DE602005001769T2

DE602005001769T2 - Verfahren zum einsetzen einer wellenförmigen wicklung in einem stator einer elektrischen mehrphasenrotationsmaschine und zugehöriger stator

Info

Publication number: DE602005001769T2
Application number: DE602005001769T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Chochoy
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: KR101064262B1; KR20070030762A; EP1726079B1; WO2005091474A1; BRPI0507268A; JP2007523590A; CN1934768A; EP1726079A1; FR2866996A1; CN100574057C; PL1726079T3; US20080224563A1; US8181332B2; DE602005001769D1; ATE368322T1; JP4724172B2; CA2549494A1; AU2005224808A1; ES2290904T3; BRPI0507268B8

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein rotierende elektrische Maschinen in der Ausführung als Mehrphasenmaschinen, wie etwa Wechselstromgeneratoren oder Anlassergeneratoren für Kraftfahrzeuge.
Insbesondere betrifft die Erfindung nach einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Einsetzen einer wellenförmigen Spule in einen Stator einer rotierenden elektrischen Maschine, etwa eines Wechselstromgenerators oder eines Anlassergenerators für Kraftfahrzeuge, wobei der Stator ein mittig gelochtes Blechpaket umfasst, das eine Symmetrieachse und axial durchgehende Nuten aufweist, die in eine radial innere Fläche des Blechpakets eingearbeitet sind, wobei diese Nuten eine Mehrzahl von radial abgestuften Aufnahmepositionen enthalten, während die Spule eine Mehrzahl von Phasenwicklungen umfasst, die jeweils aus einem durchgehenden elektrisch leitenden Draht bestehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet:

1) Formung jeder Wicklung, wobei deren Draht als eine Folge von durch Verbindungssegmente verbundenen Auszackungen gestaltet ist, wobei jede Auszackung zwei einander gegenüberliegende Seitenschenkel, die dazu bestimmt sind, jeweils in eine Aufnahmeposition einer Nut eingesetzt zu werden, und einen Kopfschenkel aufweist, der die beiden Seitenschenkel verbindet;
2) Anbringung der Wicklungen auf einem Einsetzwerkzeug;
3) Einsetzen der Windungen in die Nuten des Stators.

Stand der Technik
Derartige Verfahren sind nach dem Stand der Technik beispielsweise aus der US A 4 864 715 bekannt. In dieser Druckschrift umfasst jede Phasenwicklung mehrere Windungen, und die Phasen werden nacheinander auf dem Einsetzwerkzeug in Form eines Aufnahmerads angebracht, woraufhin sie in die Nuten des Blechpakets mit Hilfe eines Werkzeugs eingesetzt werden, das Ausdrückorgane umfasst, die so gestaltet sind, dass sie radial verstellbar sind. Das Einsetzen erfolgt Phase für Phase.
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass das Aufnahmerad eine Dicke aufweist, die in etwa gleich der Dicke des Stators ausfällt.
Die nach diesem Verfahren gebildeten Statoren weisen auf beiden Seiten des Blechpakets sehr dichte Wicklungsköpfe auf, die einen hohen Widerstand gegenüber der Luftzirkulation schaffen. Außerdem sind die Wicklungsköpfe nicht symmetrisch, wobei einer der Wicklungsköpfe eine größere axiale Höhe als der andere Wicklungskopf hat, was sich ebenfalls ungünstig für die Luftzirkulation zur Kühlung dieser Wicklungsköpfe auswirkt.
Im übrigen fällt der Füllgrad der Nuten, das heißt das Verhältnis zwischen dem Querschnitt des blanken Leitungsdrahts, der üblicherweise aus Kupfer besteht, und dem vollständigen Querschnitt der Nut, in die ein Nutenisolator eingesetzt wird, der zwischen den Rändern der Nuten und den Drähten zum Einsatz kommt, zwar größer aus, wobei jedoch die für das Einsetzen der Leitungsdrähte in die Nuten erforderlichen Kräfte sehr groß sind und unter bestimmten Bedingungen die Qualität des Produkts beeinträchtigen können, da es zwischen den Leitungsdrähten zu zahlreichen und unterschiedlichen Wechselwirkungen kommt.
Insbesondere muss die zuletzt eingesetzte Phase die zuvor eingesetzten Phasen verschieben. Die Kräfte werden schlecht von einer Phase zur anderen übertragen.
Unter bestimmten Bedingungen kann dadurch die Qualität des Produkts beeinträchtigt werden.
Gegenstand der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen.
Dazu ist das erfindungsgemäße Verfahren, das im Übrigen der einleitend angeführten allgemeinen Definition entspricht, im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt 2) zur Anbringung der Wicklungen auf einem zylindrischen Einsetzwerkzeug stattfindet, wobei jede Wicklung mehrere Windungen um das Einsetzwerkzeug herum bildet, wobei diese Windungen in einer bestimmten Reihenfolge übereinandergelegt sind, und dass die Wicklungen gleichzeitig um das Einsetzwerkzeug herum gewickelt werden, wobei die Windungen, die in der besagten bestimmten Wicklungsreihenfolge aufeinanderfolgen, abwechselnd zu den verschiedenen Wicklungen gehören.
Nach einem Merkmal erfolgt Schritt 3) zum Einsetzen der Windungen in die Nuten des Stators in umgekehrter Reihenfolge zur Wicklungsreihenfolge, wobei die Seitenschenkel dieser Windungen fortschreitend radial weiter innen gelegene Positionen einnehmen.
Dank der Erfindung kann man alle Phasen gleichzeitig einsetzen und den Füllgrad der Nuten noch weiter erhöhen, da sich vor allem die Positionierung der Seitenschenkel in den Nuten während der Überführung der Windungen vom Einsetzwerkzeug zu den Nuten des Stators gut beherrschen lässt.
Darüber hinaus kann das gleiche Einsetzwerkzeug für Statoren verwendet werden, die ein Blechpaket mit unterschiedlicher Länge aufweisen.
In einer möglichen Ausführungsart der Erfindung beinhaltet die Wicklungsreihenfolge eine Folge identischer Sequenzen, wobei jede Sequenz aus einer Windung jeder Wicklung besteht.
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal erstrecken sich die Auszackungen auf dem Einsetzwerkzeug in Ebenen, die jeweils parallel zur Symmetrieachse des Einsetzwerkzeugs verlaufen oder im Verhältnis zu dieser Achse leicht geneigt sind.
Des Weiteren erfolgt Schritt 3) zum Einsetzen der Wicklungen in die Nuten durch Verschiebung des Einsetzwerkzeugs entlang der Symmetrieachse des Stators, das heißt axial.
Vorteilhafterweise sind die Seitenschenkel ein und derselben Auszackung in etwa geradlinig und parallel zueinander ausgeführt.
Die Kopfschenkel der Auszackungen sind vorzugsweise gewölbt und bilden einen Wicklungskopf auf einer ersten axialen Seite des Stators.
Außerdem verbinden die Verbindungssegmente jeweils zwei Seitenschenkel zweier benachbarter Auszackungen am Draht entlang und weisen eine gewölbte Form auf, wobei diese Segmente einen Wicklungskopf auf einer zweiten axialen Seite des Stators gegenüber der ersten Seite bilden. Dank der Erfindung lassen sich asymmetrische oder symmetrische Wicklungsköpfe mit Luftdurchlässen zwischen dem Innen- und Außenbereich der Wicklungsköpfe ausführen.
