WO2007006668A1 - Verfahren zum herstellen einer wicklung einer elektrischen maschine - Google Patents

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WO2007006668A1
WO2007006668A1 PCT/EP2006/063750 EP2006063750W WO2007006668A1 WO 2007006668 A1 WO2007006668 A1 WO 2007006668A1 EP 2006063750 W EP2006063750 W EP 2006063750W WO 2007006668 A1 WO2007006668 A1 WO 2007006668A1
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winding
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pole
parts
wire
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PCT/EP2006/063750
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Inventor
Uwe Knappenberger
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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
    • 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
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    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/49071—Electromagnet, transformer or inductor by winding or coiling

Definitions

  • the invention relates to a method for producing at least one winding of a multi-pole electrical machine, in particular a motor-generator, preferably for a hybrid drive of a motor vehicle.
  • the winding of a winding of an electric machine by hand is time consuming and requires a high level of qualification.
  • the winding wire can only be processed up to a diameter which is still manageable by machine, without causing damage, in particular insulation damage. Nevertheless, an electrical machine should be realized with the best technical data in an automated winding creation.
  • the method on which the invention is based for producing at least one winding of a multi-pole electrical machine has the advantage that, in the case of manual or mechanical production, good handling of the winding wire of the winding results, with excellent electrical and electromagnetic values being achieved.
  • the winding is formed by parallel-connected winding parts, for example, three parallel winding parts can be provided per phase of the electric machine. In a three-phase electric machine, nine winding parts accordingly result.
  • the pole is assigned at least one groove group assigned to the winding parts, each with a plurality of grooves having different circumferential angle positions with respect to the associated pole, wherein grooves having the same circumferential circumferential position form equal grooves.
  • each winding part of the winding is wound with the same number of turns in equivalent grooves, resulting in the winding parts to be closed parallel or virtually no voltage differences, that is, the occurrence of circulating currents is prevented or substantially prevented, so that excellent electrical and electromagnetic values are achieved.
  • Due to the parallel winding parts can be used a winding wire with a corresponding diameter, which can be handled very well manually and / or by machine.
  • the winding wire of one of the winding parts lies in a PoI circumferential angle basic position, for example in a generator designed as a generator whose stator is to be wound.
  • each winding part has the same number of turns at the same radial diameter. This means that within the grooves, the respective winding wires per winding part equally often have the same radial positions, so that there are no differences in the individual winding parts, since the induced voltage of each turn is influenced as a function of the radial position to the central axis of the electric machine. If-as preferably provided-the winding parts of the winding are of equal length, ie all three winding parts have the same number of turns, identical voltage values and phase positions are achieved within the winding parts of the winding, so that no equalization currents, circulating currents, etc. occur. The winding parts can accordingly be connected in parallel without problems since no voltage differences and the like occur.
  • a plurality of windings can be formed, in particular one winding per phase, which in turn consists of several winding parts.
  • the winding and / or the winding parts prepared flat and then transferred into an arcuate shape or wound-up shape and then introduced radially into the grooves of the electric machine, preferably by machine, is / are. Due to the flat preparation of the winding or the winding parts, a mechanical production is possible, that is, the winding, that is, several winding parts to be switched in parallel or a winding part lies flat on a preparation surface, which may also be winding sections, which subsequently in series be switched to achieve the overall length. This winding, these winding parts or these winding sections are then converted into an arcuate shape or into a wound-up form, for example, wound onto a corresponding winding dome. This too happens automatically.
  • the winding dome is inserted into the interior of the electric machine and subsequently the winding wires are inserted radially into the corresponding grooves, in the case of a stator accordingly moved radially outward. Again, this is done by machine, so that a low-cost and reproducible production is possible.
  • the invention further relates to a winding of a multi-pole electric machine, in particular a generator, preferably for a hybrid drive of a motor vehicle, in particular produced by the aforementioned method, wherein the winding of parallel winding parts is formed and wherein each pole at least one Assigned to winding parts associated groove group, each with a plurality of, with respect to the associated pole different circumferential angle positions grooves, grooves with the same circumferential angular position form equivalent grooves and wherein each winding part of the winding has the same number of turns in equivalent grooves.
  • FIG. 1 is a winding diagram
  • Figure 2 is a bending tool
  • Figure 3a, b is a bending sequence diagram.
  • FIG. 1 shows a winding diagram of a trained as a generator electric machine with six poles and three phases.
  • the winding of a phase is shown, which is formed by three parallel winding parts to be switched.
  • the arrangement is such that the winding section b, the winding section b, the winding section c, the winding section c, the winding section d are connected to the winding section d, the winding section e is connected to the winding section a, each winding section connecting all six poles 1 to 6 recorded.
  • the winding sections a to e lead to five turns per pole, which is followed by another five turns, which are not shown in the winding diagram, but are wound according to the same principle.
  • the winding of a phase 10 shown in the winding diagram is composed of three parallel winding parts 11, 12 and 13, wherein the winding wire of the winding part 11 by a solid line, the winding wire of the winding part 12 with a dashed line and the winding wire of the winding part 13 with dashed line Point line is shown.
  • the winding parts 11, 12 and 13 are assigned in the region of the pole 1 to 6 in each case one pole zone 14 and beyond the corresponding pole 1 to 6 winding head zones 15 and 16.
  • the individual circumferences according to the winding sections a to e are identified by Ui to U 5 .
  • the respective position of the winding wire 17 of the winding part 11, the winding wire 18 of the winding part 12 and the winding wire 19 of the winding part 13 will be discussed for the winding portion a, that is, the first circumference (Ui).
  • the columns formed in the winding diagram respectively indicate the position of a groove, the poles 1 to 6 entered there being valid for phase 10. Since the electric machine is a three-phase machine, the other two phases 20 and 21 are indicated schematically only in the region of the pole 1 of the winding section a, but not registered according to the course of their parallel winding parts in order to keep the drawing clearly arranged , However, the following comments on Phase 10 apply mutatis mutandis to Phases 20 and 21.
