WO2021047727A1 - Bandförmige wicklungseinheit für eine statorwicklung und verfahren zur herstellung einer bandförmigen wicklungseinheit - Google Patents

Bandförmige wicklungseinheit für eine statorwicklung und verfahren zur herstellung einer bandförmigen wicklungseinheit Download PDF

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Valentin LEHNER
Fabian Oehler
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto

Definitions

  • the invention relates to a ribbon-shaped winding unit for a stator winding with a first winding conductor which is guided in several layers of the winding unit.
  • the invention also relates to a method for producing such a band-shaped winding unit.
  • stator winding In the manufacture of a stator winding in the manner of a wave winding, individual wire strands made of enamelled insulation wire are typically pre-bent over a winding template in order to produce a ribbon-shaped winding unit that can be inserted into the slots of a stator core as part of the stator winding.
  • the winding template is usually designed as a thin sword, along which several winding conductors with displaceable wire clamps are bent at the same time in the sense of the winding shape.
  • the individual winding units are then connected to the individual phases, the star point and / or to one another, depending on the number of phases of the electric motor.
  • the connection sequence, the number of winding conductors and winding units depend on the design of the respective electric motor.
  • the winding conductors of the individual phases are unevenly distributed within the slots of the stator core in the area of the connections of the winding units. This results in an asymmetrical magnetic behavior of the stator. This worsens the efficiency of the entire electric motor.
  • the task is to enable an electric motor with high efficiency.
  • a ribbon-shaped winding unit for a stator winding with a first winding conductor which is guided in several layers of the winding unit and comprises: a. a plurality of slot sections which run straight in a transverse direction of the winding unit and are arranged parallel to one another, b. a first curved end section which connects a first slot section in the first layer with a second slot section in a second layer adjacent to the first layer and is arranged on a first longitudinal side of the winding unit, c. a second curved end section which connects the second slot section in the second position with a third slot section in the first position and is arranged on a second longitudinal side of the winding unit opposite the first longitudinal side, d.
  • a third curved end section which connects the third slot section in the first position with a fourth slot section in the second position and is arranged on the first longitudinal side of the winding unit, and e. a fourth curved end section which connects the fourth slot section in the second layer with a fifth slot section in a third layer adjacent to the second layer and is arranged on the second longitudinal side of the winding unit.
  • the winding template is not always rotated in the same direction of rotation during the production of the strip-shaped winding unit according to the invention. Rather, the winding template is rotated in a first direction of rotation to form the first, second and third end section and rotated in a second direction of rotation opposite to the first direction of rotation to form the fourth curved end section.
  • the winding conductor runs not only in a first and a second layer, but at least also in a third layer. It has been shown that the strip-shaped winding unit according to the invention can be used to produce a stator winding that is symmetrical Has groove distribution also in the transition area of the layers, and thereby leads to an increase in the efficiency of the electric motor.
  • the course of the winding conductor is already pre-bent due to the change to the third layer, as it ultimately also runs in the stator, whereby the press-in forces can be reduced when the ribbon-shaped winding unit is introduced into the stator core.
  • the ribbon-shaped winding unit comprises a fifth curved end section which connects the fifth slot section in the third layer with a sixth slot section in a fourth layer adjacent to the third layer and is arranged on the first longitudinal side of the winding unit .
  • the winding template can be rotated in its first, original direction of rotation.
  • the ribbon-shaped winding unit comprises a sixth curved end section which connects the sixth slot section in the fourth layer with a seventh slot section in the third layer and is arranged on the second longitudinal side of the winding unit.
  • the winding template can be rotated in its first, original direction of rotation.
  • the ribbon-shaped winding unit comprises one or more second winding conductors which are identical to the first winding conductor and are arranged offset in such a way that the first and second winding conductors are arranged in the same several layers of the winding unit.
  • the first and second winding conductors have groove sections which run straight in a transverse direction of the winding unit and which are each arranged to run parallel to one another.
  • the invention also relates to a method for producing a ribbon-shaped winding unit for a stator winding with a first winding conductor which is guided in several layers of the winding unit, with the following method steps: a. Providing a plurality of straight slot sections which run in a transverse direction of the winding unit and are arranged parallel to one another, b. Providing a first curved end section which connects a first slot section in the first layer with a second slot section in a second layer adjacent to the first layer and is arranged on a first longitudinal side of the winding unit, c.
  • An advantageous embodiment of the method provides that, in order to provide the first, second and third curved winding section, the first winding conductor is bent around a first winding template, in particular a first sword template.
  • the first winding template is preferably rotated about a first axis of rotation, in particular a longitudinal axis of the first winding template, in each case in the same first direction of rotation when bending to provide the first, second and third curved winding section.
  • the winding conductor is bent around a second winding template, in particular a second sword template.
  • the second template can be applied to the first template. It is preferred if the second winding template is rotated about a second axis of rotation in a second direction of rotation opposite to the first direction of rotation in order to provide the fourth curved end section.
  • the second axis of rotation is preferably parallel to the first axis of rotation and / or is a longitudinal axis of the second winding template.
  • the second template is first applied to the first template and then the first template and the second template are rotated, in particular simultaneously, in order to provide the fourth curved end section.
  • the first winding template and the second winding template are preferably rotated about the second axis of rotation in the second direction of rotation, which is opposite to the first direction of rotation, in order to provide the fourth curved end section becomes.
  • the second axis of rotation is preferably parallel to the first axis of rotation and / or is a longitudinal axis of the second winding template.
