DE3120865A1

DE3120865A1 - "verfahren und vorrichtung zur herstellung einer statorwicklung eines generators kleiner leistung"

Info

Publication number: DE3120865A1
Application number: DE19813120865
Authority: DE
Inventors: Jaques 69260 Charbonnieres Dislaire; Claude 69800 Saint Friest Mognotte
Original assignee: Societe de Paris et du Rhone SA
Current assignee: Societe de Paris et du Rhone SA
Priority date: 1980-05-30
Filing date: 1981-05-26
Publication date: 1982-03-11
Also published as: US4449288A; FR2483702A1; FR2483702B1; GB2076710B; GB2076710A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Statorwicklung eines Generators kleiner Leistung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Herstellung einer Statorwicklung eines Generators kleiner Leistung, insbesondere eines Wechselstrom-Generators und sie bezieht sich vorzugsweise auf die Fertigung von Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge.

Der Stator eines Wechselstrom-Generators kleiner Leistung, wie er häufig in Kraftfahrzeugen benutzt wird, wird gewöhnlich durch ein Paket dünner Bleche gebildet, die die Form einer Krone oder eines Ringes haben, deren innere zylindrische Fläche mit Nuten versehen ist, die die in der Regel dreiphasigen Wicklungen aufnehmen. Die am häufigsten verwendeten Wicklungen der Statoren von Generatoren der genannten Art sind entweder durch in sich geschlossene und vorzugsweise ineinander verschlungene Spulen gebildet, die die Pole umschließen, oder sie sind mit Wellenwicklungen versehen, wie sie z. B. durch die französischen Patente 1 532 522 und 2 408 937 bekannt sind. Vor allem auf die letztgenannte Wicklungsart bezieht sich das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung im einzelnen.

Die hier betrachteten Wicklungen werden entweder "in situ" d. h. im Stator selbst durch Spezxalmaschinen fertiggestellt, oder sie werden außerhalb des Stators geformt und

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dann in die Nuten des Stators eingelegt. Im allgemeinen sind diese Herstellungsverfahren der Wicklungen ziemlich langsam und dementsprechend teuer, denn sie verursachen zahlreiche lange und komplizierte Operationen und Schritte. In beiden Fällen verursachen die rechtwinkligen oder gezackten Formen der Spulen oder der Schleifen der Wicklung Beschleunigungen und Verlangsamungen im Verlauf des mechanischen Formprozesses und es ergibt sich daraus ein Reck- oder Streckeffekt für die Drähte, der je nach Form und Spannung der Drähte wechselt. Um diese Streckung, zu begrenzen, muß die Geschwindigkeit der benutzten Maschinen vermindert bzw. klein gehalten werden. Darüber hinaus macht dieser Streckeffekt die Benutzung von insbesondere aus Aluminium oder einer Leichtmetallegierung bestehenden Drähten, die nur wenig Streckung vertragen, sehr schwierig.

Darüber hinaus ist das bekannte Verfahren, welches darin besteht, die Spulen außerhalb des Stators zu formen und sie dann in die Nuten einzufügen, bei Wechselstrom- oder Drehstrom-Statoren mit kleinem innerem Durchmesser schwierig durchzuführen, denn es muß im Inneren des freien Raumes mit sehr begrenztem Durchmesser eine komplexe Spuleneinrichtung und/oder ein Dehnungsgerät untergebracht werden, was die Maschinen noch komplizierter macht und die Kosten und auch die Beschädigungsgefahr steigert,,

Außerdem ist es mit den vorerwähnten bekannten Verfahren schwierig oder sehr wenig wirtschaftlich, Statoren mit Wicklungen mit verschiedenen Phasen herzustellen. Tatsächlich benötigt man in diesem Falle für jeden Spulentyp eine andere Maschine und muß außerdem die Statoren im Laufe der Herstellung von einer Maschine zur anderen überführen.

