WO2021175367A1 - Gefaltete wellenwicklung mit umschlag - Google Patents

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WO2021175367A1
WO2021175367A1 PCT/DE2021/100184 DE2021100184W WO2021175367A1 WO 2021175367 A1 WO2021175367 A1 WO 2021175367A1 DE 2021100184 W DE2021100184 W DE 2021100184W WO 2021175367 A1 WO2021175367 A1 WO 2021175367A1
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WO
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winding
mats
stator
mat
arrangement
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PCT/DE2021/100184
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander LEPOLD
Dennis KUHL
Christian Morgen
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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Priority to US17/908,954 priority patent/US20230092221A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings prior to their mounting into the machines
    • H02K15/043—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings prior to their mounting into the machines winding flat conductive wires or sheets
    • H02K15/0432—Distributed windings
    • H02K15/0433—Distributed windings of the wave winding type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Definitions

  • the invention relates to a winding mat arrangement provided for a stator as a stator winding and to a method for producing a stator.
  • US 8966742 B2 discloses a method for producing a stator winding for a stator of an electrical machine, in particular for a motor vehicle, with at least one strand of the stator winding being positioned in one plane and with regions of the strand being bent towards one another along at least one fold line so that a loop winding results.
  • US 2019/0260249 A1 discloses a coil for a rotating electrical machine, the coil being mounted in a plurality of slots of a stator core, and where the slots run in the circumferential direction.
  • An overlapping wave winding coil consisting of a coil wire with a plurality of slot receiving portions accommodated in the grooves and a plurality of coil end portions connecting the slot receiving portions in a chevron shape side by side outside the slots in an axial direction of the stator core forms the coil.
  • At least two layers of the coil wire are connected by a continuous wire-based connecting section, folded back in the connecting section and stacked.
  • this object is achieved according to the invention in that a winding mat arrangement provided for a stator as a stator winding is provided.
  • the winding mat arrangement can then be attached or mounted on the stator body, for example a laminated stator core.
  • the winding mat arrangement has at least two winding mats. The winding mats are crossed with one another.
  • the crossing can be understood to mean that a first part of one winding mat is above / below the other winding mat and a second part is below / above the other winding mat.
  • the at least two winding mats can be joined together. This can be a simple turning process or folding process in order to join the at least two winding mats together.
  • the at least two winding mats can represent an X shape in a sectional plane.
  • the cutting plane can be a longitudinal direction in relation to a winding direction for winding the winding mat arrangement onto the stator. This principle can also be used for more than two winding mats.
  • each of the at least two winding mats can have corrugated wire windings.
  • the number of wire wave windings of each winding mat can be the same.
  • a simple configuration of a wave winding mat arrangement for use for winding onto a stator body can thus be produced from several wave winding mats.
  • connections of the at least two winding mats can be arranged next to one another. If the wave winding mat arrangement lies on a shelf, the connections of the respective wave winding mats can be arranged at a distance from one another / above one another.
  • the connections can form a matrix that enables a phase assignment plan to be used.
  • the object defined above is achieved in a generic method according to the invention in that a method for producing a stator is provided.
  • the method includes providing various winding mats.
  • the method also includes crossing the various winding mats to form a winding mat arrangement.
  • the method further comprises winding or introducing the winding mat arrangement onto or into a stator body, so that a stator
  • the manufacturing process can thus be improved.
  • the various winding mats can be added or joined to the winding mat arrangement.
  • each of the different winding mats can have different layers.
  • the method can further comprise nesting the different winding mats.
  • the method can also include reversals of the levels to one another, so that essentially a common level of the winding mat arrangement is created.
  • the various mats can be placed one inside the other in such a way that an outer side belonging to a plane of one of the winding mats is connected to an inner side belonging to a plane of another of the winding mats.
  • the inside belonging to the other plane of one of the winding mats can be connected to or touching an outside belonging to the other plane of the other of the winding mats. Then the levels can be aligned as a whole by turning them over.
  • the levels of the various winding mats can have different dimensions.
  • the various open planes can be open at an angle to one another before they are turned over.
  • the wire meshes or wires contained in the levels or in the various winding mats can be folded serpentine-shaped or serpentine-shaped. Here, the wires next to one another can be snaked out as a whole to the respective winding mat.
  • a strand section can be understood as a section along the extension of the strand.
  • the definition of such a strand section can be purely virtual, that is, it is not tied to specific physical characteristics or even to an interruption in the strand.
  • the beginning or the end of a strand section is associated with the fact that the course of the strand undergoes a change of direction within the plane, for example makes a kink.
  • the strand sections can form steps of a stepped overall structure.