  • the first winding conductor is bent around a third winding template, in particular a third sword template. Due to the offset, which results from the course in a third layer, it is necessary to continue on the third winding template for the further production of the ribbon-shaped winding unit.
  • the third winding template is preferably rotated in the first direction of rotation about a third axis of rotation which corresponds to the direction of rotation of the first winding template for bending the first, second and third end sections.
  • the third axis of rotation is preferably parallel to the first axis of rotation and / or the second axis of rotation and / or is a longitudinal axis of the third winding template.
  • the first winding conductor is bent around the third winding template in order to provide a sixth curved end section.
  • the third winding template is preferably rotated in the first direction of rotation about the third axis of rotation.
  • the preferred configurations and optional features discussed in connection with the strip-shaped winding unit can also be used in the method alone or in combination.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a ribbon-shaped winding unit according to the invention in a side view
  • FIG. 2 shows the band-shaped winding unit from FIG. 1 in a plan view
  • FIG. 3 shows a stator winding with a band-shaped winding unit according to an exemplary embodiment of the invention in a schematic plan view
  • FIG. 4 shows the stator winding from FIG. 3 in a perspective view
  • FIG. FIG. 5 shows a detail of the stator winding from FIG. 4 in a plan view
  • FIG. 6 shows a detail of the stator winding from FIG. 4 in a view from below.
  • the winding unit 1 comprises several winding conductors 2, 2 ‘, which are guided in several, here exactly four, layers L1, L2, L2, L4 of the winding unit 1.
  • the winding conductors 2, 2 ' are of identical design and are each arranged offset from one another in such a way that all winding conductors 2, 2' run through the same layers L1, L2, L3, L4 of the winding unit 1.
  • Each of the winding conductors 2, 2 ‘comprises a plurality of straight slot sections 3.1-3.8 which run in a transverse direction Q of the winding unit 1 and are arranged parallel to one another.
  • the distance between the slot sections 3.1-3.8 is dimensioned such that adjacent slot sections 3.1-3.7 can be introduced into different stator slots of a stator core of an electrical machine.
  • the slot sections 3.1-3.8 are connected to one another via end sections 11-17 which, in a state in which the slot sections 3.1-3.8 of the winding unit 1 are inserted into the stator slots of a stator core, protrude from the stator core at the end and form an end winding.
  • a first curved end section 11 of a first winding conductor 2 connects a first slot section 3.1 in the first layer L1 with a second slot section 3.2 in a second layer L2 adjacent to the first layer L1.
  • This first curved end section 11 is arranged on a first longitudinal side 5 of the winding unit 1, which is shown at the bottom in FIG. 1 and is opposite the first connection.
  • a second curved end section 12 connects the second groove section 3.2 in the second position L2 with a third groove section 3.3 in the first position L1.
  • This second curved end section is arranged on a second longitudinal side 6 of the winding unit 1 opposite the first longitudinal side 5.
  • a third curved end section 13 connects the third groove section 3.3 in the first position L1 with a fourth groove section 3.4 in the second position L2.
  • This third curved end section 13 is arranged on the first longitudinal side 5 of the winding unit 1.
  • the first winding template which is designed in the manner of a flat sword template.
  • the ribbon-shaped winding unit further comprises a fourth curved end section 14, which connects the fourth slot section 3.4 in the second layer L2 with a fifth slot section 3.5 in a third layer L3 adjacent to the second layer L2 and is arranged on the second longitudinal side 6 of the winding unit 1 .
  • the winding conductor is bent around a second winding template, which is placed against the first winding template.
  • the second winding template is also designed as a sword template, preferably as a sword template identical to the first winding template.
  • the second winding template for forming the fourth curved end section 14 is rotated in a second direction of rotation opposite to the first direction of rotation about a longitudinal axis of the second winding template, which is arranged parallel to the first axis of rotation.
  • the first winding template is preferably also rotated about its longitudinal axis in the second direction of rotation.
  • This change in folding or bending direction forms a further layer of the winding unit 1, here the third layer L3. To this extent, there is a step-like offset in the ribbon-shaped winding unit 1.
  • the winding unit 1 further comprises a fifth curved end section 15, which connects the fifth slot section 3.5 in the third layer L3 with a sixth slot section 3.6 in a fourth layer L4 adjacent to the third layer L3 and on the first longitudinal side 5 of the winding unit 1 is arranged.
  • the winding conductor 2 is bent around a third winding template. This is also designed as a sword template, preferably identical to the first winding template.
  • the winding template is rotated in the first direction of rotation about a longitudinal axis of the third winding template.
  • the sixth curved end section 16 connects the sixth slot section 3.6 in the fourth position L4 with a seventh slot section 3.7 in the third position L3 and is arranged on the second longitudinal side 6 of the winding unit 1.
  • the winding conductor is again bent around the third winding template, the latter being rotated in the first direction of rotation.
  • a ribbon-shaped winding unit 1 is obtained, which has several stages - that is, a change of position.
  • the winding conductors 2, 2 ′ of the band-shaped winding unit can have further groove sections and end sections and extend in further layers.
  • a winding unit can have a multiple of the length of the winding unit 1 shown in the exemplary embodiment.
  • a ribbon-shaped winding unit in accordance with such a modification of the exemplary embodiment can comprise, for example, two or more winding units 1 in accordance with the exemplary embodiment, which are connected in series. In this way, a band-shaped winding unit can be obtained which is adapted to a number of slots in the stator core (laminated core) that differs from the exemplary embodiment.
