Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Wicklungsträger für eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Wicklungsträger hat mehrere Polzähnen. Benachbarte Polzähne begrenzen zwischen sich wenigstens eine Nut begrenzen, die mit mindestens jeweils einer Wicklung befüllbar ist. Die wenigstens eine Nut hat einen Nutgrund, der zwischen zwei Polzähnen liegt. Der Übergang zwischen den zwei Polzähnen und dem Nutgrund ist verrundet ausgebildet und beträgt ein mehrfaches der Dicke von Einzelblechen des Wicklungsträgers, der üblicherweise als Blechlamellenpaket hergestellt ist. Dies hat den Vorteil, dass die Stanzwerkzeuge für die Herstellung der Einzelbleche eine längere Standzeit haben.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Wicklungsträger für eine elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Polzähne leichter aufgebogen werden können, wodurch ein gegenüber einem Wicklungsträger vergleichbarer Baugröße höherer Kupferfüllfaktor erzielbar ist, wodurch eine höhere Leistung erzielt werden kann.

Wenn an einem derartigen Wicklungsträger zumindest der Übergang vom zwischen zwei Polzähnen liegenden Nutgrund zu den Polzähnen im Wesentlichen scharfkantig ausgebildet ist, so ergibt sich ein niedrigeres Widerstandsmoment der Polzähne. Dadurch wird die für das Biegen notwendige Kraft reduziert. Bei Wicklungsträgern, bei denen die Polzahne jeweils einen Zahnhals und einen Zahnkopf umfassen, wobei die Zahnköpfe quer zu den Zahnhälsen abstehende Abschnitte aufweisen, die Hinterschnitte von hinterschnittenen Nuten bilden, wobei die Übergänge von den Polzähnen zu den Hinterschnitten scharfkantig ausgebildet sind, wird dieser Effekt weiter verstärkt. Zusätzlich haben diese Maßnahmen den Vorteil, dass durch eine bleibende Vergrößerung der Nutquerschnittsfläche ein größeres Volumen für Wicklungen geschaffen wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist ein derartiger Wicklungsträger ein Anker eines Innenläufers oder der Stator eines Außenläufers, bei dem die Polzähne radial nach außen gerichtet sind, da sich hier die Polzähne leicht aufbiegen lassen.

Vorzugsweise sind Übergänge mit einem Übergangsradius von unter 1mm vorgesehen, da hierbei auch schon eine gute Reduzierung des Widerstandsmoments erzielt wird. -Besser wird diese Reduzierung, wenn Übergänge mit einem Übergangsradius von unter 0,5mm vorgesehen sind. Insgesamt gesehen ist es vorteilhaft, wenn Übergänge mit einem Übergangsradius vorgesehen sind, der kleiner als die Dicke eines Einzelblechs des Wicklungsträgers ist. Am besten für das Widerstandsmoment ist es jedoch, wenn keine Übergangsradien vorgesehen sind.

Eine elektrische Maschine mit einem derartigen Wicklungsträger hat gegenüber einer elektrischen Maschine vergleichbarer Baugröße aufgrund des höheren Kupferfüllfaktors eine höhere Leistung.

Mit einer Vorrichtung zum Herstellen des Wicklungsträgers, die wenigstens eine Einrichtung zum Biegen wenigstens eines Polzahnes aufweist, lässt sich das Verfahren leicht durchführen.

Eine zusätzliche Verbesserung der Vorrichtung wird erreicht, wenn die Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung zum Biegen zweier benachbarter Polzähne aufweist. Somit kann eine Nut noch weiter aufgebogen werden.

Eine weitere Verbesserung dieser Vorrichtung wird erreicht, wenn die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung aufweist, die zwei Polzähne zweier Nuten, in die eine Wicklung eingelegt wird, biegt. Dadurch lassen sich insbesondere Nuten, die paarweise eine Wicklung aufnehmen, leicht aufbiegen. Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausffihrungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine elektrische Maschine im Querschnitt, Figur 2 einen Anker nach Figur 1 und Figur 3 den Anker nach Figur 1 auf einer stark vereinfacht dargestellten Vorrichtung zum Durchfuhren des Verfahrens.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur 1 ist eine rotierende elektrische Maschine 10 vereinfacht in einem Querschnitt dargestellt. Die elektrische Maschine 10 kann ein Elektromotor sein, der in einem Kraftfahrzeug beispielsweise in einem Sitzversteller, Fensterheber, Wischerantrieb etc. verwendet wird. Es kann sich jedoch auch um einen Generator handeln.

