DE4122076A1 - Verfahren zur herstellung einer statorwicklung mit profilleitern fuer elektrische maschinen - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer statorwicklung mit profilleitern fuer elektrische maschinenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung einer Statorwicklung mit Profilleitern für
elektrische Maschinen, deren Wickelköpfe abgebogen sind
und außerhalb der Statorbleche geformt werden, sowie
Wickelstrang und Wicklung zur Durchführung des Verfahrens.
Derartige Statorwicklungen können in den
verschiedensten Bereichen im Elektromaschinenbau verwendet
werden, vor allem aber für sogenannte Drehfeldmotoren im
Kraftfahrzeugbau, da gerade hier auf eine platzsparende
Bauweise der elektrischen Maschinen mit niederohmigen
Wicklungen und hohem Kupferfüllfaktor geachtet werden muß,
um einen hohen magnetischen Fluß zu erzielen. Der
Füllungsgrad der Statornuten beeinflußt entscheidend den
Wirkungsgrad und die Baugröße der elektrischen Maschine.
Wegen der relativ niedrigen Motorspannung, die im
allgemeinen kleiner 12 Volt ist, sind die Wicklungen
niederohmig auszulegen. Daher wurden in der Vergangenheit
mehrere Leiter einer Wicklung parallel geschaltet. Diese
Maßnahme stellt einen enormen Fertigungsaufwand dar und
ist bei einer Massenproduktion wirtschaftlich nicht
tragbar.
Außerdem ergibt sich unter Verwendung runder Drähte
der Nachteil eines schlechten Füllfaktors, der das
Verhältnis zwischen Leitermaterial und Luft ist proportional
dem Strom, der nach Möglichkeit so gewählt werden sollte,
daß die magnetische Induktion im Sättigungsbereich des
Dynamobleches liegt.
Daher werden große Anstrengungen unternommen, um
dieses Ziel wirtschaftlich zu erreichen. Es wurden die
verschiedensten Statorwicklungen und Verfahren zu deren
Herstellung entwickelt, um den Füllfaktor möglichst
optimal zu gestalten. Bei großen elektrischen Maschinen
werden seit langem anstelle runder Leiter viereckige
Leiter verwendet, die vorgefertigt in die Nuten des
Statorbleches eingesetzt werden. Eine Übertragung dieser
Leiterquerschnitte auf kleine elektrische Maschinen ist
nicht ohne weiteres möglich, denn ein profilierter Leiter
ist im allgemeinen schlechter zu bearbeiten als ein runder
Leiter, wie beispielsweise beim Biegen des Leiters. Dazu
kommen Isolationsprobleme.
In der DE-A1-38 03 752 wird ein Verfahren zur
Herstellung eines Stators für einen Kraftfahrzeug-
Drehstromgenerator beschrieben, das den Füllfaktor
erheblich verbessert, wobei die in die Nuten
einzubringenden Leiterteile zunächst rund sind und unter
Anwendung von äußerem mechanischen Druck einen viereckigen
Querschnitt erhalten. Die Querschnitte der Enden an den
Wickelköpfen bleiben dabei rund.
Eine weitere Verbesserung, sowohl der Produktion als
auch des Füllfaktors von Statorwicklungen, wurde dadurch
erzielt, daß ganze Wicklungspakete mit einer der Nut
angepaßten Form vorgefertigt und hernach in die Nuten
eingebracht wurden. Ein anschließendes Pressen dieser
vorgefertigten Wicklungen birgt allerdings
Isolationsproblem in sich und führt zu großen
Ausschußraten in der Produktion. Ferner entstehen bei
dieser Wickelart verhältnismäßig voluminöse Wickelköpfe,
die bei einer Kleinbauweise störend sind.
Die o. g. Verfahren haben darüber hinaus noch den
Nachteil, daß nach Einbau der Wicklungen in die Statornuten
die Enden der Wicklung verbunden bzw. verlötet werden
müssen. Diese Verbindungsstellen stellen nicht nur
elektrisch einen Widerstand dar, sie sind zusätzlich auch
häufig eine Fehlerquelle, die zu mechanischen Problemen
bei Erwärmung der Wicklungen führt.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, eine
vorgefertigte Statorwicklung in die Nuten des
Statorblechpakets unter optimaler Ausnutzung des
Wickelraumes einzufügen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Formleiter außerhalb des Statorblechpakets zu
einer räumlichen Struktur gebogen werden, die den
geometrischen Abmessungen des Statorblechpakets angepaßt
ist, so daß die einzelnen Formstränge von einer Seite
axial in die Nuten des Statorblechpakets eingebracht
werden können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden
sich in den Unteransprüchen wieder.