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal weisen die Kopfschenkel und/oder die Verbindungssegmente, die in Schritt 1) gebildet werden, zunehmende oder abnehmende Höhen entlang den Wicklungen auf, um einen guten Füllgrad der Nuten zu erzielen.
In diesem Fall weisen die Windungen, deren Seitenschenkel in radial äußere Positionen von Nutengründen eingesetzt werden, Kopfschenkel und/oder Verbindungssegmente mit relativ größeren Höhen als die Windungen auf, deren Seitenschenkel radial innere Positionen einnehmen.
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal umfasst das Verfahren nach Schritt 3) einen Schritt 4) zur Formung der Wicklungsköpfe durch Neigung der Verbindungssegmente und/oder der Kopfschenkel nach innen.
Alternativ dazu umfasst es nach Schritt 3) einen Schritt 4) zur Formung der Wicklungsköpfe durch Neigung der Verbindungssegmente und/oder der Kopfschenkel nach außen.
Im übrigen ist darauf hinzuweisen, dass das Verfahren zwischen den Schritten 1) und 2) einen Schritt 1') zur örtlichen Formung des Drahts in Bereichen dieses Drahts umfasst, die dazu bestimmt sind, andere Drähte oder andere Bereiche desselben Drahts zu kreuzen, nachdem die Wicklungen in den Stator eingesetzt sind.
Die örtliche Formung des Drahts besteht vorzugsweise darin, den Querschnitt des Drahts örtlich zu verformen oder den Draht örtlich zu krümmen.
In diesem Fall erfolgt die örtliche Formung durch Quetschen, Pressen oder Riefen.
Der Draht weist vorteilhafterweise einen runden Querschnitt auf, während die Nuten eine Umfangsbreite aufweisen, die einem Mehrfachen des Drahtdurchmessers entspricht.
In einer möglichen Ausführungsart weisen die Nuten eine Umfangsbreite entsprechend dem Drahtdurchmesser auf, wobei der Schenkel, der die radial am weitesten innen gelegene Position einnimmt, durch Verbreiterung entlang einer Umfangsrichtung verformt wird, so dass die Schenkel, die die anderen Positionen einnehmen, im Innern der Nut gehalten werden.
In einer anderen möglichen Ausführungsart haben die Nuten eine Umfangsbreite mindestens gleich zwei Drahtdurchmessern, wobei sie auf einer radial inneren Seite eine Öffnung aufweisen, die auf zwei gegenüberliegenden Seiten durch zwei axiale Absätze verschlossen ist, wobei die Schenkel, die die Nuten belegen, durch einen flachen Keil, der auf den Absätzen auf einer inneren Seite der Nut zur Anlage kommt, im Innern dieser Nuten gehalten werden.
Außerdem weisen die Nuten eine radiale Tiefe auf, die einem Mehrfachen des Drahtdurchmessers entspricht.
Darüber hinaus kann die Spule als einfache Wellenwicklung oder als verteilte Wellenwicklung ausgeführt sein.
Nach einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Stator einer rotierenden elektrischen Mehrphasenmaschine, etwa eines Wechselstromgenerators oder eines Anlassergenerators für Kraftfahrzeuge, wobei dieser Stator ein mittig gelochtes Blechpaket umfasst, das eine Symmetrieachse und axial durchgehende Nuten aufweist, die in eine radial innere Fläche des Blechpakets eingearbeitet sind und jeweils eine Mehrzahl von radial abgestuften Aufnahmepositionen enthalten, und eine Spule mit einer Mehrzahl von Phasenwicklungen, die jeweils aus einem durchgehenden elektrisch leitenden Draht bestehen;
wobei der Draht jeder Wicklung als eine Folge von durch Verbindungssegmente verbundenen Auszackungen gestaltet ist, wobei jede Auszackung zwei einander gegenüberliegende Seitenschenkel, die jeweils in eine Aufnahmeposition einer Nut eingesetzt sind, und einen Kopfschenkel aufweist, der die beiden Seitenschenkel verbindet;
wobei jede Wicklung mehrere Windungen um den Stator herum bildet;
wobei die Windungen der Wicklungen in die Nuten in einer bestimmten Reihenfolge eingesetzt werden, wobei die Seitenschenkel dieser Windungen fortschreitend radial weiter innen gelegene Positionen einnehmen;
dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen, die in der besagten bestimmten Reihenfolge aufeinanderfolgen, abwechselnd zu verschiedenen Wicklungen gehören.
Die bestimmte Reihenfolge umfasst vorteilhafterweise eine Folge identischer Sequenzen, wobei jede Sequenz aus einer Windung jeder Wicklung besteht.
Die Seitenschenkel ein und derselben Auszackung verlaufen vorzugsweise in etwa geradlinig und parallel zueinander.
Die Kopfschenkel der Auszackungen sind zum Beispiel gewölbt und bilden einen Wicklungskopf auf einer ersten axialen Seite des Stators.
Darüber hinaus verbinden die Verbindungssegmente jeweils zwei Seitenschenkel zweier benachbarter Auszackungen am Draht entlang und weisen eine gewölbte Form auf, wobei diese Segmente einen Wicklungskopf auf einer zweiten axialen Seite des Stators gegenüber der ersten Seite bilden.
Nach einer Ausführungsvariante sind die Verbindungssegmente und/oder die Kopfschenkel, die den Wicklungskopf bilden, nach innen geneigt.
Alternativ dazu sind die Verbindungssegmente und/oder die Kopfschenkel, den Wicklungskopf bilden, nach außen geneigt.
Der Draht wird vorzugsweise örtlich in den Bereichen dieses Drahts geformt, die andere Drähte oder andere Bereiche desselben Drahts kreuzen.
In diesem Fall besteht die örtliche Formung des Drahts darin, den Querschnitt des Drahts örtlich zu verformen oder den Draht örtlich zu krümmen.
Die örtliche Formung erfolgt vorteilhafterweise durch Quetschen, Pressen oder Riefen.
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal weist der Draht einen runden Querschnitt auf, während die Nuten eine Umfangsbreite aufweisen, die einem Mehrfachen des Drahtdurchmessers entspricht.
In einer Ausführungsvariante weisen die Nuten eine Umfangsbreite entsprechend dem Drahtdurchmesser auf, wobei der Schenkel, der die radial am weitesten innen gelegene Position einnimmt, durch Verbreiterung entlang einer Umfangsrichtung verformt wird, so dass die Schenkel, die die anderen Positionen einnehmen, im Innern der Nut gehalten werden.
In einer anderen möglichen Ausführungsvariante haben die Nuten eine Umfangsbreite mindestens gleich zwei Drahtdurchmessern, wobei sie auf einer radial inneren Seite eine Öffnung aufweisen, die auf zwei gegenüberliegenden Seiten durch zwei axiale Absätze verschlossen ist, wobei die Schenkel, die die Nuten belegen, durch einen flachen Keil, der auf den Absätzen auf einer inneren Seite der Nut zur Anlage kommt, im Innern dieser Nuten gehalten werden.
Außerdem weisen die Nuten eine radiale Tiefe auf, die einem Mehrfachen des Drahtdurchmessers entspricht.
Darüber hinaus kann die Spule als einfache Wellenwicklung oder als verteilte Wellenwicklung ausgeführt sein.
