WO2023066422A1 - Verfahren und vorrichtung zur verdichtung von spulenwindungen von segmentierten statoren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verdichtung von spulenwindungen von segmentierten statoren Download PDF

Info

Publication number
WO2023066422A1
WO2023066422A1 PCT/DE2022/100697 DE2022100697W WO2023066422A1 WO 2023066422 A1 WO2023066422 A1 WO 2023066422A1 DE 2022100697 W DE2022100697 W DE 2022100697W WO 2023066422 A1 WO2023066422 A1 WO 2023066422A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tooth
coil
core
jaws
slot
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/100697
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Hoffmann
Wolfgang Hill
Dirk Strassburger
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority to CN202280070273.6A priority Critical patent/CN118216072A/zh
Publication of WO2023066422A1 publication Critical patent/WO2023066422A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0025—Shaping or compacting conductors or winding heads after the installation of the winding in the core or machine ; Applying fastening means on winding heads
    • H02K15/0031—Shaping or compacting conductors in slots or around salient poles

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for compacting coil windings on a toothed core of a stator segment.
  • Stators with stator segments that have a toothed core and a coil wound around it are well known.
  • Stators that are composed of stator segments can be used, for example, in a radial flow machine with an internal rotor.
  • DE 10 2006 054 579 A1 shows a segmented stator for an electric motor, which is formed by a plurality of partial stators or stator segments, which are combined to form a stator in the circumferential direction of the cylindrical stator.
  • Each split stator includes a tooth core having a yoke portion forming part of the circumferential direction, a tooth portion extending radially from the yoke portion, and a winding or coil wound on the tooth portion.
  • the coil is accommodated in a coil receiving portion defined by the yoke portion and the tooth portion. The coil is pressed into the winding accommodating section by means of a pressing tool.
  • DE 10 2020 106 735.6 shows a method for compressing a coil wound around a toothed core, with two pressing jaws arranged opposite one another on the stator segment, viewed in the circumferential direction of the stator, exerting a pressing force on the coil, with the pressing jaws pressing the coil into a stator tooth groove of the stator segment until that the pressing jaws dip at least partially into the respective stator tooth groove.
  • the arrangement of the wires of an upper coil layer in the grooves of the coil layer below results in the force acting on a wire being passed on in the direction of the tooth width, ideally in equal parts to those two wires that are responsible for it form groove. If shifting gaps form in the winding, this force spread is largely eliminated and the force is mainly passed on to one wire only. It can happen that in the first layer, which is in contact with the tooth core or the insulation of the tooth core, a high force accumulates in a wire at the edge of the displacement gap. This unwanted concentration of force at this point increases the risk of damage to the core insulation.
  • the object of the invention is to provide a method and a device which eliminate the aforementioned disadvantages of the prior art and enable the production of a space-optimized coil, as well as a stator segment wound according to the method.
  • the invention provides that the coil turns are compressed in the tooth width direction and in the tooth length direction by at least four pressing jaws become.
  • a preferably orthocyclically wound coil the coil windings of which are wound onto an insulated toothed core of a stator segment and whose coil wire or wire is preferably round enameled wire, should be placed in a device are compacted by compressive forces according to the method described above.
  • Compression in the tooth height direction is to be understood as a compression in the radial direction in relation to a stator composed of stator segments with the tooth cores in the case of a radial flux machine.
  • a compression in the direction of the tooth width is to be understood as a tangential compression (tangential corresponds to the circumference in the stator of the rotary machine).
  • a compression in the tooth length direction forms the last remaining spatial direction, namely in relation to the stator, the axial direction in a radial flow machine or the radial direction in an axial flow machine.
  • the invention is not limited to radial flux machines, but can also be used for the production of stator segments of axial flux machines.
  • the tooth length direction is to be understood radially instead of axially and is thus interchanged with the tooth height direction, while the tooth width direction is to be understood as the circumferential direction in the same way as in the radial flux machine.
  • the proposed method step namely that the coil windings are compressed in the direction of the tooth width and in the direction of the tooth length by at least four pressing jaws, is advantageous because the compression of the coil windings in both directions causes the change in volume of the coil windings caused by the compression of the coil windings to only have an effect in the corner areas of the tooth core, namely in the transition areas of the tooth sides running in the length or tooth width direction. This avoids an undesired lengthening of the coil in one of the directions. Due to the multi-sided compression, the coil, seen in cross section, becomes more angular. The coil wires move away from the winding edge (corner area between the sides running in the direction of the tooth length or tooth width).
  • the thermal conductivity within the coil in these directions and also in the tooth height direction is significantly improved by the compression in the tooth width direction and tooth length direction by the closing of cavities during the deformation of the wire cross sections, which leads to a lower temperature in the coil area near the slot opening.
  • the lowering of the conductor temperature also lowers the winding losses and contributes to improving the efficiency of the stator.
  • the compression causes both in the slot space and in the coil end space that the coil wires lie flatter and thus better against each other.
  • the reduced thermal resistance between the wires leads to a lower temperature gradient between the outer layers and the innermost layer of the coil, with the first layer lying directly on the tooth core being able to transfer the heat via the slot insulation to the tooth core, which in turn is in contact with the cooling jacket .
  • This improved heat flow in the coil to the heat sink tooth core/cooling jacket applies not only in the slot, but also in the two coil heads - therefore in the direction of the tooth width and length.
  • the deformation of the round wire also causes the wire cross section to expand in the direction of the tooth height, so that the thermal conductivity in the coil is also improved in this third direction.
  • This is particularly advantageous since a high temperature gradient occurs in the tooth cores when the jacket is cooled.
  • the electrical steel used has a thermal conductivity that is approx. 18 times poorer than that of copper. For this reason, improvement of the heat conduction inside the coil in the tooth height direction is particularly advantageous to lower the peak temperature in the coil.
  • the compression of the coil turns in the tooth length direction takes place at least partially before the compression of the coil turns in the tooth width direction or begins with the first stage.
  • the compression in the direction of the length of the teeth and/or in the direction of the width of the teeth takes place preferably at the same time or after the compression of the coil windings in the direction of the length of the teeth is path-controlled and with force monitoring.
  • the compression process of the coil windings in the tooth length direction preferably begins in a first stage with an initially lower starting force on the coil heads in the tooth length direction, with the two coil head jaws preferably being force-controlled and displacement-monitored, generating a first target compression state of the two coil heads.
  • the coil contour jaws do not yet introduce any significant force in the tooth width direction into the areas of the coil arranged in the groove space, so that as an optional intermediate step, the coil can be compressed in the two groove space halves in the tooth height direction by groove bottom jaws and groove opening jaws.
  • the force introduced by the coil end jaws in the direction of the tooth length relaxes the windings of the coil, which are prestressed by the wire tension during winding, in the space between the two halves of the slot and thus promotes compression in the direction of the tooth height.
  • the coil end jaws move in a second stage at the same time as the coil contour jaws and are now preferably path-controlled and force-monitored into their predetermined target position.
  • the recorded pressing forces in the tooth length direction are therefore initially moderate in the first stage and only ensure precise alignment, a reduction in the bulging in this area and a slight flattening of the wires on the coil end surface.
  • the coil windings are preferably compressed in the direction of the length of the teeth by means of two end-winding jaws which are moved towards one another in the direction of the length of the teeth.
  • a defined overall length of the toothed segments, including the coil heads formed from the coil turns on the tooth length sides, and a defined length of the two coil heads beyond the end face of the insulated tooth cores is advantageously achieved.
  • this is achieved by the rigid fixing of the tooth core and the independently controlled approaching of the two target positions for the coil end jaws by two independently controlled actuators.
  • an electric machine with a stator segment produced according to the method can optimally utilize the overall length available in the housing for the stator thanks to a small length tolerance, taking clearance and creepage distances into account.
  • the above-described compression of the coil turns in the tooth length direction by means of a two-stage process can also be applied analogously to the compression of the coil turns in the tooth length directions by means of two coil end jaws, with all the advantages described above.
  • the compression of the coil windings in the tooth length direction results in a bulging of the coil windings in the tooth width direction.
  • This bulge can in which subsequent compression of the coil windings in the direction of the tooth width can be corrected, the compression in the direction of the tooth width preferably taking place by means of coil contour jaws, which are preferably simultaneously displaced and moved towards one another in the direction of the tooth width with force monitoring.
  • the subsequent pressing of the coil windings in the tooth width direction reduces the bulging back to zero or at least to such an extent that the excess length of the coil windings is completely or largely shifted to the four corners of the coil.
  • the coil head jaws in the direction of the tooth length preferably act as immovable stops or, in a preferred embodiment, move simultaneously and coordinated via a higher-level controller in a second stage into their desired position, which advantageously promotes the desired deformation of the coil windings in the corner areas.
  • an advantageous embodiment provides that the compression in the tooth width direction is completed after the compression in the tooth length direction, since the compression in the tooth length direction preferably introduces less force into the coil turns.
  • the tooth core is clamped in the direction of the tooth height before the coil windings are compressed, with the yoke area being inserted in a mounting bracket, and being clamped via the pole face on the tooth crest in the direction of the tooth height by a holding and compression device.
  • the tooth core is preferably clamped between a mounting bracket and a holding jaw in the direction of the tooth height.
  • the support bracket may be part of a workpiece carrier that carries the stator segment in and out of the compaction station.
  • the position of the tooth core in relation to the pressing jaws is ensured by the clamping of the tooth core and the preferred configuration by means of the two holding elements in the direction of the tooth height.
  • the mounting bracket has stops in the direction of the tooth width, between which the yoke area of the tooth core slides into the workpiece carrier is used.
  • the holding and compacting device with a holding jaw is preferably displaced in the tooth height direction and moved toward the pole face of the tooth core with monitoring of the force.
  • a slot opening jaw of the holding and compressing device compresses the coil turns located in the area of the slot opening in the direction of the tooth height, starting from the pole face, whereby in a preferred embodiment the areas arranged in the slot halves of the coil are at least partially compressed.
  • the groove-opening jaw of the holding and compacting device is moved, preferably force-controlled and monitored, in the direction of the tooth height over an adjustment path in the direction of the yoke area.
  • the compaction in the tooth height direction is namely influenced by a large total tolerance and is therefore preferably force-controlled and path-monitored, as described above. I.e. it is driven until a certain actuating force is reached.
  • the path varies by a few tenths of a millimeter.
  • the leg ends of the particularly U-shaped slot opening jaw can press the wires away from the slot opening toward the center of the coil cross-sectional area.
  • a free space can be created in the area of the groove opening.
  • the free space can later be coated or filled with insulating resin in an impregnation process, with a dip impregnation process preferably ensuring a reliable resin coating.
  • the displacement of the coil wires in the tooth height direction away from the slot opening advantageously reduces the skin and proximity losses in the windings near the slot opening, which also contributes to increasing efficiency.
  • the compression of the coil turns in the tooth height direction reduces the cavities that form due to the diameter tolerances of the conductor wire used in the layers of the coil between the coil turns when the Wire, for example, has negative diameter tolerances, or in other words, if the coil wire has a smaller outer diameter than the maximum wire diameter for which the groove space was designed.
  • small wire diameter tolerances add up to a larger total tolerance.
  • this total tolerance which occurs in particular on the layer steps and with a desired trapezoidal shape of the target cross section, produces displacement gaps in the coil structure, which reduce force spread. As a result, local force peaks are generated on individual windings of the lowest layer.
  • the intended compression by means of the slot opening jaw results in a further force component in the tooth width direction and a reduction to the point of avoiding distances between adjacent coil wires, whereby a favorable alignment of the wires in the coil cross section with contact lines to all adjacent wires is largely achieved is, which improves the force spread in the coil especially for the compression in the direction of the tooth width.
