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WO2015162586A2 - Formlitze, deren verwendung, sowie verfahren zur herstellung eines stators für eine elektrische maschine - Google Patents

Formlitze, deren verwendung, sowie verfahren zur herstellung eines stators für eine elektrische maschine Download PDF

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Publication number
WO2015162586A2
WO2015162586A2 PCT/IB2015/052978 IB2015052978W WO2015162586A2 WO 2015162586 A2 WO2015162586 A2 WO 2015162586A2 IB 2015052978 W IB2015052978 W IB 2015052978W WO 2015162586 A2 WO2015162586 A2 WO 2015162586A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
individual wires
stranded wire
stator
section
cross
Prior art date
Application number
PCT/IB2015/052978
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2015162586A3 (de
Inventor
Martin STÖCK
Original Assignee
Brusa Elektronik Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brusa Elektronik Ag filed Critical Brusa Elektronik Ag
Priority to DE112015001994.4T priority Critical patent/DE112015001994A5/de
Publication of WO2015162586A2 publication Critical patent/WO2015162586A2/de
Publication of WO2015162586A3 publication Critical patent/WO2015162586A3/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H02K3/14—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots with transposed conductors, e.g. twisted conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0056—Manufacturing winding connections
    • H02K15/0068—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals
    • H02K15/0081—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals for form-wound windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings, prior to mounting into machines
    • H02K15/0414—Windings consisting of separate elements, e.g. bars, hairpins, segments, half coils

Definitions

  • the invention relates to a stranded wire for producing the winding of a stator of an electric machine, in particular an induction machine such as a motor or generator, in particular for an electric or hybrid vehicle, according to the preamble of claim 1, and a method for producing a stator for an electric machine , In particular a rotating field machine, such as a motor or generator, in particular for an electric or hybrid vehicle.
  • the difficult handling is mainly due to the fact that one or more wires can be twisted or stuck out of the stranded wire.
  • insertion into the stator is difficult because the stranded wire can be twisted due to its thin individual wires by the insertion and thereby increases its cross-section. This causes problems when inserting the stranded wire into the stator. To eliminate this problem greater assembly tolerances must be introduced, thereby the cross section of the stranded wire must be chosen smaller, but this leads to disadvantages in the efficiency of the machine and a poorer heat transfer from strand to groove.
  • US 2013/293045 A1 discloses a connection cable to the stator of an electrical machine, whose individual wires, which are obviously not insulated from each other, are joined together at one end by ultrasonic welding and at the same time are compacted, but do not give any indication of the structure of the winding of this stator. In any case, this has no distributed winding, but rather a concentrated winding.
  • BE 465436 A discloses a winding for electrical machines, which consists of sections of many thin conductors and intermediate sections with a thick conductor, which are connected by welds
  • large machines which are mainly manufactured in manufactory
  • the question of automated machine handling of the forming bars / roebeistäbe does not arise.
  • the automated insertion and bending of form bars or shaped strands in the stator is in the manufacture of automotive products of central importance.
  • Methods of manufacturing a stator for a stranded wire electrical machine include inserting a plurality of shaped strands into the stator slots separated by stator teeth. These shaped strands are then electrically connected to one another to form the winding of the stator. When the form wires are in the stator, they are often bent to each other to realize a wave winding. During this bending process, there is also the problem of twisting the stranded wire. This has the consequence that an undefined end of the stranded wire is created, which leads to problems in an automated contacting.
  • the object of the present invention is therefore a stranded wire, whose use in electrical machines not only improves the efficiency and the thermal continuous performance, but in particular enables a simplified automated manufacturability of the stator winding.
  • Another object of the invention is a simplified and easily automatable HersteII Kunststoff for the stator of an electric machine.
  • the invention is based on an electric machine whose stator has separated by stator teeth, in which formed of a plurality of individual wires form bars are used to form a distributed winding, which carries the fed through the inverter winding.
  • induction machines of any type of rotor, such as asynchronous machine, synchronous reluctance machine, current-excited synchronous machine, hybrid-excited synchronous machine and permanent magnet synchronous machine.
  • Formliners are known for such machines, consisting of a plurality of common from one end of the stranded wire to the other End extending and preferably twisted together and rolled together individual wires, and optionally an outer sheath, exist.
  • a stranded wire is according to the invention characterized in that at least some individual wires in a longitudinal section between their ends with an insulation, sheathing, coating, etc. provided and at least one point in a longitudinal section at least one end of the stranded wire both electrically conductive as well as mechanically interconnected.
  • the longitudinal section is dimensioned such that, in the state of the stranded wire installed in the stator of the electric machine, it extends from the outer end of the shaped strand to the edge of the stator.
  • all individual wires of one and the same stranded wire are connected directly and in physical contact with each other.
  • the electrically conductive connection takes place under direct contacting of the individual wires with one another and the mechanically fixing connection likewise with production of direct contact between the individual wires and production of a frictional connection.
  • This Vorkontak- tation and connection of the individual wires and the corresponding manufacturing process of the stranded wire results in improved stability and shape retention of the stranded in all subsequent processing and processing steps, especially when inserting into the grooves of a stator of an electric machine and the other winding structure.
  • the formation of the stable end portions of the shaped strands with their mechanically stable interconnected individual wires secure handling of the stranded wire is guaranteed with defined retention of the stranded wire, which is crucial for an automated manufacturing process. Since the stranded wire does not have to be held at the longitudinal portion to a valid isolation, also injuries of the insulation (for example during the manufacturing process of the winding) can be avoided.
  • At least some individual wires are mechanically connected to one another by means of the insulation at at least one point along their longitudinal extent.
  • This can also ensure that during operation of the electrical motors the wires at the mechanically connected points by the occurring electromagnetic forces as well as other forces (eg vibrations) do not rub against each other and thus damage themselves or their isolation.
  • the substances holding together the shape of the strand can be applied from outside as impregnation or in the form of a potting compound prior to rolling.
  • the corresponding components can also already be present on the individual wires themselves or can be introduced during the merger of the individual wires.
  • a polymer could be drilled in as a filament, which treats by subsequent heating and cakes the individual wires into a package.
  • the middle longitudinal section preferably extends over a length of the shaped strand which comes to rest in the groove of the stator in the state of the stranded wire installed in the stator and substantially does not project beyond the stator.
  • a preferred embodiment of the invention provides that at least some of the individual wires of a shaped strand are connected to each other over substantially the entire longitudinal section at at least one end of the shaped strand both electrically conductive and mechanically.
  • the connection does not necessarily have to be at the very outermost end of the stranded wire, but may also be offset slightly towards the middle.
  • the connection should be as close to the outermost end of the strand as possible.
  • This feature gives an even better mechanical stability of the end of the stranded wire and a lower electrical resistance for the flow of current between the individual wires, which is locally required at the ends for the connection of the various form wires to each other.
  • this electrical and mechanical connection is provided at both ends of the stranded wire.
  • a plurality of the individual wires is connected in order to ensure an electrical and mechanical fixing connection, wherein the best effect can of course be ensured by a connection of all the individual wires.
  • this embodiment it is also possible to largely avoid the protrusion of individual individual wires from the stranded wire with the risk of damage to adjacent components.
  • the latter advantage can also be achieved by a variant of the invention in which at least one end of the stranded wire a sleeve enclosing all individual wires of electrically conductive material is applied.
  • each such sleeve is provided at both ends of the stranded wire.
  • the enveloping cross section of the stranded wire, possibly including an enclosing sleeve, over the electrically conductive and mechanically interconnected longitudinal sections is the same size as the cross section over the entire remaining longitudinal section, the cross sections in the longitudinal direction of a straight line strand are congruent.
  • the shaped strands can be inserted axially into the slots of the stator, which step of the manufacturing process can thus easily be carried out in an automated manner.
  • the enveloping cross section of the shaped strand possibly including an enclosing sleeve, in at least one of the longitudinal sections of interconnected individual wires is smaller than the cross section in the subsequent longitudinal section.
  • the smaller cross-section seen in the longitudinal direction of a straight strand is completely within the larger cross-section.
  • All of the above-described shaped strands with mechanical and electrical connection can preferably be further improved in that the longitudinal section adjoining the at least one longitudinal section at the end of the shaped strand with individual wires connected both electrically conductively and mechanically interconnected with an insulation, sheathing, coating, etc . is provided.
  • this longitudinal section lies in the middle region of the individual wires between the longitudinal sections at the ends.
  • a further embodiment provides that the outermost end of each longitudinal section has a defined geometry at the end of the shaped strand.
  • An embodiment provides that the ends is made pointed. For this purpose, it can end at least in a linear or roof-like manner. This tapering of the contacts at the end of the stranded wire is the basis for a locally defined connection technique of the individual form wires with each other in the course of the production of the stator winding. Ali consultation the shaped strands can also end in a substantially point-shaped tapered. Another possible embodiment provides a flat end in which a weld is applied along the connecting line. Another possible embodiment provides a notch, wherein the gap formed between the notches of two shaped strands is filled during welding by additionally attached material.
  • the object set forth above is achieved by a method for producing a stator for an electrical machine, wherein prefabricated shaped strands as defined above and described as parts of a distributed winding used in stator by separate stator grooves, then optionally bent and at least one another form of wire is connected both mechanically and electrically conductive.
  • the compound is preferably made of shaped strands in different stator slots.
  • the formation of the stable end sections of the form wires with their mechanically stable interconnected individual wires ensures safe handling of the stranded wire and thus good automatability of the manufacturing process of the stator including the production of the winding with defined retention of the stranded wire. Since the stranded wire for automated handling does not have to be gripped and held on the optionally insulated longitudinal section, injuries to the insulation can also be avoided. Even while bending in the groove at one end of a mold Litz or one formed from a plurality of shaped strands form bar, the shaped strand or the mold rod can be held securely and firmly at the end. The risk that during bending the shape of the strand or the mold rod is pulled out of the groove, so certainly met. The fact that the end has a defined geometry, the automated retention is a lot easier than with a loose wire bundle of conventional shaped strands, which squeezes when holding and has no defined shape.
  • At least one prefabricated form of wire is inserted axially into the groove of the stator, whereby its end protruding through the groove and projecting beyond the stator has a smaller cross-section than the groove of the stator over the entire longitudinal section projecting beyond the stator ,
  • the longitudinal section at the end of the shaped strand, at which end the electrically conductive and mechanical connection is made is smaller in cross-section than at least the subsequent longitudinal section of the shaped strand which is received in the groove of the stator.
