EP4183032A1 - Verfahren zur herstellung einer spulenwicklung und wickelschablone - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer spulenwicklung und wickelschablone

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Publication number
EP4183032A1
EP4183032A1 EP21739958.3A EP21739958A EP4183032A1 EP 4183032 A1 EP4183032 A1 EP 4183032A1 EP 21739958 A EP21739958 A EP 21739958A EP 4183032 A1 EP4183032 A1 EP 4183032A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
template
wave
section
coil
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.)
Pending
Application number
EP21739958.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian REISING
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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 Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4183032A1 publication Critical patent/EP4183032A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • H02K15/0435—Wound windings
    • H02K15/0478—Wave windings, undulated windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/071—Winding coils of special form
    • 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
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/14—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots with transposed conductors, e.g. twisted conductors

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a coil winding and a winding template that is suitable for use in the method.
  • One way to produce coil windings is to produce a flat wave winding by helically winding a conductor wire around an elongated, flat winding template. This wave winding is then inserted into slots in a stator or rotor body, where it forms a coil winding that runs around the circumference of the stator or rotor body at least once.
  • a winding device for generating wave windings by helically winding conductor wire is used.
  • a conductor wire or an entire bundle of conductor wires is offset several times in the area of the transition from one side of the winding template to the other side of the winding template, so that end windings are created and the respective wires open form wire webs on the sides of the winding template.
  • the wave winding produced in this way is either drawn directly into the slots of rotors or stators, or transferred to a transfer tool that corresponds geometrically to the stator or rotor body.
  • the retracted wave winding forms the coil winding of the stator or rotor.
  • Such a method is known, for example, from DE 102015 120661 A1.
  • a flat winding mat having an arbitrary length can be obtained.
  • individual wire webs of conductor wires which are each arranged between two winding heads, can also form more than one layer and change their position relative to one another over the course of the wave winding.
  • Such a wave winding can be used as a coil winding in the stator or rotor body, as described above.
  • the winding can also be drawn in in multiple layers and, due to the continuity of the winding, requires little electrical connections to be made subsequently for individual partial windings or groups of conductors.
  • the disadvantage of such a multi-layer insertion of a wave winding is that the radius of the coil winding changes with each wave winding layer of the wave winding inserted into the stator or rotor slots. As a result, the end windings of the wave winding require more space when viewed axially as the pull-in radius decreases.
  • the wave winding consequently forms a frustoconical geometry at the axial ends of the rotor or stator.
  • Such a geometry is disadvantageous with regard to the power density of electric motors, since due to these truncated cone-like areas of the winding, an axial space available for the stator or rotor in the electric motor cannot be used.
  • the object of the invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to produce a method for producing a coil winding and a Wi ckel template, whereby the available space by geo metrically optimized coil or shaft windings for stators or rotors effi cient can be used.
  • the invention relates to a method for producing a wave winding for forming a coil winding with at least one wave winding layer in a stator or rotor body, with a winding template being rotatable about a longitudinal axis and being provided with at least one winding section with a winding width, comprising the method steps:
  • the winding template is formed with at least one further winding section with a different winding width and previous steps are repeated at least in the further winding section with a different winding width.
  • the winding starts at one end of the winding template with a large winding width or at one end of the winding template with a small winding width of a winding section. It is also conceivable that if there are more than two winding sections on the winding template, one starts with an inner winding section.
  • the advantage of the method according to the invention is that the winding width of the wave winding can be designed in such a way that the changing radius for the coil winding with each wave winding position is compensated.
  • this is advantageous with regard to the achievable geometries, since truncated cone-like geometries of the coil windings in the area of the end windings can be avoided and cylindrical geometries can be achieved.
  • Electric motors with such geometries have a higher power density in relation to the available axial length.
  • higher performance is achieved or the stator or rotor is to be designed smaller—in contrast to designs with frustoconical end windings.
  • an axial displacement of the winding template along its longitudinal axis is provided for transferring the coil wires to be wound into the further winding section.
  • This axial displacement can take place when the wave winding wound in the active winding section has reached a length which corresponds to the circumference of a wave winding layer of the coil winding used in the stator or rotor.
  • the wave winding can be produced on the same winding template without removing or depositing areas that have already been wound and without converting the winding template to a different winding width, and it can be produced efficiently in one pass.
  • an intermediate step is provided with an intermediate winding in an intermediate section when transferring from one winding section to the next winding section, with a winding width of the intermediate section between the winding widths of the winding sections located.
  • the transfer from one winding section to the next winding section takes place when the wave winding has reached a length of one wave winding layer of the coil winding.
  • an intermediate step in which an intermediate winding is created can be advantageous, since in a transition from a wave winding to a stator or rotor, the transition from a wave winding layer with a first circumference to a layer with a different circumference in the transition area is different Wire lengths or a different winding geometry may require.
  • the intermediate winding can take place in an intermediate section of the winding template.
  • the winding in the intermediate section can be done with a winding width different from the winding width of the previously used and subsequently used winding section.
  • the procedural steps are repeated until a desired number of wave winding layers has been reached for insertion into the stator or rotor body.