Alle vorstehenden Merkmale können natürlich für sich genommen oder in Kombination gegeben sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung, die zur Veranschaulichung und ohne einschränkende Wirkung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren angeführt wird. Darin zeigen:
die 1A und 1B axiale Ansichten eines Teils eines Stators, der nach dem Verfahren gemäß dem bisherigen Stand der Technik bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird;
die 2A und 2B perspektivische Ansichten der Statoren der 1A und 1B;
3 eine abgewickelte schematische Darstellung einer Phasenwicklung des Stators der 1B und 2B nach der Formung in Schritt 1);
4 eine abgewickelte schematische Darstellung von drei Phasenwicklungen des Stators der 1B und 2B mit Veranschaulichung der Kreuzungsbereiche dieser drei Wicklungen im Stator nach dem Einsetzen, wobei die Kreise die Bereiche der örtlichen Formung andeuten;
5 eine Seitenansicht des Einsetzwerkzeugs nach der Anbringung der Wicklungen auf diesem Werkzeug in Schritt 2);
6 eine perspektivische Ansicht in der Richtung des Pfeils VI von 5;
die 7A und 7B schematische Ansichten zur Veranschaulichung von Schritt 3) zum Einsetzen der Windungen in die Nuten des Stators durch axiale Verschiebung des Einsetzwerkzeugs;
8 eine Seitenansicht des Blechpakets und des Einsetzwerkzeugs bei Schritt 3);
9 eine perspektivische Ansicht in der Richtung des Pfeils IX von 8;
10 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäß hergestellten Stators; und
die 11A, 11B und 11C schematische Darstellungen der jeweiligen Querschnitte einer Nut eines erfindungsgemäßen Stators mit einer Breite entsprechend einem Drahtdurchmesser bzw. zwei Drahtdurchmessern und einer Nut eines Stators nach dem bisherigen Stand der Technik.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
Das Einsetzverfahren eignet sich für eine wellenförmige Spule 50, die in einen Stator 1 eines Wechselstromgenerators oder Anlassergenerators für Kraftfahrzeuge einzusetzen ist.
Der Stator 1 umfasst bei den Ausführungsbeispielen einen Körper in Form eines zylindrischen Blechpakets 10 mit einer axialen Symmetrieachse 10 (10) und axialen Nuten 30, die in eine radial innere Fläche 11 des Blechpakets 10 eingearbeitet sind. Die Nuten 30 sind durch als Zähne bezeichnete axiale Rippen 35 voneinander getrennt (11A, 11B).
Diese Nuten 30 gehen axial von einer Seite zur anderen durch das mittig gelochte Blechpaket 10 hindurch, da sie sich auf der gesamten axialen Länge des Blechpakets 10 erstrecken, wobei sie radial auf einer Innenseite und an den beiden gegenüberliegenden axialen Enden offen sind. Diese Nuten 30 weisen jeweils eine Mehrzahl von radial abgestuften Aufnahmepositionen auf.
Die Spule 50 umfasst eine Mehrzahl von Phasenwicklungen 70, die jeweils aus einem durchgehenden elektrisch leitenden Draht 60 bestehen (3 und 4). Der Draht besteht beispielsweise aus Kupfer mit einer Beschichtung aus nichtleitendem Material, etwa aus Email. Jede Phasenwicklung 70 umfasst mehrere Windungen 73, wobei eine Windung einem Körperumlauf des Stators entspricht.
Bekannterweise ist, wie in 2B zu erkennen, ein Nutenisolator zwischen den Drähten und dem Rand der Nuten eingefügt.
Die Drähte 60 und die Phasenwicklungen 70 bilden Wicklungsköpfe 40, 40' außerhalb des Blechpakets 10, auf beiden Seiten dieses Pakets, wie dies beispielsweise in den 2B und 10 zu erkennen ist. Diese Wicklungsköpfe können dank dem erfindungsgemäßen Einsetzverfahren belüftet und kompakt ausgeführt sein.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

1) Formung jeder Wicklung 70,
2) Anbringung der Wicklungen 70 auf einem Einsetzwerkzeug 80,
3) Einsetzen der Windungen 73 in die Nuten 30 des Stators.

Im ersten Schritt wird der Draht 60 der Wicklung als eine Folge von Auszackungen 71 gestaltet, die durch Verbindungssegmente 72 verbunden sind, wie dies in 3 zu erkennen ist. Jede Auszackung 71 umfasst zwei einander gegenüberliegende Seitenschenkel 711, die dazu bestimmt sind, jeweils in einer Aufnahmeposition einer Nut 30 eingesetzt zu werden, und einen Kopfschenkel 712, der die beiden Seitenschenkel 711 verbindet.
Die Nuten weisen jeweils eine Mehrzahl von Aufnahmepositionen für die Seitenschenkel auf, die radial auf mehreren Ebenen abgestuft sind (11A bis 11C).
Die Verbindungssegmente 72 und die Kopfschenkel 712 sind nach einem Merkmal mit geneigter Form ausgeführt, um die Wicklungsköpfe 40, 40' kompakter zu gestalten und den Luftdurchlass zu begünstigen.
Die Segmente 72 und die Schenkel 712 haben hier eine V-Form mit abgeflachter Spitze.
Im zweiten Schritt erfolgt die Anbringung der Wicklungen nach einem Merkmal auf einem zylindrischen Werkzeug, wie dies in 5 veranschaulicht ist. Jede Wicklung 70 bildet mehrere Windungen 73 um das Einsetzwerkzeug 80 herum.
Die Drähte 60 und die Phasenwicklungen 70 werden besser angeordnet und gehalten, als dies bei dem in Form eines Aufnahmerads ausgeführten Werkzeug der US A 864 715 der Fall ist.
Im dritten Schritt 73 werden die Windungen 73 in einer bestimmten Reihenfolge übereinandergelegt.
Außerdem wird dadurch ein axiales Einsetzen der Wicklungen, vorteilhafterweise in einem einmal oder als Variante mehrmals durchgeführten Vorgang, begünstigt.
Im dritten Schritt erfolgt das Einsetzen der Windungen 73 in die Nuten 30 des Stators 1 in umgekehrter Reihenfolge zur Wicklungsreihenfolge mit Hilfe des Werkzeugs 80, wobei die Seitenschenkel 711 dieser Windungen 73 im Zuge des Einsetzens der Windungen 73 fortschreitend radial weiter innen gelegene Positionen einnehmen, wie dies in den 7A und 7B veranschaulicht ist.
Dadurch lässt sich ein gleichförmiges oder als Variante ein ungleichförmiges Einsetzen durchführen, was nach einer kontrollierten Vorgehensweise erfolgt.
In 5 ist zu erkennen, dass das Einsetzwerkzeug 80 eine Mehrzahl von Fingern 81 parallel zur axialen Symmetrieachse des Werkzeugs umfasst, die kreisförmig angeordnet und deren freie Enden zu einer oberen axialen Seite des Werkzeugs gerichtet sind, wobei diese Finger durch Zwischenräume 82 voneinander getrennt sind.
Bei der Anbringung der Wicklungen in Schritt 2) werden die Wicklungen 70 auf dem Einsetzwerkzeug so angeordnet, dass sich die Seitenschenkel 711 jeder Auszackung 71 jeweils in einem Zwischenraum 82 befinden und sich im Wesentlichen außerhalb des Kreises erstrecken, während der Kopfschenkel 712 die Seitenschenkel durch eine Seite innerhalb des Kreises verbindet, wohingegen die Verbindungssegmente 72 die Auszackungen durch eine Seite außerhalb des Kreises verbinden.
Die Windungen 73 werden über die Oberseite des Werkzeugs 80 auf die freien Enden der Finger 81 aufgelegt und parallel zur Symmetrieachse des Einsetzwerkzeugs 80 übereinandergelegt, wobei die zuerst angebrachten Windungen auf der Unterseite des Werkzeugs und die zuletzt angebrachten Windungen auf einer Oberseite des Werkzeugs 80 angeordnet sind.