  • strands can be used to produce the stator winding. These can mostly be run in parallel. For this purpose, several strands can simply be produced before the winding is folded and stored in a magazine. As soon as the required number of strands is reached in the magazine, the strand is then folded into a winding mat.
  • the strands are preferably positioned as a distributed winding.
  • the crossings of individual strands are spatially rectified by winding in the opposite direction, making it easier to deal with the crossings.
  • a continuous wire can be used for the strand. This can apply to all strands.
  • the strand can, however, also be formed from several elements, which are then electrically connected to one another.
  • a rectangular wire is advantageously used for the strand.
  • Other ladder shapes are also conceivable.
  • a diameter of the conductor forming the strand can essentially correspond to a slot width of the slots in the stator core or be smaller than this.
  • Another aspect herein can be an electrical machine, in particular for a motor vehicle, which has a stator winding, in particular the winding mat arrangement as described above, of the electrical machine.
  • This can be an at least two-layer loop winding.
  • the invention relates to a folded wave winding with an envelope.
  • the invention relates to the manufacture of a stator as an unrolled tooth chain and the joining of the distributed winding in the flat tooth chain.
  • this is an adaptation of a distributed winding topology in which the resulting mat is as compact as possible and can be joined in a tooth chain.
  • the winding mat should as far as possible be able to be joined in a tooth chain (unrolled stator).
  • the challenge is to interconnect parallel winding branches in such a way that no circulating currents can occur despite the continuous winding pattern in the winding head.
  • Parallel winding branches per phase are necessary, since a lower conductor height is used, especially with a wave winding (compared to so-called hairpin windings) and the number of conductors in the slot is increased. So that the resulting voltage for each phase remains the same, the number of parallel winding branches must be increased with.
  • the conductors can be continuously wound in a circle with an optional level offset. This is not possible with a winding that is to be joined in a flat inverted tooth chain. Therefore, the winding direction must be reversed and there are reversal points. Due to geometrical boundary conditions, only every second level is covered with a conductor at these reversal points. These reversal points are then plugged into one another when the winding is rolled up. The manufacturing process of such a wave winding is very complex.
  • the following problems are to be solved with the new type of winding: Optimal interconnection of parallel winding branches to minimize the circular currents and implementation of a flat / compact winding with reversal points, as well as simplification of the manufacturing concept.
  • the mats are produced in a first step, which are then inserted into one another in an x-shape to form a flat winding.
  • the manufacture of the mats can be done in the following way: Bending a flat template (separately for each phase), stacking the individual flat templates, folding the stacked phase templates to form the mat on bending lines and thereby generating the winding head.
  • the ladder is not initially bent to its final position in order to enable the mats to be inserted in an x-shape. Only after the mats have been plugged in will the bend be brought to its final position.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a preview scheme
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a conductor arrangement in a preliminary diagram
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a stack of preview schemes
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a folding process
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an individual mat before being folded over
  • FIG. 6 shows a schematic representation of nested mats
  • FIG. 7 is a schematic representation of nested mats
  • FIG. 8 shows a schematic representation of nested mats and a finished winding mat arrangement
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a winding mat arrangement
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a bent and inserted winding mat arrangement
  • FIG. 11 shows a schematic representation of an occupancy plan
  • FIG. 12 is a schematic representation of a winding arrangement.
  • a conductor In order to prevent circulating currents, a conductor must see every slot in the slot block in every conductor level along a winding path. The overlapping of the individual poles for each phase is meant as the slot block. It does not matter whether the conductor crosses level 1 in the first slot per pole in the first or in the second pole along the circumference. In front of it, a conductor changes one level up in each winding head. If the ladder has reached the top level, there is a level jump to the bottom level.
  • the execution requires four mats (z_n / 2).
  • the level jump 10 takes place here once at each odd bending line.
  • the bending lines can be different for each mat.
  • the orientation of the bend can be seen from the arrows in FIG.
  • the bending direction is outside the diagram, for example only folded in half, at least not completely folded, so that the mats can later interlock.
  • a larger offset between the vertical groove pieces 9 is required due to the larger winding head length.
  • FIG. 1 may have one or more optional additional features that correspond to one or more aspects mentioned in connection with the proposed concept or embodiments described below with reference to FIGS. 2 to 12.
  • the conductors on the right and left loop sides are folded in each groove level. On each side of the loop, the conductors are always in the same slot for each pole. By interchanging the reversal points 8, 11, a conductor sees all the grooves per slot block.
  • FIG. 2 The stacking of the individual flat templates 12, 13, 14 is shown in FIG. Stacking of the individual pre-schemes 12, 13, 14 into one another is possible due to the shape of the winding head in the area of the reversal points 8, 11.