  • slot base jaws prior to the compression of the coil turns in the direction of the tooth width, slot base jaws are inserted between at least one coil turn and the yoke area of the tooth core in the direction of the tooth width relative to the tooth height direction. After the coil head jaws, the slot base jaws are preferably brought into position with a force monitor. Compression by the slot-opening jaw then follows, or at different times.
  • the groove bottom jaws which preferably have a conical shape with a thickness that increases with the distance from the tooth neck in the direction of the tooth height have, just like the above-described compression of the coil turns by means of the slot opening jaw, contributes to compression in the direction of the tooth height
  • the groove bottom jaws which in one embodiment have a wedge shape, exerting a force component in the direction of the tooth width and preferably force components in the direction of the tooth width and the direction of the tooth height exercise the coil turns. This results in the same effect on the force spread of the coil windings in the slot halves, with the force being introduced not from the side of the tooth head (towards the slot opening jaws) but from the side of the yoke area.
  • the two slot base jaws assume a function of protecting the basic insulation between the coil wires and the metal tooth core, with the slot base jaws creating a free space that increases the distance between the coil windings on the slot base and the gap in the slot insulation at the joint between adjacent stator segments and secured.
  • This second free space (now at the bottom of the slot in addition to that at the slot opening) can advantageously be coated or filled with an insulating resin, with a dip impregnation process preferably ensuring a particularly reliable resin coating.
  • the slot opening jaw can also perform a preferred force-controlled movement in the direction of the tooth height in a preferred embodiment from the slot opening, which depends on the real outer diameter of the coil wire used preferably covers a slightly larger or smaller path in the tooth height direction.
  • the slot-opening jaw produces the majority of the compression of the coil layers in the direction of the tooth height.
  • the variation range of the compression path in the direction of the tooth height is only a few tenths of a millimeter due to the small wire diameter tolerances, even when summed up.
  • the slot opening jaw moves in an advantageous embodiment of the invention until a permissible maximum force is reached in the direction of the slot bottom.
  • the position reached is recorded and the slot opening jaw moves back a little according to a table stored in the software of the actuator so as not to limit the compression work of the coil contour jaw that then acts, but to support it.
  • the groove-opening jaw is controlled individually in a further preferred embodiment, although in contrast to the other press jaws it can assume a variable end position within a permissible travel range, which corresponds to 20 to 35% of the wire diameter, for example.
  • All other pressing jaws can preferably be moved to a fixed end position and thus form a defined gap between adjacent coils, for example in the middle of the groove, which can be reliably and productively filled with an impregnating resin in a further advantageous embodiment of the invention.
  • the above-described compression in the direction of the tooth height by the groove base jaws and/or by the groove opening jaws (edge jaws) can significantly reduce the risk of damage to the insulation layer of the tooth core, even with high pressure in the direction of the tooth width, since the introduction of force by means of the groove base jaws and/or by the groove opening jaws causes a good force spread is ensured by avoiding the displacement gaps.
  • the slot bottom jaws or the slot opening jaws can largely avoid shifting gaps by pushing the coil together in the tooth height direction, preferably intelligently controlled and monitored.
  • Such a preferred path or force control varies the pressing force of the groove bottom jaws or the groove opening jaws in a preferred embodiment depending on the current tolerance of the wire diameter and is detected in a further preferred embodiment by force sensors and displacement sensors for process control.
  • the displacement control can increase the compression displacement. In the first stage of compression in the tooth length direction and in the compression in the tooth height direction by the groove opening jaw, the force is advantageously controlled and the path monitored.
  • travel-controlled travel back to the maximum target area limit is provided if the end position exceeds a target area that is preferably selected to be as large as possible.
  • the predominant part of the displacement in the tooth height direction preferably takes place on the side of the slot opening.
  • a larger distance between the coil wires and the air gap reduces the current displacement losses.
  • a force in the direction of the tooth height can usually be applied directly to the penultimate winding layer from the slot opening. If the stator segment is intended for an internal rotor machine, a force in the direction of the tooth height can primarily be applied to the last layer of the coil from the yoke side or at the bottom of the slot.
  • the coil windings are simultaneously pressed on both sides in the direction of the tooth width by coil contour jaws towards the neck of the tooth core.
  • the tooth core does not move during the compression of the coil windings in the direction of the tooth width, so that both coil surfaces in the center of the slot, i.e. on both sides in the direction of the tooth width, are at a distance from the center of the tooth neck or from the center running in the direction of the tooth height midline of the tooth neck.
  • the gap between adjacent coils in the slot required for phase separation can be minimized and the copper slot fill factor can thus be maximized.
  • the surfaces in the center of the groove of both coil halves in the direction of the tooth width exactly their target distance from the line of symmetry in the tooth height direction in the center of the core. This minimizes the gap between adjacent coils and increases the slot fill factor.
  • the width compression preferably takes place simultaneously on both sides and/or is path-controlled and/or force-monitored.
  • the coil contour jaws have a small gap to the edge jaws (groove bottom jaws, possibly groove opening jaws) in the tooth height direction. This gap can be kept very small thanks to the high precision of the jaw geometry and sliding layers.
  • the coil contour jaws can be designed with an additional spring-loaded area. This is particularly advantageous when trapezoidal stepped coils, which have at least one layer step in the surface, are wound onto the tooth core.
  • This spring-loaded area preferably creates earlier contact with the penultimate coil layer in the area radially inside the coil step during the movement of the coil contour jaw and thus builds up a mechanical prestress in this area in front of the layer step in the penultimate coil layer and the layers below it before the main force acts on the first turn of the last coil layer on the layer step unfolds its full effect.
  • This pre-tension like the force component in the tooth height direction through the edge jaws, favors an optimal force spread of the maximum pressing force that acts on the layer step and generates the highest deformation of the wire cross-section in the first turn of the last coil layer.
  • a further aspect relates to a device for compressing coil windings located in slot halves of a tooth core, the slot halves lying between a yoke area and a tooth tip of the tooth core and a tooth core neck with an insulating layer for insulating the slot base of the slot halves being formed between the yoke area and the tooth tip
  • the device for compressing the coil windings has coil contour jaws that are movable in a tooth width direction and coil head jaws that are movable in a tooth length direction.
  • the insulation is preferably arranged on the entire surface that adjoins the slot space, ie preferably on the slot walls (slot bottom, tooth neck and pole shoe).
  • the movement of the coil contour jaws or coil head jaws can, as already described in detail above, preferably take place simultaneously on both sides and/or in each case path-controlled, force-controlled and/or force- or path-monitored. Due to the compression of the coil windings in both directions, the change in volume of the coil windings caused by the compression of the coil windings only affects the corner areas of the tooth core, namely in the transition areas of the sides running in the tooth length and tooth width direction. This not only avoids an undesirable lengthening of the coil in one of the directions, the length of the coil is noticeably reduced by the compression in the direction of the tooth length and is limited to a defined maximum dimension, which promotes a high power density of the electric machine.
  • the coil becomes more angular when viewed in cross section.
  • the coil wires move away from the winding edge (corner area between the sides running in the direction of the tooth length or tooth width). This is advantageous for the insulation system, as it reduces high compression forces between the wires in the bending zones.
  • there are at least partially small distances in the bending zones between the wires which in a preferred embodiment of the invention can be filled with impregnating resin in a later process step.
  • These optional impregnation resin layers structurally support the stretch thinned enamel layers of the conductor wire in the bending zones outside of the groove space.
  • the compression of the coil winding in two spatial directions also increases the permissible force in the direction of the tooth width during the compression process. This means that a higher degree of deformation of the outer coil turns can be achieved. In this way, more turns can be implemented with a slot cross section that remains the same, or thicker coil wires, which increases the slot fill factor and contributes to a reduction in winding losses. Saving power loss advantageously leads to savings in the size of the energy store and the cooling system performance in the overall system, as well as to a general reduction in the energy requirement over the operating period. Furthermore, the compaction in the direction of the tooth width significantly improves the thermal conductivity within the coil in all directions, which leads to a lower temperature in the coil area near the slot opening.
  • the compaction process can preferably start with an initially lower starting force on the coil heads in the direction of the tooth length, with the two coil head jaws moving away-controlled and force-monitored moving to a respective target position.
  • the coil contour jaws do not yet introduce any significant force into the regions of the coil arranged in the groove space, so that as an intermediate step the coil can be compressed in the two groove space halves in the tooth height direction by groove bottom jaws and groove opening jaws.
  • the force introduced by the coil end jaws in the direction of the tooth length relaxes the windings of the coil, which are prestressed by the wire tension during winding, in the space between the two halves of the slot and thus promotes compression in the direction of the tooth height.
  • the slot bottom jaw can create a free space or secure it as a placeholder, with this free space ensuring a minimum distance between the coil wires and the gap in the slot insulation, which is arranged at the joint of adjacent stator segments.
  • separately movable groove bottom jaws are present on the coil contour jaws in the direction of the tooth width.
  • Sliding in the slot base jaws preferably contributes to compression of the coil turns in the tooth height direction due to its wedge shape, with the groove base jaws exerting a force component on the coil turns both in the tooth height direction and in the tooth width direction. This results in the spread of force already described in detail above in the coil areas located in the slot halves, whereby the force is not introduced on the side of the tooth crest (see above for the slot opening jaws), but on the side of the yoke area.
  • the groove bottom jaws are wedge-shaped or stepped in the direction of the tooth width, with the height of the groove bottom jaw increasing in the tooth height direction with increasing distance from the tooth neck.
  • the slot bottom jaw can also compress or move the coil turns in the direction of the tooth height from the slot bottom. In this way, the slot bottom jaw produces a proportion of the compression of the coil layers in the tooth height direction. To avoid displacement gaps, the compaction path in the direction of the tooth height is Due to the small wire diameter tolerances, however, only a few tenths of a millimeter.
  • the device for clamping the tooth core has a mounting bracket for receiving the yoke area of the tooth core and the device also has a holding and compacting device that can be moved in the direction of the tooth height, with which the tooth core is held on the pole face by means of a holding - And compression device is clamped with a spring-loaded holding jaws against the mounting bracket.
  • the device thus has a holding and compression device that can be moved in the direction of the tooth height, with which the tooth core on the pole face of the tooth tip is pressed against the mounting bracket by means of a holding jaw spring-mounted in the holding and compression device and is thus clamped.
  • the tooth core is securely clamped for the compressions in the direction of the length of the teeth and/or the direction of the width of the teeth and/or in the direction of the height of the teeth.
  • Exact positioning of the tooth core is important for the realization of small external geometry deviations, which is why the mounting device positions the tooth core in all three directions with great precision and then fixes it aligned in this way.
  • the stationary, stable fixing of the stator segment in the device is a prerequisite for very precise shaping of the coil outer contour by subsequently position-controlled pressing jaws of the device.
  • the holding and compressing device is set up to enclose the pole face with a slot opening jaw movable in the tooth height direction and to at least partially compress the coil windings in the slot halves in the tooth height direction.
  • the slot-opening jaw preferably has flattened areas on its leg ends pointing towards the middle of the coil cross-sectional area. In this way, there is an additional force component in the direction of the tooth width when the coil turns are compressed by the slot-opening jaws. As described above, this has a positive effect on the force distribution in the coil. With this slot opening jaw, the coil windings can be compressed in the tooth height direction, as described in more detail above.
  • the movement of the slot-opening jaw can be force-controlled and/or path-monitored.
  • the invention also relates to a stator segment which has been compacted using the method described above. This also results in the advantages described above in relation to the method for the stator segment. It is provided for the stator segment that it has a space between uninsulated surfaces of the tooth core in the slot floor gap and/or at the edge of the pole face of the tooth tip to form a coil wound around the tooth core.
  • the stator segment that the wires of the coil have a degree of deformation which increases in the tooth height direction with decreasing radius in an outer coil layer in the tooth width direction.
  • stator segment results in at least one coil winding in the region of the slot halves having a flattening on the side towards the slot bottom, the surface normal of which has a component in the tooth width direction as well as a component in the tooth height direction.