  • such a prefabricated shaped strand can also be inserted radially into the grooves of the stator.
  • the diameter or the width of the stranded wire corresponds to at least one point at most of the radial, pointing in the direction of the central axis opening of the respective groove.
  • a method for producing a form of strand in which advantageously before the above-described construction of the winding in the stator for producing a stranded wire a plurality of individual wires are fed in the form of an endless bundle.
  • corrugations are applied to the bundle of individual wires of this bundle and connected to the bundle, in particular by a welding process, preferably by resistance welding.
  • the sleeves are placed in such a way that the center of the sleeve coincides with the desired end of a shaped strand.
  • the length of the sleeve is preferably twice as large as the desired length of the sleeve at the end of a stranded wire, so that after severing the bundle together with the sleeve at the level of the longitudinal center of the sleeve automatically and by a single manufacturing step on the one hand a stranded wire with the desired length with a sleeve in the desired length at the end of this Formlitze results.
  • the thus formed stranded wire is then inserted into the groove of the stator.
  • two sleeves are pushed one behind the other, with the separation taking place in a next step between the sleeves.
  • the individual wires and possibly also the sleeves connecting welding can be made before or after cutting to cut to length of the stranded wire.
  • resistance welding is used after cutting, it is preferable to compress the sleeve beforehand to compact the ends of the molded strand.
  • the bundle of individual wires and the sleeve enclosing these individual wires are brought to a cross section which is at most equal to the cross section over the entire remaining longitudinal section.
  • the cross sections are aligned in the longitudinal direction of the still straight stranded line congruent.
  • the bundle of individual wires and the sleeve enclosing these individual wires are brought to a cross section which is smaller in at least one of the longitudinal sections of interconnected individual wires than the cross section in the subsequent longitudinal section and the smaller cross section in the longitudinal direction of the still straight Formlitze is completely within the larger cross section.
  • FIG. 1a to 1e show a schematic overview representation of the process steps in the production of a shaped wire winding of a stator, including the preparation of a shaped strand according to the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged view of an inventive stranded wire in a preferred embodiment in an axial view
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the electrical and mechanical connection of two shaped strands, for example in the production of the stator winding
  • FIG. 5 and 6 show the winding of the stator in the region of the winding head with shaped strands shaped in accordance with the invention in two different embodiments
  • FIG. 7 shows a schematic overview of a method for producing a shaped strand with sleeves at the ends.
  • FIGS. 1a to 1e In the course of producing a stator of an electric machine using the inventive stranded wire, the steps shown schematically in FIGS. 1a to 1e are run through. In a first step of FIG. 1, shaped strands 1 for insertion into the grooves 2a of the stator 2 and for forming the winding of the stator 2 are produced.
  • the length L of the stator 2 is preferably an integer multiple of the lay length of the formed strands 1.
  • the length of a twisted conductor is understood to mean the length of a twist (360 ° mech. Degree) of the conductor around its own longitudinal axis.
  • the stranded wire 1 is penetrated during operation by various magnetic fields (stray fields, rotor fields, ).
  • the effects of current displacement also increase here. This means that it may be useful to divide unequally the areas of the individual shaped strands 1, so that they have the same electrical resistance for a specific load spectrum.
  • the entirety of the seated in a groove 2a shaped strands 1 have a groove-like geometry in order to achieve an improved thermal contact with the groove 2a out.
  • the cross-sectional area of the Formlitzen 1 should be matched to the shape of the groove 2a (see Fig. 2).
  • the individual wires 1e are the shaped wires 1, which are e.g. made of copper, aluminum or similar electrically conductive materials, each surrounded by an insulating lacquer layer.
  • the twisting and the deformation into the desired shape causes the individual wires 1e are pressed together with their paint layers.
  • the lacquer layers of adjacent individual wires 1 e bond together, for example by adding an additional material (for example a resin), or ensure adhesion, which gives stability to the shaped strands 1 as a whole.
  • the twisted individual wires 1e may be coated with an adhesive, e.g. Resin, to be soaked.
  • the use of baked enamel wires may make sense, which type of wires baked together by heat. Also by this measure improved stability can be achieved.
  • these connecting components can be applied to the rollers from the outside.
  • these connecting components can already be present on the wire, which represents the individual wires 1e of the stranded wire 1, as is the case with back-lacquer-coated wires.
  • the materials connecting the individual wires 1e could also be present within the strand. Similar to fiber composites, one or more filaments of a polymer could, for example, be drilled in, which melts on later heating and cakes the strand packet.
  • a mechanical connection of this kind can additionally be provided via the covering or insulation of the individual wires 1e.
  • the shaped strands 1 are also brought to the desired length (already performed in FIG. 1 a), preferably cut to size.
  • the stranded wire 1 is contacted after being cut to length at its two ends 1a.
  • the contacting takes place - as shown in Fig. 1 b - preferably over a certain longitudinal section at the respective end 1a of the stranded wire 1 and preferably by a welding process, preferably by resistance welding.
  • a welding process preferably by resistance welding.
  • connection process preferably comprises all the individual wires 1e at the respective end 1a of the shaped strands 1, in order to ensure optimum stability and electrical connection.
  • the individual wires 1e of the stranded wire 1 can be contacted before cutting to preferably both ends 1a, i. both electrically conductive contacted as well as mechanically connected, be.
  • the shaped strands 1 are cut to length in a subsequent process step.
  • the clearly defined geometry of the ends 1a of the stranded wire 1 significantly simplifies the automation in contrast to conventional shaped strands, the geometry of which can change as a result of the twisting or displacement of the individual wires 1e.
  • the contacting of the inner and outer shaped wires 1 within each of the stator slots 2a and the irregular interconnections is also simplified, since the individual wires 1e are at least partially already electrically connected by the respectively selected connection method ,
  • At least one of the contacted - and therefore also mechanically connected - ends 1a of the form wires 1 are also compacted, ie the cross-section of this end 1a or at least at a peripheral position of the diameter or at least the width at a point of this end 1a is reduced, such as can be clearly seen in Fig. 1 b.
  • both ends 1a of the stranded wire 1 can be achieved that the outer geometry of the ends 1a as well as those of the central longitudinal region 1b of the stranded wires 1 is preferably smaller at any point of the circumference than the groove geometry.
  • the inventive shaped strands 1 with their contacted and compacted ends 1a can be automatically inserted into the stator slots 2a.
  • a radial insertion into the stator 2 is not possible with parallel grooves 2a with groove root with superimposed (and not adjacent) form rods because of the groove root. For internal engines with trapezoidal grooves 2a this is also not possible, because with internal running machines, the trapezium tapers inwards. If, however, the shape of the grooves or the type of positioning of the shaped strands 1 (for example, adjacent to each other) 2a permits this, the shaped strands 1 can of course also be inserted radially.
  • 2 shows an axial view of a particularly preferred embodiment of a stranded wire 1 according to the invention.
  • the enveloping cross section of the formed strand 1 is smaller in at least one of the longitudinal sections of interconnected individual wires 1e than the cross section in the adjoining longitudinal section.
  • Cross-sectional shape of the stranded wire 1 corresponds to the trapezoidal shape of the stator 2a, at least in the middle longitudinal section between the electrically and mechanically connected and also compacted to a smaller cross-section ends 1a.
  • the smaller cross section is provided at least at that end of the stranded wire 1 on the axially inserted into the stator 2 end of the stranded wire 1. It lies in the longitudinal direction of a straight shaped strand 1, i. in the initial state before a possible bending process, seen completely within the larger cross section of the stranded wire 1, which is provided at least over the longitudinal portion which comes to rest within the stator 2a (in Fig. 2, the outermost peripheral line).
  • the configuration shown in FIG. 1c results with still straight alignment of the molded strands 1.
  • the form strands 1 become when inserted itself not damaged and also each adjacent shaped strands 1 or the stator are not damaged.
  • Both a damage to the insulation of the individual wires 1e and / or the slot insulation can be prevented, regardless of whether the slot insulation is already in the groove 2a or is on the stranded wire 1 at least before insertion.
  • damage to the stator 2 such as scratching of the sheets, can be prevented, whereby the efficiency of the machine worsening shorts can be prevented.
  • the shaped strands 1 are usually bent (FIG. 1d), so that the interconnection of the shaped strands 1 for the winding of the stator 2 in the subsequent process step) can be performed easily.
  • the thus-bent shaped strands 1 are finally electrically conductively and also mechanically connected, as shown in Fig. 1e.
  • the variant shown here shows a relatively large winding head height h, which results without precontacting (contacting after inserting the molded strands 1) but with additional upward bending to ensure accessibility to the stranded wire 1.
  • the connecting region 3 is given by, for example, a sleeve 4, which sleeve 4 comprises the ends 1a of the stranded wires 1 to be joined.
  • a stranded wire 1 at least one end 1a, as exemplified in Fig. 3 (the division of the stranded wire 1 in the individual wires 1e is shown only in the leftmost figure of FIG. 3, in the other figures that is in the same
  • one end of individual wires 1e can be seen monochromatic for the sake of simplicity), tapering linear, conical, pyramidal or irregularly tapered, which naturally simplifies insertion into the stator 2.
  • this can offer advantages for the downstream connection process in the end winding of the stator 2-indicated in FIGS. 4 to 6.
  • the quality of the contacting at the ends 1a of the stranded wire 1 and the quality of the possibly already applied insulation can be checked. This offers considerable advantages in quality assurance during the process. This could not be done if contacted only after insertion. Also, after the insertion of the shaped strands 1 into the stator 2 through the clearly defined ends 1a, the axial position of the shaped strands 1 can be determined more precisely, which simplifies the automation of the production process, since a more accurate position determination is possible. After insertion - and preferably before any bending of the ends 1a as in step 4 of FIG.
  • HV test stranded wire 1 to 2 stator
  • a possible error can be located exactly, ie the faulty stranded wire 1 can be accurately identified. Again, this would not be possible if contacted after bending.
  • the electrically conductive and mechanically fixing connection of two pointed ends 1a of two different shaped strands 1 can - particularly advantageously at a geometrically defined end (eg tapered embodiment of the ends 1a, or also defined flat geometry or geometry in which a notch between the Formed strands 1) are produced by a method in which current flows from an electrode E in the tapered ends 1a of the shaped strands 1 and thus by the fusion of the shaped strands 1 with or without additives, an electrical and mechanical connection 3 small dimensions, substantially approximately dot-like or linear, produces, as shown in Fig. 4 (the division of the stranded wire 1 in the individual wires 1e, as shown for example in the leftmost figure of FIG.
