DE102023201359A1

DE102023201359A1 - Method for machining a stator of an electrical machine

Info

Publication number: DE102023201359A1
Application number: DE102023201359.2A
Authority: DE
Inventors: Frederik Fischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-02-17
Filing date: 2023-02-17
Publication date: 2024-08-22
Also published as: CN118523564A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung eines Stators (22) einer elektrischen Maschine (10) mit einer Anzahl von Lamellensegmenten (44, 46, 48, 50) mit nachfolgenden Verfahrensschritten:a) Anordnen des Stators (22) auf einer Lagersäule (54) mit einem ersten Säulenabschnitt (56) mit erster Zahnscheibe (60) und mit einem zweiten Säulenabschnitt (58) mit zweiten und dritten Zahnscheiben (62, 64), welche Einzellamellen (40) der Lamellensegmente (44, 46, 48, 50) von der Innenseite (28) des Stators (22) her durch Formschluss verdrehen und Herstellung einer Ausgangslage (76) der Lamellensegmente (44, 46, 48, 50) mittels mindestens eines Ausrichteelements (52);b) Vorspannen der Lamellensegmente (44, 46, 48, 50) des Stators (22) axial durch Anstellen mindestens einer Spannscheibe (66, 68);c) Entfernung des Ausrichteelements (52);d) Simultane Verdrehung der Zahnscheiben (60, 62, 64) in entgegengesetzte Richtungen (96, 98) zueinander, wodurch Einzellamellen (40) eines Lamellensegments (44, 46, 48, 50) gegeneinander verdreht werden;e) Rücksetzen der gemäß d) verdrehten Zahnscheiben (60, 62, 64) in die Ausgangslage (76) und Anheben eines Umlaufteils (70);f) Durchführung der Verfahrensschritte c), d) und e), bis sämtliche Lamellensegmente (44, 46, 48, 50) de Stators (22) bearbeitet sind;g) Kompression de Stators (22) auf Sollmaß und stoffschlüssiges Fügen der Einzellamellen (40) der Lamellensegmente (44, 46, 48, 50) am Außenumfang (24) des Stators (22).The invention relates to a method for machining a stator (22) of an electrical machine (10) with a number of lamella segments (44, 46, 48, 50) with the following method steps: a) arranging the stator (22) on a bearing column (54) with a first column section (56) with a first toothed disk (60) and with a second column section (58) with second and third toothed disks (62, 64), which rotate individual lamellae (40) of the lamella segments (44, 46, 48, 50) from the inside (28) of the stator (22) by means of a positive fit and producing a starting position (76) of the lamella segments (44, 46, 48, 50) by means of at least one alignment element (52); b) pre-tensioning the lamella segments (44, 46, 48, 50) of the stator (22) axially by adjusting at least one clamping disk (66, 68);c) removing the alignment element (52);d) simultaneously rotating the toothed disks (60, 62, 64) in opposite directions (96, 98) to one another, whereby individual lamellae (40) of a lamella segment (44, 46, 48, 50) are rotated against one another;e) resetting the toothed disks (60, 62, 64) rotated according to d) into the starting position (76) and lifting a rotating part (70);f) carrying out the method steps c), d) and e) until all lamella segments (44, 46, 48, 50) of the stator (22) have been machined;g) compressing the stator (22) to the desired size and joining the individual lamellae (40) of the lamella segments (44, 46, 48, 50) on the outer circumference (24) of the stator (22).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Stators einer elektrischen Maschine aus einer Anzahl von Wicklungssegmenten. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Stator einer elektrischen Maschine. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf einen Stator einer elektrischen Maschine, der von einem Kühlmedium mit einem mäanderförmigen Strömungsmuster durchströmt ist.The invention relates to a method for producing a stator of an electrical machine from a number of winding segments. The invention also relates to a stator of an electrical machine. In addition, the invention relates to a stator of an electrical machine through which a cooling medium flows with a meandering flow pattern.

Stand der TechnikState of the art

EP 2 975 734 B1 bezieht sich auf eine Anordnung zur Statorkühlung eines elektrischen Motors. Der Motor umfasst ein Statorblechpaket, umfassend eine Vielzahl axial aneinander gereihter Statorbleche sowie mehrere in dem Statorblechpaket axial verlaufende Wicklungsnuten zur Aufnahme zugehöriger Statorwicklungen. In jede der Wicklungsnuten mündet eine in einem der Statorbleche ausgebildete Radialausnehmung, wobei die Radialausnehmung zur Zuführung von Kühlflüssigkeit mit einer an dem Statorblechpaket vorgesehenen Kühlflüssigkeitsleitung kommuniziert. Die Kühlflüssigkeitsleitung ist als in einer Außenseite des Statorblechpakets axial verlaufender nutförmiger Flüssigkeitskanal ausgebildet. Der nutförmige Flüssigkeitskanal ist mittels eines das Statorblechpaket umgebenden Motorgehäuses nach außen hin abgedichtet. EP 2 975 734 B1 relates to an arrangement for stator cooling of an electric motor. The motor comprises a stator lamination stack, comprising a plurality of stator laminations arranged axially next to one another and a plurality of winding slots running axially in the stator lamination stack for receiving associated stator windings. A radial recess formed in one of the stator laminations opens into each of the winding slots, wherein the radial recess communicates with a coolant line provided on the stator lamination stack for supplying coolant. The coolant line is designed as a groove-shaped fluid channel running axially in an outer side of the stator lamination stack. The groove-shaped fluid channel is sealed to the outside by means of a motor housing surrounding the stator lamination stack.

DE 11 2016 000 531 D5 hat einen Stator einer elektrischen Maschine mit flüssigkeitsgekühlten Zinken zum Gegenstand. Der Stator umfasst einen Statorkern, der aus einer Mehrzahl von Lamellen ausgebildet sein kann. Jede Lamelle weist eine Mehrzahl magnetischer Rückschlussöffnungen auf, eine Mehrzahl von Zinkenspitzen-Öffnungen und eine Mehrzahl von länglichen Öffnungen. Wenn die Lamellen zusammengebaut sind und den Statorkern bilden, sind die magnetischen Rückschlussöffnungen ausgerichtet, um magnetische Rückschluss-Einlasskanäle und magnetische Rückschluss-Auslasskanäle auszubilden. Die Zinkenspitzen-Öffnungen sind ausgerichtet, um Zinkenspitzen-Kühlkanäle zu bilden. Die länglichen Öffnungen sind L-förmig ausgeführt und verbinden die magnetischen Rückschluss-Einlasskanäle und die magnetischen Rückschluss-Auslasskanäle mit den Zinkenspitzen-Kanälen. Ein Kühlfluid kann beispielsweise axial durch einen magnetischen Rückschluss-Einlasskanal azimutal und radial nach innen durch eine längliche Öffnung zu einer Zinkenspitze, axial entlang eines Zinkenspitzen-Kanals und durch eine andere längliche Öffnung zu einem magnetischen Rückschluss-Auslasskanal strömen. EN 11 2016 000 531 D5 relates to a stator of an electrical machine with liquid-cooled tines. The stator comprises a stator core which may be formed from a plurality of laminations. Each lamination has a plurality of magnetic return openings, a plurality of tine tip openings and a plurality of elongated openings. When the laminations are assembled to form the stator core, the magnetic return openings are aligned to form magnetic return inlet channels and magnetic return outlet channels. The tine tip openings are aligned to form tine tip cooling channels. The elongated openings are L-shaped and connect the magnetic return inlet channels and the magnetic return outlet channels to the tine tip channels. For example, a cooling fluid may flow axially through a magnetic return inlet channel, azimuthally and radially inwardly through an elongated opening to a tine tip, axially along a tine tip channel, and through another elongated opening to a magnetic return outlet channel.

DE 10 2011 076 904 A1 hat einen gekühlten Stator für einen Elektromotor zum Gegenstand. Der Stator für einen Elektromotor umfasst eine Mehrzahl von in einer axialen Richtung des Stators geschichteter Statorlamellen sowie wenigstens ein axiales Kühlelement zur Kühlung des Elektromotors. Die Statorlamellen sind durch das Kühlelement miteinander verbunden. EN 10 2011 076 904 A1 has a cooled stator for an electric motor as its subject matter. The stator for an electric motor comprises a plurality of stator lamellas layered in an axial direction of the stator and at least one axial cooling element for cooling the electric motor. The stator lamellas are connected to one another by the cooling element.

