WO2020228890A1 - Stator für eine elektrische maschine mit bandförmiger wicklungseinheit für eine statorwicklung und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Stator für eine elektrische maschine mit bandförmiger wicklungseinheit für eine statorwicklung und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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WO2020228890A1
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winding
stator
groove
winding unit
sections
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PCT/DE2020/100328
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Richard Bernauer
Stefan Riess
Johann Oswald
Michael Menhart
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • H02K15/062—Windings in slots; salient pole windings
    • H02K15/064—Windings consisting of separate segments, e.g. hairpin windings

Definitions

  • Stator for an electrical machine with a ribbon-shaped winding unit for a stator winding and a method for its production
  • the invention relates to a stator with a ribbon-shaped winding unit for a
  • Stator winding with a first and a second winding conductor, both winding conductors being guided in a first and a second layer of the winding unit.
  • the invention also relates to a winding method for such a stator.
  • Ribbon-shaped winding units are used, for example, for the production of
  • the ribbon-shaped winding units are usually prefabricated and correspond to parts of a stator winding to be manufactured.
  • the prefabricated winding units are typically inserted individually into the slots of a stator core and, after they have been inserted, connected to one another in order to
  • Winding units comprise a plurality of slot sections which run straight in a transverse direction of the winding unit and are arranged parallel to one another. This straight
  • the winding unit also includes a plurality of first curved ones
  • End sections which each connect two slot sections to one another and are arranged on a first longitudinal side of the winding unit, and several second curved ones
  • End sections which each connect two slot sections to one another and are arranged on a second longitudinal side of the winding unit opposite the first longitudinal side.
  • Winding conductor can be obtained. Because of this geometry, windings with such winding units are also referred to as wave windings.
  • the known winding units are often very long, so that they extend several times around the circumference of the stator. This is accompanied by a high production cost.
  • Another disadvantage of the known winding units is that they usually have a large number of layers, which makes further processing, in particular the introduction of the winding units into the stator core, more difficult. against this background, the task arises to reduce the effort involved in the manufacture of electrical machines.
  • the object is achieved by a stator with a ribbon-shaped winding unit having the features according to claim 1. Furthermore, the object is achieved by a
  • the ribbon-shaped winding unit according to the invention for a stator winding comprises a first and a second winding conductor, both winding conductors are guided in a first and a second layer of the winding unit.
  • the first and second position are to be understood as the respective vertical position of the winding conductors, which results when the ribbon-shaped winding unit is positioned on a horizontal plane and therefore outside the stator.
  • Both winding conductors comprise a plurality of slot sections which run straight in a transverse direction of the winding unit and which are arranged parallel to one another, as well as a plurality of first curved end sections, each two
  • End sections which each connect two slot sections of the associated winding conductor to one another and are arranged on a second longitudinal side of the winding unit opposite the first longitudinal side.
  • a special feature of the winding unit according to the invention is that the first and second curved end sections each have a slot section of the associated
  • Winding unit is arranged on a horizontal plane surface, the first and second curved end portions each connect a groove portion of the lower layer with a groove portion of the upper layer.
  • the position basically defines the vertical position of the slot sections of a band-shaped winding unit outside the stator when the winding unit extends vertically over a horizontal plane.
  • the original positions of the slot sections are transferred to radial positions, which are not only dependent on the previous position but also on the arrangement of the winding unit in relation to any other ribbon-shaped winding units arranged in the stator.
  • the slot sections of a specific position for example the first position of the ribbon-shaped winding unit, that is, can assume different radial positions in the slots.
  • Winding unit with a small thickness in particular with a thickness of only two layers. This results in a winding unit which can be introduced into the slots of a stator core with less effort.
  • the stator according to the invention for an electrical machine further comprises a stator core and a stator winding, the stator core having several in a circumferential direction
  • stator winding having spaced-apart grooves which have a depth extending in the radial direction and which enable the arrangement of groove sections of the stator winding in a plurality of radially spaced apart radial positions, the stator winding having a band-shaped winding unit described above.
  • the slot sections thereof are preferably received in the slots of the stator core in such a way that the ribbon-shaped winding unit is arranged in a spiral shape in the stator core.
  • the two winding conductors are connected to one another to form what is known as a reverse winding via a third curved end section at a reversal point.
  • the third curved end section differs from the first and second end sections in that it just does not connect groove sections of different layers to one another. Rather, either are each a
  • Groove section of the first and second winding conductors in the first layer or a respective groove section of the first and second winding conductors in the second layer are connected to one another via the third curved end section.
  • Such a reverse winding accordingly comprises, as curved end sections, only first and second curved end sections, which each connect groove sections of different layers to one another and connects exactly one curved end section - the third curved end section - of the groove sections of the same layer to one another.
  • the third curved end section is at the turning point of the reverse winding.
  • the third curved end section can very well connect groove sections of different radial positions to one another. It is crucial that the third curved end section connects groove sections in the same position of the band-shaped winding unit when this is arranged spread out vertically on a horizontal plane outside the stator.
  • winding unit has two winding connections which are provided on the same longitudinal side of the ribbon-shaped winding unit and in the same position of the winding unit.
  • Winding connections can be arranged on the same end face of the stator core and either both radially on the inside or both radially on the outside, so that the effort for contacting the winding connections is reduced.
  • a straight slot section is understood to mean a straight section of the winding wire which can be introduced into a slot of a stator core in order to form a stator winding.
  • Such groove sections are preferably spaced from one another in parallel over identical distances.
  • a curved end section is an end section that does not run straight.
  • the end section can effect a reversal of the winding conductor by essentially 180 °.
  • the curved end section can have an arc-like curvature and / or a bending point.
  • the curved end section may comprise a first and a second substantially straight section that extends over a
  • Bending point are connected to each other.
  • the first straight section is preferably arranged in the first position and the second straight section in the second position, so that a change of position at the bending point is realized within the winding unit.
  • the ribbon-shaped winding unit is preferably arranged in the form of a spiral in the stator core means, in the sense of an embodiment of the winding unit without reverse winding, that the individual slot sections of the winding unit are arranged in different ways
  • a third radial position of a third groove section is preferably located radially further inward than the second radial position, the third groove section being even closer to the reversal point or the respective end of the winding conductor than the second groove section.
  • the individual slot sections of the winding unit are received in different radial positions in the slots of the stator core in such a way that the radial positions of the slot sections are provided radially further inward as the distance from the reversal point of the winding unit or the end of the respective winding conductor decreases.
  • the stator core of the stator is preferably designed as a laminated core.
  • a first slot section is arranged in a first slot in a first radial position and a second slot section connected to the first slot section directly via a first end section is arranged in a second slot in a second radial position, which is opposite to the first radial position is offset by two radial positions.
  • a third groove section is arranged in the first groove in a third radial position which is offset by one radial position with respect to the first radial position, and one with the third groove section via a second
  • End portion directly connected fourth groove section is arranged in the second groove in a fourth radial position, which is identical to the third radial position.
  • a sixth groove section which is directly connected to the fifth groove section via a first end section, is arranged in a fourth groove in a sixth radial position which is by two compared to the second or fifth radial position
  • a first groove section is arranged in a first groove in a first radial position
  • a second groove section which is directly connected to the first groove section via a second end section
  • a third groove section is arranged in the first groove in a third radial position which is offset by one radial position from the first radial position
  • a fourth groove section directly connected to the third groove section via a first end section in the second Groove is arranged in a fourth radial position, which is identical to the third radial position.
  • a fifth groove section which is directly connected to the second groove section via a first end section, is arranged in a third groove in a fifth radial position which is identical to the second radial position.
  • a sixth groove section which is directly connected to the fifth groove section via a second end section, is arranged in a fourth groove in a sixth radial position, which is opposite the second or fifth
  • Radial position is offset by two radial positions.
  • the first winding conductor has two connection sections, which are either both arranged on the first longitudinal side or both are arranged on the second longitudinal side.
  • Connection sections can be contacted with the winding conductor of the winding unit.
  • the arrangement of the connection sections on the same side facilitates the contacting of the connection sections, in particular the contacting of connection sections of a first band-shaped winding unit with a second band-shaped winding unit.
  • connection sections are either both arranged in the first position or both are arranged in the second position.
  • connection sections can all be arranged radially on the outside when the winding unit is arranged in a stator core. This can reduce the effort involved in making contact with the connection sections.
  • connection sections can all be arranged radially on the inside in the stator core.
  • a first of the two connection sections is arranged in the first position and a second of the two connection sections is arranged in the second position.
  • the winding unit comprises one or more further winding conductors which are identical to the first and second winding conductors and are arranged offset in such a way that the first, second and further winding conductors are in the same first and second layer of the winding unit are arranged and that their slot sections are arranged at a distance between the slots of the stator.
  • the slot sections of the further winding conductors are arranged offset with respect to the slot sections of the first and second winding conductors.
  • connection sections of the first are preferred.
  • Winding conductor, the second winding conductor and the one or more further winding conductors connected to one another in a suitable manner can form a reverse winding on one Reversal point are connected to each other.
  • Winding conductors two of which are always connected to form a reverse winding, a winding mat with a total of 9 reverse windings can be produced, which can be arranged with an offset in the longitudinal direction by one slot pitch to one another. As a consequence, all winding conductors are also distributed here over the said first and second layers of the winding unit.
  • the various winding conductors can also be interconnected to form a winding mat without a paired connection at a reversal point.
  • Various configurations using series and / or parallel connections are conceivable here in order to optimally adapt a winding mat to the operational requirements of an electrical machine.
  • stator comprises at least one further stator
  • Winding unit which is identical to the winding unit described above and is arranged offset with respect to this in the circumferential direction of the stator.
  • the winding unit and the further winding unit thus form two winding mats.
  • One of the winding mats is attached to a first groove on the inner circumference of the stator while the other winding mat attaches to a second groove on the inner circumference of the stator, the first groove and the second groove being different. If, for example, the first winding mat is now guided over the second groove, this second groove is occupied both with two conductors of the first winding mat and with two conductors of the second winding mat.
  • a slot section arranged on the outer edge of the further winding unit is arranged in the second slot and a further slot section of the further winding unit connected to the outer edge of the further winding unit via a first or second curved end section is arranged in the third slot is arranged.
  • a first groove section of the first winding mat is arranged in a first groove in a first radial position and a second groove section, which is connected to the first groove section directly via a first end section, is arranged in the second groove in a second radial position, which is opposite to first radial position is offset by two radial positions.
  • a third slot section of the first winding mat is in the first slot in a third
  • Radial position is offset, and one with the third groove section via a second
  • End portion of directly connected fourth groove section can be arranged in the second groove in a fourth radial position which is identical to the third radial position. Furthermore, the object is achieved by a winding method for a stator of an electrical machine, in which the following method steps are carried out:
  • At least a first and a second winding unit are produced, each of which has at least a first and a second winding conductor.
  • the generation takes place in such a way that the first and second winding conductors are guided in a first and a second layer of the respective winding unit.
  • the winding conductors are designed in such a way that they each have a plurality of slot sections which run straight in a transverse direction of the winding unit and which are arranged parallel to one another.
  • a plurality of first curved end sections are produced, which each connect two slot sections of the associated winding conductor to one another and are arranged on a first longitudinal side of the winding unit.
  • a plurality of second curved end sections are produced which each connect two slot sections of the associated winding conductor to one another and are arranged on a second longitudinal side of the winding unit opposite the first longitudinal side.
  • the slot sections of the first winding unit are arranged in a plurality of slots of a stator core that are spaced apart in a circumferential direction.
  • the slot sections of the second winding unit are also arranged in a plurality of slots of the stator core that are spaced apart in a circumferential direction. This is done in such a way that the second winding unit has an offset in relation to the first winding unit
  • Circumferential direction comes to lie in the interior of the stator and slot sections of the first and second winding units are arranged in the same slots.
  • This offset can be designed such that within each of the band-shaped winding units a first
  • Groove section is arranged in a first groove in a first radial position and a second groove section directly connected to the first groove section via a first end section is arranged in a second groove in a second radial position which is offset by two radial positions from the first radial position.
  • first and second winding units In order to introduce the first and second winding units into an essentially cylindrical stator, it can be expedient to apply the first and second winding units offset from one another in the circumferential direction onto a cylindrical transmission mandrel.
  • This transmission mandrel can be moved axially into the interior space enclosed by the stator core.
  • the winding units can then be expanded radially outward from the transmission mandrel into the slots of the stator core.
  • FIG. 1 shows a ribbon-shaped winding unit according to a first
  • Embodiment of the invention in a perspective view
  • FIG. 2 shows the winding unit according to FIG. 1 in a side view
  • FIG. 3 shows a band-shaped winding unit according to a second
  • Embodiment of the invention in a perspective view
  • FIG. 4 shows the winding unit according to FIG. 3 in a plan view of a longitudinal side
  • FIG. 5 shows the winding unit according to FIG. 3 in a side view
  • FIG. 6 shows a band-shaped winding unit according to a third
  • Embodiment of the invention in a perspective view
  • FIG. 7 shows the winding unit according to FIG. 6 in a plan view of a longitudinal side
  • FIG. 9 shows a stator according to a first exemplary embodiment of the invention with a ribbon-shaped winding unit according to FIG. 3 in a schematic sectional illustration;
  • FIG. 10 is a diagram to illustrate the arrangement of the winding unit according to FIG. 3 in the stator according to FIG. 9;
  • FIG. 12a and b show the winding unit according to FIG. 3 to illustrate the arrangement in a stator core in a perspective illustration and a plan view of a longitudinal side or front side;
  • FIG. 13a and b show a winding unit according to a fourth embodiment
  • 15a and b show a part of a stator winding to illustrate the arrangement in a stator core in a perspective illustration and a plan view of a longitudinal side or front side;
  • 16a and b show a stator winding to illustrate the arrangement in one
  • Stator core in a perspective view and a plan view of a long side or front side
  • 17 shows a stator of an electrical machine with four band-shaped
  • Winding units each designed as a reverse winding
  • a ribbon-shaped winding unit 1 is according to a
  • Both winding conductors 2, 2 'of the winding unit 1 comprise a plurality of slot sections 3 which run straight in a transverse direction Q of the winding unit 1 and are arranged parallel to one another.