  • connection of two pointed ends 1a of two shaped strands 1 can be made by a TIG welding process, possibly without additive.
  • this connection method is shown in FIG.
  • the shaped strands 1 are bent toward each other with their ends 4 a provided with sleeves 4 and provided at the points of contact in the same way with an electrical and mechanical connection 3 small dimensions, substantially approximately point or line.
  • connection of two converging shaped strands 1 with or without sleeves 4 at the stator 2 projecting ends 1a by resistance welding or a similar method also linear over a larger longitudinal portion of the ends 1a or even be performed flat.
  • This variant is shown in FIG. 6.
  • the defined geometry of the ends 1a offers advantages over shaped strands of unconnected individual wires 1e.
  • pre-contacting the ends 1a of the shaped strands 1 and possibly sharpening the ends 1a it is also possible to use the aforementioned contacting process. This has the advantage that only space above the shaped strands 1, while lateral space is not necessary.
  • the space between the shaped strands 1 and the cooling jacket of the stator 2 can be used, and on the other hand, this cooling jacket can already be mounted on the stator 2 in an earlier process step than in conventional production methods. Since the radial space between the Formlitzeneducationen a tooth width between the grooves 2a is wide and this is not needed in the connection process by the previous contact, the tooth design is much more freely selectable than before. This allows full freedom for the magnetic design of the electric machine, which is particularly important for drive motors of electric vehicles of particular importance.
  • FIG. 7 schematically shows an advantageous method according to the invention for producing a shaped strand 1 as used according to the previous description of the invention.
  • the individual wires 1e are fed on separate rolls or it is also possible to unroll an already twisted strand 5 of individual wires 1e from a roll.
  • the strand 5 with, for the time being, typically circular cross-section Q1 is reworked in a rolling mill 6 to a rectangular or preferably trapezoidal cross-section Q2.
  • sleeve elements 4a is then applied at intervals which correspond to the desired length of the shaped strands 1, and fixed by preferably a welding process, in particular resistance welding.
  • the single-wire wires 1e are also connected electrically and also mechanically to one another and also to the sleeve element 4a.
  • the sleeve element 4a is preferably twice as long as the sleeve 4 desired on the finished shaping strand 1.
  • the strand 5 is severed together with the sleeve element 4a at a separating position T, so that the piece separated from the strand 5 now functions as a finished shaped strand 1 with a sleeve 4 is present at both ends 1a.
  • the first of the two connections provided at the first end 1a was produced by the explained method step. Thus, there is no waste during the manufacture and cutting of the shaped strands 1.
  • two separate sleeves 4 are pushed one behind the other and possibly pressed with the rolled strand 5 of the individual wires 1e, wherein in a next step between the sleeves 4, the separation takes place.
  • the electrical and mechanical contacting can take place before as well as after the separation.
  • the stranded wire 1 is first brought to the desired length and then contacted only by preferably the welding process.
  • the welding process can be tuned exactly and efficiently to the length to be contacted, since a waste of welded individual wires 1e is avoided.

Landscapes

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  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Eine Formütze (1) zur Verwendung im Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere eine Drehfeidmaschine wie einem Motor oder Generator, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, besteht aus einer Mehrzahl von parallel verlaufen- den und vorzugsweise verdrillten Einzeldrähte (1e). Zumindest einige der Einzei- drähte (1e) der Formlitze (1) sind an zumindest einer Stelle entlang ihrer Längserstreckung mechanisch miteinander verbunden.

Description

Formlitze, deren Verwendung, sowie
Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Europäischen Anmeldung Nr.
EP14166102.5, eingereicht am 25. April 2014, deren Gesamtheit durch Verweisung ausdrücklich und explizit zur Gänze und in allen beliebigen Teilen, für alle Absichten und Zwecke, hier einbezogen ist, in gleicher Weise wie bei identischer vollständiger Aufnahme in der gegenständlichen Anmeldung. Die Erfindung betrifft eine Formlitze zur Herstellung der Wicklung eines Stators einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Drehfeldmaschine wie einem Motor oder Generator, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Drehfeldmaschine, wie einem Motor oder Generator, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.
Als Wicklung ist im Stand der Technik z.B. eine verteilte Wicklung bekannt. Damit diese Antriebsmaschinen einen hohen Systemwirkungsgrad und eine sehr geringe Drehmomentwelligkeit erreichen, hat sich als Bewicklung des Stators für Antriebsmaschinen von Straßenfahrzeugen im Leistungsbereich oberhalb 70kW die soge- nannte verteilte Wicklung etabliert. Auch wenn die verteilte Wicklung bei Industriemotoren ähnlicher Baugröße dominiert, haftet ihr der Ruf der schlechten
Herstellbarkeit aufgrund geringer Möglichkeit der Automatisierung an. So erweisen sich vor allem die Prozessschritte der Verschaltung der einzelnen Spulen als nur bedingt großserientauglich. Bekannt ist auch die Technik der sogenannten Formstäbe (im Grossmaschinenbau Roebelstäbe genannt), welche in Nuten geschoben werden und stirnseitig entsprechend verbunden werden. Hierbei handelt es sich meist um grössere und rechteckige miteinander verdrillte Kupferquerschnitte, welche einfacher in der Handhabung sind, da sie sich wegen der grossen Dimensionen sehr definiert an einem Ort befin- den. Es ist auch bekannt, in einer Nut mindestens zwei oder mehr Formstäbe beispielsweise übereinander in der Nut einzusetzen. Die Roebelstäbe bilden dabei die Wicklung des Stators. Es ist auch bekannt, in einer Nut mindestens zwei oder mehr Leiter aus Kupfervollmaterial (sogenannte Hair-Pins) beispielsweise übereinander in der Nut einzusetzen. Dadurch, dass die Stäbe gerade und nicht verdrillt sind, ist zwar die Automatisierbarkeit des Einschubprozesses, des Biegeprozesses und des Verschaltens zur Fertigstellung der Wicklung relativ einfach, jedoch leidet der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine unter den Stromverdrängungseffekten des Kupfervollmaterials.
Unterschieden zu den Roebelstäben bzw. der Hair-Pin Wicklung ist die Formlitzen- Technik, bei welcher einzelne relativ dünne verdrillte Kupferleiter, denkbar wäre auch Aluminium oder ein anderes elektrisch leitendes Material, eingesetzt werden. Bei der Formlitzenwicklung werden die einzelnen Drähte in der Formlitze nicht mehr definiert im Bündel vorgefunden und die die Formlitzen bildenden verdrillten Einzel- drähte lassen sich leicht relativ zueinander verschieben. Zwar werden die Formlitzen durch vorzugsweise Walzvorgänge in im Querschnitt im Wesentlichen rechteckige oder trapezförmige Form gebracht und meist auch mit äusseren Umhüllungen, vorzugsweise Isolierungen, umwickelt. Doch selbst diese Bearbeitungsschritte können die Gefahr der Verschiebung der Einzeldrähte bzw. des Aufdrillens nicht beseitigen. Die dünnen Einzeldrähte sind aber nötig um die Verluste in den Antriebsmotoren für Fahrzeuge niedrig zu halten. Die schwierige Handhabung ist vor allem begründet dadurch, dass sich einzelne oder mehrere Drähte von der Formlitze aufdrillen oder wegstehen können. Ebenso ist ein Einführen in den Stator schwierig, da sich die Formlitze wegen ihren dünnen Einzeldrähte durch das Einschieben aufdrillen kann und dadurch ihren Querschnitt vergrößert. Dies bringt Probleme beim Einführen der Formlitze in den Stator. Um dieses Problem zu beseitigen müssen grössere Montagetoleranzen eingeführt werden, dadurch muss der Querschnitt der Formlitze kleiner gewählt werden, was aber zu Nachteilen im Wirkungsgrad der Maschine und einem schlechteren Wärmeübergang von Formlitze zu Nut führt. Die US 2013/293045 A1 offenbart ein Verbindungskabel zum Stator einer elektrischen Maschine, dessen offenbar nicht gegeneinander isolierte Einzeldrähte an nur einem Ende durch Ultraschallschweissen miteinander verbunden sind und dabei gleichzeitig kompaktiert sind, gibt aber keinerlei Hinweise auf den Aufbau der Wicklung dieses Stators. Jedenfalls weist dieser keine verteilte Wicklung auf, sondern vielmehr eine konzentrierte Wicklung.
Die BE 465436 A offenbart hingegen eine Wicklung für elektrische Maschinen, die aus Abschnitten von vielen dünnen Leitern und dazwischenliegenden Abschnitten mit einem dicken Leiter besteht, welche durch Schweissungen miteinander verbunden sind Bei Grossmaschinen (Roebeistäbe), die hauptsächlich in Manufaktur hergestellt werden, stellt sich die Frage des automatisierten maschinellen Handlings der Formstäbe / Roebeistäbe nicht. Insbesondere das automatisierte Einschieben und Biegen von Formstäben oder Formlitzen in die Statornuten ist aber bei der Herstellung von automotiven Produkten von zentraler Bedeutung.
Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine mit Formlitzen-Technik umfassen das Einsetzen einer Mehrzahl von Formlitzen in die durch Statorzähne getrennte Nuten des Stators. Diese Formlitzen werden dann zur Bildung der Wicklung des Stators elektrisch leitend miteinander verbunden. Wenn sich die Formlitzen im Stator befinden, werden Sie oftmals zueinander verbogen, um eine Wellenwicklung zu realisieren. Während dieses Biegeprozesses besteht ebenfalls das Problem des Aufdrillens der Formlitze. Dies hat zur Folge, dass ein Undefiniertes Ende der Formlitze entsteht, was zu Problemen bei einer automatisierten Kontaktierung führt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine Formlitze, bei deren Einsatz in elektrischen Maschinen nicht nur die Effizienz und die thermische Dauerleistungsfähigkeit verbessert ist, sondern insbesondere eine vereinfachte automatisierte Herstellbarkeit der Stator-Wicklung ermöglicht ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein vereinfachtes und einfach automatisierbares HersteIIverfahren für den Stator einer elektrischen Maschine.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren und in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
Die Erfindung geht dabei aus von einer elektrischen Maschine, deren Stator durch Statorzähne getrennte Nuten aufweist, in die aus mehreren Einzeldrähten gebildete Formstäbe unter Bildung einer verteilten Wicklung eingesetzt sind, welche die durch den Umrichter gespeiste Wicklung trägt. Dies gilt für Drehfeldmaschinen beliebiger Rotorbauart, wie zum Beispiel Asynchronmaschine, synchrone Reluktanzmaschine, stromerregte Synchronmaschine, hybriderregte Synchronmaschine und permanent erregte Synchronmaschine. Für derartige Maschinen sind Formlitzen bekannt, die aus einer Mehrzahl von gemeinsam von einem Ende der Formlitze zum anderen Ende verlaufenden und vorzugsweise miteinander verdrillten und gemeinsam gewalzten Einzeldrähten, sowie gegebenenfalls einer äusseren Umhüllung, bestehen.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist eine Formlitze erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Einzeldrähte in einem Längsabschnitt zwischen ihren Enden mit einer Isolierung, Ummantelung, Beschichtung, etc. versehen und an zumindest einer Stelle in einem Längsabschnitt an zumindest einem Ende der Formlitze sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch miteinander verbunden sind. Der Längsabschnitt ist dabei derart bemessen, dass er im in den Stator der elektrischen Maschine eingebauten Zustand der Formlitze von äussers- ten Ende der Formlitze bis zum Rand des Stators reicht. Vorzugsweise sind dabei alle Einzeldrähte ein und derselben Formlitze unmittelbar und in physischem Kontakt miteinander verbunden. Die elektrisch leitende Verbindung erfolgt unter direkter Kontaktierung der Einzeldrähte untereinander und die mechanisch fixierende Verbindung ebenfalls unter Herstellung von direktem Kontakt zwischen den Einzeldräh- te und einer Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung. Durch diese Vorkontak- tierung und Verbindung der Einzeldrähte und den entsprechenden Hersteliprozess der Formlitze ergibt sich eine verbesserte Stabilität und Formhaltung der Formlitze bei allen nachfolgenden Bearbeitungs- und Verarbeitungsschritten, insbesondere beim Einsetzen in die Nuten eines Stators einer elektrischen Maschine und beim weiteren Wicklungsaufbau. Durch die Bildung der stabilen Endabschnitte der Formlitzen mit deren mechanisch stabil miteinander verbundenen Einzeldrähte ist eine sichere Handhabung der Formlitze mit definiertem Halten der Formlitze gewährleistet, was entscheidend ist für einen automatisierten Hersteliprozess. Da die Formlitze nicht am Längsabschnitt an einer alifäliigen Isolation gehalten werden muss, können auch Verletzungen der Isolation (z.B. während des Herstellprozesses der Wicklung) vermieden werden.
Bevorzugt sind zumindest einige Einzeldrähte mittels der Isolierung an zumindest einer Stelle entlang ihrer Längserstreckung mechanisch miteinander verbunden. Damit erhält die Formlitze eine derartige Stabilität, dass sie bei der Handhabung im Herstellungsprozess, insbesondere dem automatischen Einschieben in den Stator, ihre Form behält und die Einzeldrähte nicht gegeneinander verschoben werden. Auch beim Biegen der Formlitzen zur Herstellung der Statorwicklung kann so die Stabilität der Formlitzen gewährleistet und insbesondere ein Aufdrillen verhindert werden. Ebenso kann dies gewährleisten, dass während des Betriebs des Elektro- motors die Drähte an den mechanisch verbundenen Stellen durch die auftretenden elektromagnetischen Kräfte wie auch sonstige Kräfte (z.B. Vibrationen) nicht gegeneinander scheuern und somit sich oder ihre Isolation beschädigen. Dazu können die die Form litze zusammenhaltenden Substanzen als Imprägnierung oder in Form ei- ner Vergussmasse vor dem Walzen von aussen aufgebracht werden. Die entsprechenden Komponenten können aber auch bereits auf den Einzeldrähten selbst vorhanden sein oder bei der Zusammenführung der Einzeldrähte eingebracht werden. So könnte ähnlich wie bei Faserverbundwerkstoffen ein Polymer als Faden mit eingedrillt werden, welches durch anschliessendes Erwärmen verfliesst und die Einzel- drähte zu einem Paket zusammenbackt. Der mittlere Längsabschnitt erstreckt sich dabei vorzugsweise über eine Länge der Formlitze, der im in den Stator eingebauten Zustand der Formlitze in der Nut des Stators zu liegen kommt und den Stator im Wesentlichen nicht überragt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zumindest einige der Einzeldrähte einer Formlitze über im Wesentlichen den gesamten Längsabschnitt an zumindest einem Ende der Formlitze sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch miteinander verbunden sind. Das bedeutet, dass die Verbindung nicht unbedingt am ganz äussersten Ende der Formlitze erfolgen muss, sondern auch geringfügig zur Mitte hin versetzt sein kann. Elektrisch gesehen sollte die Verbin- dung natürlich so nahe dem äussersten Ende der Formlitze liegen wie möglich. Dieses Merkmal ergibt eine noch bessere mechanische Stabilität des Endes der Formlitze und einen geringeren elektrischen Widerstand für den Stromfluss zwischen den Einzeldrähten, welche lokal an den Enden für die Verbindung der verschiedenen Formlitzen zueinander nötig ist. Vorzugsweise und zur weiteren Verbesserung der Stabilität und Handhabbarkeit ist diese elektrische und mechanische Verbindung an beiden Enden der Formlitze vorgesehen.
Bevorzugt ist dabei eine Mehrzahl der Einzeldrähte verbunden, um eine elektrische und mechanisch fixierende Verbindung zu gewährleisten, wobei die beste Wirkung natürlich durch eine Verbindung aller Einzeldrähte sichergestellt werden kann. Ne- ben weiter verbesserter mechanischer Stabilität und verringertem Widerstand kann mit dieser Ausführungsform auch das Herausstehen einzelner Einzeldrähte aus der Formlitze mit Gefahr der Beschädigung benachbarter Bauteile weitestgehend vermieden werden. Letzterer Vorteil ist auch durch eine Variante der Erfindung zu erzielen, bei welchem an zumindest einem Ende der Formlitze eine alle Einzeldrähte umschliessende Hülse aus elektrisch leitendem Material aufgebracht ist. Vorteilhafterweise ist jeweils eine derartige Hülse an beiden Enden der Formlitze vorgesehen. Vorzugsweise ist der umhüllende Querschnitt der Formlitze, allenfalls einschliesslich einer umschliessenden Hülse, über die elektrisch leitend als auch mechanisch miteinander verbundenen Längsabschnitte maximal gleich gross ist wie der Querschnitt über den gesamten verbleibenden Längsabschnitt, wobei die Querschnitte in Längsrichtung einer geraden Formlitze gesehen deckungsgleich sind. Dadurch können die Formlitzen axial in die Nuten des Stators eingeschoben werden, welcher Schritt des Herstellungsvorganges damit einfach auf automatisierte Weise durchführbar ist.
Gemäss einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der umhüllende Querschnitt der Formlitze, allenfalls einschliesslich einer umschliessenden Hülse, in zumindest einem der Längsabschnitte miteinander verbundener Einzeldrähten geringer ist als der Querschnitt im anschliessenden Längsabschnitt. Dabei liegt der geringere Querschnitt in Längsrichtung einer geraden Formlitze gesehen komplett innerhalb des grösseren Querschnitts. Neben der oben bereits erläuterten Möglichkeit, die Formlitzen einfach und automatisiert axial in den Stator einzuschieben, ist nun zusätzlich der Kupferfüllgrad an den Enden der Formlitze erhöht. Da sich genau hier die elektrische Verbindung von Formlitze zu Formlitze befindet, und Verluste in dieser Verbindung entstehen, ist der erhöhte Füllgrad durch die Kontaktierung von Vorteil, da der erhöhte Füllgrad den thermischen Übergang von Draht zu Draht verbessert. Dies resultiert in einer verbesserten Abführung der Verluste der Verbindungen und verbessert somit die thermischen Verhältnisse der Kontaktierung. Alle der oben beschriebenen Formlitzen mit mechanischer und elektrischer Verbindung können bevorzugt dadurch weiter verbessert werden, dass der sich an den zumindest einen Längsabschnitt am Ende der Formlitze mit sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch miteinander verbundenen Einzelldrähte anschliessende Längsabschnitt mit einer Isolierung, Ummantelung, Beschichtung, etc. versehen ist. Vorzugsweise liegt dieser Längsabschnitt im mittleren Bereich der Einzeldrähte zwischen den Längsabschnitten an den Enden. Damit ist eine optimale mechanische Verbindung der Einzeldrähte mit bester Stabilität der Formlitze bei der Handhabung gewährleistet. Besonders vorteilhaft ist die Herstellung der elektrisch leitenden und mechanischen Verbindung der Einzeldrähte durch ein Schweissverfahren, vorzugsweise durch Widerstandsschweissen. Auch die Verbindung der Hülsen um die Enden der Formiitzen kann vorteilhafterweise auf diese Art hergestellt werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das äusserste Ende jedes Längsab- Schnittes am Ende der Formlitze eine definierte Geometrie aufweist. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Enden zugespitzt ausgeführt ist. Dazu kann es zumindest linienförmig oder dachartig zulaufend enden. Dieses Zuspitzen von den Kontaktierungen am Ende der Formlitze ist die Basis für eine lokal definierte Verbindungstechnik der einzelnen Formlitzen untereinander im Zuge der Herstellung der Statorwicklung. Alienfalls können die Formlitzen auch im Wesentlichen punktförmig zulaufend enden. Eine andere mögliche Ausführungsform sieht eine flaches Ende vor bei welchem eine Schweissnaht entlang der Verbindungslinie angebracht wird. Eine andere mögliche Ausführungsform sieht eine Kerbe vor, wobei der zwischen den Kerben zweier Formlitzen gebildete Zwischenraum beim Schweissen durch zusätzlich angebrachtes Material aufgefüllt wird.
