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WO2023052038A1 - Verfahren zum herstellen einer ein- oder mehrfachen lagenspule, lagenspule, elektrische maschine sowie vorrichtung - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer ein- oder mehrfachen lagenspule, lagenspule, elektrische maschine sowie vorrichtung Download PDF

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Publication number
WO2023052038A1
WO2023052038A1 PCT/EP2022/074570 EP2022074570W WO2023052038A1 WO 2023052038 A1 WO2023052038 A1 WO 2023052038A1 EP 2022074570 W EP2022074570 W EP 2022074570W WO 2023052038 A1 WO2023052038 A1 WO 2023052038A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
winding
flat wire
forming
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2022/074570
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Bickel
Juntao ZHU
Noah STREIDEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to CN202280051753.8A priority Critical patent/CN117693885A/zh
Priority to US18/686,526 priority patent/US20240291362A1/en
Publication of WO2023052038A1 publication Critical patent/WO2023052038A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/18—Windings for salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/04—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings prior to their mounting into the machines
    • H02K15/043—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of windings prior to their mounting into the machines winding flat conductive wires or sheets
    • H02K15/0431—Concentrated windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a single or multiple layer coil, a layer coil, an electrical machine and a device.
  • Layered coils of the type in question are typically formed from flat wires. These are relatively large in cross-section, typically rectangular in cross-section, and are difficult to shape. Automated production in particular turns out to be difficult. Due to the good electrical properties of preformed coil windings, however, they are also becoming increasingly interesting for electric drives, such as those used in partially or fully electrically operated motor vehicles.
  • a method for producing a single or multiple layer coil comprises the steps:
  • the flat wire is a, in particular metallic, flat wire with a preferably angular, such as for example square or in particular rectangular, cross section.
  • the expression "flat wire” is explicitly not to be understood as meaning that it necessarily has to have a rectangular or "flat" cross-section.
  • the flat wire preferably has an insulating layer.
  • the material of the flat wire is copper.
  • the insulating layer serves in particular to electrically insulate the conductor element/flat wire.
  • the method expediently comprises two separate or separate forming steps, namely the forming of the flat wire along the forming direction to produce the winding sections, and the actual winding or forming of the coil layers within the winding planes.
  • This division advantageously enables a very precise and, in particular, easily automatable shaping.
  • the method comprises the step:
  • the offset is expediently realized via the aforementioned forming area.
  • the forming preferably takes place with a two-part forming tool, for example. Expediently, high forming forces can be realized in this way, which are necessary for forming the flat wire.
  • the flat wire has a rectangular cross section, for example.
  • the forming direction is preferably perpendicular to the short side of the cross section, ie in particular the rectangular cross section.
  • the winding within the winding plane takes place correspondingly over the long side. Significantly less effort is required here. It is correspondingly advantageous to separate these two processes from one another.
  • the S-shaped configuration or the configuration of the deformed area as an S-fold can easily be implemented via a deforming process.
  • the method comprises the step:
  • the production of the winding sections includes, in particular, the introduction of the deformed areas.
  • a plurality of winding sections are formed before the coil layers are wound.
  • all required winding sections are preformed. In the case of a triple-layer coil, for example, three deformation areas are produced. This can be advantageous since the coil layers then only have to be wound within the winding planes.
  • the geometric configuration of the forming section does not have to be configured in the same way.
  • the first forming area which connects the starting section to the first winding plane, is expediently designed differently than a forming area, which connects two coil layers.
  • the method comprises the step:
  • the end section of the layered coil is expediently located in the respective last or only winding plane.
  • the layer coils are interconnected or contacted in further process steps for forming a preformed coil winding.
  • consecutive layers of coils are wound one after the other.
  • the method therefore advantageously enables the production of single and multiple layer coils without a change in the process sequence, since the individual coil layers can each be manufactured sequentially.
  • the method comprises the step:
  • a tool or a device is expediently used for production, which is used in particular when winding the coil layers.
