (beispielsweise mehr als 30°, 40°, 45°, 50°, 60°, 70°, 75°, 80° oder 85°). Bei fertig ausgebildetem Wickel entspricht die Richtung der im Wickelaufnahmebereich der Endkappenvorrichtung liegenden Gänge des elektrischen Leiters üblicherweise in etwa der Längsrichtung des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs. Die Leitungshalteeinrichtung ist üblicherweise derart ausgebildet, dass sie den elektrischen Leiter in wenigstens einem Kanalführungsbereich haltert. Vorzugweise erfolgt die Halterung in einer Mehrzahl von Kanalführungsbereichen und/oder in Form eines Kanalführungsbereichs, der zum Teil unterbrochen ist, beispielsweise von wenigstens einer Durchgangsausnehmung durchbrochen ist. Der Kanalführungsbereich der Leitungshalteeinrichtung ist dabei üblicherweise derart angeordnet, dass der Kanalführungsbereich gesondert vom Wickelaufnahmebereich der Endkappenvorrichtung liegt. Dadurch kann eine bauliche Trennung von elektrischem Wickel und der Kabelführung außerhalb des Wickelbereichs realisiert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ wird vorgeschlagen, eine Endkappenvorrichtung für einen Wickelkern einer elektrischen Maschine, insbesondere für einen Statorkern einer elektrischen Maschine, welche eine Mehrzahl von Wickelaufnahmebereichen mit jeweils wenigstens einem Bodenbereich und jeweils wenigstens zwei seitlich angeordneten Begrenzungswänden derart auszubilden, dass zumindest eine Leitungshalteeinrichtung zur Halterung eines elektrischen Leiters in wenigstens einem Leitungsführungsbereich vorgesehen ist.
  • Dadurch, dass eine einzelne Endkappenvorrichtung mit einer Mehrzahl an Wickelaufnahmebereichen versehen ist, ist es insbesondere möglich, den Aufwand für die Herstellung der Endkappenvorrichtungen, die für die Bestückung einer elektrischen Maschine erforderlich sind, zu reduzieren. Anstatt beispielsweise 18 oder 21 einzelne Endkappenvorrichtungen zu fertigen, ist es statt dessen möglich, beispielsweise 8 oder 9 Endkappenvorrichtungen mit jeweils 3 Wickelaufnahmebereichen herzustellen. Neben dem gegebenenfalls verringerten Aufwand für die Herstellung der Endkappenvorrichtungen als solche, ist es auch möglich, den Montageaufwand zur Montage der Endkappenvorrichtungen an den Wickelkern zu reduzieren. Gegebenenfalls können auch die Endkappenvorrichtungen zur Stabilisierung des Wickelkerns bzw. zur Stabilisierung von mehreren aneinander gefügten Wickelkernen dienen.
  • Möglich ist es, bei der Endkappenvorrichtung die Durchgangsausnehmung im Wesentlichen mittig zum Bodenbereich des Wickelaufnahmebereichs anzuordnen. Die vorgeschlagene Anordnung bezieht sich dabei in aller Regel auf die Längsrichtung des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs. Versuche haben ergeben, dass sich durch eine derartige, im Wesentlichen mittige Anordnung der Durchgangsausnehmung eine besonders vorteilhafte Vorspannung des elektrischen Leiters realisieren lässt. Insbesondere ist es auf besonders einfache Weise möglich, nach Belieben eine Wicklung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn auszubilden. Dadurch wird ein besonders universeller Einsatz der Endkappenvorrichtung möglich. Beispielsweise ist es möglich, die Richtung des Wickels (im Uhrzeigersinn/entgegen dem Uhrzeigersinn) bei unveränderter Endkappenvorrichtung erst zum Zeitpunkt der eigentlichen Bewicklung festzulegen. Dies kann produktionstechnisch von großem Vorteil sein.
  • Möglich ist es weiterhin, dass bei der Endkappenvorrichtung wenigstens eine zusätzliche Durchgangsausnehmung vorgesehen ist, welche seitlich versetzt zum Bodenbereich des Wickelaufnahmebereichs angeordnet ist. Es ist möglich, diese zusätzliche Durchgangsausnehmung ebenfalls innerhalb der Länge des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs anzuordnen. Möglich – und bevorzugt – ist es, die zusätzliche Durchgangsausnehmung derart seitlich zu versetzen, dass diese außerhalb der Länge des Bodenbereichs des Wickelaufnahmebereichs angeordnet ist. Besonders sinnvoll ist es, wenn die Lage der zusätzlichen Durchgangsausnehmung so gewählt wird, dass sie im Wesentlichen an einem Ort liegt, welcher dem vorgesehenen Außendurchmesser des Wickels entspricht. Dadurch wird es möglich, den elektrischen Leiter besonders vorteilhaft und elegant vom Wickelbereich wegzuführen. Diese vorgeschlagene Anordnung kann sich auch auf die maximal erreichbare Größe des auf die Endkappenvorrichtung aufwickelbaren Wickels beziehen. Denn bei einer Endkappenvorrichtung mit mehreren Wickelaufnahmebereichen ergibt sich auf Grund des Abstands zwischen zwei einzelnen, benachbart zueinander liegenden Wickelaufnahmebereichen, die maximale Größe eines auf die Endkappenvorrichtung aufwickelbaren Wickels (wobei die Art und Weise, wie der Wickel gefertigt wird, zu berücksichtigen ist; wird der Wickel beispielsweise mit Hilfe einer Wickelnadel gewickelt, so ist die Dicke der Wickelnadel und ein gewisses Spiel zwischen Wickelnadel und Wickel zu berücksichtigen). Auch bei einer Endkappenvorrichtung mit einem einzelnen Wickelaufnahmebereich ergibt sich die maximale Wickelgröße, wenn man davon ausgeht, dass (wie üblich) die Endkappenvorrichtungen sich im eingebauten Zustand gegenseitig berühren.