Die Anzahl der Zwischenräume 82 entspricht der Anzahl der Nuten 30.
In Schritt 3) werden die Windungen 73 vom Einsetzwerkzug 80 auf das Blechpaket 10 verbracht, wobei die Seitenschenkel 711 der Auszackungen 71 ein und derselben Windung 73 in eine Mehrzahl gleichmäßig um das Blechpaket 10 verteilter Nuten 30 eingesetzt werden, wobei diese Nuten durch eine gleiche Anzahl anderer Nuten 30 voneinander getrennt sind. Die Kopfschenkel 712 bilden einen Wicklungskopf 40 auf einer ersten axialen Seite des Blechpakets 10, während die Verbindungssegmente 72 einen anderen Wicklungskopf 40' auf einer zweiten axialen Seite des Blechpakets 10 gegenüber dem ersten bilden.
Die Windungen 73 werden konzentrisch in die Nuten 30 eingesetzt, wobei die zuerst eingesetzten Windungen 73 radial außen im Nutengrund und die zuletzt eingesetzten Windungen 73 radial im Innern des Blechpakets 10 auf Höhe der Öffnung der Nuten angeordnet sind.
Nach einem Merkmal der Erfindung werden die Wicklungen 70 in Schritt 2) gleichzeitig um das Einsetzwerkzeug 80 herum gewickelt, woraus sich ergibt, dass die Windungen 73, die in der bestimmten Wicklungsreihenfolge aufeinanderfolgen, abwechselnd zu den verschiedenen Wicklungen 70 gehören.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsart umfasst die Wicklungsreihenfolge eine Folge identischer Sequenzen, wobei jede Sequenz aus einer Windung 73 jeder Wicklung 70 besteht.
Nach dem Einsetzen der Windungen 73 in die Nuten 30 in Schritt 3) befinden sich im Stator, von außen nach innen, eine erste Reihe von Windungen 73 mit jeweils einer Windung 73 jeder Wicklung 70, anschließend eine zweite Reihe von Windungen, die mit der ersten identisch ist, dann eine dritte usw.
Die Nuten 30, die durch die Seitenschenkel 711 der Windungen einer gegebenen Wicklung 70 belegt sind, sind im Verhältnis zu den Nuten 30 winklig versetzt, die durch die Seitenschenkel 711 der Windungen der anderen Wicklungen 70, die zur gleichen Reihe gehören, belegt sind.
In den Wicklungsköpfen 40, 40' sind daher die Kopfschenkel 712 und die Verbindungssegmente 72 der Windungen ein und derselben Reihe nicht radial ausgerichtet, sondern vielmehr im Verhältnis zueinander winklig versetzt, wie dies in 2B zu erkennen ist.
Daraus folgt, dass die Kopfschenkel 712 und die Verbindungssegmente 72 der Windungen in den Wicklungsköpfen 40, 40' keine kompakten Blöcke bilden, die der Zirkulation der Kühlluft zur Kühlung der rotierenden elektrischen Maschine entgegenwirken.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung, das in 5 zu erkennen ist, erstrecken sich die Auszackungen 71 jeweils in Ebenen, die parallel zur Symmetrieachse des Einsetzwerkzeugs 80 verlaufen oder im Verhältnis zu dieser Achse leicht geneigt sind, nachdem die Windungen 73 auf dem Einsetzwerkzeug 80 aufgewickelt sind.
Dieses Merkmal ist deshalb besonders wichtig, weil Schritt 3) zum Einsetzen der Wicklungen 70 in die Nuten 30 durch Verschiebung des Einsetzwerkzeugs 80 entlang der Symmetrieachse 20 des Stators 1, das heißt axial, erfolgt.
Die Finger 81 definieren den Außendurchmesser des Werkzeugs 80, wobei dieser Durchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser des Blechpakets 10 ausfällt.
Wie dies in den 7A und 7B zu erkennen ist, umfasst das Werkzeug 80 außer den Fingern 81 einen Teller 83, der in der Mitte des durch die Finger 81 gebildeten Zylinders axial beweglich ist. Der Teller 83 weist einen Außendurchmesser auf, der praktisch gleich dem Innendurchmesser des durch die Finger 81 gebildeten Zylinders ist.
Das Einsetzwerkzeug 80 wird unter der zweiten axialen Seite des Stators 1 angeordnet, wobei sein oberes Ende nach oben gerichtet ist.
Das Werkzeug 80 wird, hier axial entlang der Achse 20 der 7A, 7B, nach oben verschoben, um die Windungen 73 einzusetzen, wobei sich die Finger 81 und der Teller 83, hier axial, parallel verschieben, was im Verlauf einer ersten Phase zum Einsetzen der Seitenschenkel 711 in den Nuten 30 erfolgt, woraufhin im Verlauf einer zweiten Phase die Finger 81 unbeweglich bleiben, während der Teller 83 sich weiter verschiebt.
Im Verlauf der ersten Phase verschiebt sich der Teller 83 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Finger 81. Die Seitenschenkel 711 dringen von unten in die Nuten 30 ein und gleiten an den Nuten 30 entlang nach oben. Zunächst greift ein Abschnitt jedes Seitenschenkels 711, der sich unmittelbar außen an den Fingern 81 erstreckt, in die entsprechende Nut 30 ein, danach, fortschreitend mit der Verschiebung des Einsetzwerkzeugs 80 nach oben, der gesamte Seitenschenkel 711 vom Finger bis zum Verbindungssegment 72.
Die erste Phase endet, wenn das freie Ende der Finger 81 in Höhe der zur ersten Seite gerichteten axialen Fläche des Blechpakets 10 gelangt.
Die Finger 81 bewegen sich nicht mehr, während sich der Teller 83 weiter verschiebt, so dass er die Kopfschenkel 712, wie dies in 9 zu erkennen ist, axial nach oben drückt.
Der Teller 83 drückt direkt auf die Kopfschenkel 712 der Windungen 73, die sich am weitesten unten befinden, wobei diese Kopfschenkel 712 diese Beanspruchung an die weiter oben befindlichen Windungen übertragen. Es dürfte daher verständlich sein, dass der Teller 83 sämtliche Windungen 83 verschiebt und dass diese alle im Zuge eines einzigen Arbeitsgangs in die Nuten eingesetzt werden.
Diese Bewegung hat eine doppelte Wirkung. Sie ermöglicht das Umlenken der Kopfschenkel 712 oberhalb der freien Enden der Finger 81, wobei sich diese Schenkel in die axiale Verlängerung des Blechpakets 10 verlagern. Die Schenkel der oben befindlichen Windungen 73 werden als erste umgelenkt, während die Schenkel der unten gelegenen Windungen als letzte umgelenkt werden.
Außerdem wird es dadurch ermöglicht, die Verbindungssegmente 72 axial zu ziehen, um sie auf der zweiten Seite des Blechpakets 10 in Position zu arretieren und den Wicklungskopf 40' zu bilden.
Aufgrund der Tatsache, dass die Auszackungen 71 der Wicklungen 70 auf dem Einsetzwerkzeug 80 in Ebenen angeordnet sind, die praktisch parallel zur Symmetrieachse dieses Werkzeugs verlaufen, erfahren die Seitenschenkel 711 praktisch keine Verdrehung, wenn sie in die Nuten 30 eingesetzt werden und wenn die Kopfschenkel über den freien Enden der Finger 81 umgelenkt werden.
