DE102021100291A1 - Method of transferring a wave winding mat - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen einer Wellenwicklungsmatte (1) zu einem Aufnahmedorn (2) zum nachfolgenden Einbringen der Wellenwicklungsmatte (1) in einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere in ein Statorblechpaket (3), wobei der Aufnahmedorn (2) eine im Wesentlichen kreisförmige Außenkontur mit einer Mehrzahl sich radial nach Innen erstreckenden Aufnahmenuten (4) zur Aufnahme von Wicklungsdrähten (5) aufweist, wobei eine Mehrzahl von Drahtführungselementen (10) auf einer bogenförmigen Bahn um den Aufnahmedorn (2) herum angeordnet sind und die Wicklungsdrähte (5) mittels der Drahtführungselemente (10) in die Aufnahmenuten (4) des Aufnahmedorns (2) übertragen werden.The invention relates to a method for transferring a wave winding mat (1) to a receiving mandrel (2) for the subsequent introduction of the wave winding mat (1) into a stator of an electrical machine, in particular into a stator lamination stack (3), the receiving mandrel (2) having a substantially has a circular outer contour with a plurality of receiving grooves (4) extending radially inwards for receiving winding wires (5), a plurality of wire guide elements (10) being arranged on an arcuate path around the receiving mandrel (2) and the winding wires (5) transferred into the receiving grooves (4) of the receiving mandrel (2) by means of the wire guide elements (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen einer Wellenwicklungsmatte zu einem Aufnahmedorn zum nachfolgenden Einbringen der Wellenwicklungsmatte in einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere in ein Statorblechpaket, wobei der Aufnahmedorn eine im Wesentlichen kreisförmige Außenkontur mit einer Mehrzahl sich radial nach Innen erstreckenden Aufnahmenuten zur Aufnahme von Wicklungsdrähten aufweist.The present invention relates to a method for transferring a wave winding mat to a receiving mandrel for the subsequent introduction of the wave winding mat into a stator of an electrical machine, in particular into a stator lamination stack, the receiving mandrel having a substantially circular outer contour with a plurality of receiving grooves extending radially inwards for receiving has winding wires.

Bei dem Übergabeprozess einer Wellenwicklungsmatte an den Aufnahmedorn zum Übertragen in den Stator kann es bei der Bewicklung des Stators immer wieder zu Beschädigungen der Wickeldrähte kommen. Besonders kritisch ist dabei die Übergabe von einem linearen Magazin an den runden Aufnahmedorn, da sich hier die Wicklungsdrähte gegeneinander verschieben und nicht mehr sauber geführt werden können.During the process of transferring a wave winding mat to the receiving mandrel for transfer to the stator, the winding wires can repeatedly be damaged when the stator is being wound. The transfer from a linear magazine to the round mandrel is particularly critical, since the winding wires shift against each other and can no longer be guided properly.

Die Übergabe von einem linearen Magazin an den runden Aufnahmedorn erfolgt üblicherweise über eine separate Fertigungsstation. Die Wickeldrähte werden dabei kurzzeitig nicht mehr geführt und von so genannten Stützfingern dann wieder aufgenommen. Hierbei werden die Drähte zueinander verschoben und müssen erneut ausgerichtet werden.The transfer from a linear magazine to the round mandrel usually takes place via a separate production station. The winding wires are briefly no longer guided and then picked up again by so-called support fingers. Here, the wires are shifted to each other and have to be aligned again.

Durch den Verlust der Positionierung der Drähte und das erneute Ausrichten kommt es häufig zu Beschädigungen an den Drähten. Dies stellt für die Funktion der elektrischen Maschine ein großes Problem dar, da es hierdurch zu Kurzschlüssen kommen kann, die bis zu einem Totalausfall der elektrischen Maschine führen können.Losing the positioning of the wires and realigning them often results in damage to the wires. This poses a major problem for the function of the electrical machine, since this can lead to short circuits that can lead to a total failure of the electrical machine.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die genannten Probleme zumindest teilweise zu beheben und ein verbessertes Verfahren zur Bewicklung eines Stators bereitzustellen.It is therefore the object of the present invention to at least partially eliminate the problems mentioned and to provide an improved method for winding a stator.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Übertragen einer Wellenwicklungsmatte zu einem Aufnahmedorn zum nachfolgenden Einbringen der Wellenwicklungsmatte in einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere in ein Statorblechpaket, wobei der Aufnahmedorn eine im Wesentlichen kreisförmige Außenkontur mit einer Mehrzahl sich radial nach Innen erstreckenden Aufnahmenuten zur Aufnahme von Wicklungsdrähten aufweist, wobei eine Mehrzahl von Drahtführungselementen auf einer bogenförmigen Bahn um den Aufnahmedorn herum angeordnet sind und die Wicklungsdrähte mittels der Drahtführungselemente in die Aufnahmenuten des Aufnahmedorns übertragen werden.This object is achieved by a method for transferring a wave winding mat to a receiving mandrel for the subsequent introduction of the wave winding mat into a stator of an electrical machine, in particular into a stator lamination stack, the receiving mandrel having a substantially circular outer contour with a plurality of receiving grooves extending radially inwards of winding wires, wherein a plurality of wire guide elements are arranged on an arcuate path around the arbor and the winding wires are transferred into the receiving grooves of the arbor by means of the wire guide elements.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine dauerhafte Führung der Wicklungsdrähte, sowie ein „Vorpositionieren“ und Biegen der Drähte in eine runde, dem Aufnahmedorn angepassten Form realisierbar ist.This has the advantage that the winding wires can be permanently guided and the wires can be “pre-positioned” and bent into a round shape that is adapted to the holding mandrel.

Elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil.Electrical machines are used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and generally include a stationary part referred to as a stator, stand or armature and a part referred to as a rotor or runner and arranged movably relative to the stationary part.

Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Bevorzugt ist es, das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhand mit Statoren für Radialflussmaschinen zu verwenden.In the case of electrical machines designed as rotary machines, a distinction is made in particular between radial flux machines and axial flux machines. A radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines extend in the radial direction in the air gap formed between rotor and stator, while in the case of an axial flux machine the magnetic field lines extend in the axial direction in the air gap formed between rotor and stator. It is preferred to use the method according to the invention in connection with stators for radial flow machines.

Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen.The electric machine is intended in particular for use within a drive train of a hybrid or all-electric motor vehicle.

Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.In particular, the electrical machine is dimensioned in such a way that vehicle speeds of more than 50 km/h, preferably more than 80 km/h and in particular more than 100 km/h can be achieved. The electric motor particularly preferably has an output of more than 30 kW, preferably more than 50 kW and in particular more than 70 kW. Furthermore, it is preferred that the electrical machine provides speeds greater than 5,000 rpm, particularly preferably greater than 10,000 rpm, very particularly preferably greater than 12,500 rpm.

Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten oder umfänglich geschlossene Ausnehmungen eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.The stator of a radial flow machine is usually constructed cylindrically and generally consists of electrical laminations that are electrically insulated from one another and are constructed in layers and packaged to form laminated cores. This structure keeps the eddy currents in the stator caused by the stator field low. Distributed over the circumference, grooves or peripherally closed recesses are let into the electrical lamination running parallel to the rotor shaft and accommodate the stator winding or parts of the stator winding. Depending on the construction towards the surface, the grooves can be fitted with locking elements such as locking wedges or covers or The like be sealed to prevent detachment of the stator winding.

Eine Statorwicklung ist ein elektrisch leitfähiger Leiter, dessen Längenerstreckung wesentlich größer ist als sein Durchmesser. Die Statorwicklung kann grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnitts-formen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Statorwicklung aus Kupfer gebildet. Bevorzugt weist eine Statorwicklung eine Isolierung auf. Zur Isolierung der Statorwickung kann beispielsweise Glimmerpapier, welches aus mechanischen Gründen durch einen Glasgewebeträger verstärkt sein kann, in Bandform um eine oder mehrere Statorwicklungen gewickelt sein, welche mittels eines aushärtenden Harzes imprägniert sind. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine aushärtbare Lackschicht ohne ein Glimmerpapier zu verwenden um eine Statorwicklung zu isolieren.A stator winding is an electrically conductive conductor whose length is significantly greater than its diameter. In principle, the stator winding can have any desired cross-sectional shape. Rectangular cross-sectional shapes are preferred, since they can be used to achieve high packing densities and consequently high power densities. A stator winding made of copper is very particularly preferably formed. A stator winding preferably has insulation. To insulate the stator winding, for example, mica paper, which for mechanical reasons can be reinforced by a glass fabric carrier, can be wound in the form of a strip around one or more stator windings, which are impregnated with a hardening resin. In principle, it is also possible to use a hardenable lacquer layer without mica paper in order to insulate a stator winding.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Drahtführungselemente über eine Führungsschiene an ein koaxial zu dem Aufnahmedorn angeordneten Mitnahmerad koppelbar sind.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the wire guide elements can be coupled via a guide rail to a carrier wheel arranged coaxially to the receiving mandrel.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Führungsschiene eine von der Kreisform abweichende Führungsbahn für die Drahtführungselemente, insbesondere eine ellipsoide Führungsbahn aufweist, so dass eine Bewegung der Drahtführungselemente und damit der Wicklungsdrähte in radialer Richtung zum Aufnahmedorn zur Unterstützung der Übergabe der Wicklungsdrähte an den Aufnahmedorn bewirkt ist.According to a further preferred further development of the invention, it can also be provided that the guide rail has a guide track for the wire guide elements that deviates from the circular shape, in particular an ellipsoidal guide track, so that a movement of the wire guide elements and thus the winding wires in the radial direction to the receiving mandrel to support the Transfer of the winding wires is effected on the mandrel.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive idea.

