WO2015165652A2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer wicklung eines wicklungsträgers einer elektrischen maschine, wicklungsträger und elektrische maschine - Google Patents

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circle
slot
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Michalis Mames
Ricus Müller
Christoph Radtke
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for producing a winding of a winding carrier, that is, a stator or a rotor, an electric machine. Furthermore, the invention relates to a winding support of an electrical machine and an electrical machine with at least one Wick ⁇ ment carrier. Electrical machines have winding carriers which have a laminated core together with windings inserted in the laminated core and are designed as a stator or rotor of the electrical machines. The retrievable from such an electrical machine power depends proportionally on the effective length of the laminated core of the winding support. In this case, the effective length of a laminated core of a winding carrier means the axial length of the composite of sheet metal discs area of the laminated core, in which an excitation field is formed or on which an excitation field has an effect.
  • the requirement is high, the electrical machines as possible to save space to dimensio ⁇ , so on the one hand take the smallest possible space and on the other hand have the lowest possible weights. This is particularly relevant in automotive applications, since the electric machines due to the ⁇ limited installation space in vehicles and the requirement for weight reduction in vehicles at the same or even higher power density must be as small and lightweight as possible.
  • the object of the present invention is therefore to provide a way to produce electrical machines with a higher power density at a constant axial length.
  • a first aspect of the invention is a method for manufacturing a winding of a bobbin, that is a stator or a rotor of an electrical machine be provided ⁇ riding.
  • a laminated core which has an axis and at least one first, extending in the direction of the axis slot for receiving at least a first winding segment for producing the winding.
  • the viewed at least one first slot in the direction of the axis is arranged on a first circle, runs through the circle center, the axis of the laminated core.
  • the at least one first winding segment is arranged.
  • the at least one first winding segment is arranged in the at least one first slot such that at least a first region of the at least one first winding segment protrudes from the laminated core.
  • the first region is then bent into a first direction tangent to the first circle by exerting a first force acting in the direction of the axis and a first force acting tangentially to the first circle on the first region.
  • forces are exerted on the first region which are represented as force vectors in a three-dimensional coordinate system - in which one of the coordinate axes runs parallel to the axis of the metal core - substantially only in a direction parallel to the axis summarize or disassemble the force component shown in the sheet metal pact and force component in a direction tangential to the first circle direction.
  • the forces exerted on the first region cooperate substantially only in a direction parallel to the axis of the lamination and in a direction tangential to the first circle.
  • the first area of the first winding segment can be used to form a
  • Winding head of the windings serves to bend over its entire length.
  • the first area after the bending process on any projecting end portion which leads axially to a longer winding head.
  • a winding ⁇ carrier be made with a relatively shorter end winding and thus with a comparatively longer lamination stack at a constant overall length and thus with a higher power density.
  • the winding segment is, for example, a leg of a hairpin-shaped winding pin or a rod-shaped straight wire made of metal or metal alloy, esp. Copper or copper alloy, which was introduced to form the winding in said slot.
  • the winding segment is formed as a leg of a hairpin-shaped winding pin, then the winding pin will advance folded and cranked inserted into the corresponding slot down to the exposed area.
  • the first region is bent by means of a first contact surface, which is moved towards the laminated core and is simultaneously rotated about the axis of the laminated core.
  • the first contact surface is physically contacted with the first region or with an exposed front side of the first region, the first contact surface on the first region or the exposed end side of the first region being the first, acting in the direction of the axis Force and the first, acting tangentially to the first circle force exerts.
  • the first force acting in the direction of the axis is preferably a compressive force and the first force acting tangentially to the first circle is preferably a frictional force between the first contact surface and the exposed end side of the first region.
  • the first region or the first winding segment is exposed at the above-mentioned bending operation of a comparatively significantly low mechanical stress than a Bending operation in which the first area is held and bent by a gripper element, which holds the first area in the bending process on at least two mutually opposite sides.
  • a laminated core with the aforementioned at least one first slot is still provided with at least one second, extending in the direction of the axis slot for receiving at least one second winding segment for producing the winding.
  • the at least one second slot is viewed in the direction of the axis arranged on a second circle, through the center of the circle, the axis of
  • Laminated cores runs.
  • the at least one second winding segment is arranged, wherein a second region of the at least one second winding segment protrudes from the laminated core.
  • the second region is bent by exerting a second force acting in the direction of the axis and a second force acting tangentially to the second circle on the second region into a second direction substantially facing the at least one first effective section and tangential to the second circle ,
  • the second region of the second winding segment which likewise serves to form the winding head of the windings, can be bent over its entire length analogously to the first region of the first winding segment.
  • the second region after the bending ⁇ operation as in the first region to any preceding end portion which, viewed axially, resulting in a longer Wi ⁇ ckelkopf.
  • a winding carrier can continue to be produced with a comparatively shorter winding head and thus with a comparatively longer laminated core with a constant total structural length and thus with a higher power density.
  • the second region is bent analogously to the first region by means of a second contact surface, which analogous to the first contact surface to .
  • the second contact surface is physically contacted with the second region or with an exposed end side of the second region, wherein the second contact surface on the second region or on the exposed end side of the second region, the second force acting in the direction of the axis and the second force acting tangentially to the second circle.
  • the first and the second region are bent substantially simultaneously. That is, the two areas are not nachei ⁇ nander time, but bent substantially in one and the same time interval.
  • the two regions are preferably bent relative to one another by a predetermined time interval with a time offset. That is, the bending operation of the first region and the bending process of the second region do not take place one after another, but mainly in one and the same
  • Time interval take place, however, the one bending operation is started shortly after starting the other bending operation.
  • the portion which is radially farther from the axis than the axis is bent first.
  • the last-mentioned preferred embodiments have the advantage that during the bending operations, the winding support is exposed to a comparatively lower total of external force effects, since the tangentially acting forces act in mutually facing directions on the winding support and Thus, when considered in relation to the winding support in total, they compensate each other.
  • a first, exposed end portion of the already bent first region is electrically connected to a second, exposed end portion of the already already bent second region.
  • an electrically conductive connecting element such as in the form of an electrically conductive wire or an electrically conductive rail, between the first and second exposed end portion is preferably positioned and then electrically conductively and physically connected to the first and second end portion, for example in a soldering or welding process.
  • an apparatus for producing a winding of a winding support that is a stator or a rotor, of an electric machine is provided.
  • the device thereby comprises a holding arrangement, which is guided from ⁇ hold a lamination stack, so that it can move neither axially nor radially tangentially still with respect to the support assembly.
  • the laminated core has an axis and at least one first, extending in the direction of the axis slot for receiving at least a first winding segment for producing the winding.
  • the viewed at least one first slot in the direction of the axis is arranged on a first circle, runs through the center of the circle, the axis of the laminated core.
  • the at least one first winding segment is arranged, wherein a first region of the at least one first winding segment protrudes from the laminated core.
  • the device further comprises a first bending arrangement, which in turn comprises a first drive unit and a first contact surface.
  • the first drive unit is designed to move the first contact surface in the direction of the laminated core and at the same time to rotate about the axis of the laminated core.
  • the first contact surface is carried out while moving and rotating by the first drive unit to the first region be ⁇ relationship, with a front side of the first region K ⁇ R ⁇ Perlich to contact and the first region to bend in a first tangential to the first circular direction ,
  • the first contact surface exerts on the first region a first force acting in the direction of the axis of the sheet metal pact and a first force acting tangentially on the first circle, thus bending the first region into the first direction tangential to the first circle.
  • the device includes a holding assembly for holding a laminated core about an axis of the laminated core so that the laminated core can not rotate.
  • the first bending assembly includes a first drive unit for moving a first one
  • the first bending assembly further includes the first contact surface for bending a first region of at least one first winding segment disposed in the laminated core by exerting a compressive force acting on the first region in the direction of the axis and a frictional force acting tangentially on the first region on the first region.
  • the holding arrangement is further designed to hold a laminated core, in addition to the at least one first slot still at least a second, extending in the direction of the axis slot for Receiving at least a second winding segment for producing the winding, wherein the at least one second slot viewed in the direction of the axis is arranged on a second circle, through the center of the circle extending the axis of the sheet metal pact.
  • the device further comprises a second bending arrangement, which has a second drive ⁇ unit and a second contact surface.
  • the second drive unit is executed, the second contact surface in
  • the device further comprises a second bending arrangement for bending a second area of at least one second winding segment arranged in the laminated core.
  • the second bending ⁇ arrangement comprises a second drive unit for moving a second contact surface toward the second region and for rotating the second contact surface around the axis in a second rotational direction opposite the first direction of rotation.
  • the second bending arrangement comprises the second contact surface ⁇ for exerting one in the direction of the axis to the second Area acting pressure force and a tangential to the second direction of rotation acting on the second region friction force.
  • the first contact surface has a first rough surface for pressing the first region in the direction tangential to the first circle.
  • the second contact surface preferably has a second rough surface for pressing the second region into the direction substantially at the side facing the at least one first winding segment and tangent to the second circle.
  • the first and the second surface have a roughness of k> 0, 0015mm,> 0.01mm or> 0.05mm, in particular> 0, lmm, preferably> 0.2mm.
  • the first contact surface has a number of first shaped elements, such as grooves, ribs or teeth, which extend radially away from the axis when viewed in the direction of the axis.
  • first shaping elements serve to push the first region in the direction tangential to the first circle during the bending process of the first region.
  • the second contact surface has a number of second shaped elements, such as grooves, ribs or teeth, extending radially away from the axis as viewed in the direction of the axis.
  • the second mold members for urging the second region in which the at least one first winding segment We ⁇ sentlichen facing and tangential to the second circular direction.
  • the aforementioned rough surfaces or shaped elements ensure that the regions of the corresponding winding segments are also bent in the desired bending direction in the corresponding beige process.
  • a winding carrier that is to say a rotor or a stator, of an electric machine
  • which comprises a laminated core, which in turn has an axis, at least one first slot and at least one second slot.
  • the at least one first slot, and looking at least one second slot from the axis are mutually radially displaced and thus spaced with un ⁇ ter Kunststofflichen radial distances from the axis.
  • the at least one first slot on a first circle concentric with the axis and the at least one second slot on a second circle are arranged concentrically to the axis.
  • the winding support further comprises at least a first winding segment, which is arranged in the at least one first slot and has a first region which protrudes from the laminated core and is bent in a first tangential to the first circle direction. Furthermore, the winding support comprises at least a second winding segment, which is arranged in the at least one second slot and has a second region which protrudes from the laminated core and in a second, the at least one first winding segment in the We ⁇ sentlichen facing and tangential to the second circle Direction is bent.
  • the winding carrier comprises an electrically conductive connecting element, such as
  • the electrically conductive connecting element with the first and the second winding ⁇ segment forms the winding of the winding support of the electric machine.
  • an electrical machine with at least one previously described winding support is provided, wherein the winding support is designed as a stator or a rotor of the electric machine.
  • Advantageous embodiments of the above-described method are, as far as the above-mentioned device, the aforementioned winding support or the aforementioned electric machine, transferable, also to be regarded as advantageous embodiments of the device, the winding support or the electric machine.
  • Figures 1A, 1B and IC a stator in a plan view
  • FIGS. 2A and 2B show an apparatus for producing an in
  • FIG. 3 shows a schematic flow diagram of a method for producing the device illustrated in FIGS. 1A to 1C
  • FIG. 5 shows a method produced by a conventional method
  • FIGS. 1A, 1B and 1C in which a stator ST of an electric machine is shown in plan view (FIG. 1-A) and in an oblique side view (FIG. 1-B) and its section in a plan view (FIG. C) are shown schematically.