  • the method comprises the step:
  • the starting section or the beginning of the coil is expediently fixed or clamped in a suitable manner while the at least one coil layer is being wound.
  • the winding is expediently carried out using the aforementioned device, which has two guide sections, via which the basic shape of the coil layer is specified.
  • the lead ment sections expediently comprise guide elements, via which, for example, the forming regions that have already been introduced can also be stored and positioned or guided.
  • the method comprises the step:
  • the layered coils are introduced into the slots of a stator body or arranged there, for example, in order to form a preformed coil winding.
  • the slots formed on an inner peripheral surface of the stator body are at an angle to one another, namely the aforementioned slot angle.
  • this groove angle is already taken into account or made available when forming a multiple layer coil.
  • the angle can already be introduced during the shaping of the winding sections.
  • the angle can be introduced when winding the coil layers.
  • the angle can also be introduced subsequently, after the coil layers have been formed.
  • the invention also relates to a layered coil, in particular produced using the method according to the invention, formed from a flat wire and comprising at least one coil layer, the at least one coil layer lying in a winding plane which is offset or spaced apart from a coil beginning of the layered coil, and wherein the offset is produced by reshaping the flat wire along a reshaping direction which is oriented perpendicularly or essentially perpendicularly to the winding plane.
  • the layered coil comprises a multiplicity of coil layers, the coil layers being spaced apart from one another by an offset, and the offset being produced by reshaping the flat wire along a reshaping direction which is oriented perpendicularly or essentially perpendicularly to the winding planes of the coil layers.
  • the offset is expediently generated separately from the coil layers.
  • the offset is not introduced when winding the coil layers themselves, but beforehand.
  • a forming tool for example a corresponding die, is expediently used for this purpose.
  • the offset is realized via correspondingly formed deformed areas in the flat wire, with the deformed area preferably being S-shaped. Such an S-shaped deformation area can also be referred to as an S-fold.
  • the respective end section of the flat wire or the layered coil is expediently located in the last winding plane or in the respective single winding plane.
  • the coil layers are expediently wound from the inside to the outside and each in the same direction, which benefits the automation of the manufacturing process.
  • the layer coil has a plurality of coil layers which are oriented at an angle to one another which is adapted to a slot angle. This facilitates the placement of multiple layer coils in the slots of, for example, a stator body. This also ensures in particular that, for example, the insulation of the layer coil is not damaged when it is arranged in the slots.
  • the invention also relates to an electrical machine, comprising at least one layer coil according to the invention.
  • the electrical machine expediently comprises a stator or rotor which has a preformed coil winding which is formed from the layered coils according to the invention.
  • the stator of the electrical machine has a preformed coil winding which is constructed from the layer coils according to the invention or which consists of layer coils which are produced using the method according to the invention.
  • the electrical machine is preferably a traction motor of a partially or fully electrically operated motor vehicle, such as a motorcycle, a passenger car or a commercial vehicle.
  • the invention further relates to a device, in particular for carrying out the method according to the invention, comprising two guide sections over which a flat wire can be wound to form one or more coil layers, the guide sections having guide elements which are designed to guide the flat wire.
  • the device expediently comprises means for locking the flat wire or the layered coil that has already been formed in a positive and/or non-positive manner.
  • the means are expediently designed for locking in a form-fitting and/or non-positive manner at least in certain areas or sections, in particular for holding the flat wire. This can be an advantage good automation of the process can be achieved.
  • Such means can be designed, for example, as clamping elements which are designed to hold the flat wire in sections, in particular, for example, at the beginning of the coil or at the starting section of the flat wire.
  • the aforementioned guide elements are shaped and designed to guide or hold the preformed deformed areas.
  • guide elements can be designed to guide the coil layers or to specify the shape of the winding planes or to maintain them when winding the coil layers.
