EP3446397A1 - Herstellungsverfahren zur herstellung eines stators für eine synchron- oder asynchronmaschine - Google Patents

Herstellungsverfahren zur herstellung eines stators für eine synchron- oder asynchronmaschine

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Publication number
EP3446397A1
EP3446397A1 EP17715942.3A EP17715942A EP3446397A1 EP 3446397 A1 EP3446397 A1 EP 3446397A1 EP 17715942 A EP17715942 A EP 17715942A EP 3446397 A1 EP3446397 A1 EP 3446397A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coils
coil
grooves
layer
stator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17715942.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dragoljub Duricic
Zakaria El Khawly
Thorsten Rienecker
Burghard Baier
Andreas Mayr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP3446397A1 publication Critical patent/EP3446397A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/024—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/08—Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • H02K15/085—Forming windings by laying conductors into or around core parts by laying conductors into slotted stators
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing method for
  • the invention relates to a stator obtainable by such a manufacturing method.
  • Asynchronous machines are produced by coils are mounted on a support body and then the support body is inserted into the stator so that the coils are drawn into corresponding grooves.
  • This object is achieved with a method for producing a stator provided for a synchronous or asynchronous machine with a
  • the method according to the invention comprises the following steps:
  • stator body Arranging a stator body, which defines an axis of rotation for a purpose in the stator to be used rotor, the Longitudinal direction of the stator body, wherein the stator body has a plurality of longitudinally extending grooves;
  • the coils are retracted into the grooves such that the coil sides of each of the coils exclusively form either the underlayer or the topsheet.
  • the stator body is preferably formed from a metal or a metal alloy having good electrical and magnetic properties.
  • the stator body is preferably designed as a hollow cylinder and has a cross-section transverse to the axis of rotation (perpendicular to the axis of rotation) in cross-section.
  • the rotor In the hollow cylinder, the rotor
  • the grooves are formed on the inside of the rotor or hollow cylinder and extend in the longitudinal direction of the rotor.
  • the coils are preferably wound in advance by a winding machine so that they have the corresponding correct dimensions for the stator body.
  • the coils are preferably produced by winding a copper wire which is coated with an insulating varnish.
  • coil side means the sections of the coils which are located inside the slots. This means that each coil has at least two coil sides located inside the slots.
  • the coils are drawn into the grooves in such a way that the corresponding coil sides either form exclusively the lower layer of the two-layer winding or the upper layer of the two-layer winding. That the coil sides of one of the coils are not in different layers of the two-layer winding.
  • the coils of the lower layer and / or the upper layer are drawn in such that the corresponding coil sides are distributed in each case on at least two grooves.
  • the coils of the underlayer and / or the upper layer are respectively formed of a first coil and a second coil having different coil widths, and the first and second coils are drawn into the slots such that coil sides of the first coil in slots of the run at least two grooves, which lie between grooves in which coil sides of the second coil run.
  • the first coil has a smaller coil width than the second coil and is completely enclosed by the second coil.
  • the grooves in which the coil sides of the first coil extend immediately adjacent to the grooves, in which extend the coil sides of the second coil.
  • the Coils of the upper layer of the plurality of m strands, in particular m 3 strands, wound.
  • the coils are drawn into the grooves in such a way that coil sides of the coils which form the lower layer and the upper layer correspond to the same pole pair and belong to the same rod, run in the same and different grooves.
  • the coils that belong to the same strand, the same pole pair, and are located in different layers of the two-layer winding, distributed over a plurality of grooves and partially over each other by the coils are mutually offset by a number of slots.
  • the coils of the underlayer and the upper layer are respectively formed of a first coil and a second coil having different coil widths.
  • the first and second coils are drawn into the grooves such that (i) coil sides of the first coil extend in grooves extending between slots in which coil sides of the second coil extend, and (ii) the coil sides of the first and second coils form the lower layer and the upper layer, correspond to the same pole pair, and belong to the same Stang, run in the same and different grooves.
  • the first and second coils which belong to the same strand correspond to the same pole pair and are in different layers of the two-layer winding, partly over each other, in that the coils of the lower layer and the upper layer are offset from one another such that coil sides of the first or second Coil in the same groove as the coil sides of lying in the other layer first or second coil.
  • the number of coils per layer and per strand is preferred
  • each strand forms four coils per layer, whereby the rotating field has four pole pairs.
  • the first and second coils which form the lower layer and upper layer, belong to the same rod and correspond to the same pole pair, are electrically connected to one another.
  • These electrically interconnected first and second coils belonging to different strands are connected to one another
  • the coils are preferably drawn into the grooves in such a way that the two-layer winding is stretched.
  • the coils are not arranged according to the pole pitch of the intended rotor or fed into the grooves.
  • the invention also relates to a stator which after the
  • the stator according to the invention is in particular one which is used for a synchronous or asynchronous machine which is intended for operation in a motor vehicle or motor vehicle.