  • the stator ST comprises a laminated core BP.
  • the laminated core BP is formed around an axis AS circumferentially hollow cylindrical and has a group of grooves NT.
  • the grooves NT are viewed from the axis AS as radial depressions uniformly distributed on an axis AS facing inner wall of the sheet metal peat BP and extend in the direction of the axis AS from a first end of the laminated core BP to another end opposite the first end of the laminated core BP.
  • each groove NT has in each case a first and a second region, which are each formed extending from the first end to the second end of the sheet metal pact BP.
  • the first slots SL1 and the second portions of the respective slots NT are hereinafter referred to as the first slots SL1 and the second portions of the respective slots NT as the second slots SL2.
  • the first slots SL1 or their centers of gravity in the direction of the axis AS are arranged on a first "virtual" circle KS1 with a first circle center KM1.
  • the second slots SL2 or their centers of gravity in the direction of the axis AS are viewed on a second "Virtual" circle KS2 arranged with a second circle center KM2.
  • the first and second circuit KS1 and KS2 constitute two ⁇ to each other and to the axis AS concentric circles.
  • the circle centers KM1, KM2 overlap in the direction of the axis AS and with the axis AS.
  • winding pins WP - also called winding rods - arranged copper alloy, which are pre-bent hairpin or U-shaped and each have two legs.
  • the winding pins WP are entangled and bent in a manner known to those skilled in the art with a spreading step over a pole pitch of the laminated core BP, so that the two mutually offset legs of each individual winding pin WP corresponding to the pole pitch of the sheet metal peat BP in the corresponding slots SL1, SL2 can be inserted. Since the two legs of each individual winding pin WP each form a section of the winding WL, these are subsequently referred to as winding segments in each case.
  • the first winding segment PI and the second winding segment P2 must be electrically connected.
  • these two winding segments PI, P2 are bent to each other in a manner to be described below and electrically connected to each other.
  • the first and the second winding segments PI and P2 are electrically insulated from one another and from the laminated core BP by means of insulating paper IS in a manner known to those skilled in the art.
  • the first winding segment PI has a first region Bl, which protrudes from the laminated core BP, as illustrated in Figure IC.
  • the second winding segment P2 has a second region B2, which also protrudes from the laminated core BP.
  • the first region Bl of the first winding segment PI is bent in a tangent to the first circle KS1 direction TRI.
  • the second region B2 of the second winding segment P2 is bent in a direction TR2 tangential to the second circle KS2 and substantially in the direction of the first region B1.
  • the first region Bl of the first winding segment PI has a first exposed end portion El.
  • the second region B2 of the second winding segment PI has a second exposed end section E2.
  • the first end portion El of the first winding segment PI is electrically connected to the second end portion E2 of the second winding segment P2.
  • an electrically conductive connecting element LE is provided in the form of a pin, which is electrically conductively and physically connected to the first and second exposed end portions El and E2.
  • Such pair-wise electrical connections between the first and the second winding pin WP at the respective first and second end portions El, E2 and by means of the connecting element LE continue over the entire circumference of the sheet metal poppet BP to some end portions for the formation of current terminals for the winding WL until complete windings WL passing through the entire laminated core BP are formed.
  • stator ST can be manufactured with a constant axial length compared to conventional stators with a longer laminated core and thus with a higher retrievable power.
  • FIGS. 2A and 2B show the Device V in a schematic side view ( Figure 2A) and in a schematic bottom view ( Figure 2B).
  • the device V comprises a holding arrangement HA, a first bending arrangement BAI and a second bending arrangement BA2.
  • the holding arrangement HA is preferably designed as a wood cylinder and has a number of not illustrated in figures ⁇ holding elements, by means of which the holding arrangement HA concentrically holds the laminated core BP about an axis of the holding arrangement HA, wherein the axis of the holding arrangement HA at the same time the axis AS of the laminated core BP is.
  • the first bending arrangement BAI in turn comprises a first drive unit AE1 and a first pressure unit DE1 with a first contact surface KFl.
  • the first drive unit AE1 comprises a suitable drive, not shown in the figures, with which the first drive unit AE1 moves the first pressure unit DE1 together with the first contact surface KFl in the direction of the holding arrangement HA and simultaneously rotates about the axis AS and with respect to the holding arrangement HA ,
  • the first printing unit DE1 is designed to bend the first area Bl of the first winding segment PI with the first contact area KFl in a manner to be described below, during the movement and rotation by the first drive unit AE1.
  • the first contact surface KFl is formed as an annular circle concentric with the holding arrangement HA and is located on a side of the first pressure unit DE1 facing the holding arrangement HA.
  • the first contact surface KFl has rough lines Nien Schemeen LSI, which are opposite to the direction of rotation DR1 of the first printing unit DE1 curved and extend radially from the axis AS.
  • the first contact surface KF1 may have a non-textured rough surface.
  • the second bending assembly BA2 comprises a second drive unit at ⁇ AE2 and a second printing unit DE2 having a second contact surface KF2.
  • the second drive unit AE2 comprises as the first to ⁇ drive unit AE1 an appropriate not represented in the figures drive with which the second drive unit AE2 moves the second printing unit DE2 including the second contact surface KF2 toward holding arrangement HA back and at the same time about the axis AS and opposite the holding arrangement HA rotates.
  • the second drive unit AE2 is designed such that it rotates the second pressure unit DE2 in a direction of rotation DR2 which is always opposite to the direction of rotation DR1 of the first pressure unit DE1 by the first drive unit AE1.
  • the second printing unit DE2 is designed to bend the second area B2 of the second winding segment P2 with the second contact area KF2 during the movement and the turning by the second drive unit AE2 in a manner to be described below.
  • the second contact surface KF2 is formed as a concentric with the holding assembly HA circular area and is located on one of the holding assembly HA facing side of the second
  • the second contact surface KF2 Analogous to the first contact surface KF1, the second contact surface KF2 likewise has rough line structures LS2, which are curved in the opposite direction to the direction of rotation DR2 of the second pressure unit DE2 and extend from the axis AS , _
  • FIG. 3 shows the sequence of the method in a schematic flow diagram and FIGS. 4A to 4C show the device V together with the stator ST before, during or after the respective method steps.
  • a laminated core BP is provided according to a first method step S100.
  • the laminated core BP is composed of a number of stamped from a sheet metal rail sheet metal discs in a manner known to those skilled.
  • the sheet metal discs are punched so that the composite laminated core BP have a pole pitch of the stator ST corresponding number of extending in the direction of the axis AS of the sheet metal pact BP grooves NT.
  • the grooves NT can in turn be divided into a first slot SL1 and a second slot SL2.
  • These first and second slots SL1, SL2 respectively extending from the first end to the second end of the lamination packet BP and are from the axis AS of view radially behind ⁇ today.
  • the first and the second winding segments PI and P2 of the respective winding pins WP are inserted according to further method steps S200 and S210.
  • the winding pins WP are corresponding to the pole pitch of the stator ST in a manner known to those skilled in the art with a spreading step over a pole pitch of the laminated core BP. restricted and plugged offset from each other and ent ⁇ speaking offset by the pole pitch.
  • the first and the second winding segments PI, P2 are electrically insulated from one another by insulating paper IS and from the sheet metal pact BP, which are arranged between the respective first and second winding segments PI, P2 and inner walls of the slots SL1, SL2.
  • the method is referred to a corresponding to the pole pitch of the stator ST located offset further winding spins WP written sawn detail by way of example only with reference to a first winding ⁇ segments PI of a winding spins WP and a second Wick ⁇ lung segment P2, said first and this second winding segment PI, P2 must be electrically connected to each other to form the winding WL.
  • the first and the second winding segments PI and P2 are inserted in the respective first and second slot SL1, SL2 such that in each case a first region B1 of the first winding segment PI and a second region B2 of the second
  • Winding segment P2 protrude from the laminated core BP. To form the winding WL, the first and the second
  • the first drive unit AEI and the first pressure unit DEI of the first bending arrangement BAI are then over the
  • Laminated core BP placed and aligned to the laminated core BP, so that the first printing unit DEl is concentric with the laminated core BP or the axis AS.
  • the first drive unit AE1 then pushes according to the procedural step S300 the first pressure unit DEl in the direction SR to the laminated core BP and thus to the first winding segment PI and thereby rotates the first pressure unit DEl in a first rotational direction DR1.
  • the first contact surface contacts an exposed end portion KF1 El of the first portion Bl of the first winding ⁇ segments PI or its exposed end face. Due to the friction between the rough surface of the first contact surface KF1 and the end face of the exposed end portion El, a first frictional force KT1 is created.
  • This first friction force KT1 acts on the exposed end section El in a direction TRI tangential to the first circle KS1.
  • the first frictional force KT1 thus pulls the exposed end portion El into the direction TRI tangent to the first circle KS1.
  • the second drive unit AE2 then pushes according to the Ver ⁇ method step S310, the second printing unit DE2 in direction SR to the laminated core BP and thus to the second coil segment P2, thereby rotating the second printing unit DE2 in a said first rotational direction DR1 opposite second rotational direction DR2.
  • the second contact surface contacts a KF2 exposed end portion E2 of the second portion Bl of the second Wick ⁇ lung segment P2 or its exposed end face.
  • the friction between the rough surface of the second contact surface KF2 and the end face of the exposed end section E2 produces a second frictional force KT2.
  • This second Rei ⁇ bung KT2 force acts in a direction tangential to the second circle KS2 TR2 on the exposed end portion E2.
  • this second friction force KT2 thus pulls the exposed end section E2 of the second region Bl into the direction TR2 tangent to the second circle KS1.
  • first segments not shown in the figures, of the first winding segments, which are arranged uniformly distributed on the first circle KS1 concentrically with the axis AS and over the entire circumference of the laminated core BP, become analogous to the first region B1 of the first winding segment described above by way of example PI all bent with the first area Bl up to the first bending angle wl.
  • the bending operations according to method steps S300 and S310 take place in parallel substantially simultaneously.
  • the bending operation of the first areas Bl of the first winding segments PI according to the method step S300 starts shortly before the bending operation of the second areas B2 of the second winding segments PI according to the method step S310, so that the partially bent exposed end portions E2 of the second winding segments P2 does not the exposed Endab ⁇ El cut the first winding segments PI in the way and prevent the further bending process of the first areas Bl of the first winding segments PI.
  • the two bending angles w1 and w2 are selected such that the exposed end sections E1, E2 of two winding pins WP spaced apart from one another according to the pole pitch after each bending operation from the axis AS in a radial direction are behind one another, so that these two end sections E1 and E1 E2 in a subsequent Step S400 can be electrically connected to each other to form the winding WL.
  • Soldering S420 soldered, so that the two end portions El, E2 together with the connecting element LE as shown in Figure 4C form part of the winding WL.
  • End portions of some of the selected winding pins WP which are electrically contacted with external power supply, are not electrically connected to other end portions.
  • stator ST the following is described with reference to FIG. 5, which offers advantages of the stator produced according to the method described above over a stator produced by conventional methods.
  • stator STx On the left side half of Figure 5, a stator STx is shown, which was prepared by a conventional method.
  • the stator STx has winding segments Px with bent exposed areas Bx, wherein the exposed areas Bx have end portions Ex which are held in bending of the exposed areas Bx of holding members, not shown in the figure, and in the circumferential direction of the sheet pitch BPx of the Stators STx were pulled.
  • the bent portions of the exposed portions Bx of the winding segments Px have a height of 1x2.
  • the stator STx In an application of the stator STx in an electric machine for driving a vehicle, the stator STx is due to limited space in the vehicle a limited axial height L available.