Die vorliegende Erfindung strebt eine Abhilfe bei den vorerwähnten Schwierigkeiten und Nachteilen an. Ziel der Erfindung ist es also, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu

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schaffen, rait der automatisch, einfach, schnell und wirtschaftlich die Wicklung der Statoren von Generatoren gefertigt werden kann, ohne die Fäden zu strecken oder nennenswert zu strecken, so daß auch die eventuelle Benutzung von Aluminium oder einer Leichtmetallegierung möglich ist. Ferner soll erreicht werden, daß Spulen unterschiedlicher Typen auf einfache Weise auf denselben Stator gewickelt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgaben und Probleme sieht die Erfindung im wesentlichen ein Verfahren für die Herstellung einer Wicklung in gewellter Art vor, welches folgende Merkmale aufweist:

es wird außerhalb des Stators und für jede Phase eine zunächst flache und runde Spule mit der gewünschten Anzahl von Windungen geformt,

diese Spule wird immernoch außerhalb des Stators in der Weise vorgeformt, daß sie die Form eines gewellten, noch deutlich flachen Sternes erhält, bei welchem die Wellen der Polzahl und der Nutenteilung des Stators entsprechen, diese zu einem gewellten Stern vorgeformte Spule wird gegen eine äußere Oberfläche des Ständer- bzw. Stator-Blechpaketes geführt und

die Drähte werden in die Nuten dieses Blechstapels oder Blechpaketes durch Umlegen oder Umbiegen eingefügt, wodurch die Spule aus ihrer Ebene in Richtung zu der anderen äußeren Oberfläche des Blechpaketes verformt wird.

Es sei erwähnt, daß in dem Fall, in dem das Verfahren die anfängliche Herstellung flacher Spulen für eine Phase vorsieht, das Einfügen der Drähte in die Nuten des Blechpaketes durch Umbiegen oder Umlegen entweder gleichzeitig oder getrennt für die verschiedenen Phasen erfolgen kann.

Die Herstellung einer flachen und ringförmigen Spule in einem ersten Verfahrensschrxtt erlaubt das Einrollen des

Drahtes mit erhöhter Geschwindigkeit, also kostengünstig, und bei schwacher und gleichbleibender Spannung, also ohne Streckung. Ebenso ist die Vorformung in einen gewellten Stern mit geeigneten Mitteln ohne Streckung möglich. Die Vermeidung der Reckung der Drähte ergibt außerdem in vorteilhafter Weise eine große Beständigkeit bzw. Gleichmäßigkeit der Eigenschaften, Kenndaten usw. und erlaubt die Benutzung von Drähten aus Aluminium oder einer Leichtmetalllegierung. Ein weiterer wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Möglichkeit der Herstellung von Statoren mit verschiedenen Phasen bezüglich der Aderquerschnitte, der.Zahl der Windungen oder des Werkstoffes ihrer Leiter, wobei diese Möglichkeiten kumuliert, also gemeinsam oder einzeln vorhanden sein können, ohne daß dadurch die Verfahrensschritte schwieriger oder komplizierter werden oder die Benutzung mehrerer Maschinen notwendig wird. Die Vorformung erlaubt es, auf einfache Weise die Form der Schaltenden der Wicklungen bzw. die Wickelköpfe zu variieren. Im einzelnen kann die Spule zunächst auf einer konischen Form hergestellt werden (wobei ein im wesentlichen flacher oder ebener Verlauf beibehalten wird), um auseinanderliegende Schaltenden bzw. Windungen zu erhalten, was die Phasenbeeinflussung vermindert und die Kühlung verbessert. Das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht die Verdrahtung, Leitungsführung bzw. Schaltverbindung, denn es erlaubt eine beliebige Anordnung der Anschlüsse der Drähte schon von der Vorformung ab, um alle - Voraussetzungen dafür zu haben, die Verbindung der verschiedenen Phasen zu erleichtern. Die Einfügung einer mehr oder weniger großen Anzahl von Phasen ergibt dabei keine Erschwerung der Durchführung des Verfahrens. Schließlich erlaubt das Verfahren ein automatisches Einsetzen von Nutenkeilen bzw. Verschlußkeilen od. dgl. gleichzeitig mit der Einfügung der Drähte in die Nuten durch Umlegen. Der Stator verläßt somit die Maschine praktisch vollständig fertiggestellt, ohne vorläufige Halteteile od. dgl. einsetzen zu müssen, und es muß

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nur noch die Imprägnierung und die Stromableitung gemacht werden, was ebenfalls eine Vereinfachung und eine zusätzliche Ersparnis bedeutet.

Eine Vorrichtung von eigener erfinderischer Bedeutung, die insbesondere zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens, also zur Herstellung einer Statorwicklung dient, umfaßt außer einer Maschine mit Mitteln zum Formen der flachen und runden Spulen Mittel, wie z. B. elastische Finger, zum Deformieren der flachen und runden Spulen in solche mit der Form eines gewellten Sternes und andererseits einen Bolzen oder Dorn, der entlang der Statorachse in das Statorblechpaket hinein derart verschiebbar ist, daß die Drähte der in Sternform vorgeformten Spule durch Umbiegen oder Umlegen in die Nuten dieses Blechpaketes eingefügt werden. Vorteilhafterweise umfaßt die Vorrichtung auch Mittel zum automatischen Zuführen der in Sternform vorgeformten Spule gegen das Ständerblechpaket .