  • the component in the tooth height direction corresponds to at least 50% of the component in the tooth width direction.
  • At least one coil winding in the region of the slot opening has a flattened area on the side facing the slot opening, the surface normal of which preferably also has a component in the tooth width direction as well as a component in the tooth height direction.
  • the component in the tooth height direction corresponds to at least 50% of the component in the tooth width direction.
  • the flattening of the coil wires, at least in the outer coil layers reduces the dimensions of the coil wires in the direction of the tooth width by >5%, preferably by >10%.
  • stator segment shows that the maximum distance between the outer surface of the coil and a line of symmetry in the center of the tooth in the direction of the tooth width tion is nominally the same on both sides of the crown of the tooth.
  • nominally the same means that the distance only differs by less than 0.1 mm, in particular less than 0.05 mm, due to tolerances.
  • the result is that the coil is aligned tangentially symmetrically in the direction of tooth width and axially symmetrically in relation to the reference edges of the tooth core in the direction of tooth length.
  • the outer dimension of the compacted coil is very exact and tangentially symmetrical in the 4 main directions to the reference edges of the tooth core (tangentially right, left and axially in front and behind).
  • stator segment has coil heads of the coil aligned in the tooth length direction and the coil heads are axially compressed and wires of the top layer of the coil heads have flattenings in the tooth length direction.
  • This increases the utilization of length and increases the power density.
  • the flattening reduces the dimension of the wire by >5%, preferably >10%.
  • FIG. 2 The stator segment from FIG. 1 inserted into a console of a workpiece carrier;
  • FIG. 3 The stator segment from FIG. 2 when being clamped by a holding jaw which is arranged in a spring-loaded manner in a U-shaped useful opening jaw;
  • Fig. 4 A longitudinal section of the stator segment of FIG. 3 when placing the
  • FIG. 5 A longitudinal section of the stator segment from FIG. 4 with the coil end jaws in their end position;
  • FIG. 6 A cross section of the stator segment from FIG. 5 when positioning the spring-loaded slot bottom jaws at the beginning of the compression work;
  • FIG. 7 A cross section of the stator segment from FIG. 6 when positioning the U-shaped slot opening jaw in the middle of the compression work;
  • FIG. 8 A cross section of the stator segment from FIG. 7 with the coil contour jaws brought into the end position at the end of the compression work;
  • Fig. 9 A schematic representation of a circumferential section through the
  • FIG. 1 shows a cross section of a stator segment 1 with an insulated toothed core 10 and a coil 50 wound around it.
  • the stator segment 1 can be used, for example, in a radial flux machine with an internal rotor.
  • the tooth core 10 In relation to an installation situation in an inner rotor, the tooth core 10 has a radially outer yoke area 14 and a radially inner tooth head 12 .
  • a tooth core neck 16 is arranged between the yoke area 14 and the tooth tip 12, which, based on the installation situation described, is narrower in the circumferential direction than the tooth tip 12 and the yoke area 14.
  • the tooth core 10 is I-shaped in cross section and forms in a tooth width direction For example, one groove half 30, 30' extends laterally from a tooth center 18 in each case.
  • the coil 50 wound orthocyclically around the toothed core 10 has six coil layers 58 with a total of 85 turns and largely fills the two slot halves 30, 30' on both sides of the toothed core neck 16, with some wires 54 of the outer coil turns 52 going beyond the slot center line 34 shown in dashed lines protrude into the adjacent groove half (in Figure 1 not shown).
  • An insulating layer 36 is arranged between the coil 50 and the soft-magnetic toothed core 10 and consists, for example, of an injection-molded plastic.
  • a pole face 20 is the air gap surface of the tooth head 12.
  • the tooth head 12 is usually larger than the tooth neck 16 in the tooth width direction ZB, but does not extend over the entire pole pitch of the stator in the tooth width direction ZB, but only over a partial area.
  • the remainder forms the slot opening 32, which has a certain slot opening width in the tooth width direction ZB in order to avoid undesirable magnetic field scattering and increased current displacement losses in the coil.
  • the wound tooth core 10 from FIG. 1 is shown arranged in a mounting bracket 72 in FIG.
  • the mounting bracket 72 can be part of a workpiece carrier 70 and consists of steel with a low-wear surface.
  • the support bracket 72 is brought into contact with the yoke portion 14 of the tooth core 10 .
  • a permanent magnet 74 is arranged in the mounting bracket 72 and is positioned so close under a surface of the mounting bracket 72 facing the yoke area 14 that its magnetic field exerts a weak, defined attractive force on a toothed core 10 inserted into the mounting bracket.
  • the mounting bracket 72 has two slightly conical stop bumps 76, 76' in the direction of the tooth width ZB, through which the yoke area 14 of the tooth core can be positioned very precisely on the mounting bracket 72 in the direction of the tooth width ZB, in particular with an accuracy of a few hundredths of a millimeter.
  • a holding and compacting device 78 is moved towards the tooth core 10 in the tooth height direction ZH as part of a compacting station in the production plant.
  • a spring-loaded holding jaw 80 on the pole surface 20 causes a force to be introduced into the tooth core 10 and thereby presses the tooth core 10 into a recess 82 of the mounting bracket 72.
  • the recess 82 of the mounting bracket 72 lies in the tooth width direction ZB between the two stop humps 76, 76'.
  • the tooth core 10 is thus mechanically clamped between the mounting bracket 72 and the delivered spring-loaded holding jaw 80 in the tooth height direction ZH, with the force of the spring 85 being in the range of a few hundred Newtons and increasing with the delivery of the holding and compression device in the tooth height direction ZH on the tooth core 10 .
  • the infeed movement in the tooth height direction ZH first stops before a U-shaped slot opening jaw 84 at its leg ends 88, 88' closes the inner coil windings arranged near the slot opening 32 of the coil 50 is compressed.
  • the spring-loaded holding jaw 80 is arranged in the U-opening of the groove-opening jaw 84 and the legs 86, 86' of the groove-opening jaw 84 position the tooth crest 12 in the tooth width direction ZB very precisely in the U-opening.
  • FIG 4 shows the wound tooth core 10 in the holding and compacting device 78 according to FIG Insertion of the tooth core 10 is used in the mounting bracket 72 to position the tooth core 10 in the mounting bracket 72 in the tooth length direction ZL exactly.
  • the front reference edge of the encapsulated tooth core 10 is pressed against the stop step 73 by an insertion tool when the console is being fitted with the stator segment 1 (process not shown, chronologically between Figures 1 and 2) and the weak one between the permanent magnet 74 and the yoke area 14 Magnetic force secures this position via static friction.
  • the permanent magnet 74 is arranged offset in the direction of the stop step 73 relative to the recess 82 in order to generate a magnetic force in the tooth length direction ZL.
  • the groove-opening jaw 84 and the retaining jaw 80 spring-mounted therein are designed to be somewhat longer than the extension of the tooth core in the tooth length direction ZL.
  • Coil end jaws 90 are arranged in the tooth length direction ZL in front of and behind the slot opening jaw 84, which can each be moved in the tooth length direction ZL via a lever actuator 92 and, like the slot opening jaw 84 with its actuator, are also attached to the holding and compression device 78, which as a unit in the tooth length direction ZL is moved towards the tooth core 10 at the beginning (in FIG. 3) with a stroke which corresponds approximately to the height of the tooth core neck 16 .
  • both coil head jaws 90, 90' are simultaneously displaced and pushed with force monitoring in the tooth length direction ZL into their target position on the coil heads 56, 56', with the force level relating to the respective coil head 56, 56' being able to differ.
  • Both coil heads 56, 56' are calibrated in their external dimensions, ie brought to a target contour, the degree of deformation of the wires 54 of the coil 50 being lower relative to a later maximum deformation in the slot halves 30, 30' (cf. FIG. 8) not shown here.
  • a region of the coil ends 56, 56' without a track change in the coil winding 52 is preferably more strongly compressed than a region of the coil ends 56, 56' with a track change.
  • the coil end jaws 90, 90' move path-controlled to their desired position, the force required for this being measured and not exceeding a defined value range.
  • the concluding part of the deformation work in the tooth length direction ZL can also be postponed and then take place at the same time as the compaction in the tooth width direction ZB (see FIG. 8).
  • the overall length of the stator segment 1 is realized with a low tolerance and a maximum active length can be used in a limited installation space while maintaining air and creepage distances, which increases the power density.
  • the end position of the coil end jaws is locked so that the coil cannot expand in the tooth length direction ZL in the subsequent compression steps in this direction. This relieves the winding edges (see Fig. 9).
  • FIG 6A again shows a cross section of the stator segment 1 (as shown in Figure 3), with two coil contour jaws 110, 110', which are also path-controlled and force-monitored with separate actuators, pressing against the wires 54 of the top coil layers 58.
  • a groove bottom jaw 112, 112' which is spring-mounted on each coil contour jaw 110, 110', acts as a placeholder in the area between the outer coil layers 58 and the yoke area 14 of the toothed core 10.
  • the respective groove bottom jaw 112, 112' has a wedge-shaped rib 114, which is the first to hold the wires 54 of the turns of the outermost layers near the yoke touched.
  • the rib 114 pushes the turns near the yoke to the center of the coil cross-sectional area (cf. Fig. 6A).
  • the paths of the two spring-loaded groove bottom jaws 112, 112' are limited by the flat stop 116 of the groove bottom jaws 112, 112' against the contact surfaces of the tooth core 10 in the yoke area 14. Due to this path limitation, the groove bottom jaws 112, 112' with their ribs 114 act as placeholders a defined space and also keep this free during the subsequent pressing process by the coil contour jaws 110, 110'.
  • the space kept free at the bottom of the groove 38 near the contact surface of the tooth core is important for securing the basic insulation.
  • the space is advantageously filled with impregnating resin later when the assembled stator is impregnated.
  • the direction of the pressing force has both a component in the tooth width direction ZB and in the tooth height direction ZH.
  • the compression of the coil layers 58 in the tooth height direction ZH improves the force spread in the coil when the coil contour jaws 110, 110' are finally closed (cf. FIG. 10).
  • FIG. 8 shows how the coil contour jaws 110, 110' are simultaneously moved to their end position with great force after the coil has been pre-compacted by the groove bottom jaws 112, 112' and the groove opening jaws 84.
  • path control is supplemented by force monitoring.
  • the pressing forces of the two coil contour jaws 110, 110' can be slightly different.
  • the tooth core 10 does not move during any deformation processes of the coil.
  • each further pressing jaw (coil end jaws 90, 90', coil bottom jaws 112, 112' and slot opening jaws 84) that is brought into the end position contributes to the position-accurate fixing of the entire stator segment 1.
  • the groove opening jaw 84 preferably moves as far as possible into the groove until a force limit is reached.
  • the outer contour of the coil 50 is adjusted to within a few hundredths of a millimeter on all surfaces that come into contact with the pressing jaws 90, 90', 110, 110', 112, 112' and the spring-back path is largely taken into account by means of an allowance.
  • FIG. 9 this movement of material is shown symbolically with arrows in a view of a circumferential section through the center of the tooth.
  • the coil 50 becomes more angular in the corner areas due to the compression by the coil head jaws 90, 90' and by the compression by the coil contour jaws 110, 110' and the wires 54 tend to move away from the bending edges of the toothed core 10.
  • FIG. 10 in a section of the cross section of the compressed coil 50 from FIG. 8, the force spread and the force transmission through the coil layers 58 of the coil 50 are shown with the aid of force arrows.
  • the wire cross sections of the radially outer coil turns of the outer coil layers 58 are preferably somewhat less deformed than the wire cross sections of the innermost turns of the outer coil layers. ge 58.
  • the trapezoidal cross-sectional area of the groove half is better utilized. However, this better use of space also causes an uneven introduction of force from the coil contour jaws 110, 110' into the coil structure.
  • the insulation layer 36 has a grooved structure 37 on the entire groove wall, which firstly prevents the wires 54 from shifting in the tooth height direction ZH and thus the formation of undesirably large cavities with wire diameters at the lower tolerance limit, and secondly the strip-shaped contact surface on which the force is transmitted from the round wire to the insulating layer 36 is increased considerably, in that up to 40% of the wire circumference is in contact with the insulating layer 36 instead of a few percent.
  • the grooved structure 37 is also realized in a sheet metal cut edge of the tooth core 10, so that the thickness of the insulation layer 46 on the sides of the tooth neck is designed to be largely constant.
  • force components in the tooth height direction ZH can be passed on directly to the stable tooth core 10 as a pressure load.
  • Actuator drives are used in all three spatial directions (tooth length direction ZL, tooth width direction ZB and tooth height direction ZH), with work being carried out on one side only in the direction of the tooth height direction ZH—with only one actuator.
  • two independently controlled actuators are used on both sides, which preferably work simultaneously, but can also reach their target position with different forces.
  • Electromechanical drives with compact gear designs are preferred for the five actuators, with precise sensors and position control ensuring that the end position of the jaws is reached exactly.
  • force sensors are installed in the five selectively movable pressing jaws 84, 90, 90', 110, 110', 112, 112'.
  • Product quality is ensured if the force values are within defined value ranges when the process is released.