  • the coil winding produced in this way is made up of continuous conductor wires.
  • a wave winding layer, in relation to the coil winding, is a length of wave winding which, in an installed condition, forms a circumferential layer of conductor wires in the stator or rotor body.
  • the coil winding can thus advantageously be produced in one pass using the method and can be used in one piece either directly in a stator or rotor body or can be transferred into the stator or rotor body using a transfer tool.
  • a method step can be provided, after which the wave winding is fed into a transfer tool for drawing the wave winding into grooves of a stator body or rotor body. The wave winding can be inserted into the transfer tool as a whole and then transferred as a whole into the stator or rotor slots.
  • the wave winding being fed continuously to the transfer tool and being transferred continuously by the transfer tool into the stator or rotor grooves of the stator or rotor body.
  • the shaft winding can be drawn directly into the stator or rotor when it is drawn into a rotor or stator with grooves that are open radially outwards.
  • a coil winding can thus be produced for a circumference that increases or decreases with each wave winding layer, which has a constant axial expansion when installed in the stator or rotor body.
  • a complex assembly of individual partial windings with different winding widths can be omitted. In this way, on the one hand, the reliability of the coil winding is increased, while the space requirement is optimized.
  • a coil winding produced according to such a method can be produced in a shorter time due to the continuity of the conductor wires and can also be used in a stator or rotor body in a shorter time.
  • the wave winding is completely stripped off the winding template and the wave winding is transferred to a transport device.
  • the process can be further optimized in terms of space requirements, since the wave winding produced does not have to be drawn in on site or transferred to a transfer tool, but can be fed to another machine in a transport device or in the transport device between can be stored.
  • the invention also relates to a winding template for producing a wave winding from parallel coil wires suitable for insertion into slots in a stator or rotor body, the winding template being rotatable and having a substantially rectangular cross section.
  • the winding template can preferably be rotated in 180-degree increments.
  • an embodiment of the winding template is advantageous in which the winding template has a sword-like shape, i.e.
  • the winding width of the winding sections can be predetermined in such a way that the change in the winding width compensates for the difference in circumference for each wave winding layer of the drawn-in coil winding.
  • the winding width is constant along the longitudinal axis within the respective winding sections. This prevents an axial extension with respect to the stator body or rotor body from changing within a wave winding layer of a coil winding used in a stator or rotor. In this way, a winding overhang that remains the same in the axial extent relative to the stator or rotor body is generated for each wave winding layer in the stator or rotor.
  • the winding width of the winding sections increases in stages along the longitudinal axis. In this way, areas of a wave winding that have an increasing winding width can be generated sequentially in a particularly time-saving manner, since the winding template can be wound continuously.
  • the winding can be started at one end with a large winding width or at one end with a small winding width of the winding section. It is also conceivable that, if there are more than two winding sections on the winding template, starting with an inner winding section.
  • the winding width of the winding sections increases alternately from a free end of the winding template along the longitudinal axis.
  • a coil winding can be produced which, when drawn into a stator or rotor body, has a homogeneous distribution of the winding overhangs, taking into account the circumferential variation with each wave winding layer.
  • the winding areas have different lengths along the longitudinal axis of the winding template.
  • the length of the respective winding sections can preferably be Be provided depending on the generated wave winding layers. In this way, the space requirement of the winding template is optimized along the longitudinal axis. Provision can also be made for an intermediate section to be arranged between two winding sections, which intermediate section can have a winding width that is different from the winding sections.
  • the intermediate sections allow intermediate windings to be produced, which allow a transition from one wave winding layer of the coil winding to another wave winding layer lying radially further inwards or outwards in the stator or rotor body
  • FIG. 1a shows a schematic view of a coil winding drawn into a stator or rotor body, which has been produced according to the prior art or has been produced using a winding template according to the prior art;
  • FIG. 1b a schematic view of a coil winding drawn into a stator or rotor body, which has been produced according to the method according to the invention or has been produced using a winding template according to the invention and
  • Fig. 2 a schematic representation of a winding template according to the invention.
  • FIG. 1a shows a schematic view of a coil winding 20 drawn into a stator or rotor body 100, which has been produced according to the prior art or has been produced using a winding template according to the prior art.
  • the end windings 21a, b have a greater axial extent with each wave winding layer 23a, b lying radially further inwards.
  • the coil winding 20 used piles up in such a way that the end windings in the stator or rotor body 100 form a truncated cone-like structure. This results in an increased space requirement, the axial distance between the radially outer wave winding layer 23a in this exemplary embodiment of the prior art and the radially inner wave winding layer 23b being unused.
  • FIG. 1b shows a schematic view of a coil winding 30 drawn into a stator or rotor body, which has been produced from a wave winding by the method according to the invention or has been produced using a winding template 10 according to the invention.
  • the winding overhangs 31a,b in contrast to FIG. 1a, which describes the prior art, all lie in one plane when viewed axially. Consequently, the wave winding layers 33a, b of the coil winding 30 are also completely overlapping. As a result, the space available for the coil winding 30 of the stator or rotor is optimally used.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a winding template 10 according to the invention in a plan view of the first side 15 of the winding template 10.