  • FIGS. 3 to 6 show a spiral arrangement of the band-shaped winding unit as a stator winding 20 in the manner of a wave winding of a stator of an electrical machine.
  • the stator core (the laminated core) of the stator is not shown for better visibility of the stator winding.
  • the strip-shaped winding unit 1 according to this exemplary embodiment is arranged in such a way that, proceeding from first connections (start connections) 21 to second connections (end connections) 22, it runs three turns 24, 25, 26 forms so that a three-layer stator winding 20 results. After each complete revolution 23, 24, 25, the spiral-shaped, band-shaped winding unit 1 jumps in a transition region 26.
  • stator winding 20 formed with the strip-shaped winding unit 1 according to the invention has a uniformly alternating distribution of the winding conductor over the slots of the stator core.
  • the course of a winding conductor 2 is highlighted here.
  • a gradation is achieved in the transition area 26.
  • This gradation follows the final course of the wire in the stator even before the band-shaped winding unit 1 is introduced into the stator core, which reduces the press-in forces, since no deformation of the wire is necessary when it is inserted into the stator core.
  • the strip-shaped winding unit 1 according to the invention avoids asymmetry in the slots in the region of the start of the stator winding 20, so that an improved magnetic behavior of the electrical machine, that is to say an increase in efficiency, results.
  • only lower press-in forces are required when introducing the stator winding 20 into the stator core, since there is no deformation of the wires in the area of the transitions.
  • the result is a more even wire course in the winding head, so that a less complex representation and parameterization of the winding in the 3D model is made possible. In this way, a higher accuracy of the model and a reduction in complexity can be achieved

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bandförmige Wicklungseinheit (1) für eine Statorwicklung (20) mit einem ersten Wicklungsleiter (2), der in mehreren Lagen (L1, L2, L2, L4) der Wicklungseinheit (1) geführt ist und umfasst: a. mehrere gerade in einer Querrichtung (Q) der Wicklungseinheit (1) verlaufende Nutabschnitte (3.1-3.5), die zueinander parallel angeordnet sind, b. einen ersten gekrümmte Endabschnitt (11), der einen ersten Nutabschnitt (3.1) in der ersten Lage (L1) mit einem zweiten Nutabschnitt (3.2) in einer zu der ersten Lage (L1) benachbarten, zweiten Lage (L2) verbindet und auf einer ersten Längsseite (5) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist, c. einen zweiten gekrümmten Endabschnitt (12), der den zweiten Nutabschnitt (3.2) in der zweiten Lage (L2) mit einem dritten Nutabschnitt (3.3) in der ersten Lage (L1) verbindet und auf einer der ersten Längsseite (5) gegenüberliegenden, zweiten Längsseite (6) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist, d. einen dritten gekrümmten Endabschnitt (13), der den dritten Nutabschnitt (3.3) in der ersten Lage (L1) mit einem vierten Nutabschnitt (3.4) in der zweiten Lage (L2) verbindet und auf der ersten Längsseite (5) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist und e. einen vierten gekrümmten Endabschnitt, (14) der den vierten Nutabschnitt (3.4) in der zweiten Lage (L2) mit einem fünften Nutabschnitt (3.5) in einer zu der zweiten Lage (L2) benachbarten, dritten Lage (L3) verbindet und auf der zweiten Längsseite (6) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist..

Description

Bandförmige Wicklungseinheit für eine Statorwicklung und Verfahren zur Herstellung einer bandförmigen Wicklungseinheit
Die Erfindung betrifft eine bandförmige Wicklungseinheit für eine Statorwicklung mit einem ersten Wicklungsleiter, der in mehreren Lagen der Wicklungseinheit geführt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen bandförmigen Wicklungseinheit.
Bei der Herstellung einer Statorwicklung nach Art einer Wellenwicklung werden typischerweise einzelne Drahtstränge aus Isolationslackdraht über eine Wicklungsschablone vorgebogen, um eine bandförmige Wicklungseinheit zu erzeugen, die als Teil der Statorwicklung in die Nuten eines Statorkerns eingebracht werden kann. Die Wicklungsschablone ist in der Regel als dünnes Schwert ausgebildet, entlang dessen mehrere Wicklungsleiter mit verschiebbaren Drahtklemmen im Sinne der Wicklungsform gleichzeitig gebogen werden.
Zur Herstellung einer zweilagigen bandförmigen Wicklungseinheit ist es beispielsweise aus der US 2018/0 331 606 A1 bekannt, nach jedem einem Biegeschritt, in welchem die Wicklungsleiter gebogen werden, die Wicklungsschablone jeweils in derselben Richtung um die eigene Achse zu rotieren, um auf diese Weise eine um die Wicklungsschablone gewickelte bandförmige Wicklungseinheit zu erhalten. Die so entstandene mattenartige Wicklungseinheit wird ggf. mit weiteren solchen Wicklungseinheiten auf ein Trägerwerkzeug aufgerollt und anschließend in den Statorkern des Elektromotors eingefügt, wobei die Wicklungsleiter in Nuten in dem Statorkern eingebracht werden.
Die einzelnen Wicklungseinheiten werden anschließend je nach Anzahl der Phasen des Elektromotors mit den einzelnen Phasen, dem Sternpunkt und/oder untereinander verschaltet. Die Verschaltungsreihenfolge, die Anzahl der Wicklungsleiter und Wicklungseinheiten sind abhängig von der Auslegung des jeweiligen Elektromotors.