  • the individual pre-schemes 12, 13, 14 are layered in the reversal points 8, 11 in the same order. Bending of the ladder may require an additional offset by the height of the ladder (in area a). Further details and aspects are mentioned in connection with the embodiments described above or below.
  • the embodiment shown in Fig. 2, 3 can have one or more optional additional features that correspond to one or more aspects in connection with the proposed concept or one or more above (z. B. FIG. 1) or Embodiments described below (e.g. Figs. 4 to 12) are mentioned.
  • FIG. 4 schematically shows a folded state during the folding process of the mat itself, see fold cutouts 15, 16.
  • the bend takes place outside of the direction diagram (see FIG. 5); it does not initially take place on the final state.
  • the bend is shown here schematically at 90 degrees, but 0 degrees and 150 degrees are also conceivable to enable plugging.
  • the bend to the final state of 180 degrees only takes place after plugging in.
  • the mats 17, 18, 19, 20 are successively plugged into one another in an X-shape or placed one inside the other.
  • second partial areas 17b, 18b, 19b, 20b are also arranged next to one another, in FIGS. 6 to 8 upwards.
  • FIG. 10 shows the bent and inserted winding, which is also shown here as a rolled-up winding mat arrangement
  • FIGS. 4 to 10 may have one or more optional additional features that correspond to one or more aspects that are related to the proposed concept or one or more of the above (e.g. FIGS. 1 to 3) or the embodiments described below (e.g. FIGS. 11 and 12) are mentioned.
  • FIG. 11 shows an example of an occupancy plan for a phase. If the winding step is shortened on one end face and if the winding step is lengthened on the opposite end face, a tendon is obtained (analogous to the two-layer winding). In a multilayer winding, the displacement of the winding layers is referred to as the tension. This shift smooths the excitation curve and thus reduces the harmonics of the induced voltage. Tension reduces the induced stress amplitude. The plug-in zone increases by the length of the shortening / lengthening. The production concept is not affected by this, apart from the bending variation (see FIG. 12, dashed groove is single, solid double).
  • connection zones N connection zones V connection zones

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine für einen Stator als Statorwicklung vorgesehene Wicklungsmattenanordnung (21), wobei die Wicklungsmattenanordnung (21) mindestens zwei Wicklungsmatten (17, 18, 19, 20) aufweist, die miteinander verkreuzt sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Stators.

Description

Gefaltete Wellenwicklunq mit Umschlag
Die Erfindung betrifft eine für einen Stator als Statorwicklung vorgesehene Wicklungs mattenanordnung und ein Verfahren zum Herstellen eines Stators.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren zur Herstellung einer Statorwick lung für einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug bekannt.
US 8966742 B2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Statorwicklung für einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei mindes tens ein Strang der Statorwicklung in einer Ebene positioniert wird und wobei Bereiche des Strangs entlang mindestens einer Faltlinie aufeinander zu gebogen werden, so dass sich eine Schleifenwicklung ergibt.
US 2019/0260249 A1 offenbart eine Spule für eine rotierende elektrische Maschine, wobei die Spule in einer Vielzahl von Nuten eines Statorkerns montiert wird, und wo bei die Nuten in Umfangsrichtung verlaufen. Eine überlappende Wellenwicklungs spule, die aus einem Spulendraht mit einer Vielzahl von in den Nuten untergebrachten Nutenaufnahmeabschnitten und einer Vielzahl von Spulenendabschnitten besteht, die in einer Chevronform die Nutenaufnahmeabschnitte nebeneinander außerhalb der Nu ten in einer axialen Richtung des Statorkerns miteinander verbinden, bildet die Spule. Mindestens zwei Lagen des Spulendrahts sind durch einen durchgehenden Verbin dungsabschnitt auf Drahtbasis verbunden, im Verbindungsabschnitt zurückgefaltet und gestapelt.
Der Stand der Technik hat jedoch den Nachteil, dass der Fertigungsprozess immer aufwendig ist.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll der Fertigungsprozess ver ändert werden. Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine für einen Stator als Statorwicklung vorgesehene Wicklungs mattenanordnung bereitgestellt wird. Die Wicklungsmattenanordnung kann dann auf den Statorkörper, zum Beispiel ein Statorblechpaket, angebracht bzw. montiert wer- den. Die Wicklungsmattenanordnung hat mindestens zwei Wicklungsmatten. Die Wicklungsmatten sind miteinander verkreuzt.