  • the winding wire 17 of the winding part 11 in the winding section a has a neutral position in the pole zone 14 lying on the left side of the pole 1. This is a pole circumferential angle home position.
  • the winding wire 18 assumes a (electrically) leading position and the winding wire 19 has a corresponding (electrically) trailing position in the pole zone 14.
  • the winding wires 17 to 19 extend in the winding head zone 15 without crossing, so that the right side of the pole 1 in the pole zone 14 results in the following situation: the with shown through solid line winding wire 17 continues to take due to its central position a neutral position, so again a pole circumferential angle basic position.
  • the winding wire 18 trailing and the winding wire 19 is leading.
  • the winding wire 18 In the left side of the pole 3 lying Polzone 14, the winding wire 18 has a neutral position, the winding wire 19 a leading position and the winding wire 17th due to the respective Nutenlage a lagging position. In the winding head zone 15 of the pole 3, the winding wires 17 to 19 do not intersect. On the right side of the pole 3, the winding wire 18 has a neutral position, the winding wire 17 a leading position and the winding wire 19 a trailing position. In the winding head zone 16 lying between the poles 3 and 4, an intersection of the winding wires 17 and 18 takes place. On the left side of the pole 4, the winding wire 17 has a neutral position, the winding wire 19 a leading position and the winding wire 18 a trailing position.
  • the winding wire 17 In the subsequent winding head zone 15 of the pole 4, there is no crossing of the winding wires 17 to 19.
  • the winding wire 17 On the right side of the pole 4, the winding wire 17 has a neutral position, the winding wire 18 a leading position and the winding wire 19 a trailing position.
  • the winding wires 17 and 19 intersect at the left-hand side of the pole 5
  • the winding wires in the pole zone 14 have the following positions: the winding wire 19 is in the neutral position, while the winding wire 17 assumes a leading position and the winding wire 18 assumes a trailing position.
  • the winding head zone 15 associated with the pole 5 there is no crossing of the winding wires 17 to 19.
  • the winding wire 19 On the right side of the pole 5, the winding wire 19 has a neutral position, the winding wire 18 a leading position and the winding wire 17 a trailing position. In the winding-over zone 16, which lies between the poles 5 and 6, a crossing of the winding wires 18 and 19 takes place.
  • the winding wires 17 to 19 On the left-hand side of the pole 6, the winding wires 17 to 19 have the following positions in the pole zone 14: The winding wire 18 is in the neutral position, that is, in the pole peripheral angle basic position. In contrast, due to the groove position, the winding wire 17 assumes a leading position and the winding wire 19 assumes a trailing position. In the winding head zone 15 assigned to the pole 6, there is no crossing of the winding wires 17 to 19.
  • phase 10 and 21 are wound in a similar manner. Furthermore, it has already been mentioned that the fifth five turns, according to the winding sections a to e, are followed by another five turns (not shown), which, however, are likewise designed as described above. Overall, accordingly, each phase 10, 20 and 21 associated windings, each consisting of three parallel winding parts, resulting within the windings no circulating currents or equalizing currents flow. The illustrated and explained winding scheme therefore leads to an optimal electromagnetic training, in particular, as few intersections of the winding wires take place in the winding head zones.
  • the procedure is such that the winding is prepared flat, its length may be a multiple of the circumference.
  • the arrangement is preferably made such that the respective groove is completely filled in the width by the thickness of the winding wire, that is, the wire width or the wire diameter corresponds to the groove width.
  • the prepared by means of a mounting device flat winding is then wound onto a mandrel and axially retracted with this tool in the stator of the electric machine. Subsequently, by radial expansion, the individual winding wires this radially inserted externally into the grooves.
  • the stator winding can be created in mass production by simple means with simple means.
  • the parallel connection of the individual winding parts can already take place in the flat state of the winding or after the winding is inserted into the slots of the electrical machines.
  • a winding with nine winding wires wherein three winding wires are connected in parallel for three phases. It is a stator with one hundred and eight grooves, twelve poles and sixty turns.
  • each winding part must have the same wire length equal to many Win- fertilize in equivalent grooves and lie within a groove radially on the same diameter.
  • each winding path is the same number of times in each groove, wherein the valency of the groove, so their respective peripheral angular position is observed in accordance with the foregoing. Further, the arrangement is made such that not too frequent intersections in the winding head areas occur to keep the winding head dimensions small.
  • Significance is that, according to Figure 1, only six winding wire intersections occur within each winding part of a phase of a winding layer. This leads from the manufacturing point of view to a high degree of symmetry. Variants with more or fewer intersections are possible.
  • the winding wires are produced individually and can be placed one after the other on a winding support. For the (few) intersections, the wires can be specially shaped.
  • the winding process is preferably as follows: A single winding wire consists of coils / waves of different widths in a fixed order. The different widths are due to the corresponding groove changes (see Figure 1). For the production, it is advantageous to make at least two opposing bends on the wire at the same time, in order to not have to rotate either the wire feeders or the winding tray. This is a suitability for flat wire with a large cross section.
  • FIG. 2 shows a bending tool 33 in order to be able to bend the winding wire, with circles having bending dome and rectangles having counterholds.
  • the bending tool 33 has a fixed part 30 and a carriage 31 which can be moved away in the x and y directions.
  • the movable part 31 does not rotate.
  • On the fixed part 30 is a bending axis A and an associated counter-holder GH.
  • a bending dome B can approach the various positions shown there or be implemented accordingly. This also applies to the bending dome F.
  • the bending dome E is in turn associated with an anvil GH.
  • a guiding and positioning device is provided in order to be able to deposit already curved waves of corresponding width.