Die Erfindung umfaßt außerdem einen Stator eines Generators mit kleiner Leistung, insbesondere einen Stator einer Lichtmaschine für Kraftfahrzeuge, der eine Wellenwicklung aufweist, die nach dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellt ist.

Die Erfindung wird noch besser verständlich mit Hilfe der folgenden Beschreibung anhand der zugehörigen schematischen Zeichnung, die in Form eines Ausführungsbeispieles ohne Begrenzung darauf die verschiedenen Verfahrensschritte für die Herstellung der Wicklung eines Stators eines Generators gemäß der Erfindung und im Prinzip eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Abwicklung einer dreiphasigen Wellenwicklung, die gemäß der Erfindung herstellbar ist,

Fig. 2 eine Stirnansicht.der flachen und runden Spule, die in einem ersten Verfahrensschritt geformt ist und einer Phase entspricht,

Fig. 3 die Verformung der Spule gemäß Fig„ 2 in eine Spule mit.der Form eines gewellten Sternes sowie

Fig. A einen sehr schematisierten Längsschnitt durch die Statorachse mit einer Darstellung des Einfügens der Drähte in die Nuten durch deren Umbiegen, wobei der dazu benutzte Dorn erkennbar ist,

Fig.1 zeigt zum Teil und als Abwicklung die drei Phasen bzw. Phasenwicklungen 1, 2, 3 einer Wellenwicklung eines Stators eines dreiphasigen Generators« In ganz schematischer Darstellung sind das Blechpaket 4 und die Muten 5 angegeben, in welche die Drähte eingefügt werden.

Um z. B₀ die Phase 1 zu verwirklichen, fertigt man zunächst eine Wicklung mit η Windungen um einen kreisförmigen Kern 6, wie es Fig. 2 zeigt, wodurch man eine flache und runde, mit 1^! gekennzeichnete Spule erhält, η entspricht dabei der Anzahl der Leiter in jeder Nute 5 des fertiggestellten Stators.

Der folgende Verfahrensschritt, welcher durch Fig„ 3 dargestellt ist, ist eine Vorformung, in deren Verlauf zwei Gruppen von beweglichen und elastischen Fingern 7 und 8 der ursprünglich flachen und runden Spule 1' die Form eines gewellten Sternes geben, der immernoch flach und eben ist. Diese so zu einem Stern verformte Spule ist mit 1" bezeichnet und besitzt z. B. sechs Strahlen oder Arme für einen Stator eines dreiphasigen Generators mit 36 Nuten. Ganz allgemein ist die Zahl der Arme oder Wellen entsprechend der Pölzahl gewählt.

Die zu einem Stern geformte Spule 1»· wird anschließend

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automatisch gegen eine Außenseite 9 des Blechpaketes 4 geführt, wie es in Fig. 4 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist. Diese Zuführmittel können u. a. Nadeln 10 für die Führung der Spule umfassen.

Anschließend wird ein Dorn 11 zur Anwendung gebracht, der ein konisches Ende hat und in Richtung der Achse 12 des Stators verstellbar ist und der von seiner tief liegenden Position ausgehend im Sinne des Pfeiles 13 vorgeschoben oder -gestoßen wird, um in das Blechpaket 4 einzutreten und durch es hindurchgeführt zu werden. Mit punktierten Linien sind zwei Zwischenstellungen und die obere Endstellung dieses Dornes 11 im Laufe seines Vorschubes dargestellt. Die Verstellbewegung des Dornes 11 verursacht, wie es durch die Pfeile 14 dargestellt ist, ein Umlegen oder Herunterklappen der Arme oder Vorsprünge der sternförmigen Spule 1^lf. Diese Spule wird aus ihrer Ebene heraus in Richtung zu der anderen Außenseite 15 des Blechpaketes 4 in der Weise verformt, daß gewisse Abschnitte der Drähte in eine parallel zur Achse 12 verlaufende Orientierung übergeführt und in die Nuten 5 des Blechpaketes 4 eingefügt werden.