  • Vorteilhaft kann es auch sein, wenn eine asymmetrische Anordnung von Durchgangsausnehmung(en) und/oder zusätzlichen Durchgangsausnehmung(en) vorgesehen wird. Eine derartige asymmetrische Ausbildung entspricht der ebenfalls asymmetrischen Lage der elektrischen Leiter, die von außen in den Wickelaufnahmebereich hinein, bzw. vom Wickelaufnahmebereich weg nach außen führen. Durch eine derartige Anpassung der Lage der elektrischen Leiter im fertiggewickelten Wickel und der Positionierung der Durchgangsausnehmungen ist es insbesondere möglich, eine unnötige Verbiegung des elektrischen Leiters vermeiden zu können. Dies kann Ermüdungsbrüchen des elektrischen Leiters vorbeugen und darüber hinaus den Aufwand zur Ausbildung der elektrischen Wickel verringern und/oder die Wickelgeschwindigkeit erhöhen.
  • Zweckmäßigerweise ist bei der Endkappenvorrichtung wenigstens ein Bodenbereich und/oder wenigstens eine Begrenzungswand mit einer Kontur versehen, die zumindest abschnittsweise im Wesentlichen der Kontur eines Wickels entspricht. Insbesondere im Bereich des Bodenbereichs kann es ermöglicht werden, dass die elektrischen Leiter, die den Wickel ausbilden, über den gesamten Bodenbereich hinweg bündig an diesem anliegen (wobei sich dies selbstverständlich nur auf die den Bodenbereich benachbarte Lage bezieht). Dadurch können unerwünschte Hohlräume vermieden werden, die beispielsweise zu einem Schwingen einzelner elektrischer Leiter führen könnten. Dadurch wiederum kann der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht werden, bzw. können Brummgeräusche verringert werden. Die Kontur des Bodenbereichs kann dabei so gewählt sein, dass der elektrische Leiter dabei vorteilhaft gebogen ist und insbesondere nicht übermäßig gebogen werden muss. In Bezug auf die Begrenzungswand ist es durch die vorgeschlagene Ausbildung insbesondere möglich, die Endkappenvorrichtung mit möglichst wenig Material auszubilden. Darüber hinaus ist es mit der vorgeschlagenen Ausbildung möglich, dass eine Wickelnadel, welche den elektrischen Leiter auf den Wickelbereich wickelt, einem günstigeren Bewegungspfad folgen kann. Dies kann den Verschleiß der Wickelmaschine verringern und/oder die Wickelgeschwindigkeit erhöhen.
  • Eine weitere mögliche Ausbildungsform der Endkappenvorrichtung ergibt sich, wenn zumindest eine Leitungshalteeinrichtung integral mit zumindest einer Begrenzungswand ausgebildet ist. Mit Hilfe dieser Ausbildungsform ist es insbesondere möglich, den Materialverbrauch für die Endkappenvorrich tung zu verringern. Dadurch kann aber auch das Gesamtgewicht der resultierenden elektrischen Maschine verringert werden. Darüber hinaus ist es auch auf besonders vorteilhafte Weise möglich, den Bauraum für die Endkappenvorrichtung, und damit schlussendlich auch für die elektrische Maschine, verkleinern zu können, was entsprechend vorteilhaft ist. Gegebenenfalls kann durch die vorgeschlagene Ausbildungsweise auch die mechanische Stabilität der Endkappenvorrichtung bzw. der fertigen elektrischen Maschine erhöht werden.
  • Es kann sich weiterhin als sinnvoll erweisen, dass die Endkappenvorrichtung wenigstens eine Wickelansatzführungsanschrägung aufweist, welche insbesondere im Bodenbereich eines Wickelaufnahmebereichs ausgebildet ist. Mit Hilfe einer derartigen Wickelansatzführungsanschrägung kann der elektrische Leiter bei der Bewicklung der elektrischen Maschine, insbesondere bei der Ausbildung der ersten Lage des entsprechenden Wickels, besonders genau positioniert werden, sodass sich die Güte der resultierenden elektrischen Maschine erhöhen kann. Da die Positionierung der ersten Lage des Wickels üblicherweise einen Einfluss auf die Positionierung der zweiten sowie der darauf folgenden Schichten hat, kann die vorgeschlagene Ausbildung der Endkappenvorrichtung in der Praxis eine deutliche Qualitätsverbesserung der resultierenden elektrischen Maschine bewirken.
  • Eine besonders sinnvolle Weiterbildungsmöglichkeit ergibt sich, wenn die Endkappenvorrichtung einstückig ausgebildet ist. Eine derartige einstückige Ausbildung kann beispielsweise in Form eines Spritzgussverfahrens erzielt werden. Die einstückige Ausbildung. kann insbesondere eine schnelle und kostengünstige Fertigung der Endkappenvorrichtung ermöglichen. Darüber hinaus kann sich durch die einstückige Ausbildung auch die mechanische Stabilität der Endkappenvorrichtung erhöhen.
  • Sinnvoll kann es darüber hinaus sein, wenn die Endkappenvorrichtung einen Winkelbereich von bis zu 90°, vorzugsweise von bis zu 60° abdeckt. Die vorgeschlagene Dimensionierung kann einen besonders vorteilhaften Kompromiss zwischen einfacher Herstellung der Endkappenvorrichtung und einfacher Montage der elektrischen Maschine darstellen. Einerseits ist es erstrebenswert, die Endkappenvorrichtung möglichst groß auszubilden. Andererseits verkompliziert sich das Herstellungsverfahren der Endkappenvorrichtung, wenn der Winkelbereich zu groß wird. Wenn beispielsweise ein Spritzgussverfahren zur Herstellung der Endkappenvorrichtung verwendet wird, so ist es bei einem Winkelbereich von z. B. 60° möglich, dass eine einfache Spritzgussform verwendet werden kann, welche ohne bewegliche Teile innerhalb der Spritzgussform auskommt. Selbstverständlich sind auch andere Winkelgrenzen, wie beispielsweise Winkel von 10°, 20°, 30°, 45°, 50°, 60°, 70°, 80° oder 90° möglich. Besonders bevorzugt sind hierbei Winkelbereiche, bei denen eine geradzahlige Anzahl einen Vollkreis ergibt.