  • Figure 1 shows a sectional view of a stator according to the invention, which is obtainable by the method according to the invention
  • Figures 2a to 2c each show a plan view of a developed view of the stator shown in Figure 1, wherein in the figures 2a to 2c the winding scheme of each one strand and the corresponding coils are shown;
  • FIGS. 3a to 3d show the sequence in which the coils are drawn into a stator body of the stator.
  • Figure 4 shows the plan view of the developed view of the stator shown in Figure 1, wherein the winding scheme of all strands is shown in superposition.
  • FIG. 1 shows a cross section of a stator 1 according to the invention, which is obtainable by a production method according to the invention.
  • Figure 1 also shows a coordinate system, wherein the perpendicular to
  • the stator 1 includes a stator body 2, which is designed as a hollow cylinder.
  • a not-shown rotor can be inserted into the stator body 2 so that it can rotate about the drawn axis of rotation A.
  • the axis of rotation A is again perpendicular to
  • the stator 1 according to the invention may be a stator for a synchronous or asynchronous machine.
  • the dimensions of the stator 1 according to the invention in directions of the X, Y and Z axes shown are dimensioned so that the stator 1 according to the invention can be used in a motor vehicle or a motorcycle as part of the drive unit.
  • the stator body 2 includes a plurality of grooves, which preferably comprise only 48 slots in the present embodiment of the stator body 2.
  • a plurality of coils are fed into the grooves so that the coils occupy all the grooves and form a two-layer winding.
  • the coils are located in the corresponding grooves some of the coils radially to the A rotation axis A outside and some of the coils radially to the axis of rotation A inside.
  • the internal coils form a top layer of the
  • Two-layer winding and the outer coils form a lower layer of the two-layer winding.
  • the stator 1 comprises, as mentioned, 3 strands which are designated in the figures 2a to 2c with U, V, W.
  • FIG. 2a the winding of the strand U is shown.
  • This strand forms eight coils, with four of the coils lying in the upper layer or forming these and the other four coils are in the lower layer or these form.
  • the coils forming the top layer are shown in dashed lines in FIGS. 2a to 2c and the coils forming the underlayer are shown in solid lines.
  • stator 1 During operation of the stator 1 according to the invention, alternating voltages are applied to the strings which are phase-shifted by 120 ° relative to one another. Each strand has four coils per layer, which is why the stator 1 according to the invention generates a rotating field during its intended operation, which has a total of four pole pairs and entrains an inserted rotor. Each coil located in the lower layer has one in the upper layer
  • the coil Uc2 is located in the underlayer of the two-layer winding, this coil Uc2 is composed of a first coil and a second coil.
  • the first coil is retracted into the grooves so that the respective coil sides extend through the grooves 23, 28.
  • the second coil of the coil Uc2, however, is retracted into the grooves, that the corresponding
  • Coil sides through the grooves 22, 29 extend.
  • the first coil and the second coil have different coil widths, wherein the grooves of the first coil are between those of the second coil, and the second coil completely rotates around the first coil.
  • the number of turns of the first coil and the number of turns of the second coil may be identical or different.
  • the first coil and the second coil are electrically connected to each other. This electrical connection is in Figure 2a with the
  • the coil Uc1 corresponding to the same pole pair is located in the upper layer or forms it.
  • This coil Uc1 is also composed of a first coil and a second coil, which are retracted into different grooves.
  • the first coil of the coil Uc1 is fed into the grooves such that the corresponding coil sides extend through the grooves 22, 27.
  • the second coil of the coil Uc1 is fed into the grooves such that the corresponding coil sides extend through the grooves 21, 28.
  • the first coil and the second coil have different coil widths, wherein the grooves of the first coil are between those of the second coil, and the second coil completely rotates around the first.
  • the number of turns of the first coil and the number of turns of the second coil may be identical or different.
  • the first coil and the second coil are electrically connected together. This electrical connection is in Figure 2a with the
  • Zone factor q 2 or the coils Uc1, Uc2 are each distributed on two grooves.
  • both coils Uc1, Uc2 are electrically connected to each other at the points Uc12 and Uc22.
  • the connection of these points is preferably only after the collection of both coils.
  • both coils Uc1, Uc2 offset from one another, so that a coil side of the first sink of the coil Uc1 in the same groove 22 as the coil side of the second coil of the coil Uc2 runs.
  • groove 28 in which the coil side of the second coil of the coil Uc1 and the coil side of the first coil of the coil Uc2 extends.
  • Figure 1 in which the corresponding reference numerals are included.
  • the coil Uc1 is connected to a neutral point 3.
  • Connection point is designated in Figure 2a by the reference numeral Uc13.
  • the remaining coils of the strand U are constructed identically, are located only in other grooves of the stator 2.