  • the successive or slightly overlapping pressing movements take place in fractions of a second, so that the entire compaction process only takes a few seconds. This makes it possible to compress all the stator segments of a motor in a continuous system every minute.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Verfahren zur Verdichtung von Spulenwindungen (52), die auf einem Zahnkern (10) eines Statorsegments (1) aufgewickelt sind, wobei zwischen Spulenwindungen und dem Zahnkern eine Isolationsschicht (36) angeordnet ist, und der Zahnkern (10) in einer Zahnhöhenrichtung (ZH) zwischen einem Jochbereich (14) und einem Zahnkopf (12) einen Zahnkernhals (16) aufweist und in einer Zahnbreitenrichtung (ZB) zwischen dem Jochbereich (14) und der Zahnkopf (12) in einer Zahnlängenrichtung (ZL) verlaufende Nuthälften (30, 30') aufweist, worin die Spulenwindungen (52) einliegen, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Spulenwindungen (52) in der Zahnbreitenrichtung (ZB) sowie in der Zahnlängenrichtung (ZL) durch zumindest vier Pressbacken (84, 90, 90', 100, 110', 112, 112') komprimiert werden, sowie eine Vorrichtung wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Vorrichtung zur Komprimierung der Spulenwindungen (52) in einer Zahnbreitenrichtung (ZB) bewegliche Spulenkonturbacken (110, 110') und in einer Zahnlängenrichtung (ZL) bewegliche Spulenkopfbacken (90, 90') aufweist sowie ein nach dem Verfahren verdichtetes Statorsegment (1), das jeweils einen Abstandsraum zwischen unisolierten Oberflächen des Zahnkerns (10) im Nutbodenspalt und/oder am Rand der Polfläche (20) des Zahnkopfs (12) zu einer um den Zahnkern (10) gewickelten Spule (50) aufweist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verdichtung von Spulenwindungen von segmentierten Statoren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdichtung von Spulenwindungen auf einem Zahnkern eines Statorsegments.
Segmentierte Statoren mit Statorsegmenten, die einen Zahnkern und eine darum gewickelte Spule aufweisen, sind hinlänglich bekannt. Statoren, die aus Statorsegmenten zusammengesetzt sind, können beispielsweise in einer Radialflussmaschine mit Innenläufer eingesetzt sein.
DE 10 2006 054 579 A1 zeigt einen segmentierten Stator für einen Elektromotor, der durch eine Mehrzahl von Teilstatoren bzw. Statorsegmenten gebildet ist, welche in Umfangsrichtung des zylindrischen Stators zu einem Stator zusammengesetzt sind. Jeder Teilstator weist einen Zahnkern mit einem Jochabschnitt, der einen Teil der Umfangsrichtung bildet, einen Zahnabschnitt, der sich in radialer Richtung von dem Jochabschnitt aus erstreckt und eine Wicklung oder Spule auf, welche auf den Zahnabschnitt gewickelt ist. Die Wicklung ist in einem Wicklungsaufnahmeabschnitt aufgenommen, welcher durch den Jochabschnitt und den Zahnabschnitt definiert ist. Die Spule wird mittels eines Presswerkzeugs in den Wicklungsaufnahmeabschnitt gepresst.
DE 10 2020 106 735.6 zeigt ein Verfahren zur Verdichtung einer um einen Zahnkern gewickelten Spule, wobei zwei in Umfangsrichtung des Stators gesehen am Statorsegment gegenüberliegend angeordnete Pressbacken eine Presskraft auf die Spule ausüben, wobei die Pressbacken die Spule so weit in eine Statorzahnnut des Statorsegments einpressen, dass die Pressbacken zumindest bereichsweise in die jeweilige Statorzahnnut eintauchen.
Selbst wenn die Spulenwicklungen auf den Zahnkernen der Statorsegmente ideal, wie etwa orthozyklisch, gewickelt werden, wird bei der Verwendung von Runddrähten lediglich ein Füllgrad von etwa 90% erreicht. Das restliche durch die Spulenwindung vereinnahmte Volumen besteht aus Zwischenräumen zwischen den einzelnen Windungen bzw. Windungslagen. Das aus dem Stand der Technik bekannte Pressen soll die Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes optimieren, indem die Drähte der Windungen gepresst werden und sich teilweise derart verformen, dass die Zwischenräume zwischen den Drähten verringert werden.
Dies gestaltet sich insofern problematisch, als dass die für das Pressen benötigte Kraft von außen auf die Spulenwindungen aufgebracht wird und sich so eine ungleichmäßige Kraftverteilung der Presskraft in der Spule entwickelt. In Bereichen, in denen eine besonders hohe Kraftwirkung auftritt, besteht die Gefahr, dass die Isolierung des Zahnkerns durch eine besonders starke lokale Belastung durch die die Presskraft weiterleitenden Drähte beschädigt wird. Ferner werden die Drähte beim Verdichten insbesondere am Nutbodenspalt und am Nutschlitz in eine ungünstige Position bewegt, so dass in diesen kritischen Bereichen keine sichere Isolation gewährleistet werden kann. Einzuhaltende Luft- und Kriechstrecken stehen daher im Widerspruch zu einer möglichst vollständigen Füllung der Nut. Bei einer idealerweise orthozyklischen Wicklung ergibt sich durch die Anordnung der Drähte einer oberen Spulenlage in den Rillen der darunter liegenden Spulenlage, einer Weitergabe der auf einen Draht wirkendend Kraft in Richtung der Zahnbreite im Idealfall zu gleichen Teilen an jene zwei Drähte weiter, die für ihn die Rille bilden. Sofern sich Verschiebespalte in der Wicklung bilden, bilden wird diese Kraftspreizung weitgehend aufgehoben und die Kraft wird vorwiegend nur an einen Draht weitergegeben. So kann es vorkommen, dass in der ersten Lage, die an dem Zahnkern bzw. der Isolation des Zahnkerns anliegt, sich eine hohe Kraft in einem Draht am Rand des Verschiebespalts akkumuliert. Diese unerwünschte Kraftkonzentration erhöht an dieser Stelle das Risiko eines Schadens in der Kernisolation.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, welche die vorstehend genannten Nachteile des Stands der Technik beseitigen und die Herstellung einer raumoptimierten Spule ermöglicht, sowie ein nach dem Verfahren bewickeltes Statorsegment.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Ansprüche 1 , 7 und 11. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Für ein Verfahren zur Verdichtung von Spulenwindungen, die auf einem Zahnkern eines Statorsegments aufgewickelt sind, wobei zwischen Spulenwindungen und dem Zahnkern eine Isolationsschicht angeordnet ist, und der Zahnkern in einer Zahnhö- henrichtung zwischen einem Jochbereich und einem Zahnkopf einen Zahnkernhals aufweist und in einer Zahnbreitenrichtung zwischen dem Jochbereich und der Zahnkopf in einer Zahnlängenrichtung verlaufende Nuthälften aufweist, worin die Spulenwindungen einliegen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Spulenwindungen in der Zahnbreitenrichtung sowie in der Zahnlängenrichtung durch zumindest vier Pressbacken komprimiert werden.
Eine bevorzugt orthozyklisch gewickelte Spule, die mit ihren Spulenwindungen auf einen isolierten Zahnkern eines Statorsegments gewickelt ist und deren Spulendraht bzw. Draht bevorzugt runder Lackdraht ist, soll nach dem Wickeln der Spule auf den Zahnkern und vor dem Zusammenbau des aus mehreren bewickelten Zahnsegmenten bestehenden Stators in einer Vorrichtung durch Druckkräfte nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren verdichtet werden.
Unter einer Verdichtung in Zahnhöhenrichtung ist eine, bezogen auf einen aus Statorsegmenten mit den Zahnkernen zusammengesetzten Stator im Falle einer Radialflussmaschine eine Verdichtung in radialer Richtung zu verstehen. In demselben Bezugssystem ist unter eine Verdichtung in Zahnbreitenrichtung eine tangentiale Verdichtung (tangential entspricht umfänglich im Stator der Rotationsmaschine) zu verstehen. Eine Verdichtung in Zahnlängenrichtung bildet die letzte verbleibende Raumrichtung, nämlich in Bezug auf den Stator die axiale Richtung in einer Radialflussmaschine bzw. die radiale Richtung in einer Axialflussmaschine. Die Erfindung ist nicht auf Radialflussmaschinen beschränkt, sondern ist auch für die Herstellung von Statorsegmenten von Axialflussmaschinen anwendbar. Entsprechend den obigen Ausführungen für eine Radialflussmaschine sind bei der Herstellung von Segmentspulen für eine Axialflussmaschine die Zahnlängenrichtung radial statt axial zu verstehen und damit mit der Zahnhöhenrichtung vertauscht, während die Zahnbreitenrichtung als Umfangsrichtung gleich zu verstehen ist, wie in der Radialflussmaschine.
Der vorgesehene Verfahrensschritt, nämlich, dass die Spulenwindungen in der Zahnbreitenrichtung sowie in der Zahnlängenrichtung durch zumindest vier Pressbacken komprimiert werden, gestaltet sich vorteilhaft, denn durch die Komprimierung der Spulenwindungen in beiden Richtungen wirkt sich die durch die Kompression der Spulenwindungen hervorgerufene Volumenänderung der Spulenwindungen nur in den Eckbereichen des Zahnkerns, nämlich in den Übergangsbereichen der in Zahn- längen- bzw. Zahnbreitenrichtung verlaufenden Seiten aus. Dadurch wird eine unerwünschte Verlängerung der Spule in einer der Richtungen vermieden. Durch die mehrseitige Verpressung wird die Spule, im Querschnitt gesehen, eckiger. Die Spulendrähte bewegen sich von der Wickelkante (Eckbereich zwischen den in Zahnlängen- bzw. Zahnbreitenrichtung verlaufenden Seiten) weg. Dies gestaltet sich vorteilhaft für das Isoliersystem, da so eine hohe Presskraft zwischen den Drähten in den Biegezonen reduziert wird. Es entstehen vielmehr in den Biegezonen zwischen den Drähten zumindest teilweise kleine Abstände, die in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einem späteren Verfahrensschritt durch Imprägnierharz gefüllt werden können. Diese optionalen Imprägnierharzschichten unterstützen die durch Streckung verdünnten Lackschichten des Leiterdrahts in den Biegezonen außerhalb des Nutraums strukturell.
Durch die Verdichtung der Spulenwicklung in zwei Raumrichtungen erhöht sich die im Verdichtungsvorgang zulässige Kraft in Zahnbreitenrichtung. Dies bewirkt, dass ein höherer Umformgrad der äußeren Spulenwindungen erreicht werden kann. Auf diese Weise können mehr Windungen oder in einer alternativen Ausgestaltung dickere Windungsdrähte bei einem gleichbleibenden Nutquerschnitt realisiert werden, wodurch der Nutfüllfaktor steigt und zu einer Verringerung der Wicklungsverluste beiträgt. Die Einsparung von Verlustleistung führt in vorteilhafter Weise im Gesamtsystem zu Einsparungen bei der Energiespeichergröße und der Kühlsystemleistung sowie zu einer generellen Senkung des Energiebedarfs über die Betriebsdauer. Weiter wird durch die Verdichtung in Zahnbreitenrichtung und Zahnlängenrichtung die thermische Leitfähigkeit innerhalb der Spule in diese Richtungen und zusätzlich auch in Zahnhöhenrichtung durch das Schließen von Hohlräumen bei der Deformation der Drahtquerschnitte wesentlich verbessert, was zu einer niedrigeren Temperatur im Spulenbereich nahe der Nutöffnung führt. Auch die Absenkung der Leitertemperatur senkt die Wicklungsverluste und leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Effizienz des Stators. Die Verdichtung bewirkt sowohl im Nutraum als auch im Spulenkopfraum, dass die Spulendrähte flächiger und damit besser aneinander liegen. Der verringerte Wärmewiderstand zwischen den Drähten führt zu einem geringeren Temperaturgradienten zwischen den äußeren Lagen und der innersten Lage der Spule, wobei die erste direkt am Zahnkern liegende Lage die Wärme über die Nutisolation an den Zahnkern weitergeben kann, der dann wiederum mit dem Kühlmantel in Kontakt steht. Dieser verbesserte Wärmefluss in der Spule zur Wärmesenke Zahn- kern/Kühlmantel gilt nicht nur in der Nut, sondern auch in den beiden Spulenköpfen - deshalb in Zahnbreitenrichtung und Zahnlängenrichtung.
Weiter bewirkt die Deformation des Runddrahts auch eine Ausdehnung des Drahtquerschnitts in Zahnhöhenrichtung, so dass auch in diese dritte Richtung die Wärmeleitfähigkeit in der Spule verbessert wird. Das ist besonders vorteilhaft, da bei einer Mantelkühlung in den Zahnkernen ein hoher Temperaturgradient entsteht. Das verwendete Elektroblech weist nämlich eine ca. 18-fach schlechtere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Kupfer auf. Aus diesem Grund ist eine Verbesserung der Wärmeleitung innerhalb der Spule in Zahnhöhenrichtung besonders vorteilhaft, um die Spitzentemperatur in der Spule zu senken.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Komprimieren der Spulenwindungen in der Zahnlängenrichtung zumindest teilweise vor dem Komprimieren der Spulenwindungen in der Zahnbreitenrichtung erfolgt oder mit der ersten Stufe beginnt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Komprimieren in Zahnlängenrichtung und/oder in Zahnbreitenrichtung bevorzugt zeitgleich oder nach dem Komprimieren der Spulenwindungen in der Zahnlängenrichtung weggesteuert und mit Kraftüberwachung.
Bevorzugt beginnt der Verdichtungsprozess der Spulenwindungen in der Zahnlängenrichtung bevorzugt in einer ersten Stufe mit einer zunächst geringeren Startkraft an den Spulenköpfen in Zahnlängenrichtung, wobei die beiden Spulenkopfbacken vorzugsweise kraftgesteuert und wegüberwacht einen ersten Soll- Verdichtungszustand der beiden Spulenköpfe erzeugen. Die Spulenkonturbacken bringen dadurch in Zahnbreitenrichtung noch keine wesentliche Kraft in die im Nutraum angeordneten Bereiche der Spule ein, so dass als optionaler Zwischenschritt eine Verdichtung der Spule in den beiden Nutraumhälften in Zahnhöhenrichtung durch Nutbodenbacken und Nutöffnungsbacken erfolgen kann. Die von den Spulenkopfbacken eingebrachte Kraft in Zahnlängenrichtung entspannt die vom Drahtzug beim Wickeln vorgespannten Windungen der Spule im Raum der beiden Nuthälften und begünstigt so die Verdichtung in Zahnhöhenrichtung.
In einer weiteren Ausgestaltung ist für die vorstehend beschriebene zweistufige Verdichtung in Zahnlängenrichtung vorgesehen, dass die volle Verdichtung der Spulenköpfe in der zweiten Stufe parallel bzw. synchron zur Verdichtung in Zahnbreitenrichtung erfolgt. Dieses zweistufige Verdichten in Zahnlängenrichtung Richtung ermög- licht einen höheren Verdichtungsgrad in den Spulenköpfen, ohne dass sich die Spule in der ersten Stufe zu stark über die Wickelkanten schiebt und/oder die Verdichtung in Zahnhöhenrichtung nahe der Spulenköpfe zu stark durch die Fixierung der Spulendrähte durch eine starke Verdichtung in Zahnlängenrichtung beeinträchtigt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist für die Verdichtung in Zahnlängenrichtung vorgesehen, dass sich die Spulenkopfbacken in einer zweiten Stufe zeitgleich mit den Spulenkonturbacken bewegen und nun bevorzugt weggesteuert und kraftüberwacht in ihre vorbestimmte Sollposition gebracht werden. Die erfassten Presskräfte in Zahnlängenrichtung sind somit in der ersten Stufe zunächst moderat und sorgen nur für eine präzise Ausrichtung, eine Reduktion der Bauchung in diesem Bereich und eine geringe Abplattung der Drähte an der Spulenkopfoberfläche. Durch die Erfassung beider Größen, Weg und Kraft, in beiden Bewegungsstufen wird das Wickelergebnis in vorteilhafter Weise kontrolliert und zu groß geratene Spulen können schon früh erkannt werden.
Vorzugsweise erfolgt das Komprimieren der Spulenwindungen in Zahnlängenrichtungen mittels zwei Spulenkopfbacken, die in Zahnlängenrichtung aufeinander zu bewegt werden. So wird vorteilhaft eine definierte Gesamtlänge der Zahnsegmente einschließlich der aus den Spulenwindungen an den Zahnlängenseiten ausgebildeten Spulenköpfe und eine definierte Länge der beiden Spulenköpfe über die Stirnseite der isolierten Zahnkerne hinaus erreicht. Dies wird in einer weiteren Ausgestaltung durch die starre Fixierung des Zahnkerns und das unabhängig geregelte Anfahren der beiden Sollpositionen für die Spulenkopfbacken durch zwei unabhängig gesteuerte Stellantriebe erreicht. Somit wird erreicht, dass eine elektrische Maschine mit einem nach dem Verfahren hergestellten Statorsegment die im Gehäuse für den Stator verfügbare Baulänge dank einer kleinen Längentoleranz unter Berücksichtigung von Luft- und Kriechstrecken optimal ausnutzen kann. Die oben beschriebene Kompression der Spulenwindungen in der Zahnlängenrichtung mittels eines zweistufigen Vorgangs ist analog auch auf das hier beschriebene Komprimieren der Spulenwindungen in Zahnlängenrichtungen mittels zweier Spulenkopfbacken mit sämtlichen oben beschriebenen Vorteilen anwendbar.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass durch die Kompression der Spulenwindungen in der Zahnlängenrichtung eine Aufbauchung der Spulenwindungen in Zahnbreitenrichtung erfolgt. Diese Aufbauchung kann in dem nachfolgenden Komprimieren der Spulenwindungen in der Zahnbreitenrichtung korrigiert werden, wobei die Kompression in Zahnbreitenrichtung vorzugweise mittels Spulenkonturbacken erfolgt, welche bevorzugt zeitgleich weggesteuert und mit Kraftüberwachung in Zahnbreitenrichtung aufeinander zu bewegt werden. Durch das nachgelagerte Verpressen der Spulenwindungen in Zahnbreitenrichtung wird die Aufbauchung vorzugsweise wieder gen Null reduziert oder zumindest soweit reduziert, dass die Überlänge der Spulenwindungen vollständig oder weitestgehend in die vier Ecken der Spule verlagert wird. Während der Kompression in Zahnbreitenrichtung wirken die Spulenkopfbacken in der Zahnlängenrichtung vorzugsweise als unbewegliche Anschläge oder bewegen sich in einer bevorzugten Ausgestaltung zeitgleich und über eine übergeordnete Steuerung abgestimmt in einer zweiten Stufe in ihre Sollposition, wodurch die gewünschte Verformung der Spulenwindungen in die Eckbereiche vorteilhaft gefördert wird.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Verdichtung in Zahnlängenrichtung und in Zahnbreitenrichtung zeitlich aufeinanderfolgend oder auch überschneidend erfolgen. Zur Sicherstellung der gewünschten Raumfreihaltung in beiden Richtungen ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass die Verdichtung in Zahnbreitenrichtung zeitlich nach der Verdichtung in Zahnlängenrichtung abgeschlossen ist, da die Verdichtung in Zahnlängenrichtung vorzugsweise weniger Kraft in die Spulenwindungen einbringt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Zahnkern vor dem Komprimieren der Spulenwindungen in Zahnhöhenrichtung eingespannt wird, wobei der Jochbereich in einer Halterungskonsole eingesetzt ist, und über die Polfläche am Zahnkopf in Zahnhöhenrichtung durch eine Halte- und Verdichtungsvorrichtung eingespannt wird. Bevorzugt ist der Zahnkern hierbei zwischen einer Halterungskonsole und einem Haltebacken in Zahnhöhenrichtung eingespannt. Die Halterungskonsole kann Teil eines Werkstückträgers sein, der das Statorsegment in und aus der Verdichtungsstadion befördert.