  • the distance between the slot sections 3 of the winding conductors 2, 2 ' is dimensioned such that adjacent slot sections 3 can be introduced into different stator slots of a stator core of an electrical machine.
  • the slot sections 3 are connected to one another via end sections 5, 6 which, in a state in which the slot sections 3 of the winding unit 1 are inserted into the stator slots of a stator core, protrude from the stator core at the end.
  • the slot sections 3 are connected to one another on a first longitudinal side of the winding unit 1 via a plurality of first curved end sections 5.
  • the first curved end sections 5 each connect a first groove section 3 in the first layer L1 and a second groove section 3 in the second layer L2 of the respective winding conductors 2, 2 ‘with one another. In this respect, a change of position of the associated winding conductor 2, 2 ‘is made possible by the first end sections 5.
  • second curved end sections 6 Opposite the second longitudinal side of the winding unit 1, several second curved end sections 6 are provided, which each connect two slot sections 3 to one another and are arranged on a second longitudinal side of the winding unit 1 opposite the first longitudinal side. All of the second curved end sections 6 each connect a first groove section 3 in the first layer L1 and a second groove section 3 in the second layer L2 of the associated winding conductor 2, 2 ‘with one another. Initially, no galvanic connection is provided between the two winding conductors 2, 2 ‘within the winding unit. The beginning and end of the winding conductors 2, 2 ‘represent any interconnection, especially after a complete one has been inserted
  • Winding mat available. For example, a series connection or
  • a ribbon-shaped winding unit V is according to a
  • Embodiment of the invention shown in which the two winding conductors 2, 2 ‘are connected to one another at a reversal point via a third curved end section 6‘. In this way a so-called reverse winding is created.
  • Winding conductors 2, 2 ' are also guided here in a first layer L1 and a second layer L2 of the winding unit V, as can be clearly seen in FIG. 4.
  • the winding unit V in turn comprises a plurality of slot sections 3 which run straight in a transverse direction Q of the winding unit 1 and are arranged parallel to one another.
  • the distance between the slot sections 3 of the winding conductors 2, 2 ' is dimensioned such that adjacent slot sections 3 can be introduced into different stator slots of a stator core of an electrical machine.
  • the groove sections 3 are connected to one another via end sections 5, 6, 6 'which, in a state in which the groove sections 3 of the
  • Winding unit 1 are introduced into the stator slots of a stator core and protrude from the stator core at the end.
  • the slot sections 3 are connected to one another on a first longitudinal side of the winding unit V via a plurality of first curved end sections 5.
  • the first curved end sections 5 each connect a first groove section 3 in the first position L1 and a second groove section 3 in the second position L2.
  • a change of position of the respective winding conductors 2, 2 ‘, which form the reverse winding, is made possible by the first end section 5.
  • Exactly a second curved end section 6 ' is designed to form a reversal point of the winding conductor formed from the winding conductors 2, 2' such that it connects two groove sections 3 in the second layer L2, one of which is assigned to the first winding conductor 2 and one the second
  • Winding conductor 2 ‘is assigned. All other second curved end sections 6, however, each connect a first groove section 3 in the first layer L1 and a second groove section 3 in the second layer L2 of the first winding conductor 2 or the second winding conductor 2 2 with one another.
  • the second curved end section 6 6 which is provided to form the reversal point, connects two groove sections in the first position to one another.
  • the ribbon-shaped winding unit V thus has a back and forth, formed from two winding conductors 2, 2 ', which, starting from a first
  • Connection section 4 describes an undulating course up to the reversal point.
  • the conductor turns around at the reversal point and then, starting from the reversal point up to a second connection section 4, again describes an undulating course.
  • the curved end sections 5, 6, 6 'of the winding unit V cause the conductor to be reversed by essentially 180 °.
  • the winding conductors 2, 2 ferner also include two connection sections 4, via which contact can be made with the reverse winding formed in this way.
  • the connection sections 4 are both arranged on the second longitudinal side of the winding unit 1 and both are provided in the same - here the first layer L1 of the winding unit 1.
  • FIGS. 6, 7 and 8 show a third embodiment of a
  • ribbon-shaped winding unit 1 ′′ which differs from the winding unit T according to the second exemplary embodiment in that it comprises several further winding conductors 2 ′′ in addition to the first and second winding conductors 2, 2 ′′.
  • the first and second winding conductors 2, 2 ‘form a reverse winding.
  • a further reverse winding is formed from two further winding conductors 2 ′′.
  • the further reverse winding is therefore identical to the reverse winding which is formed from the first and second winding conductors. It is offset in such a way that the winding conductors 2, 2 ‘of the reverse winding and the winding conductors 2 ′′ of the further reverse winding in the same first layer L1 and the same second layer L2 of the
  • Winding unit 1 are arranged.
  • the winding unit 1 ′′ forms a
  • Winding mat with several winding conductors 2, 2 ‘, 2“ which have a multitude of winding conductors 2, 2 ‘, 2“ which have a multitude of winding conductors 2, 2 ‘, 2“ which have a multitude of winding conductors 2, 2 ‘, 2“ which have a multitude of winding conductors 2, 2 ‘, 2“ which have a multitude of winding conductors 2, 2 ‘, 2“ which have a multitude of winding conductors 2, 2 ‘, 2“ which have a multitude of
  • Connection sections 4 can be contacted.
  • the slot sections of these winding conductors 2, 2 ‘, 2 ′′ are arranged at the spacing of the slot pitch in the lateral direction.
  • FIGS. 9 and 10 A spiral arrangement of a strip-shaped winding unit T according to the second exemplary embodiment in a stator core 11 of a stator 10 will be explained below with the aid of the representations in FIGS. 9 and 10.
  • the figures illustrate how the previously described positions of the slot sections in a band-shaped winding unit, which is arranged on a horizontal plane and extends vertically over this, in
  • stator 10 and stator core 11 are only indicated schematically in FIG. 9 for reasons of clarity.
  • the lines running in the radial direction correspond to the individual grooves of the stator core 11, which are provided spaced apart in the circumferential direction of the stator core 11.
  • the stator slots have a depth in the radial direction which allows the winding unit T to be arranged in one of eight different radial positions.
  • Fig. 10 shows schematically the eight different radial positions RP over ten different grooves N in which the Groove sections of the winding conductors 2, 2 'are arranged.
  • the slot sections 3 of the first winding conductor 2 in the area between a first connection section 4 (outgoing) and the reversal point are marked with the reference character A, while the slot sections 3 of the second winding conductor 2 'in the area between the reversal point and a second connection section 4 (return) are marked with the reference character B are marked.
  • the two areas of the reverse winding formed from the winding conductors 2, 2 ′ that is to say the forward and the return, are interwoven on two layers of the winding unit 1. Due to the spiral arrangement of the winding unit V, the two layers now extend over eight radial positions of the slots N.
  • FIG. 11 shows, by way of example, a structure of a stator winding 20 from a plurality of band-shaped winding units, the one shown in FIGS. 9 and 10
  • Winding unit is denoted by the reference symbol U1-1.
  • FIG. 12a and 12b the ribbon-shaped winding unit T according to FIG. 3 is shown again, wherein the winding unit 1 ist is arranged in a spiral to the arrangement of the
  • FIG. 12a shows a perspective illustration
  • FIG. 12b shows a plan view of a longitudinal side or front side of the stator.
  • the ribbon-shaped winding unit T has two
  • Connection areas 4 which are spaced apart by a distance which essentially corresponds to the distance between the slot areas 3 of the winding conductors 2, 2 ‘.
  • FIG. 13a and 13b show a modification of the ribbon-shaped winding unit 1 according to FIG. 3, the winding unit 1 ′′ being arranged in a spiral to illustrate the arrangement of the winding unit in a stator core, not shown here.
  • FIG. 13a shows a perspective illustration
  • FIG. 13b shows a plan view of a longitudinal side or front side of the stator.
  • the band-shaped stator In contrast to FIGS. 12a and 12b, the band-shaped
  • Winding unit T ′′ has two connection areas 4 which are spaced apart by a distance which is smaller than the distance between the slot areas 3 of the winding conductors 2, 2 ‘.
  • FIG. 14a and 14b show a winding unit 1 ′′ ′′ according to a fourth exemplary embodiment.
  • FIG. 14a shows a perspective illustration
  • FIG. 14b shows a plan view of a longitudinal side or front side of the stator.
  • This winding unit includes a
  • the connection sections 4 of the individual winding units 1, T ′′ are connected in such a way that a series connection of the three winding units 1 ‘, V ′′ is obtained.
  • the winding unit 1 "" corresponds to one phase of the stator according to FIG. 11.
  • FIG. 15a and 15b shows part 21 of a stator winding 20 for
  • FIG. 15a shows a perspective Representation
  • FIG. 15b shows a plan view of a longitudinal side or front side of the stator.
  • the part 21 comprises the winding units 1 ′′ ′′ according to FIG. 14a, which are arranged offset.
  • FIGS. 16a and 16b show a perspective view and FIG. 16b shows a plan view of a longitudinal side or front side of the stator.
  • the stator winding 20 comprises five identical parts 21 according to FIG. 15a, which are each arranged offset by 72 °.
  • FIGS. 17-20 show further embodiments of the invention in which the formation of a reversal point between two winding conductors is partly dispensed with. This has the advantage over a version with a reversal point that the
  • the number of parallel branches is fixed. It is therefore desirable to be able to generate a number of parallel branches whose number of winding units is smaller than with a uniform distribution.
  • the wire ends that are released can be used as an additional interconnection point for parallel interconnections.
  • a symmetrical winding can again be produced.
  • a variable number of winding units is generated by inserting a smaller number of individual winding units than pole number / 2 in the stator.
  • the grooves in the individual pole areas have no wire beginnings.
  • the slot base is filled by the winding units inserted in the preceding slot sections. This creates a significantly larger number of interconnection options, which is also possible leads to the fact that the electrical machine can possibly be better adapted to the voltage conditions.
  • FIGS. 17-20 The embodiments of a stator with band-shaped winding units shown in FIGS. 17-20 are described below.
  • the respective wire beginnings and wire ends of the band-shaped winding units are provided with uniform reference symbols.
  • the beginning of the wire of a first conductor is provided with the reference numeral 30 and its wire end with the reference numeral 31.
  • the beginning of the wire of a second conductor is identified with the reference numeral 32, while its end is referenced with the reference numeral 33.
  • the beginning of the wire of a third conductor carries this
  • the beginning of the wire of a fourth conductor is provided with the reference number 36.
  • the wire end of the fourth conductor bears the reference numeral 37.
  • the beginning of the wire of a fifth conductor is identified by the reference numeral 38.
  • the wire end of the fifth conductor is identified with the reference symbol 39.
  • the beginning of the wire of the sixth conductor is identified with the reference number 40.
  • the wire end of the sixth conductor is with the
  • Reference numeral 41 The beginning of the wire of a seventh conductor is identified with the reference number 42.
  • the wire end of the seventh conductor is with the
  • Reference numeral 43 identified.
  • the beginning of the wire of an eighth conductor is identified with the reference number 44.
  • the wire end of the eighth conductor carries this
  • a first winding unit comprises a first conductor with the wire beginning 30 and wire end 31 and a second conductor with the wire beginning 32 and the
  • first groove 50 there is a groove section of the second conductor in a first radial position which is arranged on the groove base.
  • the beginning of the wire 32 of the second conductor is also connected to this groove section.
  • a groove section of the first conductor is located adjacent to this groove section in the radial direction.
  • the slot section of the first conductor is located in a first layer which is arranged above the slot section of the second conductor (hereinafter second layer).
  • second layer denotes a layer which, viewed from the slot base, is arranged below the respective other conductor, which is accordingly by definition in an upper layer.
  • Groove portion of the second conductor is arranged above the groove portion of the first bearing.
  • a third groove 52 the conditions are again reversed. I.e. the position of the slot section of the first conductor is in turn located above the position of the slot section of the second conductor. This exchange of layers continues until the wire end 31 of the first conductor is reached.
  • the groove section of the second conductor positioned in the first groove 50 on the groove base is connected via an end section (not shown) to a groove section in the second groove 51, which is in a radial position that is two radial positions compared to the radial position on the groove base in the first groove 50 is offset.
  • the groove section of the second conductor in the second groove 51 is connected via a further end section, not shown, to a groove section in the third groove 52, the radial position of which corresponds to
  • the groove section in the third groove 52 of the second conductor is connected via an end section (not shown) to a groove section in a fourth groove 53 that is offset by two radial positions from the groove section of the second conductor in the third groove 52.
  • a third winding unit comprises a fifth conductor with wire beginning 38 and wire end 39 and a sixth conductor with wire beginning 40 and wire end 41.
  • a fourth Winding unit includes a seventh Conductor with the wire beginning 41 and the wire end 42 and an eighth conductor with the wire beginning 43 and the wire end 44.
  • the winding thus consists of evenly distributed winding units which are inserted in directly connected slot sections. A change from the
  • Embodiments according to FIGS. 3-16 consist in that the reversal point is omitted and the wire ends that are released can be used for further interconnection.
  • the eight wires shown can be connected in parallel. Equalizing currents are avoided by the symmetrical structure.