  • Winding schemes of strands V, W are shown in Figures 2b and 2c.
  • stator 1 the manufacturing method of the above-explained stator 1 will be described.
  • stator body 2 is inserted into a holder and stably held.
  • the corresponding coils which are to be fed into the stator body, provided.
  • the corresponding coils can be wound by a winding machine immediately before their insertion into the stator 2.
  • the coils are mounted on a carrier body.
  • the carrier body is then along the axis of rotation A introduced into the stator body 2, in such a way that the coils are retracted into the corresponding grooves.
  • Sub-layer of the two-layer winding form fed.
  • the coils U2, Ud2 of the strand U the coils Va2, Vc2 of the strand V, and the coils Wb2, Wd2 of the strand
  • the coils of the topsheet are begun to be drawn.
  • the coils Ub1, Ud1 of the strand U, the coils Va1, Vc2 of the strand V, and the coils Wb1, Wd1 of the strand W are jointly / simultaneously drawn.
  • the remaining coils of the top layer of the two-layer winding are pulled in.
  • the coils Ua1, Uc1 of the strand U the coils Wa1, Wc1 of the strand W, and the coils Vb1, Vd1 of the strand V
  • the coils Uc1, Uc2 shown in Figure 2a are connected to each other after the fourth indentation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines für eine Synchron- oder Asynchronmaschine vorgesehenen Stators mit einer Zweischichtwicklung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Anordnen eines Statorkörpers, der eine Rotationsachse für einen bestimmungsgemäß in den Statorkörper einzusetzenden Rotor definiert, die in Längsrichtung des Statorkörpers verläuft, wobei der Statorkörper eine Vielzahl von in der Längsrichtung verlaufenden Nuten aufweist; Vorsehen einer Vielzahl von Spulen, durch die bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Stators ein Strom zur Erzeugung eines Drehfeldes fließt; und Einziehen der Spulen in die Nuten, derart, dass in den Nuten jeweils Spulenseiten mindestens zweier Spulen verlaufen und die Zweischichtwickelung dadurch ausbilden, dass die Spulenseiten, die radial zu der Rotationsachse außen liegen, eine Unterschicht der Zweischichtwickelung bilden, und die Spulenseiten, die radial zu der Rotationsachse innen liegen, eine Oberschicht der Zweischichtwickelung bilden; wobei die Spulen derart in die Nuten eingezogen werden, dass die Spulenseiten jeder der Spulen ausschließlich entweder die Unterschicht oder die Oberschicht bilden.

Description

Herstellungsverfehren zur Herstellung eines Stators für eine Synchronoder Asynchronmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren zur
Herstellung eines Stators, der für eine Synchron- oder Asynchronmaschine vorgesehen ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Stator, der durch ein solches Herstellungsverfahren erhältlich ist.
Im Stand der Technik werden Statoren von Synchron- oder
Asynchronmaschinen hergestellt, indem Spulen auf einen Trägerkörper aufgezogen werden und anschließend der Trägerkörper in den Stator so eingeführt wird, dass die Spulen in entsprechende Nuten eingezogen werden.
Hierbei entsteht insbesondere bei Zweischichtwicklungen die Problematik, dass abschließende manuelle Eingriffe vorgenommen werden müssen, um eine richtige Anordnung der Spulen in der Zweischichtwicklung zu erreichen. Aus diesem Grund lassen sich bei Statoren mit Zweischichtwicklungen die Spulen nicht vollautomatisch einziehen.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Stators, der für eine Synchronoder Asynchronmaschine vorgesehen ist, zu schaffen, das ein vollständig automatisches Einziehen der Spulen - ohne manuelle abschließende Eingriffe machen zu müssen - zulässt.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines für eine Synchron- oder Asynchronmaschine vorgesehenen Stators mit einer
Zweischichtwicklung gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet folgende Schritte:
Anordnen eines Statorkörpers, der eine Rotationsachse für einen bestimmungsgemäß in den Statorkörper einzusetzenden Rotor definiert, die in Längsrichtung des Statorkörpers verläuft, wobei der Statorkörper eine Vielzahl von in der Längsrichtung verlaufenden Nuten aufweist;
Vorsehen einer Vielzahl von Spulen, durch die bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Stators ein Strom zur Erzeugung eines Drehfeldes fließt; und
Einziehen der Spulen in die Nuten, derart, dass in den Nuten jeweils Spulenseiten mindestens zweier Spulen verlaufen und die
Zweischichtwickelung dadurch ausbilden, dass die Spulenseiten, die radial zu der Rotationsachse außen liegen, eine Unterschicht der Zweischichtwickelung bilden, und die Spulenseiten, die radial zu der Rotationsachse innen liegen, eine Oberschicht der Zweischichtwickelung bilden; wobei
die Spulen derart in die Nuten eingezogen werden, dass die Spulenseiten jeder der Spulen ausschließlich entweder die Unterschicht oder die Oberschicht bilden.