Bei Verwendung der bekannten bandförmigen Wicklungseinheit kommt es innerhalb der Nuten des Statorkerns im Bereich der Anschlüsse der Wicklungseinheiten zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Wicklungsleiter der einzelnen Phasen. Daraus ergibt sich ein asymmetrisches magnetisches Verhalten des Stators. Dies verschlechtert die Effizienz des gesamten Elektromotors. Zudem ist es beim Einfügen der Wicklungseinheit in den Statorkern erforderlich, die Wicklungsleiter mit einem Trägerwerkzeug zu verformen, um die Positionierung der Wicklungsleiter an den richtigen Stellen innerhalb der Nuten des Statorkerns zu erreichen. Somit müssen hier bei dem Fügen höhere Einpresskräfte erzeugt werden, um die Verformung der Drähte zu erreichen. Dies erhöht die Drahtspannungen und kann zu Beschädigungen der Drahtisolation führen. Dies kann zu Kurzschlüssen führen, die die Effizienz der Motor weiter verschlechtern bzw. zum Schaden des Motors führen.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, einen Elektromotor mit hoher Effizienz zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine bandförmige Wicklungseinheit für eine Statorwicklung mit einem ersten Wicklungsleiter, der in mehreren Lagen der Wicklungseinheit geführt ist und umfasst: a. mehrere gerade in einer Querrichtung der Wicklungseinheit verlaufende Nutabschnitte, die zueinander parallel angeordnet sind, b. einen ersten gekrümmte Endabschnitt, der einen ersten Nutabschnitt in der ersten Lage mit einem zweiten Nutabschnitt in einer zu der ersten Lage benachbarten, zweiten Lage verbindet und auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet ist, c. einen zweiten gekrümmten Endabschnitt, der den zweiten Nutabschnitt in der zweiten Lage mit einem dritten Nutabschnitt in der ersten Lage verbindet und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden, zweiten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet ist, d. einen dritten gekrümmten Endabschnitt, der den dritten Nutabschnitt in der ersten Lage mit einem vierten Nutabschnitt in der zweiten Lage verbindet und auf der ersten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet ist und e. einen vierten gekrümmten Endabschnitt, der den vierten Nutabschnitt in der zweiten Lage mit einem fünften Nutabschnitt in einer zu der zweiten Lage benachbarten, dritten Lage verbindet und auf der zweiten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet ist.
Im Gegensatz zu dem Stand der Technik wird die Wicklungsschablone bei der Herstellung der erfindungsgemäßen bandförmigen Wicklungseinheit nicht immer in derselben Drehrichtung gedreht. Vielmehr wird die Wicklungsschablone zum Bilden des ersten, zweiten und dritten Endabschnitts in einer erste Drehrichtung gedreht und zum Bilden des vierten gekrümmten Endabschnitts in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung gedreht. Hierdurch verläuft der Wicklungsleiter im Gegensatz zu dem Stand der Technik nicht nur in einer ersten und einer zweiten Lage, sondern mindestens auch in einer dritten Lage. Es hat sich gezeigt, dass mittels der erfindungsgemäßen bandförmigen Wicklungseinheit eine Statorwicklung erzeugt werden kann, die eine symmetrische Nutverteilung auch im Übergangsbereich der Lagen aufweist, und dadurch zu einer Effizienzsteigerung des Elektromotors führt. Zudem ist der Verlauf des Wicklungsleiters durch den Wechsel in die dritte Lage bereits so vorgebogen, wie er letztendlich auch im Stator verläuft, wodurch die Einpresskräfte beim Einbringen der bandförmigen Wicklungseinheit in den Statorkern reduziert werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die bandförmige Wicklungseinheit einen fünften gekrümmten Endabschnitt umfasst, der den fünften Nutabschnitt in der dritten Lage mit einem sechsten Nutabschnitt in einer zu der dritten Lage benachbarten vierten Lage verbindet und auf der ersten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet ist. Zum Bilden des fünften gekrümmten Endabschnitts kann die Wicklungsschablone in ihre erste, ursprüngliche Drehrichtung gedreht werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die bandförmige Wicklungseinheit einen sechsten gekrümmten Endabschnitt umfasst, der den sechsten Nutabschnitt in der vierten Lage mit einem siebten Nutabschnitt in der dritten Lage verbindet und auf der zweiten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet ist. Zum Bilden des sechsten gekrümmten Endabschnitts kann die Wicklungsschablone in ihre erste, ursprüngliche Drehrichtung gedreht werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die bandförmige Wicklungseinheit einen oder mehrere zweite Wicklungsleiter umfasst, die identisch zu dem ersten Wicklungsleiter ausgebildet und derart versetzt angeordnet sind, dass der erste und die zweiten Wicklungsleiter in denselben mehreren Lagen der Wicklungseinheit angeordnet sind. Insbesondere weisen die ersten und zweiten Wicklungsleiter gerade in einer Querrichtung der Wicklungseinheit verlaufende Nutabschnitte auf, die jeweils parallel zu einander verlaufend angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer bandförmigen Wicklungseinheit für eine Statorwicklung mit einem ersten Wicklungsleiter, der in mehreren Lagen der Wicklungseinheit geführt ist, mit folgenden Verfahrensschritten: a. Bereitstellen mehrerer gerader in einer Querrichtung der Wicklungseinheit verlaufender Nutabschnitte, die zueinander parallel angeordnet sind, b. Bereitstellen eines ersten gekrümmten Endabschnitts, der einen ersten Nutabschnitt in der ersten Lage mit einem zweiten Nutabschnitt in einer zu der ersten Lage benachbarten, zweiten Lage verbindet und auf einer ersten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet ist, c. Bereitstellen eines zweiten gekrümmten Endabschnitts, der den zweiten Nutabschnitt in der zweiten Lage mit einem dritten Nutabschnitt in der ersten Lage verbindet und auf einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden, zweiten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet ist, d. Bereitstellen eines dritten gekrümmten Endabschnitts, der den dritten Nutabschnitt in der ersten Lage mit einem vierten Nutabschnitt in der zweiten Lage verbindet und auf der ersten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet ist, e. Bereitstellen eines vierten gekrümmten Endabschnitts, der den vierten Nutabschnitt in der zweiten Lage mit einem fünften Nutabschnitt in einer zu der zweiten Lage benachbarten, dritten Lage verbindet und auf der zweiten Längsseite der Wicklungseinheit angeordnet ist.
