Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren zur

Herstellung eines Stators, der für eine Synchron- oder Asynchronmaschine vorgesehen ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Stator, der durch ein solches Herstellungsverfahren erhältlich ist.

Im Stand der Technik werden Statoren von Synchron- oder

Asynchronmaschinen hergestellt, indem Spulen auf einen Trägerkörper aufgezogen werden und anschließend der Trägerkörper in den Stator so eingeführt wird, dass die Spulen in entsprechende Nuten eingezogen werden.

Hierbei entsteht insbesondere bei Zweischichtwicklungen die Problematik, dass abschließende manuelle Eingriffe vorgenommen werden müssen, um eine richtige Anordnung der Spulen in der Zweischichtwicklung zu erreichen. Aus diesem Grund lassen sich bei Statoren mit Zweischichtwicklungen die Spulen nicht vollautomatisch einziehen.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Stators, der für eine Synchronoder Asynchronmaschine vorgesehen ist, zu schaffen, das ein vollständig automatisches Einziehen der Spulen - ohne manuelle abschließende Eingriffe machen zu müssen - zulässt.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines für eine Synchron- oder Asynchronmaschine vorgesehenen Stators mit einer

Zweischichtwicklung gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet folgende Schritte:

Anordnen eines Statorkörpers, der eine Rotationsachse für einen bestimmungsgemäß in den Statorkörper einzusetzenden Rotor definiert, die in Längsrichtung des Statorkörpers verläuft, wobei der Statorkörper eine Vielzahl von in der Längsrichtung verlaufenden Nuten aufweist;

Vorsehen einer Vielzahl von Spulen, durch die bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Stators ein Strom zur Erzeugung eines Drehfeldes fließt; und

Einziehen der Spulen in die Nuten, derart, dass in den Nuten jeweils Spulenseiten mindestens zweier Spulen verlaufen und die

Zweischichtwickelung dadurch ausbilden, dass die Spulenseiten, die radial zu der Rotationsachse außen liegen, eine Unterschicht der Zweischichtwickelung bilden, und die Spulenseiten, die radial zu der Rotationsachse innen liegen, eine Oberschicht der Zweischichtwickelung bilden; wobei

die Spulen derart in die Nuten eingezogen werden, dass die Spulenseiten jeder der Spulen ausschließlich entweder die Unterschicht oder die Oberschicht bilden.

Der Statorkörper ist bevorzugt aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit guten elektrischen und magnetischen Eigenschaften ausgebildet.

Der Statorkörper ist bevorzugt als Hohlzylinder ausgestaltet und hat im Schnitt quer zur Rotationsachse (senkrecht zur Rotationsachse) einen ringförmigen Querschnitt. In den Hohlzylinder kann der Rotor

bestimmungsgemäß so eingesetzt werden, dass er sich um die in

Längsrichtung des Statorkörpers erstreckende Rotationsachse drehen kann.

Die Nuten sind auf der Innenseite des Rotors bzw. Hohlzylinders ausgebildet und verlaufen in der Längsrichtung des Rotors.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Spulen bevorzugt vorab durch eine Wickelmaschine so gewickelt, dass sie für den Statorkörper die entsprechenden richtigen Dimensionen aufweisen. Die Spulen werden bevorzugt durch Wickeln eines Kupferdrahtes, der mit einem Isolationslack beschichtet ist, hergestellt.

Das Einziehen der Spulen in die Nuten erfolgt insbesondere dadurch, dass die Spulen auf einem Trägerkörper angeordnet werden und anschließend der Trägerkörper durch den hohlzylinderförmigen Stator gezogen wird, sodass sich die Spulenseiten innerhalb der Nuten befinden. Unter Spulenseiten sind im Rahmen dieser Anmeldung die Abschnitte der Spulen gemeint, die sich innerhalb der Nuten befinden. Das bedeutet, dass jede Spule mindestens zwei Spulenseiten, die sich innerhalb der Nuten befinden, aufweist.

Erfindungsgemäß werden die Spulen in die Nuten so eingezogen, dass die entsprechenden Spulenseiten entweder ausschließlich die Unterschicht der Zweischichtwicklung oder die Oberschicht der Zweischichtwicklung bilden. D.h. die Spulenseiten einer der Spulen liegen nicht in unterschiedlichen Schichten der Zweischichtwicklung.

Hierdurch lässt sich erreichen, dass die Spulen des Stators

vollautomatisch in die Nuten gezogen werden können, ohne dass hierbei manuelle Schritte abschließend notwendig sind.