DE 10 2016 223 084 A1 hat eine Lamelle für einen Rotor oder Stator einer elektrischen Maschine sowie einen Rotor oder einen Stator mit der Lamelle zum Gegenstand. Die elektrische Maschine erstreckt sind konzentrisch um eine Achse und weist zumindest zwei oder mehrere Aussparungen zur Aufnahme von Dauermagneten auf, die jeweils zwischen benachbarten Sektoren angeordnet sind, oder zumindest zwei oder mehr Pole zum Anordnen von Spulenwicklungen, wobei die Sektoren radial außen oder die Pole radial innen durch eine Grenzfläche begrenzt sind. Diese erstreckt sich von einer linken Ecke zu einer rechten Ecke, wobei die linke Ecke und die rechte Ecke der Sektoren oder der Pole zumindest teilweise um einen Konturwinkel in oder gegen eine Umfangsrichtung zur Achse verkürzt oder verlängert sind. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Rotor, insbesondere einen Speichenrotor, mit einer Vielzahl derartiger Lamellen, einen Stator mit einer Vielzahl derartiger Lamellen, einen Elektromotor, insbesondere einen EC- oder DC-Elektromotor, mit einem solchen Rotor oder Stator, sowie ein Kraftfahrzeug, eine Handwerkzeugmaschine, ein E-Bike oder ein Elektrofahrrad mit einem derartigen Elektromotor. EN 10 2016 223 084 A1 has a lamella for a rotor or stator of an electrical machine as well as a rotor or a stator with the lamella as its subject matter. The electrical machine extends concentrically around an axis and has at least two or more recesses for receiving permanent magnets, each of which is arranged between adjacent sectors, or at least two or more poles for arranging coil windings, the sectors being delimited radially on the outside or the poles being delimited radially on the inside by a boundary surface. This extends from a left corner to a right corner, the left corner and the right corner of the sectors or the poles being at least partially shortened or lengthened by a contour angle in or against a circumferential direction to the axis. The present invention further relates to a rotor, in particular a spoke rotor, with a plurality of such lamellae, a stator with a plurality of such lamellae, an electric motor, in particular an EC or DC electric motor, with such a rotor or stator, and a motor vehicle, a handheld power tool, an e-bike or an electric bicycle with such an electric motor.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines Stators einer elektrischen Maschine mit einer Anzahl von Lamellensegmenten mit nachfolgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen:

a) Anordnen des Stators auf einer Lagersäule mit einem ersten Säulenabschnitt mit erster Zahnscheibe und mit einem zweiten Säulenabschnitt mit zweiten und dritten Zahnscheiben, welche Einzellamellen der Lamellensegmente von der Innenseite des Stators her durch Formschluss verdrehen und Herstellung einer Ausgangslage der Lamellensegmente mittels mindestens eines Ausrichteelements,
b) Vorspannen der Lamellensegmente des Stators axial durch Anstellen mindestens einer Spannscheibe,
c) Entfernung des Ausrichteelements;
d) Simultane Verdrehung der Zahnscheiben in entgegengesetzte Richtungen zueinander, wodurch Einzellamellen eines Lamellensegments gegeneinander verdreht werden;
e) Rücksetzen der gemäß d) verdrehten Zahnscheiben in die Ausgangslage und Anheben eines Umlaufteils;
f) Durchführung der Verfahrensschritte c), d) und e), bis sämtliche Lamellensegmente desStators bearbeitet sind;
g) Kompression des Stators auf Sollmaß und stoffschlüssiges Fügen der Einzellamellen der Lamellensegmente am Außenumfang des Stators.

According to the invention, a method for machining a stator of an electrical machine with a number of lamination segments is proposed with the following method steps:

a) arranging the stator on a bearing column with a first column section with a first toothed disk and with a second column section with second and third toothed disks, which rotate individual lamellae of the lamella segments from the inside of the stator by means of a positive fit and producing a starting position of the lamella segments by means of at least one alignment element,
b) Pre-tensioning the stator lamination segments axially by adjusting at least one clamping disk,
c) removal of the alignment element;
d) Simultaneous rotation of the toothed discs in opposite directions to each other, whereby individual slats of a slat segment are twisted against each other;
e) resetting the toothed discs rotated according to d) to their initial position and lifting a rotating part;
f) Carrying out process steps c), d) and e) until all lamination segments of the stator have been processed;
g) Compression of the stator to the nominal size and material-locking joining of the individual lamellae of the lamella segments to the outer circumference of the stator.

Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann eine Verdrehung von Einzelsegmenten innerhalb von Lamellensegmenten so erfolgen, dass einer Nuten dieser übereinanderliegend angeordneten Lamellensegmente passierenden Strömung eines Kühlmediums ein mäanderförmiger Strömungsweg aufgeprägt wird. Dazu ist lediglich ein Verdrehen der Lamellensegmente um nur wenige Zehntel Winkelgrade erforderlich, so dass in den Nuten, in denen Wicklungsdrähte der Statorwicklung eingelassen sind, Spalte gebildet werden, durch welche das Kühlmedium strömt und die Verlustwärme abführt.The method proposed according to the invention enables individual segments within lamella segments to be rotated in such a way that a meandering flow path is imposed on the flow of a cooling medium passing through the grooves of these superimposed lamella segments. This only requires the lamella segments to be rotated by just a few tenths of an angle, so that gaps are formed in the grooves in which the winding wires of the stator winding are embedded, through which the cooling medium flows and dissipates the waste heat.

Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, einzelne Einzellamellen eines Lamellensegments, insbesondere übereinanderliegender Einzellamellen so zu verdrehen, dass die mäanderförmige Durchströmung übereinanderliegend angeordneter Lamellensegmente innerhalb eines Stators möglich ist. Dadurch kann eine Verlängerung des Strömungswegs des Kühlmediums von dessen Einlass zu dessen Auslass am Stator erreicht werden, wodurch sich eine günstige Wärmeabfuhr erreichen lässt. Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung eine elektrische Kontaktierung der Einzellamellen der einzelnen Lamellenpakete am Außenumfang erfolgen, da dieser zur Durchführung der Verdrehung der Einzellamellen nicht benötigt wird und beispielsweise in fertigungstechnisch besonders einfacher Weise für stoffschlüssige Fügeoperationen zur elektrischen Kontaktierung des Stators zur Verfügung steht. In vorteilhafter Weise werden beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren gemäß Verfahrensschritt a) Zähne der Zahnscheiben in Innennuten von Einzellamellen der Haltesegmente formschlüssig eingefahren. Dadurch besteht die Möglichkeit, die ohnehin bereits am Innenumfang des Lamellenpakets beziehungsweise der Lamellensegmente vorgesehenen Nuten formschlüssig zu ergreifen und dann, je nach Erfordernissen, übereinanderliegende Einzellamellen insbesondere gegeneinander zu verdrehen.The method proposed according to the invention advantageously makes it possible to rotate individual lamellae of a lamella segment, in particular individual lamellae lying one above the other, in such a way that the meandering flow through lamella segments arranged one above the other within a stator is possible. This makes it possible to extend the flow path of the cooling medium from its inlet to its outlet on the stator, which makes it possible to achieve favorable heat dissipation. Furthermore, the solution proposed according to the invention makes it possible to electrically contact the individual lamellae of the individual lamella packs on the outer circumference, since this is not required to carry out the rotation of the individual lamellae and is available, for example, in a particularly simple manufacturing manner for material-locking joining operations for electrically contacting the stator. In the method proposed according to the invention, teeth of the toothed disks are advantageously inserted in a form-fitting manner in the inner grooves of individual lamellae of the holding segments according to method step a). This makes it possible to positively grip the grooves already provided on the inner circumference of the disk pack or the disk segments and then, depending on requirements, to rotate individual disks lying on top of each other, particularly against each other.