  • Weiterhin kann es sich als sinnvoll erweisen, wenn wenigstens eine Montagehilfseinrichtung, insbesondere ein Engpassvorsprung und/oder ein Haltewerkzeugeingriffsbereich vorgesehen ist. Mit Hilfe eines Engpassvorsprungs kann die Endkappenvorrichtung in einem dazu korrespondierenden Aufnahmebereich des Wickelkerns der elektrischen Maschine vormontiert werden. Auf Grund der Engpassung der beiden Teile kommt es zu einem mechanischen Verbund von Wickelkern und Endkappenvorrichtung. Der mechanische Verbund muss dabei nur relativ geringe mechanische Kräfte aufnehmen können. Insbesondere ist es völlig ausreichend, wenn die Haltekraft so groß ist, dass eine Bewicklung der Wickelaufnahmebereiche mit einem elektrischen Leiter durchgeführt werden kann. Nach dem Abschluss der Bewicklung der Wickelaufnahmebereiche kann der mechanische Verbund zwischen Endkappenvorrichtung und Wickelkern durch die Wickel selbst erfolgen. Zusätzlich oder alternativ können auch Eingriffsbereiche für ein Haltewerkzeug an der Endkappenvorrichtung ausgebildet werden. Diese Bereiche können beispielsweise zur Aufnahme von stiftförmigen Vorrichtungen dienen, die die Endkappenvorrichtung zur Durchführung der Bewicklung mechanisch auf den Wickelkern drücken.
  • Sinnvoll kann es auch sein, dass die Endkappenvorrichtung zumindest einen Vorsprungsbereich aufweist, welcher insbesondere an einer Begrenzungswand und/oder einer Leitungshalteeinrichtung angeordnet ist. Ein derartiger Vorsprungsbereich kann auf besonders vorteilhafte Weise zur Halterung von elektrischen Leiterschlaufen dienen. Hierbei kann es sich insbesondere um Abschnitte des elektrischen Leiters handeln, die die Verbindung der elektrischen Maschine mit einem externen elektrischen Stromnetz herstellen. Auch kann mit Hilfe eines derartigen Vorsprungsbereichs eine Montage der Endkappenvorrichtung auf den Wickelkern erleichtert werden.
  • Weiterhin wird eine elektrischen Maschine mit einer Mehrzahl von Wickelbereichen vorgeschlagen, die zumindest eine Endkappenvorrichtung gemäß dem oben beschriebenen Aufbau aufweist. Die resultierende elektrische Maschine weist dann die bereits vorab beschriebenen Vorteile und Eigenschaften in analoger Weise auf. Insbesondere ist es möglich, die elektrische Maschine mit einem relativ starken elektrischen Leiter auszubilden. Die entsprechende elektrische Maschine kann somit besonders hohe elektrische Ströme erzeugen (Generatorbetrieb) bzw. ein besonders hohes mechanisches Drehmoment (Motorbetrieb) erzeugen.
  • Möglich ist es insbesondere die elektrische Maschine derart auszubilden, dass zumindest zwei Wickelbereiche, vorzugsweise die Mehrzahl der Wickelbereiche, besonders bevorzugt im Wesentlichen sämtliche Wickelbereiche eines Wickelkerns der elektrischen Maschine einen durchgängigen Wickeldraht aufweisen. Dies kann sich entweder nur auf den Stator, nur auf den Rotor, insbesondere aber auch auf Stator und Rotor beziehen. Durch die vorgeschlagene Ausbildung ist es möglich, die elektrische Maschine be sonders einfach, schnell, kostengünstig und platzsparend auszubilden. Insbesondere kann die Anzahl der durchzuführenden manuellen Arbeitsschritte deutlich gesenkt werden. Dadurch, dass eine große Anzahl von elektrischen Verbindungen zwischen einzelnen Leiterabschnitten der Bewicklung entfallen kann, kann darüber hinaus die mechanische Zuverlässigkeit und die elektrische Isolationsgüte der elektrischen Maschine erhöht werden, Weiterhin wird vorgeschlagen, bei einer Vorrichtung zum Bewickeln zumindest eines Wickelkerns mit einem elektrischen Leiter, bei dem der elektrische Leiter unter Verwendung einer Wickelnadel auf den Wickelkern gewickelt wird, zumindest zwei Wickelbereiche, vorzugsweise die Mehrzahl der Wickelbereiche, besonders bevorzugt im Wesentlichen sämtliche Wickelbereiche des Wickelkerns, durchgängig mit dem elektrischen Leiter zu bewickeln. Auch hier kann sich das Verfahren auf den Stator, auf den Rotor, oder auf Stator und Rotor beziehen. Als besonders vorteilhaft erweist sich das vorgeschlagene Verfahren im Zusammenhang mit einer elektrischen Maschine, die den oben beschriebenen Aufbau aufweist. Auch die Vorrichtung kann im Sinne der oben beschriebenen Weiterbildungsmöglichkeiten in analoger Weise weitergebildet werden. Darüber hinaus soll es möglich sein, für ein Verfahren zum Bewickeln zumindest eines Wickelkerns mit einem elektrischen Leiter Schutz beanspruchen zu können, bei dem der elektrische Leiter unter Verwendung einer Wickelnadel auf den Wickelkern gewickelt wird, und bei dem zumindest zwei Wickelbereiche, vorzugsweise die Mehrzahl der Wickelbereiche, besonders bevorzugt im Wesentlichen sämtliche Wickelbereiche des Wickelkerns, durchgängig mit dem elektrischen Leiter bewickelt werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einzelnen Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
  • Es zeigt:
  • 1: Eine perspektivische Ansicht einer Endkappe von außen gesehen;
  • 2: eine perspektivische Ansicht einer Endkappe von innen gesehen;
  • 3: eine schematische Draufsicht einer Endkappe von oben;
  • 4: eine schematische Draufsicht einer Endkappe von unten;
  • 5: einen Querschnitt durch eine Endkappe;
  • 6: eine schematische Detaildraufsicht auf den Kabelführungsbereich einer Endkappe;
  • 7: einen Querschnitt durch einen Ankerbereich eines Elektromotors;
  • 8: eine Draufsicht auf einen Statorbereich eines Elektromotors von innen gesehen;
  • 9 eine mögliche Verlegeanordnung für den elektrischen Leiter im Kabelführungsbereich der Endkappen;
  • 10: die Bewicklung eines Stators einer elektrischen Maschine in perspektivischer Ansicht.
  • In den 1 bis 4 ist jeweils eine Schutzkappe 1 für den Stator 2 einer elektrischen Maschine (beispielsweise einem Elektromotor und/oder einem elektrischen Generator) dargestellt. Die 1 bis 4 zeigen die Schutzkappe 1 in unterschiedlichen Ansichten: 1 zeigt die Schutzkappe 1 in einer perspektivischen Ansicht von außen und schräg oben. 2 zeigt die Schutzkappe 1 in einer perspektivischen Ansicht von innen und schräg oben. „Innen” und „außen” bezieht sich dabei auf die radiale Krümmung der Schutzkappe 1 bzw. auf den Stator 2, wenn die Schutzkappe 1 auf dem Stator 2 befestigt ist. 3 zeigt die Schutzkappe 1 in einer Draufsicht von oben. 4 zeigt die Schutzkappe 1 in einer Draufsicht von unten.