  • the winding template 10 is elongate and has a flat cross section.
  • the winding template 10 thus has a sword-like shape, with the winding template 10 having a large length-to-width ratio in relation to its overall length and overall width.
  • the thickness of the winding template 10 is selected as low as possible.
  • the winding template 10 can be rotated about a longitudinal axis 11 by at least 180° in both directions.
  • the winding template 10 can be displaced axially along the longitudinal axis 11 .
  • the winding template 10 has a plurality of winding sections 13a, b, c, each of which has a constant winding width 12a, b, c.
  • the winding width 12a, b, c of the winding sections 13a, b, c is in each case steadily increasing as seen from left to right in the illustration in FIG.
  • a winding template 10 in which, viewed from left to right, a winding width 12a, b,c that decreases in each case for the winding sections 13a, b,c is provided.
  • the left-hand end of the winding template 10 can represent an open end, while a right-hand end with a stop, a swivel joint can have a closed end.
  • intermediate sections 14a,b are provided, which can be wound when the length of the coil winding 30 produced has reached the circumference of a specific wave winding layer 33a,b of the coil winding 30 to be drawn into a stator body or rotor body 100.
  • the coil winding 30 can take place in the respective intermediate section 14a, b.
  • the increase in the winding width 12a, b,c of the winding sections 13a, b,c takes place in stages along the longitudinal axis.
  • the winding can be started in the winding section 13a with a small winding width 12a at the open end of the former 10 .
  • winding template 10 it is also possible to start at the closed end of the winding template 10 in a winding section 13c with a large winding width 12c. It is also conceivable that, if there are more than two winding sections 13a, b, c on the winding template 10, the winding starts at an inner winding section 13b.
  • the increase in the winding width 12a, b, c of the winding sections 13a, b, c takes place from a free end of the winding template 10 alternately at a changing distance.
  • the winding sections 13a, b, c can have different lengths along the longitudinal axis 11 of the winding template 10 .
  • An intermediate section 14a, b is arranged between two winding sections 13a, b or 13b, c, which can have a different winding width to the winding sections 13a, b or 13b, c.
  • Intermediate windings can be produced by the intermediate sections 14a, b, which enable a transition from one wave winding layer 33a of the coil winding 30 to another wave winding layer 33b lying radially further inside or outside in the stator or rotor body.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Wellenwicklung zur Ausbildung einer Spulenwicklung (30) mit mindestens einer Wellenwicklungslage (33a, b) in einem Stator- oder Rotorkörper (100), wobei eine Wickelschablone (10) um eine Längsachse (11) drehbar und mit zumindest zwei Wickelabschnitten (13a,b,c) vorgesehen ist, aufweisend die Verfahrensschritte: Aufbringen von parallelen Spulendrähten auf eine erste Seite (15) der Wickelschablone (10) in einem Wickelabschnitt (13) der Wickelschablone (10); Ausbilden von Wickelköpfen (31a,b) durch wechselweises axiales Versetzen der parallelen Spulendrähte auf der Wickelschablone (10) und Wickeln um die gedrehte Wickelschablone (10); Wiederholen der Schritte a und b, bis die Wellenwicklung eine Länge einer ersten Wellenwicklungslage (33a) der Spulenwicklung (30) erreicht hat, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Schritte a bis c in einem weiteren Wickelabschnitt (13b) mit unterschiedlicher Wickelbreite (12b) wiederholt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin auch eine Wickelschablone (10) zum Herstellen einer solchen zum Einzug in Nuten eines Stator- oder Rotorkörpers (100) geeigneten Wellenwicklung.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Spulenwicklung und Wickelschablone
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spulenwicklung und eine Wickelschablone, die für den Einsatz im Verfahren geeignet ist.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zum Herstellen von Spulenwicklungen bekannt. Eine Möglichkeit Spulenwicklungen herzustellen, ist die Herstellung einer flachen Wellenwicklung durch wendelförmiges Wickeln eines Lei terdrahts um eine längliche, flach ausgeprägte Wickelschablone. Diese Wellenwick lung wird dann in Nuten eines Stator- oder Rotorkörper eingesetzt und bildet dort eine Spulenwicklung, die einen Umfang des Stator- oder Rotorkörper zumindest ein mal umläuft.
Hierfür wird eine Wickelvorrichtung zum Erzeugen von Wellenwicklungen durch wen delförmiges Wickeln von Leiterdraht verwendet. Bei der Wicklung um eine im Quer schnitt rechteckige und flach ausgebildete Wickelschablone wird ein Leiterdraht oder ein ganzes Paket aus Leiterdrähten im Bereich des Übergangs von einer Seite der Wickelschablone auf die andere Seite der Wickelschablone mehrfach versetzt, so- dass Wickelköpfe entstehen und die jeweiligen Drähte auf den Seiten der Wickel schablone Drahtstege ausbilden. Auf diese Weise wird eine flache Wellenwicklung erzeugt. Die so erzeugte Wellenwicklung wird entweder direkt in Nuten von Rotoren oder Statoren eingezogen, oder in ein Übertragungswerkzeug überführt, das geomet risch mit dem Stator- oder Rotorkörper korrespondiert. Die eingezogene Wellenwick lung bildet die Spulenwicklung des Stators oder des Rotors. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus DE 102015 120661 A1 bekannt.