Bei dem Herstellungserfahren können dieselben Vorteile erreicht werden, wie sie zuvor im Zusammenhang mit der bandförmigen Wicklungseinheit beschrieben worden sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass zum Bereitstellen des ersten, zweiten und dritten gekrümmten Wicklungsabschnitts der erste Wicklungsleiter um eine erste Wickelschablone, insbesondere eine erste Schwertschablone, gebogen wird. Bevorzugt wird die erste Wickelschablone beim Biegen zum Bereitstellen des ersten, zweiten und dritten gekrümmten Wicklungsabschnitts jeweils in derselben ersten Drehrichtung um eine erste Drehachse, insbesondere eine Längsachse der erste Wickelschablone, gedreht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zum Bereitstellen des vierten gekrümmten Endabschnitts der Wicklungsleiter um eine zweite Wickelschablone, insbesondere eine zweite Schwertschablone, gebogen. Die zweite Wickelschablone kann an die ersten Wickelschablone angelegt werden. Bevorzugt ist es, wenn die zweite Wickelschablone zum Bereitstellen des vierten gekrümmten Endabschnitts in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung um eine zweite Drehachse gedreht wird. Die zweite Drehachse ist bevorzugt parallel zu der ersten Drehachse und/oder ist eine Längsachse der zweiten Wickelschablone.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die zweite Wickelschablone zunächst an die erste Wickelschablone angelegt wird und dann die erste Wickelschablone und die zweite Wickelschablone, insbesondere simultan, gedreht werden, um den vierten gekrümmten Endabschnitt bereitzustellen. Bevorzugt werden die erste Wickelschablone und die zweite Wickelschablone zum Bereitstellen des vierten gekrümmten Endabschnitts in der zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung um die zweite Drehachse gedreht wird. Die zweite Drehachse ist bevorzugt parallel zu der ersten Drehachse und/oder ist eine Längsachse der zweiten Wickelschablone.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zum Bereitstellen eines fünften gekrümmten Endabschnitts der erste Wicklungsleiter um eine dritte Wickelschablone, insbesondere eine dritte Schwertschablone, gebogen wird. Durch den Versatz, der sich durch den Verlauf in einer dritten Lage ergibt, ist für das weitere Herstellen der bandförmigen Wicklungseinheit erforderlich auf der dritten Wickelschablone fortzufahren. Die dritte Wickelschablone wird zum Bereitstellen des fünften gekrümmten Endabschnitts bevorzugt in die erste Drehrichtung um eine dritte Drehachse gedreht, die der Drehrichtung der ersten Wicklungsschablone zum Biegen des ersten, zweiten und dritten Endabschnitts entspricht. Die dritte Drehachse ist bevorzugt parallel zu der ersten Drehachse und/oder der zweiten Drehachse und/oder ist eine Längsachse der dritten Wickelschablone.
Vorteilhaft ist es, wenn zum Bereitstellen eines sechsten gekrümmten Endabschnitts der erste Wicklungsleiter um die dritte Wickelschablone gebogen wird. Die dritte Wickelschablone wird zum Bereitstellen des sechsten gekrümmten Endabschnitts bevorzugt in die erste Drehrichtung um die dritte Drehachse gedreht.
Alternativ oder zusätzlich zu den zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen können auch die im Zusammenhang mit der bandförmigen Wicklungseinheit erörterten bevorzugte Ausgestaltungen und optionalen Merkmale bei dem Verfahren allein oder in Kombination Anwendung finden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen bandförmigen Wicklungseinheit in einer Seitenansicht;
Fig. 2 die bandförmige Wicklungseinheit aus Fig. 1 in einer Draufsicht;
Fig. 3 eine Statorwicklung mit einer bandförmigen Wicklungseinheit nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Draufsicht;
Fig. 4 die Statorwicklung aus Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht; Fig. 5 ein Detail der Statorwicklung aus Fig. 4 in einer Draufsicht; und
Fig. 6 ein Detail der Statorwicklung aus Fig. 4 in einer Ansicht von unten.