  • Die vorliegend dargestellte Schutzkappe 1 weist drei Wickelaufnahmen 4 auf. Die einzelnen Wickelaufnahmen 4 sind mit Hilfe eines Verbindungsstegs 9 miteinander verbunden. Der Verbindungssteg 9 überdeckt im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel der Schutzkappe 1 einen Winkelbereich α von α = 30° (vgl. 3). Jede einzelne Wickelaufnahme 4 weist einen Bodensteg 5 auf, der auf beiden Seiten von Seitenwänden 6, 7, 8 flankiert wird. In radialer Richtung gesehen auf der Innenseite des Bodenbereichs 5 ist die Seitenwand 6 annähernd scheibenförmig mit der Kontur einer halbierten Ellipse ausgebildet und integral mit dem Bodensteg 5 der Wickelaufnahme 4 verbunden.
  • Auf der der inneren Seitenwand 6 gegenüberliegenden Seite des Bodenstegs 5 der Wickelaufnahme 4 sind vorliegend zwei Wandbereiche 7, 8 vorgesehen, nämlich die Rückwand 10 der schmalen Kabelhalterung 7, sowie die Rückwand 11 der breiten Kabelhalterung 8. Dabei ist benachbart zu jeder Wickelaufnahme 4 jeweils eine schmale Kabelhalterung 7, sowie eine breite Kabelhalterung 8 vorgesehen. Die schmale Kabelhalterung 7 sowie die breite Kabelhalterung 8 sind einstückig mit dem Verbindungssteg 9 ausgebildet. Vorzugsweise schließen zumindest Teile der Rückwände 10, 11 des schmalen Kabelkanals 7 bzw. des breiten Kabelkanals 8 mit der Innenseite des Verbindungsstegs 9 bündig ab.
  • Der Bodensteg 5 ist an seiner Unterseite 12 flach ausgebildet. Die Oberseite 13 des Bodenstegs 5 weist dagegen eine Konturierung auf, die so gewählt ist, dass ein beispielsweise aus Kupfer gefertigtes elektrisches Kabel, welches um den Wickelkern 14 herumgewickelt ist, und die innerste Lage des Kabelwickels 15 bildet, im Wesentlichen bündig an der Oberseite 13 des Bodenstegs 5 der Schutzkappe 1 anliegt, ohne dass dieses einen übermäßig kleinen Biegeradius aufweist, oder gar geknickt ist (vgl. 7 und 8). Insbesondere kann die Formgebung des Bodenstegs 5 einer in der Hälfte geteilten Ellipse ähneln oder entsprechen.
  • Wie insbesondere 2 und 3 entnommen werden kann, kann im Bereich der Rückwand 10, 11 der schmalen Kabelhalterung 7, bzw. der breiten Kabelhalterung 8 zusätzlich eine Versteifungsausnehmung 16 vorgesehen wer den. Mit Hilfe der Versteifungsausnehmung 16 kann einerseits Material eingespart werden, andererseits kann die mechanische Stabilität der schmalen Kabelhalterung 7 bzw. der breiten Kabelhalterung 8 erhöht werden. Die Versteigungsausnehmung 16 ist im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel der Schutzkappe recht breit ausgeführt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Versteifungsausnehmung 16 schmaler auszubilden und/oder mehrere Versteifungsausnehmungen 16 vorzusehen. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei der breiten Kabelhalterung 8, die eine entsprechend breite Versteifungsausnehmung 16 aufweist, eine zusätzliche Versteifungsrippe 38 in der Mitte der Versteifungsausnehmung 16 vorgesehen. Möglich ist es selbstverständlich auch, bei der breiten Kabelhalterung 8 eine Mehrzahl von Versteifungsrippen 38 vorzusehen. Zusätzlich oder optional ist es auch möglich, im Bereich der schmalen Kabelhalterung eine oder mehrere Versteifungsrippen 38 anzuordnen.
  • Wie weiterhin insbesondere 1 und 6 entnommen werden kann, weisen die schmale Kabelhalterung 7 sowie die breite Kabelhalterung 8 auf ihrer Vorderseite 17, 18 jeweils mehrere Kabelkanäle 19, 20, 21 auf. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel einer Schutzkappe 1 sind drei Kabelkanäle 19, 20, 21, nämlich ein unterer Kabelkanal 19 (dem Verbindungssteg 9 benachbart), ein mittlerer Kabelkanal 20 und ein oberer Kabelkanal 21 vorgesehen. Die Kabelkanäle 19, 20, 21 sind jeweils durch einen Trennsteg 24 voneinander getrennt. Die Kabelkanäle 19, 20, 21 sind jeweils nutartig ausgebildet und so dimensioniert, dass das im Zusammenhang mit der Schutzkappe 1 zu verwendende elektrische Kabel 29, 30, 31, 32 im Wesentlichen bündig in diesem zu Liegen kommt. Selbstverständlich ist es denkbar, eine abweichende Anzahl von Kabelkanälen 19, 20, 21 vorzusehen, wie beispielsweise 2, 4, 5 oder 6 Kabelkanäle 19, 20, 21. Obgleich im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel die Abstände der Kabelkanäle 19, 20, 21 zueinander jeweils gleich sind, ist es ebenso möglich, die Abstände der Kabelkanäle 19, 20, 21 zueinander unterschiedlich groß zu gestalten. Dazu kann beispielsweise die Dicke der Trennstege 24 variiert werden. Durch eine derartige unterschiedliche Dimensionierung der Abstände der Kabelkanäle 19, 20, 21 kann gegebenenfalls eine verbesserte Bewicklung eines Magnetkerns (beispielsweise des Stators 2) der elektrischen Maschine 3 erreicht werden. Bei üblichen Bauformen wird der Abstand der Kabelkanäle 19, 20, 21 zueinander ausgehend vom Verbindungssteg 9 mit zunehmendem Abstand vom Verbindungssteg 9 größer werden. Es ist im Übrigen auch denkbar, eine größere Anzahl von Kabelkanälen 19, 20, 21 vorzusehen, und nur einen Teil dieser Kabelkanäle zur Führung von elektrischen Kabeln zu verwenden. Die verbleibenden Kabelkanäle 19, 20, 21 dienen dann lediglich der Schaffung eines zusätzlichen Abstands. Sie werden somit quasi als „Dummy”-Kabelkanäle verwendet.