Wenn eine solche Wellenwicklung wie oben beschrieben durch Umwickeln einer Wi ckelschablone mit Leiterdrähten und intermittierendes Versetzen der Leiterdrähte hergestellt wird, lässt sich eine flache Wickelmatte mit beliebiger Länge hersteilen. Hierbei können einzelne Drahtstege von Leiterdrähten, die jeweils zwischen zwei Wi ckelköpfen angeordnet sind, auch mehr als eine Lage ausbilden und Ihre Lage in Be zug zueinander im Verlauf der Wellenwicklung wechseln. Eine solche Wellenwick lung lässt sich in Stator- oder Rotorkörper, wie oben beschrieben, als Spulenwick- lung auch mehrlagig einziehen und erfordert aufgrund der Durchgängigkeit der Wick lung einen geringen Bedarf an nachträglich anzubringenden elektrischen Verbindun gen einzelner Teilwicklungen oder Leitergruppen.
Der Nachteil eines solchen mehrlagigen Einzugs einer Wellenwicklung ist, dass sich der Radius der Spulenwicklung mit jeder Wellenwicklungslage der in die Stator- oder Rotornuten eingezogenen Wellenwicklung ändert. Dies führt dazu, dass die Wickel köpfe der Wellenwicklung mit abnehmendem Einzugsradius axial gesehen einen grö ßeren Platzbedarf haben. Die Wellenwicklung bildet folglich an den axialen Enden des Rotors oder Stators eine kegelstumpfartige Geometrie aus. Eine solche Geomet rie ist in Bezug auf die Leistungsdichte von Elektromotoren nachteilhaft, da aufgrund dieser kegelstumpfartigen Bereiche der Wicklung ein für den Stator oder Rotor zur Verfügung stehender axialer Bauraum im Elektromotor nicht genutzt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Verfahren zur Herstellung einer Spulenwicklung und eine Wi ckelschablone herzustellen, womit der zur Verfügung stehende Bauraum durch geo metrisch optimierte Spulen- bzw. Wellenwicklungen für Statoren oder Rotoren effi zient genutzt werden kann.
Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 ange geben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7. Die Erfindung be trifft weiterhin eine Wickelschablone nach Anspruch 8 mit Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 9 bis 10.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wellenwicklung zur Ausbil dung einer Spulenwicklung mit mindestens einer Wellenwicklungslage in einem Sta tor- oder Rotorkörper, wobei eine Wickelschablone um eine Längsachse drehbar und wenigstens einem Wickelabschnitt mit einer Wickelbreite vorgesehen ist, aufweisend die Verfahrensschritte:
Zuführen von parallelen Spulendrähten auf eine erste Seite der Wickelschablone in einem Wickelabschnitt der Wickelschablone; Ausbilden von Wickelköpfen durch wechselweises axiales Versetzen der parallelen Spulendrähte auf der Wickelschab lone und Wickeln um die gedrehte Wickelschablone; Wiederholen der vorhergehen den Schritte, bis die Wellenwicklung eine Länge einer ersten Wellenwicklungslage der Spulenwicklung erreicht hat, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Wickelschablone mit wenigstens einem weiteren Wickelabschnitt mit einer unterschiedlichen Wickelbreite ausgebildet ist und vorhergehenden Schritte wenigstens in dem weiteren Wickelabschnitt mit un terschiedlicher Wickelbreite wiederholt werden.
Es ist denkbar, dass mit dem Wickeln an einem Ende der Wickelschablone mit gro ßer oder einem Ende der Wickelschablone mit kleiner Wickelbreite eines Wickelab schnitts begonnen wird. Ebenfalls ist denkbar, dass bei mehr als zwei auf der Wickel schablone vorhandenen Wickelabschnitten an einem innenliegenden Wickelabschnitt begonnen wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Wellenwicklung in der Wickelbreite derart konzipiert werden kann, dass der sich mit jeder Wellenwicklungs lage für die Spulenwicklung ändernde Radius kompensiert wird. Insbesondere ist dies in Hinblick auf die erzielbaren Geometrien vorteilhaft, da so kegelstumpfartige Geometrien der Spulenwicklungen im Bereich der Wickelköpfe vermieden und zylind rische Geometrien erreicht werden können. Elektromotoren mit solchen Geometrien weisen in Relation zu der zur Verfügung stehenden axialen Baulänge eine höhere Leistungsdichte auf. Demzufolge wird mit einer solchen Spulenwicklung in einem Stator oder Rotor eine höhere Leistung erzielt oder der Stator oder Rotor ist bei - im Gegensatz zu Konstruktionen mit kegelstumpfartigen Wickelköpfen - kleiner auszu legen.