In vorteilhafter Weise werden beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren in Verfahrensschritt d) die erste Zahnscheibe über den ersten Säulenabschnitt um 0,3° bis 1,0° im Gegenuhrzeigersinn und simultan dazu die zweiten und dritten Zahnscheiben des zweiten Säulenabschnitts um 0,3° bis 1,0° im Uhrzeigersinn verdreht. Die beiden Verdrehoperationen erfolgen in vorteilhafter Weise simultan und in entgegengesetzte Richtungen zueinander.In the method proposed according to the invention, in method step d), the first toothed disk is advantageously rotated over the first column section by 0.3° to 1.0° in a counterclockwise direction and, simultaneously, the second and third toothed disks of the second column section are rotated by 0.3° to 1.0° in a clockwise direction. The two rotation operations are advantageously carried out simultaneously and in opposite directions to one another.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden die von den Zahnscheiben an Innenseiten ergriffenen Einzellamellen des jeweils zu bearbeitenden Wicklungssegments um 0,2° bis 0,5° verdreht. Dadurch entstehen in den die Wicklungsdrähte aufnehmenden Nuten Freiräume, welche von der Kühlströmung passiert werden und durch welche die im Betrieb entstandene Verlustwärme abgeführt wird.In an advantageous development of the method proposed according to the invention, the individual laminations of the winding segment to be processed, which are gripped on the inside by the toothed disks, are rotated by 0.2° to 0.5°. This creates free spaces in the grooves that accommodate the winding wires, through which the cooling flow passes and through which the heat loss generated during operation is dissipated.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird die Ausgangslage gemäß Verfahrensschritt e) durch ein Zurückdrehen der zuvor verdrehten Zahnscheiben wieder erreicht.In the method proposed according to the invention, the starting position according to method step e) is reached again by turning back the previously rotated toothed disks.

In vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren derart gestaltet, dass während der Durchführung der Verfahrensschritte c) bis e) die Lamellensegmente oberhalb und/oder unterhalb der jeweils gegeneinander verdrehten Zahnscheiben durch Hülsenabschnitte abgestützt werden. Dadurch können während der sequentiellen Bearbeitung der einzelnen Lamellensegmente deren Fluchtung beziehungsweise deren axiale Ausrichtung zueinander während des Verdrehvorgangs beibehalten werden.The method proposed according to the invention is advantageously designed in such a way that during the implementation of method steps c) to e), the lamella segments above and/or below the toothed disks rotated relative to one another are supported by sleeve sections. As a result, during the sequential processing of the individual lamella segments, their alignment or their axial alignment relative to one another can be maintained during the twisting process.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann des Weiteren in vorteilhafter Weise eine Vorspannung der Lamellensegmente durch eine ein- oder zweistufig erfolgende Kompression auf ein Sollmaß erfolgen.In the method proposed according to the invention, the lamella segments can also advantageously be prestressed by a one- or two-stage compression to a desired dimension.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht des Weiteren in vorteilhafter Weise, dass eine Verdrehung der Einzellamellen segmentweise erfolgt und jeweils zu verdrehende Einzellamellen der Lamellensegmente frei von Ausrichteelementen sind.The solution proposed according to the invention further advantageously enables the individual slats to be rotated segment by segment and the individual slats of the slat segments to be rotated are free of alignment elements.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren erfolgt gemäß Verfahrensschritt e) ein Zurückdrehen der Säulenabschnitte durch eine Übertragungseinrichtung.In the method proposed according to the invention, according to method step e), the column sections are rotated back by a transmission device.

Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Stator einer elektrischen Maschine, wobei der Stator aus einer Anzahl aneinandergrenzender Lamellensegmente aufgebaut ist, die ihrerseits durch eine Anzahl übereinandergestapelter Einzellamellen gebildet sind. Der Stator ist mittels eines Kühlmediums gekühlt, welches an einem Einlass in den Stator einströmt und den Stator an einem Auslass wieder verlässt. Das Kühlmedium durchströmt die Lamellensegmente des Stators entlang von Nuten in Einzellamellen der Lamellensegmente, wobei der Strömung des Kühlmediums durch Zwischenschaltung einzelner, gegeneinander verdreht angeordneter Einzellamellen eine Mäanderströmung vom Einlass des Kühlmediums in Richtung zu dessen Auslass aufgeprägt ist.Furthermore, the invention relates to a stator of an electrical machine, wherein the stator is constructed from a number of adjacent lamination segments, which in turn are formed by a number of individual lamellae stacked on top of one another. The stator is cooled by means of a cooling medium which flows into the stator at an inlet and leaves the stator again at an outlet. The cooling medium flows through the lamella segments of the stator along grooves in individual lamellae of the lamella segments, whereby the flow of the cooling medium is imposed with a meandering flow from the inlet of the cooling medium towards its outlet by interposing individual lamellae arranged in a twisted manner.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stators umfasst dieser Lamellensegmente, die an aneinandergrenzenden Bereichen zueinander verdrehte Einzellamellen umfassen.In an advantageous embodiment of the stator proposed according to the invention, the stator comprises lamella segments which comprise individual lamellas twisted relative to one another in adjacent regions.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des Stators sind sämtliche Einzellamellen der aneinandergrenzenden Lamellensegmente des Stators an deren Außenumfang über elektrisch kontaktierende Fügebahnen elektrisch kontaktiert.In a further advantageous embodiment of the stator, all individual lamellae of the adjacent lamella segments of the stator are electrically contacted on their outer circumference via electrically contacting joining tracks.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren gestattet in vorteilhafter Weise die Formung von Kühlkanälen innerhalb eines Stators, ohne dass weitere Einbauten an diesem erforderlich sind. Die Einzellamellen der einzelnen Lamellensegmente nehmen beispielsweise zur Verbesserung des Nutfüllungsfaktors mit einem rechteckförmigen Querschnitt beschaffene Wicklungsdrähte auf. Die Wicklungsdrähte sind in den im Wesentlichen in radialer Richtung in den Einzellamellen verlaufenden Nuten mit Spiel aufgenommen. Eine Verdrehung der einzelnen Wicklungsdrähte innerhalb der Radialnuten der Einzellamellen ermöglicht die Formung von entsprechend dimensionierten Spalten, welche zur Passage des Kühlmediums, beispielsweise Kühlöl genutzt werden können, so dass die im Betrieb der elektrischen Maschine im Stator entstehende Abwärme auf sehr einfache und kostengünstige Weise abgeführt werden kann.The method proposed according to the invention advantageously allows the formation of cooling channels within a stator without the need for any additional fittings. The individual lamellae of the individual lamella segments accommodate winding wires with a rectangular cross-section, for example to improve the slot filling factor. The winding wires are accommodated with play in the slots that run essentially in the radial direction in the individual lamellae. Twisting the individual winding wires within the radial slots of the individual lamellae enables the formation of appropriately dimensioned gaps that can be used for the passage of the cooling medium, for example cooling oil, so that the waste heat generated in the stator during operation of the electrical machine can be dissipated in a very simple and cost-effective manner.

Werden beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren nur wenige, bevorzugt übereinanderliegend angeordnete Einzellamellen innerhalb eines Lamellensegments gegeneinander verdreht, so lässt sich eine mäanderförmig verlaufende Durchströmung der einzelnen Lamellensegmente des Stators einer elektrischen Maschine erreichen. Durch die mäanderförmige Strömungsführung kann eine Verlängerung der Strömungsstrecke erreicht werden, so dass insgesamt gesehen eine größere Wärmeabfuhr realisiert werden kann, da ein größerer Teil des Stators vom Kühlmedium durchströmt wird und demzufolge größere Abwärmemengen abgeführt werden können.If, in the method proposed according to the invention, only a few individual lamellae, preferably arranged one above the other, are rotated against each other within a lamella segment, a meandering flow through the individual lamella segments of the stator of an electrical machine can be achieved. The meandering flow guidance can extend the flow path, so that overall a greater heat dissipation can be achieved, since the cooling medium flows through a larger part of the stator and consequently larger amounts of waste heat can be dissipated.

Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren die Möglichkeit, die Einzellamellen von innen her zu verdrehen, so dass der Außenumfang der einzelnen, dn Stator bildenden aneinandergrenzenden Lamellensegmente für weitere Operationen, so zum Beispiel das Aufbringen der elektrischen Kontaktierung frei bleibt. Es können nach entsprechender Vorspannung der einzelnen Lamellensegmente, beispielsweise durch Spannscheiben, am Außenumfang elektrisch kontaktierende Fügebahnen hergestellt werden, die eine stoffschlüssig erzeugte elektrische Kontaktierung sämtlicher Komponenten des Stators miteinander ermöglichen. Das Verdrehen zur Formung der Kühlmediumströmung innerhalb der einzelnen Lamellensegmente erfolgt durch von der Innenseite mittels der Zahnscheibe erfolgendes, gegenläufiges Verdrehen einzelner, bevorzugt übereinander angeordneter Einzellamellen.In addition, the method proposed according to the invention offers the possibility of twisting the individual lamellae from the inside, so that the outer circumference of the individual, adjacent lamella segments forming the stator remains free for further operations, such as the application of electrical contact. After appropriate pre-tensioning of the individual lamella segments, for example by means of clamping disks, electrically contacting joining paths can be produced on the outer circumference, which enable a materially bonded electrical contact between all components of the stator. The twisting to form the cooling medium flow within the individual lamella segments takes place by twisting individual lamellae, preferably arranged one above the other, in opposite directions from the inside using the toothed disk.