Durch das Einspannen des Zahnkerns und der bevorzugten Ausgestaltung mittels der beiden Halterungselemente in Zahnhöhenrichtung, wird die Position des Zahnkerns in Bezug auf die Pressbackten sichergestellt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halterungskonsole in Zahnbreitenrichtung Anschläge aufweist, zwischen die der Jochbereich des Zahnkerns in den Werkstück- träger eingesetzt wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für das Einspannen des Zahnkerns die Halte- und Verdichtungsvorrichtung mit einem Haltebacken in Zahnhöhenrichtung vorzugsweise weggesteuert und kraftüberwacht auf die Polfläche des Zahnkerns zubewegt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Komprimieren der Spulenwindungen in Zahnbreitenrichtung ein Nutöffnungsbacken der Halte- und Verdichtungsvorrichtung die im Bereich der Nutöffnung liegenden Spulenwindungen von der Polfläche aus in Zahnhöhenrichtung komprimiert, wobei in einer bevorzugten Ausgestaltung die in den Nuthälften angeordneten Bereiche der Spule zumindest teilweise verdichtet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Nutöffnungsbacken der Halte- und Verdichtungsvorrichtung bevorzugt kraftgesteuert und wegüberwacht in der Zahnhöhenrichtung über einen Stellweg in Richtung des Jochbereichs bewegt wird. Durch die hohe Spurzahl pro Lage wird die Verdichtung in Zahnhöhenrichtung nämlich durch eine große Summentoleranz beeinflusst und erfolgt daher wie vorstehend beschrieben bevorzugt kraftgesteuert und wegüberwacht. D.h. es wird so weit gefahren, bis eine gewisse Stellkraft erreicht wird. Der Weg schwankt dadurch je nach Toleranzlage des eingesetzten Drahts im Bereich weniger Zehntelmillimeter. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform können die Schenkelenden des insbesondere U-förmigen Nutöffnungsba- ckens die Drähte von der Nutöffnung weg zur Mitte der Spulenquerschnittsfläche drücken. In einer weiteren Ausgestaltung kann ein Freiraum im Bereich der Nutöffnung geschaffen werden. Dadurch werden die Luft- und Kriechstrecken von den am ungünstigsten angeordneten Spulendrähten zur nicht isolierten Polfläche des Statorkerns oder durch die Nutöffnung zum Rotorkern deutlich erhöht und damit die Basisisolation an dieser kritischen Stelle verbessert. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Freiraum später in einem Imprägnierprozess mit Isolierharz beschichtet oder gefüllt werden, wobei vorzugsweise ein Tauchimprägnierpropzess eine sichere Harzbeschichtung gewährleitet. Weiter reduziert die Verschiebung der Spulendrähte in Zahnhöhenrichtung weg von der Nutöffnung in vorteilhafter weise die Skin- und Proximityverluste in den Windungen nahe der Nutöffnung, was ebenfalls zur Effizienzsteigerung beiträgt.
Die Verdichtung der Spulenwindungen in der Zahnhöhenrichtung vermindert die Hohlräume, die sich aufgrund der Durchmessertoleranzen des verwendeten Leiterdrahts in den Lagen der Spule zwischen den Spulenwindungen bilden, wenn der Draht beispielsweise negative Durchmessertoleranzen aufweist oder in anderen Worten, wenn der Spulendraht einen kleineren Außendurchmesser ausweist als der maximale Drahtdurchmesser auf den der Nutraum ausgelegt wurde. Insbesondere bei einer hohen Windungszahl pro Lage summieren sich geringe Drahtdurchmessertoleranzen zu einer größeren Summentoleranz auf. Diese Summentoleranz erzeugt bei einer ungleichmäßigen Presskraftverteilung in Zahnbreitenrichtung auf der Längsseite, die insbesondere an den Lagestufen und bei einer gewünschten Trapezform des Zielquerschnitts entsteht, Verschiebungsspalten im Spulenaufbau, die eine Kraftspreizung vermindern. Dies hat zur Folge, dass lokale Kraftspitzen an einzelnen Windungen der untersten Lage erzeugt werden. Diese ungleichmäßige Verteilung der Kraft auf die Isolierung innerhalb der Windungen der ersten Lage führt zur Beschädigung der Isolierung an jenen Stellen, die eine besonders hohe lokale Kraftwirkung aufweisen. Der Vorteil der Verdichtung der Spulenwindungen in der Zahnhöhenrichtung ist nicht nur die vorstehend beschriebene verbesserte Kraftspreizung, sondern auch eine Absicherung des Drahtabstands zur unisolierten Polfläche des Zahnkerns und zusätzlich eine Minderung der Stromverdrängungseffekte in den Windungen nahe der Nutöffnung.
Durch die vorgesehene Kompression mittels des Nutöffnungsbackens ergibt sich neben der Kompression der Spulenwindungen in der Zahnhöhenrichtung eine weitere Kraftkomponente in der Zahnbreitenrichtung und eine Reduktion bis zur Vermeidung von Abständen zwischen benachbarten Spulendrähten, wodurch eine günstige Ausrichtung der Drähte im Spulenquerschnitt mit Berührungslinien zu allen Nachbardrähten weitestgehend erreicht wird, was die Kraftspreizung in der Spule insbesondere auch für die Kompression in der Zahnbreitenrichtung verbessert.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass vor dem Komprimieren der Spulenwindungen in der Zahnbreitenrichtung Nutbodenbacken bezogen auf die Zahnhöhenrichtung zwischen mindestens einer Spulenwindung und dem Jochbereich des Zahnkerns in der Zahnbreitenrichtung eingeschoben werden. Bevorzugt werden nach den Spulenkopfbacken zunächst die Nutbodenbacken kraftüberwacht in Position gebracht. Dann folgt anschließend oder zeitlich überscheidend die Kompression durch den Nutöffnungsbacken.
Das Einschieben der Nutbodenbacken, welche bevorzugt eine konische Form mit einer mit dem Abstand zum Zahnhals ansteigenden Dicke in Zahnhöhenrichtung aufweisen, trägt ebenso, wie das vorstehend beschriebene Komprimieren der Spulenwindungen mittels des Nutöffnungsbackens zu einer Kompression in der Zahnhöhenrichtung bei, wobei die Nutbodenbacken, welche in einer Ausführungsform eine Keilform aufweisen, eine Kraftkomponente in der Zahnbreitenrichtung und bevorzugt Kraftkomponenten in der Zahnbreitenrichtung und der Zahnhöhenrichtung auf die Spulenwindungen ausüben. Es ergibt sich hierdurch derselbe Effekt auf die Kraftspreizung der in den Nuthälften einliegenden Spulenwindungen, wobei die Krafteinleitung hier nicht von der Seite des Zahnkopfes (s.o. zu den Nutöffnungsbacken), sondern von der Seite des Jochbereichs erfolgt.
Die beiden Nutbodenbacken übernehmen, wie der Nutöffnungsbacken, eine Funktion zur Absicherung der Basisisolation zwischen den Spulendrähten und dem metallischen Zahnkern, wobei die Nutbodenbacken einen Freiraum schaffen, der den Abstand der Spulenwindungen am Nutboden zum Spalt in der Nutisolation an der Stoßstelle zwischen benachbarten Statorsegmenten vergrößert und absichert. Auch dieser zweite Freiraum (nun am Nutboden ergänzend zu jenem an der Nutöffung) kann vorteilhaft durch ein Isolierharz beschichtet oder gefüllt werden, wobei bevorzugt ein Tauchimprägnierverfahren eine besonders sichere Harzbeschichtung gewährleistet.
Während die Nutbodenbacken vom Joch des isolierten Zahnkerns eingeschränkt eine auf die Zahnbreitenrichtung beschränkte Bewegung durchführen und die Verdichtung in Zahnhöhenrichtung nur durch ihre Keilform erzeugen, kann der Nutöffnungsbacken in einer bevorzugten Ausgestaltung von der Nutöffnung aus auch eine bevorzugt kraftgesteuerte Bewegung in Zahnhöhenrichtung ausführen, welche abhängig vom realen Außendurchmesser des verwendeten Spulendrahts bevorzugt einen etwas größeren oder kleineren Weg in Zahnhöhenrichtung zurücklegt. Auf diese Weise erzeugt der Nutöffnungsbacken so den Großteil der Verdichtung der Spulenlagen in der Zahnhöhenrichtung Zur Vermeidung von Verschiebungsspalten beträgt der Variationsbereich des Verdichtungswegs in Zahnhöhenrichtung aufgrund der kleinen Drahtdurchmessertoleranzen auch bei einer Aufsummierung allerdings nur wenige Zehntelmillimeter.
Um die Wirkung der Kompression in Zahnhöhenrichtung möglichst auf den gesamten Querschnitt der Spule im Nutraum zu erreichen, bewegt sich der Nutöffnungsbacken in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bis zum Erreichen einer zulässigen Maxi mal kraft in Richtung Nutboden. In einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird die dabei erreichte Position erfasst und der Nutöffnungsbacken fährt gemäß einer in der Software des Stellantriebs gespeicherten Tabelle wieder ein Stück zurück, um die Kompressionsarbeit des danach einwirkenden Spulenkonturbackens nicht einzuschränken, sondern zu unterstützen. Wie vorzugsweise alle Pressbacken wird auch der Nutöffnungsbacken in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung individuell überwacht angesteuert, wobei er im Gegensatz zu den anderen Pressbacken allerdings eine variable Endposition in einem zulässigen Stellwegbereich, der beispielsweise 20 bis 35% des Drahtdurchmessers entspricht, einnehmen kann. Durch die Variation der Endposition kann der Drahtabstand zum Nutöffnung im Rahmen der Möglichkeiten, die sich durch die Drahtdurchmessertoleranz ergeben, maximiert werden und damit auch die Vorteile für die Basisisolation und die AC-Verluste in den Drähten. Alle anderen Pressbacken können vorzugsweise auf eine feste Endposition bewegt werden und so beispielsweise in der Nutmitte einen definierten Spalt zwischen benachbarten Spulen bilden, der sich in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zuverlässig und produktiv mit einem Imprägnierharz füllen lässt.
Durch die vorstehend beschriebene Kompression in Zahnhöhenrichtung durch die Nutbodenbacken und/oder durch den Nutöffnungsbacken (Randbacken) kann das Beschädigungsrisiko der Isolationsschicht des Zahnkerns auch bei hohem Pressdruck in Zahnbreitenrichtung erheblich reduziert werden, da durch die Krafteinleitung mittels der Nutbodenbacken und/oder durch den Nutöffnungsbacken eine gute Kraftspreizung durch Vermeidung der Verschiebespalte gewährleistet wird. Die Nutbodenbacken bzw. der Nutöffnungsbacken können Verschiebespalte weitgehend vermeiden, indem sie die Spule in Zahnhöhenrichtung bevorzugt intelligent gesteuert und überwacht zusammenschieben. Durch eine solche vorzugsweise Weg- bzw. Kraftsteuerung wird die Presskraft der Nutbodenbacken bzw. der Nutöffnungsbacken in einer bevorzugten Ausführungsform abhängig von der aktuell vorliegenden Toleranz des Drahtdurchmessers variiert und wird in einer weiter bevorzugten Ausführungsform durch Kraftsensoren und Wegsensoren für die Prozesskontrolle erfasst. In einer Variante der Erfindung kann bei erfasster zu geringer Kraft die Wegsteuerung den Verdichtungsweg erhöhen. In der ersten Stufe der Verdichtung in Zahnlängenrichtung und in der Verdichtung in Zahnhöhenrichtung durch den Nutöffnungsbacken wird vorteilhaft die Kraft gesteuert und der Weg überwacht. Währen an den Außenflächen der Spule (zwei Außenflächen in Zahnbreitenrichtung und zwei Außenflächen in Zahnlängenrichtung) bevorzugt eine die Wegsteuerung genutzt wird um eine prä- zise Sollposition zu erreichen kann in einer weiteren Ausgestaltung in der Nutöffnung ein möglichst weiter Weg gefahren werden, der den Drahtabstand zur Nutöffung maximiert. Optional kann vorgesehen sein, dass auch hier weggesteuert auf die maximale Zielbereichsgrenze zurückgefahren wird, wenn die Endposition einen bevorzugt möglichst groß gewählten Zielbereich überschreitet. Die Flexibilität den Weg oder die Kraft als Sollgröße in der Ansteuerung zu nutzen, ist durch die Erfassung beider Ist- Werte, Kraft und Weg, möglich.
Das vorgenannte gilt für alle Kraft- bzw. Wegsteuerungen und Kraft- bzw. Wegüberwachungen in der Zahnbreitenrichtung, Zahnlängenrichtung oder Zahnhöhenrichtung, die vorstehend oder nachfolgend beschrieben sind.
In einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der überwiegende Teil der Verschiebung in Zahnhöhenrichtung bevorzugt auf der Seite der Nutöffnung. Auf diese Weise reduziert ein größerer Abstand der Spulendrähte zum Luftspalt die Stromverdrängungsverluste. Insbesondere bei Radialflussmaschinen mit Innenläufer kann von der Nutöffnung aus meist die vorletzte Wicklungslage direkt mit einer Kraft in Zahnhöhenrichtung beaufschlagt werden. Für den Fall, dass das Statorsegment für eine Innenläufermaschine vorgesehen ist, kann von der Jochseite bzw. am Nutboden vorwiegend die letzte Lage der Spule mit einer Kraft in Zahnhöhenrichtung beaufschlagt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, dass für das Komprimieren der Spulenwindungen in Zahnbreitenrichtung vorgesehen ist, dass die Spulenwindungen in der Zahnbreitenrichtung durch Spulenkonturbacken zu dem Zahnkernhals beidseitig zeitgleich gedrückt werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich der Zahnkern während dem Komprimieren der Spulenwindungen in Zahnbreitenrichtung nicht bewegt, so dass beide Spulenoberflächen in der Nutmitte, also auf beiden Seiten in Zahnbreitenrichtung, einen für sie vorgesehenen Abstand zur Zahnhalsmitte bzw. zur in Zahnhöhenrichtung verlaufenden Mittellinie des Zahnhalses aufweisen. Durch sehr geringe Konturabweichungen der Spulenoberflächen in der Nutmitte kann der für die Phasentrennung erforderliche Spalt zwischen benachbarten Spulen in der Nut minimiert und damit der Kupfernutfüllfaktor maximiert werden. Bevorzugt weisen die Oberflächen in der Nutmitte von beiden Spulenhälften in Zahnbreitenrichtung exakt ihren Soll-Abstand von der Symmetrielinie in Zahnhöhenrichtung in der Kernmitte auf. Hierdurch kann der Spalt zwischen benachbarten Spulen minimiert und der Nutfüllfaktor erhöht werden.