  • FIG. 1 a schematic view of a flat wire and a forming tool
  • FIG. 2 several views of a layer coil shown schematically
  • FIG. 3 a diagrammatically represented multiple layer coil in a side view
  • Figure 4 a view (seen along a longitudinal axis) of a multiple layer coil in a schematic representation.
  • FIG. 1 schematically shows a flat wire 1, this having a starting section 12 which is offset by an offset x in relation to a winding section 2.
  • the aforementioned offset x is realized via a forming area 3, which can also be referred to as an S-fold.
  • the deformed area 3 is introduced by deforming the flat wire 1 along a deforming direction U, as outlined by the arrow.
  • the winding section 2 lies in a plane E, which is offset by the offset x in relation to the starting section 12 .
  • a forming tool 20 is schematically outlined, which has an upper and a lower die and which is intended to form a flat wire 1 arranged between them in such a way that a forming region 3 is produced.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a simple layered coil in several schematic views.
  • the layered coil 10 comprises a starting section or coil beginning 12 and an end section or a coil end 14, each of which protrudes beyond the coil layer 16, see also the view shown on the left in this respect.
  • the coil layer 16 and the coil end 14 are offset/spaced apart from each other by an offset x relative to the coil start 12 , this being produced by a forming region 3 .
  • the form or shape of the coil layer 16 can be seen in the view on the left.
  • the coil layer 16 is wound from the inside out.
  • Section AA is shown on the right, as sketched on the left.
  • the windings of the flat wire 1 can be seen in section, with the rectangular cross-section in particular being able to be seen.
  • the forming direction U is perpendicular or essentially perpendicular to the short side of the flat wire 1.
  • a mold 20 is used for this purpose, as outlined in FIG.
  • the winding itself for forming the at least one coil layer 16 takes place around the long side, with less effort being required in this case.
  • Numeral 30 designates guide portions of a jig or tool used for forming the sheet coil.
  • the guide sections 30 include guide elements 32 which are provided for guiding, locking or positioning regions or sections of the layered coil 20.
  • guide elements 32 are provided, for example, via which the forming regions are guided and positioned. All forming areas 3 are expediently produced with tools such as are sketched in FIG. However, not all deformed areas have to have exactly the same shape.
  • the deformed area between the starting section 12 and the first winding plane E expediently has a different shape than the deformed areas 3 between the winding planes E.
  • Reference number 34 outlines two clamping elements which are designed to lock the starting section or coil start 12 of the layered coil 10 during winding. Alternatively, a plurality of such clamping elements 34 can be provided or arranged to hold the layered coil 10 in sections during winding.
  • Figure 4 shows a view seen along a longitudinal axis of a multiple layer coil 10, presently comprising three coil layers 16.
  • winding planes E in which the coil layers 16 run, are not oriented parallel to one another, but are at an angle a to one another, softer is expediently adapted to a slot angle, for example of a stator, in which the layered coil 10 is to be arranged.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer ein- oder mehrfachen Lagenspule, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Flachdrahts; - Umformen des Flachdrahts entlang einer Umformrichtung zum Erzeugen eines oder mehrerer zu einem Startabschnitt des Flachdrahts versetzt ausgebildeter Wickelabschnitte, wobei der oder die Wickelabschnitte zum Formen von Spulenlagen ausgebildet sind, welche in versetzt zu der Umformrichtung angeordneten Wickelebenen verlaufen; - Wickeln des oder der Wickelabschnitte innerhalb der jeweiligen Wickelebene zum Formen einer oder mehrerer Spulenlagen.

Description

Verfahren zum Herstellen einer ein- oder mehrfachen Lagenspule, Lagenspule, elektrische Maschine sowie Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer ein- oder mehrfachen Lagenspule, eine Lagenspule, eine elektrische Maschine sowie eine Vorrichtung.