Weiters wird die eingangs dargelegte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine, wobei vorgefertigte Formlitzen wie obenstehend definiert und beschrieben als Teilstücke einer verteilten Wicklung in durch Statorzähne getrennte Nuten des Stators eingesetzt, anschliessend gege- benenfalls gebogen und mit zumindest einer weiteren Formlitze sowohl mechanisch als auch elektrisch leitend verbunden wird. Auch hier erfolgt die Verbindung vorzugsweise von Formlitzen in unterschiedlichen Statornuten. Durch das Kontaktieren der Enden der Formlitze, gegebenenfalls unter Einsatz eines Hilfsstückes wie z.B. einer gebogenen Kupferschiene, um verschiedene Formlitzen miteinander verbin- den zu können, wird ein Aufdrehen der Formlitzen nicht nur während des Einbringens, sondern auch während der nachfolgenden weiteren Prozessschritte, insbesondere während eines Biegeprozesses, verhindert. Durch die Bildung der stabilen Endabschnitte der Formlitzen mit deren mechanisch stabil miteinander verbundenen Einzeldrähte ist eine sichere Handhabung der Formlitze und damit eine gute Auto- matisierbarkeit des Herstellungsvorganges des Stators einschliesslich des Herstellens der Wicklung mit definiertem Halten der Formlitze gewährleistet. Da die Formlitze für die automatisierte Handhabung nicht am allfällig isolierten Längsabschnitt gegriffen und gehalten werden muss, können auch Verletzungen der Isolation vermieden werden. Selbst während des Biegens in der Nut an einem Ende einer Form- litze oder eines aus mehreren Formlitzen gebildeten Formstabes kann die Formlitze bzw. der Formstab am Ende sicher und fest gehalten werden. Der Gefahr, dass während des Biegens die Form litze bzw. der Formstab aus der Nut gezogen wird, ist damit sicher begegnet. Dadurch, dass das Ende eine definierte Geometrie hat, ist das automatisierte Zurückhalten einiges einfacher als bei einem losen Drahtbündel herkömmlicher Formlitzen, welches sich beim Halten verquetscht und keine definierte Form hat.
Bevorzugt wird bei dieser Verfahrensvariante zumindest eine vorgefertigte Form litze axial in die Nut des Stators vorzugsweise automatisch eingeschoben, wobei deren durch die Nut hindurch geschobenes und den Stator schliesslich überragendes Ende über den gesamten, den Stator überragenden Längsabschnitt einen geringeren Querschnitt aufweist als die Nut des Stators. Wie oben erläutert, ist beim hier vorgesehenen axialen Einschieben der Längsabschnitt am Ende der Formlitze, an welchem Ende die elektrisch leitende und mechanische Verbindung hergestellt ist, vom Querschnitt her kleiner als zumindest der anschliessende Längsabschnitt der Formlitze, der in der Nut des Stators aufgenommen wird.
Alternativ kann eine derartige vorgefertigte Formlitze auch radial in die Nuten des Stators eingesetzt werden. Der Durchmesser bzw. die Breite der Formlitze entspricht dabei an zumindest einer Stelle maximal der radialen, in Richtung der zent- ralen Achse weisenden Öffnung der jeweiligen Nut.
Im Rahmen der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Form litze vorgesehen, bei welchem vorteilhafterweise vor dem oben erläuterten Aufbau der Wicklung im Stator zur Herstellung einer Formlitze mehrere Einzeldrähte in Form eines Endlos-Bündels zugeführt werden. In bestimmten, der gewünschten Länge einer Formlitze entsprechenden Abständen werden auf das Bündel der Einzeldrähte dieses Bündel umfassende Hülsen aufgebracht und mit dem Bündel verbunden, insbesondere durch ein Schweissverfahren, vorzugsweise durch Widerstands- schweissen. Die Hülsen werden in einer ersten Ausführungsform dabei derart platziert, dass die Mitte der Hülse mit dem gewünschten Ende einer Formlitze zusam- menfällt. Die Länge der Hülse ist vorzugsweise doppelt so gross ist wie die erwünschte Länge der Hülse an Ende einer Formlitze, so das nach dem Durchtrennen des Bündels zusammen mit der Hülse in Höhe der Längsmitte der Hülse sich automatisch und durch einen einzigen Fertigungsschritt einerseits eine Formlitze mit der gewünschten Länge mit einer Hülse in gewünschter Länge am Ende dieser Formlitze ergibt. Die derart gebildete Formlitze wird danach in die Nut des Stators eingesetzt.
In einer anderen Ausführungsform werden zwei Hülsen hintereinander aufgescho- ben, wobei in einem nächsten Schritt zwischen den Hülsen die Trennung erfolgt.
Die Einzeldrähte und gegebenenfalls auch die Hülsen verbindende Schweissung kann dabei vor oder nach dem Durchtrennen zum Ablängen der Formlitze vorgenommen werden. Wenn beispielsweise das Widerstandsschweissen nach dem Durchtrennen angewendet wird, erfolgt vorzugsweise zuvor ein Zusammenpressen der Hülse zur Kompaktierung der Enden der Formlitze.
Bevorzugt werden bei einer Ausführungsvariante dieses Verfahrens das Bündel der Einzeldrähte und die diese Einzeldrähte umschliessende Hülse auf einen Querschnitt gebracht, der maximal gleich gross ist wie der Querschnitt über den gesam- ten verbleibenden Längsabschnitt. Um das automatische axiale Einführen der Formlitzen in die Statornuten zu ermöglichen, werden die Querschnitte in Längsrichtung der noch geraden Formlitze gesehen deckungsgleich ausgerichtet.
Weiter bevorzugt werden das Bündel der Einzeldrähte und die diese Einzeldrähte umschliessende Hülse auf einen Querschnitt gebracht, der in zumindest einem der Längsabschnitte miteinander verbundener Einzeldrähten geringer ist als der Querschnitt im anschliessenden Längsabschnitt und liegt der geringere Querschnitt in Längsrichtung der noch geraden Formlitze gesehen komplett innerhalb des grösseren Querschnitts.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Die Bezugszeichenliste ist Bestandteil der Offenbarung. Die Figuren werden zu- sammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indices geben funktionsgleiche oder ähnliche Bauteile an. Es zeigen dabei: die Fig. 1a bis 1e eine schematische Übersichtsdarstellung der Prozessschritte bei der Herstellung einer Formlitzenwicklung eines Stators, einschliesslich der Vorbereitung einer erfindungsgemässen Formlitze, Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung einer erfindungsgemässen Formlitze in bevorzugter Ausführungsform in axialer Ansicht,
Fig. 3 mehrere Ausführungsformen für die Gestaltung der Enden erfindungsge- mässer Formlitzen in radialer Ansicht,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der sowohl elektrischen als auch mechani- sehen Verbindung zweier Formlitzen, beispielsweise bei der Herstellung der Statorwicklung,
Fig. 5 und Fig. 6 die Wicklung des Stators im Bereich des Wickelkopfes mit erfin- dungsgemäss geformten Formlitzen in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen, und Fig. 7 eine schematische Übersichtsdarstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Formlitze mit Hülsen an den Enden.
Im Zuge der Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine unter Verwendung der erfindungsgemässen Formlitze werden die in den Fig. 1a bis 1e schematisch dargestellten Schritte durchlaufen. In einem ersten Schritt der Fig. 1 werden Formlitzen 1 zum Einsetzen in die Nuten 2a des Stators 2 und zur Bildung der Wicklung des Stators 2 hergestellt.
Um zuverlässig zu verhindern, dass sich Domänen im Querschnitt ausbilden, die mehrheitlich im Innern der Formlitze 1 verlaufen, sind meist deren Einzeldrähte 1e mehrfach verseilt. Domänen im Querschnitt würden ansonsten eine homogene Be- aufschlagung mit der Erregerleistung verhindern. Um die Wirkung der Maschine zu optimieren, macht die Länge L des Stators 2 vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches der Schlaglänge der Formlitzen 1 aus. Unter Schlaglänge ist die Länge eines verdrillten Leiters zu verstehen über die eine ganze Verdrehung (360° mech. Grad) des Leiters um seine eigene Längs-Achse. Die Formlitze 1 wird im Betrieb von diversen Magnetfeldern durchdrungen (Streufelder, Rotorfelder, ...). Da sie an beiden Enden 1a durch die elektrische Verbindung zwischen den Einzeldrähten 1e der Formlitzen 1 elektrisch kurzgeschlossen ist, bilden sich zwischen den Einzeldrähten 1e ein und derselben Formlitze 1 eine oder mehrere Leiterschleifen. In diesen Leiterschleifen wird durch das vorhandene Feld eine Spannung induziert. Die parasitären Ströme in den Leiterschleife, die aus den induzierten Spannungen folgen, sollen möglichst gering ausfallen. Deswegen ist bevorzugt darauf zu achten, dass die Verseilung sowie die Verdrillung einer Formlitze 1 möglichst einem ganzzahligen Teiler der Nutlänge im Stator 2 entspricht. Die Formlitzen 1 müssen nicht unbedingt alle die gleiche Querschnittsfläche aufweisen. Da die Nutstreuung zum Luftspalt hin zunimmt, nehmen hier ebenfalls die Stromverdrängungseffekte (Proximity-Effekt) zu. Dies bedeutet, dass es sinnvoll sein kann die Flächen der einzelnen Formlitzen 1 ungleich aufzuteilen, so dass sie für ein bestimmtes Lastkollektiv den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen. Auch kann die Gesamtheit der in einer Nut 2a sitzenden Formlitzen 1 eine nutähnliche Geometrie aufweisen, um einen verbesserten Wärmekontakt zur Nut 2a hin zu erzielen. In jedem Fall sollte bei einer Formlitzenwicklung die Querschnittsfläche der Formlitzen 1 auf die Form der Nut 2a abgestimmt werden (siehe Fig. 2).
Üblicherweise sind die Einzeldrähte 1e der Formlitzen 1 , die z.B. aus Kupfer, Alumi- nium oder ähnlichen elektrisch leitenden Materialien bestehen, jeweils von einer isolierenden Lackschicht umgeben. Das Verseilen bzw. Verdrillen und das Nachformen in die gewünschte Form bewirkt, dass die Einzeldrähte 1e mit ihren Lackschichten aneinandergedrückt werden. Die Lackschichten benachbarter Einzeldrähte 1 e verkleben miteinander, beispielsweise durch Hinzugeben eines zusätzlichen Werkstoffs (z.B. eines Harzes), bzw. sorgen für eine Haftung, was den Formlitzen 1 als Ganzes Stabilität verleiht. Zusätzlich bzw. bei anderen Metallen, z.B. Aluminium, die von einer isolierenden Oxidschicht bedeckt sind, können die verdrillten Einzeldrähte 1e mit einem Kleber, z.B. Harz, getränkt werden. Zudem kann der Einsatz von Backlackdrähten sinnvoll sein, welche Art von Drähten durch Hitzeeinwirkung miteinander verbacken. Auch durch diese Maßnahme kann verbesserte Stabilität erreicht werden.