In der Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen bandförmigen Wicklungseinheit 1 dargestellt, die bandförmig ausgebildet ist. Die Wicklungseinheit 1 umfasst mehrere Wicklungsleiter 2, 2‘, die in mehreren, hier genau vier, Lagen L1, L2, L2, L4 der Wicklungseinheit 1 geführt sind. Die Wicklungsleiter 2, 2‘ sind identisch ausgebildet und jeweils derart zueinander versetzt angeordnet, dass sämtliche Wicklungsleiter 2, 2‘ dieselben Lagen L1, L2, L3, L4 der Wicklungseinheit 1 durchlaufen. Jeder der Wicklungsleiter 2, 2‘ umfasst mehrere gerade, in einer Querrichtung Q der Wicklungseinheit 1 verlaufende Nutabschnitte 3.1-3.8, die zueinander parallel angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Nutabschnitten 3.1-3.8 ist derart bemessen, dass benachbarte Nutabschnitte 3.1-3.7 in unterschiedliche Statornuten eines Statorkerns einer elektrischen Maschine eingebracht werden können. Die Nutabschnitte 3.1-3.8 sind über Endabschnitte 11-17 miteinander verbunden, die in einem Zustand, in welchem die Nutabschnitte 3.1-3.8 der Wicklungseinheit 1 in die Statornuten eines Statorkern eingebracht sind stirnseitig aus dem Statorkern herausstehen und einen Wickelkopf bilden.
Im Folgenden soll der Verlauf eines ersten Wicklungsleiters 2 ausgehend von einem links in Fig. 1 und 2 gezeigten ersten Anschluss in der ersten Lange L1 bis zu einem rechts gezeigten zweiten Anschluss in der vierten Lage L4 beschrieben werden. Diese Beschreibung trifft in entsprechender Weise auf die weiteren Wicklungsleiter 2‘ zu. Ein erster gekrümmter Endabschnitt 11 eines ersten Wicklungsleiters 2 verbindet einen ersten Nutabschnitt 3.1 in der ersten Lage L1 mit einem zweiten Nutabschnitt 3.2 in einer zu der ersten Lage L1 benachbarten, zweiten Lage L2. Dieser erste gekrümmte Endabschnitt 11 ist auf einer ersten Längsseite 5 der Wicklungseinheit 1 angeordnet, die in Fig. 1 unten dargestellt ist und dem ersten Anschluss gegenüber liegt. Ein zweiter gekrümmter Endabschnitt 12 verbindet den zweiten Nutabschnitt 3.2 in der zweiten Lage L2 mit einem dritten Nutabschnitt 3.3 in der ersten Lage L1. Dieser zweite gekrümmte Endabschnitt ist auf einer der ersten Längsseite 5 gegenüberliegenden, zweiten Längsseite 6 der Wicklungseinheit 1 angeordnet. Ein dritter gekrümmter Endabschnitt 13 verbindet den dritten Nutabschnitt 3.3 in der ersten Lage L1 mit einem vierten Nutabschnitt 3.4 in der zweiten Lage L2. Dieser dritte gekrümmte Endabschnitt 13 ist auf der ersten Längsseite 5 der Wicklungseinheit 1 angeordnet. Zum Bilden des ersten, zweiten und dritten gekrümmten Endabschnitts 11, 12, 13 des Wicklungsleiters 2 wird dieser um eine erste Wickelschablone gebogen, welche nach Art einer flachen Schwertschablone ausgebildet ist. Diese Wickelschablone wird beim Biegen des ersten, zweiten und dritten gekrümmten Endabschnitts 11, 12, 13 jeweils in dieselbe erste Drehrichtung um eine Längsachse der erste Wickelschablone gedreht.
Die bandförmige Wicklungseinheit umfasst ferner einen vierten gekrümmten Endabschnitt 14, der den vierten Nutabschnitt 3.4 in der zweiten Lage L2 mit einem fünften Nutabschnitt 3.5 in einer zu der zweiten Lage L2 benachbarten, dritten Lage L3 verbindet und auf der zweiten Längsseite 6 der Wicklungseinheit 1 angeordnet ist. Zum Bilden dieses vierten gekrümmten Endabschnitts 14 wird der Wicklungsleiter um eine zweite Wickelschablone gebogen, welche an die erste Wickelschablone angelegt wird. Die zweite Wickelschablone ist ebenfalls als Schwertschablone ausgebildet, bevorzugt als mit der ersten Wickelschablone identische Schwertschablone. Im Unterschied zu der ersten Wickelschablone wird die zweite Wickelschablone zum Bilden des vierten gekrümmten Endabschnitts 14 in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung um eine Längsachse der zweiten Wickelschablone, die parallel zu der ersten Drehachse angeordnet ist. Bevorzugt wird dabei auch die erste Wickelschablone in der zweiten Drehrichtung um ihre Längsachse gedreht. Durch diesen Klapp- oder Biegerichtungswechsel wird eine weitere Lage der Wicklungseinheit 1, hier die dritte Lage L3, gebildet. Insofern ergibt sich ein stufenartiger Versatz in der bandförmigen Wicklungseinheit 1.