  • Winding units You can see a stator winding configuration with 10 poles and 3 holes, here with 90 slots. There are 8 conductors in each of the grooves. Of the only two winding units, for the sake of clarity, only two conductors are shown with their corresponding wire beginnings and wire ends. Therefore there are a total of 4 wire beginnings 30,32,34,36 and 4 wire ends 31, 33,35,37. In total, only 4 grooves show a wire beginning in the illustration. 4 windings are thus connected in parallel. The remaining grooves are filled with the groove sections belonging to the wire beginnings. The winding units are placed asymmetrically in the stator in order to concentrate the wire beginnings on a segment of the stator. The
  • Interconnection elements can thus be arranged locally concentrated, one
  • the first winding unit comprises a first conductor with the wire beginning 30 and the wire end 31 and a second conductor with the wire beginning 32 and the wire end 33.
  • the second winding unit comprises a third conductor with the wire beginning 34 and the wire end 35 and a fourth conductor with the wire beginning 36 and the wire end 37.
  • Embodiment again.
  • the relative change of position between the slot sections of a ribbon-shaped winding unit takes place in each slot in which two slot sections of the same ribbon-shaped winding unit are arranged, while the offset of the adjacent slot sections of a conductor by two or no radial positions only occurs when the entire ribbon-shaped winding unit is in its radial position changed.
  • 19 shows a stator of an electrical machine with two ribbon-shaped winding units, each of which is designed as a reverse winding.
  • a first conductor with the beginning of the wire 30 forms a running wave that ends at the end of the wire 31.
  • a second conductor with the beginning of the wire 32 forms a returning wave that ends at the wire end 33.
  • the first and second conductors together form a ribbon-shaped winding unit.
  • the wire end 31 of the first conductor and the wire beginning 32 of the second conductor are connected to one another by a curved end section, which is not shown in the figure. This can be a separate
  • Acting connection that produces a galvanic connection between the first and the second conductor, for example via a weld or solder point. It is also possible, however, for the first conductor and the second conductor to be designed as a one-piece wire which, prior to being inserted into the stator slots, has already been shaped as such into a back and forth running wave.
  • a second band-shaped winding unit with a reversal point is formed by a third conductor with the wire beginning 34 and the wire end 35 and a fourth conductor with the wire beginning 36 and the wire end 37.
  • the reversal point lies between the wire end 35 of the third conductor and the wire beginning 36 of the fourth conductor, as in the case of the first winding mat of this embodiment, at the air gap
  • the stator 20 shows a further stator of an electrical machine with four ribbon-shaped winding units.
  • the stator consists of 90 slots that form 10 poles.
  • 4 winding units with 8 wire beginnings 30,32,34,36,38,40,42,44 are used. This allows 8 windings to be connected in parallel. Not every pole has a wire beginning 30,32,34,36,38,40,42,44.
  • 21 to 23 show method steps for producing a spiral winding from two band-shaped winding units according to an embodiment of the invention.
  • a transfer tool is shown in the form of a transfer mandrel 14, which is used to transfer the stator winding into the stator core.
  • FIGS. 21-32 show the application of a first and a second winding unit 12, 13 to the transmission mandrel, the two
  • winding units 12, 13 are represented here only by a first and a second winding conductor 2, 2.
  • the winding conductors 2, 2 can each have a wire beginning and a wire end or alternatively via one
  • each of the winding units 12, 13 has only half of the winding connections than in a winding without
  • the winding units 12, 13 are in the circumferential direction of the
  • winding units 12, 13 initially have a flat, lateral shape. After the first slot sections of the respective winding units are fixed in the slots, the
  • Transfer mandrel 14 rotated counterclockwise (see Fig. 22).
  • a spiral deformation of the band-shaped winding units 12, 13 begins, which finally continues when the transmission mandrel 14 is rotated further.
  • all of the slot sections of the winding units 12, 13 are successively drawn into slots in the transmission mandrel 14.
  • Winding unit 13 - in FIG. 23 this can be seen from the simplified representation with only two slots.
  • the course of the radial positions of the groove sections in the grooves which has already been mentioned several times, arises, as is set out in connection with the subject matter according to patent claim 1.
  • the winding units 12, 13 applied in this way to the transmission mandrel are then introduced into the inwardly open slots of a stator.
  • the transmission mandrel 14 equipped with the winding units 12, 13 is first inserted axially into the cylindrical interior of a stator.
  • the slot sections are then expanded radially out of the slots in the transmission mandrel 14 into the slots in the stator.
  • This method step is shown by way of example in FIG.
  • the exemplary embodiments described above are not to be understood as restrictive. It is possible to manufacture winding units according to the invention with a different number of conductors and stators according to the invention with a different number of slots, number of pole pairs and a different slot factor.
  • the number of radial positions is not limited to eight, but can be smaller, for example four, five or six, or greater, for example nine or ten.
  • the number of slots is not limited to three, but can deviate therefrom, for example the number of slots can be two or four.
  • the number of pole pairs and / or the number of phases can also assume values other than those shown.

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Abstract

1. Die Erfindung betrifft einen Stator (10) für eine elektrische Maschine mit einem Statorkern (11) und einer Statorwicklung (20), wobei der Statorkern (11) mehrere in einer Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Nuten aufweist, die eine in radialer Richtung verlaufende Tiefe aufweisen und die Anordnung von Nutabschnitten (3) der Statorwicklung (20) in mehreren radial beabstandeten Radialpositionen (RR) ermöglicht, wobei der Stator (10) eine bandförmige Wicklungseinheit (1, 1', 1'', 1''', 1'''' ) (20) mit einem ersten und einem zweiten Wicklungsleiter (2, 2') aufweist, wobei beide Wicklungsleiter in einer ersten und einer zweiten Lage (L1, L2) der Wicklungseinheit (1, 1', 1'', 1''', 1'''') geführt sind und jeweils umfassen: a. mehrere gerade in einer Querrichtung (Q) der Wicklungseinheit (1, 1', 1'', 1''', 1'''' ) verlaufende Nutabschnitte (3), die zueinander parallel angeordnet sind, b. mehrere erste gekrümmte Endabschnitte (5), die jeweils zwei Nutabschnitte (3) des zugehörigen Wicklungsleiters miteinander verbinden und auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit (1, 1', 1'', 1''', 1'''') angeordnet sind, c. mehrere zweite gekrümmte Endabschnitte (6), die jeweils zwei Nutabschnitte (3) des zugehörigen Wicklungsleiters miteinander verbinden und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden, zweiten Längsseite der Wicklungseinheit (1, 1', 1'', 1''', 1'''') angeordnet sind, wobei d. die ersten und zweiten gekrümmten Endabschnitte (5,6) jeweils einen Nutabschnitt (3) des zugehörigen Wicklungsleiters (2, 2') in der ersten Lage (L1) und einen Nutabschnitt (3) des zugehörigen Wicklungsleiters in der zweiten Lage (L2) miteinander verbinden, e. wobei ein erster Nutabschnitt (3) in einer ersten Nut in einer ersten Radialposition angeordnet ist und ein mit dem ersten Nutabschnitt (3) über einen ersten Endabschnitt (5) unmittelbar verbundener zweiter Nutabschnitt (3) in einer zweiten Nut in einer zweiten Radialposition angeordnet ist, welche gegenüber der ersten Radialposition um zwei Radialpositionen versetzt ist.

Description

Stator für eine elektrische Maschine mit bandförmiger Wicklungseinheit für eine Statorwicklung und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Stator mit einer bandförmigen Wicklungseinheit für eine
Statorwicklung mit einem ersten und zweiten Wicklungsleiter, wobei beide Wicklungsleiter in einer ersten und einer zweiten Lage der Wicklungseinheit geführt sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Wickelverfahren für einen derartigen Stator.
Bandförmige Wicklungseinheiten werden beispielsweise zur Herstellung von
Stabwellenwicklungen elektrischer Maschinen verwendet und ermöglichen eine effiziente Herstellung größerer Stückzahlen solcher Maschinen. Die bandförmigen Wicklungseinheiten werden in der Regel vorgefertigt und entsprechen Teilen einer zu fertigenden Statorwicklung. Die vorgefertigten Wicklungseinheiten werden typischerweise einzeln in die Nuten eines Statorkerns eingebracht, und nach dem Einbringen miteinander verbunden, um die
Statorwicklung zu bilden.
Beispiele derartiger Wicklungseinheiten sind aus der US 8 779 643 B2, der US 7 386 931 B2, der US 7 269 888 B2 und der US 7 365 467 B2 bekannt. Diese bandförmigen
Wicklungseinheiten umfassen mehrere gerade in einer Querrichtung der Wicklungseinheit verlaufende Nutabschnitte, die zueinander parallel angeordnet sind. Dies geraden
Nutabschnitte können dann zur Bildung einer Statorwicklung in Nuten eines Statorkerns eingebracht werden. Die Wicklungseinheit umfasst zudem mehrere erste gekrümmte
Endabschnitte auf, die jeweils zwei Nutabschnitte miteinander verbinden und auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet sind, und mehrere zweite gekrümmte
Endabschnitte, die jeweils zwei Nutabschnitte miteinander verbinden und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden, zweiten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet sind. Durch diese gekrümmten Endabschnitte kann ein wellenförmiger Verlauf des
Wicklungsleiters erhalten werden. Aufgrund dieser Geometrie werden Wicklungen mit derartigen Wicklungseinheiten auch als Wellenwicklung bezeichnet.
Die bekannten Wicklungseinheiten sind oftmals sehr lang, so dass sie sich mehrfach um den Umfang des Stators erstrecken. Hiermit geht ein hoher Fertigungsaufwand einher. Ein weiterer Nachteil der bekannten Wicklungseinheiten ist darin zu sehen, dass diese in der Regel eine Vielzahl von Lagen aufweisen, wodurch die weitere Verarbeitung, insbesondere das Einbringen der Wicklungseinheiten in den Statorkern erschwert wird. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, den Aufwand bei der Fertigung elektrischer Maschinen zu reduzieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Stator mir einer bandförmigen Wicklungseinheit mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1. Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein
Wickelverfahren für einen Stator einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße bandförmige Wicklungseinheit für eine Statorwicklung umfasst einen ersten und einen zweiten Wicklungsleiter, beide Wicklungsleiter in einer ersten und einer zweiten Lage der Wicklungseinheit geführt sind. Unter der ersten und zweiten Lage ist in diesem Zusammenhang die jeweilige vertikale Lage der Wicklungsleiter zu verstehen, die sich ergibt, wenn die bandförmige Wicklungseinheit auf einer horizontalen Ebene positioniert ist und demnach außerhalb des Stators. Beide Wicklungsleiter umfassen mehrere gerade in einer Querrichtung der Wicklungseinheit verlaufende Nutabschnitte, die zueinander parallel angeordnet sind, sowie mehrere erste gekrümmte Endabschnitte, die jeweils zwei
Nutabschnitte des zugehörigen Wicklungsleiters miteinander verbinden und auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet sind, und mehrere zweite gekrümmte
Endabschnitte, die jeweils zwei Nutabschnitte des zugehörigen Wicklungsleiters miteinander verbinden und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden, zweiten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet sind.
Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Wicklungseinheit liegt darin, dass die ersten und zweiten gekrümmten Endabschnitte jeweils einen Nutabschnitt des zugehörigen
Wicklungsleiters in der ersten Lage und einen Nutabschnitt des zugehörigen
Wicklungsleiters in der zweiten Lage miteinander verbinden. Wenn die bandförmige
Wicklungseinheit auf einer horizontalen Ebenen Fläche angeordnet ist, verbinden die ersten und zweiten gekrümmten Endabschnitte jeweils einen Nutabschnitt der unteren Lage mit einem Nutabschnitt der oberen Lage.
Wichtig im Zusammenhang mit der Erfindung ist, dass die Lage nicht mit der Radialposition der Nutabschnitte in den Statornuten zu verwechseln ist. Die Lage definiert grundsätzlich die vertikale Position der Nutabschnitte einer bandförmigen Wicklungseinheit außerhalb des Stators, wenn die Wicklungseinheit sich vertikal über eine horizontale Ebene erstreckt. Nachdem die bandförmige Wicklungseinheit in den Stator eingebracht wird, werden die ursprünglichen Lagen der Nutabschnitte in Radialpositionen überführt, die nicht nur von der vorherigen Lage abhängig ist sondern auch von der Anordnung der Wicklungseinheit in Relation zu etwaigen weiteren im Stator angeordneten bandförmigen Wicklungseinheiten. Nach dem Einlegen der bandförmigen Wicklungseinheit in den Statorkern können die Nutabschnitte einer bestimmten Lage, beispielsweise der ersten Lage der bandförmigen Wicklungseinheit, also verschiedene Radialpositionen in den Nuten einnehmen.
Da bei der bandförmigen Wicklungseinheit die in Querrichtung verlaufenden Nutabschnitte jeweils in einer von nur zwei Lagen angeordnet sind, entsteht eine bandförmige
Wicklungseinheit mit einer geringen Dicke, insbesondere mit einer Dicke von nur zwei Lagen. Hierdurch wird eine Wicklungseinheit erhalten, die mit verringertem Aufwand in die Nuten eines Statorkerns eingebracht werden kann.