Im übrigen ermöglicht die Anordnung der Windungen 73 um das Einsetzwerkzeug 80 herum eine besonders effiziente Übertragung der Druckbeanspruchung vom Teller 83 an die am weitesten von diesem entfernten Windungen 73, das heißt an die Windungen 73, die am weitesten oben auf dem Einsetzwerkzeug 80 angeordnet sind.
Dazu ermöglicht es die Wicklungsreihenfolge der Windungen 73, dafür zu sorgen, dass jeder Kopfschenkel 712 einer Windung an wenigstens zwei Kopfschenkeln 72 der unmittelbar darüber befindlichen Windung zur Anlage kommt, wobei jeder dieser beiden Kopfschenkel 712 an zwei anderen Kopfschenkeln 712 der noch darüber gelegenen Windung zur Anlage kommt, und so weiter. Die Druckbeanspruchung wird somit sehr gut in Umfangsrichtung um das Einsetzwerkzeug herum verteilt.
Da alle Wicklungen 70 im Zuge eines einzigen Arbeitsgangs eingesetzt werden, muss der Teller eine hohe Druckbeanspruchung auf die Kopfschenkel 712 ausüben können. Dazu ist das Einsetzwerkzeug 80 mit zwei Betätigungselementen versehen, mit einem unteren Betätigungselement, das den Teller nach oben drückt, und mit einem oberen Betätigungselement, das ihn nach oben zieht. Der Teller 83 verfügt daher über die erforderliche Leistung, um die Anbringung der Kopfschenkel 712 unter guten Bedingungen durchzuführen.
Nach einem weiteren besonders vorteilhaften Merkmal weisen die Kopfschenkel 712 und die Verbindungssegmente 72, die in Schritt 1) gebildet wurden, entlang den Wicklungen 70 zunehmende oder abnehmende Höhen auf.
Wie dies in 3 zu erkennen ist, erstreckt sich die Wicklung 70 am Ende von Schritt 1) entlang einer allgemeinen Längsrichtung, wobei sich die Seitenschenkel 711 alle in etwa quer erstrecken und alle in einer Längsausrichtung parallel zueinander angeordnet sind.
Die Kopfschenkel 712 der Auszackungen 71 sind alle auf der gleichen Seite der Ausrichtungsreihe angeordnet und gewölbt, wobei diese Kopfschenkel zur Seite der Seitenschenkel 711 hin konkav sind.
Die Verbindungssegmente 72 sind auf einer Seite der Ausrichtungsreihe gegenüber den Kopfschenkeln 712 angeordnet und weisen ebenfalls eine gewölbte Form auf, deren konkave Austiefung zu den Seitenschenkeln 711 hin gerichtet ist.
Wie dies in 3 festzustellen ist, weisen alle Seitenschenkel 711 die gleiche Länge in Querrichtung auf, wobei jedoch die axiale Höhe der gewölbten Kopfschenkel 712 und der Verbindungssegmente 72 entlang der Wicklung 70 unterschiedlich ausfällt. Dabei ist unter axialer Höhe der gewölbten Kopfschenkel 712 und der Verbindungssegmente 72 die entlang der Querrichtung betrachtete Höhe zu verstehen.
Darüber hinaus ist der Polabstand, das heißt die Längsbeabstandung zwischen zwei in der Ausrichtungsreihe aufeinanderfolgenden Seitenschenkeln 711, entlang der gesamten Wicklung 70 konstant. Ausnahmsweise können zwei Seitenschenkel 711 durch einen unterschiedlichen Abstand an einzelnen Punkten der Wicklung 70 voneinander getrennt sein.
Die Windungen 73, die dazu bestimmt sind, als erste in die Nuten 30 eingesetzt zu werden, und deren Seitenschenkel 711 werden in radial äußeren Positionen in Nutengründen der Nuten 30 eingesetzt und weisen am Ende von Schritt 1) Kopfschenkel 712 und Verbindungssegmente 72 mit Querhöhen auf, die relativ größer als die der Windungen 73 ausfallen, deren Seitenschenkel 711 radial innere Positionen einnehmen.
Im Beispiel von 1 weisen alle Kopfschenkel 712 und Verbindungssegmente 72 ein und derselben Windung 73 eine gleiche Höhe auf.
Diese Höhe nimmt von einer Windung 73 zur nächsten entlang der Wicklung 70 gleichmäßig ab.
Es dürfte verständlich sein, dass es notwendig ist, den gleichen Polabstand entlang der gesamten Wicklung beizubehalten, so dass zwischen den Schenkeln 711 eine konstante Beabstandung geschaffen wird, die der Beabstandung zwischen den Öffnungen der Nuten 30 entsprechen, in welche diese Schenkel eingesetzt werden sollen.
Der Höhenunterschied zwischen den Kopfschenkeln 712 und den Verbindungssegmenten 72 der verschiedenen Windungen 73 ein und derselben Wicklung schafft einen Ausgleich dafür, dass die aufeinanderfolgenden Seitenschenkel 711 einer äußeren Windung am Grund von Nuten 30 angeordnet und weiter zueinander beabstandet sind als die Seitenschenkel 711 einer inneren Windung, wobei diese Schenkel am Eingang von Nuten 30 angeordnet sind.
Im Anschluss an das Einsetzen der Windungen in das Blechpaket 10 ist der äußere Kopfschenkel 712 bzw. das äußere die beiden Schenkel 711 verbindende Verbindungssegment 72 weiter geöffnet als der innere Kopfschenkel 712 oder das innere die beiden Schenkel 711 verbindende Verbindungssegment 72. Er bzw. es erfährt aufgrund seiner größeren Öffnung eine Abflachung, die ihn bzw. es auf die gleiche Höhe bringt wie den inneren Kopfschenkel 712 oder das innere die beiden Schenkel 711 verbindende Verbindungssegment 72.
Dadurch erhält man Wicklungsköpfe, deren Elemente alle die gleiche axiale Höhe aufweisen, wie dies in 2B zu erkennen ist.
Die Änderung der Querhöhe der Windungen 73 entlang einer Wicklung 70, die vorstehend beschrieben wurde und deren Aufgabe darin besteht, die Unterschiede der Beabstandung zwischen den Schenkeln 711 der äußeren und inneren Windungen auszugleichen, kann mit einer anderen Querhöhenänderung der Windungen kombiniert werden, die dazu bestimmt ist, abgestufte Wicklungsköpfe zu erhalten.
Diese weitere Änderung, die zu der ersten hinzukommt, hat zur Folge, dass die Kopfschenkel 712 oder die Verbindungssegmente 72 ein und desselben Wicklungskopfes eine von außen nach innen zunehmende oder abnehmende Höhe aufweisen. Der in 1A dargestellte Stator nach dem bisherigen Stand der Technik weist eine solche Abstufung der Kopfschenkel 712 und der Verbindungssegmente 72 seiner Wicklungsköpfe auf. Diese Gestaltung der Wicklungsköpfe wirkt sich günstig auf die Kühlung aus.
Ein ähnliches Ergebnis lässt sich mit einem Stator erzielen, dessen Wicklungsköpfe aus Elementen mit gleicher Höhe bestehen, wobei nach Schritt 3) ein Schritt 4) zur Formung der Wicklungsköpfe durch mechanische Neigung der Verbindungssegmente 72 und/oder der Kopfschenkel 712 nach innen oder nach außen hinzugefügt wird.
Diese Neigung erfolgt beispielsweise mit Hilfe einer Klemmbacke, die radial nach innen oder nach außen verschoben wird und die Verbindungssegmente 72 und/oder die Kopfschenkel 712 verformt.