  • Zwischen den schmalen Kabelhalterungen 7 und den breiten Kabelhalterungen 8 ist jeweils ein Abstand vorgesehen, so dass sich schlitzartige Ausnehmungen bilden, die als Kabeldurchführung 22, 23 dienen. Die Kabeldurchführungen 22, 23 sind jeweils in Relation zum Bodensteg 5 der Wickelaufnahmen 4 an unterschiedlichen Positionen angeordnet. Dadurch können die Kabeldurchführungen 22, 23 in zwei unterschiedliche Gruppen unterteilt werden, nämlich in die zentralen Kabeldurchführungen 22, sowie in die seitlichen Kabeldurchführungen 23.
  • Die zentrale Kabeldurchführung 22 ist, in Umfangsrichtung A (vgl. 3) der Schutzkappe 1 gesehen, zentral in der Mitte des jeweiligen Bogenstegs 5 angeordnet. In radialer Richtung B gesehen befindet sie sich entsprechend der Anordnung von schmaler Kabelhalterung 7 und breiter Kabelhalterung 8 seitlich des Bodenstegs 5 der einzelnen Wickelaufnahmen 4 der Schutzkappe 1. Über die zentralen Kabeldurchführungen 22 wird der elektrische Leiter 29, 30, 31, 32, mit dem die Kabelwickel 15 ausgebildet werden, von der Vorderseite 17, 18 der Kabelhalterungen 7, 8 durch die zentrale Kabeldurchführung 22 in Richtung der Wickelaufnahme 4 geführt. Üblicherweise bildet der entsprechende elektrische Leiter 29, 30, 31, 32 den Anfang des Kabelwickels 15. Dementsprechend bildet der elektrische Leiter 29, 30, 31, 32 die dem Bodensteg 5 benachbarte, innere Wickellage aus. Sinnvollerweise wird der elektrische Leiter 29, 30, 31, 32 daher über den unteren Kabelkanal 19 der zentralen Kabeldurchführung 22 zugeführt. Um die Positionierung des elektrischen Leiters zu Beginn des Wickelvorgangs zu verbessern, sind im Bodensteg 5, benachbart zum Verbindungssteg 9, keilförmige Ausnehmungen vorgesehen, die als Einfädelschrägen 25 für den elektrischen Leiter 29, 30, 31, 32 dienen.
  • Nach Ausbildung des Kabelwickels 15 wird der Leiter 29, 30, 31, 32 von der Wickelaufnahme 4 durch eine Kabeldurchführung 22, 23 nach außen in einen Kabelkanal 19, 20, 21 hineingeführt. Üblicherweise erfolgt die „Ausleitung” des elektrischen Leiters 29, 30, 31, 32 dabei über eine seitliche Kabeldurchführung 23. Diese ist so positioniert, dass sie in etwa auf der Höhe der äußersten Lage des fertig ausgebildeten Kabelwickels 15 angeordnet ist. Dementsprechend entspricht die Lage der seitlichen Kabeldurchführungen 23 in etwa dem äußeren Umfang der Seitenwände 6 der jeweiligen Wickelaufnahme 4.
  • Um bei der „Ausleitung” des elektrischen Leiters 29, 30, 31, 32 dessen Positionierung auf dem fertig ausgebildeten Kabelwickel 15 zu verbessern, sind, wie man insbesondere 2, 3 und 4 entnehmen kann, auf der Innenseite des Verbindungsstegs 9 (also auf der Seite, an der am Verbindungssteg 9 die Wickelaufnahmen 4 angeordnet sind) Positionierungsvorsprünge 39 vorgesehen. Dabei ist jeweils zwischen zwei Wickelaufnahmen 4 ein Positionierungsvorsprung 39 angeordnet. Vorzugsweise befinden sich die Positionierungsvorsprünge 39 in der Mitte zwischen den dazu benachbarten Wickelaufnahmen 4. Typische Höhen für einen Positionierungsvorsprung sind 1 mm, 1,5 mm oder 2 mm.
  • Wie insbesondere 1 und 2 entnommen werden kann, sind an der Oberseite der schmalen Kabelhalterungen 7 sowie der breiten Kabelhalterungen 8 jeweils zusätzliche Vorsprünge 26 mit einem angenähert rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken vorgesehen. Diese Vorsprünge 26 können als Montagehilfsmittel, als Abstandshaltevorrichtung und gegebenenfalls auch als zusätzliche Haltevorrichtung für einzelne Leiterbereiche 29, 30, 31, 32 dienen.
  • Wie insbesondere 4 entnommen werden kann, sind auf der Unterseite 12 der Schutzkappe 1 weitere Versteifungsausnehmungen 16 vorgesehen. Die Versteifungsausnehmungen 16 können sowohl im Bereich der Bodenstege 5 als auch im Bereich des Verbindungsstegs 9 ausgebildet werden. Mit Hilfe der Versteifungsausnehmungen 16 kann einerseits Material gespart werden, andererseits kann die mechanische Festigkeit der Schutzkappe 1 erhöht werden. Im Bereich der Stirnseite der Seitenwände 6 der Wickelaufnahmen 4 sind ebenfalls Ausnehmungen 40 vorgesehen. Diese dienen – neben einer gewissen mechanischen Versteifung – insbesondere der Materialeinsparung. Darüber hinaus können mit Hilfe der Ausnehmungen 40 die Wandstärken im Bereich der Seitenwände 6 verringert werden, was für eine Fertigung der Schutzkappe 1 mittels eines Spritzgussverfahrens in der Regel von Vorteil ist. Weiterhin sind in 4 vorliegend drei Fixierungsvorsprünge 27 zu erkennen. Die Fixierungsvorsprünge 27 können in korrespondierende Ausnehmungen eingesetzt werden, welche im Wickelkern 14, auf den die Schutzkappe 1 aufgesetzt wird, vorgesehen sind. Mit Hilfe der Fixierungsvorsprünge 27 kann eine mechanische Vorfixierung zwischen Schutzkappe 1 und Wickelkern 14 erzielt werden, so dass die Bewicklung der Baugruppe aus Schutzkappe 1 und Wickelkern 14 mit einem elektrischen Leiter 29, 30, 31, 32 besonders einfach ausgeführt werden kann. Die mechanische Endfestigkeit wird anschließend durch die Kabelwickel 15 selbst erzeugt. Neben den Fixierungsvorsprüngen 27 können zusätzlich oder alternativ auch Montageausnehmungen 28 vorgesehen werden, die der Aufnahme von Teilen eines Haltewerkzeugs dienen. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel einer Schutzkappe 1 sind die Montageausnehmungen 28 in seitlichen Endbereichen des Verbindungsstegs 9 ausgebildet.