Für die mechanische Festigkeit innerhalb der Formlitze 1 können diese verbindenden Komponenten nach den Walzen von aussen aufgebracht werden. Dazu kom- men als Imprägnierung beispielsweise Epoxy- Harze oder Silikon-Harze oder Vergussmassen auf Epoxy-Basis oder auf Polyurethan-Basis in Frage. Die Komponente können aber auch schon auf dem Draht vorhanden sein, der die Einzeldrähte 1e der Formlitze 1 darstellt, wie dies bei backlackbeschichteten Drähten der Fall ist. Schliesslich könnten die die Einzeldrähte 1e verbindenden Materialien auch innerhalb der Litze vorhanden sein. Ähnlich wie bei Faserverbundwerkstoffen könnten beispielsweise ein oder mehrere Fäden eines Polymers mit eingedrillt werden, das bei späterem Erwärmen verfliesst und das Litzenpaket zusammenbackt. Auch bei anderen Ausführungsformen der Formlitzen 1 , bei der die mechanische Verbindung zusammen mit der elektrischen Kontaktierung an zumindest einem der Enden 1 a der Formlitzen 1 erfolgt, kann zusätzlich eine derartige mechanische Verbindung über die Umhüllung bzw. Isolierung der Einzeldrähte 1e vorgesehen sein.
Vor dem Einsetzen in den Stator 2 werden die Formlitzen 1 auch auf die gewünschte Länge gebracht (in Fig. 1a bereits durchgeführt), vorzugsweise zugeschnitten. In einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird die Formlitze 1 nach dem Ablängen an ihren beiden Enden 1a kontaktiert. Die Kontaktierung erfolgt - wie in Fig. 1 b dargestellt ist - vorzugsweise über einen bestimmten Längsabschnitt am jeweiligen Ende 1a der Formlitze 1 und vorzugsweise durch einen Schweissvor- gang, vorzugsweise durch Widerstandsschweissen. Durch das Schweissen kann eine optimale Verbindung über die gesamt Länge des zu verbindenden Längsabschnittes gewährleistet werden. Dieser stabile Prozess ist vor allem wegen der gegebenen Wirtschaftlichkeit interessant für die Automobilindustrie. Mit dieser Kontaktierung ist auch eine mechanische Verbindung der Einzeldrähte 1e der Formlitze 1 geschaffen, die ein Aufdrehen der Formlitze 1 und ein Verschiebung der Einzeldräh- te 1e innerhalb der Formlitze 1 axial zueinander verhindert. Der Verbindungsvorgang umfasst dabei vorzugsweise alle Einzeldrähte 1e am jeweiligen Ende 1a der Formlitzen 1 , um die optimale Stabilität und elektrische Verbindung zu gewährleisten.
Dadurch, dass ein Aufdrillen und daraus resultierendes Verklemmen der Formlitze 1 verhindert wird, kann auf ein weniger aufwändiges Kraftüberwachungssystem für den Einschiebvorgang in die Nuten 2a des Stators 2 zurückgegriffen werden. Ebenso wird die Prozessbeherrschbarkeit verbessert, da dieses Risiko vermindert ist. Die üblichen leitenden Verbindungsverfahren sind meist nicht automotiv-konform, da vergleichsweise lange geheizt werden muss, beispielsweise um die zu verbinden- den Enden zu verzinnen. Dies bringt dann auch in den nachfolgenden Prozessen, wie etwa dem Biegen der Formlitzen 1 , Probleme mit sich, da etwa die Isolation bei zu starker Erwärmung aufgerissen werden kann. Ausserdem ist eine beispielsweise Lötverbindung an den Enden 1a keine geometrisch definierte Verbindung der Ein- zellitzen 1e.
Die Einzeldrähte 1e der Formlitze 1 können dabei vor dem Ablängen an vorzugsweise beiden Enden 1a kontaktiert, d.h. sowohl elektrisch leitend kontaktiert als auch mechanisch verbunden, werden. Bei dieser Variante werden die Formlitzen 1 in einem darauffolgenden Prozessschritt abgelängt. Durch das elektrische Kontak- tieren der Einzeldrähte 1e der Formlitzen 1 vor dem Einsetzen in den Stator der elektrischen Maschine ist eine elektrische Prüfung der Formlitze 1 oder eines aus mehreren Formlitzen 1 gebildeten Formstabes vor dem Einbau möglich, wodurch die Qualitätssicherung um einiges verbessert werden kann. Überdies vereinfacht die klar definierte Geometrie der Enden 1a der Formlitze 1 massgeblich die Automati- sierung im Gegensatz zu üblichen Formlitzen, deren Geometrie sich durch Aufdrillen oder Verschiebung der Einzeldrähte 1e verändern kann. Im weiteren Herstellungs- prozess des Stators 2 einer elektrischen Maschine vereinfacht sich auch das Kontaktieren der inneren und äusseren Formlitze 1 innerhalb jeder der Statornuten 2a sowie der unregelmässigen Verschaltungen, da die Einzeldrähte 1e durch das je- weils gewählte Verbindungsverfahren zumindest teilweise auch schon elektrisch verbunden sind.
Vorzugsweise wird zumindest eines der kontaktierten - und damit auch mechanisch verbundenen - Enden 1a der Formlitzen 1 auch kompaktiert, d.h. es wird der Querschnitt dieses Endes 1a oder zumindest an einer Umfangsposition der Durchmesser oder zumindest die Breite an einer Stelle dieses Endes 1 a vermindert, wie in Fig. 1 b deutlich zu erkennen ist. Durch diesen Schritt der Kompaktierung vorzugsweise beider Enden 1a der Formlitze 1 kann erreicht werden, dass die Aussen-Geometrie der Enden 1a genauso wie jene des mittleren Längsbereiches 1 b der Formlitzen 1 vorzugsweise an jeder Stelle des Umfangs kleiner ist als die Nutgeometrie. Damit kön- nen die erfindungsgemässen Formlitzen 1 mit ihren kontaktierten und kompaktierten Enden 1a in die Statornuten 2a automatisiert eingeschoben werden. Ein radiales Einschieben in den Stator 2 ist bei parallelen Nuten 2a mit Nutfuss mit übereinan- der-liegenden (und nicht nebeneinanderliegenden) Formstäben wegen des Nutfuss nicht möglich. Bei innenlaufenden Motoren mit trapezförmigen Nuten 2a ist dies ebenfalls nicht möglich, weil bei innenlaufenden Maschinen sich das Trapez nach innen verjüngt. Wenn die Form der Nuten oder die Positionierungsart der Formlitzen 1 (z.B. nebeneinanderliegend) 2a dies aber erlaubt, können die Formlitzen 1 selbstverständlich auch radial eingeschoben werden. Fig. 2 zeigt eine axiale Ansicht einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Formlitze 1. Der umhüllende Querschnitt der Formlitze 1 ist in zumindest einem der Längsabschnitte miteinander verbundener Einzeldrähte 1e geringer ist als der Querschnitt im anschliessenden Längsabschnitt. Die
Querschnittsform der Formlitze 1 entspricht der Trapezform der Statornut 2a, zu- mindest im mittleren Längsabschnitt zwischen den elektrisch und mechanisch verbundenen und auch zu geringerem Querschnitt kompaktierten Enden 1a. Der geringere Querschnitt ist dabei zumindest an demjenigen Ende der Formlitze 1 am axial in den Stator 2 eingeschobenen Ende der Formlitze 1 vorgesehen. Er liegt in Längsrichtung einer geraden Formlitze 1 , d.h. im Anfangszustand vor einem allfälligen Biegevorgang, gesehen komplett innerhalb des grösseren Querschnitts der Formlitze 1 , der zumindest über den Längsabschnitt vorgesehen ist, der innerhalb der Statornut 2a zu liegen kommt (in Fig. 2 die äusserste Umfangslinie).
Nach dem axialen Einschieben der Formlitzen 1 in die Nuten 2a des Stators 2 ergibt sich die in Fig. 1c dargestellte Konfiguration mit noch gerader Ausrichtung der Form- litzen 1. Durch die Kontaktierung vorzugsweise an beiden Enden 1a der Formlitze 1 werden beim Einschieben die Formlitzen 1 selbst nicht beschädigt und auch jeweils benachbarte Formlitzen 1 oder der Stator werden nicht beschädigt. Sowohl eine Beschädigung der Isolation der Einzeldrähte 1e und/oder der Nutisolation kann verhindert werden, gleich ob sich die Nutisolation schon in der Nut 2a befindet oder sich auf der Formlitze 1 zumindest vor dem Einschieben befindet. Ebenso kann eine Beschädigung des Stators 2, beispielsweise ein Zerkratzen der Bleche, verhindert werden, wodurch den Wirkungsgrad der Maschine verschlechternde Kurzschlüsse verhindert werden können.
In einer Ausführung mit mehreren Formlitzen 1 in einer Nut 2a mit nicht parallelen Wänden, etwa in Nuten 2a eines innenlaufenden Motors, kann auch nur die Geometrie der Kontaktierung des Endes 1a der letzten eingeschobenen Formlitze 1 kleiner oder gleich groß wie die Nutgeometrie sein. Bei einem radialen Einfügen kann es ebenfalls sinnvoll sein, die Enden 1 a kontaktiert zu haben, da hier ebenfalls die Gefahr eines Aufdrehens besteht. Hier ist es aber unwichtig, ob der Durchmesser bzw. der Querschnitt im Längsabschnitt der Kontaktierung grösser oder kleiner ist als die Nut 2a, da die Kontaktierung nicht durch die Nut 2a geführt wird.