Der erfindungsgemäße Stator für eine elektrische Maschine umfasst ferner einen Statorkern und eine Statorwicklung, wobei der Statorkern mehrere in einer Umfangsrichtung
beabstandet angeordnete Nuten aufweist, die eine in radialer Richtung verlaufende Tiefe aufweisen und die Anordnung von Nutabschnitten der Statorwicklung in mehreren radial beabstandeten Radialpositionen ermöglicht, wobei die Statorwicklung eine vorstehend beschriebene bandförmige Wicklungseinheit aufweist. Bevorzugt sind deren Nutabschnitte derart in den Nuten des Statorkerns aufgenommen, dass die bandförmige Wicklungseinheit spiralförmig in dem Statorkern angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung der bandförmigen Wicklungseinheit sind die beiden Wicklungsleiter zu einer sogenannten Umkehrwicklung über einen dritten gekrümmten Endabschnitt an einem Umkehrpunkt miteinander verbunden. Der dritte gekrümmte Endabschnitt unterscheidet sich von dem ersten und zweiten Endabschnitt dadurch, dass er gerade nicht Nutabschnitte unterschiedlicher Lagen miteinander verbindet. Vielmehr sind entweder jeweils ein
Nutabschnitt des ersten und zweiten Wicklungsleiters in der ersten Lage oder jeweils ein Nutabschnitt des ersten und zweiten Wicklungsleiters in der zweiten Lage über den dritten gekrümmten Endabschnitt miteinander verbunden sind. Eine derartige Umkehrwicklung umfasst demnach als gekrümmte Endabschnitte ausschließlich erste und zweite gekrümmte Endabschnitte, die jeweils Nutabschnitte unterschiedlicher Lagen miteinander verbinden und genau einen gekrümmten Endabschnitt - den dritten gekrümmten Endabschnitt - der Nutabschnitte der gleichen Lage miteinander verbindet. Der dritte gekrümmte Endabschnitt befindet sich am Umkehrpunkt der Umkehrwicklung. Auch in diesem Zusammenhang sein noch einmal darauf hingewiesen, dass der dritte gekrümmte Endabschnitt sehr wohl Nutabschitte unterschiedlicher Radialpositionen miteinander verbinden kann. Entscheidend ist, dass der dritte gekrümmte Endabschnitt Nutabschnitte gleicher Lage der bandförmigen Wicklungseinheit verbindet, wenn diese auf einer horizontale Ebene außerhalb des Stators vertikal ausgebreitet angeordnet ist.
Durch die Bildung eines Umkehrpunkts des Wicklungsleiters wird es möglich, dass die Wicklungseinheit zwei Wicklungsanschlüsse aufweist, die auf derselben Längsseite der bandförmigen Wicklungseinheit und in derselben Lage der Wicklungseinheit vorgesehen sind. Bei einer Anordnung der Wicklungseinheit in einem Statorkern können diese
Wicklungsanschlüsse auf derselben Stirnseite des Statorkerns und entweder beide radial innenliegend oder beide radial außenliegend angeordnet sein, so dass der Aufwand zum Kontaktieren der Wicklungsanschlüsse reduziert wird.
Unter einem geraden Nutabschnitt wird im Sinne der Erfindung ein gerade verlaufender Abschnitt des Wicklungsdrahts verstanden, der in eine Nut eines Statorkern eingebracht werden kann, um eine Statorwicklung zu bilden. Solche Nutabschnitte sind bevorzugt über identische Abstände voneinander parallel beabstandet.
Ein gekrümmter Endabschnitt ist im Sinne der Erfindung ein nicht gerade verlaufender Endabschnitt. Der Endabschnitt kann eine Umkehr des Wicklungsleiters um im Wesentlichen 180° bewirken. Der gekrümmte Endabschnitt kann eine bogenartige Krümmung aufweisen und/oder einen Biegepunkt. Beispielsweise kann der gekrümmte Endabschnitt einen ersten und einen zweiten im Wesentlichen geraden Teilabschnitt umfassen, die über einen
Biegepunkt miteinander verbunden sind. Bei solchen gekrümmten Endabschnitten, die einen Nutabschnitt in der ersten Lage und einen Nutabschnitt in der zweiten Lage miteinander verbinden, ist bevorzugt der erste gerade Teilabschnitt in der ersten Lage und der zweite gerade Teilabschnitt in der zweiten Lage angeordnet, so dass in dem Biegepunkt ein Lagenwechsel innerhalb der Wicklungseinheit realisiert ist.
Dass die bandförmige Wicklungseinheit bevorzugt spiralförmig in dem Statorkern angeordnet ist, bedeutet im Sinne einer Ausführungsform der Wicklungseinheit ohne Umkehrwicklung, dass die einzelnen Nutabschnitte der Wicklungseinheit derart in verschiedenen
Radialpositionen in den Nuten des Statorkerns aufgenommen sind, dass eine erste
Radialposition eines ersten Nutabschnitts, der einen größeren Abstand zu einem Ende des zugehörigen Wicklungsleiters aufweist radial weiter außen liegt als eine zweite Radialposition eines zweiten Nutabschnitts, der einen geringeren Abstand zu dem Ende des zugehörigen Wicklungsleiters aufweist.
Bevorzugt liegt eine dritte Radialposition eines dritten Nutabschnitts radial weiter innen als die zweite Radialposition, wobei der dritte Nutabschnitt einen noch geringeren Abstand zu dem Umkehrpunkt bzw. jeweiligen Ende des Wicklungsleiters aufweist, als der zweite Nutabschnitt. Insofern sind die einzelnen Nutabschnitte der Wicklungseinheit derart in verschiedenen Radialpositionen in den Nuten des Statorkerns aufgenommen, dass die Radialpositionen der Nutabschnitte mit abnehmendem Abstand von dem Umkehrpunkt der Wicklungseinheit bzw. dem Ende des jeweiligen Wicklungsleiters radial weiter innenliegend vorgesehen sind.
Der Statorkern des Stators ist bevorzugt als Blechpaket ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Stators ist ferner vorgesehen, dass ein erster Nutabschnitt in einer ersten Nut in einer ersten Radialposition angeordnet ist und ein mit dem ersten Nutabschnitt unmittelbar über einen ersten Endabschnitt verbundener zweiter Nutabschnitt in einer zweiten Nut in einer zweiten Radialposition angeordnet ist, welche gegenüber der ersten Radialposition um zwei Radialpositionen versetzt ist. Insofern ergibt sich zwischen zwei benachbarten Nutabschnitten desselben Wicklungsdrahts ein Versatz um zwei Radialpositionen. Hierdurch wird es möglich, dass eine gegenüber der ersten Radialposition um eine Radialposition versetzte Zwischen-Radialposition durch einen anderen Nutabschnitt desselben Wicklungsdrahts belegt werden kann, beispielsweise durch einen Nutabschnitt desselben Wicklungsdrahts belegt wird, welcher mit den ersten und zweiten Nutabschnitten mittelbar über den Umkehrpunkt verbunden ist, sofern dieser vorhanden ist.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn ein dritter Nutabschnitt in der ersten Nut in einer dritten Radialposition angeordnet ist, die gegenüber der ersten Radialposition um eine Radialposition versetzt ist, und ein mit dem dritten Nutabschnitt über einen zweiten
Endabschnitt unmittelbar verbundener vierter Nutabschnitt in der zweiten Nut in einer vierten Radialposition angeordnet ist, welche identisch zu der dritten Radialposition ist. Durch eine derartige Belegung der Radialpositionen wird es möglich, ein kollisionsfreies Vorbeilaufen eines Hinlauf-Abschnitts des Wicklungsdrahts bis zu dem Umkehrpunkt und eines Rücklauf- Abschnitts des Wicklungsdrahts zu ermöglichen, sofern eine Umkehrwicklung vorgesehen ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein mit dem zweiten
Nutabschnitt über einen zweiten Endabschnitt unmittelbar verbundener, fünfter Nutabschnitt in einer dritten Nut in einer fünften Radialposition angeordnet ist, die identisch mit der zweiten Radialposition ist. Insofern ergibt sich zwischen dem ersten und zweiten
Nutabschnitt desselben Wicklungsdrahts zunächst ein Versatz um zwei Radialpositionen und zwischen dem zweiten und fünften Nutabschnitt kein Versatz. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein mit dem fünften Nutabschnitt über einen ersten Endabschnitt unmittelbar verbundener, sechster Nutabschnitt in einer vierten Nut in einer sechsten Radialposition angeordnet ist, welche gegenüber der zweiten bzw. fünften Radialposition um zwei
Radialpositionen versetzt ist. Insofern ergibt sich zwischen dem ersten und zweiten
Nutabschnitt desselben Wicklungsdrahts zunächst ein Versatz um zwei Radialpositionen, zwischen dem zweiten und fünften Nutabschnitt kein Versatz und zwischen dem fünften und sechsten Nutabschnitt ein Versatz um zwei Radialpositionen.
Eine alternative, vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein erster Nutabschnitt in einer ersten Nut in einer ersten Radialposition angeordnet ist, ein mit dem ersten Nutabschnitt über einen zweiten Endabschnitt unmittelbar verbundener zweiter Nutabschnitt in einer zweiten Nut in einer zweiten Radialposition angeordnet ist, welche gegenüber der ersten Radialposition um zwei Radialpositionen versetzt ist, ein dritter Nutabschnitt in der ersten Nut in einer dritten Radialposition angeordnet ist, die gegenüber der ersten Radialposition um eine Radialposition versetzt ist, und ein mit dem dritten Nutabschnitt über einen ersten Endabschnitt unmittelbar verbundener vierter Nutabschnitt in der zweiten Nut in einer vierten Radialposition angeordnet ist, welche identisch zu der dritten Radialposition ist.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn ein mit dem zweiten Nutabschnitt über einen ersten Endabschnitt unmittelbar verbundener, fünfter Nutabschnitt in einer dritten Nut in einer fünften Radialposition angeordnet ist, die identisch mit der zweiten Radialposition ist. Wie zuvor bereits im Zusammenhang mit der ersten Alternative erörtert, ergibt sich insofern zwischen dem ersten und zweiten Nutabschnitt desselben Wicklungsdrahts zunächst ein Versatz um zwei Radialpositionen und zwischen dem zweiten und fünften Nutabschnitt kein Versatz. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein mit dem fünften Nutabschnitt über einen zweiten Endabschnitt unmittelbar verbundener, sechster Nutabschnitt in einer vierten Nut in einer sechsten Radialposition angeordnet ist, welche gegenüber der zweiten bzw. fünften
Radialposition um zwei Radialpositionen versetzt ist. Insofern ergibt sich zwischen dem ersten und zweiten Nutabschnitt desselben Wicklungsdrahts zunächst ein Versatz um zwei Radialpositionen, zwischen dem zweiten und fünften Nutabschnitt kein Versatz und zwischen dem fünften und sechsten Nutabschnitt ein Versatz um zwei Radialpositionen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Wicklungsleiter zwei Anschlussabschnitte aufweist, die entweder beide auf der ersten Längsseite oder beide auf der zweiten Längsseite angeordnet sind. Über die
Anschlussabschnitte kann der Wicklungsleiter der Wicklungseinheit kontaktiert werden. Die Anordnung der Anschlussabschnitte auf derselben Seite erleichtert das Kontaktieren der Anschlussabschnitte, insbesondere das Kontaktieren von Anschlussabschnitten einer ersten bandförmigen Wicklungseinheit mit einer zweiten bandförmigen Wicklungseinheit.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Anschlussabschnitte entweder beide in der ersten Lage oder beide in der zweiten Lage angeordnet sind. Durch eine Anordnung der Anschlussabschnitte in derselben Lage, wird es möglich, dass die Anschlussabschnitte bei Anordnung der Wicklungseinheit in einem Statorkern, alle radial außenliegend angeordnet werden können. Hierdurch kann der Aufwand zum Kontaktieren der Anschlussabschnitte verringert werden. Alternativ können die Anschlussabschnitte alle radial innenliegend in dem Statorkern angeordnet werden. Weiter alternativ ist es möglich, dass ein erster der beiden Anschlussabschnitte in der ersten Lage und ein zweiter der beiden Anschlussabschnitte in der zweiten Lage angeordnet ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wicklungseinheit einen oder mehrere weitere Wicklungsleiter umfasst, die identisch zu dem ersten und zweiten Wicklungsleiter ausgebildet und derart versetzt angeordnet sind, dass der erste, zweite und die weiteren Wicklungsleiter in denselben ersten und zweiten Lage der Wicklungseinheit angeordnet sind und dass deren Nutabschnitte im Abstand der Nuten des Stators zueinander angeordnet sind. Die Nutabschnitte der weiteren Wicklungsleiter sind gegenüber den Nutabschnitten des ersten und zweiten Wicklungsleiters versetzt angeordnet. Somit kann eine Wicklungseinheit mit mehreren Wicklungsdrähten erhalten werden, die eine geringe Dicke von nur zwei Lagen aufweist. Eine solche Wicklungseinheit mit mehreren Wicklungsdrähten soll nachfolgend auch als Wicklungsmatte bezeichnet werden. Die Nutabschnitte der Wicklungsleiter einer solchen Wicklungsmatte liegen, von den im
Randbereich angeordneten Nutabschnitten abgesehen, paarweise aufeinander und weisen lateral einen Abstand zueinander auf, der dem Abstand der Statornuten entspricht. Die Wicklungsdrähte der Wicklungseinheit können wahlweise seriell oder parallel miteinander verschaltet werden. Hierzu werden bevorzugt die Anschlussabschnitte des ersten
Wicklungsleiters, des zweiten Wicklungsleiters und der einen oder mehreren weiteren Wicklungsleiter in geeigneter Weise miteinander verbunden. Beispielsweise können der erste und zweite Wicklungsleiter wie zuvor beschrieben zu einer Umkehrwicklung an einem Umkehrpunkt miteinander verbunden werden. Unter Verwendung von 16 weiteren
Wicklungsleitern, von denen immer zwei zu einer Umkehrwicklung verbunden werden, lässt sich eine Wicklungsmatte mit insgesamt 9 Umkehrwicklungen erzeugen, die mit einem Versatz in Längsrichtung um jeweils eine Nutteilung zueinander angeordnet werden können. Als Konsequenz verteilen sich sämtliche Wicklungsleiter auch hier auf besagte erste und zweite Lage der Wicklungseinheit.