Demzufolge bietet das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, eine Bearbeitung des Stators in einer Aufspannung von der Innenseite her zu ermöglichen.Consequently, the method proposed according to the invention advantageously offers the possibility of enabling machining of the stator in one clamping from the inside.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren macht sich zunutze, dass die ohnehin bereits am Innenumfang des Stators vorhandenen Innennuten dazu genutzt werden können, Einzellamellen gegenläufig zueinander zu verdrehen. Die Außenverzahnung der Zahnscheiben fährt dazu in die Innennuten der betreffenden Einzellamellen ein, so dass die betreffenden, jeweils von den Zähnen der Zahnscheiben ergriffenen Einzellamellen gegenläufig zueinander verdreht werden können. Somit besteht eine Möglichkeit, ein Verdrehen der Einzellamellen, die in der Regel aus Blech gefertigt sind, im Stator zu ermöglichen und Strömungspfade für das Kühlmedium, insbesondere in Mäanderform, zu definieren.The method proposed according to the invention makes use of the fact that the internal grooves already present on the inner circumference of the stator can be used to rotate individual lamellae in opposite directions to one another. The external teeth of the toothed disks move into the internal grooves of the individual lamellae in question, so that the individual lamellae in question, each gripped by the teeth of the toothed disks, can be rotated in opposite directions to one another. This makes it possible to enable the individual lamellas, which are usually made of sheet metal, to be rotated in the stator and to define flow paths for the cooling medium, in particular in a meander shape.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.

Es zeigen:

1 eine mäanderförmige Durchströmung des Stators einer elektrischen Maschine vom Einlass zum Auslass des Kühlmediums,
2 eine perspektivische Ansicht eines Stators, gebildet aus in Hairpin-Form vorgebogenen Wicklungsdrähten und übereinanderliegenden Lamellensegmenten,
3 eine schematische Darstellung der Komponenten einer Verdreheinrichtung zur gegenläufigen Verdrehung einzelner, insbesondere übereinanderliegender Einzellamellen eines in Bearbeitung befindlichen Lamellensegments,
3.1 eine schematische Darstellung einer Ausgangslage von gegeneinander zu verdrehender Zahnscheiben gemäß 3,
4.1-4.3 verschiedene Relativpositionen von im Wesentlichen einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisenden Wicklungsdrähten in Nuten, insbesondere als Radialnuten ausgebildeten Nuten von Einzellamellen,
5 die Darstellung einer Ausgangslage mit übereinanderliegenden, noch nicht verdrehten Zahnscheiben,
6 die Zahnscheiben in ihrer relativ zueinander verdrehten Lage,
7 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsmöglichkeit der Verdreheinrichtung mit einer vertikal orientierten Lagersäule, die einzelne, zueinander bewegbare Säulenabschnitte umfasst,
8 eine Anordnung übereinanderliegender Einzellamellen von Wicklungssegmenten, wobei jeweils drei übereinanderliegende Einzellamellen relativ zueinander verdreht sind,
9 eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Verdreheinrichtung,
10 die Entnahme eines bearbeiteten Stators einer elektrischen Maschine aus der Verdreheinrichtung und
11 eine Ausführungsmöglichkeit von elektrisch kontaktierenden Fügebahnen am Außenumfang einer auf Sollmaß gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Statorwicklung.

They show:

1 a meandering flow through the stator of an electrical machine from the inlet to the outlet of the cooling medium,
2 a perspective view of a stator formed from winding wires pre-bent in hairpin form and superimposed lamination segments,
3 a schematic representation of the components of a twisting device for the counter-rotation of individual, in particular superimposed, individual lamellas of a lamella segment being processed,
3 .1 a schematic representation of an initial position of toothed disks to be rotated against each other according to 3 ,
4 .1-4.3 different relative positions of winding wires having a substantially rectangular cross-section in slots, in particular in slots of individual laminations designed as radial slots,
5 the representation of a starting position with superimposed, not yet rotated toothed disks,
6 the toothed discs in their relative twisted position,
7 a perspective view of a possible embodiment of the rotating device with a vertically oriented bearing column, which comprises individual column sections that can be moved relative to one another,
8 an arrangement of superimposed individual laminations of winding segments, whereby three superimposed individual laminations are rotated relative to each other,
9 another possible design of the twisting device,
10 the removal of a machined stator of an electrical machine from the twisting device and
11 a possible embodiment of electrically contacting joining tracks on the outer circumference of a stator winding manufactured to the desired size according to the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, identical or similar elements are designated by identical reference numerals, whereby a repeated description of these elements is omitted in individual cases. The figures only represent the subject matter of the invention schematically.

1 zeigt eine mäanderförmig verlaufende Durchströmung eines Stators einer elektrischen Maschine durch ein Kühlmedium. 1 shows a meandering flow through a stator of an electrical machine through a cooling medium.

Wie aus der Teilansicht einer elektrischen Maschine 10 gemäß 1 hervorgeht, wird deren Stator 22 ausgehend von einem Einlass 12 in Richtung auf einen Auslass 14 von einem Kühlmedium zur Verbesserung der Wärmeabfuhr durchströmt. Bei dem Kühlmedium kann es sich beispielsweise um ein Kühlöl oder um ein Gemisch aus mehreren Kühlfluiden handeln. Ausgehend vom Einlass 12 erfolgt die Durchströmung des Stators in Durchströmungsrichtung 16 in der Art einer Mäanderströmung 18. In der elektrischen Maschine 10 ist ein Hohlkörper 20 vorgesehen. Vom Einlass 12 ausgehend erwärmt sich das Kühlmedium bei der Durchströmung des Stators 22 in Richtung des Auslasses 14 und transportiert im Betrieb der elektrischen Maschine 10 entstehende Abwärme aus der elektrischen Maschine 10 ab.As can be seen from the partial view of an electrical machine 10 according to 1 As can be seen, a cooling medium flows through the stator 22 from an inlet 12 in the direction of an outlet 14 to improve heat dissipation. The cooling medium can be, for example, a cooling oil or a mixture of several cooling fluids. Starting from the inlet 12, the flow through the stator takes place in the flow direction 16 in the manner of a meandering flow 18. A hollow body 20 is provided in the electrical machine 10. Starting from the inlet 12, the cooling medium heats up as it flows through the stator 22 in the direction of the outlet 14 and transports waste heat generated during operation of the electrical machine 10 out of the electrical machine 10.

Der Darstellung gemäß 2 ist ein Stator einer elektrischen Maschine in perspektivischer Ansicht zu entnehmen.According to the illustration 2 A stator of an electrical machine can be seen in perspective view.

Der Stator 22 gemäß 2 umfasst eine Anzahl von Lamellensegmenten. Im in 2 dargestellten Beispiel umfasst der Stator 22 ein erstes Lamellensegment 44, ein zweites Lamellensegment 46, ein drittes Lamellensegment 48 sowie ein weiteres, viertes Lamellensegment 50. Jedes der Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 umfasst eine Anzahl von Einzellamellen 40, die ihrerseits zu Lamellenpaketen 42 zusammengefasst sein können, jedoch nicht gezwungenermaßen zusammengefasst sind. Wie 2 des Weiteren zu entnehmen ist, wird der Stator22 aus einer Anzahl von Wicklungsdrähten 30 gebildet, die an einem Ende des Stators 22 als Wicklungsdrähte 30 hervorstehen. An der den Drahtenden 32 gegenüberliegenden Seite des Stators 22 sind gerundete Abschnitte von in Hairpin-Form 36 gebogenen Wicklungsdrähten 30 dargestellt.The stator 22 according to 2 comprises a number of lamella segments. In 2 In the example shown, the stator 22 comprises a first lamella segment 44, a second lamella segment 46, a third lamella segment 48 and a further, fourth lamella segment 50. Each of the lamella segments 44, 46, 48, 50 comprises a number of individual lamellae 40, which in turn can be combined to form lamella packs 42, but are not necessarily combined. As 2 As can also be seen, the stator 22 is formed from a number of winding wires 30 which protrude as winding wires 30 at one end of the stator 22. On the side of the stator 22 opposite the wire ends 32, rounded sections of winding wires 30 bent in hairpin shape 36 are shown.