Nach dem Einschieben werden die Formlitzen 1 meist gebogen (Fig. 1d), damit die Verschaltung der Formlitzen 1 zur Wicklung des Stators 2 im nachfolgenden Prozessisch ritt) einfach vollzogen werden kann. Selbstverständlich sind aber auch andere Arten der Herstellung der Verschaltung der Formlitzen 1 untereinander möglich. Die derart gebogenen Formlitzen 1 werden schliesslich miteinander elektrisch leitend und auch mechanisch verbunden, wie in Fig. 1e dargestellt ist. Die hier dar- gestellte Variante zeigt eine relativ grosse Wickelkopfhöhe h, die sich ohne Vorkon- taktieren (Kontaktieren nach Einschieben der Formlitzen 1 ) aber mit zusätzlicher Biegung nach oben ergibt, um Zugänglichkeit zur Formlitze 1 zu gewährleisten. Der Verbindungsbereich 3 ist durch beispielsweise eine Hülse 4 gegeben, welche Hülse 4 die Enden 1a der zu verbindenden Formlitzen 1 umfasst. In einer vorteilhaften Ausführung einer Formlitze 1 kann zumindest ein Ende 1a, wie beispielhaft in Fig. 3 (die Aufteilung der Formlitze 1 in die Einzeldrähte 1e ist nur in der ganz linken Abbildung der Fig. 3 dargestellt, in den übrigen Abbildungen ist das in gleicher Weise aus Einzeldrähten 1e bestehende Ende der Einfachheit halber einfarbig dargestellt) zu sehen ist, linienförmig, kegelig, pyramidenförmig oder unre- gelmässig zulaufend zugespitzt sein, was das Einfügen in den Stator 2 natürlich vereinfacht. Ebenso kann dies für den nachgelagerten Verbindungsprozess im Wickelkopf des Stators 2 - angedeutet in den Fig. 4 bis 6 - Vorteile bieten.
Nach dem Kontaktieren und vor dem Einschieben kann gegebenenfalls die Qualität der Kontaktierung an den Enden 1a der Formlitze 1 und die Qualität der eventuell schon aufgebrachten Isolation überprüft werden. Dies bietet erhebliche Vorteile in der Qualitätssicherung während des Prozesses. Dies könnte nicht durchgeführt werden, wenn erst nach dem Einschieben kontaktiert würde. Auch kann nach dem Einschieben der Formlitzen 1 in den Stator 2 durch die klar definierten Enden 1a genauer die axiale Position der Formlitzen 1 bestimmt werden, was die Automatisie- rung des Herstellvorganges vereinfacht, da eine genauere Positionsbestimmung ermöglich ist. Nach Einschieben - und vorzugsweise vor einem allfälligen Biegen der Enden 1a wie in Schritt 4 der Fig. 1 -kann ebenfalls ein HV-Test (Formlitze 1 zu Stator 2) gemacht werden, was einen weiteren Vorteil in der Qualitätssicherung bringt. Zudem kann ein allfälliger Fehler genau lokalisiert werden, d.h. die fehlerhafte Formlitze 1 genau identifiziert werden. Auch dies wäre nicht möglich wenn erst nach dem Biegen kontaktiert wird.
Beim Biegeprozess besteht die Gefahr, dass während des Biegens die Formlitze 1 aus der Nut 2 gezogen wird. Durch die Vorkontaktierung kann definiert die Formlitze 1 zurückgehalten und die axiale Position genau bestimmt werden. Durch das Kon- taktieren der Enden 1a der Formlitze 1 wird das Kontaktieren/Verschalten der eingeschobenen Formlitzen 1 im Stator 2 sowie der unregelmässigen Verschaltungen vereinfacht, da die Einzeldrähte 1e durch das Kontaktieren schon elektrisch verbunden sind. Es müssen nur noch die zwei verbundenen Enden 1a miteinander elektrisch verbunden werden. Dies bedeutet, dass auf zwei schon vorkontaktierte und geometrisch definierte Flächen/Volumenkörper eine elektrische/mechanische Verbindung angebracht werden kann.
Da zwischen den einzelnen verbogenen Formlitzenverbindungen im Wickelkopf nur ein Abstand von einer Zahnbreite besteht, gestaltet sich ein Kontaktieren der Einzeldrähte 1e der jeweiligen Formlitzen 1 wie auch der Formlitzen 1 zueinander im eingebauten und verbogenen Zustand als sehr schwierig. Durch die erfindungsge- mäss in den einzelnen Formlitzen 1 schon elektrisch leitend verbundenen Einzeldrähte 1e entfällt ein kompliziertes elektrisches Verbinden der einzelnen Drähte innerhalb der elektrischen Maschine. Durch das Vorkontaktieren ist auch ein kleinerer Wickelkopf möglich, da der Zugang zum Kontaktieren der einzelnen Formlitzen und/oder der die Formlitze bildenden Einzeldrähte 1e nicht mehr gegeben sein muss. Nur die zwei oberen Kanten der Formlitzen 1 müssen miteinander verbunden werden.
Durch das Kontaktieren der Enden 1a der Formlitzen 1 kann ein Aufdrillen der Formlitze 1 beim Biegen oder kann auch eine axiale Verschiebung einzelner Einzel- drähte 1e innerhalb einer Formlitze 1 - was eine nachträgliche elektrische Kontak- tierung zur Verbindung mit anderen Formlitzen 1 schwierig macht - sicher verhindert werden. Auch die Verletzung der Isolation im Wickelkopf des Stators 2 durch einzelne herausstehende Einzeldrähte 1e kann verhindert werden, wenn die Enden 1a der Formlitzen 1 vor dem Biegen schon kontaktiert und die Einzeldrähte 1e damit auch mechanisch miteinander verbunden sind.
Die elektrisch leitende und auch mechanisch fixierende Verbindung von zwei zugespitzten Enden 1a zweier unterschiedlicher Formlitzen 1 kann - besonders vorteil- haftbei einem geometrisch definierten Ende (z.B. zugespitzte Ausführungsform der Enden 1a, oder auch definierte flache Geometrie oder Geometrie, bei welcher sich eine Kerbe zwischen den Formlitzen 1 befindet) durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem Strom von einer Elektrode E in die spitz zulaufenden Enden 1a der Formlitzen 1 fließt und somit durch das Zusammenschmelzen der Formlitzen 1 mit oder ohne Zusatzstoffen eine elektrische und mechanische Verbindung 3 geringer Dimensionen, im Wesentlichen etwa punkt- oder linienförmig, herstellt, wie dies in Fig. 4 (die Aufteilung der Formlitze 1 in die Einzeldrähte 1e, wie beispielsweise in der ganz linken Abbildung der Fig. 3 dargestellt, ist hier für das in gleicher Weise aus Einzeldrähten 1e bestehende Ende der Formlitze 1 der Einfachheit halber durch eine einfarbige Darstellung ersetzt) gezeigt ist. In einer Ausführungsform kann die Verbindung von zwei zugespitzten Enden 1a zweier Formlitzen 1 durch ein TIG- Schweissverfahren, eventuell ohne Zusatzstoff, hergestellt werden. Für die Wicklungsherstellung im Wickelkopf des Stators 2 ist dieses Verbindungsverfahren in Fig. 5 dargestellt. Die Formlitzen 1 sind mit ihren mit Hülsen 4 versehenen Enden 1a aufeinander hin gebogen und an den Berührungspunkten in gleicher Weise mit einer elektrischen und mechanischen Verbindung 3 geringer Dimensionen, im Wesentlichen etwa punkt- oder linienförmig, versehen.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Verbindung zweier zusammenlaufender Formlitzen 1 mit oder ohne Hülsen 4 an den den Stator 2 überragenden Enden 1a durch Widerstandsschweissen oder einem gleichartigen Verfahren auch linienförmig über einen grösseren Längsabschnitt der Enden 1a oder auch flächig durchgeführt werden. Diese Variante ist in Fig. 6 dargestellt. Auch dabei bietet die definierte Geometrie der Enden 1a Vorteile gegenüber Formlitzen aus unverbundenen Einzeldrähten 1e. Es besteht durch das Vorkontaktieren der Enden 1a der Formlitzen 1 und einem eventuellen Anspitzen der Enden 1a auch die Möglichkeit, den vorher genannten Kontaktierungsprozess einzusetzen. Dies hat den Vorteil, dass nur Platzbedarf oberhalb der Formlitzen 1 besteht, während seitlicher Platzbedarf nicht nötig ist. Damit kann zum einen der Platz zwischen Formlitzen 1 und Kühlmantel des Stators 2 genutzt werden, und zum anderen kann dieser Kühlmantel schon in einem früheren Prozessschritt als bei herkömmlichen Fertigungsverfahren auf dem Stator 2 angebracht werden. Da der radiale Platz zwischen den Formlitzenverbindungen eine Zahnbreite zwischen den Nuten 2a breit ist und dieser beim Verbindungsprozess durch das vorgängige Kontaktieren nicht benötigt wird, ist das Zahndesign viel freier wählbar als bislang. Dies ermöglicht die volle Freiheit für die magnetische Auslegung der elektrischen Maschine, was insbesondere für Antriebsmotoren von Elekt- rofahrzeugen von besonderer Bedeutung ist. Durch das Kontaktieren der Enden der Formlitze 1 entstehen klar definierte End- Geometrien, die massgeblich die Automatisierung der Biegung vereinfachen, da die Formlitze 1 besser in Form bleibt als gegeneinander bewegliche Einzeldrähte 1e, deren Geometrie sich durch ein Aufdrillen verändern kann.
Die Fig. 7 schliesslich zeigt schematisch ein vorteilhaftes erfindungsgemässes Ver- fahren zur Herstellung einer Formlitze 1 wie sie gemäss der bisherigen Erfindungsbeschreibung zur Anwendung kommt. Die Einzeldrähte 1e werden auf separaten Rollen zugeführt oder es kann auch ein bereits verdrillter Strang 5 von Einzeldrähten 1e von einer Rolle abgespult werden. Der Strang 5 mit vorerst typischerweise kreisrundem Querschnitt Q1 wird in einer Walzanlage 6 auf rechteckigen oder vor- zugsweise trapezförmigen Querschnitt Q2 umgearbeitet. Nach dem Walzen, das noch am Endlosstrang 5 der Einzeldrähte 1e durchgeführt wird, wird dann in Abständen, welche der gewünschten Länge der Formlitzen 1 entsprechen, Hülsenelemente 4a aufgebracht und durch vorzugsweise ein Schweissverfahren, insbesondere Widerstandsschweissen, befestigt. Dabei werden vorteilhafterweise auch die Ein- zeldrähte 1e elektrisch leitend und auch mechanisch miteinander und auch mit dem Hülsenelement 4a verbunden. Das Hülsenelement 4a ist vorzugsweise doppelt so lang wie die an der fertigen Formlitze 1 gewünschte Hülse 4. Der Strang 5 wird zusammen mit dem Hülsenelement 4a an einer Trennposition T durchtrennt, so dass das vom Strang 5 abgetrennte Stück nun als fertige Formlitze 1 mit Hülse 4 an bei- den Enden 1a vorliegt. Für das nun am Ende des Stranges 5 befindliche Stück wurde durch den erläuterten Verfahrensschritt die erste der beiden vorgesehenen Verbindungen am ersten Ende 1a hergestellt. So entsteht kein Abfall beim Herstellen und Ablängen der Formlitzen 1. Anschliessend an das Durchtrennen oder auch noch kurz davor kann die Kompaktierung der Enden 1a bzw. der später die Enden 1a bildenden Längsabschnitte des Stranges 5 durchgeführt werden, um diesen Längsabschnitten die gewünschte Querschnittsform und -grosse zu geben, wie er oben im Zusammenhang mit der axialen Einschiebbarkeit der Formlitzen 1 in die Nuten 2a des Stators 2 erläutert wurde. Durch das oben beschriebene Aufbringen, Befestigen und Kontaktieren eines später zwei Hülsen 4 bildende Hülsenelement 4a und dessen anschliessendes Durchtrennen kann die Anzahl der herzustellenden Kontaktierungen halbiert werden. Durch das Kontaktieren vor dem Ablängen wird ein Aufdrehen der Formlitze 1 verhindert. Somit kann sichergestellt werden, dass die Formlitze 1 die vorgegebene Geometrie behält.