  • the protruding end portions Ex of the exposed portions Bx of the coil segments Px occupy a height of 1x3 as described above, and the bent portions of the portions Bx have a height of 1x2.
  • stator ST On the right side half of Figure 5, the stator ST is shown, which was prepared by the method described above with reference to FIG. Since this stator ST does not include projecting end portions as in the previously-described conventionally produced stator STx, the plate package BP of the stator ST remains a residual height 11 of the total height L of the stator ST less the height 12 of the bent
  • Remaining height lxl of laminated core BPx of stator STx This can be an electric machine with the according to the invention Stator ST produced more effective power produce than an electric machine with a stator STx produced by the conventional method.
  • Stator ST produced more effective power produce than an electric machine with a stator STx produced by the conventional method.
  • winding segments ver ⁇ instead of the hairpin-shaped winding pins rod-shaped straight wires made of copper alloy can be used as winding segments ver ⁇ .
  • the winding segments are first inserted into the corresponding slots of the laminated core except for two exposed end regions at the respective opposite ends and then folded over at the respective two end regions.
  • Winding segment electrically connected which was also bent at a bending angle.
  • Second end regions of the respective winding segments which lie on the opposite side of the metal core, are bent with different bending angles in the manner described in connection with FIG. responding winding segments or the external power supply electrically connected.
  • the device V described in connection with FIG. 1 and the method described in conjunction with FIG. 2 relate to a winding with a two-layer arrangement of winding segments, in which the winding segments are distributed in two concentric circles or rows.
  • This device V or this method can also be used for producing a winding with a three-layered or multi-layered, in particular four-layer, arrangement of winding segments. This requires only appropriate for a person skilled in the art readily feasible simple modifications in the pre ⁇ direction or the method, such. B. by additional bending devices with analogously designed contact surfaces that need only be formed or arranged concentrically to the existing bending devices.

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Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zum Herstellen einer Wicklung (WL) eines Wicklungsträgers (ST) einer elektrischen Maschine, mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen (S100) eines Blechpakets (BP), wobei das Blechpaket (BP) eine Achse (AS) und einen ersten, sich in Richtung der Achse (AS) erstreckenden Schlitz (SL1) zur Aufnahme von einem ersten Wicklungssegment (P1) zum Herstellen der Wicklung (WL) aufweist, wobei der erste Schlitz (SL1) in Richtung der Achse (AS) betrachtet auf einem ersten Kreis (KS1) angeordnet wird, durch dessen Kreismittelpunkt (KM1) die Achse (AS) verläuft, Anordnen (S200) des ersten Wicklungssegments (P1) in den ersten Schlitz (SL1), wobei ein erster Bereich (B1) des ersten Schlitzes (SL1) aus dem Blechpaket (BP) herausragt, Biegen (S300) des ersten Bereichs (B1) durch Ausüben einer ersten, in Richtung der Achse (AS) wirkenden Kraft (KA1) und einer ersten, tangential zu dem ersten Kreis (KS1) wirkenden Kraft (KT1) auf den ersten Bereich (B1) in eine erste, zu dem ersten Kreis (KS1) tangentiale Richtung (TR1).

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Wicklung eines Wicklungsträgers einer elektrischen Maschine, Wicklungsträger und elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Wicklung eines Wicklungsträgers, sprich eines Stators oder eines Rotors, einer elektrischen Maschine. Ferner betrifft die Erfindung einen Wicklungsträger einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine mit zumindest einem genannten Wick¬ lungsträger . Elektrische Maschinen weisen Wicklungsträger auf, die ein Blechpaket samt in dem Blechpaket eingeführten Wicklungen aufweisen und als Stator oder Rotor der elektrischen Maschinen ausgebildet sind. Die von einer derartigen elektrischen Maschine abrufbare Leistung hängt dabei proportional von der effektiven Länge des Blechpakets des Wicklungsträgers ab. Dabei bedeutet die effektive Länge eines Blechpakets eines Wicklungsträgers die axiale Länge des von Blechscheiben zusammengesetzten Bereichs des Blechpakets, aus in dem ein Erregerfeld ausgebildet wird beziehungsweise auf den sich ein Erregerfeld auswirkt.
In vielen Anwendungsbereichen ist die Anforderung hoch, die elektrischen Maschinen möglichst platzsparend zu dimensio¬ nieren, sodass diese einerseits einen möglichst geringen Bauraum in Anspruch nehmen und andererseits möglichst geringe Gewichte aufweisen. Dies ist besonders in der automobilen Anwendung relevant, da die elektrischen Maschinen aufgrund der be¬ schränkten Einbauräume in Fahrzeugen und der Anforderung zur Gewichtsreduzierung bei den Fahrzeugen bei gleichbleibender oder sogar höherer Leistungsdichte möglichst klein und leicht gebaut werden müssen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, elektrische Maschinen mit einer höheren Leistungsdichte bei einer gleichbleibenden axialen Länge herzustellen .
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un¬ teransprüche .
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Wicklung eines Wicklungsträgers, sprich eines Stators oder eines Rotors, einer elektrischen Maschine be¬ reitgestellt .
Demnach wird ein Blechpaket bereitgestellt, das eine Achse und zumindest einen ersten, sich in Richtung der Achse erstreckenden Schlitz zur Aufnahme von zumindest einem ersten Wicklungssegment zum Herstellen der Wicklung aufweist. Dabei wird der zumindest eine erste Schlitz in Richtung der Achse betrachtet auf einem ersten Kreis angeordnet, durch dessen Kreismitte die Achse des Blechpakets verläuft. In dem zumindest einen ersten Schlitz wird das zumindest eine erste Wicklungssegment angeordnet. Dabei wird das zumindest eine erste Wicklungssegment in dem zumindest einen ersten Schlitz derart angeordnet, dass zumindest ein erster Bereich des zumindest einen ersten Wicklungssegments aus dem Blechpaket herausragt. Der erste Bereich wird anschließend durch Ausüben einer ersten, in Richtung der Achse wirkenden Kraft und einer ersten, tangential zu dem ersten Kreis wirkenden Kraft auf den ersten Bereich in eine erste, zu dem ersten Kreis tangential Richtung gebogen. Zum Biegen des ersten Bereichs werden auf den ersten Bereich Kräfte ausgeübt, die als Kraftvektoren in einem dreidimensionalen Koordinatensystem - bei dem eine der Koordinatenachse sich parallel zu der Achse des Blechpaktes verläuft - darge- stellt, im Wesentlichen nur in einer in Richtung parallel zu der Achse des Blechpaktes zeigenden Kraftkomponente und in einer zu dem ersten Kreis tangentialen Richtung zeigenden Kraftkomponente zusammenfassen beziehungsweise zerlegen lassen. Mit anderen Worten: die Kräfte, die auf den ersten Bereich ausgeübt werden, wirken zusammen im Wesentlichen nur in einer Richtung parallel zu der Achse des Blechpaktes und in einer Richtung tangential zu dem ersten Kreis.
Durch Ausüben dieser beiden zuvor genannten Kräfte, die vor- zugsweise gleichzeitig auswirken, lässt sich der erste Bereich des ersten Wicklungssegments, der zur Bildung von einem
Wicklungskopf der Wicklungen dient, über dessen gesamte Länge biegen. Damit weist der erste Bereich nach dem Biegevorgang keinerlei vorstehenden Endabschnitt auf, der axial betrachtet zu einem längeren Wickelkopf führt. Dadurch kann ein Wicklungs¬ träger mit einem vergleichsweise kürzeren Wickelkopf und somit mit einem vergleichsweise längeren Blechpaket bei einer gleichbleibenden Gesamtbaulänge und somit mit einer höheren Leistungsdichte hergestellt werden.
Dabei ist das Wicklungssegment bspw. ein Schenkel eines haarnadelförmigen Wicklungspins oder ein stabförmig geformter gerader Draht aus Metall oder Metalllegierung, insb. Kupfer oder Kupferlegierung, der zur Bildung der Wicklung in den genannten Schlitz eingeführt wurde.
Ist das Wicklungssegment ein Schenkel eines haarnadelförmigen Wicklungspins ausgebildet, so wird der Wicklungspin vorab verschränkt und verkröpft in den entsprechenden Schlitz bis auf den freiliegenden Bereich eingeführt.
Ist das Wicklungssegment dagegen als ein stabförmiger gerader Draht ausgebildet, so wird dieser zuerst bis auf zwei frei¬ liegenden Endbereiche in den entsprechenden Schlitz eingeführt und anschließend an den beiden Endbereichen verschränkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird der erste Bereich mittels einer ersten Kontaktfläche gebogen, die zu dem Blechpaket hin bewegt wird und zeitgleich um die Achse des Blechpakets gedreht wird. Während des Bewegens und des Drehens wird die erste Kontaktfläche mit dem ersten Bereich beziehungsweise mit einer freiliegenden Stirnseite des ersten Bereichs körperlich kon- taktiert, wobei die erste Kontaktfläche auf den ersten Bereich beziehungsweise die freiliegende Stirnseite des ersten Bereichs die erste, in Richtung der Achse wirkende Kraft und die erste, tangential zu dem ersten Kreis wirkende Kraft ausübt. Dabei ist die erste, in Richtung der Achse wirkende Kraft vorzugsweise eine Druckkraft und die erste, tangential zu dem ersten Kreis wirkende Kraft vorzugsweise eine Reibungskraft zwischen der ersten Kontaktfläche und der freiliegenden Stirnseite des ersten Bereichs . Durch das Biegen des ersten Bereichs nur mit einer Kontakt¬ oberfläche, die auf den ersten Bereich lediglich eine Druckkraft und eine Reibungskraft ausübt, wird der erste Bereich bzw. das erste Wicklungssegment bei dem oben genannten Biegevorgang einer vergleichsweise wesentlich geringen mechanischen Spannung ausgesetzt als bei einem Biegevorgang, bei dem der erste Bereich von einem Greiferelement festgehalten und gebogen wird, der den ersten Bereich beim Biegevorgang an zumindest zwei zueinander gegenüberliegenden Seiten festhält. n
5
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird ferner vorgesehen, dass ein Blechpaket mit dem zuvor genannten zumindest einen ersten Schlitz noch mit zumindest einen zweiten, sich in Richtung der Achse erstreckenden Schlitz zur Aufnahme von zumindest einem zweiten Wicklungssegment zum Herstellen der Wicklung bereitgestellt wird. Der zumindest eine zweite Schlitz wird in Richtung der Achse betrachtet auf einen zweiten Kreis angeordnet, durch dessen Kreismittelpunkt die Achse des
Blechpakets verläuft. In dem zumindest einen zweiten Schlitz wird das zumindest eine zweite Wicklungssegment angeordnet, wobei ein zweiter Bereich des zumindest einen zweiten Wicklungssegments aus dem Blechpaket herausragt. Der zweite Bereich wird durch Ausüben einer zweiten, in Richtung der Achse wirkende Kraft und einer zweiten, tangential zu dem zweiten Kreis wirkenden Kraft auf den zweiten Bereich in eine zweite, dem zumindest einen ersten Wirkungsabschnitt im Wesentlichen zugewandte und zu dem zweiten Kreis tangentiale Richtung gebogen.