Gemäß der vorliegenden Erfindung soll nun die
Wicklung einer Phase aus einem Strang eines Leiters
bestehen, so daß lediglich Anfang und Ende der
Statorwicklung zu verschalten sind, wobei der Anfang eines
Stranges die Anschlußklemme an das Netz darstellt. Bei
mehrphasigen Wicklungen können die Enden untereinander,
beispielsweise im Stern oder im Dreieck, verschaltet
werden. Ein Verbinden bzw. Verlöten der einzelnen
Wickelpakete entfällt also, was einen unübersehbaren
Vorteil sowohl für die Produktion als auch im Hinblick auf
die physikalischen Größen, wie Widerstände, Stromdichte
und Erwärmungsprozesse, bedeutet.
Durch die spezielle Formgebung der einzelnen Stränge,
infolge der Verwendung eines profilierten Stromleiters,
ergibt sich ein weiterer für die Produktion erheblicher
Vorteil, nämlich der, daß die Formstränge identisch
ausgeführt werden können.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist darin zu
sehen, daß die Abbiegung der Wickelköpfe in Richtung der
Mittelachse des Stators das Einbringen der gesamten
Statorwicklung bzw. einzelner Stränge in die Nuten des
Statorblechpakets ermöglicht. Hierdurch ergeben sich
Vereinfachungen bei der automatischen Herstellung eines
solchen Stators. Das bedeutet ferner, daß die Möglichkeit
besteht, mit einem einzigen Arbeitsgang die gesamte
Statorwicklung in die Nuten des Statorblechpakets
einzubringen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in
den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird
auf die Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch das
Statorblechpaket mit einer zweilagigen
Wicklung,
Fig. 1A die Ansicht aus Richtung des Pfeiles IA in
Fig. 1,
Fig. 1B die Ansicht aus Richtung des Pfeiles IB in
Fig. 1,
Fig. 2 einen zweilagigen Wickelstrang in
perspektivischer Darstellung,
Fig. 3 eine komplette zweilagige 3-Phasen-Wicklung
in perspektivischer Darstellung,
Fig. 4A eine Nut im Statorblechpaket mit darin
befindlichen Leitern mit dreieckigem
Querschnittsprofil,
Fig. 4B eine viereckige Nut im Statorblechpaket mit
darin befindlichen Leitern mit dreieckigem
und trapezförmigem Querschnittsprofil,
Fig. 4C eine viereckige Nut im Statorblechpaket mit
darin befindlichen Leitern mit dreieckigem
Querschnitt, zusammengefügt zu einem
Quadrat,
Fig. 4D eine schräge Nut mit dazu durch
mechanischen Druck angepaßten Leitern,
Fig. 4E eine Schnittdarstellung des
Formgebungswerkzeuges.
In Fig. 1 wird ein Schnitt durch die obere Hälfte
eines Statorblechpakets mit einer zweilagigen Wicklung
gezeigt. In Fig. 1A ist eine Vorderansicht aus der
Pfeilrichtung IA und in Fig. 1B eine Vorderansicht aus der
PfeilrichtungIB zu sehen. In dem Schnittbild ist zu
erkennen, wie Wickelköpfe 1, 2 eines Wickelstranges 3 an
beiden Seiten A und B gebogen sind. Auf der A-Seite ist
der Wickelkopf 1 radial nach innen gebogen, um den
vollständig vorgefertigten Wickelstrang 3 mit der A-Seite
in Nuten 4 zwischen Nutenstegen 5 eines
Statorblechpakets 6 einschieben zu können. Das Einschieben
des vorgefertigten Wickelstranges ist jedoch nur möglich,
wenn der Durchmesser Dv an den Außenkanten von
Verbindungsstegen 7 des Wickelstranges 3 den
Innendurchmesser Di des Statorblechpakets 6 geringfügig
unterscheidet, damit die Außenkanten der
Verbindungsstege 7 an den Innenflächen 8 der Nutenstege 5
beim Einbringen vorbeigleiten können. Die Verbindungsstege
liegen an dem Wickelkopf 1.