In einer anderen Ausführungsform werden zwei separate Hülsen 4 hintereinander aufgeschoben und eventuell mit dem gewalzten Strang 5 der Einzeldrähte 1e verpresst, wobei in einem nächsten Schritt zwischen den Hülsen 4 die Trennung erfolgt. Die elektrische und mechanische Kontaktierung kann dabei vor wie auch nach der Trennung erfolgen Diese Methode hat den Vorteil, dass die Isolationsreste bei der Verbindung der Hülse in die Mitte zwischen den zwei Hülsen 4 entweichen kann. Durch die Zugänglichkeit des Bereiches zwischen den zwei Hülsen 4 können die Isolationsreste einfacher und besser entfernt werden.
In einer anderen Ausführungsform des Herstellungsvorganges wird die Formlitze 1 zuerst auf die gewünschte Länge gebracht und dann erst durch vorzugsweise den Schweissvorgang kontaktiert. Dabei kann der Schweissvorgang ganz genau und effizient auf die zu kontaktierende Länge abgestimmt werden, da ein Verschnitt von verschweissten Einzeldrähten 1e vermieden wird.
Bezugs.zeichenliste
1 Formlitze
1a Ende der Formlitze
1e Einzeldrähte
2 Stator
2a Nut des Stators
3 Verbindung zwischen Formlitzen
4 Hülse
4a Hülsenelement
5 Verseilter Einzeldraht-Strang
6 Walzanlage
E Elektrode
Q1 Querschnitt vor Walzen
Q2 Querschnitt nach Walzen
T Trennposition

Claims

Patentansprüche
1. Formlitze zur Herstellung der Wicklung des Stators einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Drehfeldmaschine wie einem Motor oder Generator, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, die Formlitze bestehend aus einer Mehrzahl von gemeinsam von einem Ende der Formlitze zum anderen Ende verlaufenden und vorzugsweise miteinander verdrillten und gemeinsam gewalzten Einzeldrähten (1e), und gegebenenfalls einer äusseren Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Einzeldrähte (1e) in einem Längsabschnitt zwischen ihren Enden (1a) mit einer Isolierung, Ummantelung, Beschichtung, etc. versehen und an zumindest einer Stelle in einem Längsabschnitt an zumindest einem Ende (1a) der Formlitze (1 ) sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch miteinander verbunden sind.
2. Formlitze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Einzeldrähte (1e) mittels der Isolierung, Ummantelung, Beschichtung, etc. an zumindest einer Stelle entlang ihrer Längserstreckung mechanisch miteinander verbunden sind.
3. Formlitze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Einzeldrähte (1e) über im Wesentlichen den gesamten Längsabschnitt an zumindest einem Ende (1a) der Formlitze (1 ), vorzugsweise an beiden Enden (1a), sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch miteinander verbunden sind.
4. Formlitze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl aller Einzeldrähte (1e), vorzugsweise alle Einzeldrähte (1e), sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch miteinander verbunden sind.
5. Formlitze nach zumindest einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Ende (1a) der Formlitze (1 ), Vorzugs- weise an beiden Enden (1a), eine alle Einzeldrähte (1e) umschliessende Hülse (4) aus elektrisch leitendem Material aufgebracht ist.
6. Formlitze nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der umhüllende Querschnitt der Formlitze (1 ), allenfalls einschliesslich einer umschliessenden Hülse (4), über die elektrisch leitend als auch mechanisch miteinander verbundenen Längsabschnitte maximal gleich gross ist wie der Querschnitt über den gesamten verbleibenden Längsabschnitt, wobei die Querschnitte in Längsrichtung einer geraden Formlitze (1 ) gesehen deckungsgleich sind.
7. Formlitze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der umhüllende Querschnitt der Formlitze (1 ), allenfalls einschliesslich einer umschliessenden Hülse (4), in zumindest einem der Längsabschnitte miteinander verbundener Einzeldrähte (1e) geringer ist als der Querschnitt im anschliessenden Längsabschnitt und der geringere Querschnitt in Längsrichtung einer ge- raden Formlitze (1 ) gesehen komplett innerhalb des grösseren Querschnitts liegt.
8. Formlitze nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der sich an den zumindest einen Längsabschnitt am Ende (1a) der Formlitze (1) mit sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch mit- einander verbundenen Einzeldrähte (1e) anschliessende Längsabschnitt, vorzugsweise der mittlere Bereich der Einzeldrähte (1e) zwischen den Längsabschnitten an den Enden (1a), mit einer Isolierung, Ummantelung, Beschichtung, etc. versehen ist.
9. Formlitze nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzeldrähte (1e) untereinander und/oder eine Hülse (4) mit zumindest einigen der Einzeldrähte (1e) elektrisch leitend und mechanisch durch ein Schweissverfahren verbunden sind, vorzugsweise durch Widerstands- schweissen.
10. Formlitze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das äusserste Ende jedes Längsabschnittes am Ende (1a) der Formlitze (1 ) eine definierte Geometrie aufweist, wobei das äusserste Ende jedes Längsabschnittes am Ende (1a) der Formlitze (1 ), allenfalls einschliesslich einer Hülse (4), vorzugsweise zugespitzt ausgeführt ist und zumindest linien- förmig oder dachartig zulaufend endet oder ein flaches Ende mit einer Schweissnaht entlang der Verbindungslinie vorgesehen ist, oder eine Kerbe aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine elektrische Maschine, insbesondere eine Drehfeldmaschine, wie einem Motor oder Generator, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass vorgefertigte Formlitzen (1 ) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis
10 als Teilstücke einer verteilten Wicklung in durch Statorzähne getrennte Nuten (2a) des Stators (2) eingesetzt, anschliessend gegebenenfalls gebogen und mit zumindest einer weiteren Formlitze (1 ), vorzugsweise einer anderen Nut (2a), sowohl mechanisch als auch elektrisch leitend verbunden wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine vorgefertigte Formlitze (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis
11 axial in die Nut (2a) des Stators (2) vorzugsweise automatisch eingeschoben wird, deren durch die Nut (2a) hindurch geschobenes und den Stator (2) schliesslich überragendes Ende über den gesamten, den Stator (2) überragenden Längsabschnitt einen geringeren Querschnitt aufweist als die Nut (2a) des Stators (2).
13. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine vorgefertigte Formlitze (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 radial in eine der durch Statorzähne getrennte Nuten (2a) des Stators (2) eingesetzt wird, wobei der Durchmesser bzw. die Breite der Formlitze (1 ) an zumindest einer Stelle maximal der Öffnung der jeweiligen Nut (2) entspricht.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Formlitze (1 ) mehrere Einzeldrähte (1e) in Form eines Endlos-Bündels (5) zugeführt werden, dass in bestimmten, der gewünschten Länge einer Formlitze (1 ) entsprechenden Abständen das Bündel (5) der Einzeldrähte (1e) umfassende Hülsen (4a) aufgebracht und mit dem Bündel (5) verbunden werden, insbesondere durch ein Schweissverfahren, vorzugsweise durch Widerstandsschweissen, wobei die Mitte der Hülse (4a) mit dem Ende (1a) einer Formlitze (1 ) zusammenfällt und die Länge der Hülse (4) doppelt so gross ist wie die erwünschte Länge der Hülse (4) am Ende (1 a) einer Formlitze (1 ), und dass das Bündel (5) zusammen mit der Hülse (4) in Höhe der Längsmitte der Hülse (4) durchtrennt wird, und dass anschliessend die derart gebildete Formlitze (1 ) in eine Nut (2a) des Stators (2) eingesetzt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Formlitze (19 mehrere Einzeldrähte (1e) in Form eines Endlos-Bündels (5) zugeführt werden, dass in bestimmten, der gewünschten Länge einer Formlitze (1 ) entsprechenden Abständen zwei separate, das Bündel (5) der Einzeldrähte (1e) umfassende Hülsen (4) aufgebracht und mit dem Bündel (5) verbunden werden, insbesondere durch ein Schweissverfahren, vorzugsweise durch Widerstandsschweissen, und dass das Bündel (5) zwischen den benachbarten Hülsen (4) durchtrennt wird, und dass anschliessend die derart gebildete Formlitze (1 ) in eine Nut (2a) des Stators (2) eingesetzt wird
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bündel (5) der Einzeldrähte (1e) und die diese Einzeldrähte (1e) umschlies- sende Hülse (4) auf einen Querschnitt gebracht werden, der maximal gleich gross ist wie der Querschnitt über den gesamten verbleibenden Längsabschnitt, wobei die Querschnitte in Längsrichtung der noch geraden Formlitze (1 ) gesehen deckungsgleich sind.
17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das
Bündel (5) der Einzeldrähte (1e) und die diese Einzeldrähte (1e) umschlies- sende Hülse (4) auf einen Querschnitt gebracht werden, der in zumindest einem der Längsabschnitte miteinander verbundener Einzeldrähte (1e) geringer ist als der Querschnitt im anschliessenden Längsabschnitt und der geringere Querschnitt in Längsrichtung der noch geraden Formlitze (1 ) gesehen komplett innerhalb des grösseren Querschnitts liegt.
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