Durch Ausüben dieser beiden zuletzt genannten Kräfte lässt sich der zweite Bereich des zweiten Wicklungssegments, der ebenfalls zur Bildung vom Wicklungskopf der Wicklungen dient, analog zu dem ersten Bereich des ersten Wicklungssegments über dessen gesamte Länge biegen. Damit weist der zweite Bereich nach dem Biege¬ vorgang wie bei dem ersten Bereich keinerlei vorstehenden Endabschnitt auf, der axial betrachtet zu einem längeren Wi¬ ckelkopf führt. Dadurch kann ein Wicklungsträger weiterhin mit einem vergleichsweise kürzeren Wickelkopf und somit mit einem vergleichsweise längeren Blechpaket bei einer gleichbleibenden Gesamtbaulänge und somit mit einer höheren Leistungsdichte hergestellt werden.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der zweite Bereich analog zu dem ersten Bereich mittels einer zweiten Kontaktfläche gebogen, die analog zu der ersten Kontaktfläche zu ,
b dem Blechpaket hin bewegt und dabei um die Achse des Blechpakets gedreht wird. Während des Bewegens und des Drehens wird die zweite Kontaktfläche mit dem zweiten Bereich beziehungsweise mit einer freiliegenden Stirnseite des zweiten Bereichs körperlich kontaktiert, wobei die zweite Kontaktfläche auf den zweiten Bereich beziehungsweise auf die freiliegende Stirnseite des zweiten Bereichs die zweite in Richtung der Achse wirkende Kraft und die zweite tangential zu dem zweiten Kreis wirkende Kraft ausübt .
Das Biegen des zweiten Bereichs nur mit der zweiten Kontaktoberfläche weist die gleichen Vorteile wie bei dem Biegen des ersten Bereichs mit der ersten Kontaktfläche auf. Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden der erste und der zweite Bereich im Wesentlichen zeitgleich gebogen. Das heißt, die beiden Bereiche werden zeitlich nicht nachei¬ nander, sondern im Wesentlichen in einem und demselben Zeitintervall gebogen. Dabei werden die beiden Bereiche vorzugsweise zueinander um einen vorgegebenen Zeitabstand zeitlich versetzt gebogen. Das heißt, der Biegevorgang des ersten Bereichs und der Biegevorgang des zweiten Bereichs nicht eins nach dem anderen stattfinden, sondern überwiegend in einem und demselben
Zeitintervall stattfinden, wobei der eine Biegevorgang jedoch kurz nach dem Starten des anderen Biegevorgangs gestartet wird. Vorzugsweise wird der Bereich zuerst gebogen, der von der Achse aus radial betrachtet von der Achse entfernter liegt.
Die zuletzt genannten bevorzugten Ausgestaltungen weisen den Vorteil auf, dass der Wicklungsträger bei den Biegevorgängen vergleichsweise insgesamt geringeren externen Krafteinwirkungen ausgesetzt ist, da die tangential wirkenden Kräfte in zueinander zugewandten Richtungen auf dem Wicklungsträger einwirken und somit auf den Wicklungsträger insgesamt bezogen betrachtet gegenseitig kompensieren.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird ein erster, freiliegender Endabschnitt des bereits gebogenen ersten Bereichs mit einem zweiten, freiliegenden Endabschnitt des ebenfalls bereits gebogenen zweiten Bereichs elektrisch verbunden. Hierzu wird vorzugsweise ein elektrisch leitendes Verbindungselement, wie zum Beispiel in Form von einer elektrisch leitenden Draht oder einer elektrisch leitenden Schiene, zwischen dem ersten und dem zweiten freiliegenden Endabschnitt positioniert und anschließend mit dem ersten und dem zweiten Endabschnitt elektrisch leitend und körperlich verbunden, beispielsweise in einem Löt- oder Schweißvorgang.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen einer Wicklung eines Wicklungsträgers, sprich eines Stators oder eines Rotors, einer elektrischen Maschine bereitgestellt.
Die Vorrichtung umfasst dabei eine Halteanordnung, die aus¬ geführt ist, ein Blechpaket festzuhalten, sodass sich dieses weder axial noch radial noch tangential in Bezug auf die Halteanordnung bewegen kann. Das Blechpaket weist eine Achse und zumindest einen ersten, sich in Richtung der Achse erstreckenden Schlitz zur Aufnahme von zumindest einem ersten Wicklungssegment zur Herstellung der Wicklung auf. Dabei ist der zumindest eine erste Schlitz in Richtung der Achse betrachtet auf einen ersten Kreis angeordnet, durch dessen Kreismittelpunkt die Achse des Blechpakets verläuft. In dem zumindest einen ersten Schlitz ist das zumindest eine erste Wicklungssegment angeordnet, wobei ein erster Bereich des zumindest einen ersten Wicklungssegments aus dem Blechpaket herausragt. Die Vorrichtung umfasst ferner eine erste Biegeanordnung, die wiederum eine erste Antriebseinheit und eine erste Kontaktfläche umfasst. Dabei ist die erste Antriebseinheit ausgeführt, die erste Kontaktfläche in Richtung zu dem Blechpaket hin zu bewegen und zeitgleich um die Achse des Blechpakets zu drehen. Die erste Kontaktfläche ist ausgeführt, während dem Bewegen und dem Drehen durch die erste Antriebseinheit mit dem ersten Bereich be¬ ziehungsweise mit einer Stirnseite des ersten Bereichs kör¬ perlich zu kontaktieren und den ersten Bereich in eine erste, zu dem ersten Kreis tangentiale Richtung zu biegen. Dabei übt die erste Kontaktfläche auf den ersten Bereich eine erste, in Richtung zu der Achse des Blechpaktes wirkende Kraft und eine erste, zu dem ersten Kreis tangential wirkende Kraft aus und biegt so den ersten Bereich in die erste zu dem ersten Kreis tangentiale Richtung.
Also die Vorrichtung umfasst eine Halteanordnung zum Festhalten eines Blechpakets um einer Achse des Blechpakets, sodass das Blechpaket sich nicht drehen kann. Die erste Biegeanordnung umfasst eine erste Antriebseinheit zum Bewegen einer ersten
Kontaktfläche in Richtung zu dem Blechpaket und zum Drehen der ersten Kontaktfläche um die Achse in einer ersten Drehrichtung in Bezug auf das Blechpaket. Die erste Biegeanordnung umfasst ferne die erste Kontaktfläche zum Biegen eines ersten Bereichs zumindest eines ersten in dem Blechpaket angeordneten Wicklungssegments durch Ausüben einer in Richtung der Achse auf den ersten Bereich wirkenden Druckkraft und einer tangential zur ersten Drehrichtung auf den ersten Bereich wirkenden Reibungskraft .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Halteanordnung ferner ausgeführt, ein Blechpaket festzuhalten, das neben dem zumindest einen ersten Schlitz noch zumindest einen zweiten, sich in Richtung der Achse erstreckenden Schlitz zur Aufnahme von zumindest einem zweiten Wicklungssegment zum Herstellen der Wicklung aufweist, wobei der zumindest eine zweite Schlitz in Richtung der Achse betrachtet auf einem zweiten Kreis angeordnet ist, durch dessen Kreismittelpunkt die Achse des Blechpaktes verläuft.
In dieser bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung ferner eine zweite Biegeanordnung, die eine zweite Antriebs¬ einheit und eine zweite Kontaktfläche aufweist. Die zweite Antriebseinheit ist ausgeführt, die zweite Kontaktfläche in
Richtung zum Blechpaket hin zu bewegen und zeitgleich um die Achse des Blechpaktes zu drehen. Die zweite Kontaktfläche ist aus¬ geführt, während dem Bewegen und dem Drehen durch die zweite Antriebseinheit mit dem zweiten Bereich beziehungsweise mit einer Stirnseite des zweiten Bereichs körperlich zu kontaktieren und den zweiten Bereich in eine zweite, dem zumindest einen ersten Wicklungssegment im Wesentlichen zugewandte und dem zweiten Kreis tangentiale Richtung zu biegen. Dabei übt die zweite Kontaktfläche auf den zweiten Bereich eine zweite, in Richtung zu der Achse des Blechpaktes wirkende Kraft und eine zweite, zu dem zweiten Kreis tangential wirkende Kraft aus und biegt so den zweiten Bereich in die zweite zu dem zweiten Kreis tangentiale Richtung . Also die Vorrichtung umfasst ferner eine zweite Biegeanordnung zum Biegen eines zweiten Bereichs zumindest eines zweiten in dem Blechpaket angeordneten Wicklungssegments. Die zweite Biege¬ anordnung umfasst eine zweite Antriebseinheit zum Bewegen einer zweiten Kontaktfläche in Richtung zu dem zweiten Bereich und zum Drehen der zweiten Kontaktfläche um die Achse in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung. Außerdem umfasst die zweite Biegeanordnung die zweite Kontakt¬ fläche zum Ausüben einer in Richtung der Achse auf den zweiten Bereich wirkenden Druckkraft und einer tangential zur zweiten Drehrichtung auf den zweiten Bereich wirkenden Reibungskraft.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die erste Kontaktfläche eine erste raue Oberfläche zum Drücken des ersten Bereichs in die zu dem ersten Kreis tangentiale Richtung auf. Analog weist die zweite Kontaktfläche vorzugsweise eine zweite raue Oberfläche zum Drücken des zweiten Bereichs in die dem zumindest einen ersten Wicklungssegment im Wesentlichen zugewandte und zu dem zweiten Kreis tangentiale Richtung auf. Vorzugsweise weisen die erste und die zweite Oberfläche eine Rauheit von k>0, 0015mm, >0,01mm oder >0,05mm, insbesondere >0,lmm, vorzugsweise >0,2mm auf. Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung weist die erste Kontaktfläche eine Anzahl von ersten Formelementen, wie zum Beispiel Nuten, Rippen oder Zähnen, auf, die sich in Richtung der Achse betrachtet radial von der Achse weg erstrecken. Diese ersten Formelemente dienen zum Drücken des ersten Bereichs in die zu dem ersten Kreis tangentiale Richtung beim Biegevorgang des ersten Bereichs. Analog weist die zweite Kontaktfläche eine Anzahl von zweiten Formelementen, wie zum Beispiel Nuten, Rippen oder Zähnen, auf, die sich in Richtung der Achse betrachtet radial von der Achse weg erstrecken. Analog zu den ersten Formelementen dienen die zweiten Formelemente zum Drücken des zweiten Bereichs in die dem zumindest einen ersten Wicklungssegment im We¬ sentlichen zugewandte und zu dem zweiten Kreis tangentiale Richtung . Die zuvor genannten rauen Oberflächen oder Formelemente stellen sicher, dass die Bereiche der entsprechenden Wicklungssegmente in dem entsprechenden Beigevorgang auch in gewünschte Biegerichtung gebogen werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wicklungsträger, sprich ein Rotor oder ein Stator, einer elektrischen Maschine bereitgestellt, der ein Blechpaket umfasst, das wiederum eine Achse, zumindest einen ersten Schlitz und zumindest einen zweiten Schlitz aufweist. Dabei sind der zumindest eine erste Schlitz und der zumindest eine zweite Schlitz von der Achse aus betrachtet voneinander radial versetzt und somit mit un¬ terschiedlichen radialen Abständen von der Achse beabstandet angeordnet. Damit sind der zumindest eine erste Schlitz auf einem ersten Kreis konzentrisch zur Achse und der zumindest eine zweite Schlitz auf einem zweiten Kreis konzentrisch zur Achse angeordnet. Der Wicklungsträger umfasst ferner zumindest ein erstes Wicklungssegment, das in dem zumindest einen ersten Schlitz angeordnet ist und einen ersten Bereich aufweist, der aus dem Blechpaket herausragt und in einer ersten, zu dem ersten Kreis tangentialen Richtung gebogen ist. Ferner umfasst der Wicklungsträger zumindest ein zweites Wicklungssegment, das in dem zumindest einen zweiten Schlitz angeordnet ist und einen zweiten Bereich aufweist, der aus dem Blechpaket herausragt und in einer zweite, dem zumindest einen ersten Wicklungssegment im We¬ sentlichen zugewandten und zu dem zweiten Kreis tangentialen Richtung gebogen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Wicklungs- träger ein elektrisch leitendes Verbindungselement, wie zum
Beispiel in Form von einer elektrisch leitenden Draht oder einer elektrisch leitenden Schiene, das mit einem ersten freiliegenden Endabschnitt des ersten Bereichs und einem zweiten freiliegenden Endabschnitt des zweiten Bereichs elektrisch leitend und körperlich verbunden ist. Damit bildet das elektrisch leitende Verbindungselement mit dem ersten und dem zweiten Wicklungs¬ segment die Wicklung des Wicklungsträgers der elektrischen Maschine . Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine mit zumindest einem zuvor beschriebenen Wicklungsträger bereitgestellt, wobei der Wicklungsträger als ein Stator oder ein Rotor der elektrischen Maschine ausgebildet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben dargestellten Verfahrens sind, soweit im Übrigen auf die oben genannte Vorrichtung, den vorgenannten Wicklungsträger beziehungsweise die vorgenannte elektrische Maschine, übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung, des Wicklungsträgers beziehungsweise der elektrischen Maschine anzusehen.