Der Statorkörper ist bevorzugt aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit guten elektrischen und magnetischen Eigenschaften ausgebildet.
Der Statorkörper ist bevorzugt als Hohlzylinder ausgestaltet und hat im Schnitt quer zur Rotationsachse (senkrecht zur Rotationsachse) einen ringförmigen Querschnitt. In den Hohlzylinder kann der Rotor
bestimmungsgemäß so eingesetzt werden, dass er sich um die in
Längsrichtung des Statorkörpers erstreckende Rotationsachse drehen kann.
Die Nuten sind auf der Innenseite des Rotors bzw. Hohlzylinders ausgebildet und verlaufen in der Längsrichtung des Rotors.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Spulen bevorzugt vorab durch eine Wickelmaschine so gewickelt, dass sie für den Statorkörper die entsprechenden richtigen Dimensionen aufweisen. Die Spulen werden bevorzugt durch Wickeln eines Kupferdrahtes, der mit einem Isolationslack beschichtet ist, hergestellt.
Das Einziehen der Spulen in die Nuten erfolgt insbesondere dadurch, dass die Spulen auf einem Trägerkörper angeordnet werden und anschließend der Trägerkörper durch den hohlzylinderförmigen Stator gezogen wird, sodass sich die Spulenseiten innerhalb der Nuten befinden. Unter Spulenseiten sind im Rahmen dieser Anmeldung die Abschnitte der Spulen gemeint, die sich innerhalb der Nuten befinden. Das bedeutet, dass jede Spule mindestens zwei Spulenseiten, die sich innerhalb der Nuten befinden, aufweist.
Erfindungsgemäß werden die Spulen in die Nuten so eingezogen, dass die entsprechenden Spulenseiten entweder ausschließlich die Unterschicht der Zweischichtwicklung oder die Oberschicht der Zweischichtwicklung bilden. D.h. die Spulenseiten einer der Spulen liegen nicht in unterschiedlichen Schichten der Zweischichtwicklung.
Hierdurch lässt sich erreichen, dass die Spulen des Stators
vollautomatisch in die Nuten gezogen werden können, ohne dass hierbei manuelle Schritte abschließend notwendig sind.
Bevorzugt werden die Spulen der Unterschicht und/oder der Oberschicht so eingezogen, dass die entsprechenden Spulenseiten jeweils auf mindestens zwei Nuten verteilt sind.
Besonders bevorzugt sind die Spulen der Unterschicht und/oder der Oberschicht jeweils aus einer ersten Spule und einer zweiten Spule, die unterschiedliche Spulenweiten haben, ausgebildet, und die erste und zweite Spule werden so in die Nuten eingezogen, dass Spulenseiten der ersten Spule in Nuten der mindestens zwei Nuten verlaufen, die zwischen Nuten liegen, in denen Spulenseiten der zweiten Spule verlaufen.
In dieser bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens befinden sich nach dem Einziehen der Spulen die Spulenseiten der zweiten Spule in
entsprechenden Nuten, die einen bestimmten Abstand voneinander haben. Die Spulenseiten der ersten Spule verlaufen in entsprechenden Nuten, die sich zwischen den Nuten, in denen die Spulenseiten der zweiten Spule verlaufen, befinden. Insoweit hat die erste Spule eine geringere Spulenweite als die zweite Spule und wird von der zweiten Spule vollständig umschlossen. Bevorzugt sind die Nuten, in denen die Spulenseiten der ersten Spule verlaufen, unmittelbar benachbart zu den Nuten, in den die Spulenseiten der zweiten Spule verlaufen.
Bevorzugt sind die Spulen der Unterschicht aus einer Vielzahl von m Strängen, insbesondere m=3 Strängen, gewickelt. Gleichermaßen sind die Spulen der Oberschicht aus der Vielzahl von m Strängen, insbesondere m=3 Strängen, gewickelt. Die Spulen werden so in die Nuten eingezogen, dass Spulenseiten der Spulen, die die Unterschicht und die Oberschicht bilden, demselben Polpaar entsprechen, und zu demselben Stang gehören, in denselben und unterschiedlichen Nuten verlaufen.
Anders ausgedrückt sind die Spulen, die zu demselben Strang gehören, demselben Polpaar entsprechen, und sich in unterschiedlichen Schichten der Zweischichtwicklung befinden, auf mehrere Nuten verteilt und liegen teilweise übereinander, indem die Spulen zueinander um eine Nutenanzahl versetzt sind.
Insbesondere sind die Spulen der Unterschicht und der Oberschicht jeweils aus einer ersten Spule und einer zweite Spule, die unterschiedliche Spulenweiten haben, ausgebildet.