  • Wie insbesondere 3 entnommen werden kann, ist die Schutzkappe 1 derart dimensioniert, das diese in Umfangsrichtung A gesehen einen Winkelbereich α von α = 30° überdeckt. Für einen vollständigen Stator 2 müssen daher insgesamt 12 Schutzkappen 1 pro Statorseite verwendet werden. Wie ebenfalls insbesondere 3 entnommen werden kann, sind die Seitenflächen 35 der schmalen Kabelhalterungen 7 sowie der breiten Kabelhalterungen 8 von der Rückwand 10, 11 ausgehend zur Vorderseite 17, 18 der jeweiligen Kabelhalterungen 7, 8 hin verlaufend sich verjüngend ausgebildet. Der Verjüngungswinkel ist geringfügig größer als 30° gewählt. Dadurch ist es möglich, die Schutzkappe 1 besonders einfach in einem Spritzgussverfahren herzustellen. Insbesondere kann eine Spritzgussform verwendet werden, die ohne innere bewegliche Teile auskommt. Dies kann die Produktionskosten deutlich verringern.
  • Selbstverständlich ist es ebenso möglich, dass der Winkelbereich α größer gewählt wird. Gegebenenfalls kann die Schutzkappe 1 auch einen Vollkreis überdecken. Je größer die Schutzkappe 1 ausgebildet ist, umso geringer werden die Montagekosten, da sich die Fixierung der Schutzkappe 1 auf dem Stator 2 vereinfacht. Andererseits steigen jedoch die Herstellungskosten für die Schutzkappe 1 an. Hier kann ein für die konkrete Anwendung jeweils optimaler Kompromiss gefunden werden. Dieser Kompromiss kann insbesondere auch von der geplanten Stückzahl der Schutzkappe 1 abhängen.
  • In 5 ist ein Querschnitt durch eine Wickelaufnahme 4 der Schutzkappe 1 dargestellt. 5 kann insbesondere die Formgebung der Wickelaufnahme 4 mit Bodensteg 5, Seitenwand 6, Kabelhalterung 7 bzw. 8 mit integrierten Kabelkanälen 19, 20, 21 entnommen werden. Zusätzlich ist die Einfädelschräge 25 zu erkennen. Zusätzlich ist durch gestrichelte Linien die Lage eines elektrischen Kabels 29, das in den Kabelkanälen 19, 20, 21 liegt bzw. einen Kabelwickel 15 in der Wickelaufnahme 4 bildet, dargestellt.
  • In 6 ist eine Detailvergrößerung eines schmalen Kabelkanals 7 sowie eines breiten Kabelkanals 8 dargestellt. Es ist jeweils die Vorderseite 17, 18 des schmalen Kabelkanals 7 bzw. des breiten Kabelkanals 8 dargestellt. Hier kann insbesondere die geometrische Anordnung der einzelnen Kabelkanäle 19, 20, 21 sowie der dazwischen liegenden Trennstege 24 entnommen werden. Ebenfalls ist zur Verdeutlichung der Lage der elektrischen Kabel 29, 30, 31, 32 bei einer fertig bewickelten elektrischen Maschine 3 eine mögliche Anordnung eines elektrischen Kabels 29, 30, 31, 32 durch gestrichelte Linien angedeutet. Das in 6 auf der rechten Seite befindliche elektrische Kabel 30 wird, ausgehend vom unteren Kabelkanal 19 der rechten, schmalen Kabelkanalhalterung 7, durch die zentrale Kabeldurchführung 22 nach innen zur Wickelaufnahme 4 geführt. Das in 6 auf der linken Seite dargestellte elektrische Kabel 31 verläuft von der Außenseite des Wickels 15 durch die seitliche Kabeldurchführung 23 hindurch in den oberen Kabelkanal 21 der linken schmalen Kabelhalterung 7 hinein. Schließlich ist im mittleren Kabelkanal 20 der breiten Kabelhalterung 8 sowie der schmalen Kabelhalterungen 7 ein weiteres elektrisches Kabel 32 durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Dieses elektrische Kabel 32 wird an der Wickelaufnahme 4 vorbeigeführt, überbrückt also die zentrale Kabeldurchführung 22 sowie die seitliche Kabeldurchführung 23, die in 6 zu erkennen sind.
  • 7 und 8 zeigen jeweils einen fertig mit einem Kabelwickel 15 bewickelten Wickelkern 14.
  • 7 stellt dabei einen Querschnitt durch eine Wickelaufnahme 4 dar, wobei die Querschnittsebene tangential (parallel zur Richtung A) verläuft. Die Blick richtung verläuft von radial außen nach radial innen (parallel zur Richtung B) verläuft. Im Inneren der Wickelanordnung 33 befindet sich ein Wickelkern 14, der vorliegend aus mehreren miteinander verbundenen Blechen aus einem weichmagnetischen Material besteht. An den beiden Stirnflächen 34 des Wickelkerns 14 ist eine Schutzkappe 1 aufgesetzt, von der im in 7 dargestellten Querschnitt der Bodensteg 5 zu erkennen ist. Um die aus Magnetkern 33 und die beiden Bodenstege 5 bestehende Baugruppe des Wickelkerns 14 herum ist ein elektrischer Leiter 29, 30, 31, 32 gewickelt, der schlussendlich einen Kabelwickel 15 ausbildet. Wie 7 entnommen werden kann, ist die Oberseite 13 des Bodenstegs so gewählt, dass die Windungen des Kabelwickels 15 bündig an der Oberseite 13 des Bodenstegs 5, sowie an den Außenseiten des Magnetkerns 33 anliegen. Die Außenkontur der in 7 ebenfalls noch zu erkennenden Seitenwand 6 ist derart gewählt, dass die Außenkontur des Kabelwickels 15 und die Außenkontur der Seitenwand 6 im Wesentlichen einander entsprechen.