Die Wicklungseinheit 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst ferner einen fünften gekrümmten Endabschnitt 15, der den fünften Nutabschnitt 3.5 in der dritten Lage L3 mit einem sechsten Nutabschnitt 3.6 in einer zu der dritten Lage L3 benachbarten vierten Lage L4 verbindet und auf der ersten Längsseite 5 der Wicklungseinheit 1 angeordnet ist. Zum Bilden dieses fünften gekrümmten Endabschnitts 15 wird der Wicklungsleiter 2 um eine dritte Wickelschablone gebogen. Diese ist ebenfalls als, bevorzugt zu der ersten Wickelschablone identische, Schwertschablone ausgebildet. Zum Biegen des Wicklungsleiters 2 im Bereich des fünften gekrümmten Endabschnitts 15 wird die Wickelschablone in der ersten Drehrichtung um eine Längsachse der dritten Wickelschablone gedreht. Der sechste gekrümmte Endabschnitt 16 verbindet den sechsten Nutabschnitt 3.6 in der vierten Lage L4 mit einem siebten Nutabschnitt 3.7 in der dritten Lage L3 und ist auf der zweiten Längsseite 6 der Wicklungseinheit 1 angeordnet. Zum Bilden des sechsten gekrümmten Endabschnitts 16 wird der Wicklungsleiter wiederrum um die dritte Wickelschablone gebogen, wobei diese in der ersten Drehrichtung gedreht wird. Letztendlich erhält man eine bandförmige Wicklungseinheit 1 , die mehrere Stufen - also Lagenwechsel - aufweist. Gemäß einer Abweichung des Ausführungsbeispiels können die Wicklungsleiter 2, 2‘ der bandförmigen Wicklungseinheit weitere Nutabschnitte und Endabschnitte aufweisen und sich in weiteren Lagen erstrecken. Beispielsweise kann eine Wicklungseinheit ein Vielfaches der Länge der in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Wicklungseinheit 1 aufweisen. Eine bandförmige Wicklungseinheit gemäß einer solchen Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann beispielsweise zwei oder mehr Wicklungseinheiten 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel umfassen, die seriell geschaltet sind. Auf diese Weise kann eine bandförmige Wicklungseinheit erhalten werden, die auf eine von dem Ausführungsbeispiel abweichende Anzahl an Nuten des Statorkerns (Blechpakets) angepasst ist.
Die Darstellungen in Fig. 3 bis 6 zeigen eine spiralförmige Anordnung der bandförmigen Wicklungseinheit als Statorwicklung 20 nach Art einer Wellenwicklung eines Stators einer elektrischen Maschine. Der Statorkern (das Blechpaket) des Stators ist dabei zur besseren Sichtbarkeit der Statorwicklung nicht dargestellt. Wie die schematische Draufsicht in Fig. 3 verdeutlicht, ist die bandförmige Wicklungseinheit 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel derart angeordnet, dass sie ausgehend von ersten Anschlüssen (Anfangs-Anschlüssen) 21 hin zu zweiten Anschlüssen (End-Anschlüssen) 22 drei Umläufe 24, 25, 26 bildet, dass sich also eine dreischichtige Statorwicklung 20 ergibt. Jeweils nach einen vollständigen Umlauf 23, 24, 25 verspringt die spiralförmig angeordnete bandförmige Wicklungseinheit 1 in einem Übergangsbereich 26.
Bei einer Statorwicklung mit einer herkömmlichen bandförmigen Wicklungseinheit ist es erforderlich, beim Einfügen der Wicklungsmatte in den Statorkern die Wicklungseinheit, insbesondere die Wicklungsleiter im Übergangsbereich durch Einpressen zu verformen. Die Verformung findet sowohl am oberen Wickelkopf als auch am unteren Wickelkopf statt und kann zu Spannungen in dem Wicklungsleiter sowie zu Beschädigungen dessen Isolation führen. Derartige Folgen werden bei der erfindungsgemäßen bandförmigen Wicklungseinheit 1 vermieden. Wie in Fig. 4 ersichtlich, ist bei dem mit der erfindungsgemäßen bandförmigen Wicklungseinheit 1 gebildeten Statorwicklung 20 eine gleichmäßig abwechselnde Verteilung des Wicklungsleiter über die Nuten des Statorkerns gegeben. Der Verlauf eines Wicklungsleiters 2“ ist hier hervorgehoben. In dem Übergangsbereich 26 wird eine Abstufung erreicht. Diese Abstufung folgt bereits vor dem Einbringen der bandförmigen Wicklungseinheit 1 in den Statorkern dem letztendlichen Drahtverlauf im Stator wodurch die Einpresskräfte verringert werden, da beim Einfügen in den Statorkern keine Verformung des Drahtes notwendig ist. Durch die erfindungsgemäße bandförmige Wicklungseinheit 1 wird eine Asymmetrie im in den Nuten im Bereich des Anfangs der Statorwicklung 20 vermieden, so dass sich ein verbessertes magnetisches Verhalten der elektrischen Maschine, also eine Effizienzsteigerung ergibt. Ferner sind nur geringere Einpresskräfte beim Einbringen der Statorwicklung 20 in den Statorkern erforderlich, da die Verformung der Drähte im Bereich der Übergänge entfällt. Zudem kommt es zu einer Reduktion der Drahtspannungen und einem geringeren Risiko von Isolationsbeschädigungen. Schließlich ergibt sich ein gleichmäßigerer Drahtverlauf im Wickelkopf, so dass eine weniger aufwendige Darstellung und Parametrierung der Wicklung im 3D-Modell ermöglicht wird. Hierdurch kann eine höhere Genauigkeit des Modells und eine Verringerung der Komplexität erreicht werden.