Gemäß einer speziellen Ausgestaltung des Verfahrens ist ein axiales Versetzen der Wickelschablone entlang ihrer Längsachse zum Überführen der zu wickelnden Spu lendrähte in den weiteren Wickelabschnitt vorgesehen. Dieses axiale Versetzen kann dann erfolgen, wenn die in dem aktiven Wickelabschnitt gewickelte Wellenwicklung eine Länge erreicht hat, die dem Umfang einer Wellenwicklungslage der in den Sta tor oder Rotor eingesetzten Spulenwicklung entspricht. Dadurch ist die Wellenwick lung auf derselben Wickelschablone ohne Absetzen bzw. Ablegen bereits gewickel ter Bereiche und ohne Umrüsten der Wickelschablone auf eine andere Wickelbreite herstellbar und in einem Durchgang effizient herzustellen.
Nach einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Zwischenschritt mit einer Zwischenwicklung in einem Zwischenabschnitt bei dem Überführen von ei nem Wickelabschnitt in den nächsten Wickelabschnitt vorgesehen ist, wobei eine Wi ckelbreite des Zwischenabschnitts zwischen den Wickelbreiten der Wickelabschnitte liegt. Das Überführen von einem Wickelabschnitt in den nächsten Wickelabschnitt findet in dem erfindungsgemäßen Verfahren dann statt, wenn die Wellenwicklung eine Länge einer Wellenwicklungslage der Spulenwicklung erreicht hat. Insbeson dere das Vorsehen eines Zwischenschrittes, bei dem eine Zwischenwicklung erstellt wird, kann vorteilhaft sein, da bei einem Übergang der in einen Stator oder Rotor Wellenwicklung der Übergang von einer Wellenwicklungslage mit einem ersten Um fang auf eine Lage mit einem davon abweichenden Umfang im Übergangsbereich abweichende Drahtlängen oder eine abweichende Wicklungsgeometrie benötigen kann. Die Zwischenwicklung kann in einem Zwischenabschnitt der Wickelschablone erfolgen. Ferner kann die Wicklung in dem Zwischenabschnitt mit einer Wickelbreite erfolgen, die sich von der Wickelbreite des vorher benutzten und nachher benutzten Wickelabschnitts unterscheidet. Durch das Vorsehen eines Verfahrensschritts, mit dem eine solche Zwischenwicklung herstellbar ist, werden erneut die oben beschrie benen Vorteile in Bezug auf den Entfall von Rüstzeiten und in Bezug auf die Effi zienzsteigerung des Verfahrens erreicht.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens ist ein Wiederholen der Verfah rensschritte bis zum Erreichen einer gewünschten Anzahl von Wellenwicklungslagen zum Einzug in den Stator- oder Rotorkörper vorgesehen. Hierbei ist die so erzeugte Spulenwicklung aus durchgängigen Leiterdrähten aufgebaut. Eine Wellenwicklungs lage ist in Bezug auf die Spulenwicklung ein Längenabschnitt der Wellenwicklung, der in einem eingesetzten Zustand in dem Stator oder Rotorkörper eine Umfangslage von Leiterdrähten bildet. Somit lässt sich die Spulenwicklung in vorteilhafter Weise mittels des Verfahrens in einem Durchgang hersteilen und kann einteilig entweder di rekt in einen Stator- oder Rotorkörper eingesetzt werden oder mittels eines Übertra gungswerkzeugs in den Stator- oder Rotorkörper übertragen werden.
In einerweiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann es sich vorteilhaft erweisen, wenn die Wicklungen zur Erzeugung der jeweiligen Wellenwicklungslagen in Wickel abschnitten mit zunehmender Wickelbreite wiederholt werden. Auf diese Weise ist die gesamte Wellenwicklung entgegen der Fertigungsrichtung von den stufenweisen ansteigenden Wickelabschnitten leicht abstreifbar. Dadurch wird der Verfahrensab lauf vereinfacht, da ein Freigeben der Wickelschablone in Hinblick auf das Abstreifen der um die Schablone gewickelten Wellenwicklung entfallen kann. Weiterhin kann ein Verfahrensschritt vorgesehen sein, wonach ein Zuführen der Wel lenwicklung in ein Übertragungswerkzeug für den Einzug der Wellenwicklung in Nu ten eines Statorkörpers oder Rotorkörpers erfolgt. Die Wellenwicklung kann als Gan zes in das Übertragungswerkzeug eingesetzt werden und dann als Ganzes in die Stator- oder Rotornuten übertragen werden. Alternativ besteht ebenfalls die Möglich keit, dass die Wellenwicklung dem Übertragungswerkzeug kontinuierlich zugeführt wird und von dem Übertragungswerkzeug kontinuierlich in die Stator- oder Rotornu ten des Stator- oder Rotorkörpers übertragen wird. Alternativ kann die Wellenwick lung bei einem Einzug in einen Rotor oder Stator mit radial nach außen offenen Nu ten direkt in den Stator oder Rotor eingezogen werden.
Somit lässt sich eine Spulenwicklung für einen mit jeder Wellenwicklungslage zuneh menden oder abnehmenden Umfang hersteilen, die eine gleichbleibende axiale Aus dehnung im eingebauten Zustand in dem Stator- oder Rotorkörper hat. Ein aufwendi ges Zusammensetzen aus einzelnen Teilwicklungen mit unterschiedlichen Wickel breiten kann entfallen. Auf diese Weise wird einerseits die Zuverlässigkeit der Spu lenwicklung erhöht, während deren Platzbedarf optimiert wird. Zudem ist eine nach einem solchen Verfahren hergestellte Spulenwicklung durch die Durchgängigkeit der Leiterdrähte in kürzerer Zeit hergestellt und ebenfalls in kürzerer Zeit in einem Stator oder Rotorkörper eingesetzt.