Durch die Spulenkonturbacken erfolgt die Breitenverdichtung vorzugsweise beidseitig zeitgleich und/oder jeweils weggesteuert und/oder kraftüberwacht. In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Spulenkonturbacken in Zahnhöhenrichtung einen kleinen Spalt zu den Randbacken (Nutbodenbacken, ggf. Nutöffnungsbacken) auf. Dieser Spalt kann durch eine hohe Präzision der Backengeometrie und durch Gleitschichten sehr klein gehalten werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Spulenkonturbacken mit einem zusätzlichen gefederten Bereich ausgeführt werden. Dies gestaltet sich insbesondere dann vorteilhaft, wenn trapezförmig gestufte Spulen, welche mindestens eine Lagenstufe in der Oberfläche aufweisen auf den Zahnkern gewickelt sind. Dieser gefederte Bereich erzeugt vorzugsweise im Bereich radial innerhalb der Spulenstufe bei der Bewegung des Spulenkonturbackens einen früheren Kontakt zur vorletzten Spulenlage und baut so in diesem Bereich vor der Lagenstufe in der vorletzten Spulenlage und den Lagen darunter bereits eine mechanische Vorspannung auf, bevor die Hauptkraft auf die erste Windung der letzten Spulenlage an der Lagenstufe ihre volle Wirkung entfaltet. Diese Vorspannung begünstigt ebenso wie die Kraftkomponente in Zahnhöhenrichtung durch die Randbacken eine optimale Kraftspreizung der maximalen Presskraft, die an der Lagenstufe wirkt und in der ersten Windung der letzten Spulenlage die höchste Deformation des Drahtquerschnitts erzeugt.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Vorrichtung zur Verdichtung von in Nuthälften eines Zahnkerns einliegenden Spulenwindungen, wobei die Nuthälften zwischen einem Jochbereich und einem Zahnkopf des Zahnkerns liegen und zwischen dem Jochbereich und dem Zahnkopf ein Zahnkernhals mit einer Isolationsschicht zur Isolierung des Nutgrunds der Nuthälften ausgebildet ist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Vorrichtung zur Komprimierung der Spulenwindungen in einer Zahnbreitenrichtung bewegliche Spulenkonturbacken und in einer Zahnlängenrichtung bewegliche Spulenkopfbacken aufweist. Bevorzugt ist die Isolierung an der gesamten Oberfläche angeordnet, die an den Nutraum angrenzt, also bevorzugt an den Nutwänden (Nutboden, Zahnhals und Polschuh). Die Bewegung der Spulenkonturbacken bzw. Spulenkopfbacken kann, wie oben bereits ausführlich beschrieben, vorzugsweise jeweils beidseitig zeitgleich und/oder jeweils weggesteuert, kraftgesteuert und/oder kraft- bzw. wegüberwacht erfolgen. Durch die Komprimierung der Spulenwindungen in beiden Richtungen wirkt sich die durch die Kompression der Spulenwindungen hervorgerufene Volumenänderung der Spulenwindungen nur in den Eckbereichen des Zahnkerns, nämlich in den Übergangsbereichen der in Zahnlängen- bzw. Zahnbreitenrichtung verlaufenden Seiten aus. So wird eine unerwünschte Verlängerung der Spule in einer der Richtungen nicht nur vermieden, die Länge der Spule wird durch die Kompression in Zahnlängenrichtung merklich verringert und dabei auf ein definiertes Maximalmaß beschränkt, was eine hohe Leistungsdichte der Elektromaschine begünstigt. Durch die mehrseitige Verpressung wird die Spule im Querschnitt gesehen eckiger. Die Spulendrähte bewegen sich von der Wickelkante (Eckbereich zwischen den in Zahnlängen- bzw. Zahnbreitenrichtung verlaufenden Seiten) weg. Dies gestaltet sich vorteilhaft für das Isoliersystem, da so eine hohe Presskraft zwischen den Drähten in den Biegezonen reduziert wird. Es entstehen vielmehr in den Biegezonen zwischen den Drähten zumindest teilweise kleine Abstände, die in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einem späteren Verfahrensschritt durch Imprägnierharz gefüllt werden können. Diese optionalen Imprägnierharzschichten unterstützen die durch Streckung verdünnten Lackschichten des Leiterdrahts in den Biegezonen außerhalb des Nutraums strukturell.
Durch die Verdichtung der Spulenwicklung in zwei Raumrichtungen erhöht sich außerdem die im Verdichtungsvorgang zulässige Kraft in Zahnbreitenrichtung. Dies bewirkt, dass ein höherer Umformgrad der äußeren Spulenwindungen erreicht werden kann. Auf diese Weise können mehr Windungen bei einem gleichbleibenden Nutquerschnitt oder dickere Spulendrähte realisiert werden, wodurch der Nutfüllfaktor steigt und zu einer Verringerung der Wicklungsverluste beiträgt. Die Einsparung von Verlustleistung führt in vorteilhafter Weise im Gesamtsystem zu Einsparungen bei der Energiespeichergröße und der Kühlsystemleistung sowie zu einer generellen Senkung des Energiebedarfs über die Betriebsdauer. Weiter wird durch die Verdichtung in Zahnbreitenrichtung die thermische Leitfähigkeit innerhalb der Spule in alle Richtungen wesentlich verbessert, was zu einer niedrigeren Temperatur im Spulenbereich nahe der Nutöffnung führt. Auch die Absenkung der Leitertemperatur senkt die Wicklungsverluste und leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Effizienz des Stators. lm zeitlichen Ablauf kann der Verdichtungsvorgang bevorzugt mit einer zunächst geringeren Startkraft an den Spulenköpfen in Zahnlängenrichtung, wobei die beiden Spulenkopfbacken weggesteuert und kraftüberwacht eine jeweilige Sollposition anfahren. Die Spulenkonturbacken bringen in Zahnbreitenrichtung noch keine wesentliche Kraft in die im Nutraum angeordneten Bereiche der Spule ein, so dass als Zwischenschritt eine Verdichtung der Spule in den beiden Nutraumhälften in Zahnhöhenrichtung durch Nutbodenbacken und Nutöffnungsbacken erfolgen kann. Die von den Spulenkopfbacken eingebrachte Kraft in Zahnlängenrichtung entspannt die vom Drahtzug beim Wickeln vorgespannten Windungen der Spule im Raum der beiden Nuthälften und begünstigt so die Verdichtung in Zahnhöhenrichtung. Der Nutbodenbacken kann einen Freiraum schaffen bzw. diesen als Platzhalter absichern, wobei dieser Freiraum einen Mindestabstand der Spulendrähte vom Spalt der Nutisolation absichert, der an der Fügestelle benachbarter Statorsegmente angeordnet ist.
Nach einer Variante ist für die Vorrichtung vorgesehen, dass an den Spulenkonturbacken in der Zahnbreitenrichtung separat bewegliche Nutbodenbacken vorhanden sind.
Das Einschieben der Nutbodenbacken trägt vorzugsweise durch seine Keilform zu einer Kompression der Spulenwindungen in der Zahnhöhenrichtung bei, wobei die Nutbodenbacken eine Kraftkomponente sowohl in der Zahnhöhenrichtung als auch in der Zahnbreitenrichtung auf die Spulenwindungen ausüben. Es ergibt sich hierdurch die oben bereits ausführlich beschriebene Kraftspreizung in den in den Nuthälften einliegenden Spulenbereichen, wobei die Krafteinleitung nicht auf der Seite des Zahnkopfes (s.o. zu den Nutöffnungsbacken), sondern auf der Seite des Jochbereichs erfolgt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Nutbodenbacken in Zahnbreitenrichtung keilförmig oder stufenförmig ausgebildet, wobei die Höhe des Nutbodenbackens in Zahnhöhenrichtung mit zunehmendem Abstand vom Zahnhals zunimmt. Dadurch kann der Nutbodenbacken in einer bevorzugten Ausgestaltung vom Nutboden aus auch eine Kompression oder Bewegung der Spulenwindungen in Zahnhöhenrichtung ausführen. Auf diese Weise erzeugt der Nutbodenbacken einen Anteil der Verdichtung der Spulenlagen in der Zahnhöhenrichtung. Zur Vermeidung von Verschiebungsspalten beträgt der Verdichtungsweg in Zahnhöhenrichtung auf- grund der kleinen Drahtdurchmessertoleranzen allerdings nur wenige Zehntelmillimeter.
Ferner kann für die Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Einspannung des Zahnkerns eine Halterungskonsole für die Aufnahme des Jochbereichs des Zahnkerns aufweist und die Vorrichtung ferner eine in Zahnhöhenrichtung bewegliche Halte- und Verdichtungsvorrichtung aufweist, womit der Zahnkern an der Polfläche mittels einem in der Halte- und Verdichtungsvorrichtung mit einer Feder gelagerten Haltebacken gegen die Halterungskonsole gespannt wird. Die Vorrichtung weist somit eine in Zahnhöhenrichtung bewegliche Halte- und Verdichtungsvorrichtung auf, womit der Zahnkern an der Polfläche des Zahnkopf mittels einem in der Halte- und Verdichtungsvorrichtung mit einer Feder gelagerten Haltebacken gegen die Halterungskonsole gedrückt und so eingespannt wird.
Auf diese Weise ergibt sich eine sichere Einspannung des Zahnkerns für die Verdichtungen in Zahnlängenrichtung und/oder Zahnbreitenrichtung und/oder in der Zahnhöhenrichtung. Eine exakte Positionierung des Zahnkerns ist für die Realisierung kleiner Außengeometrieabweichungen wichtig, weshalb die Halterungsvorrichtung den Zahnkern in alle drei Richtungen mit hoher Präzision positioniert und abschließend so ausgerichtet fixiert. In anderen Worten die ortsfest stabile Fixierung des Statorsegments in der Vorrichtung ist eine Vorrausetzung für eine sehr exakte Formung der Spulenaußenkontur durch nachfolgend positionsgesteuerte Pressbacken der Vorrichtung.
Schließlich kann für die Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Halte- und Verdichtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Polfläche mit einem in Zahnhöhenrichtung beweglichen Nutöffnungsbacken zu umgreifen und die Spulenwindungen in den Nuthälften in Zahnhöhenrichtung zumindest teilweise zu komprimieren. Bevorzugt weist der Nutöffnungsbacken an seinen Schenkelenden zur Mitte der Spulenquerschnittsfläche hin zeigende Abflachungen auf. Auf diese Weise ergibt sich zusätzlich eine Kraftkomponente in Zahnbreitenrichtung bei der Kompression der Spulenwindungen durch den Nutöffnungsbacken. Dies wirkt sich, wie vorstehend beschrieben ist, positiv auf die Kraftverteilung in der Spule aus. Mit diesem Nutöffnungsbacken können die Spulenwindungen, wie vorstehend näher beschrieben, in Zahnhöhenrichtung komprimiert werden. Die Bewegung des Nutöff- nungsbackens kann kraftgesteuert und/oder wegüberwacht erfolgen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Statorsegment, welches nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren verdichtet wurde. Es ergeben sich hierdurch auch für das Statorsegment die oben in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Vorteile. Für das Statorsegment ist vorgesehen, dass es jeweils einen Abstandsraum zwischen unisolierten Oberflächen des Zahnkerns im Nutbodenspalt und/oder am Rand der Polfläche des Zahnkopfs zu einer um den Zahnkern gewickelten Spule aufweist.
Ferner kann für das Statorsegment vorgesehen sein, dass die Drähte der Spule einen Deformationsgrad aufweisen, der in einer in Zahnbreitenrichtung äußeren Spulenlage in der Zahnhöhenrichtung mit abnehmendem Radius zunimmt.
Aus einer Weiterbildung des Statorsegments ergibt sich, dass mindestens eine Spulenwindung im Bereich der Nuthälften an der Seite zum Nutboden eine Abplattung aufweist, deren Flächennormale neben einer Komponente in Zahnbreitenrichtung auch eine Komponente in Zahnhöhenrichtung aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Komponente in Zahnhöhenrichtung mindestens 50% der Komponente in Zahnbreitenrichtung entspricht.
In einer weiteren Ausgestaltung des Statorsegments ist vorgesehen, dass mindestens eine Spulenwindung im Bereich der Nutöffnung an der Seite zur Nutöffnung eine Abplattung aufweist, deren Flächennormale neben einer Komponente in Zahnbreitenrichtung vorzugsweise auch eine Komponente in Zahnhöhenrichtung aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Komponente in Zahnhöhenrichtung mindestens 50% der Komponente in Zahnbreitenrichtung entspricht.
Nach einer Weiterbildung des Statorsegments kann vorgesehen sein, dass die Abplattungen der Spulendrähte, zumindest in den äußeren Spulenlagen, die Abmessung der Spulendrähte in Zahnbreitenrichtung um >5%, bevorzugt um >10% reduzieren.
Aus einer Weiterbildung des Statorsegments ergibt sich, dass der maximale Abstand der Spulenaußenfläche von einer Symmetrielinie in der Zahnmitte in Zahnbreitenrich- tung auf beiden Seiten des Zahnkrenhalses nominal gleich ist. Nominal gleich bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich der Abstand toleranzbedingt nur um weniger als 0,1 mm insbesondere weniger als 0,05 mm unterscheidet.
Gemäß einer Ausgestaltung des Statorsegments ergibt sich, dass die Spule in Zahnbreitenrichtung jeweils tangential symmetrisch und in Zahnlängenrichtung jeweils axial symmetrisch zu Referenzkanten des Zahnkerns ausgerichtet ist. Damit ist Außenabmessung der verdichteten Spule in den 4 Hauptrichtungen zu Referenzkanten des Zahnkerns sehr exakt und tangential symmetrisch (tangential rechts, links und axial vorne, hinten). Dies ist eine Folge des Prinzips, dass der Zahnkern fixiert wird und die vier Pressbacken kraftüberwacht und positionsgesteuert exakt auf eine Endposition gefahren werden.
Weiterbildend kann für das Statorsegment vorgesehen sein, dass das Statorsegment in Zahnlängenrichtung ausgerichtete Spulenköpfe der Spule aufweist und die Spulenköpfe axial verdichtet sind und Drähte der obersten Lage der Spulenköpfe Abplattungen in der Zahnlängenrichtung aufweisen. Hierdurch wird die Längenausnutzung gesteigert, die Leistungsdichte steigt. Vorzugsweise reduziert die Abplattung die Abmessung des Drahtes um >5%, bevorzugt um >10%.
Weitere Merkmale, Details und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung Ausführungsbeispielen basierend auf den Zeichnungen.
Es zeigen:
Fig. 1 : Einen Querschnitt eines Statorsegments mit einem isolierten Zahnkern und einer darum gewickelten Spule mit 85 Windungen in 6 Lagen;
Fig. 2: Das Statorsegment aus Fig. 1 eingesetzt in eine Konsole eines Werkstückträgers;
Fig. 3: Das Statorsegment aus Fig. 2 beim Festklemmen durch einen Haltebacken, der gefedert in einem u-förmigen Nutzöffnungsbacken angeordnet ist;
Fig. 4: Einen Längsschnitt des Statorsegments aus Fig. 3 beim Aufsetzen der
Spulenkopfbacken; Fig. 5: Einen Längsschnitt des Statorsegments aus Fig. 4 mit den Spulenkopfbacken in ihrer Endposition;
Fig. 6: Einen Querschnitt des Statorsegments aus Fig. 5 beim Positionieren der gefederten Nutbodenbacken zu Beginn der Verdichtungsarbeit;
Fig. 6A: Eine vergrößerte Detaildarstellung mit Kraftpfeilen;
Fig. 7: Einen Querschnitt des Statorsegments aus Fig. 6 beim Positionieren des u-förmigen Nutöffnungsbackens in der Mitte der Verdichtungsarbeit;
Fig. 7A: Eine vergrößerte Detaildarstellung mit Kraftpfeilen;
Fig. 8: Einen Querschnitt des Statorsegments aus Fig. 7 mit in Endposition gebrachten Spulenkonturbacken am Ende der Verdichtungsarbeit;
Fig. 9: Eine schematische Darstellung eines umfänglichen Schnitts durch die
Mitte des Statorsegments mit vier Pressbacken in Endposition und Pfeilen für die Materialverschiebung;
Fig. 10: Eine Detaildarstellung des Querschnitts einer Spulenhälfte im Bereich der Spulenstufe mit Kraftpfeilen zur Erklärung der Kraftspreizung; und
Fig. 11 : Eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs als Flussdiagramm.
Im Folgenden werden für alle Figuren dieselben Bezugszeichen zur Kennzeichnung derselben Elemente verwendet, es sei denn, dass etwas Anderes angegeben ist.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt eines Statorsegments 1 mit einem isolierten Zahnkern 10 und einer darum gewickelten Spule 50. Das Statorsegment 1 kann beispielsweise in einer Radialflussmaschine mit Innenläufer eingesetzt sein. Der Zahnkern 10 weist bezogen auf eine Einbausituation in einem Innenläufer einen radial äußeren Jochbereich 14 und einen radial inneren Zahnkopf 12 auf. Zwischen dem Jochbereich 14 und dem Zahnkopf 12 ist ein Zahnkernhals 16 angeordnet, der, bezogen auf die beschriebene Einbausituation in Umfangsrichtung schmaler ausgebildet ist als der Zahnkopf 12 und der Jochbereich 14. Der Zahnkern 10 ist im Querschnitt I-förmig, und bildet in einer Zahnbreitenrichtung ZB jeweils seitlich von einer Zahnmitte 18 jeweils eine Nuthälfte 30, 30‘ aus. Die orthozyklisch um den Zahnkern 10 gewickelte Spule 50 weist sechs Spulenlagen 58 mit insgesamt 85 Windungen auf und füllt die beiden Nuthälften 30, 30‘ auf beiden Zeiten des Zahnkernhalses 16 weitgehend aus, wobei einige Drähte 54 der äußeren Spulenwindungen 52 über die gestichelt dargestellte Nutmittenlinie 34 hinaus in die benachbarte Nuthälfte ragen (in Figur 1 nicht dargestellt). Zwischen der Spule 50 und dem weichmagnetischen Zahnkern 10 ist eine Isolationsschicht 36 angeordnet, die beispielweise aus einem angespritztem Kunststoff besteht. Eine Polfläche 20 ist die Luftspaltoberfläche des Zahnkopfes 12. Der Zahnkopf 12 ist in Zahnbreitenrichtung ZB üblicherweise größer als der Zahnhals 16, erstreckt sich in Zahnbreitenrichtung ZB aber auch nicht über die gesamte Polteilung des Stators, sondern nur über einen Teilbereich. Der Rest bildet die Nutöffung 32, die zur Vermeidung unerwünschter Magnetfeldstreuung und verstärkter Stromverdrängungsverluste in der Spule eine gewisse Nutöffnungbreite in Zahnbreitenrichtung ZB aufweist.
In Figur 2 ist der bewickelte Zahnkern 10 aus Fig. 1 in einer Halterungskonsole 72 angeordnet dargestellt. Die Halterungskonsole 72 kann ein Teil eines Werkstückträgers 70 sein und besteht aus Stahl mit einer verschleißarmen Oberfläche. Die Halterungskonsole 72 ist mit dem Jochbereich 14 des Zahnkerns 10 in Anlage gebracht. In der Halterungskonsole 72 ist ein Permanentmagnet 74 angeordnet, der so nahe unter einer dem Jochbereich 14 zugewandten Oberfläche der Halterungskonsole 72 positioniert ist, dass sein Magnetfeld eine schwache definierte Anzugskraft auf einen in die Halterungskonsole eingesetzten Zahnkern 10 ausübt. Die Halterungskonsole 72 weist in Zahnbreitenrichtung ZB zwei leicht konische Anschlagshöcker 76, 76‘ auf, durch die der Jochbereich 14 des Zahnkerns in Zahnbreitenrichtung ZB sehr exakt, insbesondere auf wenige hundertstel Millimeter genau, auf der Halterungskonsole 72 positioniert werden kann.