Selbstverständlich lassen sich aber die verschiedenen Wicklungsleiter auch ohne eine paarweise Verbindung an einem Umkehrpunkt zu einer Wicklungsmatte verschalten. Hier sind verschiedene Konfigurationen durch Reihen- und/oder Parallelschaltungen denkbar, um eine Wicklungsmatte an die betrieblichen Anforderungen einer elektrischen Maschine optimal anzupassen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Stator mindestens eine weitere
Wicklungseinheit, die identisch zu der zuvor beschriebenen Wicklungseinheit ausgebildet ist und gegenüber dieser in Umfangsrichtung des Stators versetzt angeordnet ist. Die
Wicklungseinheit und die weitere Wicklungseinheit bilden somit zwei Wicklungsmatten. Eine der Wicklungsmatten setzt an einer ersten Nut am Innenumfang des Stators an während die andere Wicklungsmatte an einer zweiten Nut am Innenumfang des Stators ansetzt, wobei die ersten Nut und die zweiten Nut verschieden sind. Wenn nun beispielsweise die erste Wicklungsmatte über die zweite Nut geführt wird, wird diese zweite Nut sowohl mit zwei Leitern der ersten Wicklungsmatte als auch mit zwei Leitern der zweiten Wicklungsmatte belegt. Mit anderen Worten ist bei einer derartigen Ausgestaltung ein am äußeren Rand der weiteren Wicklungseinheit angeordneter Nutabschnitt in der zweiten Nut angeordnet ist und ein mit dem am äußeren Rand der weiteren Wicklungseinheit über einen ersten oder zweiten gekrümmten Endabschnitt verbundener weiterer Nutabschnitt der weiteren Wicklungseinheit in der dritten Nut angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass ein erster Nutabschnitt der ersten Wicklungsmatte in einer ersten Nut in einer ersten Radialposition angeordnet ist und ein mit dem ersten Nutabschnitt unmittelbar über einen ersten Endabschnitt verbundener zweiter Nutabschnitt in der zweiten Nut in einer zweiten Radialposition angeordnet ist, welche gegenüber der ersten Radialposition um zwei Radialpositionen versetzt ist. Hierbei wird ein dritter Nutabschnitt der ersten Wicklungsmatte in der ersten Nut in einer dritten
Radialposition angeordnet sein, die gegenüber der ersten Radialposition um eine
Radialposition versetzt ist, und ein mit dem dritten Nutabschnitt über einen zweiten
Endabschnitt unmittelbar verbundener vierter Nutabschnitt in der zweiten Nut in einer vierten Radialposition angeordnet sein, welche identisch zu der dritten Radialposition ist. Ferner wird die Aufgabe durch Ein Wickelverfahren für einen Stator einer elektrischen Maschine gelöst, bei dem folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
Zunächst wird zumindest eine erste und eine zweite Wicklungseinheit erzeugt, die jeweils mindestens einen ersten und einen zweiten Wicklungsleiter aufweisen. Die Erzeugung geschieht derart, dass der erste und zweite Wicklungsleiter in einer ersten und einer zweiten Lage der jeweiligen Wicklungseinheit geführt ist. Die Wicklungsleiter werden derart gestaltet, dass sie jeweils mehrere gerade in einer Querrichtung der Wicklungseinheit verlaufende Nutabschnitte aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind. Ferner werden mehrere erste gekrümmte Endabschnitte erzeugt, die jeweils zwei Nutabschnitte des zugehörigen Wicklungsleiters miteinander verbinden und auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet sind. Zusätzlich werden mehrere zweite gekrümmte Endabschnitte erzeugt, die jeweils zwei Nutabschnitte des zugehörigen Wicklungsleiters miteinander verbinden und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden zweiten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet sind.
Die Nutabschnitte der ersten Wicklungseinheit werden in mehreren in einer Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Nuten eines Statorkerns angeordnet. Auch die Nutabschnitte der zweiten Wicklungseinheit werden in mehreren in einer Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Nuten des Statorkerns angeordnet. Dies geschieht derart, dass die zweite Wicklungseinheit gegenüber der ersten Wicklungseinheit mit einem Versatz in
Umfangsrichtung im Inneren des Stators zu liegen kommt und Nutabschnitte der ersten und zweiten Wicklungseinheit in gleichen Nuten angeordnet sind. Dieser Versatz kann derart gestaltet sein, dass innerhalb jeder der bandförmigen Wicklungseinheiten ein erster
Nutabschnitt in einer ersten Nut in einer ersten Radialposition angeordnet ist und ein mit dem ersten Nutabschnitt über einen ersten Endabschnitt unmittelbar verbundener zweiter Nutabschnitt in einer zweiten Nut in einer zweiten Radialposition angeordnet ist, welche gegenüber der ersten Radialposition um zwei Radialpositionen versetzt ist.
Zum Einbringen der ersten und zweiten Wicklungseinheit in einen im wesentlichen zylinderförmigen Stator kann es zweckmäßig sein, die erste und zweite Wicklungseinheit in Umfangsrichtung versetzt zueinander auf einen zylinderförmigen Übertragungsdorn aufzubringen. Dieser Übertragungsdorn kann axial in den vom Statorkern umschlossenen Innenraum verschoben werden. Im Anschluss können die Wicklungseinheiten radial nach außen vom Übertragungsdorn in die Nuten des Statorkerns expandiert werden. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Hierin zeigt:
Fig. 1 eine bandförmige Wicklungseinheit gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 2 die Wicklungseinheit gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht;
Fig. 3 eine bandförmige Wicklungseinheit gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 4 die Wicklungseinheit gemäß Fig. 3 in einer Aufsicht auf eine Längsseite;
Fig. 5 die Wicklungseinheit gemäß Fig. 3 in einer Seitenansicht;
Fig. 6 eine bandförmige Wicklungseinheit gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 7 die Wicklungseinheit gemäß Fig. 6 in einer Aufsicht auf eine Längsseite;
Fig. 8 die Wicklungseinheit gemäß Fig. 6 in einer Seitenansicht;
Fig. 9 ein Stator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer bandförmigen Wicklungseinheit gemäß Fig. 3 in einer schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 10 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Anordnung der Wicklungseinheit gemäß Fig. 3 in dem Stator gemäß Fig. 9;
Fig. 11 eine Statorwicklung in einem Schaltbild;
Fig. 12a und b die Wicklungseinheit gemäß Fig. 3 zur Veranschaulichung der Anordnung in einem Statorkern in einer perspektivischen Darstellung und einer Aufsicht auf eine Längsseite bzw. Stirnseite;
Fig. 13a und b eine Wicklungseinheit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zur
Veranschaulichung der Anordnung in einem Statorkern in einer perspektivischen Darstellung und einer Aufsicht auf eine Längsseite bzw.
Stirnseite;
Fig. 14a und b eine Wicklungseinheit gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel zur
Veranschaulichung der Anordnung in einem Statorkern in einer perspektivischen Darstellung und einer Aufsicht auf eine Längsseite bzw. Stirnseite;
Fig. 15a und b ein Teil einer Statorwicklung zur Veranschaulichung der Anordnung in einem Statorkern in einer perspektivischen Darstellung und einer Aufsicht auf eine Längsseite bzw. Stirnseite;
Fig. 16a und b eine Statorwicklung zur Veranschaulichung der Anordnung in einem
Statorkern in einer perspektivischen Darstellung und einer Aufsicht auf eine Längsseite bzw. Stirnseite,
Fig. 17 einen Stator einer elektrischen Maschine mit vier bandförmigen
Wicklungseinheiten,
Fig. 18 einen Stator einer elektrischen Maschine mit zwei bandförmigen
Wicklungseinheiten,
Fig. 19 einen Stator einer elektrischen Maschine mit zwei bandförmigen
Wicklungseinheiten, die jeweils als Umkehrwicklung ausgebildet sind,
Fig. 20 einen weiteren Stator einer elektrischen Maschine mit vier bandförmigen
Wicklungseinheiten,
Fig. 21 bis 23 Verfahrensschritte zur Erzeugung einer spiralförmigen Wicklung aus zwei bandförmigen Wicklungseinheiten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 24 einen Verfahrenschritt zum Übertragen der spiralförmigen Wicklung in die
Nuten eines Stators.
In der Fig. 1 und 2 ist eine bandförmige Wicklungseinheit 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem ersten und einem zweiten 2, 2‘ dargestellt, die in einer ersten Lage L1 und einer zweiten Lage L2 der Wicklungseinheit 1 geführt sind. Anfang und Ende der beiden Wicklungsleiter 2, 2‘ sind jeweils zur Orientierung mit einem Pfeil gekennzeichnet. Beide Wicklungsleiter 2, 2‘ der Wicklungseinheit 1 umfassen mehrere gerade in einer Querrichtung Q der Wicklungseinheit 1 verlaufende Nutabschnitte 3, die zueinander parallel angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Nutabschnitten 3 der Wicklungsleiter 2, 2‘ ist derart bemessen, dass benachbarte Nutabschnitte 3 in verschiedene Statornuten eines Statorkerns einer elektrischen Maschine eingebracht werden können. Die Nutabschnitte 3 sind über Endabschnitte 5, 6 miteinander verbunden, die in einem Zustand, in welchem die Nutabschnitte 3 der Wicklungseinheit 1 in die Statornuten eines Statorkern eingebracht sind, stirnseitig aus dem Statorkern herausstehen.
Die Nutabschnitte 3 sind auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit 1 über mehrere erste gekrümmte Endabschnitte 5 miteinander verbunden. Dabei verbinden die ersten gekrümmten Endabschnitte 5 jeweils einen ersten Nutabschnitt 3 in der ersten Lage L1 und einen zweiten Nutabschnitt 3 in der zweiten Lage L2 der jeweiligen Wicklungsleiter 2, 2‘ miteinander. Insofern wird durch die ersten Endabschnitte 5 jeweils ein Lagenwechsel des zugehörigen Wicklungsleiters 2, 2‘ ermöglicht. Auf einer der ersten Längsseite
gegenüberliegenden zweiten Längsseite der Wicklungseinheit 1 sind mehrere zweite gekrümmte Endabschnitte 6 vorgesehen, die jeweils zwei Nutabschnitte 3 miteinander verbinden und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden, zweiten Längsseite der Wicklungseinheit 1 angeordnet sind. Alle zweiten gekrümmte Endabschnitte 6 verbinden jeweils einen ersten Nutabschnitt 3 in der ersten Lage L1 und einen zweiten Nutabschnitt 3 in der zweiten Lage L2 des zugehörigen Wicklungsleiter 2, 2‘ miteinander. Zwischen den beiden Wicklungsleitern 2, 2‘ ist innerhalb der Wicklungseinheit zunächst keine galvanische Verbindung vorgesehen. Leiteranfang und Leiterende der Wicklungsleiter 2, 2‘ stehen für eine beliebige Verschaltung insbesondere nach dem Einfügen einer vollständigen
Wicklungsmatte zur Verfügung. So ist beispielsweise eine Reihenschaltung oder
Parallelschaltung der Wicklungsleiter 2, 2‘ denkbar.
In der Fig. 3, 4 und 5 ist eine bandförmige Wicklungseinheit V gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die beiden Wicklungsleiter 2, 2‘ an einem Umkehrpunkt über einen dritten gekrümmten Endabschnitt 6‘ miteinander verbunden werden. Auf diese Art und Weise entsteht eine sogenannte Umkehrwicklung. Die
Wicklungsleiter 2, 2‘ sind auch hier in einer ersten Lage L1 und einer zweiten Lage L2 der Wicklungseinheit V geführt ist, wie in Fig. 4 gut zu erkennen ist. Die Wicklungseinheit V umfasst wiederum mehrere gerade in einer Querrichtung Q der Wicklungseinheit 1 verlaufende Nutabschnitte 3, die zueinander parallel angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Nutabschnitten 3 der Wicklungsleiter 2, 2‘ ist derart bemessen, dass benachbarte Nutabschnitte 3 in verschiedene Statornuten eines Statorkerns einer elektrischen Maschine eingebracht werden können. Die Nutabschnitte 3 sind über Endabschnitte 5, 6, 6‘ miteinander verbunden, die in einem Zustand, in welchem die Nutabschnitte 3 der
Wicklungseinheit 1 in die Statornuten eines Statorkern eingebracht sind stirnseitig aus dem Statorkern herausstehen.
Die Nutabschnitte 3 sind auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit V über mehrere erste gekrümmte Endabschnitte 5 miteinander verbunden. Dabei verbinden die ersten gekrümmten Endabschnitte 5 jeweils einen ersten Nutabschnitt 3 in der ersten Lage L1 und einen zweiten Nutabschnitt 3 in der zweiten Lage L2 miteinander. Insofern wird durch die ersten Endabschnitt 5 jeweils ein Lagenwechsel der jeweiligen Wicklungsleiter 2, 2‘, die die Umkehrwicklung bilden, ermöglicht. Auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden zweiten Längsseite der Wicklungseinheit V sind mehrere zweite gekrümmte Endabschnitte 6, 6‘ vorgesehen, die jeweils zwei Nutabschnitte 3 miteinander verbinden und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden, zweiten Längsseite der Wicklungseinheit V angeordnet sind. Genau ein zweiter gekrümmter Endabschnitt 6‘ ist dabei zur Bildung eines Umkehrpunkts des aus den Wicklungsleitern 2, 2‘ gebildeten Wicklungsleiters derart ausgestaltet, dass er zwei Nutabschnitte 3 in der zweiten Lage L2 miteinander verbindet, von denen einer dem ersten Wicklungsleiter 2 zugeordnet ist und einer dem zweiten
Wicklungsleiter 2‘ zugeordnet ist. Alle übrigen zweiten gekrümmte Endabschnitte 6 verbinden hingegen jeweils einen ersten Nutabschnitt 3 in der ersten Lage L1 und einen zweiten Nutabschnitt 3 in der zweiten Lage L2 des ersten Wicklungsleiters 2 oder des zweiten Wicklungsleiters 2‘ miteinander.