Die einzelnen Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 umfassen an ihrem Außenumfang 24 einzelne, sich in vertikaler Richtung tangential um Winkel versetzt zueinander angeordnete Längsnuten, die im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Stators 22, d. h. senkrecht in der Zeichenebene gemäß 2 verlaufend, orientiert sind, dienen der elektrischen Kontaktierung der Einzellamellen 40 der Lamellensegmente 44, 46, 48, 50. Des Weiteren können am Außenumfang 24 der Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 Längsnuten zur Aufnahme von keilförmig ausgebildeten Ausrichtelementen 52 ausgebildet sein. Mit Hilfe mindestens eines Ausrichtelements 52 wird eine Ausgangslage 76 der übereinandergestapelt angeordneten Einzellamellen 40 der Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 vorgegeben.The individual lamella segments 44, 46, 48, 50 comprise on their outer circumference 24 individual longitudinal grooves which are arranged tangentially offset from one another in the vertical direction and which are essentially parallel to the axis of rotation of the stator 22, ie perpendicular to the plane of the drawing according to 2 running, are oriented, serve for the electrical contact of the individual lamellae 40 of the lamella segments 44, 46, 48, 50. Furthermore, longitudinal grooves for receiving wedge-shaped alignment elements 52 can be formed on the outer circumference 24 of the lamella segments 44, 46, 48, 50. With the help of at least one alignment element 52, a starting position 76 of the individual lamellae 40 of the lamella segments 44, 46, 48, 50, which are arranged stacked on top of one another, is predetermined.

Während der Außenumfang des Stators 22 beziehungsweise der Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 mit Bezugszeichen 24 bezeichnet ist, ist eine Innenseite 28 identifiziert, die durch den Innenumfang 26 der in Stapelform angeordneten Einzellamellen 40 definiert ist. Aus 2 geht des Weiteren hervor, dass die einzelnen Wicklungsdrähte 30 einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen und an ihrer Außenseite von einer beispielsweise aus Papier gefertigten Umhüllung 34 umschlossen sind.While the outer circumference of the stator 22 or the lamella segments 44, 46, 48, 50 is designated by reference numeral 24, an inner side 28 is identified, which is defined by the inner circumference 26 of the individual lamellas 40 arranged in a stack. 2 goes further that the individual winding wires 30 have a substantially rectangular cross-section and are enclosed on their outside by a sheath 34 made, for example, of paper.

3 zeigt in schematischer Weise Komponenten einer Verdreheinrichtung 86. Die Verdreheinrichtung 86 gemäß 3 umfasst ein Umlaufteil 70, welches mittig eine Lagersäule 54 umfasst. Die Lagersäule 54 erstreckt sich konzentrisch zur Achse des auf die Lagersäule 54 aufgesteckten, zu verdrehenden Stators 22. Wie 3 des Weiteren zu entnehmen ist, ist die Lagersäule 54 geteilt ausgebildet und umfasst einen ersten Säulenabschnitt 56 sowie einen zweiten Säulenabschnitt 58. Während am ersten Säulenabschnitt 56 drehfest eine erste Zahnscheibe 60 angeordnet ist, sind am zweiten Säulenabschnitt 58 eine zweite Zahnscheibe 62 sowie eine dritte Zahnscheibe 64 aufgenommen. Die Zahnscheiben 60, 62, 64, wie sie in 3 übereinanderliegend angeordnet sind, umfassen an ihrem Außenumfang beispielsweise 48 Zähne. Mithilfe dieser Zähne am Außenumfang der Zahnscheiben 60, 62, 64 werden die Wicklungsdrähte 30, die in den Einzellamellen 40 der Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 in entsprechenden Nuten 38 eingelassen sind, gegensinnig zueinander verdreht, um Strömungskanäle für das den Stator 22 passierende Kühlmedium zu bilden. 3 zeigt, dass der Stator 22, aufgenommen auf der Lagersäule 54, von innen her durch die Zahnscheiben 60, 62, 64 bearbeitbar ist und dass den jeweils zu verdrehenden Einzellamellen 40 der übereinanderliegenden Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 am Außenumfang Radialfeststeller 72 zugeordnet sind. Beim eigentlichen Verdrehvorgang der übereinanderliegenden Einzellamellen 40, die gegensinnig durch die Zahnscheiben 60, 62, 64 in Bezug aufeinander verdreht werden, sind die Radialfeststeller 72 zurückgefahren und geben somit die Verdrehung der Einzellamellen 40, die von der Innenseite 28 her durch die Zahnscheiben 60, 62, 64 ergriffen sind, in Umfangsrichtung frei. In Bezug auf die Anzahl der übereinander angeordneten Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 sind die Radialfeststeller 72 nur in den Vertikalhöhen angeordnet, in denen relativ zueinander zu verdrehende Einzellamellen 40 zwischen den aneinandergrenzenden Lamellensegmenten 44, 46, 48, 50 vorgesehen sind. Des Weiteren ist der in 3 schematisch dargestellten Verdreheinrichtung 86 zu entnehmen, dass eine Kompression der einzelnen Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 des Stators 22 in Axialrichtung auf ein- oder mehrstufigem Wege durch entsprechende Beaufschlagung einer ersten Spannscheibe 66 und/oder einer zweiten Spannscheibe 68 mit einer Vorspannkraft, die in axialer Richtung wirkt, vorgenommen werden kann. Mit den Bezugszeichen 30, 32 sind in schematischer Weise in der Darstellung gemäß 3 die Drahtenden 32 der Wicklungsdrähte 30, wie sie in 2 detaillierter dargestellt sind, bezeichnet. 3 shows schematically components of a twisting device 86. The twisting device 86 according to 3 comprises a rotating part 70, which centrally comprises a bearing column 54. The bearing column 54 extends concentrically to the axis of the stator 22 to be rotated, which is placed on the bearing column 54. As 3 As can also be seen, the bearing column 54 is divided and comprises a first column section 56 and a second column section 58. While a first toothed disk 60 is arranged on the first column section 56 in a rotationally fixed manner, a second toothed disk 62 and a third toothed disk 64 are accommodated on the second column section 58. The toothed disks 60, 62, 64, as shown in 3 are arranged one above the other, have, for example, 48 teeth on their outer circumference. With the help of these teeth on the outer circumference of the toothed disks 60, 62, 64, the winding wires 30, which are embedded in the individual lamellae 40 of the lamella segments 44, 46, 48, 50 in corresponding grooves 38, are twisted in opposite directions to one another in order to form flow channels for the cooling medium passing through the stator 22. 3 shows that the stator 22, mounted on the bearing column 54, can be machined from the inside by the toothed disks 60, 62, 64 and that radial locks 72 are assigned to the outer circumference of the individual lamellae 40 of the superimposed lamella segments 44, 46, 48, 50 that are to be rotated. During the actual rotation process of the superimposed individual lamellae 40, which are rotated in opposite directions in relation to one another by the toothed disks 60, 62, 64, the radial locks 72 are retracted and thus release the rotation of the individual lamellae 40, which are gripped from the inner side 28 by the toothed disks 60, 62, 64, in the circumferential direction. With regard to the number of slat segments 44, 46, 48, 50 arranged one above the other, the radial locking devices 72 are only arranged at the vertical heights in which individual slats 40 to be rotated relative to one another are provided between the adjacent slat segments 44, 46, 48, 50. Furthermore, the 3 schematically illustrated twisting device 86 that a compression of the individual lamella segments 44, 46, 48, 50 of the stator 22 in the axial direction can be carried out in one or more stages by appropriately applying a first clamping disk 66 and/or a second clamping disk 68 with a preload force that acts in the axial direction. The reference numerals 30, 32 are shown schematically in the illustration according to 3 the wire ends 32 of the winding wires 30, as shown in 2 are presented in more detail.

3.1 zeigt, dass die dort dargestellte Position der übereinanderliegenden Zähne der relativ zueinander verdrehbaren Zahnscheiben 60, 62, 64 einer Ausgangslage 76 entspricht. In der Ausgangslage 76 ragen die übereinanderliegend angeordneten, miteinander fluchtenden Zähne der Außenverzahnung der Zahnscheiben 60, 62, 64 in Freiräume 74 hinein. 3 .1 shows that the position shown there of the superimposed teeth of the toothed disks 60, 62, 64, which can be rotated relative to one another, corresponds to a starting position 76. In the starting position 76, the superimposed, aligned teeth of the external toothing of the toothed disks 60, 62, 64 protrude into free spaces 74.