Die erste und zweite Spule werden so in die Nuten eingezogen, dass (i) Spulenseiten der ersten Spule in Nuten verlaufen, die zwischen Nuten liegen, in denen Spulenseiten der zweiten Spule verlaufen, und (ii) die Spulenseiten der ersten und zweiten Spulen, die die Unterschicht und die Oberschicht bilden, demselben Polpaar entsprechen, und zu demselben Stang gehören, in denselben und unterschiedlichen Nuten verlaufen.
Anders ausgedrückt liegen die ersten und zweiten Spulen, die zu demselben Strang gehören, demselben Polpaar entsprechen, und sich in unterschiedlichen Schichten der Zweischichtwicklung befinden, teilweise übereinander, indem die Spulen der Unterschicht und der Oberschicht zueinander so versetzt sind, dass Spulenseiten der ersten oder zweiten Spule in derselben Nut verlaufen wie die Spulenseiten der in der jeweils anderen Schicht liegenden ersten oder zweiten Spule.
Bevorzugt werden die Spulen so in die Nuten eingezogen werden, dass die Unterschicht und die Oberschicht jeweils aus p Spulen, insbesondere p=4 Spulen, pro Strang ausgebildet sind, und in allen Nuten des Statorkörpers die Spulenseiten verlaufen.
Bevorzugt bleibt folglich keine der Nuten unbesetzt.
Die Anzahl der Spulen pro Schicht und pro Strang ist bevorzugt
größer/gleich zwei Spulen, sodass das im Betrieb des Stators erzeugte Drehfeld bevorzugt mindestens zwei Polpaare aufweist. Besonders bevorzugt bildet jeder Strang pro Schicht vier Spulen aus, wodurch das Drehfeld vier Polpaare aufweist.
Bevorzugt werden nach Einziehen der Spulen die ersten und zweiten Spulen, die die Unterschicht und Oberschicht bilden, zu demselben Stang gehören, und demselben Polpaar entsprechen, elektrisch miteinander verbunden. Diese elektrisch miteinander verbundenen ersten und zweiten Spulen, die zu unterschiedlichen Strängen gehören, werden an einem
Sternpunkt miteinander verbunden werden.
Bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Spulen so in die Nuten eingezogen, dass die Zweischichtwicklung gesehnt ist. Mit anderen Worten sind die Spulen nicht der Polteilung des bestimmungsgemäßen Rotors entsprechend angeordnet bzw. in die Nuten eingezogen.
Wenn im Vorhergehenden davon die Rede ist, dass Spulen, die in verschiedenen Schichten liegen, demselben Polpaar entsprechen, ist hierunter zu verstehen, dass diese Spulen im Betrieb des Stators zur Erzeugung desselben Polpaares beitragen.
Die Erfindung betrifft auch einen Stator, der nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren und seinen bevorzugten Ausgestaltungen erhältlich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Stator handelt es sich insbesondere um einen solchen, der für eine Synchron- oder Asynchronmaschine, die für den Betrieb in einem Kraftfahrzeug oder Kraftfahrt vorgesehen ist, Verwendung findet.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Figuren erläutert.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Stators, der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist;
Figuren 2a bis 2c zeigen jeweils eine Draufsicht einer abgewickelten Darstellung des in Figur 1 gezeigten Stators, wobei in den Figuren 2a bis 2c das Wicklungsschema jeweils eines Stranges und die entsprechenden Spulen gezeigt sind;
Figuren 3a bis 3d zeigen die Reihenfolge, in der die Spulen in einen Statorkörper des Stators eingezogen werden; und
Figur 4 zeigt die Draufsicht der abgewickelten Darstellung des in Figur 1 gezeigten Stators, wobei das Wicklungsschema aller Stränge in Überlagerung gezeigt ist.
In Figur 1 ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen Stators 1, der durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren erhältlich ist, gezeigt. Figur 1 zeigt zudem ein Koordinatensystem, wobei die senkrecht zur
Zeichenebene stehende Z-Achse der Längsrichtung des erfindungsgemäßen Stators 1 entspricht.
Der erfindungsgemäße Stator 1 beinhaltet einen Statorkörper 2, der als Hohlzylinder ausgestaltet ist. Ein nicht gezeigter Rotor kann in den Statorkörper 2 so eingesetzt werden, dass er sich um die eingezeichnete Rotationsachse A drehen kann. Die Rotationsachse A steht wiederum senkrecht zur
Zeichenebene und verläuft In Längsrichtung des erfindungsgemäßen Stators 1 bzw. des Statorkörpers 2.
Bei dem erfindungsgemäßen Stator 1 kann es sich um einen Stator für eine Synchron- oder Asynchronmaschine handeln. Die Dimensionen des erfindungsgemäßen Stators 1 in Richtungen der gezeigten X-, Y- und Z-Achsen sind so bemessen, dass der erfindungsgemäße Stator 1 in einem Kraftfahrzeug oder einem Kraftrad als Teil des Antriebsaggregats Verwendung finden kann.