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figuren 1A, 1B und IC einen Stator in einer Draufsicht
(Figur 1A) und in einer schrägen Seitenansicht (Figur 1B) sowie einen Abschnitt von dem Stator in einer Draufsicht (Figur IC) in jeweiligen schematischen
Darstellungen;
Figuren 2A und 2B eine Vorrichtung zum Herstellen eines in
Figuren 1A bis IC dargestellten Stators in einer Seitenansicht (Figur 2A) und Kontaktflächen der
Vorrichtung in einer Draufsicht (Figur 2B) in jeweiligen schematischen Darstellungen;
Figur 3 in einem schematischen Ablaufdiagramm ein Verfahren zum Herstellen des in Figuren 1A bis IC dargestellten
Stators ;
Figuren 4A bis 4C den Stator als Zwischenprodukt nach jedem
Verfahrensschritt des in Figur 3 dargestellten 1
Verfahrens samt der in Figuren 2A und 2B dargestellten Vorrichtung in jeweiligen schematischen Darstellungen; und Figur 5 einen mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellten
Stator zum Vergleich mit dem in Figuren 1A bis IC dargestellten Stator in einer schematischen Darstellung .
Zunächst wird auf Figuren 1A, 1B und IC verwiesen, in denen ein Stator ST einer elektrischen Maschine jeweils in einer Draufsicht (Figur 1-A) und in einer schrägen Seitenansicht (Figur 1-B) sowie dessen Abschnitt in einer Draufsicht (Figur 1-C) schematisch dargestellt sind.
Der Stator ST umfasst ein Blechpaket BP. Dabei ist das Blechpaket BP um eine Achse AS umlaufend hohlzylinderförmig ausgebildet und weist eine Gruppe von Nuten NT auf. Die Nuten NT sind von der Achse AS aus betrachtet als radiale Vertiefungen auf einer der Achse AS zugewandten Innenwand des Blechpaktes BP gleichmäßig verteilt angeordnet und erstrecken sich in Richtung der Achse AS von einem ersten Ende des Blechpakts BP zu einem anderen dem ersten Ende entgegengesetzt liegenden Ende des Blechpakets BP. Dabei weist jede Nut NT jeweils einen ersten und einen zweiten Bereich auf, die sich jeweils von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des Blechpaktes BP hin erstreckend gebildet sind. Von der Achse AS aus betrachtet liegen der erste und der zweite Bereich der jeweiligen Nuten NT radial hintereinander. Aufgrund der schmalen und sich lang erstreckenden Form werden die ersten Bereiche der jeweiligen Nuten NT nachfolgend als die ersten Schlitze SL1 und die zweiten Bereiche der jeweiligen Nuten NT als die zweiten Schlitze SL2 genannt. Dabei sind die ersten Schlitze SL1 bzw. deren Schwerpunkte in Richtung der Achse AS betrachtet auf einem ersten „virtuellen" Kreis KS1 mit einem ersten Kreismittelpunkt KM1 angeordnet. Analog sind die zweiten Schlitze SL2 bzw. deren Schwerpunkte in Richtung der Achse AS betrachtet auf einen zweiten „virtuellen" Kreis KS2 mit einem zweiten Kreismittelpunkt KM2 angeordnet. Der erste und der zweite Kreis KS1 und KS2 bilden dabei zwei zu¬ einander und zur Achse AS konzentrische Kreise. Damit überlappen sich die Kreismittelpunkte KM1, KM2 in Richtung der Achse AS betrachtet und mit der Achse AS.
In den jeweiligen Schlitzen SL1 und SL2 sind Wicklungspins WP - auch Wicklungsstäbe genannt - aus Kupferlegierung angeordnet, die haarnadel- oder U-förmig vorgebogen sind und je zwei Schenkel aufweisen. Zur Bildung von Wicklungen werden die Wicklungspins WP in einer dem Fachmann bekannten Weise mit einem Spreizschritt über eine Polteilung des Blechpakets BP verschränkt und gekröpft, sodass die beiden zueinander gekröpften Schenkel jedes einzelnen Wicklungspins WP entsprechend der Polteilung des Blechpaktes BP in die entsprechenden Schlitze SL1, SL2 eingesteckt werden können. Da die beiden Schenkel jedes einzelnen Wicklungspins WP je ein Abschnitt der Wicklung WL bilden, werden diese nachfolgend jeweils als Wicklungssegmente genannt. Die Art und Weise, wie die Wicklung WL des Stators ST hergestellt wird, wird nachfolgend anhand des ersten und des zweiten in Figur IC dargestellten Wicklungssegments PI, P2 beispielhaft be¬ schrieben . In den jeweiligen ersten Schlitzen SL1 der jeweiligen Nuten NT sind jeweils ein erstes Wicklungssegment PI der jeweiligen Wicklungspins WP eingesteckt angeordnet, wobei in Figur IC beispielhaft nur ein Wicklungssegment dargestellt ist. Analog sind in den jeweiligen zweiten Schlitzen SL2 der entsprechenden Nuten NT jeweils ein zweites Wicklungssegment P2 der jeweiligen - so wie dem Fachmann bekannt - entsprechend der Polteilung versetzt angeordneten Wicklungspins WP angeordnet, wobei in Figur IC beispielhaft nur ein Wicklungssegment dargestellt ist. Zur Herstellung der Wicklung WL müssen das erste Wicklungssegment PI und das zweite Wicklungssegment P2 elektrisch verbunden werden. Hierzu werden diese beiden Wicklungssegmente PI, P2 in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise zueinander gebogen und miteinander elektrisch verbunden.
Das erste und das zweite Wicklungssegmente PI und P2 sind wie die restlichen in Figur nicht dargestellten Wicklungssegmente mittels Isolierpapier IS in einer dem Fachmann bekannten Weise voneinander und von dem Blechpaket BP elektrisch isoliert.
Das erste Wicklungssegment PI weist einen ersten Bereich Bl auf, der aus dem Blechpaket BP herausragt, so wie in Figur IC veranschaulicht ist. Analog weist das zweite Wicklungssegment P2 einen zweiten Bereich B2 auf, der ebenfalls aus dem Blechpaket BP herausragt.
Der erste Bereich Bl des ersten Wicklungssegments PI ist in einer zu dem ersten Kreis KS1 tangentialen Richtung TRI gebogen. Analog ist der zweite Bereich B2 des zweiten Wicklungssegments P2 in einer zu dem zweiten Kreis KS2 tangentialen Richtung TR2 und im Wesentlichen in Richtung zu dem ersten Bereich Bl hin gebogen.
Der erste Bereiche Bl des ersten Wicklungssegments PI weist einen ersten freiliegenden Endabschnitt El auf. Analog weist der zweite Bereich B2 des zweiten Wicklungssegments PI einen zweiten freiliegenden Endabschnitt E2 auf. Der erste Endabschnitt El des ersten Wicklungssegments PI ist mit dem zweiten Endabschnitt E2 des zweiten Wicklungssegments P2 elektrisch verbunden. Zur Bildung elektrischer Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt El und E2 ist ein elektrisch leitendes Verbindungselement LE in Form von einem Stift vorgesehen, das mit dem ersten und dem zweiten freiliegenden Endabschnitt El und E2 elektrisch leitend und körperlich verbunden ist. Dadurch bilden der erste und der zweite Bereich Bl und B2 und das Verbin¬ dungselement LE gemeinsam mit den weiteren Bereichen der restlichen Wicklungssegmente den Wicklungskopf des Stators ST.
Derartige paarweise elektrische Verbindungen zwischen dem ersten und dem zweiten Wicklungspin WP an dem jeweiligen ersten und dem zweiten Endabschnitt El, E2 und mithilfe vom Verbindungselement LE setzen sich über den gesamten Umfang des Blechpaktes BP bis auf einige Endabschnitte zur Bildung von Stromanschlüssen für die Wicklung WL fort, bis sich komplette das gesamte Blechpaket BP durchziehende Wicklungen WL ausbilden.
Da der erste und der zweite nicht von dem Blechpakt BP umgebene Bereich Bl, B2 der Wicklungssegmente PI, P2 samt dem jeweiligen Endabschnitt El, E2 ohne vorstehende Vorsprünge vollständig und in der zu dem ersten bzw. dem zweiten Kreis KS1 und KS2 tangentialen Richtung TRI und TR2 gebogen sind, weisen die jeweiligen Endabschnitte El, E2 bei gleichen Biegewinkeln der Bereiche Bl, B2 eine vergleichsweise geringere Bauhöhe auf. Dadurch lässt sich der Stator ST bei einer gleichbleibenden axialen Länge im Vergleich zu herkömmlichen Statoren mit einem längeren Blechpaket und somit mit einer höheren abrufbaren Leistung herstellen. Ein Vergleich zwischen dem oben beschriebenen Stator ST und einem herkömmlich hergestellten Stator wird noch anhand Figur 5 detailliert beschrieben.
Nachdem der Stator ST einer elektrischen Maschine anhand Figur 1 eingehend beschrieben wurde, wird nachfolgend eine Vorrichtung V zur Herstellung der Wicklung WL des Stators ST anhand von Figuren 2A und 2B näher beschrieben. Dabei zeigen die Figuren die Vorrichtung V in einer schematischen Seitensicht (Figur 2A) und in einer schematischen Untersicht (Figur 2B) .
Die Vorrichtung V umfasst eine Halteanordnung HA, eine erste Biegeanordnung BAI und eine zweite Biegeanordnung BA2.
Die Halteanordnung HA ist vorzugsweise holzylinderförmig ausgebildet und weist eine Anzahl von in Figuren nicht dar¬ gestellten Festhalteelementen auf, mittels diesen die Halte- anordnung HA das Blechpaket BP um eine Achse der Halteanordnung HA konzentrisch festhält, wobei die Achse der Halteanordnung HA zugleich auch die Achse AS des Blechpakets BP ist.
Die erste Biegeanordnung BAI umfasst ihrerseits eine erste Antriebseinheit AE1 und eine erste Druckeinheit DE1 mit einer ersten Kontaktfläche KFl .