Im Gehäuse 12 ist ein Anker 14 angeordnet, der auf einer Welle 16 angeordnet ist. Der Anker 14 mit oder ohne Welle 16 stellt somit einen Wicklungsträger für eine elektrische Maschine 10 dar. Hergestellt ist der Anker 14 als Lammellenpaket aus Blech oder aus sogenanntem SMC-Material (Soft Magnetic Composite). Bei einem Lamellenpaket aus Blech beträgt die Dicke eines Einzelblechs (entspricht Bezugszeichen 14) 0,5mm, was eine Abweichungen im Zehntelmillimeterbereich einschließen kann.

Der Anker 14 weist mehrere Wicklungen 18 auf. Wegen der besseren Übersichtlichkeit ist in der Figur 1 nur eine Wicklung 18 schematisch dargestellt. Von einem kreisrunden Abschnitt 19 des Ankers 14 stehen mehrere Polzähne 20 radial nach außen ab, die Nuten 21 zur Aufnahme der Wicklungen 18 begrenzen bzw. bilden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich im Einzelnen um acht Polzähne 201, 202., 203, 204, 205, 206, 207, 208. Korrespondierend hierzu gibt es auch acht Nuten 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218. Natürlich sind auch andere Zahlen möglich. Die Polzähne 20 umfassen jeweils einen Zahnhals 22, der vom Abschnitt 19 ausgeht, und einen Zahnkopf 24, der sich an den Zahnhals 22 anschließt. Zwischen den Zahnhälsen 22 ist jeweils am Außenumfang des Abschnitts 19 der Nutgrund 25 einer Nut 21 ausgebildet. Der Übergang vom Nutgrund 25 zu den Zahnhälsen 22 bzw. Polzähnen 20 ist im Wesentlichen scharfkantig ausgebildet, d.h. er ist nicht wie üblich verrundet. Im Idealfall ist der Übergang vollkommen scharfkantig. Jedoch ist auch ein Übergangsradius von unter 1mm noch akzeptabel, wobei ein Übergangsradius von unter 0,5mm zu bevorzugen ist. Vorzugsweise ist der Übergang zwar scharfkantig. Ein Radius, der kleiner ist als die Dicke eines Einzelblech (auch Bezugszeichen 14) des Ankers 14, führt jedoch auch schort zu guten Ergebnissen beim Biegen. Die Dicke liegt typischerweise bei beispielsweise bei ca. 0,5mm, kann jedoch ein paar Zehntelmillimeter mehr oder weniger betragen.

Die Nut 211 nimmt mit der Nut 214 paarweise eine gemeinsame Wicklung 18 auf. Dies tun jeweils auch die Nuten 212 mit 215, 213 mit 216, 214 mit 217, 215 mit 218, 216 mit 211, 217 mit 212 und schließlich 218 mit 213.

Die Zahnhälse 22 sind vorzugsweise gleichmäßig am Umfang des Ankers 14 verteilt und stehen gerade ab, d.h. sie haben keinen gekrümmten Verlauf. Es ist aber auch denkbar, dass sie einen gekrümmten Verlauf haben. Außerdem haben die Zahnhälse 22 eine im wesentlichen gleichbleibende Breite. Alternativ kann die Breite aber auch variieren, d.h. von innen nach außen schmaler aber auch breiter werden.

Die Zahnköpfe 24 weisen quer zu den Zahnhälsen 22 abstehende und voneinander weg weisende Abschnitte 28 auf. Die Abschnitte 28 bilden Hinterschnitte 30, die die somit hinterschnittenen Nuten 21 begrenzen. Außerdem begrenzen die Abschnitte Nutschlitze 32, die eine Breite 34 haben.

Der Übergang von den Zahnhälsen 22 zu den Hinterschnitten 30 ist im Wesentlichen scharfkantig ausgebildet, d.h. er ist nicht wie üblich verrundet. Im Idealfall ist der Übergang vollkommen scharfkantig. Jedoch ist auch ein Übergangsradius von unter lmm noch akzeptabel, wobei ein Übergangsradius von unter 0,5mm zu bevorzugen ist. Vorzugsweise ist der Übergang zwar scharfkantig. Ein Radius, der kleiner ist als die Dicke eines Einzelblechs (auch Bezugszeichen 14) des Ankers 14, führt jedoch auch zu guten Ergebnissen beim Biegen. Die Dicke liegt typischerweise bei beispielsweise bei ca. 0,5mm, kann jedoch ein paar Zehntelmillimeter mehr oder weniger betragen.