Der Statorkörper 2 beinhaltet eine Vielzahl von Nuten, die lediglich bevorzugt in der vorliegenden Ausgestaltung des Statorkörpers 2 48 Nuten umfassen.
Die in Figur 1 gezeigte gesamte Wicklung ist aus insgesamt m=3 Strängen aufgebaut.
Eine Vielzahl von Spulen ist in die Nuten so eingezogen, dass die Spulen alle Nuten besetzen und eine Zweischichtwicklung ausbilden. Hierbei befinden sich in den entsprechenden Nuten einige der Spulen radial zu der Rotationsachse A außen und einige der Spulen radial zu der Rotationsachse A innen. Die innenliegenden Spulen bilden eine Oberschicht der
Zweischichtwicklung und die außenliegenden Spulen bilden eine Unterschicht der Zweischichtwicklung.
Unter Bezug auf Figuren 2a bis 2c werden die Wicklungen/Spulen pro Strang erläutert. Der erfindungsgemäße Stator 1 beinhaltet, wie erwähnt, 3 Stränge, die in den Rguren 2a bis 2c mit U, V, W bezeichnet sind.
In Figur 2a ist die Wickelung des Stranges U gezeigt. Dieser Strang bildet acht Spulen aus, wobei vier der Spulen in der Oberschicht liegen bzw. diese ausbilden und die vier anderen Spulen in der Unterschicht liegen bzw. diese ausbilden. Die Spulen, die die Oberschicht ausbilden, sind in den Figuren 2a bis 2c mit gestrichelten Linien dargestellt und die Spulen, die die Unterschicht ausbilden, mit durchgezogenen Linien.
Bei Betrieb des erfindungsgemäßen Stators 1 liegen an den Strängen Wechselspannungen an, die um 120° zueinander phasenverschoben sind. Jeder Strang hat pro Schicht vier Spulen, weshalb der erfindungsgemäße Stator 1 während seines bestimmungsgemäßen Betriebes ein Drehfeld erzeugt, das insgesamt vier Polpaare aufweist und einen eingesetzten Rotor mitnimmt. Jede in der Unterschicht liegende Spule hat in der Oberschicht eine
entsprechende Spule, die zu demselben Strang gehört und demselben Polpaar entspricht, d.h. während des Betriebes zur Erzeugung desselben Polpaares beiträgt.
Unter Bezug auf die Spulen Uc1 , Uc2 wird die Wicklung dieser einem Polpaar entsprechenden Spulen erläutert.
Die Spule Uc2 liegt in der Unterschicht der Zweischichtwicklung, wobei diese Spule Uc2 aus einer ersten Spule und einer zweiten Spule aufgebaut ist. Die erste Spule wird in die Nuten so eingezogen, dass die entsprechenden Spulenseiten durch die Nuten 23, 28 verlaufen. Die zweite Spule der Spule Uc2 wird hingegen so in die Nuten eingezogen, dass die entsprechenden
Spulenseiten durch die Nuten 22, 29 verlaufen. Insoweit haben die erste Spule und die zweite Spule unterschiedliche Spulenweiten, wobei die Nuten der ersten Spule zwischen denen der zweiten Spule liegen, und die zweite Spule die erste Spule vollständig umläuft.
Die Wicklungszahl der ersten Spule und die Wicklungszahl der zweiten Spule können identisch oder unterschiedlich sein.
Die erste Spule und die zweite Spule sind miteinander elektrisch verbunden. Diese elektrische Verbindung ist in Figur 2a mit dem
Bezugszeichen Uc21 bezeichnet.
Die dem gleichen Polpaar entsprechende Spule Uc1 befindet sich in der Oberschicht bzw. bildet diese aus. Diese Spule Uc1 ist ebenfalls aus einer ersten Spule und einer zweiten Spule aufgebaut, die in unterschiedliche Nuten eingezogen sind.
Die erste Spule der Spule Uc1 ist so in die Nuten eingezogen, dass die entsprechenden Spulenseiten durch die Nuten 22, 27 verlaufen. Die zweite Spule der Spule Uc1 ist so in die Nuten eingezogen, dass die entsprechenden Spulenseiten durch die Nuten 21, 28 verlaufen. Insoweit haben die erste Spule und die zweite Spule unterschiedliche Spulenweiten, wobei die Nuten der ersten Spule zwischen denen der zweiten Spule liegen, und die zweite Spule die erste vollständig umläuft.
Die Wicklungszahl der ersten Spule und die Wicklungszahl der zweiten Spule können identisch oder unterschiedlich sein.
Die erste Spule und die zweite Spule sind elektrisch miteinander verbunden. Diese elektrische Verbindung ist in Figur 2a mit dem
Bezugszeichen Uc11 bezeichnet.