Gemäß einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels kann vorgesehen sein, dass der zur Bildung des Umkehrpunkts vorgesehene eine zweite gekrümmte Endabschnitt 6‘ zwei Nutabschnitte in der ersten Lage miteinander verbindet.
Die bandförmige Wicklungseinheit V weist somit einen aus zwei Wicklungsleitern 2, 2‘ gebildeten hin- und rückläufigen Leiter auf, der ausgehend von einem ersten
Anschlussabschnitt 4 bis zu dem Umkehrpunkt einen wellenförmigen Verlauf beschreibt. Der Leiter kehrt am Umkehrpunkt um und beschreibt dann ausgehend von dem Umkehrpunkt bis zu einem zweiten Anschlussabschnitt 4 wiederum einen wellenförmigen Verlauf.
Die gekrümmten Endabschnitte 5, 6, 6‘ der Wicklungseinheit V bewirken eine Umkehr des Leiters um im Wesentlichen 180°. Die gekrümmten Endabschnitte 5, 6, 6’umfassen jeweils einen ersten im Wesentlichen geraden Teilabschnitt 7 und einen zweiten im Wesentlichen geraden Teilabschnitt 8 umfassen, die über einen Biegepunkt 9 miteinander verbunden sind.
Die Wicklungsleiter 2, 2‘ umfassen ferner zwei Anschlussabschnitte 4, über welche die so gebildete Umkehrwicklung kontaktiert werden kann. Die Anschlussabschnitte 4 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel beide auf der zweiten Längsseite der Wicklungseinheit 1 angeordnet und beide in derselben - hier der ersten Lage L1 der Wicklungseinheit 1 vorgesehen.
Die Darstellungen in Fig. 6, 7 und 8 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer
bandförmigen Wicklungseinheit 1“, die sich von der Wicklungseinheit T gemäß der zweiten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass diese zusätzlich zu dem ersten und zweiten Wicklungsleiter 2, 2‘ mehrere weitere Wicklungsleiter 2“ umfasst. Auch hier bilden wiederum der erste und der zweite Wicklungsleiter 2, 2‘ eine Umkehrwicklung. In identischer Weise wird aus zwei weiteren Wicklungsleitern 2“ eine weitere Umkehrwicklung gebildet.
Die weitere Umkehrwicklung ist demnach identisch zu der Umkehrwicklung ausgebildet, die aus dem ersten und zweiten Wicklungsleiter gebildet ist. Sie ist derart versetzt angeordnet, dass die Wicklungsleiter 2, 2‘ der Umkehrwicklung und die Wicklungsleiter 2“ der weiteren Umkehrwicklung in derselben ersten Lage L1 und derselben zweiten Lage L2 der
Wicklungseinheit 1“ angeordnet sind. Insofern bildet die Wicklungseinheit 1“ eine
Wicklungsmatte mit mehreren Wicklungsleitern 2, 2‘, 2“ die über eine Vielzahl an
Anschlussabschnitten 4 kontaktiert werden können. Die Nutabschnitte dieser Wicklungsleiter 2, 2‘, 2“ sind im Abstand der Nutteilung in laterale Richtung angeordnet.
Anhand der Darstellungen in Fig. 9 und 10 soll nachfolgend eine spiralförmige Anordnung einer bandförmigen Wicklungseinheit T gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Statorkern 11 eines Stators 10 erläutert werden. Die Figuren veranschauliche, wie die zuvor beschriebenen Lagen der Nutabschnitte in einer bandförmigen Wicklungseinheit, die auf einer horizontalen Ebene angeordnet ist und sich vertikal über diese erstreckt, in
Radialpositionen innerhalb der Statornuten überführt werden. Stator 10 und Statorkern 11 sind in Fig. 9 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich schematisch angedeutet. Die in radialer Richtung verlaufenden Striche entsprechen den einzelnen Nuten des Statorkerns 11 , die in Umfangsrichtung des Statorkerns 11 beabstandet vorgesehen sind. Die Statornuten weisen in radialer Richtung eine Tiefe auf, welche es erlaubt, die Wicklungseinheit T in einer von acht verschiedenen Radialpositionen anzuordnen. Fig. 10 zeigt schematisch die acht verschiedenen Radialpositionen RP über zehn verschiedenen Nuten N, in denen die Nutabschnitte der Wicklungsleiter 2, 2‘ angeordnet sind. Die Nutabschnitte 3 des ersten Wicklungsleiters 2 im Bereich zwischen einem ersten Anschlussabschnitt 4 (Hinlauf) und dem Umkehrpunkt sind mit dem Bezugszeichen A markiert, während die Nutabschnitte 3 des zweiten Wicklungsleiters 2‘ im Bereich zwischen dem Umkehrpunkt und einem zweiten Anschlussabschnitt 4 (Rücklauf) mit dem Bezugszeichen B markiert sind. Es ist erkennbar, dass die beiden Bereiche der aus den Wicklungsleitern 2, 2‘ gebildeten Umkehrwicklung, also der Hinlauf und der Rücklauf, auf zwei Lagen der Wicklungseinheit 1 ineinander verwoben sind. Die beiden Lagen erstrecken sich aufgrund der spiralförmigen Anordnung der Wicklungseinheit V nunmehr über acht Radialpositionen der Nuten N.
Es ist erkennbar, dass ein erster Nutabschnitt 3, A in einer ersten Nut N=10 in einer ersten Radialposition RP=1 angeordnet ist und ein mit dem ersten Nutabschnitt 3, A über einen ersten Endabschnitt 5 unmittelbar verbundener zweiter Nutabschnitt 3, A in einer zweiten Nut N=19 in einer zweiten Radialposition RP= 3 angeordnet ist, welche gegenüber der ersten Radialposition RP=1 um zwei Radialpositionen versetzt ist. Ein dritter Nutabschnitt 3, B ist in der ersten Nut N=10 in einer dritten Radialposition RP=2 angeordnet, die gegenüber der ersten Radialposition RP=1 um eine Radialposition versetzt ist, und ein mit dem dritten Nutabschnitt 3, B über einen zweiten Endabschnitt 6 unmittelbar verbundener vierter Nutabschnitt 3, B ist in der zweiten Nut N=19 ist in einer vierten Radialposition RP=2 angeordnet, welche identisch zu der dritten Radialposition RP=2 ist. Ferner ist ein mit dem zweiten Nutabschnitt 3, A über einen zweiten Endabschnitt 6 unmittelbar verbundener, fünfter Nutabschnitt 3, A in einer dritten Nut N=28 in einer fünften Radialposition RP=3 angeordnet, die identisch mit der zweiten Radialposition RP=3 ist. Dieses Schema setzt sich fort, bis der Umkehrpunkt erreicht ist: Ein mit dem fünften Nutabschnitt 3, A über einen ersten Endabschnitt 5 verbundener sechster Nutabschnitt 3, A ist in einer vierten Nut N=37 in einer sechsten Radialposition RP=5 angeordnet, welche um zwei Radialpositionen gegenüber der fünften Radialposition RP=3 versetzt ist. Ein mit dem sechsten Nutabschnitt 3, A über einen zweiten Endabschnitt 6 unmittelbar verbundener, siebter Nutabschnitt 3, A in einer fünften Nut N=46 ist in einer siebten Radialposition RP=5 angeordnet, die identisch mit der sechsten Radialposition RP=5 ist. Ein mit dem siebten Nutabschnitt 3, A über einen ersten Endabschnitt 5 verbundener achter Nutabschnitt 3, A ist in einer sechsten Nut N=55 in einer achten Radialposition RP=7 angeordnet, welche um zwei Radialpositionen gegenüber der der siebten Radialposition RP=5 versetzt ist. Ein mit dem achten Nutabschnitt 3, A über einen zweiten Endabschnitt 6 unmittelbar verbundener, neunter Nutabschnitt 3, A in einer siebten Nut N=64 ist in einer neunten Radialposition RP=7 angeordnet, die identisch mit der achten Radialposition RP=7 ist. Schließlich verbindet ein erster Endabschnitt 5 den neunten Nutabschnitt 3, A in der siebten Nut N=64 mit einem zehnten Nutabschnitt 3, A in einer achten Nut N=73. Ein zweiter Endabschnitt 6‘ verbindet den zehnten Nutabschnitt 3, A mit einem elften Nutabschnitt 3, B in der siebten Nut N=73, wobei der elfte Nutabschnitt 3, B eine Radialposition RP=8 aufweist, die identisch mit der Radialposition N=8 des zehnten Nutabschnitts 3, A ist.
Die Darstellung in Fig. 11 zeigt beispielhaft einen Aufbau einer Statorwicklung 20 aus mehreren bandförmigen Wicklungseinheiten, wobei die in Fig. 9 und 10 gezeigte
Wicklungseinheit mit dem Bezugszeichen U1-1 bezeichnet ist.
In Fig. 12a und 12b ist nochmals die bandförmige Wicklungseinheit T gemäß Fig. 3 gezeigt, wobei die Wicklungseinheit 1‘ spiralförmig angeordnet ist, um die Anordnung der
Wicklungseinheit T in den einem hier nicht gezeigten Statorkern zu veranschaulichen. Fig. 12a zeigt eine perspektivische Darstellung und Fig. 12b eine Aufsicht auf eine Längsseite bzw. Stirnseite des Stators. Die bandförmige Wicklungseinheit T weist zwei
Anschlussbereiche 4 auf, die um einen Abstand beabstandet sind, der im Wesentlichen dem Abstand der Nutbereiche 3 der Wicklungsleiter 2, 2‘ entspricht.
In Fig. 13a und 13b ist eine Abwandlung der bandförmige Wicklungseinheit 1‘ gemäß Fig. 3 dargestellt, wobei die Wicklungseinheit 1‘“spiralförmig angeordnet ist, um die Anordnung der Wicklungseinheit in den einem hier nicht gezeigten Statorkern zu veranschaulichen. Fig. 13a zeigt eine perspektivische Darstellung und Fig. 13b eine Aufsicht auf eine Längsseite bzw. Stirnseite des Stators. Im Gegensatz zu Fig. 12a und Fig. 12b weist die bandförmige
Wicklungseinheit T“ zwei Anschlussbereiche 4 auf, die um einen Abstand beabstandet sind, der kleiner ist als der Abstand der Nutbereiche 3 der Wicklungsleiter 2, 2‘.
In Fig. 14a und 14b ist eine Wicklungseinheit 1““ gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt. Fig. 14a zeigt eine perspektivische Darstellung und Fig. 14b eine Aufsicht auf eine Längsseite bzw. Stirnseite des Stators. Diese Wicklungseinheit umfasst eine
Wicklungseinheit T gemäß Fig. 12a und zwei Wicklungseinheiten V“ gemäß Fig. 13a, die jeweils versetzt angeordnet sind, so dass eine Wicklungseinheit 1““ mit zwei Lagen erhalten wird. Die Anschlussabschnitte 4 der einzelnen Wicklungseinheiten 1‘, T“ sind derart verbunden, dass eine Serienschaltung der drei Wicklungseinheiten 1‘, V“ erhalten wird. Die Wicklungseinheit 1““ entspricht einer Phase des Stators nach Fig. 11.
Die Darstellung in Fig. 15a und 15b zeigt einen Teil 21 einer Statorwicklung 20 zur
Veranschaulichung der Anordnung in einem Statorkern. Fig. 15a zeigt eine perspektivische Darstellung und Fig. 15b eine Aufsicht auf eine Längsseite bzw. Stirnseite des Stators. Der Teil 21 umfasst die jeweils versetzt angeordneten Wicklungseinheiten 1““ gemäß Fig. 14a.
In Fig. 16a und 16b ist schließlich die Statorwicklung 20 gemäß Fig. 11 dargestellt. Fig. 16a zeigt eine perspektivische Darstellung und Fig. 16b eine Aufsicht auf eine Längsseite bzw. Stirnseite des Stators. Die Statorwicklung 20 umfasst fünf identische Teile 21 gemäß Fig. 15a, die jeweils um 72° versetzt angeordnet sind.
In den Figuren 17-20 sind weitere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, bei denen zum Teil auf die Bildung eines Umkehrpunktes zwischen zwei Wicklungsleitern verzichtet wird. Dies hat gegenüber einer Ausführung mit Umkehrpunkt den Vorteil, dass die
Möglichkeit paralleler Verschaltungen vergrößert wird. Für die spiralförmige Anordnung können bei einer Umkehrwicklung mehrere Wicklungseinheiten verwendet werden, die gleichmäßig über den Umfang in unmittelbar verbundenen Nutabschnitten eingelegt sind. Dies führt ebenfalls zu Einschränkungen in den Verschaltungsmöglichkeiten. Es können nur genau die Anzahl von Polzahl/2 Wicklungseinheiten verwendet werden.
Besonders bei leistungsstärkeren Maschinen (> 200kW) müssen vermehrt parallele
Verschaltungen der Wicklungseinheiten durchgeführt werden. Wenn statt dem Umkehrpunkt ein Drahtende erzeugt wird, besteht die Möglichkeit, diesen zusätzlich zur Verschaltung zu nutzen.