Man erhält so, wie es die strichpunktierten Linien der Fig. zeigen, die der einen Phase 1 des Stators entsprechende Wicklung, wobei die nicht in den Nuten 5 eingefügten Abschnitte der Drähte die Wickelköpfe bzw. die Schalt- oder Anschlußenden bilden-.

Um die vollständige Wellenwicklung mit drei Phasen 1, 2 und 3 gemäß Fig. 1 fertigzustellen, ist es möglich, gleichzeitig diese drei Phasen in die entsprechenden Nuten 5 durch die Umleg-Operation einzufügen, die für eine einzige Phase vorstehend beschrieben wurde.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern sie umfaßt

im Gegenteil auch alle nach demselben Prinzip verwirklichten Abwandlungen und Variationen. Ebenso ist der Bau oder die Ausführung der zu einem wellenförmigen Stern vorgeformten Spule in Abhängigkeit der für die Wicklung gefragten oder benötigten Eigenschaften veränderbar und bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens können die verschiedenen Mittel durch alle äquivalente ersetzt sein.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen,der Zusammenfassung und den Zeichnungen dargestellten Merkmale und Konstruktionsdetails können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander wesentliche Bedeutung haben.

- Zusammenfassung -

Claims

Ansprüche

Verfahren zur Herstellung einer Statorwicklung eines Generators kleiner Leistung, insbesondere einer Lichtmaschine für Kraftfahrzeuge vorzugsweise mit einer Wellenwicklung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Es wird außerhalb des Stators und für jede Phase (1,2,5) eine zunächst flache und runde (1^f) Spule mit einer gewünschten Anzahl (n) von Windungen geformt, diese Spule wird weiterhin außerhalb des Stators in der Weise vorgeformt, daß sie die Form eines gewellten, noch im wesentlichen flachen Sternes erhält, bei welchem die Wellen der Polzahl und/oder der Nutenteilung des Stators entsprechen j

diese zu einem gewellten Stern (1^!>) vorgeformte Spule xiird gegen eine äußere Oberfläche (9) des Ständerbzw,, Stator-Blechpaktetes (4) geführt und die Drähte i^erden in die Nuten (5) dieses Blechstapels oder Blechpaketes (4) durch Umlegen oder Umbiegen eingefügt, itfodurch die Spule (1¹¹) aus ihrer Ebene in Richtung zu der anderen äußeren Oberfläche (15) des Blechpaketes (4) verformt wird, j
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Einfügen der Drähte in die Nuten (5) des Blechpaketes (4) durch Umlegen oder Umbiegen gleichzeitig für die den verschiedenen Phasen entsprechenden Spulen des Stators erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (1^!) zunächst auf einer konischen Form hergestellt wird, um auseinanderliegende Schaltendungen bzw. Windungen zu erhalten.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenkeile bzw. Verschlußkeile gleichzeitig mit dem Einfügen der .Drähte in die Nuten (5) durch deren Umbiegen vorzugsweise automatisch eingesetzt werden.
5. Vorrichtung zur Herstellung der Statorwicklung eines Generators, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer einer Maschine mit Mitteln (6) zum Formen der flachen und runden Spulen (I¹) Einrichtungen oder Mittel wie z.B. elastische Finger (7,8) zum Deformieren der flachen und runden Spulen (1¹) in solche Spülen (I¹¹) mit der Form eines gewellten Sternes und ferner einen Bolzen (11) oder Dorn od.dgl. aufweist, der entlang der Statorachse (12) in das Statorblechpaket (4) hinein derart verschiebbar ist, daß die Drähte der in Sternform vorgeformten Spule durch Umbiegen oder Umlegen in die Nuten (5) dieses Blechpaketes (4) ausweichen und eingefügt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in Vorschubrichtung des Dornes (11) vordere-Ende konisch ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (10), vorzugsweise Führungsnadeln od.dgl. zum selbsttätigen Zuführen der in Sternform vorgeformten Spule (1^tf) gegen das Ständerblechpaket (4) aufweist.
8. Stator für einen Generator kleiner Leistung, insbesondere Stator für die Lichtmaschine von Kraftfahrzeugen, vorzugsweise mit Wellenwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Wicklung durch das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist.
9. Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er Phasen (1, 2, 3) mit unterschiedlichen Leiter- bzw. Aderquerschnitten aufweist.
10. Stator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß er Phasen (1, 2, 3) mit unterschiedlichen Windungszahlen aufweist.
11. Stator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er Phasen (1, 2, 3) mit unterschiedlichen Leitern-Werkstoffen aufweist.

- Beschreibung -