  • In 8 ist der gleiche Wickelkern 14 von radial innen aus betrachtet. Auch hier ist zu erkennen, wie der Kabelwickel 15 um den Wickelkern 14 herumgeführt ist, wobei der Wickelkern 14 aus Magnetkern 33 und zwei Schutzkappen 1 besteht. Zusätzlich sind in 8 noch die schmalen Kabelhalterungen 7 sowie die breiten Kabelhalterungen 8, sowie die dazwischen ausgebildeten zentralen Kabeldurchführungen 22 und seitlichen Kabeldurchführungen 23 zu erkennen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass beim in 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiel nur die obere Schutzkappe 1 mit integrierten Kabelhalterungen 7, 8 versehen ist. Die untere Schutzkappe ist demgegenüber ohne derartige Kabelhalterungen 7, 8 ausgeführt. Dadurch ist es insbesondere möglich, Bauraum einzusparen. Selbstverständlich ist es ebenso denkbar, auch die untere Schutzkappe 1 mit derartigen Kabelhalterungen 7, 8 zu versehen.
  • Dabei müssen die Kabelhalterungen 7, 8 der oberen und der unteren Schutzkappe 1 nicht unbedingt gleichartig ausgeführt sein.
  • In 9 ist schließlich das Prinzip der Kabelführung von unterschiedlichen elektrischen Leitern 41, 42, 43 in den unterschiedlichen Kabelkanälen 19, 20, 21 im Bereich einer Schutzkappe 1 dargestellt. Die Bewicklung entlang des vollständigen Umfangs des Stators ergibt sich durch entsprechende Fortsetzung der Kabelführung und Bewicklung nach links und rechts. Die elektrischen Leiter 41, 42, 43 können entlang des vollständigen Umfangs dabei jeweils als einzelner, durchgängiger elektrischen Leiter 41, 42, 43 realisiert werden. Die einzelnen elektrischen Leiter 41, 42, 43 werden anschließend mit den einzelnen Phasen einer Drehstromquelle verbunden.
  • Der erste Leiter 41 verläuft im Bereich der Kabelhalterungen 7, 8 im unteren Kabelkanal 41. In einem ersten Einfädelbereich 44 wird der erste Leiter 41 vom unteren Kabelkanal 41 in den mittig liegenden Bereich der Wickelaufnahme 4 des ersten Wickelbereichs 50 geleitet (die Lage des ersten Leiters 41 im ersten Einfädelbereich 44 befindet sich somit im Inneren des Wickels, ist also Teil der untersten Lage des Wickels). Dort wird der erste Leiter 41 mehrfach über die Wickelaufnahme 4, den darunter liegenden Bodensteg 5 und den dazwischen liegenden Magnetkern 33 herum geführt, so dass sich ein erster Wickel 50 bildet. Die Lage des ersten Wickels 50 ist im oberen Bereich 53 von 9 angedeutet. Vom äußeren Umfangsbereich des ersten Wickels 50 (äußere Lage des Wickels) wird der erste Leiter 41 über den ersten Ausfädelbereich 45 zurück in den unteren Kabelkanal 41 geführt. Danach wird der erste Leiter 41 am zweiten 51 und dritten 52 Wickelbereich vorbeigeführt. Danach folgt ein weiterer erster Wickelbereich 50, bei dem der erste Leiter 41 zu einer Wickelaufnahme 4 geführt wird und ein Wickel 50 ausgebildet wird.
  • In analoger Weise verläuft der zweite Leiter 42 im mittleren Kabelkanal 20. Der zweite Leiter 42 wird über einen zweiten Einfädelbereich 46 zum Inneren des zweiten Wickels 51 (untere Lage) geführt und bildet durch mehrfaches Wickeln des zweiten Leiters 42 um die Wickelaufnahme 4, den Magnetkern 33 und den Bodensteg 5 den zweiten Wickel 51 aus. Vom Wickeläußeren (äußere Lage) wird der zweite Leiter 42 über einen zweiten Ausfädelbereich 47 zurück in den mittleren Kabelkanal 20 geleitet.
  • Der dritte Leiter 43 verläuft in entsprechender Weise im oberen Kabelkanal 21. Der dritte Leiter 43 wird über einen dritten Einfädelbereich 48 zum Inneren des dritten Wickels 52 (untere Lage) geführt und bildet durch mehrfaches Wickeln des dritten Leiters 43 um die Wickelaufnahme 4, den Magnetkern 33 und den Bodensteg 5 den dritten Wickel 52 aus. Vom Wickeläußeren (äußere Lage) wird der dritte Leiter 43 über einen dritten Ausfädelbereich 49 zurück in den oberen Kabelkanal 21 geleitet.
  • Wie man der Lage der unterschiedlichen Leiter 41, 42, 43 im Bereich der jeweiligen Einfädelbereiche 44, 46, 48 und Ausfädelbereiche 45, 47, 49 in 9 entnehmen kann, sind der erste Leiter 41 sowie der zweite Leiter 42 im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel in einer ersten Richtung (vorliegend z. B. im Uhrzeigersinn) gewickelt. Dem gegenüber ist der dritte Leiter 43 in einer davon abweichenden, zweiten Richtung (vorliegend z. B. entgegen dem Uhrzeigersinn) gewickelt. Die in 9 dargestellten unterschiedlichen Wickelrichtungen der unterschiedlichen Wickel 50, 51, 52 sind jedoch rein exemplarisch gewählt und können je nach Erfordernis angepasst werden.
  • Um die Zusammengehörigkeit der unterschiedlichen Leiter 41, 42, 43 und der dazugehörigen Wickel 50, 51, 52 zu veranschaulichen, wurden für die unterschiedlichen, jeweils elektrisch miteinander in Verbindung stehenden Leiterbereiche unterschiedliche Schraffuren verwendet.