Auf der B-Seite sind die Wickelköpfe 7 radial nach
außen gebogen, und zwar so weit, daß die nachfolgenden
Wickelstränge innen hindurchgeschoben werden können. Die
Abbiegung der Wickelköpfe nach außen ist deshalb notwendig,
damit einerseits im Anschluß an die Montage des
Wickelstranges der nicht dargestellte Rotor eingeführt
werden kann und andererseits die einzelnen Wickelstränge
selbst ineinanderschiebbar sind. Verzichtet man auf die
Gleichheit der drei Wickelstränge, kann beim letzten
Strang das Hochbiegen entfallen, wodurch der Wickelkopf
kleinere Ausmaße annehmen kann.
Der Querschnitt der Leiter 9 des Wickelstranges 3 ist
im vorliegenden Fall quadratisch. Es sind aber auch andere
Querschnittsformen denkbar, wie weiter unten gezeigt wird.
Wichtig ist nur, daß der zur Verfügung stehende Wickelraum
optimal genutzt wird, um eine hohe Stromdichte zu erzielen.
Fig. 2 zeigt einen zweilagigen Wickelstrang 3 in
perspektivischer Darstellung mit seinen Anschlußenden R
und U. Auch hier wurde aus Gründen der einfacheren
Darstellung ein quadratischer Querschnitt des Leiters
gewählt. Die Verbindungsstege 7 auf der A-Seite sind in
diesem Falle kreisbogenförmig gebogen. Welche Art der
Krümmung die Verbindungsstege letztlich annehmen, hängt im
wesentlichen von der Größe der elektrischen Maschine bzw.
vom Innendurchmesser Di des Statorblechpakets 6 ab. Die
Wickelköpfe 1 sind rechtwinklig in Richtung der
Mittelachse des Statorblechpakets abgebogen, und zwar
derart, daß bei mehrlagigen Wickelsträngen eine Grundform
erstellt wird, an die die darüberliegende Lage eng
angepaßt wird, damit auch der äußere Wickelraum eine
dichte Packung erfährt.
In der gleichen Weise wird auf der gegenüberliegenden,
der B-Seite verfahren, nur werden hier aus genannten
Gründen die Wickelköpfe nach außen gebogen. Die
Anschlußenden R und U des Wickelstranges 3 werden so
herausgeführt, daß sie zur weiteren Verschaltung zur
Verfügung stehen. Kreisbogenförmige Verbindungsstege 10 am
Wickelkopf 2 verbinden die parallel zur Mittelachse des
Statorblechpakets liegenden Mittelteile 11 des
Wickelstrangs 3.
Der Durchmesser Da an den Außenkanten der
Mittelteile 11 in den Nuten 4 ist nur geringfügig kleiner
als der Durchmesser DN am tiefsten Punkt der Nut.
Die so vorgefertigte Wicklung 3 wird dann mit der
A-Seite in die Nuten 4 des Statorblechpakets 6 eingeführt.
Die in der obigen Weise hergestellte Wicklung läßt
sich für zwei- oder mehrphasige Maschinen anwenden. In
Fig. 3 ist eine 3-Phasen-Wicklung dargestellt. Der erste
Wickelstrang wird je nach Bedarf mit bekannten Biege- und
Formgebungsmethoden hergestellt. Die Form der
nachfolgenden Wickelstränge wird dann dieser ersten Form
angepaßt, wobei sich als besonders vorteilhaft die
identische Formgebung der Wickelstränge erweist. Somit
kann eine kompakte Wicklung 12, die aus drei
Wickelsträngen 13, 14, 15 besteht, auch für dreiphasige
Wicklungen vorgefertigt werden, die in einem einzigen
Arbeitsgang in oben beschriebener Weise in das
Statorblechpaket 6 eingebracht wird. die Anschlüsse R, S,
T, U, V,W dienen dem Anschluß an das Drehstromnetz. Sie
werden entweder im Stern oder im Dreieck geschaltet.