Ausgehend von der in 3.1 dargestellten Ausgangslage der Zahnscheiben 60, 62, 64 erfolgt deren Verdrehung in entgegengesetzter Richtung zueinander. Beispielsweise wird die mit der im ersten Säulenabschnitt 56 verbundene erste Zahnscheibe 60 im Uhrzeigersinn 96 ausgelenkt, während die beidseitig von dieser Zahnscheibe 60 angeordneten zweiten und dritten Zahnscheiben 62, 64 im Gegenuhrzeigersinn 98 ausgelenkt werden (vgl. Darstellung gemäß den 5 und 6). Aufgrund der in 3.1 dargestellten Ausgangslage 76 führt die Verdrehung der in 3.1 dargestellten ersten Zahnscheibe 60 im Uhrzeigersinn 96 und die simultan dazu erfolgende Verdrehung der zweiten und dritten Zahnscheiben 62, 64 im Gegenuhrzeigersinn 98 dazu, dass sich die in der Figurensequenz 4.1, 4.2 und 4.3 dargestellten Effekte einstellen. Mit der Verdrehung der Zahnscheiben 60, 62, 64 von der Innenseite 28 der Einzellamellen 40 her wird eine Anlage des Wicklungsdrahts 30 an eine Wand der den betreffenden Wicklungsdraht 30 aufnehmenden Nut 38 erzeugt.Based on the 3 .1, the initial position of the toothed disks 60, 62, 64 is rotated in opposite directions to each other. For example, the first toothed disk 60 connected to the first column section 56 is deflected in a clockwise direction 96, while the second and third toothed disks 62, 64 arranged on both sides of this toothed disk 60 are deflected in a counterclockwise direction 98 (see illustration according to the 5 and 6 ). Due to the 3 .1, the rotation of the 3 .1 shown first toothed disk 60 in a clockwise direction 96 and the simultaneous rotation of the second and third toothed disks 62, 64 in an anti-clockwise direction 98 result in the effects shown in the figure sequence 4.1, 4.2 and 4.3. The rotation of the toothed disks 60, 62, 64 from the inner side 28 of the individual lamellas 40 causes the winding wire 30 to rest against a wall of the groove 38 receiving the respective winding wire 30.

4.1 zeigt, dass der Wicklungsdraht 30 in Bezug auf die Begrenzung der Nut 38 bei einer entsprechenden Verdrehung einen ersten Spalt 78 freigibt. In 4.2 gibt der innerhalb der Nut 38 aufgrund der Verdrehung verschobene, einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweisende Wicklungsdraht 30 einen zweiten Spalt 80 auf der der Darstellung gemäß 1 gegenüberliegenden Seite frei. 4 .1 shows that the winding wire 30 releases a first gap 78 with respect to the boundary of the slot 38 when twisted accordingly. In 4 .2, the winding wire 30, which has a substantially rectangular cross-section and is displaced within the groove 38 due to the rotation, forms a second gap 80 on the side shown in the illustration 1 opposite side free.

Der Darstellung gemäß 4.3 ist zu entnehmen, dass der im Wesentlichen einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisende Wicklungsdraht 30 eine Mittellage 82 in Bezug auf die Wände der Nut 38 einnimmt. In der Mittellage 82 entstehen beidseits des Wicklungsdrahts 30 Freiräume 74.According to the illustration 4 .3 shows that the winding wire 30, which has a substantially rectangular cross-section, occupies a central position 82 in relation to the walls of the slot 38. In the central position 82, free spaces 74 are created on both sides of the winding wire 30.

Die in den 4.1 und 4.2 dargestellten ersten beziehungsweise zweiten Spalte 78, 80 bilden innerhalb der Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 Strömungskanäle für das Kühlmedium, welches die genannten Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 gemäß der Darstellung in 1 vom Einlass 12 in mäanderförmiger Strömung 18 in Richtung des Auslasses 14 durchströmt und mithin eine Wärmeabfuhr der Verlustwärme aus dem Stator 22 ermöglicht.The 4 .1 and 4.2 form flow channels within the lamella segments 44, 46, 48, 50 for the cooling medium, which flows through the said lamella segments 44, 46, 48, 50 as shown in 1 from the inlet 12 in meandering flow 18 towards the outlet lasses 14 and thus enables heat dissipation of the waste heat from the stator 22.

In den 5 und 6 sind die Ausgangslage 76 sowie eine verdrehte Lage 84 der gegeneinander bewegbaren Zahnscheiben 60, 62, 64 einander gegenübergestellt.In the 5 and 6 the initial position 76 and a rotated position 84 of the mutually movable toothed disks 60, 62, 64 are positioned opposite each other.

5 zeigt, dass analog zur Darstellung gemäß 3.1 in der Ausgangslage 76 die Zähne an der Außenverzahnung der relativ zueinander bewegbaren Zahnscheiben 60, 62, 64 miteinander fluchten. 5 shows that analogous to the representation according to 3 .1 in the initial position 76 the teeth on the external toothing of the relatively movable toothed disks 60, 62, 64 are aligned with each other.

Sobald die Verdreheinrichtung 86 aktiviert wird, erfolgt eine simultane Verdrehung der ersten Zahnscheibe 60 im Uhrzeigersinn 96 sowie eine gleichzeitig stattfindende Verdrehung der zweiten und dritten Zahnscheiben 62, 64 im Gegenuhrzeigersinn 98, wie in 6 dargestellt. Die in gegenläufigen Richtungen, nämlich im Uhrzeigersinn 96 und im Gegenuhrzeigersinn 98 erfolgende simultane Verdrehung der Zahnscheiben 60, 62, 64 liegt in der Größenordnung von 0,3° bis 1,0° in beide Richtungen. Die Folge dieser Auslenkungen im Bereich zwischen 0,3° bis 1,0° ist eine Relativbewegung der entsprechenden Einzellamellen 40 in der Größenordnung zwischen 0,2° bis 0,5°, bis die Flanke des jeweils verdrehten Wicklungsdrahts 30, die in den 4.1 und 4.2 dargestellten Positionen am Rand der entsprechenden Nut 38 einnimmt und demzufolge auf der gegenüberliegenden Seite entweder der erste Spalt 78 oder der zweite Spalt 80 entstehen.As soon as the rotation device 86 is activated, a simultaneous rotation of the first toothed disk 60 in the clockwise direction 96 and a simultaneous rotation of the second and third toothed disks 62, 64 in the counterclockwise direction 98 take place, as in 6 The simultaneous rotation of the toothed disks 60, 62, 64 in opposite directions, namely clockwise 96 and counterclockwise 98, is in the order of magnitude of 0.3° to 1.0° in both directions. The consequence of these deflections in the range between 0.3° and 1.0° is a relative movement of the corresponding individual laminations 40 in the order of magnitude of between 0.2° and 0.5°, until the flank of the twisted winding wire 30, which is in the 4 .1 and 4.2 at the edge of the corresponding groove 38 and consequently either the first gap 78 or the second gap 80 are created on the opposite side.

7 zeigt in teilweise aufgeschnittener Darstellung die Verdreheinrichtung 86 mit ihren wesentlichen Komponenten. 7 shows a partially cutaway view of the rotating device 86 with its essential components.

Der Stator 22 ist auf die Lagersäule 54 aufgesteckt. Die Lagersäule 54 umfasst den ersten Säulenabschnitt 56, welcher die erste Zahnscheibe 60 verdreht, sowie den zweiten Säulenabschnitt 58, über welchen die mit diesem drehfest verbundenen zweiten und dritten Zahnscheiben 62, 64 gegenläufig zur ersten Zahnscheibe 60 bewegt werden. In der Schnittdarstellung gemäß 7 werden Einzellamellen 40 des obenliegenden ersten Lamellensegments 44 durch besagte Zahnscheiben 60, 62, 64 verdreht. Die Lagersäule 54 erstreckt sich durchgängig bis zum Umlaufteil 70. In der Mitte der Lagersäule 54, d. h. in dem Bereich, wo sich die Stirnseiten des ersten Säulenabschnitts 56 beziehungsweise des zweiten Säulenabschnitts 58 einander gegenüberliegen, weist die Lagersäule 54 bolzenartige Verjüngungen auf. Diese durchsetzen entsprechende Öffnungen in den relativ zueinander verdrehbaren Zahnscheiben 62, 64, 66. Die Öffnungen sind in einem etwas größeren Durchmesser beschaffen, da die Verdrehung lediglich Winkelgrade von maximal 2° überstreicht.The stator 22 is placed on the bearing column 54. The bearing column 54 comprises the first column section 56, which rotates the first toothed disk 60, as well as the second column section 58, via which the second and third toothed disks 62, 64, which are connected to it in a rotationally fixed manner, are moved in the opposite direction to the first toothed disk 60. In the sectional view according to 7 Individual lamellae 40 of the upper first lamella segment 44 are rotated by said toothed disks 60, 62, 64. The bearing column 54 extends continuously to the rotating part 70. In the middle of the bearing column 54, ie in the area where the front sides of the first column section 56 and the second column section 58 are opposite each other, the bearing column 54 has bolt-like tapers. These pass through corresponding openings in the toothed disks 62, 64, 66, which can be rotated relative to each other. The openings have a slightly larger diameter, since the rotation only covers angles of a maximum of 2°.