Hierdurch lässt sich der Fertigungsprozess parallelisieren durch das Bereitstellen der Wicklungsmatten, die zeitintensiver in der Herstellung sind als das Zusammenfügen der Wicklungsmatten in einem Endschritt vor dem Aufbringen auf einen Statorkörper. Hierbei kann das Verkreuzen so verstanden werden, dass ein erster Teil der einen Wicklungsmatte oberhalb/unterhalb der anderen Wicklungsmatte ist und ein zweiter Teil unterhalb/oberhalb der anderen Wicklungsmatte ist. Insbesondere können die mindestens zwei Wicklungsmatten zusammengefügt sein. Dies kann ein einfacher Umschlagprozess oder Faltprozess sein, um die mindestens zwei Wicklungsmatten zusammenzufügen.
Die mindestens zwei Wicklungsmatten können in einer Schnittebene eine X-Form dar- stellen. Die Schnittebene kann hierbei eine Längsrichtung in Bezug auf eine Wickel richtung zum Wickeln der Wicklungsmattenanordnung auf den Stator sein. Dieses Prinzip kann auch für mehr als zwei Wicklungsmatten angewandt werden.
Außerdem kann jeder der mindestens zwei Wicklungsmatten Drahtwellenwicklungen aufweisen. Die Anzahl der Drahtwellenwicklungen jeder Wicklungsmatte kann dabei gleich sein. Somit lässt sich eine einfache Ausgestaltung einer Wellenwicklungsmat tenanordnung für die Verwendung zum Aufwickeln auf einen Statorkörper aus mehre ren Wellenwicklungsmatten hersteilen. Ferner können Anschlüsse der mindestens zwei Wicklungsmatten nebeneinander an geordnet sein. Wenn die Wellenwicklungsmattenanordnung auf einer Ablage liegt, können die Anschlüsse der jeweiligen Wellenwicklungsmatten untereinander/überei nander voneinander beabstandet angeordnet sein. Die Anschlüsse können dabei eine Matrix ausbilden, die eine Verwendung eines Phasenbelegungsplan ermöglicht. Die oben definierte Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungs gemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Herstellen eines Stators bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst Bereitstellen verschiedener Wicklungsmatten. Das Ver fahren umfasst ferner Verkreuzen der verschiedenen Wicklungsmatten zu einer Wick lungsmattenanordnung. Das Verfahren umfasst ferner Aufwickeln bzw. Einbringen der Wicklungsmattenanordnung auf bzw. in einen Statorkörper, so dass ein Stator ausge bildet wird.
Der Fertigungsprozess kann somit verbessert werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und wer den nachfolgend näher erläutert.
Die verschiedenen Wicklungsmatten können zu der Wicklungsmattenanordnung ge fügt sein oder gefügt werden.
Außerdem kann jeder der verschiedenen Wicklungsmatten verschiedene aufgeschla gene Ebenen aufweisen. Hierbei kann das Verfahren ferner Ineinanderlegen der ver schiedenen Wicklungsmatten umfassen. Zudem kann das Verfahren ferner Umschla gen der Ebenen zueinander umfassen, so dass im Wesentlichen eine gemeinsame Ebene der Wicklungsmattenanordnung entsteht. Im aufgeschlagenen Zustand der ein zelnen Matten können die verschiedenen Matten so ineinandergelegt werden, dass eine zu einer Ebene einer der Wicklungsmatten zugehörige Außenseite mit einer zu einer Ebene einer anderen der Wicklungsmatten zugehörigen Innenseite verbunden werden. Ebenso kann dabei die zu der anderen Ebene der einen der Wicklungsmatten zugehörige Innenseite mit einer zu der anderen Ebene der anderen der Wicklungs matten zugehörigen Außenseite verbunden werden bzw. sich berühren. Danach kön nen die Ebenen gesamtheitlich ausgerichtet werden durch das Umschlagen.
Die Ebenen der verschiedenen Wicklungsmatten können unterschiedliche Dimensio nen aufweisen. Die verschiedenen aufgeschlagenen Ebenen können hierbei vor dem Umschlagen in einem Winkel zueinander aufgeschlagen sein. Die in den Ebenen bzw. in den ver schiedenen Wicklungsmatten enthaltenen Drahtgeflechte bzw. Drähte können serpen tinenförmig oder schlangenförmig gefaltet sind. Hierbei können die nebeneinanderlie genden Drähte als Ganzes schlangenförmig zu der jeweiligen Wicklungsmatte ausge legt sein.
Zum Beispiel kommt im gefalteten Zustand mindestens ein erster Strangabschnitt pa rallel zu einem zweiten Strangabschnitt zu liegen. Ein Strangabschnitt kann dabei als ein Abschnitt entlang der Erstreckung des Strangs verstanden werden. Die Definition eines solchen Strangabschnitts kann dabei rein virtuell sein, das heißt, sie ist nicht an bestimmte physikalische Ausprägungen oder gar an eine Unterbrechung des Strangs gebunden. Häufig wird der Beginn beziehungsweise das Ende eines Strangabschnitts aber damit verbunden sein, dass der Verlauf des Strangs innerhalb der Ebene einen Richtungswechsel erfährt, beispielsweise einen Knick macht.