In Figur 3 wird in Zahnhöhenrichtung ZH eine Halte- und Verdichtungsvorrichtung 78 als Teil einer Verdichtungsstation in der Herstellungsanlage auf den Zahnkern 10 zubewegt. Als erstes bewirkt ein gefederter Haltebacken 80 an der Polfläche 20 (Luftspaltfläche) einen Krafteintrag in den Zahnkern 10 und drückt dabei den Zahnkern 10 in eine Vertiefung 82 der Halterungskonsole 72. Die Vertiefung 82 der Halterungskonsole 72 liegt in Zahnbreitenrichtung ZB zwischen den beiden Anschlaghöckern 76, 76‘. Der Zahnkern 10 wird somit zwischen der Halterungskonsole 72 und dem zugestellten gefederten Haltebacken 80 in Zahnhöhenrichtung ZH mechanisch eingespannt, wobei die Kraft der Feder 85 im Bereich einiger Hundert Newton liegt und mit der Zustellung der Halte- und Verdichtungsvorrichtung in Zahnhöhenrichtung ZH auf den Zahnkern 10 ansteigt. Die Zustellungsbewegung in Zahnhöhenrichtung ZH stoppt zunächst bevor ein u-förmiger Nutöffnungsbacken 84 an seinen Schenkelenden 88, 88‘ die nahe der Nutöffnung 32 angeordneten inneren Spulenwindungen der Spule 50 verdichtet. Der gefederte Haltebacken 80 ist in der U-Öffnung des Nutöffnungsbackens 84 angeordnet und die Schenkel 86, 86‘ des Nutöffnungsba- ckens 84 positionieren den Zahnkopf 12 in Zahnbreitenrichtung ZB sehr exakt in der U-Öffnung.
In Figur 4 wird der bewickelte Zahnkern 10 in der Halte- und Verdichtungsvorrichtung 78 gemäß Figur 3 dargestellt, allerdings in einem Längsschnitt durch die Zahnmitte 18, wobei in der Halterungskonsole 72 eine Anschlagsstufe 73 gezeigt wird, die als Anschlag in Zahnlängenrichtung ZL dient und die beim Einsetzen des Zahnkerns 10 in die Halterungskonsole 72 genutzt wird, um den Zahnkern 10 in der Halterungskonsole 72 in Zahnlängenrichtung ZL exakt zu positionieren. Hierbei wird die stirnseitige Bezugskante des umspritzten Zahnkerns 10 von einem Einsetzwerkzeug bei der Bestückung der Konsole mit dem Statorsegment 1 (Vorgang nicht gezeigt, chronologisch zwischen Figur 1 und 2) gegen die Anschlagsstufe 73 gedrückt und die schwache zwischen dem Permanentmagneten 74 und dem Jochbereich 14 vorhandene Magnetkraft sichert über die Haftreibung diese Position. Der Permanentmagnet 74 ist zur Erzeugung einer magnetischen Kraft in Zahnlängenrichtung ZL relativ zur Vertiefung 82 versetzt in Richtung der Anschlagsstufe 73 angeordnet.
Der Nutöffnungsbacken 84 und der darin gefedert befestigte Haltebacken 80 sind etwas länger als die Ausdehnung des Zahnkerns in Zahnlängenrichtung ZL ausgeführt. In Zahnlängenrichtung ZL vor und hinter dem Nutöffnungsbacken 84 sind Spulenkopfbacken 90 angeordnet, die jeweils über eine Hebelaktorik 92 in Zahnlängenrichtung ZL beweglich sind und wie der Nutöffnungsbacken 84 mit seinem Stellantrieb ebenfalls an der Halte- und Verdichtungsvorrichtung 78 befestigt sind, die als Einheit in Zahnlängenrichtung ZL mit einem Hubweg, der in etwa der Höhe des Zahnkernhalses 16 entspricht, am Anfang (in Figur 3) auf den Zahnkern 10 zubewegt wird.
In Figur 5 werden beide Spulenkopfbacken 90, 90‘ zeitgleich weggesteuert und kraftüberwacht in Zahnlängenrichtung ZL in ihre Sollposition auf die Spulenköpfe 56, 56‘ aufgeschoben, wobei das Kraftniveau bezogen auf den jeweiligen Spulenkopf 56, 56‘ unterschiedlich sein kann.
Die Differenz bzw. die resultierende Kraft wird von der Halterungskonsole 72 und dem Haltebacken 80 über Haftreibung aufgenommen. Beide Spulenköpfe 56, 56‘ werden in ihren Außenabmessungen kalibriert, d.h. auf eine Sollkontur gebracht, wobei der Verformungsgrad der Drähte 54 der Spule 50 relativ zur einer späteren maximalen Verformung in den hier nicht dargestellten Nuthälften 30, 30‘ (vgl. Fig. 8) geringer ist.
Hierbei wird bevorzugt ein Bereich der Spulenköpfe 56, 56‘ ohne Spurwechsel in der Spulenwindung 52 stärker komprimiert als ein Bereich der Spulenköpfe 56, 56‘ mit Spurwechsel. Die Spulenkopfbacken 90, 90‘ bewegen sich weggesteuert auf ihre Sollposition, wobei die hierfür benötigte Kraft gemessen wird und einen definierten Wertebereich nicht überschreiten darf. Der abschließende Teil der Verformarbeit in Zahnlängenrichtung ZL kann auch aufgeschoben werden und dann zeitgleich mit der Verdichtung in Zahnbreitenrichtung ZB (siehe Figur 8) erfolgen.
Durch das Kalibrieren bzw. Kompression der Bereich der Spulenköpfe 56, 56‘ wird die Gesamtlänge des Statorsegments 1 mit geringer Toleranz realisiert und in einem beschränkten Bauraum kann unter Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken eine maximale Aktivlänge genutzt werden, wodurch die Leistungsdichte steigt. Die Endposition der Spulenkopfbacken wird arretiert, so dass sich die Spule in Zahnlängenrichtung ZL bei den nachfolgenden Verdichtungsschritten nicht in diese Richtung ausdehnen kann. Hierdurch werden die Wickelkanten entlastet (siehe Fig. 9).
Nach dem Einspannen in Zahnhöhenrichtung ZH (Figur 3) und dem Kalibrieren in Zahnlängenrichtung ZL (Figur 5), beginnt im Folgenden die Verdichtung der Spule 50 in Zahnhöhenrichtung ZH und in Zahnbreitenrichtung ZB.
Figur 6, 6A zeigt hierzu wiederum einen Querschnitt des Statorsegments 1 (wie in Figur 3) dargestellt, wobei hier zwei Spulenkonturbacken 110, 110‘, die ebenfalls mit separaten Stellantrieben weggesteuert und kraftüberwacht sind, gegen die Drähte 54 der obersten Spulenlagen 58 drücken. Bevor die Spulenkonturbacken 110,110‘ ihre Verformarbeit beginnen, wirkt zunächst jeweils ein Nutbodenbacken 112, 112‘, der jeweils gefedert an jeweils einem Spulenkonturbacken 110, 110‘ befestigt ist, im Bereich zwischen äußeren Spulenlagen 58 und dem Jochbereich 14 des Zahnkerns 10 als Platzhalter.
Der jeweilige Nutbodenbacken 112, 112‘ weist hierfür jeweils eine keilförmige Rippe 114 auf, die als erstes die Drähte 54 der jochnahen Windungen der äußersten Lagen berührt. Mit der Federkraft beim Zufahren der Spulenkonturbacken 110, 110‘ und mit einer Kraftrichtung, die sowohl in Zahnbreitenrichtung ZB als in Zahnhöhenrichtung ZH wirkt, schiebt die Rippe 114 die jochnahen Windungen zur Mitte der Spulenquerschnittsfläche (Vgl. Fig. 6A).
Die Wege der beiden gefederten Nutbodenbacken 112, 112‘ werden begrenzt durch den flächigen Anschlag 116 der Nutbodenbacken 112, 112‘ gegen die Kontaktflächen des Zahnkerns 10 im Jochbereich 14. Durch diese Wegbegrenzung nehmen die Nutbodenbacken 112, 112‘ mit ihren Rippen 114 als Platzhalter einen definierten Raum ein und halten diesen auch während des anschließenden Pressvorgangs durch die Spulenkonturbacken 110, 110‘ frei.
Der freigehaltene Raum am Nutboden 38 nahe der Kontaktfläche des Zahnkerns ist für die Absicherung der Basisisolation wichtig. Der Raum wird später beim Imprägnieren des zusammenmontierten Stators vorteilhaft mit Imprägnierharz gefüllt.
In Figur 7, 7A bewegt sich in einem weiteren Zwischenschritt des Verdichtungsprozesses nun nochmals der Nutöffnungsbacken 84 einen kleinen Stellweg in Zahnhöhenrichtung ZH, wobei die Schenkelenden 88, 88‘ des u-förmigen Nutöffnungsbacken 84 die Drähte 54 von der Nutöffnung 32 weg zur Mitte der Spulenquerschnittsfläche drücken. In einer vergrößerten Detaildarstellung (Figur 7A) wird die Kraftwirkung mit Kraftpfeilen symbolisch dargestellt. Der Nutöffnungsbacken 84 nutzt die Nutöffnung 32 zur Verdichtung der Spule in Zahnhöhenrichtung ZH. Die Kraftspreizung wird auch detailliert in Figur 10 gezeigt.
Wie beim Einsatz des Nutbodenbackens 112, 112‘ (vgl. Figur 6) weist die Richtung der Presskraft sowohl eine Komponente in Zahnbreitenrichtung ZB als auch in Zahnhöhenrichtung ZH auf. Durch die Verdichtung der Spulenlagen 58 in Zahnhöhenrichtung ZH wird die Kraftspreizung in der Spule beim abschließenden Zufahren der Spulenkonturbacken 110, 110‘ verbessert (vgl. hierzu Figur 10).
Figur 8 zeigt, wie die Spulenkonturbacken 110, 110‘ gleichzeitig mit hoher Kraft auf ihre Endposition gefahren werden, nachdem die Spule durch die Nutbodenbacken 112, 112‘ und den Nutöffnungsbacken 84 vorverdichtet wurde. Auch hierbei wird die Wegsteuerung durch eine Kraftüberwachung ergänzt. Abhängig von Toleranzen im Wickelprozess können die Presskräfte der beiden Spulenkonturbacken 110, 110‘ etwas unterschiedlich sein.
Der Zahnkern 10 bewegt sich bei allen Deformationsvorgängen der Spule nicht.
Nach dem gefederten Haltebacken 80 trägt auch jeder weitere Pressbacken (Spulenkopfbacken 90, 90‘, Spulenbodenbacken 112, 112‘ und Nutöffnungsbacken 84), der in Endposition gebracht wird, zur positionsgetreuen Fixierung des gesamten Statorsegments 1 bei. Der Nutöffnungsbacken 84 fährt hingegen bevorzugt möglichst weit in die Nut, bis eine Kraftgrenze erreicht ist.
Die Außenkontur der Spule 50 wird an allen Flächen mit Kontakt zu Pressbacken 90, 90‘, 110, 110‘, 112, 112‘ auf wenige Hundertstelmillimeter genau eingestellt und der Rückfederweg durch einen Vorhalt weitgehend berücksichtigt.
Zwischen den Runddrähten einer idealen orthozyklischen Wicklung verbleiben in etwa 10% des Volumens Hohlräume, die durch Abplattungen der Drähte 54 teilweise genutzt werden. Daneben wird zeitgleich beim Verdichten der Spule 50 überschüssiges Kupfervolumen, z.B. durch Bauchung, in die Biegebereiche der vier Spulenecken gedrückt.
In Figur 9 wird diese Materialbewegung symbolisch mit Pfeilen in einer Ansicht auf einen umfänglichen Schnitt durch die Zahnmitte gezeigt. Die Spule 50 wird in den Eckbereichen durch die Kompression durch die Spulenkopfbacken 90, 90‘ und durch die Kompression durch die Spulenkonturbacken 110, 110‘ eckiger und die Drähte 54 entfernen sich dabei tendenziell von den Biegekanten des Zahnkernes 10.
In Figur 10 wird in einem Ausschnitt des Querschnitts der verdichteten Spule 50 aus Figur 8 die Kraftspreizung und die Kraftleitung durch die Spulenlagen 58 der Spule 50 mit Hilfe von Kraftpfeilen dargestellt.
Mit den Spulenkonturbacken 110, 110‘ wird am Ende des mehrstufigen Verdichtungsprozesses die mit Abstand höchste Presskraft auf die Spule 50 ausgeübt. Dabei werden in Spulen für Radialflussmaschinen die Drahtquerschnitte der radial äußeren Spulenwindungen der äußeren Spulenlagen 58 bevorzugt etwas weniger stark deformiert als die Drahtquerschnitte der innersten Windungen der äußeren Spulenla- ge 58. Durch die Variation des Deformationsgrads wird die trapezförmige Querschnittsfläche der Nuthälfte besser ausgenutzt. Allerdings verursacht diese bessere Raumnutzung auch eine ungleichmäßige Krafteinleitung vom Spulenkonturbacken 110, 110‘ in den Spulenaufbau.
Während die Krafteinleitung an der Spulenaußenfläche somit vorteilhaft ungleichmäßig verteilt ist, wird an der inneren Spulenfläche, beim Kontakt der Drähte 54 der innersten Spulenlage 58 mit der Isolationsschicht 36, eine möglichst gleichmäßige Kraftverteilung erreicht, indem eine gute d.h. gleichmäßige Kraftspreizung über die Spulenlagen 58 hinweg durch das vorausgehende Verdichten in Zahnhöhenrichtung ZH gewährleistet wird.
Für eine flächige Kraftübertragung zwischen Spule 50 und Isolationsschicht 36 weist die Isolationsschicht 36 auf der gesamten Nutwand eine Rillenstruktur 37 auf, die erstens eine Verschiebung der Drähte 54 in Zahnhöhenrichtung ZH vermeidet und damit die Bildung unerwünscht großer Hohlräume bei Drahtdurchmessern an der unteren Toleranzgrenze, und zweitens die streifenförmige Kontaktfläche auf der die Kraft vom Runddraht auf die Isolierschicht 36 übertragen wird erheblich vergrößern, indem statt weniger Prozent bis zu 40% des Drahtumfangs mit der Isolierschicht 36 in Kontakt stehen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Rillenstruktur 37 auch in einer Blechschnittkante des Zahnkerns 10 realisiert, so dass die Dicke der Isolationsschicht 46 an den Seiten des Zahnhalses weitgehend konstant ausgeführt ist. Hierdurch können Kraftanteile in Zahnhöhenrichtung ZH als Druckbelastung direkt an den stabilen Zahnkern 10 weitergeleitet werden.
Alle Prozessschritte des Verdichtungsverfahrens in ihrer zeitlichen Abfolge werden in Fig. 11 als Flussdiagramm dargestellt mit den Verfahrensschritten: Einsetzen des Statorsegments 1 mit dem Zahnkern 10 in die Halterungskonsole 72 des Werkstückträgers 70 (Verfahrensschritt 210). Verbringen des Haltebacken 80 in seine Endposition durch eine Bewegung in Zahnhöhenrichtung ZH, wodurch das Statorsegment in der Zahnhöhenrichtung eingespannt ist (Verfahrensschritt 220). Verbringen der Spulenkopfbacken 90, 90‘ in deren Endposition durch eine Bewegung der Spulenkopfbacken 90, 90‘ in Zahnlängenrichtung ZL. Dadurch werden die Spulenwindungen in Zahnlängenrichtung ZL mittels der Spulenkopfbacken 90, 90‘ an den Zahnkern 10 angepresst (Verfahrensschritt 230). Verbringen der Nutbodenbacken 112, 112‘ in deren Endposition durch eine Bewegung in Zahnbreitenrichtung ZB. Dadurch wird eine Kraft in die Spulenwindungen 52, welche in Anlage mit den Nutbodenbacken 112, 112‘ sind, in Richtung des Zentrums der jeweiligen Nuthälfte 30, 30‘eingeleitet (Verfahrensschritt 240) und ein für die Isolation wichtiger Raum freigehalten. Verbringen des Nutöffnungsbacken 84 in dessen Endposition durch eine Betätigung in Zahnhöhenrichtung ZH. Dadurch wird eine Kraft in die Spulenwindungen 52, welche in Anlage mit dem Nutöffnungsbacken 84 sind, in Richtung des Zentrums der jeweiligen Nuthälfte 30, 30‘ eingeleitet und ein weiterer für die Isolation wichtiger Raum freigehalten (Verfahrensschritt 250). Verbringen der Spulenkonturbacken 110, 110‘ in deren Endposition durch eine Betätigung in Zahnbreitenrichtung ZB, wodurch die Kompression der Spule 50 um den Zahnkörper 10 abgeschlossen ist.
In allen drei Raumrichtungen (Zahnlängenrichtung ZL, Zahnbreitenrichtung ZB und Zahnhöhenrichtung ZH) werden Stellantriebe eingesetzt, wobei nur in Richtung der Zahnhöhenrichtung ZH einseitig - mit lediglich einem Stellantrieb - gearbeitet wird. In den beiden anderen Raumrichtungen (Zahnlängenrichtung ZL und Zahnbreitenrichtung ZB) wird beidseitig mit zwei unabhängig geregelten Stellantrieben gearbeitet, die zwar vorzugsweise zeitgleich arbeiten, jedoch ihre Sollposition auch mit unterschiedlichen Kräften erreichen können. Für die fünf Stellantriebe werden bevorzugt elektromechanische Antriebe mit kompakten Getriebebauarten eingesetzt, wobei präzise Sensoren und eine Positionsregelung das exakte Erreichen der Backenendposition gewährleisten.
Für eine umfassende Prozesskontrolle sind in den fünf gezielt bewegbaren Pressbacken 84, 90, 90‘, 110, 110‘, 112, 112‘ Kraftsensoren eingebaut. Liegen die Kraftwerte beim Freifahren des Prozesses innerhalb festgelegter Wertebereiche, so ist die Produktqualität sichergestellt. Die nacheinander oder leicht überlappend ablaufenden Pressbewegungen finden in Sekundenbruchteilen statt, so dass der gesamte Verdichtungsvorgang lediglich wenige Sekunden benötigt. Damit ist es möglich alle Statorsegmente eines Motors in einer Durchlaufanlage im Minutentakt zu verdichten.
Sämtliche Merkmale und Vorteile, die sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung ergeben, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl allein als auch in verschiedenen Kombinationen für die Erfindung wesentlich sein. Bezugszeichenliste
Statorsegment 78 Halte- und
Verdichtungsvorrichtung
Zahnkern 80 Haltebacken
Zahnkopf 82 Vertiefung Jochbereich 84 Nutöffnungsbacken Zahnkernhals 85 Feder
Zahnmitte 86, 86‘ Schenkel
Polfläche 88, 88‘ Schenkelende , 30‘ Nuthälfte 90, 90‘ Spulenkopfbacken
Nutöffnung 92, 92‘ Hebelaktorik Nutmittellinie Isolationsschicht 110, 110‘ Spulenkonturbacken
Rillenstruktur 112, 112‘ Nutbodenbacken
Nutboden 114 Rippe
116 flächiger Anschlag
Spule
Spulenwindung 210 Erster Verfahrensschritt
Draht 220 Zweiter Verfahrensschritt, 56‘ Spulenkopf 230 Dritter Verfahrensschritt Spulenlagen 240 Vierter Verfahrensschritt
250 Fünfter Verfahrensschritt
Werkstückträger 260 Sechster Verfahrensschritt
Halterungskonsole
Anschlagstufe ZL Zahnlängenrichtung Permanentmagnet ZB Zahnbreitenrichtung, 76‘ Anschlaghöcker ZH Zahnhöhenrichtung