Nach einem anderen vorteilhaften Merkmal umfasst das Verfahren zwischen den Schritten 1) und 2) einen Schritt 1') zur örtlichen Formung des Drahts 60 in Bereichen 61 dieses Drahts, die dazu bestimmt sind, die Drähte 60 anderer Wicklungen 70 oder andere Bereiche desselben Drahts zu kreuzen, nachdem die Wicklungen 70 in den Stator eingelegt sind.
Diese Bereiche 61 sind in 4 durch Kreise kenntlich gemacht.
Die örtliche Formung des Drahts 60 besteht darin, den Querschnitt des Drahts 60 örtlich zu verformen oder den Draht 60 örtlich zu krümmen.
Die Verformung zielt darauf ab, den Querschnitt örtlich abzuflachen, um ihn in einer bestimmten Richtung dünner zu machen, ohne jedoch den Gesamtdurchgangsquerschnitt des Stroms zu verringern. Die Kreuzungsbereiche 61 der Drähte 60 liegen entlang der besagten bestimmten Richtung übereinander, so dass sich der Platzbedarf der beiden übereinander gelagerten Drähte 60 entsprechend verringert. Im Falle eines Drahts 60 mit rundem Querschnitt führt die Abflachung typischerweise zur Bildung eines ovalen Querschnitts.
Die Abflachung des Bereichs 61 kann durch Quetschen mit Hilfe geeigneter Zangen, durch Pressen in einer mit einer geeigneten Form bestückten Presse oder durch Riefen mit Hilfe eines rotierenden Werkzeugs erfolgen.
Dadurch dass ein Bereich 61 des Drahts 60 eine örtliche Krümmung erhält, kann der Kreuzungspunkt der Drähte an eine weniger belegte Stelle des Wicklungskopfes 40 verlegt werden, wo der verfügbare Platz ausreicht, um die Kreuzung der Drähte 60 zu ermöglichen.
Diese Krümmung erfolgt anhand von Haken, die den Draht durch seine Zugbeanspruchung örtlich verformen.
Bekanntlich weist der Draht 60 typischerweise einen runden Querschnitt auf. Um die Anordnung der Seitenschenkel 711 in den Nuten 30 zu vereinfachen und die Kupferdichte in diesen Nuten zu erhöhen, wird für diese Nuten 30 eine Umfangsbreite gewählt, die einem Mehrfachen des Drahtdurchmessers entspricht.
Diese Breite ist typischerweise gleich dem einfachen oder zweifachen Durchmesser des Drahts 60. Als Variante ist die Breite der Nut größer als das Zweifache des Drahtdurchmessers, beispielsweise gleich dem drei- oder vierfachen Durchmesser.
Falls die Nuten 30 eine Umfangsbreite aufweisen, die dem Durchmesser des Drahts 60 entspricht, wird der Seitenschenkel 711, der die am weitesten innen gelegene Position, das heißt die am nächsten am inneren Umfang des Blechpakets 10 befindliche Position, einnimmt, durch Verbreiterung entlang einer Umfangsrichtung verformt, wie dies in 11A zu erkennen ist. Der besagte Seitenschenkel 711 kommt an den beiden gegenüberliegenden radialen Flächen der Nut zur Anlage und wird dadurch in seiner Position in der Nut 30 arretiert. Die Seitenschenkel 711, die die anderen Positionen einnehmen, werden dadurch im Innern der Nut 30 gehalten.
Diese Verformung findet nach Schritt 3) zum Einsetzen typischerweise an drei Punkten des Seitenschenkels 711 statt. Sie führt dazu, dass der runde Querschnitt des Drahts in einen ovalen Querschnitt umgeformt wird.
Falls die Nuten 30 eine Umfangsbreite mindestens gleich dem zweifachen Durchmesser des Drahts 60 besitzen (11B), weisen diese Nuten 30 auf einer radial inneren Seite eine Öffnung 31 auf, die auf zwei gegenüberliegenden Seiten teilweise durch zwei auch als Zahnfüße bezeichnete axiale Absätze 32 verschlossen ist, die von den Zähnen 35 aus vorstehen. Die Seitenschenkel 711, die jede Nut 30 belegen, werden im Innern dieser Nut durch einen flachen Keil 33 gehalten, der an den Absätzen 32 auf einer Innenseite der Nut 30 zur Anlage kommt, wie dies in 11B zu erkennen ist.
Dieser Keil 33 erstreckt sich auf der gesamten axialen Länge der Nut 30 und weist eine rechteckige Form auf.
Es ist zu beachten, dass es im Falle von Nuten 30 mit einer Breite entsprechend dem einfachen Durchmesser des Drahts 60 nicht notwendig ist, dass die Zähne 35 Absätze 33 tragen, wobei die Keile 33 entfallen können. Dadurch werden die Konstruktion des Blechpakets 10 und das Verfahren zum Einsetzen der Wicklungen 70 in die Nuten 30 entsprechend vereinfacht.
Im Hinblick auf eine Vereinfachung der Anordnung der Seitenschenkel 711 in den Nuten 30 können darüber hinaus die Nuten 30 eine radiale Tiefe aufweisen, die einem Mehrfachen des Durchmessers des Drahts 60 entspricht.
Wie dies in den 11A und 11B zu erkennen ist, haben die für die Nuten 30 gewählten Abmessungen zur Folge, dass sich die Seitenschenkel 711 des Drahts 60 in Schritt 3) zum Einsetzen in die Nuten normalerweise in mehreren wohl geordneten radialen Ausrichtungsreihen anordnen.
Es dürfte daher verständlich sein, dass das vorstehend beschriebene Verfahren zahlreiche Vorteile bietet.
Die Taktzeit fällt kürzer aus, da das Einsetzen aller Phasenwicklungen in einem einzigen Arbeitsgang stattfindet.
Im Übrigen gestalten sich die Arbeitsgänge zur Vorbereitung der Wicklungen besonders minutiös und sorgfältig. Die Schritte 1) und 1') ermöglichen nach Abschluss von Schritt 3) zum Einsetzen die Ausführung wohl geordneter Wicklungsköpfe, die kaum Fehler aufweisen. Die nachgelagerten Arbeitsgänge zur Kontrolle und Korrektur der Fehler werden erheblich beschleunigt, und die Taktzeit wird verkürzt.
Die Bildung der Wicklungsköpfe erfolgt in einer durchdachten Abfolge, insoweit die Druckbeanspruchung des Tellers von den unten am Einsetzwerkzeug angeordneten Windungen effizient an die oben angeordneten Windungen übertragen wird. Diese Beanspruchung verteilt sich gleichmäßig über den gesamten Umfang des Werkzeugs.
Darüber hinaus eignet sich dieses Verfahren für die existierenden Werkzeugausrüstungen, für die es kaum Modifizierungen erfordert.
Die erfindungsgemäßen Statoren weisen ebenfalls Vorteile auf.
Aufgrund der Wechselfolge der Windungen der verschiedenen Wicklungen in der Einsetzreihenfolge sind die Wicklungsköpfe besonders gut belüftet. Dadurch wird die Kühlung der Wicklungsköpfe erheblich vereinfacht. Der Kühlluftdurchsatz durch die Wicklungsköpfe kann dabei 10 Liter pro Sekunde übersteigen.
Insoweit die Leitungsdrähte, wie vorstehend erwähnt, aus Kupfer ausgeführt sind, kann die Kupferdichte in den Nuten auf bis zu 65% erhöht werden, wobei diese Dichte dem Verhältnis zwischen der Fläche des Querschnitts der nicht isolierten Seitenschenkel zum Querschnitt der nicht isolierten Nut entspricht. Diese Dichte ist bei den Statoren nach dem bisherigen Stand der Technik auf 45 bis 50% begrenzt.