Lagenspulen der in Rede stehenden Art werden typischerweise aus Flachdrähten gebildet. Diese weisen im Verhältnis einen relativ großen Querschnitt auf, in der Regel einen rechteckigen Querschnitt, und sind nur schwer zu formen. Insbesondere eine automatisierte Herstellung gestaltet sich als schwierig. Aufgrund der guten elektrischen Eigenschaften von Formspulenwicklungen werden diese allerdings zunehmend auch für elektrische Antriebe, wie sie in teil- oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen verwendet werden, interessant.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer ein- oder mehrfachen Lagenspule, eine Lagenspule, eine elektrische Maschine sowie eine Vorrichtung anzugeben, welche eine prozesssichere und schnelle Herstellung von Lagenspulen in höchster Qualität ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch eine Lagenspule gemäß Anspruch 10, durch eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 13 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer ein- oder mehrfachen Lagenspule die Schritte:
- Bereitstellen eines Flachdrahts;
- Umformen des Flachdrahts entlang einer Umformrichtung zum Erzeugen eines oder mehrerer zu einem Startabschnitt des Flachdrahts versetzt ausgebildeter Wickelabschnitte, wobei der oder die Wickelabschnitte zum Formen von Spulenlagen ausgebildet oder vorgesehen sind, welche in versetzt zu der Umformrichtung angeordneten Wickelebenen verlaufen;
- Wickeln des oder der Wickelabschnitte innerhalb der jeweiligen Wickelebene zum Formen einer oder mehrerer Spulenlagen. Der Flachdraht ist gemäß einer Ausführungsform ein, insbesondere metallischer, Flachdraht mit einem bevorzugt eckigen, wie beispielsweise quadratischen oder insbesondere rechteckigen, Querschnitt. Der Ausdruck „Flachdraht“ ist explizit nicht dahingehen zu verstehen, dass dieser zwangsläufig einen rechteckigen oder „flachen“ Querschnitt aufweisen muss. Der Flachdraht weist bevorzugt eine Isolationsschicht auf. Typischerweise ist das Material des Flachdrahts Kupfer. Die Isolationsschicht dient insbesondere der elektrischen Isolierung des Leiterelements/Flachdrahts. Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren zwei getrennte oder gesonderte Umformschritte, nämlich das Umformen des Flachdrahts entlang der Umformrichtung zum Erzeugen der Wickelabschnitte, sowie das eigentliche Wickeln bzw. Formen der Spulenlagen innerhalb der Wickelebenen. Diese Aufteilung ermöglicht mit Vorteil eine sehr präzise und insbesondere gut automatisierbare Formgebung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Anordnen des Flachdrahts an einem Umformwerkzeug zum Erzeugen eines, insbesondere S-förmigen, Umformbereichs.
Über den vorgenannten Umformbereich wird zweckmäßigerweise der Versatz realisiert. Bevorzugt erfolgt das Umformen beispielsweise mit einem zweiteiligen Umformwerkzeug. Zweckmäßigerweise können damit hohe Umformkräfte realisiert werden, welche zum Formen des Flachdrahts nötig sind. Wie erwähnt, weist der Flachdraht beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Umformrichtung steht bevorzugt senkrecht zu der kurzen Seite des Querschnitts, also insbesondere des rechteckigen Querschnitts. Das Wickeln innerhalb der Wickelebene erfolgt entsprechend über die lange Seite. Hier ist deutlich weniger Kraftaufwand erforderlich. Entsprechend vorteilhaft ist es, diese beiden Prozesse voneinander zu trennen. Die S-förmigen Ausgestaltung bzw. die Ausgestaltung des Umformbereichs als S-Schlag ist über einen Umformvorgang gut zu realisieren.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Erzeugen der Wickelabschnitte vor dem Wickeln der Spulenlagen oder der Spulenlage. Das Erzeugen der Wickelabschnitte umfasst insbesondere das Einbringen der Umformbereiche. Gemäß einer Ausführungsform wird vor dem Wickeln der Spulenlagen eine Vielzahl von Wickelabschnitten geformt. Gemäß einer Ausführungsform werden sämtliche benötigten Wickelabschnitte vorgeformt. Bei einer dreifachen Lagenspule werden beispielsweise drei Umformbereiche erzeugt. Dies kann vorteilhaft sein, da im Anschluss lediglich noch das Wickeln der Spulenlagen innerhalb der Wickelebenen durchgeführt werden muss. Alternativ ist es auch möglich, die Wickelabschnitte nacheinander zu erzeugen und jeweils zunächst die entsprechende Spulenlage zu fertigen, bevor der jeweils nachfolgende Umformabschnitt einge- bracht wird. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die geometrische Ausgestaltung der Umformabschnitt nicht gleich ausgestaltet sein muss. Insbesondere ist der erste Umformbereich, welcher den Startabschnitt mit der ersten Wickelebene verbindet, zweckmäßigerweise anders ausgebildet als ein Umformbereich, welcher zwei Spulenlagen verbindet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Formen eines Endabschnitts der Lagenspule in der letzten oder der einzigen Wickelebene.