  • the movable part 31 of the bending tool 33 has bending dome C, D, G and H, wherein the bending dome C and G can approach or enter the different positions entered there.
  • the bending terms D and H are assigned counterholds GH.
  • a wire feed DR is provided.
  • the winding wire is indicated in Figure 2 with dotted line.
  • step 1 of FIG. 3a, b a winding wire WD shown by a solid line is shown in FIG 34 is fed and held (clamped) between bending dome A and an associated counter-holder GH. Furthermore, there is a holding between the bending dome D and the associated counter-holder GH.
  • step S 2 the bending dome D with anvil GH is moved along a spiraling movement with arrow 35 about the bending dome A and corresponding movement of the bending mandrel C with corresponding counter-holders GH and a cranked shape of the winding wire WD is created, that is, he is bent in the region of the bending dome A and in the area of the bending dome D.
  • step S 3 a bent bend is then again made around the bending mandrels B and C, the bending dome C (and also the bending dome D) being displaced along a helical path according to arrow 36 for this purpose.
  • step 4 the bending moments H and G are now displaced with corresponding counterholds GH along an ner spiral-shaped path, which is indicated by the arrow 37.
  • step 5 a displacement of the bending mandrels G and H is performed with corresponding counter-holders GH to form the entire shaft, wherein the last movement also takes place on a spiral path and is indicated by the arrow 38.
  • step 6 a re-tensioning and a repetition of the steps, starting at step Si, to form the subsequent wave.
  • the waves of the winding wire WD can be produced in five working steps (Si to S 5 ).
  • the winding wire can be embossed in further steps, so that the winding heads of the phases with each other and the first layer insert into the second layer.
  • the points of intersection within a phase can be specially shaped so that they do not over-apply dimensionally.
  • round or flat wire is used for the winding wire. It is also possible to proceed in such a way that several winding wires are bent simultaneously in parallel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen mindestens einer Wicklung einer mehrere Pole aufweisenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Motor-Generators, vorzugsweise für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei die Wicklung von parallel geschalteten Wicklungsteilen gebildet wird und wobei jedem Pol mindestens eine den Wicklungsteilen zugeordnete Nutgruppe mit jeweils mehreren, bezüglich des zugeordneten Pols unterschiedliche Umfangswinkelpositionen aufweisenden Nuten zugeordnet wird, wobei Nuten mit gleicher Umfangswinkelposition gleichwertige Nuten bilden und wobei jeder Wicklungsteil der Wicklung mit gleich vielen Windungen in gleichwertigen Nuten gewickelt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Wicklung.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Wicklung einer elektrischen Maschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen mindestens einer Wicklung einer mehrere Pole aufweisenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Motor-Generators, vorzugsweise für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs.
Das Wickeln einer Wicklung einer elektrischen Maschine von Hand ist zeitaufwendig und erfordert eine hohe Qualifikation. Bei einem maschinellen Wickeln lässt sich der Wicklungsdraht nur bis zu einem Durchmesser verarbeiten, der maschinell noch handhabbar ist, ohne dass es zu Beschädigungen, insbesondere Isolationsbeschädigungen kommt. Gleichwohl soll bei einer automatisierten Wicklungserstellung eine elektrische Maschine mit besten technischen Daten realisiert werden.
Das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren zum Herstellen mindestens einer Wicklung einer mehrere Pole aufweisenden elektrischen Maschine hat den Vorteil, dass bei manueller oder maschinell erfolgender Herstellung eine gute Handhabbarkeit des Wicklungsdrahtes der Wicklung besteht, wobei ausgezeichnete elektrische und elektromagnetische Werte erzielt werden. Die Wicklung wird von parallel geschalteten Wicklungsteilen gebildet, wobei beispielsweise drei parallel geschaltete Wicklungsteile je Phase der elektrischen Maschine vorgesehen sein können. Bei einer dreiphasigen elektrischen Maschine ergeben sich demgemäß neun Wicklungsteile. Je- dem Pol wird mindestens eine den Wicklungsteilen zugeordnete Nutgruppe mit jeweils mehreren bezüglich des zugeordneten Pols unterschiedliche Umfangswinkelpositionen aufweisenden Nuten zugeordnet, wobei Nuten mit gleicher Umfangswinkelposition gleich- wertige Nuten bilden. Dadurch, dass jeder Wicklungsteil der Wicklung mit gleich vielen Windungen in gleichwertigen Nuten gewickelt wird, ergeben sich in den parallel zu schließenden Wicklungsteilen keine oder so gut wie keine Spannungsdifferenzen, das heißt, das Auftreten von Kreisströmen wird verhindert oder im Wesentlichen verhindert, sodass ausgezeichnete elektrische und elektromagnetische Werte erzielt werden. Aufgrund der parallel geschalteten Wicklungsteile kann ein Wicklungsdraht mit entsprechendem Durchmesser verwendet werden, der sich sehr gut manuell und/oder maschinell handhaben lässt. Betrachtet man beispielsweise eine aus drei parallel geschalteten Wicklungssträngen gebildete Wicklung im Bereich eines Pols, so liegt der Wicklungsdraht einer der Wicklungsteile zum Beispiel bei einer als Generator ausgebildeten elektrischen Maschine, dessen Stator gewickelt werden soll, in einer PoI- Umfangswinkel-Grundposition, das