Die erste Antriebseinheit AE1 umfasst einen geeigneten in den Figuren nicht dargestellten Antrieb, mit dem die erste An- triebseinheit AE1 die erste Druckeinheit DE1 samt der ersten Kontaktfläche KFl in Richtung zu Halteanordnung HA hin bewegt und zugleich um die Achse AS und gegenüber der Halteanordnung HA dreht . Die erste Druckeinheit DE1 ist ausgeführt, während dem Bewegen und dem Drehen durch die erste Antriebseinheit AE1 den ersten Bereich Bl des ersten Wicklungssegments PI mit der ersten Kontaktfläche KFl in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise zu biegen.
Die erste Kontaktfläche KFl ist als eine zu der Halteanordnung HA konzentrische Ringkreisfläche ausgebildet und befindet sich auf einer der Halteanordnung HA zugewandten Seite der ersten Druckeinheit DE1. Die erste Kontaktfläche KFl weist raue Li- nienstrukturen LSI auf, die der Drehrichtung DR1 der ersten Druckeinheit DE1 entgegengesetzt gekrümmt geformt sind und sich von der Achse AS radial erstrecken. In einer alternativen Ausführungsform kann die erste Kontaktfläche KF1 eine nicht strukturierte raue Oberfläche aufweisen.
Analog umfasst die zweite Biegeanordnung BA2 eine zweite An¬ triebseinheit AE2 und eine zweite Druckeinheit DE2 mit einer zweiten Kontaktfläche KF2.
Die zweite Antriebseinheit AE2 umfasst wie die erste An¬ triebseinheit AE1 einen geeigneten in den Figuren nicht dargestellten Antrieb, mit dem die zweite Antriebseinheit AE2 die zweite Druckeinheit DE2 samt der zweiten Kontaktfläche KF2 in Richtung zu Halteanordnung HA hin bewegt und zugleich um die Achse AS und gegenüber der Halteanordnung HA dreht . Dabei ist die zweite Antriebseinheit AE2 derart ausgeführt, dass diese die zweite Druckeinheit DE2 in einer Drehrichtung DR2 dreht, die zur Drehrichtung DR1 der ersten Druckeinheit DE1 durch die erste Antriebseinheit AE1 stets entgegengesetzt liegt.
Die zweite Druckeinheit DE2 ist ausgeführt, während dem Bewegen und dem Drehen durch die zweite Antriebseinheit AE2 den zweiten Bereich B2 des zweiten Wicklungssegments P2 mit der zweiten Kontaktfläche KF2 in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise zu biegen.
Die zweite Kontaktfläche KF2 ist als eine zu der Halteanordnung HA konzentrische Kreisfläche ausgebildet und befindet sich auf einer der Halteanordnung HA zugewandten Seite der zweiten
Druckeinheit DE2. Analog zu der ersten Kontaktfläche KF1 weist die zweite Kontaktfläche KF2 ebenfalls raue Linienstrukturen LS2 auf, die der Drehrichtung DR2 der zweiten Druckeinheit DE2 entgegengesetzt gekrümmt geformt sind und sich von der Achse AS , _
radial erstrecken. In einer alternativen Ausführungsform kann die zweite Kontaktfläche KF2 eine nicht strukturierte raue Oberfläche aufweisen. Nachdem die Vorrichtung V zur Herstellung der Wicklung WL des Stators ST detailliert beschrieben wurde, wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung der Wicklung WL anhand von Figuren 3 und 4A bis 4C näher beschrieben. Dabei zeigen Figur 3 den Ablauf des Verfahrens in einem schematischen Ablaufdiagramm und Figuren 4A bis 4C die Vorrichtung V samt dem Stator ST vor, während bzw. nach jeweiligen Verfahrensschritten.
Zum Herstellen einer Wicklung WL eines Stators ST wird gemäß einem ersten Verfahrensschritt S100 ein Blechpaket BP bereitgestellt. Dabei wird das Blechpaket BP aus einer Anzahl von aus einer Blechschiene gestanzten Blechscheiben in einer dem Fachmann bekannten Weise zusammengesetzt. Dabei werden die Blechscheiben so gestanzt, dass das zusammengesetzte Blechpaket BP eine der Polteilung des Stators ST entsprechende Anzahl von sich in Richtung der Achse AS des Blechpaktes BP erstreckenden Nuten NT aufweisen. Dabei lassen sich die Nuten NT wiederum jeweils in einen ersten Schlitz SL1 und einen zweiten Schlitz SL2 aufteilen. Diese ersten und zweiten Schlitze SL1, SL2 erstrecken sich jeweils von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des Blechpaktes BP und liegen von der Achse AS aus betrachtet radial hinter¬ einander .
In diesen beiden Schlitzen SL1 und SL2 sind die ersten und die zweiten Wicklungssegmente PI und P2 der jeweiligen Wicklungspins WP gemäß weiteren Verfahrensschritten S200 und S210 eingesteckt. Dabei sind die Wicklungspins WP entsprechend der Polteilung des Stators ST in einer dem Fachmann bekannten Weise mit einem Spreizschritt über eine Polteilung des Blechpakets BP ver- schränkt und gekröpft und voneinander um die Polteilung ent¬ sprechend versetzt eingesteckt.
Dabei sind die ersten und die zweiten Wicklungssegmente PI, P2 mittels Isolierpapier IS voneinander und von dem Blechpakt BP elektrisch isoliert, die zwischen den jeweiligen ersten und den zweiten Wicklungssegmenten PI, P2 sowie Innenwänden der Schlitze SL1, SL2 angeordnet sind. Zur verständlichen Darstellung des Verfahrens wird das Verfahren nachfolgend beispielhaft nur anhand eines ersten Wicklungs¬ segments PI eines Wicklungspins WP und eines zweiten Wick¬ lungssegments P2 eines entsprechend der Polteilung des Stators ST versetzt liegenden weiteren Wicklungspins WP näher be- schrieben, wobei dieses erste und dieses zweite Wicklungssegment PI, P2 zur Bildung der Wicklung WL miteinander elektrisch verbunden werden müssen.
Das erste und das zweite Wicklungssegment PI und P2 sind in dem jeweiligen ersten und zweiten Schlitz SL1, SL2 derart eingesteckt, dass jeweils ein erster Bereich Bl des ersten Wicklungssegments PI und ein zweiter Bereich B2 des zweiten
Wicklungssegments P2 aus dem Blechpaket BP herausragen. Zur Bildung der Wicklung WL werden der erste und der zweite
Bereich Bl, B2 zuerst gemäß nachfolgenden Verfahrensschritten S300 und S310 zueinander gebogen. Dazu wird das Blechpaket BP samt den Wicklungspins WP in die Vorrichtung V angeordnet von der Halteanordnung HA bewegungsfest gehalten.
Die erste Antriebseinheit AEl und die erste Druckeinheit DEl der ersten Biegeanordnung BAI werden anschließend über dem
Blechpaket BP platziert und zu dem Blechpaket BP ausgerichtet, sodass die erste Druckeinheit DEl konzentrisch zu dem Blechpaket BP bzw. zur Achse AS liegt.
Die erste Antriebseinheit AE1 schiebt dann gemäß dem Verfah- rensschritt S300 die erste Druckeinheit DEl in Richtung SR zu dem Blechpaket BP und somit zu dem ersten Wicklungssegment PI und dreht dabei die erste Druckeinheit DEl in eine erste Drehrichtung DR1. Dabei berührt die erste Kontaktfläche KF1 einen freiliegenden Endabschnitt El des ersten Bereichs Bl des ersten Wicklungs¬ segments PI bzw. dessen freiliegende Stirnseite. Durch die Reibung zwischen der rauen Oberfläche der ersten Kontaktfläche KF1 und der Stirnseite des freiliegenden Endabschnitts El entsteht eine erste Reibungskraft KT1. Diese erste Reibungskraft KT1 wirkt in einer dem ersten Kreis KS1 tangentiale Richtung TRI auf den freiliegenden Endabschnitt El. Durch Drehen der ersten Kontaktfläche KF1 zieht die erste Reibungskraft KT1 somit den freiliegenden Endabschnitts El in die dem ersten Kreis KS1 tangentiale Richtung TRI.
Durch das Schieben der ersten Druckeinheit DEl in Richtung zu dem Blechpaket BP übt diese auf den Endabschnitt El des freiliegenden ersten Bereichs Bl eine in Richtung der Achse AS wirkende erste Druckkraft KAI aus und drückt somit den Endabschnitt El in
Richtung der Achse AS. Durch diese erste Druckkraft KAI und die erste Reibungskraft KT1, die zeitgleich auf den Endabschnitt El wirken, biegt sich der freiliegende erste Bereich Bl in die zu dem ersten Kreis KS1 tangentiale Richtung TRI. Dabei wird der erste Bereich Bl bis zu einem ersten vorgegebenen gewünschten Biegewinkel wl gebogen, so wie es in Figur 4A dargestellt ist.
Analog werden die zweite Antriebseinheit AE2 und die zweite Druckeinheit DE2 der zweiten Biegeanordnung BA2 auf dem Blechpaket BP platziert und zu dem Blechpaket BP ausgerichtet, sodass sich die zweite Druckeinheit DE2 konzentrisch zu dem Blechpaket BP bzw. zu der Achse AS liegt. Die zweite Antriebseinheit AE2 schiebt dann gemäß dem Ver¬ fahrensschritt S310 die zweite Druckeinheit DE2 in Richtung SR zu dem Blechpaket BP und somit zu dem zweiten Wicklungssegment P2 und dreht dabei die zweite Druckeinheit DE2 in eine der ersten Drehrichtung DR1 entgegengesetzte zweite Drehrichtung DR2.
Dabei berührt die zweite Kontaktfläche KF2 einen freiliegenden Endabschnitt E2 des zweiten Bereichs Bl des zweiten Wick¬ lungssegments P2 bzw. dessen freiliegende Stirnseite. Durch die Reibung zwischen der rauen Oberfläche der zweiten Kontaktfläche KF2 und der Stirnseite des freiliegenden Endabschnitts E2 entsteht eine zweite Reibungskraft KT2. Diese zweite Rei¬ bungskraft KT2 wirkt in einer dem zweiten Kreis KS2 tangentiale Richtung TR2 auf den freiliegenden Endabschnitt E2. Durch Drehen der zweiten Kontaktfläche KF2 zieht diese zweite Reibungskraft KT2 somit den freiliegenden Endabschnitts E2 des zweiten Bereichs Bl in die dem zweiten Kreis KS1 tangentiale Richtung TR2.
Durch das Schieben der zweiten Druckeinheit DE2 in Richtung zu dem Blechpaket BP übt diese auf den Endabschnitt E2 des freiliegenden zweiten Bereichs B2 eine in Richtung der Achse AS wirkende zweite Druckkraft KA2 aus und drückt somit den End¬ abschnitt E2 in Richtung der Achse AS. Durch diese zweite Druckkraft KA2 und die zweite Reibungskraft KT2, die zeitgleich auf den Endabschnitt E2 des freiliegenden zweiten Bereichs B2wirken, biegt sich der freiliegende zweite Bereich B2 in die zu dem zweiten Kreis KS2 tangentiale Richtung TR2. Dabei wird der zweite Bereich B2 analog zu dem ersten Bereich Bl bis zu einem zweiten vorgegebenen gewünschten Biegewinkel w2 gebogen, so wie es in Figur 4B veranschaulicht ist. Die restlichen in den Figuren nicht dargestellten ersten Bereiche der ersten Wicklungssegmente, die auf dem ersten Kreis KS1 konzentrisch zu der Achse AS und über den gesamten Umfang des Blechpakets BP gleichmäßig verteilt angeordnet sind, werden analog zu dem zuvor beispielhaft beschriebenen ersten Bereich Bl des ersten Wicklungssegments PI allesamt mit dem ersten Bereich Bl bis zu dem ersten Biegewinkel wl gebogen. Analog werden die restlichen ebenfalls in den Figuren nicht dargestellten zweiten Bereiche der zweiten Wicklungssegmente, die auf dem zweiten Kreis KS2 konzentrisch zu der Achse AS und über den gesamten Umfang des Blechpakets BP gleichmäßig verteilt angeordnet sind, werden analog zu dem zuvor beispielhaft beschriebenen zweiten Bereich B2 des zweiten Wicklungssegments P2 allesamt mit dem zweiten Bereich B2 bis zu dem ersten Biegewinkel wl gebogen.