In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens ist ein komplettes Abstreifen der Wellenwicklung von der Wickelschablone und Überführen der Wellenwicklung in eine Transportvorrichtung vorgesehen. Durch das Vorsehen einer Transportvorrich tung lässt sich das Verfahren weiter in Bezug auf die Raumerfordernisse optimieren, da die hergestellte Wellenwicklung nicht vor Ort eingezogen oder in ein Übertra gungswerkzeug überführt werden muss, sondern in einer Transportvorrichtung einer weiteren Maschine zugeführt werden kann oder in der Transportvorrichtung zwi schengelagert werden kann.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Wickelschablone zum Herstellen einer zum Ein zug in Nuten eines Stator- oder Rotorkörpers geeigneten Wellenwicklung aus paral lelen Spulendrähten, wobei die Wickelschablone drehbar ist und einen im Wesentli chen rechteckigen Querschnitt aufweist. Für die Wickelschablone ist erfindungsge mäß vorgesehen, dass die Wickelschablone axial, d.h. entlang ihrer Längsachse, zu mindest zwei Wickelabschnitte mit unterschiedlichen Wickelbreiten aufweist. Durch die Wickelabschnitte mit unterschiedlicher Wickelbreite lässt sich eine durchgehende Wellenwicklung aus mehreren parallelen Drähten erzeugen, die entlang ihres Ver laufs eine variierende Breite aufweist. Die Wickelschablone ist vorzugsweise in 180 Grad-Schritten drehbar. Weiterhin gestaltet sich eine Ausführungsform der Wickel schablone vorteilhaft, bei der die Wickelschablone eine schwertartige Form aufweist, also bezogen auf deren Gesamtlänge und die Gesamtbreite ein großes Länge- zu Breitenverhältnis aufweist und die Mächtigkeit bzw. Dicke der Wickelschablone mög lichst gering gewählt wird. Die Wickelbreite der Wickelabschnitte kann derart vorbe stimmt sein, dass durch die Änderung der Wickelbreite der Umfangsunterschied für jede Wellenwicklungslage der eingezogenen Spulenwicklung kompensiert wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wickelbreite inner halb der jeweiligen Wickelabschnitte entlang der Längsachse konstant ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich eine axiale Erstreckung in Bezug auf den Statorkör per oder Rotorkörper innerhalb einer Wellenwicklungslage einer in einen Stator oder Rotor eingesetzten Spulenwicklung ändert. Somit wird ein in axialer Erstreckung be zogen auf den Stator- oder Rotorkörper gleichbleibender Wickelkopf für jede Wellen wicklungslage in dem Stator oder Rotor erzeugt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wickel breite der Wickelabschnitte entlang der Längsachse in Stufen zunimmt. Auf diese Weise lassen sich besonders zeitsparend sequenziell Bereiche einer Wellenwicklung erzeugen, die eine zunehmende Wickelbreite aufweisen, da die Wickelschablone kontinuierlich bewickelt werden kann. Mit dem Wickeln kann an einem Ende mit gro ßer oder einem Ende mit kleiner Wickelbreite des Wickelabschnitts begonnen wer den. Ebenfalls ist denkbar, dass bei mehr als zwei auf der Wickelschablone vorhan denen Wickelabschnitten an einem innenliegenden Wickelabschnitt begonnen wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Zunahme der Wi ckelbreite der Wickelabschnitte von einem freien Ende der Wickelschablone aus ent lang der Längsachse wechselseitig erfolgt. Auf diese Weise lässt sich eine Spulen wicklung hersteilen, die bei einem Einzug in einen Stator- oder Rotorkörper eine ho mogene Verteilung der Wickelköpfe unter Berücksichtigung der Umfangsvariation mit jeder Wellenwicklungslage aufweist.
Weiterhin kann in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Wi ckelbereiche entlang der Längsachse der Wickelschablone eine unterschiedliche Länge aufweisen. Vorzugsweise kann die Länge der jeweiligen Wickelabschnitte in Abhängigkeit von den zu erzeugenden Wellenwicklungslagen vorgesehen sein. Auf diese Weise wird der Platzbedarf der Wickelschablone entlang der Längsachse opti miert. Ferner kann vorgesehen sein, dass zwischen zwei Wickelabschnitten jeweils ein Zwischenabschnitt angeordnet ist, der eine zu den Wickelabschnitten unter schiedliche Wickelbreite aufweisen kann. Durch die Zwischenabschnitte lassen sich Zwischenwicklungen erzeugen, die einen Übergang von einer Wellenwicklungslage der Spulenwicklung zu einer anderen, im Stator- oder Rotorkörper radial weiter innen oder außen liegenden Wellenwicklungslage, ermöglichen
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1a eine schematische Ansicht einer in einen Stator- oder Rotorkörper ein- gezogene Spulenwicklung, die nach dem Stand der Technik herge stellt worden ist bzw. mit einer Wickelschablone nach dem Stand der Technik hergestellt worden ist;
Fig. 1b: eine schematische Ansicht einer in einen Stator- oder Rotorkörper ein- gezogene Spulenwicklung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfah ren hergestellt worden ist bzw. mit einer erfindungsgemäßen Wickel schablone hergestellt worden ist und
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wickel schablone.