heißt, er liegt in einer Nut ein, die eine Grundposition hinsichtlich der Polausbildung einnimmt. Der Wicklungsdraht eines anderen Wicklungsteiles liegt in einer benachbarten Nut ein, die jedoch gegenüber der Nut in Pol-Umfangswinkel- Grundposition hinsichtlich der Drehrichtung der elektrischen Maschine voreilend angeordnet ist, das heißt, es handelt sich hier um eine „voreilende" Nut. Der Wicklungsdraht des weiteren, dritten Wicklungsteiles liegt gegenüber der Pol-Umfangswinkel-Grundposition in einer nacheilenden Umfangswinkelposition, also in einer Nut, die nacheilend zur erstgenannten Nut liegt. Die Folge ist, dass die sich in den Wicklungsteilen ausbildenden elektrischen Spannungen unter- schiedliche Phasenlagen aufweisen. Gegenüber der Phasenlage der in dem mittleren Wicklungsdraht induzierten Spannung wird sich in den Wicklungsdraht der „voreilenden Nut" eine Spannung mit voreilendem Phasenwinkel und in der „nacheilenden" Nut eine Spannung mit nacheilendem Phasenwinkel einstellen. Durch die voreilende Phasenlage und die nacheilende Phasenlage ergibt sich jedoch eine Aufhebung, sodass insgesamt in den drei Wicklungsteilen eine ausgewogene Phasenlage herrscht, sofern -wie vorstehend bereits erwähnt- Sorge dafür getragen wird, dass bei jedem Wicklungsteil die- ser beispielhaft genannten drei Wicklungsteile die Wicklung mit gleich vielen Windungen in gleichwertigen Nuten gewickelt wird. Unter „gleichwertigen Nuten" sind Nuten mit gleicher Umfangswinkelpo- sition zu verstehen. Liegen demgemäß bei einem Wicklungsteil vier Drähte in voreilenden Nuten, vier Drähte in neutralen Nuten und vier Drähte in nacheilenden Nuten und ist dies bei jedem Wicklungsteil vorgesehen, so ergibt sich insgesamt ein ausgewogenes Verhältnis.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Wicklungsteil gleich viele Windungen auf radial gleichem Durchmes- ser aufweist. Dies bedeutet, dass innerhalb der Nuten die jeweiligen Windungsdrähte je Wicklungsteil gleich oft gleiche Radialpositionen aufweisen, sodass sich keine Unterschiede bei den einzelnen Wicklungsteilen einstellen, da die induzierte Spannung jeder Windung in Abhängigkeit von der Radialposition zur Mittelachse der elektrischen Maschine beeinflusst wird. Sofern -wie vorzugsweise vorgesehen- die Wicklungsteile der Wicklung gleich lang ausgebildet werden, also alle drei Wicklungsteile die gleiche Windungsanzahl aufweisen, sind gleiche Spannungswerte und Phasenlagen innerhalb der Wicklungsteile der Wicklung erzielt, sodass es zu keinen Ausgleichsströmen, Kreisströmen usw. kommt. Die Wicklungsteile können demgemäß problemlos parallel geschaltet werden, da keine Spannungsdifferenzen und dergleichen auftreten.
Es ist vorteilhaft, wenn die Ausbildung der gleichen Anzahl von Win- düngen in gleichwertigen Nuten je Wickellage erfolgt. Insofern wird je Wickellage ein entsprechender Ausgleich zwischen den Wicklungsteilen herbeigeführt. - A -
Bevorzugt können mehrere Wicklungen ausgebildet werden, insbesondere je Phase eine Wicklung, die wiederum aus mehreren Wicklungsteilen besteht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wicklung und/oder die Wicklungsteile flach vorbereitet und dann in eine Bogenform oder aufgewickelte Form überführt und anschließend radial in die Nuten der elektrischen Maschine eingebracht, vorzugsweise maschinell, wird/werden. Durch das flache Vorbereiten der Wicklung beziehungsweise der Wicklungsteile ist eine maschinelle Fertigung möglich, das heißt, die Wicklung, also mehrere parallel zu schaltende Wicklungsteile oder ein Wicklungsteil, liegt flach auf einer Vorbereitungsfläche, wobei es sich auch um Wicklungsabschnitte handeln kann, die anschließend in Reihe geschaltet werden, um die Gesamtlänge zu erzielen. Diese Wicklung, diese Wicklungsteile oder diese Wicklungsabschnitte werden anschließend in eine Bogenform oder in eine aufgewickelte Form überführt, beispielsweise auf einen entsprechenden Wicklungsdom aufgewickelt. Auch dies erfolgt automatisch. Anschließend wird der Wicklungsdom in das Innere der elektrischen Maschine eingeführt und es werden nachfolgend die Wicklungsdrähte in die entsprechenden Nuten radial eingeführt, bei einem Stator demgemäß radial nach außen bewegt. Auch dies erfolgt maschinell, sodass eine preisgünstige und reproduzierbare Fertigung möglich ist.
Um bei jedem Wicklungsteil der Wicklung gleich viele Windungen in gleichwertige Nuten einbringen zu können, ist es erforderlich, bei den Wicklungsteilen ein Wechsel der Nut einer Wertigkeit in eine Nut einer anderen Wertigkeit vorzunehmen. Dies erfolgt durch entspre- chende Drahtführung im Wicklungskopf. Dementsprechend ergeben sich bei den Wicklungsdrähten der Wicklungsteile Kreuzungen oder Parallelverläufe im Wicklungskopf. Die Erfindung betrifft ferner eine Wicklung einer mehrere Pole aufweisenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators, vorzugsweise für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere hergestellt nach dem vorstehend erwähnten Verfahren, wo- bei die Wicklung von parallel geschalteten Wicklungsteilen gebildet wird und wobei jedem Pol mindestens eine den Wicklungsteilen zugeordnete Nutgruppe mit jeweils mehreren, bezüglich des zugeordneten Pols unterschiedliche Umfangswinkelpositionen aufweisenden Nuten zugeordnet ist, wobei Nuten mit gleicher Umfangswinkelpositi- on gleichwertige Nuten bilden und wobei jeder Wicklungsteil der Wicklung gleich viele Windungen in gleichwertigen Nuten aufweist.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung, und zwar zeigt:
Figur 1 ein Wickelschema,
Figur 2 ein Biegewerkzeug und
Figur 3a, b ein Biegeablaufdiagramm.