In einem nicht gefalteten Zustand können die Strangabschnitte Stufen einer stufenför migen Gesamtstruktur ausbilden.
Zur Herstellung der Statorwicklung können mehrere Stränge verwendet werden. Diese können überwiegend parallel geführt sein. Dazu können vor dem Falten der Wicklung einfach mehrere Stränge hergestellt und in einem Magazin abgelegt werden. Sobald die benötigte Strangzahl im Magazin erreicht ist, wird dann der Strang zur Wicklungs matte gefaltet.
Bevorzugt ist die Positionierung der Stränge als verteilte Wicklung ausgeführt. Durch eine gegenläufige Wicklung werden die Kreuzungen einzelner Stränge räumlich ent zerrt und dadurch der Umgang mit den Kreuzungen vereinfacht.
Zum Beispiel kann für den Strang ein durchgehender Draht verwendet werden. Das kann für alle Stränge gelten. Der Strang kann allerdings auch aus mehreren Elemen ten gebildet sein, die dann elektrisch miteinander verbunden werden.
Für den Strang wird vorteilhafterweise ein Rechteckdraht verwendet. Andere Leiterfor men sind auch denkbar. Ein Durchmesser des den Strang bildenden Leiters kann im Wesentlichen einer Nut breite der Nuten im Statorpaket entsprechen bzw. kleiner als diese sein.
Ein weiterer Aspekt hierin kann eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraft fahrzeug, sein, die eine Statorwicklung, insbesondere die Wicklungsmattenanordnung wie oben beschrieben, der elektrischen Maschine aufweist. Diese kann eine zumin dest zweischichtige Schleifenwicklung sein.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine gefaltete Wellenwicklung mit Umschlag. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Fertigen eines Stators als abgerollte Zahnkette und das Fügen der verteilten Wicklung in die flache Zahnkette. Insbeson dere handelt es sich hierbei um eine Anpassung einer verteilten Wicklungstopologie, bei der die resultierende Matte möglichst kompakt ist und in eine Zahnkette gefügt werden kann. Hierbei soll die Wicklungsmatte in eine Zahnkette (abgerollter Stator) weitestgehend gefügt werden können.
Bei einer Wellenwicklung besteht die Herausforderung darin, trotz des kontinuierlichen Wickelschemas im Wickelkopf parallele Wicklungszweige so zu verschalten, dass keine Kreisströme auftreten können. Parallele Wicklungszweige pro Phase werden notwendig, da vor allem bei einer Wellenwicklung eine geringere Leiterhöhe (im Ver gleich zu sogenannten Hairpin-Wicklungen) genutzt wird und somit die Leiteranzahl in der Nut erhöht wird. Damit die resultierende Spannung je Phase gleichbleibt, muss so mit die Anzahl paralleler Wicklungszweige erhöht werden.
Bei einer herkömmlichen Wicklungsvariante können die Leiter fortlaufend im Kreis mit einem optionalen Ebenen-Versatz gewickelt werden. Dies ist bei einer Wicklung, die in eine flache Zahnkette gefügt werden soll, nicht möglich. Daher muss die Wickelrich tung umgekehrt werden und es entstehen Umkehrpunkte. Aufgrund geometrischer Randbedingungen wird an diesen Umkehrpunkten nur jede zweite Ebene mit einem Leiter belegt. Diese Umkehrpunkte werden anschließend beim Aufrollen der Wicklung ineinandergesteckt. Der Fertigungsprozess einer solchen Wellenwicklung ist sehr auf wendig. Zusammenfassend: Folgende Probleme sollen mit der neuartigen Wicklungsart gelöst werden: Optimale Verschaltung paralleler Wicklungszweige zur Minimierung der Kreisströme und Realisierung einer flachen/kompakten Wicklung mit Umkehrpunkten, sowie Vereinfachung des Fertigungskonzeptes.
Gemäß einer Ausführungsform werden in einem ersten Schritt die Matten hergestellt, die anschließend x-förmig ineinander zur flachen Wicklung gesteckt werden. Die Her stellung der Matten kann auf folgende Art und Weise erfolgen: Biegen eines flachen Vorschemas (je Phase getrennt), Stapeln der einzelnen flachen Vorschemata, Falten der gestapelten Phasen-Vorschemata zur Matte an Biegelinien und dabei das Erzeu gen des Wickelkopfes.
Am Ebenen-Sprung werden die Leiter zunächst nicht auf den Endzustand gebogen, um ein x-förmiges Stecken der Matten zu ermöglichen. Erst nach dem Stecken der Matten wird die Biegung auf den Endzustand gebracht.
Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf die Wick lungsmattenanordnung beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch auf den Stator und die elektrische Maschine zutreffen. Genauso können die voranstehend in Bezug auf den Stator oder die elektrische Maschine beschriebenen Aspekte in ent sprechender Weise auf Wicklungsmattenanordnung zutreffen.
Heißt es vorliegend, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente "verbun den ist", damit "in Verbindung steht", kann dies heißen, dass sie damit unmittelbar ver bunden ist oder auf diese unmittelbar zugreift; hierbei ist aber anzumerken, dass eine weitere Komponente dazwischenliegen kann. Heißt es andererseits, dass eine Kom ponente mit einer anderen Komponente "unmittelbar verbunden" ist, ist darunter zu verstehen, dass dazwischen keine weiteren Komponenten vorhanden sind.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Vorschemas;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Leiteranordnung im Vorschema; Figur 3 eine schematische Darstellung eines Stapels von Vorschemas; Figur 4 eine schematische Darstellung eines Faltvorgangs; Figur 5 eine schematische Darstellung einer einzelnen Matte vor dem Umschla gen;
Figur 6 eine schematische Darstellung von ineinandergelegten Matten; Figur 7 eine schematische Darstellung von ineinandergelegten Matten; Figur 8 eine schematische Darstellung von ineinandergelegten Matten und einer fertigen Wicklungsmattenanordnung;
Figur 9 eine schematische Darstellung einer Wicklungsmattenanordnung; Figur 10 eine schematische Darstellung einer gebogenen und gesteckten Wick lungsmattenanordnung;
Figur 11 eine schematische Darstellung eines Belegungsplans; und Figur 12 eine schematische Darstellung einer Wicklungsanordnung.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen ver sehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausge tauscht werden.
Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“, „links“,
„ I i nke ( r)/l i n kes“ , „rechts“, „rechte(r)/rechtes“ und dergleichen, zur einfachen Beschrei- bung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren an deren Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestell ten Orientierung andere Orientierungen des in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Bauelements umfassen. Das Bauelement kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen De skriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso entsprechend interpretiert wer den.
Die Wicklungsmattenanordnung und das Verfahren zur Fierstellung des Stators wer den nun anhand von Ausführungsformen beschrieben.
Um Kreisströme zu verhindern, muss ein Leiter entlang eines Wicklungsweges jede Nut im Nutblock in jeder Leiter-Ebene sehen. Als Nutblock ist die Überlagerung der einzelnen Pole je Phase gemeint. So ist es egal, ob der Leiter die Ebene 1 in der ers ten Nut pro Pol im ersten oder im zweiten Pol entlang des Umfangs durchquert. Vor liegend wechselt ein Leiter in jedem Wickelkopf eine Ebene nach oben. Falls der Lei ter die oberste Ebene erreicht hat, folgt ein Ebenen-Sprung in die unterste Ebene.
Es zeigt sich somit folgende Ebenen-Abfolge (3, 4, 5, 6, 7, 8, 1 ,2) bei z_n=8 Leiter-Ebe nen in der Nut. Im Bereich der Umkehrpunkte 8, 11 wird ein Leiter auf eine andere Nut je Pol getauscht, damit die oben genannte Regel erfüllt werden kann. Durch das konti nuierliche Ebenen-Schieben erfüllen somit alles Leiter jeder Wicklungsmatte die Re gel.
Für die z_n/2 Wicklungsmatten sind unterschiedliche Anzahl an parallelen Leiter a_matte möglich. Es muss hierbei folgende Bedingung erfüllt sein: mod(q/a_matte)=0 für Anschlüsse am gleichen Umkehrpunkt 8, 11 oder mod(q/a_matte)=0.5 für An schlüsse an beiden Umkehrpunkten. Im Fall von Anschlüssen am gleichen Umkehr punkt 8, 11 liegen die parallelen Wicklungszweig-Anschlüsse in Zonen nebeneinan der.
Folgende Ausführungen beziehen sich auf eine Maschine mit Lochzahl q=4, Anzahl paralleler Leiter a=8, Polpaarzahl p=4, z_n=8 und einer Nutenzahl von N=96: Vorschema für eine Phase (Anordnung für a_matte=2 parallele Leiter je Wicklungs matte).