Figur 1a zeigt eine schematische Ansicht einer in einen Stator- oder Rotorkörper 100 eingezogene Spulenwicklung 20, die nach dem Stand der Technik hergestellt worden ist bzw. mit einer Wickelschablone nach dem Stand der Technik hergestellt worden ist.
In der Detailansicht ist erkennbar, dass die Wickelköpfe 21a, b mit jeder radial weiter innen liegenden Wellenwicklungslage 23a, b axial eine größere Ausdehnung aufwei sen. Die eingesetzte Spulenwicklung 20 türmt sich derart auf, dass die Wickelköpfe in dem Stator- oder Rotorkörper 100 eine kegelstumpfartige Struktur ausbilden. Dies hat einen erhöhten Platzbedarf zur Folge, wobei der axiale Abstand zwischen der in diesem Ausführungsbeispiel zum Stand der Technik radial äußeren Wellenwick lungslage 23a zu der radial inneren Wellenwicklungslage 23b ungenutzt ist. Figur 1b zeigt eine schematische Ansicht einer in einen Stator- oder Rotorkörper ein- gezogene Spulenwicklung 30, die aus einer Wellenwicklung nach dem erfindungsge mäßen Verfahren hergestellt worden ist bzw. mit einer erfindungsgemäßen Wickel schablone 10 hergestellt worden ist. Hier ist erkennbar, dass die Wickelköpfe 31a,b im Gegensatz zu Figur 1a, die den Stand der Technik beschreibt, alle axial gesehen in einer Ebene liegen. Demzufolge sind auch die Wellenwicklungslagen 33a, b der Spulenwicklung 30 komplett in Überdeckung. Dadurch ist der für die Spulenwicklung 30 des Stators oder Rotors zur Verfügung stehende Raum optimal genutzt.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wickelschab lone 10 in einer Aufsicht auf die erste Seite 15 der Wickelschablone 10. Die Wickel schablone 10 ist länglich ausgebildet und weist einen flachen Querschnitt auf. Die Wickelschablone 10 hat also eine schwertartige Form, wobei die Wickelschablone 10 bezogen auf ihre Gesamtlänge und ihre Gesamtbreite ein großes Länge- zu Breiten verhältnis hat. Die Mächtigkeit bzw. Dicke der Wickelschablone 10 ist möglichst ge ring gewählt.
Die Wickelschablone 10 ist um eine Längsachse 11 jeweils um mindestens 180° in beide Richtungen drehbar. Die Wickelschablone 10 ist entlang der Längsachse 11 axial versetzbar.
Die Wickelschablone 10 weist mehrere Wickelabschnitte13a,b,c auf, die jeweils eine konstante Wickelbreite 12a, b,c haben. Die Wickelbreite 12a, b,c der Wickelabschnitte 13a,b,c ist in der Darstellung von Figur 2 von links nach rechts gesehen jeweils stetig ansteigend. Es kann aber gleichermaßen eine Wickelschablone 10 vorgesehen sein, bei der von links nach rechts gesehen eine für die Wickelabschnitte 13a, b,c eine je weils abnehmende Wickelbreite 12a, b,c vorgesehen ist. Das linksseitige Ende der Wickelschablone 10 kann ein offenes Ende darstellen kann wobei ein rechtsseitiges Ende mit einem einen Anschlag ein Drehgelenk ein geschlossenes Ende aufweisen kann.
Zwischen den Wickelabschnitten 13a,b,c sind Zwischenabschnitte 14a,b vorgese hen, die bewickelt werden können, wenn die Länge der hergestellten Spulenwicklung 30 den Umfang einer bestimmten Wellenwicklungslage 33a, b der in einen Statorkör per oder Rotorkörper 100 einzuziehenden Spulenwicklung 30 erreicht hat. Für den Übergang zwischen den Wellenwicklungslagen 33a, b kann die Spulenwicklung 30 in dem jeweiligen Zwischenabschnitt 14a, b erfolgen. Die Zunahme der Wickelbreite 12a, b,c der Wickelabschnitte 13a, b,c erfolgt entlang der Längsachse in Stufen. Mit dem Wickeln kann in dem Wickelabschnitt 13a mit kleiner Wickelbreite 12a an dem offenen Ende der Wickelschablone 10 begonnen werden. Alternativ kann auch an dem geschlossenen Ende der Wickelschablone 10 in einem Wickelabschnitt 13c mit großer Wickelbreite 12c begonnen werden. Eben falls ist denkbar, dass bei mehr als zwei auf der Wickelschablone 10 vorhandenen Wickelabschnitten 13a, b,c an einem innenliegenden Wickelabschnitt 13b mit dem Wickeln begonnen wird.