Wenn die einzelnen Wicklungseinheiten gleichmäßig über den Umfang des Stators verteilt sind, ist die Zahl der parallelen Zweige festgelegt. Es ist daher wünschenswert, auch eine Anzahl von parallelen Zweigen erzeugen zu können, deren Anzahl von Wicklungseinheiten kleiner ist als bei gleichmäßiger Verteilung.
Wenn der Umkehrpunkt entfällt, können die freiwerdenden Drahtenden als zusätzlicher Verschaltungspunkt für parallele Verschaltungen verwendet werden. Bei Verwendung der spiralförmigen Anordnung der einzelnen Wicklungseinheiten gemäß Fig. 9 kann wieder eine symmetrische Wicklung erzeugt werden.
Eine variable Anzahl von Wicklungseinheiten wird erzeugt, indem eine kleinere Anzahl von einzelnen Wicklungseinheiten als Polzahl/2 in den Stator eingelegt wird. Dabei weisen die Nuten in einzelnen Polbereiche keine Drahtanfänge auf. Hier wird der Nutgrund durch die in den vorhergehenden Nutabschnitten eingelegten Wicklungseinheiten aufgefüllt. Dadurch wird eine wesentlich größere Anzahl von Verschaltungsmöglichkeiten erzeugt, was dazu führt, dass die elektrische Maschine gegebenenfalls besser an die Spannungsverhältnisse angepasst werden kann.
Im Folgenden werden die in den Figuren 17-20 dargestellten Ausführungsformen eines Stators mit bandförmigen Wicklungseinheiten.
In den Figuren 17-20 sind die jeweiligen Drahtanfänge und Drahtenden der bandförmigen Wicklungseinheiten mit einheitlichen Bezugszeichen versehen. So wird in jedem der Ausführungsbeispiele der Drahtanfang eines ersten Leiters mit dem Bezugszeichen 30 versehen und dessen Drahtende mit dem Bezugszeichen 31. Der Drahtanfang eines zweiten Leiters wird mit dem Bezugszeichen 32 gekennzeichnet, während dessen Ende mit dem Bezugszeichen 33 referenziert ist. Der Drahtanfang eines dritten Leiters trägt das
Bezugszeichen 34, während dessen Drahtende das Bezugszeichen 35 trägt. Der
Drahtanfang eines vierten Leiters ist mit dem Bezugszeichen 36 versehen. Das Drahtende des vierten Leiters trägt das Bezugszeichen 37. Der Drahtanfang eines fünften Leiters ist durch das Bezugszeichen 38 gekennzeichnet. Das Drahtende des fünften Leiters ist mit dem Bezugszeichen 39 gekennzeichnet. Der Drahtanfang des sechsten Leiters ist mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet. Das Drahtende des sechsten Leiters ist mit dem
Bezugszeichen 41 gekennzeichnet. Der Drahtanfang eines siebten Leiters ist mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichnet. Das Drahtende des siebten Leiters ist mit dem
Bezugszeichen 43 gekennzeichnet. Der Drahtanfang eines achten Leiters ist mit dem Bezugszeichen 44 gekennzeichnet. Das Drahtende des achten Leiters trägt das
Bezugszeichen 45.
Fig. 17 zeigt einen Stator 10 einer elektrischen Maschine mit einem Startorkern 11 und vier bandförmigen Wicklungseinheiten, die Nuten des Statorkerns eingelegt sind. Die Wicklung ist für einen Stator mit 72 Nuten und 8 Polen mit jeweils 6 Leitern in der Nut ausgelegt. Die Lochzahl beträgt demnach 3. Der Übersicht halber werden nur die Leiter von einer Nut pro Pol dargestellt. Eine erste Wicklungseinheit umfasst einen ersten Leiter mit dem Drahtanfang 30 und Drahtende 31 sowie einen zweiten Leiter mit dem Drahtanfang 32 und dem
Drahtende 33. In einer ersten Nut 50 befindet sich ein Nutabschnitt des zweiten Leiters in einer ersten Radialposition, die am Nutgrund angeordnet ist. Mit diesem Nutabschnitt ist auch der Drahtanfang 32 des zweiten Leiters verbunden. In radialer Richtung benachbart zu diesem Nutabschnitt befindet sich ein Nutabschnitt des ersten Leiters. Relativ zueinander betrachtet befindet sich der Nutabschnitt des ersten Leiters in einer ersten Lage, die oberhalb des Nutabschnitts des zweiten Leiters angeordnet ist (im Folgenden zweite Lage). Hierbei ist mit einer unteren Lage eine Lage bezeichnet, die vom Nutgrund betrachtet unterhalb des jeweils anderen Leiters angeordnet ist, der sich demnach definitionsgemäß in einer oberen Lage befindet. Es ist zu erkennen, dass in einer zweiten Nut 51 der
Nutabschnitt des zweiten Leiters oberhalb des Nutabschnitts des ersten Lagers angeordnet ist. In einer dritten Nut 52 sind die Verhältnisse wiederum umgekehrt. D. h. die Lage des Nutabschnitts des ersten Leiters befindet sich wiederum über der Lage des Nutabschnitts des zweiten Leiters. Dieser Lagentausch setzt sich fort bis das Drahtende 31 des ersten Leiters erreicht ist.
Der in der ersten Nut 50 am Nutgrund positionierte Nutabschnitt des zweiten Leiters ist über einen nicht dargestellten Endabschnitt mit einem Nutabschnitt in der zweiten Nut 51 verbunden, der sich in einer Radialposition befindet, die gegenüber der Radialposition am Nutgrund in der ersten Nut 50 um zwei Radialpositionen versetzt ist. Der Nutabschnitt des zweiten Leiters in der zweiten Nut 51 ist über einen weiteren nicht dargestellten Endabschnitt mit einem Nutabschnitt in der dritten Nut 52 verbunden, dessen Radialposition dem
Nutabschnitt des zweiten Leiters in der zweiten Nut 51 entspricht. Der Nutabschnitt in der dritten Nut 52 des zweiten Leiters ist über einen nicht dargestellten Endabschnitt mit einem Nutabschnitt in einer vierten Nut 53 verbunden, der um zwei Radialpositionen von dem Nutabschnitt des zweiten Leiters in der dritten Nut 52 versetzt ist.
Einem analogen Verlauf folgen die Radialpositionen des ersten Leiters zwischen der ersten Nut 50 und einer fünften Nut 54. Von der ersten Nut 50 zur zweiten Nut 51 wird die
Radialposition der Nutabschnitte des ersten Leiters nicht verändert. Zwischen der zweiten Nut 51 und der dritten Nut 52 verändert sich hingegen die Radialposition um zwei
Radialpositionen. Von der dritten Nut 52 zu vierten Nut 53 bleibt die Radialposition abermals unverändert. Von der vierten Nut 53 zur fünften Nut 54 findet wiederum ein Versatz der Radialposition um zwei Positionen statt.
Die oben beschriebene Anordnung der Nutabschnitte der Leiter einer Wicklungseinheit in Bezug auf ihre relative Lage zueinander und in Bezug auf ihre Radialposition in den Nuten des Stators findet sich ebenso bei den weiteren Wicklungseinheiten wieder. Hierbei ist eine zweite Wicklungseinheit wiederum vereinfacht durch einen dritten Leiter mit dem
Drahtanfang 34 und dem Drahtende 35 gekennzeichnet und einen vierten Leiter mit dem Drahtanfang 36 und dem Drahtende 37. Eine dritte Wicklungseinheit umfasst einen fünften Leiter mit dem Drahtanfang 38 und dem Drahtende 39 sowie einen sechsten Leiter mit dem Drahtanfang 40 und dem Drahtende 41. Eine vierte Wicklungseinheit umfasst einen siebten Leiter mit dem Drahtanfang 41 und den Drahtende 42 sowie einen achten Leiter mit dem Drahtanfang 43 und dem Drahtende 44.
Die Wicklung besteht also aus gleichmäßig verteilten Wicklungseinheiten, die in unmittelbar verbundenen Nutabschnitten eingelegt sind. Eine Änderung gegenüber den
Ausführungsformen nach Fig. 3 - 16 besteht hier darin, dass der Umkehrpunkt entfällt und die freiwerdenden Drahtenden zur weiteren Verschaltung verwendet werden können. Die dargestellten acht Leiter können parallelgeschaltet werden. Ausgleichströme werden dabei durch den symmetrischen Aufbau vermieden.
Fig. 18 zeigt einen Stator einer elektrischen Maschine mit zwei bandförmigen
Wicklungseinheiten. Es ist eine Statorwicklungskonfiguration mit 10 Polen und Lochzahl 3 zu sehen, hier mit 90 Nuten. In den Nuten befinden sich jeweils 8 Leiter. Von den nur zwei Wicklungseinheiten werden wiederum der Übersichtlichkeit halber nur jeweils zwei Leiter mit ihren entsprechenden Drahtanfängen und Drahtenden dargestellt sind. Daher gibt es insgesamt 4 Drahtanfänge 30,32,34,36 und 4 Drahtenden 31 ,33,35,37. Insgesamt weisen also nur 4 Nuten in der Abbildung einen Drahtanfang aus. Es werden somit 4 Wicklungen parallelgeschaltet. Die restlichen Nuten werden mit den zu den Drahtanfängen gehörigen Nutabschnitten befüllt. Die Wicklungseinheiten sind asymmetrisch in den Stator eingelegt um die Drahtanfänge auf einen Segmentabschnitt des Stators zu konzentrieren. Die
Verschaltungselemente können damit örtlich konzentriert angeordnet werden, eine
Serienfertigung wird vereinfacht. Es entsteht eine leichte Asymmetrie, die nicht zwangsweise zu erhöhten Ausgleichsströmen führen muss.
Die erste Wicklungseinheit umfasst einen ersten Leiter mit dem Drahtanfang 30 und dem Drahtende 31 und einen zweiten Leiter mit dem Drahtanfang 32 und dem Drahtende 33. Die zweite Wicklungseinheit umfasst einen dritten Leiter mit dem Drahtanfang 34 und dem Drahtende 35 und einen vierten Leiter mit dem Drahtanfang 36 und dem Drahtende 37. Das Muster des Verlaufes der relativen Lagen und Radialpositionen der beteiligten Nutabschnitte, das im Zusammenhang mit Figur 17 beschrieben wurde, findet sich auch in dieser
Ausführungsform wieder. Der relative Lagenwechsel zwischen den Nutabschnitten einer bandförmigen Wicklungseinheit findet in jeder Nut statt, in der zwei Nutabschnitte derselben bandförmigen Wicklungseinheit angeordnet sind, während der Versatz der benachbarten Nutabschnitte eines Leiters um zwei oder keine Radialposition immer nur dann vorkommt, wenn die gesamte bandförmige Wicklungseinheit ihre Radialposition verändert. Dies geschieht beispielsweise in Nuten, in denen sich Drahtanfänge befinden. Fig. 19 zeigt einen Stator einer elektrischen Maschine mit zwei bandförmigen Wicklungseinheiten, die jeweils als Umkehrwicklung ausgebildet sind. Ein erster Leiter mit dem Drahtanfang 30 bildet eine hinlaufende Welle, die am Drahtende 31 endet. Ein zweiter Leiter mit dem Drahtanfang 32 bildet eine rücklaufende Welle, die an dem Drahtende 33 endet. Erster und zweiter Leiter bilden zusammen eine bandförmige Wicklungseinheit.
Zur Bildung eines Umkehrpunktes werden das Drahtende 31 des ersten Leiters und der Drahtanfang 32 des zweiten Leiters durch einen gekrümmten Endabschnitt, der in der Figur nicht dargestellt ist, miteinander verbunden. Hierbei kann es sich um eine separate
Verbindung handeln, die beispielsweise über eine Schweiß- oder Lötstelle eine galvanische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter herstellt. Ebenso ist es aber möglich, dass der erste Leiter und der zweite Leiter als einstückiger Draht ausbildet sind, der vor dem Einlegen in die Statornuten schon als solcher zu einer hin- und rücklaufenden Welle geformt wurde.
In ähnlicher Art und Weise wird eine zweite bandförmige Wicklungseinheit mit Umkehrpunkt durch einen dritten Leiter mit dem Drahtanfang 34 und dem Drahtende 35 und einem vierten Leiter mit dem Drahtanfang 36 und dem Drahtende 37 gebildet. Der Umkehrpunkt liegt zwischen dem Drahtende 35 des dritten Leiters und dem Drahtanfang 36 des vierten Leiters wie bei der ersten Wicklungsmatte dieser Ausführungsform an der dem Luftspalt
zugewandten Seite des Wickelkopfes. Hierbei kann es sich um eine separate Verbindung handeln, die beispielsweise über eine Schweiß- oder Lötstelle eine galvanische Verbindung zwischen dem dritten und dem vierten Leiter herstellt. Ebenso ist es aber möglich, dass der dritte Leiter und der vierte Leiter als einstückiger Draht ausbildet sind, der vor dem Einlegen in die Statornuten schon als solcher zu einer hin- und rücklaufenden Welle geformt wurde.
Fig. 20 zeigt einen weiteren Stator einer elektrischen Maschine mit vier bandförmigen Wicklungseinheiten. Der Stator besteht aus 90 Nuten die 10 Pole bilden. Auch hier befinden sich wieder 8 Leiter in einer Nut. Hier werden 4 Wicklungseinheiten mit 8 Drahtanfängen 30,32,34,36,38,40,42,44 verwendet. Dadurch können 8 Wicklungen parallelgeschaltet werden. Nicht jeder Pol weist einen Drahtanfang 30,32,34,36,38,40,42,44 auf. Diese
Konfiguration lässt sich nur in dieser Anordnung erreichen, da weder über die Lochzahl (q=3) eine derartige Parallelschaltung erreicht werden kann, noch über die Polzahl 10.