Bevorzugt werden die Spulen der Unterschicht und/oder der Oberschicht so eingezogen, dass die entsprechenden Spulenseiten jeweils auf mindestens zwei Nuten verteilt sind.

Besonders bevorzugt sind die Spulen der Unterschicht und/oder der Oberschicht jeweils aus einer ersten Spule und einer zweiten Spule, die unterschiedliche Spulenweiten haben, ausgebildet, und die erste und zweite Spule werden so in die Nuten eingezogen, dass Spulenseiten der ersten Spule in Nuten der mindestens zwei Nuten verlaufen, die zwischen Nuten liegen, in denen Spulenseiten der zweiten Spule verlaufen.

In dieser bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens befinden sich nach dem Einziehen der Spulen die Spulenseiten der zweiten Spule in

entsprechenden Nuten, die einen bestimmten Abstand voneinander haben. Die Spulenseiten der ersten Spule verlaufen in entsprechenden Nuten, die sich zwischen den Nuten, in denen die Spulenseiten der zweiten Spule verlaufen, befinden. Insoweit hat die erste Spule eine geringere Spulenweite als die zweite Spule und wird von der zweiten Spule vollständig umschlossen. Bevorzugt sind die Nuten, in denen die Spulenseiten der ersten Spule verlaufen, unmittelbar benachbart zu den Nuten, in den die Spulenseiten der zweiten Spule verlaufen.

Bevorzugt sind die Spulen der Unterschicht aus einer Vielzahl von m Strängen, insbesondere m=3 Strängen, gewickelt. Gleichermaßen sind die Spulen der Oberschicht aus der Vielzahl von m Strängen, insbesondere m=3 Strängen, gewickelt. Die Spulen werden so in die Nuten eingezogen, dass Spulenseiten der Spulen, die die Unterschicht und die Oberschicht bilden, demselben Polpaar entsprechen, und zu demselben Stang gehören, in denselben und unterschiedlichen Nuten verlaufen.

Anders ausgedrückt sind die Spulen, die zu demselben Strang gehören, demselben Polpaar entsprechen, und sich in unterschiedlichen Schichten der Zweischichtwicklung befinden, auf mehrere Nuten verteilt und liegen teilweise übereinander, indem die Spulen zueinander um eine Nutenanzahl versetzt sind.

Insbesondere sind die Spulen der Unterschicht und der Oberschicht jeweils aus einer ersten Spule und einer zweite Spule, die unterschiedliche Spulenweiten haben, ausgebildet.

Die erste und zweite Spule werden so in die Nuten eingezogen, dass (i) Spulenseiten der ersten Spule in Nuten verlaufen, die zwischen Nuten liegen, in denen Spulenseiten der zweiten Spule verlaufen, und (ii) die Spulenseiten der ersten und zweiten Spulen, die die Unterschicht und die Oberschicht bilden, demselben Polpaar entsprechen, und zu demselben Stang gehören, in denselben und unterschiedlichen Nuten verlaufen.

Anders ausgedrückt liegen die ersten und zweiten Spulen, die zu demselben Strang gehören, demselben Polpaar entsprechen, und sich in unterschiedlichen Schichten der Zweischichtwicklung befinden, teilweise übereinander, indem die Spulen der Unterschicht und der Oberschicht zueinander so versetzt sind, dass Spulenseiten der ersten oder zweiten Spule in derselben Nut verlaufen wie die Spulenseiten der in der jeweils anderen Schicht liegenden ersten oder zweiten Spule.

Bevorzugt werden die Spulen so in die Nuten eingezogen werden, dass die Unterschicht und die Oberschicht jeweils aus p Spulen, insbesondere p=4 Spulen, pro Strang ausgebildet sind, und in allen Nuten des Statorkörpers die Spulenseiten verlaufen.

Bevorzugt bleibt folglich keine der Nuten unbesetzt.

Die Anzahl der Spulen pro Schicht und pro Strang ist bevorzugt

größer/gleich zwei Spulen, sodass das im Betrieb des Stators erzeugte Drehfeld bevorzugt mindestens zwei Polpaare aufweist. Besonders bevorzugt bildet jeder Strang pro Schicht vier Spulen aus, wodurch das Drehfeld vier Polpaare aufweist.

Bevorzugt werden nach Einziehen der Spulen die ersten und zweiten Spulen, die die Unterschicht und Oberschicht bilden, zu demselben Stang gehören, und demselben Polpaar entsprechen, elektrisch miteinander verbunden. Diese elektrisch miteinander verbundenen ersten und zweiten Spulen, die zu unterschiedlichen Strängen gehören, werden an einem

Sternpunkt miteinander verbunden werden.

Bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Spulen so in die Nuten eingezogen, dass die Zweischichtwicklung gesehnt ist. Mit anderen Worten sind die Spulen nicht der Polteilung des bestimmungsgemäßen Rotors entsprechend angeordnet bzw. in die Nuten eingezogen.

Wenn im Vorhergehenden davon die Rede ist, dass Spulen, die in verschiedenen Schichten liegen, demselben Polpaar entsprechen, ist hierunter zu verstehen, dass diese Spulen im Betrieb des Stators zur Erzeugung desselben Polpaares beitragen.

Die Erfindung betrifft auch einen Stator, der nach dem

erfindungsgemäßen Verfahren und seinen bevorzugten Ausgestaltungen erhältlich ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Stator handelt es sich insbesondere um einen solchen, der für eine Synchron- oder Asynchronmaschine, die für den Betrieb in einem Kraftfahrzeug oder Kraftfahrt vorgesehen ist, Verwendung findet.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Figuren erläutert.

Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Stators, der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist;

Figuren 2a bis 2c zeigen jeweils eine Draufsicht einer abgewickelten Darstellung des in Figur 1 gezeigten Stators, wobei in den Figuren 2a bis 2c das Wicklungsschema jeweils eines Stranges und die entsprechenden Spulen gezeigt sind;

Figuren 3a bis 3d zeigen die Reihenfolge, in der die Spulen in einen Statorkörper des Stators eingezogen werden; und

Figur 4 zeigt die Draufsicht der abgewickelten Darstellung des in Figur 1 gezeigten Stators, wobei das Wicklungsschema aller Stränge in Überlagerung gezeigt ist.

In Figur 1 ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen Stators 1, der durch ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren erhältlich ist, gezeigt. Figur 1 zeigt zudem ein Koordinatensystem, wobei die senkrecht zur

Zeichenebene stehende Z-Achse der Längsrichtung des erfindungsgemäßen Stators 1 entspricht.

Der erfindungsgemäße Stator 1 beinhaltet einen Statorkörper 2, der als Hohlzylinder ausgestaltet ist. Ein nicht gezeigter Rotor kann in den Statorkörper 2 so eingesetzt werden, dass er sich um die eingezeichnete Rotationsachse A drehen kann. Die Rotationsachse A steht wiederum senkrecht zur

Zeichenebene und verläuft In Längsrichtung des erfindungsgemäßen Stators 1 bzw. des Statorkörpers 2.

Bei dem erfindungsgemäßen Stator 1 kann es sich um einen Stator für eine Synchron- oder Asynchronmaschine handeln. Die Dimensionen des erfindungsgemäßen Stators 1 in Richtungen der gezeigten X-, Y- und Z-Achsen sind so bemessen, dass der erfindungsgemäße Stator 1 in einem Kraftfahrzeug oder einem Kraftrad als Teil des Antriebsaggregats Verwendung finden kann.

Der Statorkörper 2 beinhaltet eine Vielzahl von Nuten, die lediglich bevorzugt in der vorliegenden Ausgestaltung des Statorkörpers 2 48 Nuten umfassen.

Die in Figur 1 gezeigte gesamte Wicklung ist aus insgesamt m=3 Strängen aufgebaut.

Eine Vielzahl von Spulen ist in die Nuten so eingezogen, dass die Spulen alle Nuten besetzen und eine Zweischichtwicklung ausbilden. Hierbei befinden sich in den entsprechenden Nuten einige der Spulen radial zu der Rotationsachse A außen und einige der Spulen radial zu der Rotationsachse A innen. Die innenliegenden Spulen bilden eine Oberschicht der

Zweischichtwicklung und die außenliegenden Spulen bilden eine Unterschicht der Zweischichtwicklung.

Unter Bezug auf Figuren 2a bis 2c werden die Wicklungen/Spulen pro Strang erläutert. Der erfindungsgemäße Stator 1 beinhaltet, wie erwähnt, 3 Stränge, die in den Rguren 2a bis 2c mit U, V, W bezeichnet sind.

In Figur 2a ist die Wickelung des Stranges U gezeigt. Dieser Strang bildet acht Spulen aus, wobei vier der Spulen in der Oberschicht liegen bzw. diese ausbilden und die vier anderen Spulen in der Unterschicht liegen bzw. diese ausbilden. Die Spulen, die die Oberschicht ausbilden, sind in den Figuren 2a bis 2c mit gestrichelten Linien dargestellt und die Spulen, die die Unterschicht ausbilden, mit durchgezogenen Linien.