Claims

- 28 -
Patentansprüche Verfahren zur Verdichtung von Spulenwindungen (52), die auf einem Zahnkern (10) eines Statorsegments (1) aufgewickelt sind, wobei zwischen Spulenwindungen und dem Zahnkern eine Isolationsschicht (36) angeordnet ist, und der Zahnkern (10) in einer Zahnhöhenrichtung (ZH) zwischen einem Jochbereich (14) und einem Zahnkopf (12) einen Zahnkernhals (16) aufweist und in einer Zahnbreitenrichtung (ZB) zwischen dem Jochbereich (14) und der Zahnkopf (12) in einer Zahnlängenrichtung (ZL) verlaufende Nuthälften (30, 30‘) aufweist, worin die Spulenwindungen (52) einliegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwindungen (52) in der Zahnbreitenrichtung (ZB) sowie in der Zahnlängenrichtung (ZL) durch zumindest vier Pressbacken (84, 90, 90‘ 100, 110‘, 112, 112‘) komprimiert werden. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Komprimieren der Spulenwindungen (52) in der Zahnlängenrichtung (ZL) zumindest teilweise vor dem Komprimieren der Spulenwindungen (52) in der Zahnbreitenrichtung (ZB) erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkern (10) vor dem Komprimieren der Spulenwindungen (52) in Zahnhöhenrichtung (ZH) eingespannt wird, wobei der Jochbereich (14) in einer Halterungskonsole (72) eingesetzt ist, und über die Polfläche (20) am Zahnkopf (12) in Zahnhöhenrichtung (ZH) durch eine Halte- und Verdichtungsvorrichtung (78) eingespannt wird. Verfahren nach Anspruch 3, wobei vor dem Komprimieren der Spulenwindungen (52) in Zahnbreitenrichtung (ZB) vorgesehen ist, dass ein Nutöffnungsbacken (84) der Halte- und Verdichtungsvorrichtung (78) die im Bereich der Nutöffnung (30, 30‘) liegenden Spulenwindungen (52) von der Polfläche (20) aus in Zahnhöhenrichtung (ZH) komprimiert. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Komprimieren der Spulenwindungen (52) in der Zahnbreitenrichtung (ZB) Nutbodenbacken (112, 112‘) bezogen auf die Zahnhöhenrichtung (ZH) zwischen mindestens einer Spulenwindung (52) und dem Jochbereich (14) des Zahnkerns (10) in der Zahnbreitenrichtung (ZB) eingeschoben werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für das Komprimieren der Spulenwindungen (52) in Zahnbreitenrichtung (ZB) vorgesehen ist, dass die Spulenwindungen (52) in der Zahnbreitenrichtung (ZB) durch Spulenkonturbacken (110, 110‘) zu dem Zahnkernhals (16) hin insbesondere beidseitig zeitgleich und jeweils weggesteuert und kraftüberwacht komprimiert werden. Vorrichtung zur Verdichtung von in Nuthälften (30, 30‘) eines Zahnkerns (10) einliegenden Spulenwindungen (52), wobei die Nuthälften (30, 30‘) zwischen einem Jochbereich (14) und einem Zahnkopf (12) des Zahnkerns (10) liegen und zwischen dem Jochbereich (14) und dem Zahnkopf (12) ein Zahnkernhals (16) mit einer Isolationsschicht (36) zur Isolierung des Nutgrunds der Nuthälften (30, 30‘) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Komprimierung der Spulenwindungen (52) in einer Zahnbreitenrichtung (ZB) bewegliche Spulenkonturbacken (110, 110‘) und in einer Zahnlängenrichtung (ZL) bewegliche Spulenkopfbacken (90, 90‘) aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Spulenkonturbacken (110, 110‘) in der Zahnbreitenrichtung (ZB) separat bewegliche Nutbodenbacken (112, 112‘) vorhanden sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einspannung des Zahnkerns (10) eine Halterungskonsole (72) für die Aufnahme des Jochbereichs (14) des Zahnkerns (10) aufweist und die Vorrichtung ferner eine in Zahnhöhenrichtung (ZH) bewegliche Halte- und Verdichtungsvorrichtung (78) aufweist, womit der Zahnkern (10) an der Polfläche (20) mittels einem in der Halte- und Verdichtungsvorrichtung (78) mit einer Feder (85) gelagerten Haltebacken (80) gegen die Halterungskonsole (72) gespannt wird. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halte- und Verdichtungsvorrichtung (78) dazu eingerichtet ist, die Polfläche (20) mit einem in Zahnhöhenrichtung (ZH) beweglichen Nutöffnungsbacken (84) zu umgreifen und die Spulenwindungen (52) in den Nuthälften (30, 30‘) in Zahnhöhenrichtung (ZH) zumindest teilweise zu komprimieren. Statorsegment (1), welches nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verdichtet wurde, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorsegment (1) jeweils einen Abstandsraum zwischen unisolierten Oberflächen des Zahnkerns (10) im Nutbodenspalt und/oder am Rand der Polfläche (20) des Zahnkopfs (12) zu einer um den Zahnkern (10) gewickelten Spule (50) aufweist. Statorsegment (1) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (54) der Spule (50) einen Deformationsgrad aufweisen, der in einer in Zahnbreitenrichtung (ZB) äußeren Spulenlage (58) in der Zahnhöhenrichtung (ZH) mit abnehmendem Radius zunimmt. Statorsegment (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spulenwindung (52) im Bereich der Nuthälften (30, 30‘) an der Seite zum Nutboden (38) eine Abplattung aufweist, deren Flächennormale neben einer Komponente in Zahnbreitenrichtung (ZB) auch eine Komponente in Zahnhöhenrichtung (ZH) aufweist. Statorsegment (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spulenwindung (52) im Bereich der Nutöffnung (32) an der Seite zur Nutöffnung (32) eine Abplattung aufweist, deren Flächennormale neben einer Komponente in Zahnbreitenrichtung (ZB) auch eine Komponente in Zahnhöhenrichtung (ZH) aufweist. Statorsegment (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstand der Spulenaußenfläche von einer Symmetrielinie in der Zahnmitte (18) in Zahnbreitenrichtung (ZB) auf beiden Seiten des Zahnkrenhalses (16) nominal gleich ist.
PCT/DE2022/100697 2021-10-20 2022-09-20 Verfahren und vorrichtung zur verdichtung von spulenwindungen von segmentierten statoren WO2023066422A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280070273.6A CN118216072A (zh) 2021-10-20 2022-09-20 用于对分段式定子的线圈绕组进行压实的方法及装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021127189.4A DE102021127189A1 (de) 2021-10-20 2021-10-20 Verfahren und Vorrichtung zur Verdichtung von Spulenwindungen von segmentierten Statoren
DE102021127189.4 2021-10-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023066422A1 true WO2023066422A1 (de) 2023-04-27

Family

ID=83508965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2022/100697 WO2023066422A1 (de) 2021-10-20 2022-09-20 Verfahren und vorrichtung zur verdichtung von spulenwindungen von segmentierten statoren

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN118216072A (de)
DE (1) DE102021127189A1 (de)
WO (1) WO2023066422A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006054579A1 (de) 2005-11-21 2007-05-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota Teilstator für einen Elektromotor
JP2008306816A (ja) * 2007-06-06 2008-12-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 分割ステータの製造方法、ステータの製造方法及びモータの製造方法
JP2009225518A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Nissan Motor Co Ltd 電動機用コイルの製造方法
DE102013112168A1 (de) * 2013-11-05 2015-05-21 Eugen Forschner Gmbh Spule mit erhöhter Packungsdichte, Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung
DE102014213595A1 (de) * 2014-07-14 2016-01-14 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine
DE102020106735A1 (de) 2020-03-12 2021-09-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur Herstellung einer Statorzahnspule für einen segmentiert aufgebauten Stator, Statorzahnspule, Stator und Presswerkzeug

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137202A (en) 1999-04-27 2000-10-24 General Electric Company Insulated coil and coiled frame and method for making same
DE10338452A1 (de) 2003-08-21 2005-03-31 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer Spule sowie elektrische Maschine mit derartigem Bauteil
JP2007267463A (ja) 2006-03-28 2007-10-11 Hitachi Ltd 回転電機及び回転電機の製造方法
DE102008010231A1 (de) 2008-02-21 2009-08-27 Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Verfahren zum Erhöhen des Nutfüllfaktors eines mit einer Wicklung versehenen Stators eines elektromotorischen Antriebs
DE102016221534A1 (de) 2016-11-03 2018-05-03 Seg Automotive Germany Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Anordnung von Spulen mit mindestens zwei Spulenwicklungen
US10679789B2 (en) 2017-05-22 2020-06-09 Selco Co., Ltd. Method of manufacturing high-density coil
DE102020205053A1 (de) 2020-04-22 2021-10-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Stator für eine elektrische Maschine und Formvorrichtung für einen Stator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006054579A1 (de) 2005-11-21 2007-05-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota Teilstator für einen Elektromotor
JP2008306816A (ja) * 2007-06-06 2008-12-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 分割ステータの製造方法、ステータの製造方法及びモータの製造方法
JP2009225518A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Nissan Motor Co Ltd 電動機用コイルの製造方法
DE102013112168A1 (de) * 2013-11-05 2015-05-21 Eugen Forschner Gmbh Spule mit erhöhter Packungsdichte, Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung
DE102014213595A1 (de) * 2014-07-14 2016-01-14 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine
DE102020106735A1 (de) 2020-03-12 2021-09-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verfahren zur Herstellung einer Statorzahnspule für einen segmentiert aufgebauten Stator, Statorzahnspule, Stator und Presswerkzeug

Also Published As

Publication number Publication date
CN118216072A (zh) 2024-06-18
DE102021127189A1 (de) 2023-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2005555B1 (de) Stator für eine mehrphasige elektrische maschine und verfahren zu dessen herstellung
EP1171945B1 (de) Verfahren zur herstellung eines magnetisch erregbaren kerns mit kernwicklung für eine elektrische maschine
EP2507896B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor
EP1947755B1 (de) Stator einer elektrischen Maschine
DE102013012659B4 (de) Verfahren und Prägewerkzeug zur Herstellung einer elektrotechnischen Spule
DE102015120661A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Spulenwicklung zum Einlegen in radial offene Nuten von Statoren oder Rotoren von Elektromaschinen
EP2745383A2 (de) Wicklungsträger zur verwendung in einer elektrischen maschine sowie wicklungsanordnung
DE3347195C2 (de) Anker für eine elektrische Maschine und Verfahren zu seiner Bewicklung
DE112013007053T5 (de) Eisenkern-Element, Stator vom Innenrotortyp für eine elektrische Rotationsmaschine sowie Herstellungsverfahren für einen Stator vom Innenrotortyp für eine elektrische Rotationsmaschine
WO2018091718A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines windungskörpers
EP1825589B1 (de) Fertigungseinrichtung und verfahren zur herstellung eines elektromagnetischen elements für eine elektrische maschine
EP3994790A1 (de) Verfahren zur herstellung einer spulenwicklung zum einlegen in radial offene nuten von statoren oder rotoren von elektromaschinen
EP1638186A1 (de) Stator einer elektrischen Maschine und Verfahren für seiner Herstellung
DE2821740B2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten einer zylindrischen Wicklung eines eisenlosen Läufers einer elektrischen Maschine
EP3554730A1 (de) Verfahren zur biegeumformung von strangprofilen
EP1915812B1 (de) Elektrische maschine mit mehretagiger wicklung
DE102014019763A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine
WO2023066422A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verdichtung von spulenwindungen von segmentierten statoren
DE102014213595A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine
DE102014213593B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine
EP3544161A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum einbringen einer wellenwickelmatte in den rotor oder stator einer elektrischen maschine, insbesondere in en statorblechpaket
EP3167540B1 (de) Verfahren zum herstellen einer elektrischen maschine mit formspulen sowie elektrische maschine und herstellungswerkzeug
WO2021180269A1 (de) Verfahren zur herstellung einer statorzahnspule für einen segmentiert aufgebauten stator, statorzahnspule, stator und presswerkzeug
AT392708B (de) Verfahren zur herstellung eines eisenkoerpers mit einer wicklung
EP3624310B1 (de) Stator mit kompakter isolation sowie verfahren zur herstellung eines solchen stators

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22782838

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280070273.6

Country of ref document: CN

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22782838

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1