DE102019109517A1 - Winding and method of making a winding - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wicklung an einem Stator eines Elektromotors und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Wicklung.Um eine Wicklung und ein Herstellungsverfahren zu schaffen, die die Eigenschaften von Pin-Wicklungen verbessern, wird vorgeschlagen, dass eine Pin-Wicklung (3') als Stanzteil ausgebildet ist, dessen elektrische Außenisolierung (9) als Sprüh- oder Tauch-Lackierung oder Pulverbeschichtung ausgebildet ist.The present invention relates to a winding on a stator of an electric motor and a method for producing such a winding. In order to create a winding and a production method which improve the properties of pin windings, it is proposed that a pin winding (3 ') be used as a Stamped part is formed, the electrical outer insulation (9) is formed as a spray or dip painting or powder coating.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wicklung an einem Stator eines Elektromotors und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Wicklung.The present invention relates to a winding on a stator of an electric motor and a method for producing such a winding.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass bei der Wicklung von Statoren für Elektromotoren ein möglichst hoher Kupfer-Füllfaktor in Nuten des Stators angestrebt wird, um so eine hohe Leistungsdichte der Motoren zu erreichen. Damit baut ein derartiger Elektromotor kompakter oder weist mehr Leistung bei gleichbleibendem Bauraum auf. Herkömmliche Wickeltechnologien erreichen unter Verwendung von Runddraht lediglich einen Kupferfüllfaktor von >50%.It is known from the prior art that when winding stators for electric motors, the aim is to have a copper fill factor that is as high as possible in the slots of the stator in order to achieve a high power density for the motors. Such an electric motor is therefore more compact or has more power with the same installation space. Conventional winding technologies only achieve a copper fill factor of> 50% when using round wire.
In den letzten Jahren sind sog. Pin-Wicklungen entwickelt worden, von denen im Rahmen dieser Erfindung die Bauformen der I-Pin-Wicklungen und der Haarnadel-Wicklungen oder ähnlichen Bauformen betrachtet werden sollen. Die sehr bildliche Bezeichnung der Haarnadel-Wicklungen, die mit einem geläufigeren Fachterminus Hairpin-Wicklungen genannt werden, bezeichnet eine Wicklung, die unter Verwendung von Flachdraht statt Runddraht hergestellt werden und erreichen einen elektrischen Füllfaktor von ca. 60 %. Herkömmliche Hairpin-Wicklungen bestehen dabei aus einem massiven Profildraht aus Kupfer mit meist rechteckigen Querschnittsprofil, dessen zwei ungefähr nach Art einer Haarnadel geformten Schenkel in zwei der Nuten des Stators eingelegt werden. Im Gegensatz dazu umfasst ein I-Pin nur einen Schenkel, der durch Verbinden an beiden Endseiten zu einer Wicklung verbunden wird.In recent years, so-called pin windings have been developed, of which the designs of the I-pin windings and the hairpin windings or similar designs are to be considered in the context of this invention. The very graphic designation of hairpin windings, which are called hairpin windings with a more common technical term, describes a winding that is made using flat wire instead of round wire and has an electrical fill factor of approx. 60%. Conventional hairpin windings consist of a solid profile wire made of copper with a mostly rectangular cross-sectional profile, the two legs of which, roughly shaped like a hairpin, are inserted into two of the slots of the stator. In contrast to this, an I-pin comprises only one leg, which is connected to form a winding by connecting at both end sides.