Die Figur 1 zeigt ein Wickelschema einer als Generator ausgebildeten elektrischen Maschine mit sechs Polen und drei Phasen. Im Wickelschema ist die Wicklung einer Phase dargestellt, die von drei parallel zu schaltenden Wicklungsteilen gebildet wird. Die Anordnung ist derart getroffen, dass sich an den mit a gekennzeichneten Wicklungsabschnitt der Wicklungsabschnitt b, an den Wicklungsabschnitt b der Wicklungsabschnitt c, an den Wicklungsabschnitt c der Wicklungsabschnitt d, an den Wicklungsabschnitt d der Wicklungsabschnitt e anschließt, wobei jeder Wicklungsabschnitt alle sechs Pole 1 bis 6 erfasst. Die Wicklungsabschnitte a bis e führen zu fünf Windungen je Pol, wobei sich hieran nochmals fünf Windungen anschließen, die im Wickelschema nicht dargestellt sind, jedoch nach dem gleichen Prinzip gewickelt sind. Die im Wickelschema dargestellte Wicklung einer Phase 10 setzt sich aus drei parallel zu schaltenden Wicklungsteilen 11 , 12 und 13 zusammen, wobei der Wicklungsdraht des Wicklungsteils 11 mit durchgezogener Linie, der Wicklungsdraht des Wicklungsteils 12 mit gestrichelter Linie und der Wicklungsdraht des Wicklungsteils 13 mit Strich-Punkt-Linie dargestellt ist. Den Wicklungsteilen 11 , 12 und 13 sind im Bereich des Pols 1 bis 6 jeweils eine Polzone 14 und jenseits des entsprechenden Pols 1 bis 6 Wickelkopfzonen 15 und 16 zugeordnet. Die einzelnen Umfange gemäß der Wicklungsabschnitte a bis e sind mit Ui bis U5 gekennzeichnet.
Nachstehend wird für den Wicklungsabschnitt a, also für den ersten Umfang (Ui), auf die jeweilige Position des Wicklungsdrahts 17 des Wicklungsteils 11 , des Wicklungsdrahts 18 des Wicklungsteils 12 und des Wicklungsdrahts 19 des Wicklungsteils 13 eingegangen. Die in dem Wickelschema ausgebildeten Spalten kennzeichnen jeweils die Lage einer Nut, wobei die dort eingetragenen Pole 1 bis 6 für die Phase 10 gelten. Da es sich bei der elektrischen Maschine um eine dreiphasige Maschine handelt, sind die weiteren beiden Phasen 20 und 21 nur im Bereich des Poles 1 des Wicklungsabschnitts a schematisch angedeutet, jedoch nicht entsprechend des Verlaufes ihrer parallel geschalteten Wicklungsteile eingetragen, um die Zeichnung übersichtlich zu halten. Die nachstehenden Ausführungen zur Phase 10 gelten jedoch entsprechend für die Phasen 20 und 21.
Hinsichtlich des Poles 1 weist der Wicklungsdraht 17 des Wicklungsteils 11 im Wicklungsabschnitt a eine Neutralposition in der linksseitig des Pols 1 liegenden Polzone 14 auf. Es handelt sich hierbei um eine Pol-Umfangswinkel-Grundposition. Demgegenüber nimmt der Wick- lungsdraht 18 eine (elektrisch) voreilende Position und der Wicklungsdraht 19 eine entsprechende (elektrisch) nacheilende Position in der genannten Polzone 14 ein. Die Wicklungsdrähte 17 bis 19 verlaufen in der Wickelkopfzone 15 kreuzungsfrei, sodass sich rechtsseitig des Pols 1 in der Polzone 14 folgende Situation ergibt: der mit durchgezogener Linie dargestellte Wicklungsdraht 17 nimmt aufgrund seiner Mittellage weiterhin eine Neutralstellung ein, also wieder eine Pol-Umfangswinkel-Grundposition. Demgegenüber verläuft der Wicklungsdraht 18 nacheilend und der Wicklungsdraht 19 vorei- lend. In der sich anschließenden Wickelkopfzone 16 ergibt sich zwischen den Wicklungsdrähten 17 und 19 eine Kreuzung mit der Folge, dass linksseitig des Pols 2 der Wicklungsdraht 19 eine hinsichtlich der Phasenlage vorliegende Neutralstellung, der Wicklungsdraht 18 eine voreilende und der Wicklungsdraht 17 eine nacheilende Stellung einnimmt. In der Wickelkopfzone 15 des Pols 2 erfolgt keine Kreuzung der Wicklungsdrähte 17 bis 19, sodass rechtsseitig des Pols 2 in der Polzone 14 der Wicklungsdraht 19 seine Neutralstellung behält, der Wicklungsdraht 17 eine voreilende und der Wicklungsdraht 18 eine nacheilende Stellung einnimmt. In der Wickelkopfzone 16, die zwischen den Polen 2 und 3 liegt, ergibt sich eine Kreuzung der Wicklungsdrähte 18 und 19. In der linksseitig des Pols 3 liegenden Polzone 14 weist der Wicklungsdraht 18 eine Neutralstellung, der Wicklungsdraht 19 eine voreilende Stellung und der Wicklungsdraht 17 aufgrund der jeweils entsprechenden Nutenlage eine nacheilende Stellung auf. In der Wickelkopfzone 15 des Pols 3 kreuzen sich die Wicklungsdrähte 17 bis 19 nicht. Rechtsseitig des Pols 3 weist der Wicklungsdraht 18 eine Neutralstellung, der