Bei Betrieb des erfindungsgemäßen Stators 1 liegen an den Strängen Wechselspannungen an, die um 120° zueinander phasenverschoben sind. Jeder Strang hat pro Schicht vier Spulen, weshalb der erfindungsgemäße Stator 1 während seines bestimmungsgemäßen Betriebes ein Drehfeld erzeugt, das insgesamt vier Polpaare aufweist und einen eingesetzten Rotor mitnimmt. Jede in der Unterschicht liegende Spule hat in der Oberschicht eine

entsprechende Spule, die zu demselben Strang gehört und demselben Polpaar entspricht, d.h. während des Betriebes zur Erzeugung desselben Polpaares beiträgt.

Unter Bezug auf die Spulen Uc1 , Uc2 wird die Wicklung dieser einem Polpaar entsprechenden Spulen erläutert.

Die Spule Uc2 liegt in der Unterschicht der Zweischichtwicklung, wobei diese Spule Uc2 aus einer ersten Spule und einer zweiten Spule aufgebaut ist. Die erste Spule wird in die Nuten so eingezogen, dass die entsprechenden Spulenseiten durch die Nuten 23, 28 verlaufen. Die zweite Spule der Spule Uc2 wird hingegen so in die Nuten eingezogen, dass die entsprechenden

Spulenseiten durch die Nuten 22, 29 verlaufen. Insoweit haben die erste Spule und die zweite Spule unterschiedliche Spulenweiten, wobei die Nuten der ersten Spule zwischen denen der zweiten Spule liegen, und die zweite Spule die erste Spule vollständig umläuft.

Die Wicklungszahl der ersten Spule und die Wicklungszahl der zweiten Spule können identisch oder unterschiedlich sein.

Die erste Spule und die zweite Spule sind miteinander elektrisch verbunden. Diese elektrische Verbindung ist in Figur 2a mit dem

Bezugszeichen Uc21 bezeichnet.

Die dem gleichen Polpaar entsprechende Spule Uc1 befindet sich in der Oberschicht bzw. bildet diese aus. Diese Spule Uc1 ist ebenfalls aus einer ersten Spule und einer zweiten Spule aufgebaut, die in unterschiedliche Nuten eingezogen sind.

Die erste Spule der Spule Uc1 ist so in die Nuten eingezogen, dass die entsprechenden Spulenseiten durch die Nuten 22, 27 verlaufen. Die zweite Spule der Spule Uc1 ist so in die Nuten eingezogen, dass die entsprechenden Spulenseiten durch die Nuten 21, 28 verlaufen. Insoweit haben die erste Spule und die zweite Spule unterschiedliche Spulenweiten, wobei die Nuten der ersten Spule zwischen denen der zweiten Spule liegen, und die zweite Spule die erste vollständig umläuft.

Die Wicklungszahl der ersten Spule und die Wicklungszahl der zweiten Spule können identisch oder unterschiedlich sein.

Die erste Spule und die zweite Spule sind elektrisch miteinander verbunden. Diese elektrische Verbindung ist in Figur 2a mit dem

Bezugszeichen Uc11 bezeichnet.

Dadurch dass die Spulen Uc1, Uc2 der Ober- und Unterschicht jeweils aus einer ersten und einer zweiten Spule ausgebildet sind, ergibt sich ein

Zonenfaktor q=2 bzw. sind die Spulen Uc1, Uc2 jeweils auf zwei Nuten verteilt.

Das Wicklungsschema lässt sich bei den 48 Nuten allgemein mit y={1-8/2- 7X2-9/3-8} beschreiben.

Darüber hinaus sind die Spulen Uc1 , Uc2 an den Punkten Uc12 und Uc22 elektrisch miteinander verbunden. Die Verbindung dieser Punkte erfolgt bevorzugt erst nach dem Einzug beider Spulen. Wie sich aus dem Vorhergehenden ergibt und aus Figur 2a ersichtlich ist, sind beide Spulen Uc1, Uc2 versetzt zueinander, sodass eine Spulenseite der ersten Spüle der Spule Uc1 in der gleichen Nut 22 wie die Spulenseite der zweiten Spule der Spule Uc2 verläuft. Entsprechendes gilt für Nut 28, in der die Spulenseite der zweiten Spule der Spule Uc1 und die Spulenseite der ersten Spule der Spule Uc2 verläuft. Dies ist auch in Figur 1 ersichtlich, in der die entsprechenden Bezugszeichen enthalten sind.