Die Biegevorgänge gemäß den Verfahrensschritten S300 und S310 finden dabei parallel im Wesentlichen zeitgleich statt. Vorzugsweise startet der Biegevorgang der ersten Bereiche Bl der ersten Wicklungssegmente PI gemäß dem Verfahrensschritt S300 zeitlich kurz vor dem Biegevorgang der zweiten Bereiche B2 der zweiten Wicklungssegmente PI gemäß dem Verfahrensschritt S310, sodass die zum Teil gebogenen freiliegenden Endabschnitte E2 der zweiten Wicklungssegmente P2 nicht den freiliegenden Endab¬ schnitten El der ersten Wicklungssegmente PI im Wege stehen und den weiteren Biegevorgang der ersten Bereiche Bl der ersten Wicklungssegmente PI verhindern.
Die beiden Biegewinkel wl und w2 sind so ausgewählt, dass die freiliegenden Endabschnitte El, E2 zweier voneinander ent- sprechend der Polteilung beabstandet angeordneten Wicklungspins WP nach jeweiligen Biegevorgängen von der Achse AS aus in einer radialen Richtung betrachtet hintereinander liegen, sodass diese beiden Endabschnitte El und E2 in einem nachfolgenden Ver- fahrensschritt S400 miteinander zur Bildung der Wicklung WL elektrisch verbunden werden können.
Die Endabschnitte El, E2 der gebogenen freiliegenden Bereiche Bl, B2 der Wicklungssegmente PI, P2 werden gemäß dem Verfahrens¬ schritt S400 entsprechend der Polteilung des Stators ST mit¬ einander elektrisch verbunden. Hierzu wird gemäß einem Verfahrensteilschritt S410 ein elektrisch leitendes Verbin¬ dungselement LE in Form von einem Stab zwischen den Endab- schnitten El, E2 des ersten und des zweiten freiliegenden
Bereichs Bl, B2 des ersten bzw. des zweiten Wicklungssegments PI, P2 positioniert. Anschließend wird das Verbindungselement LE mit den beiden Endabschnitten El, E2 in einem nachfolgenden
Lötvorgang S420 verlötet, sodass die beiden Endabschnitte El, E2 samt dem Verbindungselement LE so wie in Figur 4C dargestellt einen Teil der Wicklung WL ausbilden.
Endabschnitte einiger der ausgewählten Wicklungspins WP, die mit externer Stromversorgung elektrisch kontaktiert werden, werden dabei nicht mit anderen Endabschnitten elektrisch verbunden.
Nachdem das Verfahren zur Herstellung des Stators ST näher beschrieben wurde, wird nachfolgende mithilfe von Figur 5 beschrieben, welche Vorteile der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Stator gegenüber einem mit herkömmlichen Verfahren hergestellten Stator bietet.
Auf der linken Seitenhälfte der Figur 5 ist ein Stator STx abgebildet, der mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellt wurde. Der Stator STx weist Wicklungssegmente Px mit gebogenen freiliegenden Bereichen Bx auf, wobei die freiliegenden Bereiche Bx Endabschnitte Ex aufweisen, die beim Biegen der freiliegenden Bereiche Bx von in der Figur nicht dargestellten Halteelementen festgehalten und in Umfangrichtung des Blechpaktes BPx des Stators STx gezogen wurden. Die Endabschnitte Ex der frei¬ liegenden Bereiche Bx, die von den Halteelementen beim Biegevorgang festgehalten wurden, wurden nicht mitgeboten und ragen somit nach dem Biegevorgang als vorstehende Vorsprünge in Richtung der Achse ASx des Stators STx hoch und bilden so einen sich in Richtung der Achse ASx des Stators ST erstreckenden Abschnitt mit einer Höhe von 1x3. Die gebogenen Abschnitte der freiliegenden Bereiche Bx der Wicklungssegmente Px weisen eine Höhe von 1x2 auf.
Bei einer Anwendung des Stators STx in einer elektrischen Maschine zum Antrieb eines Fahrzeugs steht dem Stator STx aufgrund eingeschränkten Bauraumes im Fahrzeug eine begrenzte axiale Bauhöhe L zur Verfügung. Bei dem herkömmlich hergestellten Stator STx beanspruchen die vorstehenden Endabschnitte Ex der freiliegenden Bereiche Bx der Wicklungssegmente Px wie zuvor beschrieben eine Bauhöhe von 1x3 und die gebogenen Abschnitte der Bereiche Bx eine Bauhöhe von 1x2. Damit bleibt dem Blechpaket BPx des Stators STx nur eine Restbauhöhe von lxl von der gesamten Bauhöhe L des Stators STx. Diese Restbauhöhe von lxl bestimmt die Leistung, die die elektrische Maschine mit dem Stator STx im Betrieb effektiv erzeugen kann.
Auf der rechten Seitenhälfte der Figur 5 ist der Stator ST abgebildet, der nach dem oben anhand Figur 3 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Da dieser Stator ST keine vorstehenden Endabschnitte wie bei dem zuvor beschriebenen herkömmlich hergestellten Stator STx enthält, bleibt dem Blechpaket BP des Stators ST eine Restbauhöhe von 11 von der gesamten Bauhöhe L des Stators ST abzüglich von der Bauhöhe 12 der gebogenen
Bereiche Bl, B2 der Wicklungssegmente PI, P2. Diese Restbauhöhe 11 des Blechpaktes BP des Stators ST ist größer als die
Restbauhöhe lxl des Blechpakets BPx des Stators STx. Damit kann eine elektrische Maschine mit dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stator ST mehr effektive Leistung erzeugen als eine elektrische Maschine mit einem nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellten Stator STx. Dadurch, dass die freiliegenden Bereiche Bl, B2 der Wicklungssegmente PI, P2 nach dem oben anhand Figur 3 beschriebenen Verfahren nur durch Ausüben jeweils tangential wirkender Reibungskräfte KT1, KT2 und axial wirkender Druckkräfte KAI, KA2 gebogen werden, wirken beim Biegevorgang vergleichsweise ge- ringere Kräfte auf die Wicklungssegmente PI, P2 als bei einem Biegevorgang nach dem herkömmlichen Verfahren. Dies reduziert die Gefahr, dass sich die Wicklungspins WP beim Biegevorgang abbrechen . Anstelle der haarnadelförmigen Wicklungspins können stabförmige gerade Drähte aus Kupferlegierung als Wicklungssegmente ver¬ wendet werden. In diesem Fall werden die Wicklungssegmente zuerst bis auf jeweils zwei freiliegenden Endbereiche an den jeweiligen gegenüberliegenden Enden in die entsprechenden Schlitze des Blechpakets eingeführt und anschließend an den jeweiligen beiden Endbereichen verschränkt.
Dabei wird jeweils ein erster der beiden Endbereiche der je¬ weiligen in einer ersten und derselben konzentrischen Reihe angeordneten Wicklungssegmente, der sich auf der gleichen Seite des Blechpacket befindet, mit einem Biegewinkel gebogen und mit einem Endbereich eines in einer zweiten konzentrischen Reihe entsprechend dem Wickelschritt beabstandet angeordneten
Wicklungssegments elektrisch verbunden, der ebenfalls mit einem Biegewinkel gebogen wurde.
Zweite Endbereiche der jeweiligen Wicklungssegmente, die auf der gegenüberliegenden Seite des Blechpaktes liegen, werden in der in Verbindung mit Figur 2 beschriebenen Weise mit unter- schiedlichen Biegewinkeln gebogen und entsprechend mit kor- respondierenden Wicklungssegmenten oder der externen Stromversorgung elektrisch verbunden.
Die in Verbindung mit Figur 1 beschriebene Vorrichtung V und das in Verbindung mit Figur 2 beschriebe Verfahren beziehen sich auf eine Wicklung mit einer zweilagigen Anordnung von Wicklungssegmenten, bei der die Wicklungssegmente in zwei zueinander konzentrischen Kreisen bzw. Reihen verteilt angeordnet sind. Diese Vorrichtung V bzw. dieses Verfahren können auch zum Herstellen einer Wicklung mit einer drei- oder mehrlagigen, insb. vierlagigen, Anordnung von Wicklungssegmenten verwendet werden. Hierzu bedarf es lediglich entsprechende für einen Fachmann ohne Weiteres durchführbare einfache Modifikationen bei der Vor¬ richtung bzw. dem Verfahren, wie z. B. durch zusätzliche Biegeeinrichtungen mit analog ausgeführten Kontaktflächen, die lediglich konzentrisch zu den vorhandenen Biegeeinrichtungen ausgebildet bzw. angeordnet zu sein brauchen.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Herstellen einer Wicklung (WL) eines Wicklungsträgers (ST) einer elektrischen Maschine, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
- Bereitstellen (S100) eines Blechpakets (BP), wobei das Blechpaket (BP) eine Achse (AS) und zumindest einen ersten, sich in Richtung der Achse (AS) erstreckenden Schlitz (SLl) zur Aufnahme von zumindest einem ersten Wicklungssegment (PI) zum Herstellen der Wicklung (WL) aufweist, wobei der zumindest eine erste Schlitz (SLl) in Richtung der Achse (AS) betrachtet auf einem ersten Kreis (KS1) angeordnet wird, durch dessen Kreismittelpunkt (KM1) die Achse (AS) ver¬ läuft,
- Anordnen (S200) des zumindest einen ersten Wicklungs¬ segments (PI) in den zumindest einen ersten Schlitz (SLl), wobei ein erster Bereich (Bl) des zumindest einen ersten Schlitzes (SLl) aus dem Blechpaket (BP) herausragt,
- Biegen (S300) des ersten Bereichs (Bl) durch Ausüben einer ersten, in Richtung der Achse (AS) wirkenden Kraft (KAI) und einer ersten, tangential zu dem ersten Kreis (KS1) wirkenden Kraft (KT1) auf den ersten Bereich (Bl) in eine erste, zu dem ersten Kreis (KS1) tangentiale Richtung (TRI) . 2. Verfahren nach Anspruch 1,
- wobei der Schritt des Biegens (S300) mittels einer ersten Kontaktfläche (KFl ) ausgeführt wird, die zum Blechpaket (BP) hin bewegt wird und um die Achse (AS) gedreht wird, wobei die erste Kontaktfläche (KFl) während dem Bewegen und dem Drehen mit dem ersten Bereich (Bl) körperlich kontaktiert wird und auf den ersten Bereich (Bl) die erste, in Richtung der Achse (AS) wirkende Kraft (KAI) und die erste, tan- gential zu dem ersten Kreis (KS1) wirkende Kraft (KT1) ausübt .