In Figur 2 ist zu erkennen, dass die Zunahme der Wickelbreite 12a, b,c der Wickelab schnitte 13a, b,c von einem freien Ende der Wickelschablone 10 aus wechselseitig mit wechselndem Abstand erfolgt. Die Wickelabschnitte 13a, b,c können entlang der Längsachse 11 der Wickelschablone 10 eine unterschiedliche Länge aufweisen.
Zwischen zwei Wickelabschnitten 13a,b oder 13b,c ist jeweils ein Zwischenabschnitt 14a, b angeordnet, der der eine zu den Wickelabschnitten 13a, b oder 13b, c unter schiedliche Wickelbreite aufweisen kann. Durch die Zwischenabschnitte 14a, b lassen sich Zwischenwicklungen erzeugen, die einen Übergang von einer Wellenwicklungs- läge 33a der Spulenwicklung 30 zu einer anderen, im Stator- oder Rotorkörper radial weiter innen oder außen liegenden Wellenwicklungslage 33b, ermöglichen.
Bezugszeichenliste Wickelschablone Längsachse a, b,c Wickelbreite a, b,c Wickelabschnitt a,b Zwischenabschnitt erste Seite Spulenwicklung (Stand der Technik)a, b Wickelkopf (Stand der Technik) a, b Drahtsteg (Stand der Technik) a, b Wellenwicklungslage (Stand der Technik) Spulenwicklung a,b Wickelkopf a, b Drahtsteg a, b Wellenwicklungslage 0 Stator- oder Rotorkörper

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Wellenwicklung zur Ausbildung einer Spulen wicklung (30) mit mindestens einer Wellenwicklungslage (33a, b) in einem Stator- oder Rotorkörper (100), wobei eine Wickelschablone (10) um eine Längsachse (11) drehbar und wenigstens einem Wickelabschnitt (13a) mit ei ner Wickelbreite (12a) vorgesehen ist, aufweisend die Verfahrensschritte: a. Zuführen von parallelen Spulendrähten auf eine erste Seite (15) der Wickelschablone (10) in einem Wickelabschnitt (13) der Wickelschab lone (10); b. Ausbilden von Wickelköpfen (31a,b) durch wechselweises axiales Versetzen der parallelen Spulendrähte auf der Wickelschablone (10) und Wickeln um die gedrehte Wickelschablone (10); c. Wiederholen der Schritte a und b, bis die Wellenwicklung eine Länge einer ersten Wellenwicklungslage (33a) der Spulenwicklung (30) er reicht hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelschablone mit wenigstens einem weiteren Wickelabschnitt (13b,c) mit einer unterschiedlichen Wickelbreite (12b,c) ausgebildet ist und die Schritte a bis c wenigstens in dem weiteren Wickelabschnitt (13b, c) mit unterschiedlicher Wickelbreite (12b, c) wiederholt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , zusätzlich aufweisend den Verfahrensschritt:
Axiales Versetzen der Wickelschablone (10) entlang ihrer Längsachse (11) zum Überführen der zu wickelnden Spulendrähte in den weiteren Wickelabschnitt (13b,c).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenschritt mit einer Zwischenwicklung in einem Zwischenabschnitt (14a, b) bei dem Überführen von einem Wickelabschnitt (13a) in den nächsten Wickelabschnitt (13b,c) vorgesehen ist, wobei eine Wickelbreite des Zwischenabschnitts (14a, b) zwischen den Wickelbreiten (12a, b,c) der Wickelabschnitte (13a, b,c) liegt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend den Verfahrensschritt:
Wiederholen der Verfahrensschritte bis zum Erreichen einer gewünschten Anzahl von Wellenwicklungslagen (33a, b) zum Einzug in den Stator- oder Rotorkörper (100).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte a bis c in Wickelabschnitten mit zunehmender Wickelbreite wiederholt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend den Verfahrensschritt:
Zuführen der Wellenwicklung in ein Übertragungswerkzeug für den Einzug der Wellenwicklung (30) in Nuten eines Stator- oder Rotorkörpers (100).
7. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend den Verfahrensschritt:
Komplettes Abstreifen der Spulenwicklung (30) von der Wickelschablone (10) und Überführen der Spulenwicklung (30) in eine T ransportvorrichtung.
8. Wickelschablone (10) zum Herstellen einer zum Einzug in Nuten eines Stator oder Rotorkörpers (100) geeigneten Wellenwicklung aus parallelen Spulendrähten, wobei die Wickelschablone (10) drehbar ist und einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelschablone (10) axial zumindest zwei Wickelabschnitte
(13a, b,c) mit unterschiedlichen Wickelbreiten (12a, b,c) aufweist.
9. Wickelschablone (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelbreite (12a, b,c) der Wickelabschnitte (13a,b,c) entlang der Längsachse (11) in Stufen zunimmt.
10. Wickelschablone (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zunahme der Wickelbreite (12a, b,c) der Wickelabschnitte (13a, b,c) von einem freien Ende der Wickelschablone (10) aus entlang der Längsachse
(11) wechselseitig erfolgt.
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