Die Ausführung benötigt vier Matten (z_n/2). Der Ebenen-Sprung 10 erfolgt hier je weils einmal an jeder ungeraden Biegelinie. Die Biegelinien kann für jede Matte unter schiedlich sein. Zum Beispiel für die erste Matte 7, die zweite Matte 5, die dritte Matte 3 und die vierte Matte 1. Die Orientierung der Biegung ist anhand der Pfeile in Figur 1 erkennbar. Beim Ebenen-Sprung 10 ist die Biegerichtung außerhalb des Schemas, zum Beispiel nur zur Hälfte gefaltet, zumindest nicht vollständig gefaltet, um später die Matten ineinandergreifen lassen zu können. Beim Ebenen-Sprung 10 wird aufgrund der größeren Wickelkopflänge ein größerer Versatz zwischen den senkrechten Nut stücken 9 benötigt.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Kon zept oder nachstehend in Bezug auf Fig. 2 bis 12 beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
In Figur 2 ist eine schematische Leiteranordnung in einem Vorschema 12, 13, 14 für a_matte=2 und q=3. Anschlüsse können an beiden Umkehrpunkten notwendig sein. Allgemein gilt, dass Leiter der rechten und linken Schleifen-Seite durch das Falten in jeder Nut-Ebene liegen. Je Schleifen-Seite liegen die Leiter immer in der gleichen Nut je Pol. Durch Vertauschung in den Umkehrpunkten 8, 11 sieht ein Leiter also alle Nu ten je Nutblock. Im Falle einer trivialen Anordnung für a_matte=1 erfolgt die Leiterano rdnung im Vorschema gemäß einer konzentrischen Schleife.
Das Stapeln der einzelnen flachen Vorschemata 12, 13, 14 ist in Figur 3 gezeigt. Ein ineinander Stapeln der einzelnen Vorschemata 12, 13, 14 ist aufgrund der Ausfor mung des Wickelkopfes im Bereich der Umkehrpunkte 8, 11 möglich. Die einzelnen Vorschemata 12, 13, 14 sind dabei in den Umkehrpunkten 8, 11 in der gleichen Rei henfolge geschichtet. Leiterbiegung kann dabei zusätzlichen Versatz um die Leiter höhe (im Bereich a) benötigen. Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in Fig. 2, 3 gezeigte Ausführungs form kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem o- der mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einen oder mehreren vorstehend (z. B. Fig. 1 ) oder nachstehend (z. B. Fig. 4 bis 12) beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
Beispielhaft wird der Faltvorgang mit einem Ebenen-Sprung 10 an der Biegelinie 5 ge zeigt. Hierbei wird in Figur 4 schematisch ein Faltzustand beim Faltvorgang der Matte selbst gezeigt, siehe hierzu Faltausschnitte 15, 16. Im Bereich des Ebenen-Sprungs 10 erfolgt die Biegung außerhalb des Richtungs-Schemas (siehe Figur 5); sie erfolgt zunächst nicht auf den Endzustand. Die Biegung ist hier schematisch mit 90 Grad ge zeigt, aber auch 0 Grad und 150 Grad sind denkbar, um ein Stecken zu ermöglichen. Die Biegung auf den Endzustand von 180 Grad erfolgt erst nach dem Stecken.
Die Matten 17, 18, 19, 20 werden gemäß den Figuren 6 bis 8 nacheinander x-förmig ineinandergesteckt bzw. ineinandergelegt. Hierbei werden erste Teilbereiche 17a,
18a, 19a, 20a (auch erste Ebenen genannt) der Matten 17, 18, 19, 20 nebeneinander, in Figuren 6 bis 8 nach rechts oben, angeordnet. Hierbei werden zweite Teilbereiche 17b, 18b, 19b, 20b auch nebeneinander, in Figuren 6 bis 8 nach oben, angeordnet.
Ein Zwischenbereich zwischen dem ersten Teilbereich 17a, 18a, 19a, 20a und dem zweiten Teilbereich 17b, 18b, 19b, 20b werden die Matten 17, 18, 19, 20 gemäß den Figuren 6 bis 8 nach unten nebeneinander angeordnet. Wenn alle Matten 17, 18, 19,
20 zueinander angeordnet sind, dann erfolgt die Biegung der gesteckten Matten auf den Endzustand zur Wicklungsmattenanordnung 21 (siehe Figur 8, zweite Abbildung).
Die Umkehrpunkte der fertig gesteckten Matten 17, 18, 19, 20 und die Anschlusszo nen U, V, W, X, Y, Z sind in Figur 9 gezeigt. Eine Verschaltung kann vorzugsweise als Sternschaltung (X-Y-Z zu Stern) oder auch als Dreiecksschaltung vorgesehen sein. In den Umkehrpunkten 8, 11 ist nur jede zweite Ebene mit einem Leiter belegt (siehe hierzu den Belegungsplan für eine Phase in Figur 11 ). In Figur 10 wird die gebogene und ge steckte Wicklung gezeigt, die hierin auch als aufgerollte Wicklungsmattenanordnung
21 bezeichnet ist. Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Die in Fig. 4 bis 10 gezeigte Ausfüh rungsform kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die ei- nem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlage nen Konzept oder einen oder mehreren vorstehend (z. B. Fig. 1 bis 3) oder nachste hend (z. B. Fig. 11 und 12) beschriebenen Ausführungsformen erwähnt sind.