Wicklungsdraht 17 eine voreilende Stellung und der Wicklungsdraht 19 eine nacheilende Stellung auf. In der zwischen den Polen 3 und 4 liegenden Wickel- kopfzone 16 findet eine Kreuzung der Wicklungsdrähte 17 und 18 statt. Linksseitig des Pols 4 weist der Wicklungsdraht 17 eine Neutralstellung, der Wicklungsdraht 19 eine voreilende Stellung und der Wicklungsdraht 18 eine nacheilende Stellung auf. In der nachfolgenden Wickel kopfzone 15 des Pols 4 findet keine Kreuzung der Wick- lungsdrähte 17 bis 19 statt. Rechtsseitig des Pols 4 weist der Wicklungsdraht 17 eine Neutralstellung, der Wicklungsdraht 18 eine voreilende Stellung und der Wicklungsdraht 19 eine nacheilende Stellung auf. In der zwischen den Polen 4 und 5 liegenden Wickelkopfzone 16 kreuzen sich die Wicklungsdrähte 17 und 19. Linksseitig des Pols 5 weisen die Wicklungsdrähte in der Polzone 14 folgende Positionen auf: der Wicklungsdraht 19 befindet sich in Neutralstellung, während der Wicklungsdraht 17 eine voreilende und der Wicklungsdraht 18 eine nacheilende Stellung einnimmt. In der dem Pol 5 zugeordneten Wickelkopfzone 15 findet keine Kreuzung der Wicklungsdrähte 17 bis 19 statt. Rechtsseitig des Poles 5 weist der Wicklungsdraht 19 eine Neutralstellung, der Wicklungsdraht 18 eine voreilende Stellung und der Wicklungsdraht 17 eine nacheilende Stellung auf. In der Wickelkopfzone 16, die zwischen den Polen 5 und 6 liegt, findet eine Kreu- zung der Wicklungsdrähte 18 und 19 statt. Linksseitig des Pols 6 weisen die Wicklungsdrähte 17 bis 19 in der Polzone 14 folgende Positionen auf: Der Wicklungsdraht 18 befindet sich in Neutralstellung, also in Pol-Umfangswinkel-Grundposition. Demgegenüber nimmt der Wicklungsdraht 17 aufgrund der Nutenlage eine voreilen- de Stellung und der Wicklungsdraht 19 eine nacheilende Stellung ein. In der dem Pol 6 zugeordneten Wickelkopfzone 15 findet keine Kreuzung der Wicklungsdrähte 17 bis 19 statt. Rechtsseitig des Pols 6 weist der Wicklungsdraht 18 die Neutralstellung, der Wicklungsdraht 19 die voreilende Stellung und der Wicklungsdraht 17 die nacheilende Stellung auf. In der sich an den Pol 6 anschließenden Wickelkopfzone 16 findet eine Kreuzung der Wicklungsdrähte 17 und 18 statt. Diese Beschreibung ließe sich nunmehr weiterführen, nämlich auch für die Wicklungsabschnitte b, c, d und e, wobei jedoch die jeweilige Lage und die jeweilige Kreuzungssituation auch der Figur entnommen werden kann. Hierauf wird ausdrücklich hingewiesen.
Betrachtet man die Gesamtsituation im Wicklungsabschnitt a hinsichtlich der Wicklungsteile 11 , 12 und 13, die die Wicklungsdrähte 17, 18 und 19 aufweisen, so ist festzustellen, dass im Bereich des ersten Umfangs Ui bei jedem der Wicklungsteile 11 , 12 und 13, also bei jedem der Wicklungsdrähte 17, 18 und 19 viermal eine voreilende Stellung, viermal eine Neutralstellung und viermal eine nacheilende Stellung vorliegt. Da dies bei jedem der Wicklungsteile 11 bis 13 der Fall ist, aufgrund des Einbringens der Wicklungsdrähte 17 bis 19 auch stets gleich viele Windungen auf radial gleichem Durchmesser liegen und die Wicklungsteile 11 bis 13 hinsichtlich des betrachteten Wicklungsabschnitts a gleich lang sind, ergeben sich ausgewogene Verhältnisse, das heißt, in jedem Abschnitt der Wicklungsteile 11 bis 13 ergibt sich beim Betrieb des Generators eine gleich große Spannung mit gleicher Phasenlage, sodass bei einer Parallelschaltung der Wicklungsteile 11 bis 13 keine Ausgleichströme fließen.
Betrachtet man die Wicklungsabschnitte b, c, d und e, so sind dort entsprechende Verhältnisse feststellbar. Wie bereits erwähnt, werden die Phasen 20 und 21 auf entsprechende Weise gewickelt. Ferner wurde bereits erwähnt, dass sich an die ersten fünf Windungen, gemäß der Wicklungsabschnitte a bis e weitere fünf Windungen (nicht dargestellt) anschließen, die jedoch ebenfalls entsprechend der vorstehenden Beschreibung ausgebildet sind. Insgesamt ergeben sich demgemäß einer jeden Phase 10, 20 und 21 zugeordnete Wicklungen, die jeweils aus drei parallel geschalteten Wicklungsteilen besteht, wobei innerhalb der Wicklungen keine Kreisströme oder Ausgleichsströme fließen. Das dargestellte und erläuterte Wickel- Schema führt daher zu einer optimalen elektromagnetischen Ausbildung, wobei insbesondere auch möglichst wenige Kreuzungen der Wicklungsdrähte in den Wickelkopfzonen stattfinden.