In Fig. 2 und 3 sind die Wickelstränge 3, 13, 14, 15
mit je vier Mittelteilen 11 dargestellt. Dies würde bei
einer 3-Phasen-Wicklung einem Statorblechpaket mit
12 Nuten entsprechen. Bei der Ausführung nach Fig. 1 weist
jeder Wickelstrang zwölf Mittelteile 11 auf.
Die Erfindung ist nicht auf Leiter mit viereckigem
oder rundem Querschnittsprofil beschränkt. Sie kann ebenso
mit anderen Querschnittsprofilen ausgeführt werden.
Wesentlich ist, daß die Leiterpackung möglichst dicht ist
und den vorhandenen Wickelraum optimal ausnutzt. Dies läßt
sich vernünftig wirtschaftlich mit einer Vielzahl von
Leiterprofilen realisieren.
In Fig. 4A ist beispielsweise eine Nut 16 im
Statorblechpaket 6 dargestellt, in der sich drei Leiter 18
mit dreieckigem Querschnittsprofil befinden und so
zusammengesetzt sind, daß sie eine dichte trapezförmige
Packung ergeben. Die Nut selbst hat ebenfalls
trapezförmigen Querschnitt.
Eine andere Kombination von verschiedenen
Querschnittsprofilen mit dichtester Packung ist in Fig. 4B
dargestellt. Hier haben die beiden seitlichen Leiter 19
trapezförmige und der äußere und innere Leiter 20 dreieckige
Querschnittsform. Die Nut selbst ist rechteckig. In
Fig. 4C ist ebenfalls eine rechteckige Nut dargestellt mit
einem aus vier dreieckigen Leitern 21 quadratisch
zusammengesetzten Gesamtquerschnitt.
In Fig. 4D und 4E wird eine weitere Variante der
Kombinationsmöglichkeiten gezeigt. Zwei anfänglich runde
Leiter 22 werden durch äußeren mechanischen Druck P in
einem Preßwerkzeug 23 in eine gewünschte äußere Form 24
gepreßt. Dieser Preßvorgang kann während oder nach dem
Biegevorgang entsprechend der Nut 25 vorgenommen werden.
Sowohl die Wickelköpfe 1, 2 als auch die
Verbindungsstege 7, 10 bleiben von diesem
Verformungsvorgang unberührt und behalten somit ihre
ursprüngliche Form.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren läßt sich mit
der Erfindung ein Stator für eine elektrische Maschine
erstellen, der einerseits sehr kompakt gebaut werden kann
und andererseits die Produktion erheblich vereinfacht.
Obwohl in den angeführten Ausführungsbeispielen der Bau
einer elektrischen Maschine für den Gebrauch in einem
Kraftfahrzeug vorwiegend betrachtet wurde, läßt sich die
Erfindung selbstverständlich auch allgemein auf den Bau
elektrischer Maschinen anwenden.
Bezugszeichen
1 Wickelkopf
2 Wickelkopf
3 Wickelstrang
4 Nut
5 Nutensteg
6 Statorblechpaket
7 Verbindungssteg
8 Innenfläche
9 Leiter
10 Verbindungssteg
11 Mittelteil
12 Wicklung
13 Wickelstrang
14 Wickelstrang
15 Wickelstrang
16 Nut
17 -
18 Leiter
19 Leiter
20 Leiter
21 Leiter
22 Leiter
23 Preßwerkzeug
24 Äußere Form
25 Nut
R Anschluß
S Anschluß
T Anschluß
U Anschluß
V Anschluß
W Anschluß
2 Wickelkopf
3 Wickelstrang
4 Nut
5 Nutensteg
6 Statorblechpaket
7 Verbindungssteg
8 Innenfläche
9 Leiter
10 Verbindungssteg
11 Mittelteil
12 Wicklung
13 Wickelstrang
14 Wickelstrang
15 Wickelstrang
16 Nut
17 -
18 Leiter
19 Leiter
20 Leiter
21 Leiter
22 Leiter
23 Preßwerkzeug
24 Äußere Form
25 Nut
R Anschluß
S Anschluß
T Anschluß
U Anschluß
V Anschluß
W Anschluß
Claims (15)
1. Verfahren zur Herstellung und zum Einbau einer
Statorwicklung mit Formleitern, die in das entsprechende
Profil von Nuten (4) eines Statorblechpakets (6)
eingeschoben wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Formleiter als Wickelstränge (3, 13, 14, 15)
außerhalb des Statorblechpakets (6) angepaßt sind, so daß
die einzelnen Wickelstränge (3, 13, 14, 15) von einer
Seite axial in die Nuten (3) des Statorblechpakets (6)
eingebracht werden können.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wickelstränge (3,
13, 14, 15) außerhalb des Statorblechpakets (6)
zusammengefügt und in ihrer Gesamtheit in das
Statorblechpaket (6) eingeschoben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wickelstränge (3,
