WO2016113145A1

WO2016113145A1 - Stator einer elektrischen maschine und verfahren zur herstellung des stators

Info

Publication number: WO2016113145A1
Application number: PCT/EP2016/050019
Authority: WO
Inventors: Fabian Lange; Daniel Gremmel
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2016-01-04
Publication date: 2016-07-21
Also published as: DE102015200415A1

Abstract

Es sind Statoren einer elektrischen Maschine mit Nuten bekannt, in denen Drähte einer elektrischen Wicklung angeordnet sind. Die Drähte der Einzelspulen werden mit einem Umformwerkzeug bezogen auf eine Achse des Stators in Umfangsrichtung gepresst und dabei derart umgeformt, dass eine Vielzahl der in den Nuten vorgesehenen Drähte einen vieleckigen Querschnitt erhalten. Auf diese Weise wird der Kupferfüllfaktor in jeder Nut erhöht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die elektrische Wicklung (3) eine Einzugswicklung ist und jeweils eine Vielzahl der äußeren, einer Wand der jeweiligen Nut (2) zugewandten Drähte einen vier- oder fünfeckigen Querschnitt aufweist. Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Drähte der elektrischen Wicklung (3) mittels eines Einziehmittels in die einzelnen Nuten (2) des Stators (1) eingezogen und danach jeweils mit einem radial bezüglich einer Achse (6) des Stators (1) in die jeweilige Nut (2) eintauchenden Umformwerkzeug (12,13) umgeformt werden.

Description

Beschreibung Titel

Stator einer elektrischen Maschine und Verfahren zur Herstellung des Stators

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Stator einer elektrischen Maschine und von einem Verfahren zur Herstellung des Stators.

Es ist schon ein Stator einer elektrischen Maschine aus der DE 10338452 AI bekannt, mit Nuten, in denen Drähte einer elektrischen Wicklung angeordnet sind. Zwischen den Nuten sind jeweils Zähne ausgebildet, die über ein Magnetjoch miteinander verbunden sind. Die Zähne und das Magnetjoch sind getrennt voneinander ausgeführt, um auf die einzelnen Zähnen des Stators Einzelspulen wickeln zu können. Die Drähte der Einzelspulen werden mit einem Umformwerkzeug bezogen auf eine Achse des Stators in Umfangsrichtung gepresst und dabei derart umgeformt, dass eine Vielzahl der in den Nuten vorgesehenen Drähte einen vieleckigen Querschnitt erhält. Auf diese Weise wird der Kupferfüllfaktor in jeder Nut erhöht. Durch die Einzelspulen sind in jeder Nut die Spulenseiten zweier Einzelspulen angeordnet, wobei in jeder Nut zwischen den Spulenseiten der beiden Einzelspulen jeweils ein Spalt verbleibt, der für das

Umformwerkzeug vorgehalten werden muss und der nicht mit Drähten der

Einzelspulen befüllt werden kann. Der Kupferfüllfaktor ist dadurch nicht optimal. Somit kann nur eine begrenzte Leistungsdichte der elektrischen Maschine erreicht werden und ebenso ist die Dauerbelastbarkeit eingeschränkt, die insbesondere beim Einsatz der elektrischen Maschine als Fahrzeugantrieb wichtig ist. Es ist schon ein Verfahren zur Herstellung eines Stators aus der US-20030071534 A bekannt, bei dem die Drähte der elektrischen Wicklung außerhalb des Stators in Nuten eines Umformwerkzeugs umgeformt werden. Nach dem Umformen der

entsprechenden Abschnitte der elektrischen Wicklung wird die elektrische Wicklung aus dem Umformwerkzeug herausgenommen und in die Nuten des Stators eingesetzt. Das Anordnen der elektrischen Wicklung zunächst in dem Umformwerkzeug und das anschließende Anordnen der elektrischen Wicklung in den Nuten des Stators ist jedoch prozesstechnisch aufwendig und zeitintensiv. Zudem ist nachteilig, dass sowohl der Umformprozess zur Herstellung der elektrischen Wicklung als auch der Stanzprozess zur Herstellung der Lamellen des Stators toleranzbehaftet sind, wodurch sich ein Fügeproblem ergeben kann oder freier Bauraum in der Nut ungenutzt bleibt.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Stator mit den kennzeichnenden Merkmalen des

Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Füllfaktor, beispielsweise der Kupferfüllfaktor, in den Nuten weiter erhöht wird, indem die elektrische Wicklung eine Einzugswicklung ist und pro Nut jeweils eine Vielzahl der äußeren, einer Wand der Nut zugewandten Drähte einen vier-oder fünfeckigen Querschnitt aufweist. Durch den erhöhten Füllfaktor in den Nuten wird die Leistungsdichte der elektrischen Maschine erhöht, ebenso wie die Dauerbelastbarkeit. Darüber hinaus kann die elektrische Maschine besser gekühlt werden, da die entstehende Wärme wegen der kompakteren Anordnung in der Nut und wegen der daraus resultierenden größeren Kontaktfläche besser abgeführt werden kann.

Der erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Stators hat den Vorteil, dass das Umformen der Drähte der elektrischen Wicklung unmittelbar in den Nuten des Stators erfolgt, wodurch das Anordnen der elektrischen Wicklung in dem Umformwerkzeug entfällt. Der Herstellungsprozess wird dadurch verkürzt und die Herstellungskosten werden entsprechend verringert. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Drähte der elektrischen Wicklung mittels eines Einziehmittels in die einzelnen Nuten des Stators eingezogen und gleichzeitig oder danach jeweils mit einem radial bezüglich einer Achse des Stators in die jeweilige Nut eintauchenden Schieber des

Umformwerkzeugs umgeformt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen und Verbesserungen des Stators bzw. des Verfahrens zur Herstellung des Stators möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weisen die Nuten jeweils einen Nutgrund und eine dem Nutgrund abgewandte Nutöffnung auf, wobei die Nuten in radialer Richtung gesehen jeweils von dem Nutgrund bis zu der Nutöffnung mit den Drähten der elektrischen Wicklung befüllt sind. Auf diese Weise wird ein hoher Füllfaktor, beispielsweise ein hoher Kupferfüllfaktor in den Nuten erreicht. Außerdem ist verfahrenstechnisch eine gute Kraftübertragung von einem Schieber des

Umformwerkzeuges auf die Drähte der elektrischen Wicklung erreichbar. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Nutöffnungen jeweils von einem Verschlusselement verschlossen sind, da auf diese Weise ein radiales Austreten einzelner oder mehrerer Drähte aus den Nuten sicher verhindert werden kann.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Verschlusselement jeweils derart gewölbt ausgeführt ist, dass einem elastischen Auffedern der elektrischen Wicklung entgegengewirkt wird. Auf diese Weise kann ein Verschlusselement mit geringem Platzbedarf realisiert werden. Das hierdurch eingesparte Volumen in der Nut kann für Leitermaterial in Form von Drähten genutzt werden. Auch vorteilhaft ist, wenn der Schieber des Umformwerkzeuges in eine mit Drähten befüllte Nut gepresst wird, bevor die Befüllung der anderen Nuten vollständig abgeschlossen ist oder nachdem die Befüllung aller Nuten vollständig abgeschlossen ist. Die erste Alternative hat den Vorteil, dass Einziehprozess und Umformprozess zumindest teilweise zeitgleich stattfinden und dadurch der Herstellprozess zeitlich verkürzt wird.

Desweiteren vorteilhaft ist, wenn das Einziehmittel an einer Einziehmaschine zum Einziehen der elektrischen Wicklung vorgesehen und das Umformwerkzeug am

Einziehmittel oder an der übrigen Einziehmaschine ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, dass der Einziehprozess und der Umformprozess zumindest teilweise zeitgleich stattfinden können.

Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn das Umformwerkzeug mehrere Schieber aufweist, wobei die Anzahl der Schieber der Anzahl der Nuten des Stators entspricht. Auf diese Weise wird der Herstellprozess zeitlich verkürzt, da ansonsten ein einzelner Schieber alle Nuten nacheinander anfahren und deren Drähte umformen müsste.