In Figur 11 ist beispielhaft ein Belegungsplan für eine Phase gezeigt. Bei Verkürzung des Wicklungsschrittes auf einer Stirnseite und bei der Verlängerung des Wicklungs schrittes auf der gegenüberliegenden Stirnseite erhält man eine Sehnung (analog zur Zweischichtwicklung). Als Sehnung wird bei einer Mehrschichtwicklung die Verschie bung der Wicklungslagen bezeichnet. Diese Verschiebung bewirkt eine Glättung der Erregerkurve und damit eine Reduzierung der Oberschwingungen der induzierten Spannung. Durch die Sehnung verringert sich die induzierte Spannungsamplitude. Dabei vergrößert sich die Steckzone um die Länge der Verkürzung/ Verlängerung. Das Fertigungskonzept wird hiervon bis auf die Biegungsvariation nicht beeinträchtigt (siehe hierzu Figur 12, gestrichelte Nut einfach belegt, durchgezogene zweifach be legt).
Bezuqszeichenliste
1-7 Biegungspunkte
8 Umkehrpunkt
9 Nutstück
10 Ebenen-Sprung
11 Umkehrpunkt
12 erstes Vorschema
13 zweites Vorschema
14 drittes Vorschema
15 Faltausschnitt
16 Faltausschnitt
17a erste Ebene - erste Matte
17b zweite Ebene - erste Matte 18a erste Ebene - zweite Matte 18b zweite Ebene - zweite Matte 19a erste Ebene - dritte Matte 19b zweite Ebene - dritte Matte 20a erste Ebene - vierte Matte 20b zweite Ebene - vierte Matte
17 erste Matte
18 zweite Matte
19 dritte Matte
20 vierte Matte
21 Wicklungsmattenanordnung U Anschlusszonen
N Anschlusszonen V Anschlusszonen

Claims

Patentansprüche
1. Eine für einen Stator als Statorwicklung vorgesehene Wicklungsmattenanord nung (21), dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsmattenanordnung (21) mindestens zwei Wicklungsmatten (17, 18, 19, 20) aufweist, die miteinan der verkreuzt sind.
2. Wicklungsmattenanordnung (21) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Wicklungsmatten (17, 18, 19, 20) zusammengefügt sind und in einer Schnittebene eine X-Form darstellen.
3. Wicklungsmattenanordnung (21) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittebene eine Längsrichtung in Bezug auf eine Wickelrichtung zum Wickeln der Wicklungsmattenanordnung (21 ) auf den Stator ist.
4. Wicklungsmattenanordnung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der mindestens zwei Wicklungsmatten (17, 18, 19, 20) Drahtwellenwicklungen aufweist.
5. Wicklungsmattenanordnung (21) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Drahtwellenwicklungen jeder Wicklungsmatte gleich ist.
6. Wicklungsmattenanordnung (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlüsse der mindestens zwei Wicklungs matten (17, 18, 19, 20) nebeneinander angeordnet sind und eine Matrix ausbil den, die einen Phasenbelegungsplan ermöglichen.
7. Verfahren zum Herstellen eines Stators, das Verfahren umfassend:
Bereitstellen verschiedener Wicklungsmatten (17, 18, 19, 20); gekennzeichnet durch Verkreuzen der verschiedenen Wicklungsmatten (17, 18, 19, 20) zu ei ner Wicklungsmattenanordnung (21); und Einbringen der Wicklungsmattenano rdnung (21) in einen Statorkörper.
8. Verfahren zum Herstellen eines Stators nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Wicklungsmatten (17, 18, 19, 20) zu der Wicklungsmattenanordnung (21) gefügt werden, wobei jede Wicklungsmatte (17, 18, 19, 20) durch Falten gestapelter Phasen-Vorschemata an Biegelinien hergestellt wird.
9. Verfahren zum Herstellen eines Stators nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede der verschiedenen Wicklungsmatten (17, 18, 19, 20) verschiedene aufgeschlagene Ebenen aufweist; und dass das Verfahren ferner umfasst: Ineinanderlegen der verschiedenen Wicklungsmatten (17, 18, 19, 20); und Umschlagen der Ebenen zueinander, so dass im Wesentlichen eine ge meinsame Ebene der Wicklungsmattenanordnung (21) entsteht.
10. Verfahren zum Herstellen eines Stators nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen der verschiedenen Wicklungsmatten (17, 18, 19, 20) unterschiedliche Dimensionen aufweisen.
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