Dadurch dass die Spulen Uc1, Uc2 der Ober- und Unterschicht jeweils aus einer ersten und einer zweiten Spule ausgebildet sind, ergibt sich ein
Zonenfaktor q=2 bzw. sind die Spulen Uc1, Uc2 jeweils auf zwei Nuten verteilt.
Das Wicklungsschema lässt sich bei den 48 Nuten allgemein mit y={1-8/2- 7X2-9/3-8} beschreiben.
Darüber hinaus sind die Spulen Uc1 , Uc2 an den Punkten Uc12 und Uc22 elektrisch miteinander verbunden. Die Verbindung dieser Punkte erfolgt bevorzugt erst nach dem Einzug beider Spulen. Wie sich aus dem Vorhergehenden ergibt und aus Figur 2a ersichtlich ist, sind beide Spulen Uc1, Uc2 versetzt zueinander, sodass eine Spulenseite der ersten Spüle der Spule Uc1 in der gleichen Nut 22 wie die Spulenseite der zweiten Spule der Spule Uc2 verläuft. Entsprechendes gilt für Nut 28, in der die Spulenseite der zweiten Spule der Spule Uc1 und die Spulenseite der ersten Spule der Spule Uc2 verläuft. Dies ist auch in Figur 1 ersichtlich, in der die entsprechenden Bezugszeichen enthalten sind.
Die Spule Uc1 ist an einen Sternpunkt 3 angeschlossen. Der
Anschlusspunkt ist in Figur 2a mit dem Bezugszeichen Uc13 bezeichnet.
Die verbleibenden Spulen des Stranges U sind identisch aufgebaut, befinden sich lediglich in anderen Nuten des Statorkörpers 2.
Selbiges gilt für die anderen Stränge V, W, die zu dem Strang U identisch aufgebaut sind. Lediglich die Spulen Va1, .... Vd1; Va2 Vd2; Wa1 Wd1; und Wa2 Wd2, der Sträng V, W sitzen in anderen Nuten. Insoweit gelten die Erläuterungen zu dem Strang U auch für die Stränge V, W. Die
Wicklungsschemata der Stränge V, W sind in Figuren 2b und 2c gezeigt.
Aus den jeweiligen Figuren 2a bis 2c ergibt sich auch, dass die gesamte Zweischichtwicklung eine gesehnte Wicklung ist, bei der die Spulen nicht in den Nuten verlaufen, die sich aus der Polteilung (8 Pole/4 Polpaare) ergäben.
Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren des im Vorhergehenden erläuterten Stators 1 beschrieben.
In einem Anordnungsschritt wird der Statorkörper 2 in eine Halterung eingesetzt und stabil gehalten.
Vorher, parallel oder anschließend werden die entsprechenden Spulen, die in den Statorkörper einzuziehen sind, vorgesehen. Beispielsweise können die entsprechenden Spulen unmittelbar vor ihrem Einziehen in den Statorkörper 2 durch eine Wickelmaschine gewickelt werden.
In einem nächsten Schritt werden die Spulen auf einen Trägerkörper aufgezogen. Der Trägerkörper wird anschließend entlang der Rotationsachse A in den Statorkörper 2 eingeführt, und zwar derart, dass die Spulen in die entsprechenden Nuten eingezogen werden.
Bei dem im Vorhergehenden erläuterten Stator 1 werden die Spulen der Reihe nach in die Nuten eingezogen, wobei die Figuren 3a bis 3d die
entsprechende Reihenfolge zeigen.
In einem ersten Einzug werden verschiedene der Spulen, die die
Unterschicht der Zweischichtwicklung bilden, eingezogen. Wie aus Figur 3a ersichtlich ist, werden in dem ersten Einzug die Spulen Ub2, Ud2 des Stranges U, die Spulen Va2, Vc2 des Stranges V, und die Spulen Wb2, Wd2 des
Stranges W gemeinsam/gleichzeitig in die Nuten eingezogen.
In einem sich anschließenden zweiten Einzug, der in Figur 3b gezeigt ist, werden die Spulen Ua2, Uc2 des Stranges U, die Spulen Vb2, Vd2 des
Stranges V, und die Spulen Wa2, Wc2 des Stranges W gemeinsam/gleichzeitig eingezogen. Nach diesem zweiten Einzug sind alle Spulen, die die Unterschicht der Zweischichtwicklung bilden, vollständig eingezogen.
In dem in Figur 3c gezeigten dritten Einzug wird begonnen, die Spulen der Oberschicht einzuziehen. Insbesondere werden hierbei die Spulen Ub1 , Ud1 des Stranges U, die Spulen Va1 , Vc2 des Stranges V, und die Spulen Wb1 , Wd1 des Stranges W gemeinsam/gleichzeitig eingezogen.