Das Verfahren zum Herstellen des Ankers 14 für den Elektromotor 10 wird anhand der Figur 2 näher erläutert. Zunächst sind die Polzahne 20 des Ankers 14 nach der Herstellung des Blechstanzpakets noch in der auch in Figur 1 gezeigten Einbaustellung. In der Einbaustellung kann der Anker 14 in den Elektromotor 10 gefugt werden.

Vor dem Befallen mit der Wicklung 18 allerdings, werden die direkt benachbarten Polzähne 208 und 201 sowie 203 und 204 gespreizt. Damit werden die von den Polzähnen 208 und 201 sowie 203 und 204 begrenzten Nuten 211 sowie 214 vergrößert. Das Vergrößern der Querschnittsfläche der Nuten 211 und 214 erfolgt beispielsweise mit einem Werkzeug, das in Ausnehmungen am Umfang der Polzähne 20 angreift, wodurch eine mit Pfeilen 36 dargestellte Krafteinwirkung erfolgen kann. Bei der Figur 3 wird dies noch näher erläutert werden. Die dann von den Polzähnen 20 erreichte Stellung wird im Folgenden als Befüllstellung bezeichnet. Nun kann die Wicklung 18 entweder durch Bewickeln selbst oder durch das Einlegen einer vorgefertigten Luftspule erfolgen. Das Einlegen einer Luftspule ist dann vorteilhaft, wenn die Nuten 21 nicht hinterschnitten sind und es sich um Polzähne 20 ohne Zahnkopf 24 handelt. Bevorzugt wird das Verfahren aber bei den dargestellten Polzähnen 20 angewandt, die jeweils einen Zahnhals 22 und einen Zahnkopf 24 mit den quer zum Zahnhals 22 abstehende Abschnitte 28 aufweisen, die die Nutzschlitze 32 bilden. Hierbei wird zum Einlegen der Wicklungen 18 im Wesentlichen zumindest die Breite 34 des Nutzschlitzes 32 vergrößert.

Da die Querschnittsfläche der Nuten 21 vergrößert ist, kann eine größere Anzahl an Windungen der Wicklungen 18 eingebracht werden. Nachdem die Wicklung 18 eingelegt worden ist, wird die Krafteinwirkung wieder weggenommen. Dadurch nähern sich die Polzähne 201 und 208 sowie 204 und 205 wieder einander an. Durch die Luft zwischen den Windungen der Wicklung 18 kann die Wicklung 18 noch ein wenig zusammengepresst werden, ohne das die Isolationsschicht der Kupferdrähte zerstört wird.

Nach den ersten Polzahnpaaren 208 und 201 sowie 203 und 204 wird der Anker 14 um 360° geteilt durch die Anzahl der Nuten 21 gedreht, d.h. 45° — sei es im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeiger sinn, gemäß der Figur 2 im Gegenuhrzeigersinn - und es werden die Polzähne 201 und 202 sowie 204 und 205 in die Befüllstellung gebracht. Die dazwischen liegenden Nuten 212 sowie 215 werden mit der Wicklung 18 versehen und wieder in die Einbaustellung gebracht. Im Anschluss daran werden die Polzähne 202 und 203 sowie 205 und 206 gespreizt, die dazwischen liegenden Nuten 213 sowie 216 mit der Wicklung 18 versehen und ebenfalls wieder in die Einbaustellung gebracht. Danach erfolgt noch der gleiche Vorgang mit den Polzähnen 203 und 204 sowie 207 und 208. Es werden also alle Polzähne 20 sukzessive in die Befüllstellung gebogen und nach dem Einlegen der jeweiligen Wicklung 18 in die Einbaustellung gebracht. So geht es noch vier Mal weiter, bis in jeder Nut 21 die Unke und rechte Seite bewickelt ist. Somit ist letztendlich auch der ganze Anker 14 mit Wicklungen 18 versehen.

Es werden also die Polzähne 20 jeweils zweier eine Wicklung aufnehmender Nuten 21 aufgebogen, dann die Wicklungen 18 eingelegt und anschließend im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn die Polzähne 20 jeweils der folgenden paarweise eine Wicklung 18 aufnehmenden Nuten 21 aufgebogen, bis der Anker 14 vollständig mit Wicklungen 18 versehen ist.