Bezugszeichenliste
1 bandförmige Wicklungseinheit
2, 2‘, 2 Wicklungsleiter
3.1-3.8 Nutabschnitt
5 Längsseite
6 Längsseite
11-17 gekrümmter Endabschnitt
20 Statorwicklung
21 Anschlüsse
22 Anschlüsse
23 Umlauf
24 Umlauf
25 Umlauf
26 Übergangsbereich
L1-L4 Lage
Q Querrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Bandförmige Wicklungseinheit (1) für eine Statorwicklung (20) mit einem ersten Wicklungsleiter (2), der in mehreren Lagen (L1, L2, L2, L4) der Wicklungseinheit (1) geführt ist und umfasst: a. mehrere gerade in einer Querrichtung (Q) der Wicklungseinheit (1) verlaufende Nutabschnitte (3.1-3.5), die zueinander parallel angeordnet sind, b. einen ersten gekrümmte Endabschnitt (11), der einen ersten Nutabschnitt
(3.1) in der ersten Lage (L1) mit einem zweiten Nutabschnitt (3.2) in einer zu der ersten Lage (L1) benachbarten, zweiten Lage (L2) verbindet und auf einer ersten Längsseite (5) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist, c. einen zweiten gekrümmten Endabschnitt (12), der den zweiten Nutabschnitt
(3.2) in der zweiten Lage (L2) mit einem dritten Nutabschnitt (3.3) in der ersten Lage (L1) verbindet und auf einer der ersten Längsseite (5) gegenüberliegenden, zweiten Längsseite (6) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist, d. einen dritten gekrümmten Endabschnitt (13), der den dritten Nutabschnitt (3.3) in der ersten Lage (L1) mit einem vierten Nutabschnitt (3.4) in der zweiten Lage (L2) verbindet und auf der ersten Längsseite (5) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist und e. einen vierten gekrümmten Endabschnitt, (14) der den vierten Nutabschnitt (3.4) in der zweiten Lage (L2) mit einem fünften Nutabschnitt (3.5) in einer zu der zweiten Lage (L2) benachbarten, dritten Lage (L3) verbindet und auf der zweiten Längsseite (6) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist.
2. Bandförmige Wicklungseinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen fünften gekrümmten Endabschnitt (15), der den fünften Nutabschnitt (3.5) in der dritten Lage (L3) mit einem sechsten Nutabschnitt (3.6) in einer zu der dritten Lage (L3) benachbarten vierten Lage (L4) verbindet und auf der ersten Längsseite (5) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist.
3. Bandförmige Wicklungseinheit nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen sechsten gekrümmten Endabschnitt (16), der den sechsten Nutabschnitt (3.6) in der vierten Lage (L4) mit einem siebten Nutabschnitt (3.7) in der dritten Lage (L3) verbindet und auf der zweiten Längsseite (6) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist.
4. Bandförmige Wicklungseinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen oder mehrere zweite Wicklungsleiter (2‘), die identisch zu dem ersten Wicklungsleiter (2) ausgebildet und derart versetzt angeordnet sind, dass der erste und die zweiten Wicklungsleiter (2, 2‘) in denselben mehreren Lagen (L1, L2, L3, L4) der Wicklungseinheit (1) angeordnet sind.
5. Verfahren zur Herstellung einer bandförmigen Wicklungseinheit (1) für eine Statorwicklung (20) mit einem ersten Wicklungsleiter (2), der in mehreren Lagen (L1, L2, L2, L4) der Wicklungseinheit (1) geführt ist, mit folgenden Verfahrensschritten: a. Bereitstellen mehrerer gerader in einer Querrichtung (Q) der Wicklungseinheit (1) verlaufender Nutabschnitte (3.1-3.7), die zueinander parallel angeordnet sind, b. Bereitstellen eines ersten gekrümmten Endabschnitts (11), der einen ersten Nutabschnitt (3.1) in der ersten Lage (L1) mit einem zweiten Nutabschnitt
(3.2) in einer zu der ersten Lage (L1) benachbarten, zweiten Lage (L2) verbindet und auf einer ersten Längsseite (5) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist, c. Bereitstellen eines zweiten gekrümmten Endabschnitts (12), der den zweiten Nutabschnitt (3.2) in der zweiten Lage (L2) mit einem dritten Nutabschnitt
(3.3) in der ersten Lage (L1) verbindet und auf einer der ersten Längsseite (5) gegenüberliegenden, zweiten Längsseite (6) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist, d. Bereitstellen eines dritten gekrümmten Endabschnitts (13), der den dritten Nutabschnitt (3.3) in der ersten Lage (L1) mit einem vierten Nutabschnitt (3.4) in der zweiten Lage (L2) verbindet und auf der ersten Längsseite (5) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist, gekennzeichnet durch e. Bereitstellen eines vierten gekrümmten Endabschnitts, (14) der den vierten Nutabschnitt (3.4) in der zweiten Lage (L2) mit einem fünften Nutabschnitt (3.5) in einer zu der zweiten Lage (L2) benachbarten, dritten Lage (L3) verbindet und auf der zweiten Längsseite (6) der Wicklungseinheit (1) angeordnet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen des ersten, zweiten und dritten gekrümmten Endabschnitts (11, 12, 13) der erste Wicklungsleiter (2) um eine erste Wickelschablone, insbesondere eine erste Schwertschablone, gebogen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen des vierten gekrümmten Endabschnitts (14) der Wicklungsleiter (2) um eine zweite Wickelschablone, insbesondere eine zweite Schwertschablone, gebogen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wickelschablone zunächst an die erste Wickelschablone angelegt wird und dann die erste Wickelschablone und die zweite Wickelschablone, insbesondere simultan, gedreht werden, um den vierten gekrümmten Endabschnitt (14) bereitzustellen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen eines fünften gekrümmten Endabschnitts (15) der erste Wicklungsleiter (2) um eine dritte Wickelschablone, insbesondere eine dritte Schwertschablone, gebogen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen eines sechsten gekrümmten Endabschnitts (16) der erste Wicklungsleiter (2) um die dritte Wickelschablone gebogen wird.
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