Außerdem vorteilhaft ist, wenn der Schieber nur bis in einen Bereich einer Nutöffnung der Nut bewegt wird, da auf diese Weise der gesamte weitere Bereich der Nuten mit Drähten der elektrischen Wicklung befüllt werden kann. Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig.l zeigt im Schnitt einen Stator einer elektrischen Maschine,

Fig.2 eine Seitenansicht eines Teils des Stators nach Fig.l und

Fig.3 eine Ansicht einer einzelnen Nut des Stators nach Fig.l, in der

erfindungsgemäß ausgebildete Drähte vorgesehen sind.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig.l zeigt im Schnitt einen Stator einer elektrischen Maschine, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann.

Der Stator 1 weist Nuten 2 auf, in denen Drähte einer elektrischen Wicklung 3 angeordnet sind. An den Stirnseiten des Stators 1 sind sogenannte Wickelköpfe 4 der elektrischen Wicklung 3 gebildet. Der Stator 1 ist beispielsweise aus einem Stapel von Blechlamellen gebildet und bildet auf diese Weise ein Lamellenpaket bzw. einen Eisenkern. In dem Stator 1 der elektrischen Maschine kann ein Rotor 5 der elektrischen Maschine vorgesehen sein, der um eine Achse 6 des Stators 1 drehbar gelagert ist und beispielsweise eine Rotorwelle 7 umfasst.

Fig.2 zeigt eine Seitenansicht eines Teils des Stators nach Fig.l.

Die Nuten 2 weisen jeweils einen Nutgrund 10 und eine dem Nutgrund 10 abgewandte Nutöffnung 11 auf, wobei die Nuten 2 in radialer Richtung bezüglich der Achse 6 gesehen jeweils von dem Nutgrund 10 bis zu der Nutöffnung 11 mit den Drähten der elektrischen Wicklung 3 befüllt sind. Die Drähte der elektrische Wicklung 3 können von einem Lack und/oder einem Backlack isolierend umschlossen sein. Zwischen den Nuten 2 sind Statorzähne 8 gebildet, die an einem dem Nutgrund 10 abgewandten Ende einen Zahnkopf 9 aufweisen, wobei die Nutöffnungen 11 jeweils zwischen zwei Zahnköpfen 9 gebildet sind. Zwischen der Nut 2 und den Drähten der elektrischen Wicklung 3 ist jeweils eine nicht dargestellte elektrische Isolierung vorgesehen. Fig.3 zeigt eine Ansicht einer einzelnen Nut 2 des Stators 1 nach Fig.l, in der erfindungsgemäß ausgebildete Drähte vorgesehen sind. Um den Nutfüllfaktor der Nuten 2 zu erhöhen, weist eine Vielzahl der in den Nuten 2 vorgesehenen Abschnitte der Drähte der elektrischen Wicklung 3 einen sechseckigen Querschnitt auf. Dies wird erreicht, indem die in den Nuten 2 vorgesehenen Abschnitte der Drähte der elektrischen Wicklung 3 mit einem Umformwerkzeug 12 entsprechend umgeformt werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die elektrische Wicklung 3 eine sogenannte Einzugswicklung ist und jeweils eine Vielzahl der äußeren, einer Wand der jeweiligen Nut 2 zugewandten Drähte einen vier-oder fünfeckigen Querschnitt haben. Eine Einzugswicklung ist eine elektrische Wicklung, deren Drähte zu Spulen gewickelt werden, bevor sie in Gruppen oder gemeinsam mittels einer Einziehmaschine in die Nuten 2 des Stators 1 eingezogen werden .

Diese vier-oder fünfeckigen Querschnitte der Drähte ergeben sich erfindungsgemäß, indem die runden Drähte der Einzugswicklung 3 mittels eines nicht dargestellten Einziehmittels in die einzelnen Nuten 2 des Stators 1 eingezogen und danach jeweils mit dem radial bezüglich der Achse 6 des Stators 1 in die jeweilige Nut 2