Es zeigt:

• 1 den schematischen Aufbau des Aufnahmedorns und der Drahtführungselemente.

It shows:

• 1 the schematic structure of the mandrel and the wire guide elements.

Die 1 zeigt ein Verfahren zum Übertragen einer Wellenwicklungsmatte 1 zu einem Aufnahmedorn 2 zum nachfolgenden Einbringen der Wellenwicklungsmatte 1 in einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere in ein Statorblechpaket. Der Aufnahmedorn 2 weist eine im Wesentlichen kreisförmige Außenkontur mit einer Mehrzahl sich radial nach Innen erstreckenden Aufnahmenuten 4 zur Aufnahme von Wicklungsdrähten 5 auf.the 1 shows a method for transferring a wave winding mat 1 to a receiving mandrel 2 for the subsequent introduction of the wave winding mat 1 into a stator of an electrical machine, in particular into a stator core. The accommodating mandrel 2 has an essentially circular outer contour with a plurality of accommodating grooves 4 extending radially inwards for accommodating winding wires 5 .

Eine Mehrzahl von Drahtführungselementen 10 ist auf einer bogenförmigen Bahn um den Aufnahmedorn 2 herum angeordnet und die Wicklungsdrähte 5 werden mittels der Drahtführungselemente 10 in die Aufnahmenuten 4 des Aufnahmedorns 2 übertragen. Hierzu sind die Wicklungsdrähte 5 der Wellenwicklungsmatte 1 in Nuten der Drahtführungselemente 10 angeordnet.A plurality of wire guide elements 10 are arranged on an arcuate path around the arbor 2 and the winding wires 5 are transferred into the accommodating grooves 4 of the arbor 2 by means of the wire guide elements 10 . For this purpose, the winding wires 5 of the wave winding mat 1 are arranged in grooves in the wire guide elements 10 .

Die Drahtführungselemente 10 sind über eine Führungsschiene 3 an ein koaxial zu dem Aufnahmedorn 2 angeordneten Mitnahmerad 6 koppelbar. Die einzelnen Drahtführungselemente 10 werden in die Übergabestation eingeführt, dann durch das Mitnahmerad 6 und die Führungsschiene 3 separiert und der Biegung des Aufnahmedorns 2 angepasst. In der 1 ist mit dem rechten Drahtführungselement 10 ein Betriebszustand gezeigt, bei dem dieses Drahtführungselement 10 von dem Mitnahmerad 6 entkoppelt ist.The wire guide elements 10 can be coupled via a guide rail 3 to a driving wheel 6 arranged coaxially to the receiving mandrel 2 . The individual wire guide elements 10 are introduced into the transfer station, then separated by the driving wheel 6 and the guide rail 3 and adapted to the bend of the arbor 2 . In the 1 an operating state is shown with the right-hand wire guide element 10, in which this wire guide element 10 is decoupled from the driving wheel 6.

Die Führungsschiene 3 eine von der Kreisform abweichende Führungsbahn für die Drahtführungselemente 10, insbesondere eine ellipsoide Führungsbahn aufweist, so dass eine Bewegung der Führungselemente 10 und damit der Wicklungsdrähte 5 in radialer Richtung zum Aufnahmedorn 2 zur Unterstützung der Übergabe der Wicklungsdrähte 5 an den Aufnahmedorn 2 bewirkt ist, was gut aus der 1 hervorgeht. Die Wellenwicklungsmatte 1 wird so aus den Nuten eines Drahtführungselements 10 in die Aufnahmenuten 4 des Aufnahmedorns 2 übertragen. Die Drahtführungselemente 10 sind so ausgebildet, dass sie sich in radialer Richtung linear verschiebbar entlang der Führungsbahn der Führungsschiene 3 bewegen können und dabei drehfest mit dem Mitnahmerad 6 gekoppelt sind.The guide rail 3 has a non-circular guide track for the wire guide elements 10, in particular an ellipsoidal guide track, so that a movement of the guide elements 10 and thus the winding wires 5 in the radial direction to the receiving mandrel 2 to support the transfer of the winding wires 5 to the receiving mandrel 2 causes is what's good out of 1 emerges. The wave winding mat 1 is thus transferred from the grooves of a wire guide element 10 into the receiving grooves 4 of the receiving mandrel 2 . The wire guide elements 10 are designed in such a way that they can move in a linearly displaceable manner in the radial direction along the guide track of the guide rail 3 and are coupled to the driving wheel 6 in a rotationally fixed manner.