Die Polzähne 20 gehen nach dem Wegnehmen der Krafteinwirkung wieder in ihre Einbaustellung zurück. Der Grand hierfür ist, dass die Polzähne 20, die jeweils gebogen werden, im elastischen Bereich gebogen werden und nach dem Einlegen der Wicklung 18 durch Wegnehmen der Krafteinwirkung aufgrund ihrer Eigenelastizität in die Einbaustellung zurückkehren bzw. durch ihre Eigenelastizität in die Einbaustellung zurückgebracht werden.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Polzähne 20, die aufgebogen werden, statt im elastischen Bereich im plastischen Bereich gebogen werden - oder mit Anteilen im elastischen und plastischen Bereich - und nach dem Einlegen der Wicklung 18 durch ein Umkehren der Krafteinwirkung 36 durch plastisches Verformen in die Einbaustellung zurückgebracht werden. Da die Polzähne 20 durch das Aufbiegen im plastischen Bereich weiter gespreizt werden als im elastischen Bereich, wird auch die Querschnittsfläche der Nuten 21 jeweils größer, wodurch mehr Windungen der Wicklung 18 Platz finden.

Neben den direkt benachbarten Polzähnen 20 können auch Polzähne 20, zwischen denen mindestens ein weiterer Polzahn 20 angeordnet ist, aufgebogen werden, indem der Abstand zwischen ihnen vergrößert wird. Beispielsweise können die Polzähne 201 und 203 aufgebogen werden, wobei der Polzahn 202 zunächst nicht gebogen wird. Gleichzeitig können auch die Polzähne 205 und 207 gebogen werden, wobei der Polzahn 206 ebenfalls zunächst nicht gebogen wird. Im vorliegenden Zusammenhang werden diese Polzähne als indirekt benachbart angesehen. Dann wird eine Wicklung 18 in die Nuten 211 sowie 214 und gleichzeitig eine Wicklung 18 in die Nuten 218 und 215 eingelegt. Danach wird der Anker 14 im Uhrzeiger oder Gegenuhrzeigersinn um 360° geteilt durch die Anzahl der Nuten 21, d.h.45° weitergedreht. Allerdings muss der Anker 14 durch das doppelte Bewickeln nur noch drei Mal gedreht werden.

Wesentlich ist, dass wenigstens einer der Polzähne 20, die eine Nut 21 begrenzen, vor dem Befallen der Nut 21 mit der Wicklung 18 durch eine Krafteinwirkung in eine Befüllstellung gebogen wird, so dass die Querschnittsfläche der wenigstens einen Nut 21, die er begrenzt, vergrößert wird, dass dann die Wicklung 18 in die Nut 21 eingelegt wird und dass anschließend der wenigstens eine der benachbarten Polzähne 20 aus der Befüllstellung in die Einbaustellung gebracht werden.

Inder Figur 3 ist gezeigt, wie die Polzähne 201, 208 und 203, 204 mit zwei Zangen 38, 40 einer nur symbolisch und als Ausbruch bzw. teilweise angedeuteten Vorrichtung 42 zum Durchfuhren des beschriebenen Verfahrens aufgebogen werden. Die Vorrichtung 42 sollte wenigstens eine Einrichtung 38, 40 zum Biegen wenigstens eines Polzahnes 20 aufweisen, denn es ist auch möglich, dass beispielsweise nur der Polzahn 201 alleine gebogen wird. Vorzugsweise hat die Vorrichtung 42 aber wenigstens eine Einrichtung in Form beispielsweise eines Teils, wie eines Hakens, der Zange 38 oder 40 zum Biegen zweier benachbarter Polzähne 201 und 208 der Nut 211. Besser ist es jedoch, wenn die Vorrichtung 42 - wie gezeigt - mindestens eine Einrichtung 38, 40 aufweist, die zwei Polzähne 201 und 208 sowie 203 und 204 zweier Nuten 211 und 214, in die paarweise eine Wicklung 18 eingelegt wird, biegt. Die Zangen 38, 40 können auch die Polzähne 201 und 207 sowie 203 und 204 aufbiegen, wobei die Polzähne 204 und 208 gerade stehen bleiben, so dass in die Nuten 211 und 214 sowie 218 und 215 je eine Wicklung 18 eingelegt werden kann. Natürlich werden die anderen Nuten 21, wie oben beschrieben, dann nacheinander bewickelt. Die Fixierung des Ankers 14 kann beispielsweise über die Welle 16 erfolgen.

Die Erfindung ist nicht nur auf Wicklungsträger in Form des Ankers 14 beschränkt. Wie sich unmittelbar aus der Darstellung ergibt, kann es sich statt eines Ankers auch um einen Ständer bzw. Stator eines Außenläufermotors oder Generators handeln. Ferner müssen die Polzähne nicht wie gezeigt radial nach außen zeigen. Beispielsweise können sie von einem größeren runden Abschnitt 19 nach innen zeigen, wie dies beispielsweise bei Statoren von Generatoren oder elektronisch kornmutierten Elektromotoren der Fall ist.