eintauchenden Umformwerkzeug 12 unmittelbar in der jeweiligen Nut 2 umgeformt werden. Dabei kann das Umformwerkzeug 12 in eine zumindest teilweise mit Drähten befüllte Nut 2 gepresst werden, bevor die Befüllung der anderen Nuten 2 durch das Einziehmittel vollständig abgeschlossen ist oder nachdem die Befüllung aller Nuten 2 durch das Einziehmittel vollständig abgeschlossen ist. Das Einziehmittel kann an einer nicht dargestellten Einziehmaschine zum Einziehen der elektrischen Wicklung 3 vorgesehen sein. Zum Umformen der Drähte umfasst das Umformwerkzeug 12 beispielsweise zumindest einen Schieber oder Kolben 13, der jeweils in die entsprechende Nut 2 nur bis in einen Bereich der Nutöffnung 11, also nur bis in den radialen Bereich zwischen den Zahnköpfen 9, bewegt wird und die Drähte derart presst, dass deren ursprünglich runder Querschnitt umgeformt wird. Der zumindest eine Schieber 13 des

Umformwerkzeugs 12 kann am Einziehmittel, an der übrigen Einziehmaschine oder als separate Umformmaschine ausgeführt sein. Beispielsweise weist das Umformwerkzeug 12 mehrere Schieber 13 auf, wobei die Anzahl der Schieber 13 der Anzahl der Nuten 2 des Stators 1 entspricht. Die Schieber 13 sind beispielsweise aus gehärtetem oder beschichtetem Material hergestellt und oberflächenbehandelt, insbesondere poliert.

Die Nutöffnungen 11 können nach dem Umformen der Drähte jeweils von einem nicht dargestellten Verschlusselement verschlossen werden. Dazu werden die

Verschlusselemente in den Nutöffnungen 11 angeordnet und befestigt. Die

Verschlusselemente können jeweils derart gewölbt ausgeführt sein, dass diese einem elastischen Auffedern der umgeformten Drähte entgegenwirken.

Claims

Ansprüche

1. Stator einer elektrischen Maschine mit Nuten (2), in denen Drähte einer

elektrischen Wicklung (3) angeordnet sind, wobei eine Vielzahl der in den Nuten (2) vorgesehenen Abschnitte der Drähte einen sechseckigen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wicklung (3) eine Einzugswicklung ist und jeweils eine Vielzahl der äußeren, einer Wand der jeweiligen Nut (2) zugewandten Drähte einen vier-oder fünfeckigen Querschnitt aufweist.

2. Stator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (2) jeweils einen Nutgrund (10) und eine dem Nutgrund (10) abgewandte Nutöffnung (11) aufweisen, wobei die Nuten (2) in radialer Richtung gesehen jeweils von dem

Nutgrund (10) bis zu der Nutöffnung (11) mit den Drähten der elektrischen

Wicklung (3) befüllt sind.

3. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutöffnungen (11) jeweils von einem Verschlusselement verschlossen sind.

4. Stator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement jeweils derart gewölbt ausgeführt ist, dass einem elastischen Auffedern der elektrischen Wicklung (3) entgegengewirkt wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) einer elektrischen Maschine, der Nuten (2) aufweist, in denen Drähte einer elektrischen Wicklung (3) angeordnet werden, die mittels eines Umformwerkzeuges (12,13) derart umgeformt werden, dass diese einen vieleckigen Querschnitt haben, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte der elektrischen Wicklung (3) mittels eines Einziehmittels in die einzelnen Nuten

(2) des Stators (1) eingezogen und danach jeweils mit einem radial bezüglich einer Achse (6) des Stators (1) in die jeweilige Nut (2) eintauchenden Umformwerkzeug (12,13) umgeformt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (12,13) in eine zumindest teilweise mit Drähten befüllte Nut (2) gepresst wird, bevor die Befüllung der anderen Nuten (2) vollständig abgeschlossen ist oder nachdem die Befüllung aller Nuten (2) vollständig abgeschlossen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einziehmittel an einer Einziehmaschine zum Einziehen der elektrischen Wicklung (3) vorgesehen und das Umformwerkzeug (12,13) am Einziehmittel oder an der übrigen Einziehmaschine ausgebildet ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (12) mehrere Schieber (13) aufweist, wobei die Anzahl der Schieber (13) der Anzahl der Nuten (2) des Stators (1) entspricht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (12,13) nur bis in einen Bereich einer Nutöffnung (11) der Nut (2) bewegt wird.