Durch die Anordnung der Drahtführungselemente 10 kann bereits vor der Übergabe der Wickelmatte diese an die Biegung des Aufnahmedorns angepasst werden. Somit wird verhindert, dass die Wicklungsdrähte ohne Führung während der Übergabe zwischen dem Drahtführungselement 10 und dem Aufnahmedorn 2 sind. Somit wird sichergestellt, dass kein erneutes Ausrichten der Wicklungsdrähte 5 notwendig wird. Dadurch können ferner Relativbewegungen weitestgehend vermieden und die Beschädigungswahrscheinlichkeit der Wicklungsdrähte reduziert werden.The arrangement of the wire guide elements 10 allows the winding mat to be adapted to the bend of the receiving mandrel even before it is transferred. This prevents the winding wires from being unguided during the transfer between the wire guide element 10 and the receiving mandrel 2 . This ensures that the winding wires 5 do not have to be aligned again. As a result, relative movements can also be largely avoided and the probability of damage to the winding wires can be reduced.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but as illustrative. The following patent claims are to be understood in such a way that a mentioned feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description 'first' and 'second' feature define, this designation is used to differentiate between two similar characteristics without specifying a ranking.

BezugszeichenlisteReference List

11

Wellenwicklungsmattewave winding mat

22

Aufnahmedornmandrel

33

Führungsschieneguide rail

44

Aufnahmenutenreceiving grooves

55

Wicklungsdrähtenwinding wires

66

Mitnahmeradtake-along bike

1010

Drahtführungselementenwire guide elements

Claims (3)

Verfahren zum Übertragen einer Wellenwicklungsmatte (1) zu einem Aufnahmedorn (2) zum nachfolgenden Einbringen der Wellenwicklungsmatte (1) in einen Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere in ein Statorblechpaket, wobei der Aufnahmedorn (2) eine im Wesentlichen kreisförmige Außenkontur mit einer Mehrzahl sich radial nach Innen erstreckenden Aufnahmenuten (4) zur Aufnahme von Wicklungsdrähten (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Drahtführungselementen (10) auf einer bogenförmigen Bahn um den Aufnahmedorn (2) herum angeordnet sind und die Wicklungsdrähte (5) mittels der Drahtführungselemente (10) in die Aufnahmenuten (4) des Aufnahmedorns (2) übertragen werden.Method for transferring a wave winding mat (1) to a receiving mandrel (2) for the subsequent introduction of the wave winding mat (1) into a stator of an electrical machine, in particular into a laminated stator core, the receiving mandrel (2) having a substantially circular outer contour with a plurality of radially inwardly extending receiving grooves (4) for receiving winding wires (5), characterized in that a plurality of wire guide elements (10) are arranged on an arcuate path around the receiving mandrel (2) and the winding wires (5) by means of the wire guide elements ( 10) are transferred into the receiving grooves (4) of the receiving mandrel (2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtführungselemente (10) über eine Führungsschiene (3) an ein koaxial zu dem Aufnahmedorn (2) angeordneten Mitnahmerad (6) koppelbar sind.procedure after claim 1 , characterized in that the wire guide elements (10) can be coupled via a guide rail (3) to a carrier wheel (6) arranged coaxially with the receiving mandrel (2). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (3) eine von der Kreisform abweichende Führungsbahn für die Drahtführungselemente (10), insbesondere eine ellipsoide Führungsbahn aufweist, so dass eine Bewegung der Führungselemente (10) und damit der Wicklungsdrähte (5) in radialer Richtung zum Aufnahmedorn (2) zur Unterstützung der Übergabe der Wicklungsdrähte (5) an den Aufnahmedorn (2) bewirkt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the guide rail (3) has a non-circular guide track for the wire guide elements (10), in particular an ellipsoidal guide track, so that a movement of the guide elements (10) and thus the winding wires (5 ) is effected in the radial direction to the arbor (2) to support the transfer of the winding wires (5) to the arbor (2).

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