Dieses Ergebnis ist auf die kombinierte Wirkung mehrerer Aspekte der Erfindung zurückzuführen.
Zunächst stellt es sich dadurch ein, dass das Einsetzen der Seitenschenkel in die Nuten in einer geordneten Abfolge stattfindet.
Außerdem resultiert es aus der guten Vorbereitung der Kreuzungsbereiche der Drähte, die es ermöglicht, den Wicklungskopf gezielt anzuordnen und dadurch die Position der Seitenschenkel 711 in den Nuten entsprechend zu optimieren.
Ferner tragen die Auswahl der Abmessungen der Nuten, der Wegfall der Keile bzw. die Verwendung von Keilen mit rechteckiger Form anstelle der U-förmigen Keile nach dem bisherigen Stand der Technik ebenfalls zur Erzielung dieses Ergebnisses bei.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in etwa vertikale Positionierung der Auszackungen der Windungen auf dem Einsetzwerkzeug in Kombination mit dem Umstand, dass das Einsetzen der Windungen in die Nuten durch eine axiale Verschiebung des Werkzeugs erfolgt, die Voraussetzung dafür schafft, dass sich die Drähte beim Einsetzen praktisch nicht verformen. Die Kreuzungsbereiche 61, an denen vor dem Einsetzen eine besondere Formung stattfindet, werden daher nicht verformt und ordnen sich korrekt in den Wicklungsköpfen des Rotors an.
Das vorstehend beschriebene Verfahren eignet sich für Statoren mit einer beliebigen Anzahl von Nuten und mit Spulen, die eine beliebige Anzahl von Phasenwicklungen umfassen. Es eignet sich besonders für einen Stator mit 36 bis 96 Nuten, was einem 6 bis 8-poligen Rotor entspricht, und für eine Spule mit 3 bis 6 Phasenwicklungen.
Die Spule kann als einfache oder als verteilte Wellenwicklung ausgeführt sein.
Das Verfahren eignet sich für alle Drahtdurchmesser, wobei der Draht hier in zylindrischer Form mit rundem Querschnitt oder als Variante mit rechteckigem Querschnitt ausgeführt ist, sowie für alle üblichen Statordurchmesser bei Statoren von Wechselstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge.
Es ist zu beachten, dass der erfindungsgemäße Stator vorteilhafterweise für den Einbau in einen Wechselstromgenerator mit Innenlüfter bestimmt ist, wie er beispielsweise in der EP-A-0515 259 beschrieben wird. Ein solcher Wechselstromgenerator umfasst einen Stator, der einen Rotor umgibt, bei dem es sich beispielsweise um einen Klauenpolläufer oder um einen Schenkelpolläufer handeln kann.
Der Rotor ist fest mit einer Welle verbunden, die über ein Kugellager mittig drehbar in einem zweiteiligen Gehäuse gelagert ist, dessen Teile als vorderer und hinterer Lagerschild bezeichnet werden. Die Lagerschilde sind hohl und weisen jeweils einen mit Öffnungen versehenen Boden auf, um Lufteinlässe zu bilden, und eine Umfangsrandleiste, die ebenfalls mit Öffnungen versehen ist, um Luftauslässe zu schaffen. Die Böden der Lagerschilde sind insgesamt quer ausgerichtet und tragen mittig ein Kugellager für die drehbare Lagerung der Rotorwelle. Die Böden werden an ihrem äußeren Umfang jeweils durch eine insgesamt axial ausgerichtete Umfangsrandleiste verlängert, die für den Einbau des Statorkörpers abgestuft ist, der die Spule mit einer Mehrzahl von Phasenwicklungen trägt, deren Wicklungsköpfe sich axial vorstehend beiderseits des Statorkörpers und zwar unterhalb der Öffnungen der Umfangsrandleisten der Lagerschilde erstrecken, die beispielsweise mit Hilfe von Schrauben oder Zugankern zusammengefügt werden, um das Gehäuse zur Aufnahme des Stators und des Rotors zu bilden. Der Rotor trägt wenigstens an einem seiner axialen Enden einen Lüfter, der radial unterhalb des betreffenden Wicklungskopfes angeordnet ist. Der hintere Lagerschild trägt wenigstens einen Kohlebürstenhalter, während eine fest mit der Rotorwelle verbundene Riemenscheibe am vorderen Lagerschild angebracht ist. Zu den anderen Bestandteilen des Wechselstromgenerators kann auf die vorerwähnte Druckschrift verwiesen werden, wobei davon auszugehen ist, dass der Rotor in der Ausführung als Klauenpolläufer und mit Erregerspule durch einen Stator in der Ausführung als Schenkelpolläufer mit mehreren Erregerspulen ersetzt werden kann. Mit den Phasenwicklungen ist eine Gleichrichterbrücke, beispielsweise mit Dioden, verbunden. Als Variante ist diese Gleichrichterbrücke so gestaltet, dass sie auch einen Wechselrichter bildet, wie dies beispielsweise in der FR-A-2 745 444 beschrieben wird, um Strom in die Phasenwicklungen des Stators einzuspeisen und so den Wechselstromgenerator als Elektromotor zu betreiben, insbesondere um den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs anzulassen, wobei ein solcher Wechselstromgenerator dann als Anlassergenerator bezeichnet wird.
In allen Fällen ermöglichen der bzw. die Lüfter, wenn die Rotorwelle läuft, die Erzeugung eines Luftstroms zwischen den Lufteinlass- und Luftauslassöffnungen, der erfindungsgemäß durch die Wicklungsköpfe der Spule hindurchgeht. Im Einzelnen wird es durch den Arbeitsschritt zur getrennten Vorbereitung der Drähte und anschließend durch den Arbeitsschritt zur Organisation der Phasenwicklungen vor ihrem Einsetzen in die Nuten ermöglicht, den als Wicklungsköpfe bezeichneten Köpfen der Statorspule symmetrische Eigenschaften zu geben, durch die es wiederum ermöglicht wird, in den Wicklungsköpfen Luftdurchgangsöffnungen und Schrägen zu schaffen, welche die Luftzirkulation durch die Wicklungsköpfe hindurch, beispielsweise auf über 10 Liter pro Sekunde, verbessern.
Als Variante kann ein Wicklungskopf dank des erfindungsgemäßen Werkzeugs natürlich axial höher als der andere sein.
Natürlich werden die Nutenisolatoren in den Nuten angebracht und vorteilhafterweise befestigt, bevor das Einsetzen der Drähte in die Nuten vorgenommen wird. In den 11A und 11B ist der Nutenisolator der Einfachheit halber nicht dargestellt worden, wohingegen er in den 1A, 2B, 9 und 11C zu erkennen ist.
Der Querschnitt der Leitungsdrähte kann rund, wie in den Figuren dargestellt, oder quadratisch oder rechteckig oder elliptisch oder auch anders gestaltet sein.
Der Statorkörper weist in den Figuren eine zylindrische Form auf. Als Variante kann der äußere Umfang des Statorkörpers auch eine nicht zylindrische Form haben und beispielsweise tonnenförmig ausgeführt sein. Die in jedes Blech des Blechpakets eingearbeiteten Nuten sind als Variante im Verhältnis zur axialen Richtung geneigt.
Dank der Erfindung liefert die rotierende elektrische Mehrphasenmaschine, die mit dem Stator mit einer erfindungsgemäßen Spule ausgerüstet ist, eine höhere Leistung.