In dem in Figur 3d gezeigten vierten und letzten Einzug werden die verbleibenden Spulen der Oberschicht der Zweischichtwicklung eingezogen. Insbesondere werden hierbei die Spulen Ua1, Uc1 des Stranges U, die Spulen Wa1 , Wc1 des Stranges W, und die Spulen Vb1 , Vd1 des Stranges V
gemeinsam/gleichzeitig in die Nuten eingezogen.
Die Verbindung zwischen den Spulen, die in verschiedenen Schichten der Zweischichtwicklung liegen und demselben Polpaar entsprechen,
beispielsweise die in Figur 2a gezeigten Spulen Uc1, Uc2, werden nach dem vierten Einzug miteinander verbunden.
Vorher, parallel oder anschließend werden die in der Oberschicht liegenden Spulen an den jeweiligen Sternpunkten miteinander kontaktiert. Die vollständige sich dann ergebende Wicklung der 3 Stränge U, V, W ist Figur 4 gezeigt, wobei auch die Sternpunkte gezeigt sind, an denen die jeweiligen Spulen miteinander kontaktiert sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines für eine Synchron- oder
Asynchronmaschine vorgesehenen Stators mit einer Zweischichtwicklung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Anordnen eines Statorkörpers, der eine Rotationsachse für einen bestimmungsgemäß in den Statorkörper einzusetzenden Rotor definiert, die in Längsrichtung des Statorkörpers verläuft, wobei der Statorkörper eine Vielzahl von in der Längsrichtung verlaufenden Nuten aufweist;
Vorsehen einer Vielzahl von Spulen, durch die bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Stators ein Strom zur Erzeugung eines Drehfeldes fließt; und
Einziehen der Spulen In die Nuten, derart, dass in den Nuten jeweils Spulenseiten mindestens zweier Spulen verlaufen und die
Zweischichtwickelung dadurch ausbilden, dass die Spulenseiten, die radial zu der Rotationsachse außen liegen, eine Unterschicht der Zweischichtwickelung bilden, und die Spulenseiten, die radial zu der Rotationsachse innen liegen, eine Oberschicht der Zweischichtwickelung bilden; wobei
die Spulen derart in die Nuten eingezogen werden, dass die Spulenseiten jeder der Spulen ausschließlich entweder die Unterschicht oder die Oberschicht bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei
die Spulen der Unterschicht und/oder der Oberschicht so eingezogen werden, dass die entsprechenden Spulenseiten jeweils auf mindestens zwei Nuten verteilt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei
die Spulen der Unterschicht und/oder der Oberschicht jeweils aus einer ersten Spule und einer zweite Spule, die unterschiedliche Spulenweiten haben, ausgebildet sind, und die erste und zweite Spule so in die Nuten eingezogen werden, dass Spulenseiten der ersten Spule in Nuten der mindestens zwei Nuten verlaufen, die zwischen Nuten liegen, in denen Spulenseiten der zweiten Spule verlaufen.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei
die Spulen der Unterschicht aus einer Vielzahl von m Strängen,
insbesondere m=3 Strängen, gewickelt sind,
die Spulen der Oberschicht aus der Vielzahl von m Strängen,
insbesondere m=3 Strängen, gewickelt sind, und
die Spulen so in die Nuten eingezogen werden, dass Spulenseiten der Spulen, die die Unterschicht und die Oberschicht bilden, einem Polpaar entsprechen, und zu demselben Stang gehören, in denselben und
unterschiedlichen Nuten verlaufen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei
die Spulen der Unterschicht und der Oberschicht jeweils aus einer ersten Spule und einer zweite Spule, die unterschiedliche Spulenweiten haben, ausgebildet sind,
die erste und zweite Spule so in die Nuten eingezogen werden, dass (i) Spulenseiten der ersten Spule in Nuten verlaufen, die zwischen Nuten liegen, in denen Spulenseiten der zweiten Spule verlaufen, und (ii) die Spulenseiten der ersten und zweiten Spulen, die die Unterschicht und die Oberschicht bilden, dem Polpaar entsprechen, und zu demselben Stang gehören, in denselben und unterschiedlichen Nuten verlaufen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei
die Spulen so in die Nuten eingezogen werden, dass die Unterschicht und die Oberschicht jeweils aus p Spulen, insbesondere p=4 Spulen, ausgebildet ist, und in allen Nuten des Statorkörpers die Spulenseiten verlaufen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei nach Einziehen der Spulen die ersten und zweiten Spulen, die die Unter- und Oberschicht bilden, zu demselben Stang gehören, und demselben Polpaar entsprechen, elektrisch miteinander verbunden werden, und
die elektrisch miteinander verbundenen ersten und zweiten Spulen, die zu unterschiedlichen Strängen gehören, an einem Sternpunkt miteinander verbunden werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Spulen so eingezogen werden, dass die Zweischichtwicklung gesehnt ist.
9. Stator erhältlich nach einem der vorhergehenden Verfahren.
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