Fig. 21 bis 23 zeigen Verfahrensschritte zur Erzeugung einer spiralförmigen Wicklung aus zwei bandförmigen Wicklungseinheiten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt ist ein Übertragungswerkzeug in Form eines Übertragungsdorns 14, der der Übertragung der Statorwicklung in den Statorkern dient.
Exemplarisch ist in den Figuren 21-32 das Aufbringen einer ersten und einer zweiten Wicklungseinheit 12,13 auf den Übertragungsdorn gezeigt, wobei die beiden
Wicklungseinheiten 12,13 auch hier der Übersicht halber nur durch jeweils einen ersten und einen zweiten Wicklungsleiter 2,2‘ repräsentiert werden. Die Wicklungsleiter 2,2‘ können jeweils einen Drahtanfang und ein Drahtende aufweisen oder alternativ über einen
Umkehrpunkt zu einer Umkehrwicklung verbunden sein, sodass jede der Wicklungseinheiten 12, 13 nur die Hälfte der Wicklungsanschlüsse aufweist als bei einer Wicklung ohne
Umkehrpunkt.
Wie zu erkennen ist, werden die Wicklungseinheiten 12,13 in Umfangsrichtung des
Übertragungsdorn versetzt in Nuten des Übertragungsdorn eingebracht. Die
Wicklungseinheiten 12,13 haben in Fig. 21 beim Anordnen der ersten Nutabschnitte in Nuten des Übertragungsdorns 14 zunächst noch eine flache, laterale Gestalt. Nachdem die ersten Nutabschnitte der jeweiligen Wicklungseinheiten in den Nuten fixiert sind, wird der
Übertragungsdorn 14 gegen den Uhrzeigersinn gedreht (siehe Fig. 22). Hierdurch beginnt eine spiralförmige Verformung der bandförmigen Wicklungseinheiten 12,13, die sich durch weiteres Drehen des Übertragungsdorns 14 schließlich fortsetzt. Hierbei werden sukzessive sämtliche Nutabschnitte der Wicklungseinheiten 12,13 in Nuten des Übertragungsdorns 14 eingezogen.
In einigen der Nuten des Übertragungsdorns 14 kommt es zur Überlappung von
Nutabschnitten der ersten Wicklungseinheit 12 mit Nutabschnitten der zweiten
Wicklungseinheit 13 - in Fig. 23 ist dies durch die vereinfachte Darstellung bei nur zwei Nuten zu erkennen. Durch diese Überlappung entsteht der bereits mehrfach angesprochene Verlauf der Radialpositionen von den Nutabschnitten in den Nuten, wie im Zusammenhang mit dem Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 ausgeführt ist.
Im Anschluss werden die auf diese Art und Weise auf den Übertragungsdorn aufgebrachten Wicklungseinheiten 12,13 in die nach innen geöffneten Nuten eines Stators eingebracht. Hierzu wird zunächst der mit den Wicklungseinheiten 12,13 bestückte Übertragungsdorn 14 axial in den zylinderförmigen Innenraum eines Stators eingeführt. Im Anschluss werden die Nutabschnitte radial aus den Nuten des Übertragungsdorns 14 in die Nuten des Stators expandiert. Dieser Verfahrensschritt ist exemplarisch in Fig. 24 dargestellt. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend zu verstehen. Es ist möglich, erfindungsgemäße Wicklungseinheiten mit abweichender Leiterzahl sowie erfindungsgemäße Statoren mit abweichender Nutzahl, Polpaarzahl und abweichendem Nutfaktor herzustellen. Insbesondere ist die Anzahl der Radialpositionen nicht auf acht beschränkt, sondern kann geringer sein, beispielsweise vier, fünf oder sechs, oder größer sein, beispielsweise neun oder zehn. Ferner ist die Nutzahl nicht auf drei beschränkt, sondern kann davon abweichen, beispielsweise kann die Nutzahl zwei oder vier sein. Auch die Polpaarzahl und/oder die Phasenzahl können anderen als die gezeigten Werte annehmen.
Bezugszeichenliste
1 , r, 1“, 1 1““ Wicklungseinheit
2, 2‘, 2“ Wicklungsleiter
3, A, B Nutabschnitt
4 Anschlussabschnitt
5 erster Endabschnitt
6 6 zweiter Endabschnitt
7 erster Teilabschnitt
8 zweiter Teilabschnitt
9 Biegepunkt
10 Stator
1 1 Statorkern
12 Erste Wicklungseinheit
13 Zweite Wicklungseinheit
14 Übertragungsdorn
20 Statorwicklung
21 Teil einer Statorwicklung
30 Drahtanfang des ersten Leiters
31 Drahtende des ersten Leiters
32 Drahtanfang des zweiten Leiters
33 Drahtende des zweiten Leiters
34 Drahtanfang des dritten Leiters
35 Drahtende des dritten Leiters
36 Drahtanfang des vierten Leiters
37 Drahtende des vierten Leiters
38 Drahtanfang des fünften Leiters
39 Drahtende des fünften Leiters
40 Drahtanfang des sechsten Leiters
41 Drahtende des sechsten Leiters
42 Drahtanfang des siebten Leiters
43 Drahtende des siebten Leiters
44 Drahtanfang des achten Leiters
45 Drahtende des achten Leiters
50 erste Nut 51 zweite Nut
52 dritte Nut
53 vierte Nut
54 fünfte Nut
L1 , L2 Lage der Wicklungseinheit N Nut
Q Querrichtung
RP Radialposition

Claims

Patentansprüche
1. Stator (10) für eine elektrische Maschine mit einem Statorkern (11) und einer
Statorwicklung (20), wobei der Statorkern (11) mehrere in einer Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Nuten aufweist, die eine in radialer Richtung verlaufende Tiefe aufweisen und die Anordnung von Nutabschnitten (3) der Statorwicklung (20) in mehreren radial beabstandeten Radialpositionen (RP) ermöglicht, wobei der Stator (10) eine bandförmige Wicklungseinheit (1 , T, 1“, T“, 1““) mit einem ersten und einem zweiten Wicklungsleiter (2, 2‘) aufweist, wobei beide Wicklungsleiter in einer ersten und einer zweiten Lage (L1 , L2) der Wicklungseinheit (1 , T, 1“, T“, 1““) geführt sind und jeweils umfassen:
a. mehrere gerade in einer Querrichtung (Q) der Wicklungseinheit (1 , T, 1“, 1 1““) verlaufende Nutabschnitte (3), die zueinander parallel angeordnet sind, b. mehrere erste gekrümmte Endabschnitte (5), die jeweils zwei Nutabschnitte (3) des zugehörigen Wicklungsleiters miteinander verbinden und auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit (1 , T, 1“, T“, 1““) angeordnet sind, c. mehrere zweite gekrümmte Endabschnitte (6), die jeweils zwei Nutabschnitte (3) des zugehörigen Wicklungsleiters miteinander verbinden und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden, zweiten Längsseite der
Wicklungseinheit (1 , T, 1“, T“, 1““) angeordnet sind,
d. wobei die ersten und zweiten gekrümmten Endabschnitte (5,6) jeweils einen Nutabschnitt (3) des zugehörigen Wicklungsleiters (2, 2‘) in der ersten Lage (L1) und einen Nutabschnitt (3) des zugehörigen Wicklungsleiters in der zweiten Lage (L2) miteinander verbinden,
e. wobei ein erster Nutabschnitt (3) in einer ersten Nut in einer ersten
Radialposition angeordnet ist und ein mit dem ersten Nutabschnitt (3) über einen ersten Endabschnitt (5) unmittelbar verbundener zweiter Nutabschnitt (3) in einer zweiten Nut in einer zweiten Radialposition angeordnet ist, welche gegenüber der ersten Radialposition um zwei Radialpositionen versetzt ist.
2. Stator (10) nach Anspruch 1 , wobei ein dritter Nutabschnitt (3) in der ersten Nut in einer dritten Radialposition angeordnet ist, die gegenüber der ersten Radialposition um eine Radialposition versetzt ist, und ein mit dem dritten Nutabschnitt (3) über einen zweiten Endabschnitt (6) unmittelbar verbundener vierter Nutabschnitt (3) in der zweiten Nut in einer vierten Radialposition angeordnet ist, welche identisch zu der dritten Radialposition ist.
3. Stator (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein mit dem zweiten Nutabschnitt (3) über einen zweiten Endabschnitt (6) unmittelbar verbundener, fünfter Nutabschnitt (3) in einer dritten Nut in einer fünften Radialposition angeordnet ist, die identisch mit der zweiten Radialposition ist.
4. Stator (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden
Wicklungsleiter (2, 2‘) zu einer Umkehrwicklung über einen dritten gekrümmten Endabschnitt (6‘) an einem Umkehrpunkt miteinander verbunden sind, wobei entweder
i. jeweils ein Nutabschnitt (3) des ersten und zweiten Wicklungsleiters (2, 2‘) in der ersten Lage (L1) oder
ii. jeweils ein Nutabschnitt (3) des ersten und zweiten Wicklungsleiters (2, 2‘) in der zweiten Lage (L2)
über den dritten gekrümmten Endabschnitt (6‘) miteinander verbunden sind.
5. Stator (20) nach Anspruch 4, mit zwei Anschlussabschnitten (4) für die aus den
beiden miteinander verbundenen Wicklungsleitern (2 2‘) gebildete Umkehrwicklung, die entweder beide auf der ersten Längsseite oder beide auf der zweiten Längsseite angeordnet sind.
6. Stator (20) nach Anspruch 5, wobei die Anschlussabschnitte (4) entweder beide in der ersten Lage (L1) oder beide in der zweiten Lage (L2) angeordnet sind.
7. Stator (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wicklungseinheit (1 , V, 1“, 1‘“, 1““) einen oder mehrere weitere Wicklungsleiter (2“) umfasst, die identisch zu dem ersten und zweiten Wicklungsleiter (2, 2‘) ausgebildet und derart versetzt angeordnet sind, dass der erste, zweite und die weiteren Wicklungsleiter (2, 2‘, 2“) in denselben ersten und zweiten Lage (L1 , L2) der Wicklungseinheit (1 , 1‘, 1“, 1‘“, 1““)angeordnet sindund dass deren Nutabschnitte (3) im Abstand der Nuten des Stators zueinander angeordnet sind.
8. Stator (20) nach Anspruch 7 mit einer weiteren Wicklungseinheit, die identisch zu der Wicklungseinheit (1 , 1‘, 1“, V“, 1““) nach Anspruch 7 ausgebildet ist und gegenüber dieser in Umfangsrichtung des Stators versetzt angeordnet ist.
9. Stator (20) nach Anspruch 8, wobei ein am äußeren Rand der weiteren
Wicklungseinheit angeordneter Nutabschnitt (3) in der zweiten Nut angeordnet ist und ein mit dem am äußeren Rand der weiteren Wicklungseinheit über einen ersten oder zweiten gekrümmten Endabschnitt (6) verbundener weiterer Nutabschnitt (3) der weiteren Wicklungseinheit in der dritten Nut angeordnet ist..
10. Stator (10) nach einem der vorherigen Ansprüche wobei die bandförmige
Wicklungseinheit (1 , 1‘, 1“, V“, 1““) spiralförmig in dem Statorkern (11) angeordnet ist.
11. Wickelverfahren für einen Stator (10) einer elektrischen Maschine mit folgenden
Verfahrensschritten:
a. Erzeugen einer ersten Wicklungseinheit (12) und einer zweiten
Wicklungseinheit (13) mit jeweils mindestens einem ersten und einem zweiten Wicklungsleiter (2, 2‘) derart, dass diese in einer ersten und einer zweiten Lage (L1 , L2) der jeweiligen Wicklungseinheit (12,13) geführt sind und jeweils umfassen:
i. mehrere gerade in einer Querrichtung (Q) der Wicklungseinheit
(12.13)) verlaufende Nutabschnitte (3), die zueinander parallel angeordnet sind,
ii. mehrere erste gekrümmte Endabschnitte (5), die jeweils zwei
Nutabschnitte (3) des zugehörigen Wicklungsleiters (2, 2‘) miteinander verbinden und auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit
(12.13) angeordnet sind,
iii. mehrere zweite gekrümmte Endabschnitte (6), die jeweils zwei
Nutabschnitte (3) des zugehörigen Wicklungsleiters (2, 2‘) miteinander verbinden und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden, zweiten Längsseite der Wicklungseinheit (12,13) angeordnet sind, b. Anordnen der Nutabschnitte (3) der ersten Wicklungseinheit (12) in mehreren in einer Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Nuten eines Statorkerns (11)
c. Anordnen der Nutabschnitte (3) der zweiten Wicklungseinheit (13) in
mehreren in einer Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Nuten des Statorkerns (11), derart, dass die zweite Wicklungseinheit (13) gegenüber der ersten Wicklungseinheit (12) mit einem Versatz in Umfangsrichtung zum Liegen kommt und Nutabschnitte (3) der ersten und zweiten Wicklungseinheit (12,13) in gleichen Nuten angeordnet sind.
12. Wickelverfahren nach Anspruch 11 wobei die erste und zweite Wicklungseinheit (12,13) in Umfangsrichtung versetzt zueinander auf einen zylinderförmigen
Übertragungsdorn (14) aufgebracht werden, der Übertragungsdorn (14) axial in den vom Statorkern (11) umschlossenen Innenraum verschoben wird und die
Wicklungseinheiten (12,13) radial nach außen vom Übertragungsdorn (14) in die
Nuten des Statorkerns (11) expandiert werden.
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