Jede Phasenwicklung umfasst einen oder mehrere Drähte. So kann beispielsweise jede Phasenwicklung mindestens zwei Drähte umfassen.

Claims

Verfahren zum Einsetzen einer wellenförmigen Spule in einen Stator einer rotierenden elektrischen Mehrphasenmaschine, wobei der Stator (1) ein mittig gelochtes Blechpaket (10) umfasst, das eine Symmetrieachse (20) und axial durchgehende Nuten (30) aufweist, die in eine radial innere Fläche des Blechpakets (10) eingearbeitet sind, wobei diese Nuten (30) eine Mehrzahl von radial abgestuften Aufnahmepositionen enthalten, während die Spule eine Mehrzahl von Phasenwicklungen (70) umfasst, die jeweils aus einem durchgehenden elektrisch leitenden Draht (60) bestehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: 1) Formung jeder Wicklung (70), wobei deren Draht (60) als eine Folge von durch Verbindungssegmente (72) verbundenen Auszackungen (71) gestaltet ist, wobei jede Auszackung zwei einander gegenüberliegende Seitenschenkel (711), die dazu bestimmt sind, jeweils in eine Aufnahmeposition einer Nut (30) eingesetzt zu werden, und einen Kopfschenkel (712) aufweist, der die beiden Seitenschenkel (711) verbindet; 2) Anbringung der Wicklungen (70) auf einem Einsetzwerkzeug (80); 3) Einsetzen der Windungen (73) in die Nuten (30) des Stators, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt 2) zur Anbringung der Wicklungen auf einem zylindrischen Einsetzwerkzeug (80) stattfindet, wobei jede Wicklung (70) mehrere Windungen (73) um das Einsetzwerkzeug (80) herum bildet, wobei diese Windungen (73) in einer bestimmten Reihenfolge übereinandergelegt werden, und dass die Wicklungen (70) gleichzeitig um das Einsetzwerkzeug (80) herum gewickelt werden, wobei die Windungen (73), die in der besagten bestimmten Wicklungsreihenfolge aufeinanderfolgen, abwechselnd zu den verschiedenen Wicklungen (70) gehören.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt 3) zum Einsetzen der Windungen (73) in die Nuten (30) des Stators in umgekehrter Reihenfolge zur Wicklungsreihenfolge erfolgt, wobei die Seitenschenkel (711) dieser Windungen (73) fortschreitend radial weiter innen gelegene Positionen einnehmen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsreihenfolge eine Folge identischer Sequenzen umfasst, wobei jede Sequenz aus einer Windung (73) jeder Wicklung (70) besteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf dem Einsetzwerkzeug (80) die Auszackungen (71) in Ebenen erstrecken, die jeweils parallel zur Symmetrieachse des Einsetzwerkzeugs (80) verlaufen oder im Verhältnis zu dieser Achse leicht geneigt sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt 3) zum Einsetzen der Wicklungen (70) in die Nuten (30) durch Verschiebung des Einsetzwerkzeugs (80) entlang der Symmetrieachse (20) des Stators (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfschenkel (712) der Auszackungen (71) gewölbt sind und einen Wicklungskopf (40) auf einer ersten axialen Seite des Stators (1) bilden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungssegmente (72) jeweils zwei Seitenschenkel (711) zweier benachbarter Auszackungen (71) am Draht (60) entlang verbinden und eine gewölbte Form aufweisen, wobei diese Segmente einen Wicklungskopf (40) auf einer zweiten axialen Seite des Stators (1) gegenüber der ersten Seite bilden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfschenkel (712) und/oder die Verbindungssegmente (72), die in Schritt 1) gebildet werden, zunehmende oder abnehmende Höhen entlang den Wicklungen (70) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen (73), deren Seitenschenkel (711) in radial äußere Positionen von Nutengründen (30) eingesetzt werden, Kopfschenkel (712) und/oder Verbindungssegmente (72) mit relativ größeren Höhen als die Windungen (73) aufweisen, deren Seitenschenkel (711) radial innere Positionen einnehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es nach Schritt 3) einen Schritt 4) zur Formung der Wicklungsköpfe (40) durch Neigung der Verbindungssegmente (72) und/oder der Kopfschenkel (712) nach innen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es nach Schritt 3) einen Schritt 4) zur Formung der Wicklungsköpfe (40) durch Neigung der Verbindungssegmente (72) und/oder der Kopfschenkel (712) nach außen umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zwischen den Schritten 1) und 2) einen Schritt 1') zur örtlichen Formung des Drahts (60) in Bereichen (61) dieses Drahts umfasst, die dazu bestimmt sind, andere Drähte (60) oder andere Bereiche desselben Drahts (60) zu kreuzen, nachdem die Wicklungen (70) in den Stator (1) eingesetzt sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (60) einen runden Querschnitt aufweist, während die Nuten (30) eine Umfangsbreite aufweisen, die einem Mehrfachen des Durchmessers des Drahts (60) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (30) eine Umfangsbreite entsprechend dem Durchmesser des Drahts (60) aufweisen, wobei der Seitenschenkel (711), der die radial am weitesten innen gelegene Position einnimmt, durch Verbreiterung entlang einer Umfangsrichtung verformt wird, so dass die Seitenschenkel (711), die die anderen Positionen einnehmen, im Innern der Nut (30) gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (30) eine Umfangsbreite mindestens gleich zwei Durchmessern des Drahts (60) haben und auf einer radial inneren Seite eine Öffnung (31) aufweisen, die auf zwei gegenüberliegenden Seiten teilweise durch zwei axiale Absätze (32) verschlossen ist, wobei die Seitenschenkel (711), die die Nuten belegen, durch einen flachen Keil (33), der auf den Absätzen (32) auf einer inneren Seite der Nut (30) zur Anlage kommt, im Innern dieser Nut (30) gehalten werden.
Stator einer rotierenden elektrischen Mehrphasenmaschine, umfassend ein mittig gelochtes Blechpaket (10), das eine Symmetrieachse (20) und axial durchgehende Nuten (30) aufweist, die in eine radial innere Fläche des Blechpakets (10) eingearbeitet sind und jeweils eine Mehrzahl von radial abgestuften Aufnahmepositionen enthalten, und eine Spule (50) mit einer Mehrzahl von Phasenwicklungen (70), die je weils aus einem durchgehenden elektrisch leitenden Draht (60) bestehen; wobei der Draht jeder Wicklung (70) als eine Folge von durch Verbindungssegmente (72) verbundenen Auszackungen (71) gestaltet ist, wobei jede Auszackung zwei einander gegenüberliegende Seitenschenkel (711), die jeweils in eine Aufnahmeposition einer Nut (30) eingesetzt werden, und einen Kopfschenkel (712) aufweist, der die beiden Seitenschenkel (711) verbindet; wobei jede Wicklung (70) mehrere Windungen (73) um den Stator (1) herum bildet; dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen (73) der Wicklungen (70) in die Nuten (30) in einer bestimmten Reihenfolge eingesetzt werden, wobei die Seitenschenkel (711) dieser Windungen (73) fortschreitend radial weiter innen gelegene Positionen einnehmen, und dass die Windungen (73), die in der besagten bestimmten Reihenfolge aufeinanderfolgen, abwechselnd zu den verschiedenen Wicklungen (70) gehören.
Stator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Reihenfolge eine Folge identischer Sequenzen umfasst, wobei jede Sequenz aus einer Windung (73) jeder Wicklung (70) besteht.
Stator nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (60) örtlich in den Bereichen (61) dieses Drahts geformt wird, die andere Drähte (60) oder andere Bereiche desselben Drahts (60) kreuzen.