Insbesondere wird bei einer automatischen Wicklungsfertigung des Stators eines Generators derart vorgegangen, dass die Wicklung flach vorbereitet wird, wobei ihre Länge ein Mehrfaches des Umfangs betragen kann. Die Anordnung ist vorzugsweise derart getroffen, dass durch die Dicke des Wicklungsdrahtes die jeweilige Nut in der Breite vollständig gefüllt wird, das heißt, die Drahtbreite oder der Drahtdurchmesser entspricht der Nutbreite. Die anhand einer Montageeinrichtung vorbereitete flache Wicklung wird dann auf einen Dorn aufgewickelt und mit diesem Werkzeug in das Statorpaket der elektrischen Maschine axial eingefahren. Anschließend werden durch radiales Aufweiten die einzelnen Wicklungsdrähte diese radial nach außen in die Nuten eingeführt. Insgesamt kann somit in Serienfertigung maschinell mit einfachen Mitteln die Statorwicklung erstellt werden. Das Parallelschalten der einzelnen Wicklungsteile kann bereits im Flachzustand der Wicklung erfolgen oder nachdem die Wick- lung in die Nuten der elektrischen Maschinen eingelegt ist.
Besonders bevorzugt ist eine Wicklung mit neun Wicklungsdrähten, wobei für drei Phasen je drei Wicklungsdrähte parallel geschaltet werden. Es handelt sich dabei um einen Stator mit einhundertacht Nuten, zwölf Polen und sechzig Windungen.
Wie bereits beschrieben, sollen in den einzelnen Wicklungsteilen, die parallel geschlossen werden, keine Spannungsdifferenzen auftreten. Jeder Wicklungsteil muss bei gleicher Drahtlänge gleich viele Win- düngen in gleichwertigen Nuten haben und innerhalb einer Nut radial auf dem gleichen Durchmesser liegen. Insbesondere ist vorgesehen, dass bei einer Lagenwicklung in jeder Lage jeder Wicklungsdraht die Nut wechselt, wobei bei dem Beispiel mit zwölf Polen zwölf Nuten gleicher Phasenlage vorliegen, also die Nut 1 , 10, 19, 28, 37, 46, 55, 64, 73, 82, 91 , 100, sodass die zum Beispiel drei parallel zu schließenden Wicklungsdrähte innerhalb jeder Wickellage gleich oft in jeder gleichwertigen Nut liegen.
Es gibt eine Vielzahl von Variationen des erfindungsgemäßen Prin- zips, wobei sich unterschiedliche Muster aufgrund verschiedener Anzahl von Kreuzungen in den Wickelkopfzonen ergeben, was für die Herstellbarkeit von besonderer Bedeutung ist.
Von besonderer Bedeutung ist, dass jeder Wicklungspfad gleich oft in jeder Nut liegt, wobei die Wertigkeit der Nut, also ihre jeweilige Umfangswinkelposition entsprechend den vorstehenden Ausführungen zu beachten ist. Ferner wird die Anordnung derart getroffen, dass nicht zu häufig Kreuzungen in den Wickelkopfbereichen auftreten, um die Wickelkopfabmessungen klein zu halten. Von besonderer Bedeutung ist, dass gemäß Figur 1 nur sechs Wickeldrahtkreuzungen innerhalb jedes Wicklungsteils einer Phase einer Wicklungslage auftreten. Dies führt aus Fertigungssicht zu einer hohen Symmetrie. Varianten mit mehr oder weniger Kreuzungen sind möglich. Vor- zugsweise werden die Wicklungsdrähte einzeln hergestellt und können nacheinander auf einen Wicklungsträger aufgelegt werden. Für die (wenigen) Kreuzungen können die Drähte speziell geformt werden.
Beim Wickelverfahren wird vorzugsweise wie folgt vorgegangen: Ein einzelner Wicklungsdraht besteht aus Spulen/Wellen unterschiedlicher Weite in festgelegter Reihenfolge. Die unterschiedlichen Weiten sind durch die entsprechenden Nutwechsel (siehe Figur 1 ) bedingt. Für die Herstellung ist es vorteilhaft, mindestens zwei gegenläufige Biegungen am Draht gleichzeitig vorzunehmen, um weder die Drahtzuführungen noch die Wicklungsablage drehen zu müssen. Damit ist eine Eignung für Flachdraht mit großem Querschnitt gegeben.
Die Figur 2 zeigt ein Biegewerkzeug 33, um den Wicklungsdraht bie- gen zu können, wobei mit Kreisen Biegedome und mit Rechtecken Gegenhalter gekennzeichnet sind. Das Biegewerkzeug 33 weist einen feststehenden Teil 30 und einen Schlitten 31 auf, der sich in x- und in y-Richtung weggesteuert bewegen lässt. Der bewegliche Teil 31 führt keine Rotationsbewegung durch. Auf dem feststehenden Teil 30 befindet sich ein Biegedom A sowie ein zugeordneter Gegenhalter GH. Ferner kann ein Biegedom B die verschiedenen, dort eingezeichneten Stellungen anfahren oder entsprechend umgesetzt werden. Dies gilt auch für den Biegedom F. Dem Biegedom E ist wiederum ein Gegenhalter GH zugeordnet. Ferner wird anhand von Vorsprüngen 32 eine Führungs- und Positionierungseinrichtung geschaffen, um bereits gebogene Wellen mit entsprechender Weite ablegen zu können. Bei der Vorrichtung gemäß Figur 2 handelt es sich um die Flacheinrichtung, die zur Erstellung der flachen Wicklung verwendet wird, die erst später aufgewickelt und dann radial den Nu- ten der elektrischen Maschine zugeführt wird. Der bewegliche Teil 31 des Biegewerkzeugs 33 weist gemäß Figur 2 Biegedome C, D, G und H auf, wobei die Biegedome C und G die dort eingetragenen unterschiedlichen Stellungen anfahren oder durch Umstecken ein- nehmen können. Den Biegedomen D und H sind Gegenhalter GH zugeordnet. Ferner ist eine Drahtzuführung DR vorgesehen. Der Windungsdraht wird in Figur 2 mit gepunkteter Linie angedeutet.