13, 14, 15) aus blankem Material gefertigt werden und vor
dem Einbringen in den Kern mit einer Isolierschicht
versehen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wicklung
wenigstens einlagig hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wickelkopf (1)
der einen Seite (A) radial nach innen, während der
Wickelkopf (2) der anderen Seite (B) radial nach außen
gebogen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Länge der nach
innen gebogenen Wickelköpfe (1) mindestens so bemessen
ist, daß sie nicht die Innenflächen (8) der Nutenstege (5)
des Statorblechpakets (6) beim Einschieben berühren.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Länge der nach
außen abgebogenen Wickelköpfe (2) nicht über den
Außenumfang des Statorblechpakets (6) hinausgeht.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die
Anschlußenden (R, U) eines Wickelstranges (3) an der
gleichen Seite des Statorblechpakets (6) befinden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß sich bei dreiphasigen
Wicklungen (12) die Anschlußenden (R, S, T, U, V, W) der
Wickelstränge (13, 14, 15) an der gleichen Seite des
Statorblechpakets (6) befinden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die einzelnen Lagen
der Wickelstränge (13, 14, 15) so übereinandergelegt
werden, daß die umgebogenen Wickelköpfe (1, 2) der
einzelnen Lagen sich gegenseitig berühren, so daß eine
dichteste Packung entsteht.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Querschnittsprofil
der Leiter (9, 18, 19, 20, 21) viereckig, quadratisch,
dreieckig, trapezförmig oder eine Mischung dieser
Querschnitte ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Leiter (22) mit
Hilfe eines Preßwerkzeuges (23) über die Länge der
Nuten (4) des Statorblechpakets (6) in ein vorbestimmtes
Profil gepreßt wird, wobei die Wickelköpfe (1, 2) und
Verbindungsstege (7) ihr ursprüngliches Querschnittsprofil
beibehalten.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Querschnittsform
der Nuten (4) in dem Statorblechpaket (6) so gewählt
wird, daß sich im Zusammenhang mit den verwendeten
Leitern eine dichteste Packung ergibt, wie beispielsweise
eine viereckige, dreieckige oder trapezförmige Nutenform.
14. Wickelstrang (3) zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Leiter (9) aus einem Stück derart gebogen ist,
- - daß mehrere Mittelteile (11) parallel zueinander angeordnet sind;
- - daß die Enden der Mittelteile (11) durch kreisbogenförmige Verbindungsstege (7, 11) in Wickelköpfen (1, 2) miteinander verbunden sind;
- - daß der Wickelkopf (1) an dem einen Ende der Mittelteile (11) radial nach innen gebogen ist;
- - daß der Wickelkopf (2) an dem anderen Ende der Mittelteile (11) radial nach außen gebogen ist;
- - daß die Verbindungsstege (7) des einen Wickelkopfes (1) zusammen einen geschlossenen Kreis bilden;
- - daß ein Verbindungssteg (10) des anderen Wickelkopfes (2) zwischen zwei zueinander benachbarten Mittelteilen (11) ersetzt ist durch je einen, im wesentlichen geradlinigen, in Richtung der beiden Mittelteile (11) verlaufenden Fortsatz zur Bildung je eines Anschlusses (R, U) und
- - daß die Mittelteile (11) zweilagig sind.
15. Wicklung (12) zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelteile (11) der drei Wickelstränge (13, 14,
15) in gleichmäßiger Winkelteilung entsprechend der
Teilung der Nuten (4) des Statorblechpakets (6) zueinander
angeordnet sind.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4021701 | 1990-07-07 |
Publications (1)
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DE4122076A1 true DE4122076A1 (de) | 1992-01-09 |
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ID=6409870
Family Applications (1)
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