  • In 10 ist dargestellt, wie der Stator 2 einer elektrischen Maschine 3 mit Hilfe einer an einer Halterung 37 geführten Wickelnadel 36 bewickelt werden kann. Die Halterung 37 kann beispielsweise von einem Roboterarm bewegt werden. Das elektrische Kabel 29 wird von der Wickelnadel 36 freigegeben. Die Freigabe des elektrischen Kabels erfolgt dabei unter einer entsprechenden Zugbeanspruchung. In 10 sind die einzelnen Wickelkerne 14 zu erkennen, die gemeinsam den Stator 2 ausbilden. An den Stirnseiten der Wickelkerne 14 sind der Magnetkern 33, sowie die Schutzkappen 1 zu erkennen. Im vorderen Bereich der 10 sind die Wickelkerne 14 bereits mit Kabelwickeln 15 bewickelt. Im hinteren Bereich der 10 muss der elektrische Leiter 29 dagegen noch aufgebracht werden. Dank der vorgeschlagenen Schutzkappen 1 sowie des in 9 zu erkennenden Wickelplans ist es möglich, den gesamten Stator 2 der elektrischen Maschine 3 mit einem einzigen, durchgehenden elektrischen Kabel 29 (bzw. einem durchgehenden elektrischen Kabel pro elektrischem Pol der Stromquelle) zu bewickeln. Dadurch können manuelle Fertigungsschritte, bei denen die Kabelenden der einzelnen Kabelwickel 15 jeweils miteinander verbunden werden müssen, auf vorteilhafte Weise entfallen. Dies kann einerseits die Produktionskosten senken, die geometrischen Abmessungen der fertigen elektrischen Maschine 3 verkleinern, sowie die Zuverlässigkeit der elektrischen Maschine 3 erhöhen, da die Verbindungspunkte von elektrischen Leitern 29, 30, 31, 32 in der Regel einen mechanischen Schwachpunkt darstellen.
  • 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
    • - WO 2006/042834 A1 [0007]
    • - US 7116023 B2 [0008]
    • - WO 2005/101612 A1 [0009]

Claims (15)

  1. Endkappenvorrichtung (1) für einen Wickelkern (2) einer elektrischen Maschine (3), insbesondere für einen Statorkern (2) einer elektrischen Maschine (3), aufweisend zumindest einen Wickelaufnahmebereich (4) mit wenigstens einem Bodenbereich (5) und wenigstens zwei seitlich angeordneten Begrenzungswänden (6, 7, 8), sowie zumindest eine Leitungshalteeinrichtung (7, 8) zur Halterung eines elektrischen Leiters (29, 30, 31, 32) in wenigstens einem Leitungsführungsbereich (19, 20, 21), wobei wenigstens eine Durchgangsausnehmung (22, 23) zwischen dem Wickelaufnahmebereich (4) und dem Leitungsführungsbereich (19, 20, 21) der Leitungshalteeinrichtung (7, 8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsausnehmung (22, 23) innerhalb der Länge des Bodenbereichs (5) des Wickelaufnahmebereichs (4) angeordnet ist.
  2. Endkappenvorrichtung (1) für einen Wickelkern (2) einer elektrischen Maschine (3), insbesondere für einen Statorkern (2) einer elektrischen Maschine (3), insbesondere Endkappenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, aufweisend eine Mehrzahl von Wickelaufnahmebereichen (4) mit jeweils wenigstens einem Bodenbereich (5) und jeweils wenigstens zwei seitlich angeordneten Begrenzungswänden (6, 7, 8), sowie zumindest einer Leitungshalteeinrichtung (7, 8) zur Halterung eines elektrischen Leiters (29, 30, 31, 32) in wenigstens einem Leitungsführungsbereich (19, 20, 21).
  3. Endkappenvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsausnehmung (22, 23) im Wesentlichen mittig zum Bodenbereich (5) des Wickelaufnahmebereichs (4) angeordnet ist.
  4. Endkappenvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine zusätzliche Durchgangsausnehmung (22, 23), welche seitlich versetzt zum Bodenbereich (5) des Wickelaufnahmebereichs (4) angeordnet ist.
  5. Endkappenvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine asymmetrische Anordnung von Durchgangsausnehmung(en) (22, 23) und/oder zusätzlicher (zusätzlichen) Durchgangsausnehmung(en) (22, 23).
  6. Endkappenvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bodenbereich (5) und/oder wenigstens eine Begrenzungswand (6, 7, 8) eine Kontur aufweist, die zumindest abschnittsweise im Wesentlichen der Kontur eines Wickels (15) entspricht.
  7. Endkappenvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Leitungshalteeinrichtung (7, 8) integral mit zumindest einer Begrenzungswand (6, 7, 8) ausgebildet ist.
  8. Endkappenvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Wickelansatzführungsan schrägung (25), welche insbesondere im Bodenbereich (5) eines Wickelaufnahmebereichs (4) ausgebildet ist.
  9. Endkappenvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche einstückig ausgebildet ist.
  10. Endkappenvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die einen Winkelbereich (α) von bis zu 90°, vorzugsweise von bis zu 60° abdeckt.
  11. Endkappenvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Montagehilfseinrichtung (27, 28), insbesondere einen Engpassvorsprung (27) und/oder einen Haltewerkzeugeingriffsbereich (28).
  12. Endkappenvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Vorsprungsbereich (26), welcher insbesondere an einer Begrenzungswand (6, 7, 8) und/oder einer Leitungshalteeinrichtung (7, 8) angeordnet ist.
  13. Elektrische Maschine (3) mit einer Mehrzahl von Wickelbereichen (14), aufweisend zumindest eine Endkappenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Elektrische Maschine (3) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Wickelbereiche (14), vorzugsweise die Mehrzahl der Wickelbereiche (14), besonders bevorzugt im Wesentlichen sämtliche Wickelbereiche (14) eines Wickelkerns (2) der elektrischen Maschine (3) einen durchgängigen Wickeldraht (29, 30, 31, 32) aufweisen.
  15. Vorrichtung zum Bewickeln zumindest eines Wickelkerns (2), insbesondere eines Wickelkerns (2) einer elektrischen Maschine (3) nach Anspruch 13 oder 14, mit einem elektrischen Leiter (29, 30, 31, 32), bei dem der elektrische Leiter (29, 30, 31, 32) unter Verwendung einer Wickelnadel (36) auf den Wickelkern (2) gewickelt wird, wobei zumindest zwei Wickelbereiche (14), vorzugsweise die Mehrzahl der Wickelbereiche (14), besonders bevorzugt im Wesentlichen sämtliche Wickelbereiche (14) des Wickelkerns (2), durchgängig mit dem elektrischen Leiter (29, 30, 31, 32) bewickelt werden.
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