Aus 7 geht des Weiteren hervor, dass oberhalb des Stators 22 die erste Spannscheibe 66 und die darunterliegende, zweite Spannscheibe 68 angeordnet sind. Über die beiden Spannscheiben 66, 68 kann eine einstufige oder auch mehrstufige Kompression der Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 des Stators 22 vorgenommen werden, um diese auf Sollmaß zu bringen. Die Spannscheiben 66, 68 sind so bemessen, dass ihre Innendurchmesser neben den Drahtenden 32 der Wicklungsdrähte 30 des Stators 22 verlaufen, so dass diese nicht berührt werden.Out of 7 It is also apparent that the first clamping disk 66 and the second clamping disk 68 located underneath are arranged above the stator 22. The two clamping disks 66, 68 can be used to perform a single-stage or multi-stage compression of the lamination segments 44, 46, 48, 50 of the stator 22 in order to bring them to the desired size. The clamping disks 66, 68 are dimensioned such that their inner diameters run next to the wire ends 32 of the winding wires 30 of the stator 22 so that they are not touched.

Während der erste Säulenabschnitt 56 der Lagersäule 54 mittels einer ersten Fahne 90 verdreht wird, erfolgt eine zu dieser Verdrehung gegenläufige Verdrehung des zweiten Säulenabschnitts 58 durch die zweite Fahne 92. Diese befindet sich unterhalb des Umlaufteils 70. Die simultane Bewegung der beiden Fahnen 90, 92 erfolgt durch ein beispielsweise als Wippe ausgeführtes Übertragungselement 88. Durch dieses ist sichergestellt, dass eine simultane gegenläufige Verdrehung der beiden Säulenabschnitte 56, 58 der Lagersäule 54 ermöglicht wird.While the first column section 56 of the bearing column 54 is rotated by means of a first flag 90, the second column section 58 is rotated in the opposite direction to this rotation by the second flag 92. This is located below the rotating part 70. The simultaneous movement of the two flags 90, 92 is carried out by a transmission element 88, for example designed as a rocker. This ensures that a simultaneous, opposite rotation of the two column sections 56, 58 of the bearing column 54 is possible.

Aus der Darstellung gemäß 7 geht des Weiteren hervor, dass mittels des Ausrichteelements 52 eine Verdrehung von Einzellamellen 40 möglich ist, andere Einzellamellen 40 der Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 durch das Ausrichteelement 52 an einer Verdrehung in Umfangsrichtung gehindert sind.From the representation according to 7 It is further apparent that by means of the alignment element 52, a rotation of individual lamellae 40 is possible, while other individual lamellae 40 of the lamella segments 44, 46, 48, 50 are prevented from rotating in the circumferential direction by the alignment element 52.

8 zeigt in schematischer Weise eine vergrößerte Darstellung von Teilen des ersten Lamellensegments 44 und des zweiten Lamellensegments 46. 8 shows schematically an enlarged representation of parts of the first lamella segment 44 and the second lamella segment 46.

Aus der Darstellung gemäß 8 geht hervor, dass innerhalb des ersten Lamellensegments 44 die drei obenliegend angeordneten Einzellamellen 40 verdreht sind. In der Nomenklatur der vorangegangenen Figuren wird die mittlere Einzellamelle 40 im Uhrzeigersinn 96 bewegt, da diese von der ersten Zahnscheibe 60 an der Innenseite, die in 8 nicht dargestellt ist, ergriffen ist. Simultan dazu erfolgt eine Verdrehung der oberhalb und unterhalb dieser Einzellamelle 40 angeordneten Einzellamellen 40 im Gegenuhrzeigersinn 98, so dass die in den 4.1 und 4.2 dargestellten ersten und zweiten Spalte 78, 80 entstehen, welche die Durchströmung sämtlicher Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 mit dem Kühlfluid ermöglichen.From the representation according to 8 It can be seen that the three individual lamellae 40 arranged at the top are twisted within the first lamella segment 44. In the nomenclature of the previous figures, the middle individual lamella 40 is moved clockwise 96, since it is held by the first toothed disk 60 on the inside, which is in 8 not shown. Simultaneously, the individual slats 40 arranged above and below this individual slat 40 are rotated in an anti-clockwise direction 98, so that the 4 .1 and 4.2, which allow the cooling fluid to flow through all the lamella segments 44, 46, 48, 50.

Analog zum ersten Lamellensegment 44 erfolgt die Verdrehung der obenliegenden drei Einzellamellen 40 im zweiten Lamellensegment 46, welches in der Darstellung gemäß 8 nur teilweise wiedergegeben ist.Analogous to the first slat segment 44, the rotation of the three upper individual slats 40 takes place in the second slat segment 46, which ches in the representation according to 8 is only partially reproduced.

Aus der Darstellung gemäß 9 geht eine weitere Ansicht der Verdrehvorrichtung 86 hervor.From the representation according to 9 shows another view of the twisting device 86.

9 ist die Verdreheinrichtung 86 in schematischer Weise zu entnehmen. Aus dem in 9 nur beispielhaft dargestellten Aufbau geht hervor, dass in dieser Ausführungsvariante der Verdreheinrichtung 86 des Stators 22, gebildet aus dem ersten Lamellensegment 44, dem zweiten Lamellensegment 46 sowie dem dritten Lamellensegment 48 auf dem Umlaufteil 70 durch die Lagersäule 54 zentriert aufgenommen ist. Die beiden, die Säulenabschnitte 56 und 58 in entgegengesetzter Richtung zueinander bewegenden Fahnen 90, 92 liegen an einander gegenüberliegenden Enden des hier als Wippe dargestellten Übertragungselements 88. Dieses wird beispielsweise durch ein Handrad, welches auf ein Getriebe wirkt, in Bewegung gesetzt. Im Falle einer automatisierten Verdrehung der Wicklungsdrähte 30 des Stators 22 kämen Ansteuermotoren zum Einsatz, über welche, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung der simultan betätigbaren ersten und zweiten Fahnen 90, 92, die entsprechende Bewegung in die Einzellamellen 40 des jeweils zu bearbeitenden Lamellensegments des Stators 22 herbeiführen. 9 The twisting device 86 can be seen schematically. From the 9 The structure shown only as an example shows that in this embodiment the rotating device 86 of the stator 22, formed from the first lamella segment 44, the second lamella segment 46 and the third lamella segment 48, is centered on the rotating part 70 by the bearing column 54. The two flags 90, 92, which move the column sections 56 and 58 in opposite directions to each other, are located at opposite ends of the transmission element 88, shown here as a rocker. This is set in motion, for example, by a handwheel which acts on a gear. In the case of an automated twisting of the winding wires 30 of the stator 22, control motors would be used, via which, if necessary with the interposition of the simultaneously actuatable first and second flags 90, 92, the corresponding movement in the individual lamellae 40 of the lamella segment of the stator 22 to be processed would be brought about.

10 ist zu entnehmen, dass nach Bearbeitung sämtlicher Lamellensegmente 44, 46, 48 des Stators 22 dieser von der Lagersäule 54 nach Entfernung der ersten Fahne 90 in vertikaler Richtung nach oben entnommen wird. Nach der Montage des bearbeiteten Stators 22 aus den Spannscheiben 66, 68 erfolgt eine Bearbeitung des Stators 22, wie sie in 12 dargestellt ist. Nach Entnahme des Stators 22, d. h. nach Fertigstellung der Verdrehung der einzelnen Wicklungsdrähte 30 innerhalb der Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 erfolgt eine Bearbeitung des Stators 22 an dessen Außenumfang 24. 10 It can be seen that after machining all the lamella segments 44, 46, 48 of the stator 22, the latter is removed from the bearing column 54 in a vertical upward direction after removing the first lug 90. After assembling the machined stator 22 from the clamping disks 66, 68, the stator 22 is machined as shown in 12 is shown. After removal of the stator 22, ie after completion of the twisting of the individual winding wires 30 within the lamination segments 44, 46, 48, 50, the stator 22 is machined on its outer circumference 24.