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
- wobei der Schritt des Bereitstellens (S100) des Blechpakets (BP) ferner vorsieht, dass das Blechpaket (BP) mit zumindest einem zweiten, sich in Richtung der Achse (AS) erstreckenden Schlitz (SL2) zur Aufnahme von zumindest einem zweiten Wicklungssegment (P2) zum Herstellen der Wicklung (WL) bereitgestellt wird, wobei der zumindest eine zweite Schlitz (SL2) in Richtung der Achse (AS) betrachtet auf einem zweiten Kreis (KS2) angeordnet wird, durch dessen Kreismittelpunkt (KM2) die Achse (AS) verläuft,
- wobei das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte aufweist :
- Anordnen (S210) des zumindest einen zweiten Wicklungs¬ segments (P2) in den zumindest einen zweiten Schlitz (SL2), wobei ein zweiter Bereich (B2) des zumindest einen zweiten Wicklungssegments (P2) aus dem Blechpaket (BP) herausragt,
- Biegen (S310) des zweiten Bereichs (B2) durch Ausüben einer zweiten, in Richtung der Achse (AS) wirkenden Kraft (KA2) und einer zweiten, tangential zu dem zweiten Kreis (KS2) wirkenden Kraft (KT2) auf den zweiten Bereich (B2) in eine zweite, dem zumindest einen ersten Wicklungssegment (PI) im Wesentlichen zugewandte und zu dem zweiten Kreis (KS2) tangentiale Richtung (TR2).
Verfahren nach Anspruch 3,
- wobei der Schritt des Biegens (S310) mittels einer zweiten Kontaktfläche (KF2) ausgeführt wird, die zum Blechpaket (BP) hin bewegt wird und um die Achse (AS) gedreht wird, wobei die zweite Kontaktfläche (KF2) während dem Bewegen und dem Drehen mit dem zweiten Bereich (B2) körperlich kontaktiert wird und auf den zweiten Bereich (B2) diezweite, in Richtung der Achse (AS) wirkende Kraft (KA2) und die zweite, tangential zu dem zweiten Kreis (KS2) wirkende Kraft (KT2) ausübt .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei das Biegen (S300) des ersten Bereichs (Bl) und das Biegen (S310) des zweiten Bereichs (B2) im Wesentlichen zeitgleich stattfinden. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Biegen (S300) des ersten Bereichs (Bl) und das Biegen (S310) des zweiten Bereichs (B2) zueinander um einen vorgegebenen Zeitabstand zeitlich versetzt stattfinden. 7. Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, wobei das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte aufweist:
- Verbinden (S400) eines ersten, freiliegenden Endabschnittes (El) des ersten Bereichs (Bl) elektrisch mit einem zweiten, freiliegenden Endabschnitt (E2) des zweiten Bereichs (B2) .
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren ferner folgende Verfahrensschritte aufweist:
- Positionieren (S410) eines elektrisch leitenden Verbin- dungselements (LE) zwischen dem ersten freiliegenden
Endabschnitt (El) und dem zweiten freiliegenden Endabschnitt (E2 ) ,
- Verbinden (S420) des elektrisch leitenden Verbindungselements (LE) elektrisch leitend und körperlich mit dem ersten freiliegenden Endabschnitt (El) und dem zweiten freiliegenden Endabschnitt (E2). Vorrichtung (V) zum Herstellen einer Wicklung (WL) eines Wicklungsträgers (ST) einer elektrischen Maschine, wobei die Vorrichtung (V) folgende Merkmale aufweist:
- eine Halteanordnung (HA) , die ausgeführt ist, ein
Blechpaket (BP) festzuhalten, wobei das Blechpaket (BP) eine Achse (AS) und zumindest einen ersten, sich in Richtung der Achse (AS) erstreckenden Schlitz (SL1) zur Aufnahme von zumindest einem ersten Wicklungssegment (PI) zum Herstellen der Wicklung (WL) aufweist, wobei der zumindest eine erste Schlitz (SL1) in Richtung der Achse (AS) betrachtet auf einem ersten Kreis (KS1) angeordnet ist, durch dessen Kreismittelpunkt (KMl) die Achse (AS) verläuft, wobei in dem zumindest einen ersten Schlitz (SL1) das zumindest eine erste Wicklungssegment (PI) angeordnet ist, wobei ein erster Bereich (Bl) des zumindest einen ersten Wicklungssegments (PI) aus dem Blechpaket (BP) herausragt,
- eine erste Biegeanordnung (BAI) zum Biegen des ersten Bereichs (Bl), die eine erste Antriebseinheit (AEl) und eine erste Kontaktfläche (KF1) aufweist,
- wobei die erste Antriebseinheit (AEl) ausgeführt ist, die erste Kontaktfläche (KF1) in Richtung zum Blechpaket (BP) hin zu bewegen und um die Achse (AS) zu drehen, und
- die erste Kontaktfläche (KF1) ausgeführt ist, während dem Bewegen und dem Drehen durch die erste Antriebseinheit (AEl) mit dem ersten Bereich (Bl) körperlich zu kontaktieren und den ersten Bereich (Bl) in eine erste, zu dem ersten Kreis (KS1) tangentiale Richtung (TRI) zubiegen, indem diese auf den ersten Bereich (Bl) eine erste, in Richtung zu der Achse (AS) des Blechpaktes (BP) wirkende Kraft (KAI) und eine erste, zu dem ersten Kreis (KS1) tangential wirkende Kraft (KT1) ausübt.
10. Vorrichtung (V) nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung (V) ferner folgende Merkmale aufweist:
- die Halteanordnung (HA) , die ferner ausgeführt ist, ein Blechpaket (BP) festzuhalten, das neben dem zumindest einen ersten Schlitz (SL1) noch zumindest einen zweiten, sich in
Richtung der Achse (AS) erstreckenden Schlitz (SL2) zur Aufnahme von zumindest einem zweiten Wicklungssegment (P2) zum Herstellen der Wicklung (WL) aufweist, wobei der zumindest eine zweite Schlitz (SL2) in Richtung der Achse (AS) betrachtet auf einem zweiten Kreis (KS2) angeordnet ist, durch dessen Kreismittelpunkt (KM2) die Achse (AS) verläuft, wobei in dem zumindest einen zweiten Schlitz (SL2) das zumindest eine zweite Wicklungssegment (P2) angeordnet ist, wobei ein zweiter Bereich (B2) des zumindest einen zweiten Wicklungssegments (P2) aus dem Blechpaket (BP) herausragt,
- eine zweite Biegeanordnung (BA2) zum Biegen des zweiten Bereichs (B2), die eine zweite Antriebseinheit (AE2) und eine zweite Kontaktfläche (KF2) aufweist,
- wobei die zweite Antriebseinheit (AE2) ausgeführt ist, die zweite Kontaktfläche (KF2) in Richtung zum Blechpaket (BP) hin zu bewegen und um die Achse (AS) zu drehen, und
- die zweite Kontaktfläche (KF2) ausgeführt ist, während dem Bewegen und dem Drehen durch die zweite Antriebseinheit (AE2) mit dem zweiten Bereich (B2) körperlich zu kontaktieren und den zweiten Bereich (B2) in eine zweite, dem zumindest einen ersten Wicklungssegment (PI) im Wesentlichen zugewandte und zu dem zweiten Kreis (KS2) tangentiale Richtung (TR2) zu biegen, indem diese auf den zweiten Bereich (B2) eine zweite, in Richtung zu der Achse (AS) des Blechpaktes (BP) wirkende Kraft (KA2) und eine zweite, zu dem zweiten Kreis (KS2) tangential wirkende Kraft (KT2) ausübt.
11. Vorrichtung (V) nach Anspruch 9 oder 10, wobei
- im Falle des Rückbezugs auf Anspruch 9 die erste Kon¬ taktfläche (KF1) eine erste raue Oberfläche zum Drücken des ersten Bereichs (Bl) in die zu dem ersten Kreis (KS1) tangentiale Richtung (TRI) aufweist,
- im Falle des Rückbezugs auf Anspruch 10 die erste Kon¬ taktfläche (KF1) eine erste raue Oberfläche zum Drücken des ersten Bereichs (Bl) in die zu dem ersten Kreis (KS1) tangentiale Richtung (TRI) und/oder die zweite Kontakt¬ fläche (KF2) eine zweite raue Oberfläche zum Drücken des zweiten Bereichs (B2) in die dem zumindest einen ersten Wicklungssegment (PI) im Wesentlichen zugewandte und zu dem zweiten Kreis (KS2) tangentiale Richtung (TR2) aufweisen.
12. Vorrichtung (V) nach Anspruch 9 oder 10, wobei
- im Falle des Rückbezugs auf Anspruch 9 die erste Kon¬ taktfläche (KF1) eine Anzahl von ersten sich in Richtung der Achse (AS) betrachtet radial verlaufenden Formelementen zum Drücken des ersten Bereichs (Bl) in die zu dem ersten Kreis
(KS1) tangentiale Richtung (TRI) aufweist,
- im Falle des Rückbezugs auf Anspruch 10 die erste Kon¬ taktfläche (KF1) eine Anzahl von ersten sich in Richtung zur Achse (AS) betrachtet radial verlaufenden Formelementen zum Drücken des ersten Bereichs (Bl) in die zu dem ersten Kreis
(KS1) tangentiale Richtung (TRI) und/oder die zweite Kontaktfläche (KF2) eine Anzahl von zweiten sich in Richtung zur Achse (AS) betrachtet radial verlaufenden Formelementen zum Drücken des zweiten Bereichs (B2) in die dem zumindest einen ersten Wicklungssegment (PI) im Wesentlichen zu¬ gewandte und zu dem zweiten Kreis (KS2) tangentiale Richtung (TR2) aufweisen.
13. Wicklungsträger (ST) einer elektrischen Maschine, wobei der Wicklungsträger (ST) folgende Merkmale aufweist:
- ein Blechpaket (BP) , das eine Achse (AS) , einen zumindest einen ersten Schlitz (SL1) und zumindest einen zweiten Schlitz (SL2) aufweist,
- wobei der zumindest eine erste Schlitz (SL1) und der
zumindest eine zweite Schlitz (SL2) von der Achse (AS) aus betrachtet voneinander radial versetzt angeordnet sind,
- zumindest ein erstes Wicklungssegment (PI), der in dem zumindest einen ersten Schlitz (SL1) angeordnet ist und einen ersten Bereich (Bl) umfasst, der aus dem Blechpaket (BP) herausragt und in eine erste, zu dem ersten Kreis (KS1) tangentiale Richtung (TRI) gebogen ist,
- zumindest ein zweites Wicklungssegment (P2), der in dem zumindest einen zweiten Schlitz (SL2) angeordnet ist und einen zweiten Bereich (B2) umfasst, der aus dem Blechpaket (BP) herausragt und in eine zweite, dem zumindest einen ersten Wicklungssegment (PI) im Wesentlichen zugewandte und zu dem zweiten Kreis (KS2) tangentiale Richtung (TR2) gebogen ist.
14. Wicklungsträger (ST) nach Anspruch 13, der ferner folgende Merkmale aufweist:
- ein elektrisch leitendes Verbindungselement (LE) ,
- der erste Bereich (Bl) einen ersten freiliegenden Endabschnitt (El) aufweist,
- der zweite Bereich (B2) einen zweiten freiliegenden
Endabschnitt (E2) aufweist,
- wobei das elektrisch leitende Verbindungselement (LE) zwischen dem ersten freiliegenden Endabschnitt (El) und dem zweiten freiliegenden Endabschnitt (E2) angeordnet ist und mit dem ersten freiliegenden Endabschnitt (El) und dem zweiten freiliegenden Endabschnitt (E2) elektrisch le und körperlich verbunden ist.
Elektrische Maschine mit zumindest einem Wicklungsträger (ST) nach Anspruch 13 oder 14, der als ein Stator oder ein Rotor der elektrischen Maschine ausgebildet ist.
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