Um eine Welle eines Windungsdrahts biegen zu können, wird auf die verschiedenen Schritte Si bis Sβ der Figur 3a, b verwiesen. Die in der Figur 3a, b gekennzeichneten Biegedome und Gegenhalter entsprechen den mit gleichen Buchstaben gekennzeichneten Biegedor- nen und Gegenhalter der Figur 2. Es ist in Schritt 1 der Figur 3a, b erkennbar, dass ein mit durchgezogener Linie dargestellter Wick- lungsdraht WD gemäß Pfeil 34 zugeführt und zwischen Biegedom A und einem zugeordneten Gegenhalter GH gehalten (geklemmt) wird. Ferner erfolgt ein Festhalten zwischen dem Biegedom D und dem ihm zugeordneten Gegenhalter GH. Anschließend wird -gemäß Schritt S2- der Biegedom D mit Gegenhalter GH entlang einer mit Pfeil 35 erfolgenden spiralförmigen Bewegung um den Biegedom A und entsprechender Bewegung des Biegedoms C mit entsprechenden Gegenhaltern GH bewegt und eine gekröpfte Form des Wicklungsdrahts WD geschaffen, das heißt, er ist im Bereich des Biegedoms A und im Bereich des Biegedoms D entsprechend abgewin- kelt. Gemäß Schritt S3 erfolgt dann nochmals eine gekröpfte Abwink- lung um die Biegedome B und C, wobei hierzu der Biegedom C (und auch der Biegedom D) entlang einer spiralförmigen Bahn gemäß Pfeil 36 verlagert wird. Die Verlagerungen gemäß der Pfeile 35 und 36, die auch durch gestrichelte Linien angedeutet sind, erfolgen durch entsprechende Verlagerung des Teils 31 relativ zum Teil 30 des Biegewerkzeugs 33. Die Abbiegungen um die Biegedome A und D sowie um die Biegedome B und C erfolgen jeweils gleichzeitig und gegenläufig. Im Schritt 4 erfolgt nunmehr eine Verlagerung der Biegedome H und G mit entsprechenden Gegenhaltern GH entlang ei- ner spiralförmigen Bahn, die mit dem Pfeil 37 gekennzeichnet ist. Anschließend wird in Schritt 5 eine Verlagerung der Biegedome G und H mit entsprechenden Gegenhaltern GH durchgeführt, um die gesamte Welle zu bilden, wobei die letzte Bewegung ebenfalls auf spiralförmiger Bahn erfolgt und mittels des Pfeiles 38 gekennzeichnet ist. Die Abbiegungen um die Biegedome E und H sowie F und G erfolgen jeweils gleichzeitig und gegenläufig. Nunmehr ist eine erste Welle des Wicklungsdrahtes WD erzeugt. Im Schritt 6 erfolgt eine Umspannung und eine Wiederholung der Schritte, beginnend bei Schritt S-i, um die nachfolgende Welle zu bilden. Durch entsprechende Verlagerungsmöglichkeiten der Biegedome B, C, G und F können die entsprechenden Maschenweiten eingestellt werden, um im Bereich der Pole die entsprechende neutrale Stellung, voreilende oder nacheilende Stellung der Drähte zu erzielen.
Wie bereits erwähnt, können in fünf Arbeitsschritten (Si bis S5) die Wellen des Wicklungsdrahts WD hergestellt werden. Der Wicklungsdraht kann in weiteren Arbeitsschritten geprägt werden, damit sich die Wickelköpfe der Phasen untereinander und die erste Lage in die zweite Lage einfügen. Die Kreuzungspunkte innerhalb einer Phase können speziell geformt werden, damit sie maßlich nicht zu stark auftragen. Vorzugsweise wird Rund- oder Flachdraht für den Wicklungsdraht verwendet. Es kann auch derart vorgegangen werden, dass mehrere Wicklungsdrähte parallel verlaufend gleichzeitig gebo- gen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen mindestens einer Wicklung einer mehrere Pole aufweisenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Motor-Generators, vorzugsweise für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei die Wicklung von parallel geschalteten Wicklungs- teilen gebildet wird und wobei jedem Pol mindestens eine den Wicklungsteilen zugeordnete Nutgruppe mit jeweils mehreren, bezüglich des zugeordneten Pols unterschiedliche Umfangswinkelpositionen aufweisenden Nuten zugeordnet wird, wobei Nuten mit gleicher Um- fangswinkelposition gleichwertige Nuten bilden und wobei jeder Wicklungsteil der Wicklung mit gleich vielen Windungen in gleichwertigen Nuten gewickelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wicklungsteil gleich viele Windungen auf radial gleichem Durch- messer aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsteile der Wicklung gleich lang ausgebildet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung der gleichen Anzahl von Windungen in gleichwertigen Nuten je Wickellage erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wicklungen ausgebildet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wicklung eine Phase ausbildet.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung und/oder die Wicklungsteile flach vorbereitet und dann in eine Bogenform oder aufgewickelte Form überführt und anschließend radial in die Nuten der elektrischen Maschine eingebracht, vorzugsweise maschinell eingebracht, wird/werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung als Statorwicklung ausgebildet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Wicklungsteilen ein Wechsel der Nut einer Wertigkeit in eine Nut einer anderen Wertigkeit im jeweils zugeordneten Wicklungskopf vorgenommen wird.
10. Wicklung einer mehrere Pole aufweisenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators, vorzugsweise für einen Hybrid- antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklung von parallel geschalteten Wicklungsteilen gebildet wird und wobei jedem Pol mindestens eine den Wicklungsteilen zugeordnete Nutgruppe mit jeweils mehreren, bezüglich des zugeordneten Pols unterschiedliche Umfangswinkelpositionen aufweisenden Nuten zugeordnet ist, wobei Nuten mit gleicher Um- fangswinkelposition gleichwertige Nuten bilden und wobei jeder Wicklungsteil der Wicklung gleich viele Windungen in gleichwertigen Nuten aufweist.
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