Aus 12 geht hervor, dass die einzelnen Lamellen 40 des ersten Lamellensegments 44, des hier dargestellten zweiten Lamellensegments 46 sowie des hier ebenfalls dargestellten dritten Lamellensegments 48 elektrisch kontaktiert werden. Dazu werden beispielsweise Fügebahnen 100 gebildet, über welche sämtliche Einzellamellen 40 des gesamten Stators 22 elektrisch kontaktiert werden. Der Außenumfang 24 ist nach Entnahme des fertig verdrehten Stators 22 aus der Verdreheinrichtung 86 auch automatisiert möglich. In vorteilhafter Weise ist zum Aufbringen der Fügebahnen 100 im Rahmen stoffschlüssiger Verbindung der Außenumfang 24 des Stators 22 frei zugänglich, so dass die elektrische Kontaktierung auch auf automatisiertem Weg erfolgen kann.Out of 12 It can be seen that the individual lamellae 40 of the first lamella segment 44, the second lamella segment 46 shown here and the third lamella segment 48 also shown here are electrically contacted. For this purpose, for example, joining paths 100 are formed, via which all of the individual lamellae 40 of the entire stator 22 are electrically contacted. The outer circumference 24 can also be automated after the fully twisted stator 22 has been removed from the twisting device 86. The outer circumference 24 of the stator 22 is advantageously freely accessible for applying the joining paths 100 as part of a material-locking connection, so that the electrical contact can also be made in an automated manner.

Der Stator 22 der elektrischen Maschine 10 umfasst eine Anzahl von Lamellensegmenten 44, 46, 48, 50, die jeweils aus übereinandergestapelten Einzellamellen 40 gebildet sind. Die Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 des Stators 22 sind mittels eines Kühlmediums gekühlt, welches am Einlass 12 in den Stator 22 einströmt und diesen an einem Auslass wieder verlässt. Das Kühlmedium durchströmt die Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 des Stators 22 entlang von Nuten 38 in Einzellamellen 40 der Lamellensegmente 44, 46, 48, 50. Bei der Durchströmung wird dem Kühlmedium durch Zwischenschaltung der einzelnen gegeneinander verdreht angeordneten Einzellamellen 40 eine Mäanderströmung 18 vom Einlass 12 des Kühlmediums in Richtung zu dessen Auslass 14 aufgeprägt. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stator umfassen die einzelnen Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 an ihren jeweils aneinandergrenzenden Bereichen zueinander verdrehte Einzellamellen 40.The stator 22 of the electric machine 10 comprises a number of lamella segments 44, 46, 48, 50, each of which is formed from individual lamellae 40 stacked on top of one another. The lamella segments 44, 46, 48, 50 of the stator 22 are cooled by means of a cooling medium which flows into the stator 22 at the inlet 12 and leaves it again at an outlet. The cooling medium flows through the lamella segments 44, 46, 48, 50 of the stator 22 along grooves 38 in individual lamellae 40 of the lamella segments 44, 46, 48, 50. During the flow, a meandering flow 18 is impressed on the cooling medium from the inlet 12 of the cooling medium in the direction of its outlet 14 by interposing the individual lamellae 40 which are arranged rotated relative to one another. In the stator proposed according to the invention, the individual lamella segments 44, 46, 48, 50 comprise individual lamellae 40 that are twisted relative to one another in their respective adjacent regions.

Des Weiteren sind sämtliche Einzellamellen 40 der aneinandergrenzenden Lamellensegmente 44, 46, 48, 50 des Stators 22 am Außenumfang 24 über Fügebahnen 100 elektrisch kontaktiert.Furthermore, all individual lamellae 40 of the adjacent lamella segments 44, 46, 48, 50 of the stator 22 are electrically contacted on the outer circumference 24 via joining tracks 100.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, a large number of modifications are possible within the scope specified by the claims, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2975734 B1 [0002]
EN 112016000531 [0003]
DE 102011076904 A1 [0004]
DE 102016223084 A1 [0005]

Claims

Method for machining a stator (22) of an electrical machine (10) with a number of lamella segments (44, 46, 48, 50) with the following method steps: a) arranging the stator (22) on a bearing column (54) with a first column section (56) with a first toothed disk (60) and with a second column section (58) with second and third toothed disks (62, 64), which rotate individual lamellae (40) of the lamella segments (44, 46, 48, 50) from the inside (28) of the stator (22) by means of a positive fit and producing a starting position (76) of the lamella segments (44, 46, 48, 50) by means of at least one alignment element (52), b) pre-tensioning the lamella segments (44, 46, 48, 50) of the stator (22) axially by setting at least a clamping disk (66, 68), c) removal of the alignment element (52); d) simultaneous rotation of the toothed disks (60, 62, 64) in opposite directions (96, 98) to one another, whereby individual lamellae (40) of a lamella segment (44, 46, 48, 50) are rotated against one another; e) resetting the toothed disks (60, 62, 64) rotated according to d) to the starting position (76) and lifting a rotating part (70); f) carrying out the method steps c), d) and e) until all lamella segments (44, 46, 48, 50) of the stator (22) have been processed; g) Compression of the stator (22) to the desired dimension and materially bonding the individual lamellae (40) of the lamella segments (44, 46, 48, 50) to the outer circumference (24) of the stator (22).

Procedure according to Claim 1 , characterized in that according to method step a) teeth of the toothed disks (60, 62, 64) positively engage inner grooves (27) of individual lamellae (40) of the lamella segments (44, 46, 48, 50).

Procedure according to the Claims 1 and 2 , characterized in that in method step d) a first toothed disk (60) is rotated over a first column section (56) by 0.3° to 1.0° in the counterclockwise direction (98) and the second and third toothed disks (62, 64) are rotated over the second column section (58) by 0.3° to 1.0° in the clockwise direction (96).

Procedure according to the Claims 1 and 2 , characterized in that the individual lamellae (40) of the respective lamella segment (44, 46, 48, 50) gripped by the toothed disks (60, 62, 64) on their inner sides (28) are rotated by 0.2° to 0.5°.

Procedure according to the Claims 1 until 4 , characterized in that the starting position (76) according to method step e) is achieved by turning back the toothed disks (60, 62, 64).

Procedure according to the Claims 1 until 5 , characterized in that during the execution of the method steps c) to e) the lamella segments (44, 46, 48, 50) above and/or below the toothed disks (60, 62, 64) are supported by sleeve sections.

Procedure according to the Claims 1 until 6 , characterized in that according to method step b) a prestressing of the lamella segments (44, 46, 48, 50) is carried out by one or two-stage compression in the axial direction to a desired dimension in the axial direction of the stator (22),

Procedure according to the Claims 1 until 7 , characterized in that a rotation of the individual slats (40) takes place slat segment by slat and the individual slats (40) of the slat segments (44, 46, 48, 50) to be rotated are free of alignment elements (52).

Procedure according to the Claims 1 until 8 , characterized in that according to method step e) the turning back of the column sections (56, 58) is carried out by a transmission element (88).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that according to method step g), the material-locking joining of the individual lamellae (40) of the lamella segments (44, 46, 48, 50) runs along joining paths (100) which extend parallel to the longitudinal axis of the stator (22).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the execution of method step d), the torsion-free individual slats (40) of the respective slat segment (44, 46, 48, 50) remain in the starting position (76) by means of at least one alignment element (52).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in each of the lamella segments (44, 46, 48, 50) three superimposed individual lamellas (40) are rotated relative to one another in such a way that a central individual lamella (40) is rotated clockwise (96) and the individual lamella (40) adjacent to it is rotated counterclockwise (98).

Stator (22) of an electrical machine (10), manufactured according to one of the Claims 1 until 12 , with a number of lamella segments (44, 46, 48, 50) made of individual lamellas (40) in an electrical machine (10) which is cooled by means of a cooling medium cooled, which flows into the stator (22) at an inlet (12) and leaves it again at an outlet (14), characterized in that the cooling medium flows through the lamella segments (44, 46, 48, 50) of the stator (22) along grooves (38) in individual lamellas (40) of the lamella segments (44, 46, 48, 50) and the flow of the cooling medium is given a meandering flow (18) from the inlet (12) of the cooling medium to its outlet (14) by interposing individual individual lamellas (40) arranged rotated against one another.

Stator (22) according to Claim 13 , characterized in that it comprises lamella segments (44, 46, 48, 50) which comprise individual lamellae (40) twisted relative to one another in adjacent regions.

Stator (22) according to the Claims 13 and 14 , characterized in that all individual lamellae (40) of the adjacent lamella segments (44, 46, 48, 50) of the stator (22) are electrically contacted on the outer circumference (24) via joining tracks (100).