Bei der Herstellung einer einzigen Pin-Wicklung ist ein vergleichsweise teurer und beispielsweise durch eine Lackierung außen elektrisch isolierter Profildraht für die spätere Kontaktierung des I-Pins oder Hairpins abzuisolieren und ggf. mehrfach zu biegen, wie z.B. in der
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel ein effizienteres Herstellungsverfahren und auch eine verbesserte Pin-Wicklung zu schaffen.The present invention aims to provide a more efficient manufacturing process and also an improved pin winding.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Demnach ist eine Pin-Wicklung als Stanzteil ausgebildet, dessen elektrische Außenisolierung als Sprüh- oder Tauch-Lackierung oder durch Pulverbeschichten ausgebildet ist. Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch das Produkt eines durch Lasern oder Wasserstrahlschneiden aus einem Blech hergestellten Pins als „Stanzteil“ bezeichnet.According to the invention, this object is achieved by the features of
Vorzugsweise sind die Schichten des mehrlagigen Aufbaus als Stapel vor Ausbildung eines Pins miteinander verklebt. Diese Verklebung wirkt dabei insbesondere auch als Isolierung der Schichten gegeneinander.The layers of the multilayer structure are preferably glued to one another as a stack before a pin is formed. This bonding also acts in particular to isolate the layers from one another.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht als Lösung der vorstehend genannten Aufgabe daher vor, dass ein Leiter für eine Pin-Wicklung aus einem mindestens einschichtigen Blech gestanzt oder in sonstiger Weise herausgeschnitten und anschließend durch Sprühen oder Tauchen oder Pulverbeschichten mit nachfolgender meist thermischer Aktivierung mit einer Lackierung als elektrisch isolierter Schicht versehen wird.A method according to the invention therefore provides as a solution to the above-mentioned object that a conductor for a pin winding is punched or otherwise cut out of an at least one-layer sheet metal and then sprayed or dipped or powder-coated with subsequent mostly thermal activation with a coating as electrical insulated layer is provided.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Demnach sind an dem Stanzteil Verrastungen vorgesehen. Damit fixiert sich eine erfindungsgemäße Pin-Wicklung selbsttätig beim Einschieben in der Nut.Advantageous further developments of the invention are the subject matter of the dependent claims. Accordingly, latches are provided on the stamped part. A pin winding according to the invention thus fixes itself automatically when it is pushed into the groove.
Vorteilhafterweise umfasst das Stanzteil mehrere elektrisch gegeneinander isolierte metallisch leitende Schichten. Es wird mit anderen Worten als Stanzteil ein Stapel flacher Profildrähte verwendet. Durch die Verwendung zahlreicher Flachdrähte wird der Einfluss des Skin-Effekts deutlich reduziert und zugleich auch bei hohen Frequenzen eine für den Stromfluss nutzbare Kupferquerschnittsfläche bzw. Kupferoberfläche stark erhöht. Damit sinkt der ohmsche Widerstand auch unter dem Einfluss des Skin-Effekts im Vergleich zu gekannten Bauformen deutlich. Diese Schichten sind als mehrlagiger Drahtaufbau von einer Kunststoff-Ummantelung umschlossen. Damit spart dieser Aufbau im Einbau in die Nuten eines Stator-Blechpakets zusätzliche Isolierungsschichten ein, die sonst i.d.R. als Papierschichten in der Nut und zwischen den Wicklungslagen ausgeführt sind. Elektrisch leitenden und mechanisch sehr stabilen Verbindungen zweier I-Pins oder aufeinander folgender Hairpins verbinden diese zahlreichen zueinander parallel liegenden Leiter. Damit ergibt sich eine erfindungsgemäße Wicklung als Serie von in den Nuten des Stators liegenden Parallelschaltungen dünner, gut elektrisch leitfähiger Schichten.The stamped part advantageously comprises a plurality of metallically conductive layers that are electrically insulated from one another. In other words, a stack of flat profile wires is used as the stamped part. By using numerous flat wires, the influence of the skin effect is significantly reduced and at the same time a copper cross-sectional area or copper surface that can be used for the flow of current is greatly increased, even at high frequencies. This means that the ohmic resistance drops significantly even under the influence of the skin effect compared to known designs. These layers are encased in a plastic coating as a multi-layer wire structure. This structure saves additional insulation layers when installed in the slots of a stator laminated core, which would otherwise normally be necessary. are designed as paper layers in the groove and between the winding layers. Electrically conductive and mechanically very stable connections between two I-pins or successive hairpins connect these numerous parallel conductors. This results in a winding according to the invention as a series of parallel connections of thin, highly electrically conductive layers located in the slots of the stator.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden Schenkel des Stanzteils zur Bildung eines Hairpins soweit zusammengebogen, dass sich 90°-Winkel ergeben. Damit sind zum Schneiden aus einem Blech heraus Konfigurationen realisierbar, durch die ein jeweils anfallender Verschnitt minimierbar ist.In a further development of the method, legs of the stamped part are bent together to form a hairpin to such an extent that 90 ° angles result. In this way, configurations can be implemented for cutting out of sheet metal, by means of which any waste incurred can be minimized.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden zusätzliche Biegungen entlang einer Biegelinie an dem Stanzteil vorgenommen, so dass ein Pin eine dreidimensionale Raumform in Anpassung an radial verteilte Nuten des Stator-Blechpakets erhält.In a further development of the invention, additional bends are made along a bending line on the stamped part so that a pin is given a three-dimensional shape in adaptation to radially distributed grooves of the stator core.
Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 : eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hairpin-Wicklung im Bereich eines Wickelkopfes; -
2 : eine Schnittdarstellung zur Darstellung einer bekannten Hairpin-Wicklung analog1 ; -
3 : eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Stanzung eines Blechstreifens; -
4a -4c : eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform einer Stanzung eines Blechstreifens mit Schritten einer direkten Nachbearbeitung im Zuge eines Stanz-Beige-Verfahrens; -
5 : ein vergrößerter Ausschnitt einer Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform und -
6 : eine Schnittdarstellung durch eine Hair-Pin-Wicklung.
-
1 : a sectional view of a first embodiment of a hairpin winding according to the invention in the area of a winding head; -
2 : a sectional view to show a knownhairpin winding analog 1 ; -
3 : a plan view of an embodiment of a punching of a sheet metal strip; -
4a -4c : a plan view of an alternative embodiment of a punching of a sheet metal strip with steps of a direct post-processing in the course of a punching beige process; -
5 : an enlarged detail of a sectional view of an alternative embodiment and -
6th : a sectional view through a hair-pin winding.
Über die verschiedenen Abbildungen und Ausführungsbeispiele hinweg werden für gleiche Elemente oder Verfahrensschritte stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ohne Beschränkung auf diesen Anwendungsfall wird nachfolgend nur eine Hairpin-Wicklung als Sonderfall einer Pin-Wicklung betrachtet.The same reference symbols are always used for the same elements or method steps across the various figures and exemplary embodiments. Without being restricted to this application, only a hairpin winding is considered as a special case of a pin winding.
Als Abhilfe zur Minderung der Höhe eines Wickelkopfes
Ein dementsprechendes Verfahren zur Herstellung von Leitern für eine Hairpin-Wicklung sieht vor, dass eine Hairpin-Wicklung
Die Abfolge der
Diese Anordnung hat gerade bei Elektromotoren, die mit hohen Drehzahlen laufen, besondere Vorteile, da hier in den Wicklungen so hohe Frequenzen auftreten, dass durch den sog. Skin-Effekt für einen Stromfluss nicht länger die volle Querschnittsfläche der Leiter zur Verfügung steht, wie das bei Gleichstrom der Fall ist. Am Ende steht nur die Mantelfläche des Leiters für den Ladungstransport zur Verfügung, was sich in einer starken Zunahme des ohmschen Widerstands bemerkbar macht. Durch die Verwendung zahlreicher Flachdrähte wird der Einfluss des Skin-Effekts deutlich reduziert und zugleich auch bei hohen Frequenzen eine für den Stromfluss nutzbare Kupferquerschnittsfläche bzw. Kupferoberfläche stark erhöht. Damit sinkt der ohmsche Widerstand auch unter dem Einfluss des Skin-Effekts im Vergleich zu gekannten Bauformen einer eine Hair-Pin-Wicklung
Durch die vorstehend beschriebene Technologie ist es vorteilhafter Weise möglich, einen benötigten Bauraum unter Minderung des Einsatzes an Kupfer für die Hairpin-Wicklung zu reduzieren. Auch für eine I-Pin-Wicklung sind derartige Vorteile unter entsprechender Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens realisierbar.The technology described above advantageously makes it possible to reduce the installation space required while reducing the use of copper for the hairpin winding. Such advantages can also be achieved for an I-pin winding with appropriate application of a method according to the invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Stator-BlechpaketLaminated stator core
- 22
- NutGroove
- 33
- WicklungWinding
- 3'3 '
- Wicklung vorgeschlagener BauartWinding of the proposed type
- 44th
- Blech / BlechstreifenSheet metal / sheet metal strips
- 55
- VerschnittWaste
- 66th
- VerrastungLatching
- 77th
- isolierte leitende Schicht bzw. Flachdrahtinsulated conductive layer or flat wire
- 88th
- Stapelstack
- 99
- Außenisolierung External insulation
- BB.
- BiegelinieBending line
- FF.
-
Bereich freier Enden der Hairpin-Wicklung
3 , 3'Area of free ends of the hairpin winding3 , 3 ' - WW.
- WickelkopfWinding head
- HH
- Höhe eines bekannten Wickelkopfs WHeight of a known winding head W
- hH
-
Höhe eines Wickelkopfs
W mit Hairpin-Wicklungen3' Height of a winding headW. with hairpin windings3 '
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2918/036736 A1 [0004]WO 2918/036736 A1 [0004]
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-
2019
- 2019-04-10 DE DE102019109517.4A patent/DE102019109517A1/en active Pending
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