Die Spule Uc1 ist an einen Sternpunkt 3 angeschlossen. Der

Anschlusspunkt ist in Figur 2a mit dem Bezugszeichen Uc13 bezeichnet.

Die verbleibenden Spulen des Stranges U sind identisch aufgebaut, befinden sich lediglich in anderen Nuten des Statorkörpers 2.

Selbiges gilt für die anderen Stränge V, W, die zu dem Strang U identisch aufgebaut sind. Lediglich die Spulen Va1, .... Vd1; Va2 Vd2; Wa1 Wd1; und Wa2 Wd2, der Sträng V, W sitzen in anderen Nuten. Insoweit gelten die Erläuterungen zu dem Strang U auch für die Stränge V, W. Die

Wicklungsschemata der Stränge V, W sind in Figuren 2b und 2c gezeigt.

Aus den jeweiligen Figuren 2a bis 2c ergibt sich auch, dass die gesamte Zweischichtwicklung eine gesehnte Wicklung ist, bei der die Spulen nicht in den Nuten verlaufen, die sich aus der Polteilung (8 Pole/4 Polpaare) ergäben.

Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren des im Vorhergehenden erläuterten Stators 1 beschrieben.

In einem Anordnungsschritt wird der Statorkörper 2 in eine Halterung eingesetzt und stabil gehalten.

Vorher, parallel oder anschließend werden die entsprechenden Spulen, die in den Statorkörper einzuziehen sind, vorgesehen. Beispielsweise können die entsprechenden Spulen unmittelbar vor ihrem Einziehen in den Statorkörper 2 durch eine Wickelmaschine gewickelt werden.

In einem nächsten Schritt werden die Spulen auf einen Trägerkörper aufgezogen. Der Trägerkörper wird anschließend entlang der Rotationsachse A in den Statorkörper 2 eingeführt, und zwar derart, dass die Spulen in die entsprechenden Nuten eingezogen werden.

Bei dem im Vorhergehenden erläuterten Stator 1 werden die Spulen der Reihe nach in die Nuten eingezogen, wobei die Figuren 3a bis 3d die

entsprechende Reihenfolge zeigen.

In einem ersten Einzug werden verschiedene der Spulen, die die

Unterschicht der Zweischichtwicklung bilden, eingezogen. Wie aus Figur 3a ersichtlich ist, werden in dem ersten Einzug die Spulen Ub2, Ud2 des Stranges U, die Spulen Va2, Vc2 des Stranges V, und die Spulen Wb2, Wd2 des

Stranges W gemeinsam/gleichzeitig in die Nuten eingezogen.

In einem sich anschließenden zweiten Einzug, der in Figur 3b gezeigt ist, werden die Spulen Ua2, Uc2 des Stranges U, die Spulen Vb2, Vd2 des

Stranges V, und die Spulen Wa2, Wc2 des Stranges W gemeinsam/gleichzeitig eingezogen. Nach diesem zweiten Einzug sind alle Spulen, die die Unterschicht der Zweischichtwicklung bilden, vollständig eingezogen.

In dem in Figur 3c gezeigten dritten Einzug wird begonnen, die Spulen der Oberschicht einzuziehen. Insbesondere werden hierbei die Spulen Ub1 , Ud1 des Stranges U, die Spulen Va1 , Vc2 des Stranges V, und die Spulen Wb1 , Wd1 des Stranges W gemeinsam/gleichzeitig eingezogen.

In dem in Figur 3d gezeigten vierten und letzten Einzug werden die verbleibenden Spulen der Oberschicht der Zweischichtwicklung eingezogen. Insbesondere werden hierbei die Spulen Ua1, Uc1 des Stranges U, die Spulen Wa1 , Wc1 des Stranges W, und die Spulen Vb1 , Vd1 des Stranges V

gemeinsam/gleichzeitig in die Nuten eingezogen.

Die Verbindung zwischen den Spulen, die in verschiedenen Schichten der Zweischichtwicklung liegen und demselben Polpaar entsprechen,

beispielsweise die in Figur 2a gezeigten Spulen Uc1, Uc2, werden nach dem vierten Einzug miteinander verbunden.

Vorher, parallel oder anschließend werden die in der Oberschicht liegenden Spulen an den jeweiligen Sternpunkten miteinander kontaktiert. Die vollständige sich dann ergebende Wicklung der 3 Stränge U, V, W ist Figur 4 gezeigt, wobei auch die Sternpunkte gezeigt sind, an denen die jeweiligen Spulen miteinander kontaktiert sind.