Zweckmäßigerweise liegt der Endabschnitt der Lagenspule in der jeweils letzten oder einzigen Wickelebene.
Das Spulenende, wie auch der Startabschnitt oder der Spulenanfang, überragen die jeweiligen Spulenlage(n) um einen Überstand. Im Bereich des Überstands werden die Lagenspulen in weiteren Verfahrensschritten zum Formen einer Formspulenwicklung miteinander verschaltet bzw. kontaktiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden aufeinanderfolgende Spulenlagen nacheinander gewickelt. Das Verfahren ermöglicht daher mit Vorteil die Herstellung ein- und mehrfachen Lagenspulen ohne eine Änderung des Verfahrensablaufs, da die einzelnen Spulenlagen jeweils sequentiell gefertigt werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Wickeln der zumindest einen Spulenlage von innen nach außen.
Zweckmäßigerweise werden auch alle Spulenlagen gleichsinnig gewickelt. Auch dies kommt der Automatisierbarkeit zugute.
Zweckmäßigerweise wird für die Herstellung ein Werkzeug oder eine Vorrichtung verwendet, welche insbesondere beim Wickeln der Spulenlagen zum Einsatz kommt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Form- und/oder kraftschlüssiges Arretieren zumindest des Startabschnitts bzw. des Spulenanfangs beim Wickeln.
Zweckmäßigerweise wird der Startabschnitt oder der Spulenanfang in geeigneter Weise fixiert oder eingespannt, während die zumindest eine Spulenlage gewickelt wird. Das Wickeln erfolgt zweckmäßigerweise mittels der vorgenannten Vorrichtung, welche zwei Führungsabschnitte aufweist, über welche die Grundform der Spulenlage vorgegeben wird. Die Füh- rungsabschnitte umfassen zweckmäßigerweise Führungselemente, über welche beispielsweise auch die bereits eingebrachten Umformbereiche gelagert und positioniert bzw. geführt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- Einbringen eines Winkels zwischen die Wickelebenen, welcher an einen Nutwinkel, insbesondere beispielsweise eines Stators, angepasst ist.
Die Lagenspulen werden zum Formen einer Formspulenwicklung beispielsweise in die Nuten eines Statorkörpers eingebracht oder dort angeordnet. Die an einer inneren Umfangsfläche des Statorkörpers ausgebildeten Nuten weisen zueinander einen Winkel auf, nämlich den vorgenannten Nutwinkel. Mit Vorteil wird dieser Nutwinkel bereits beim Formen einer mehrfachen Lagenspule berücksichtigt oder vorgehalten. Der Winkel kann gemäß einer Ausführungsform bereits beim Formen der Wickelabschnitte eingebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Winkel beim Wickeln der Spulenlagen eingebracht werden. Weiter alternativ oder zusätzlich kann der Winkel auch nachträglich, nach dem Formen der Spulenlagen, eingebracht werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Lagenspule, insbesondere hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, geformt aus einem Flachdraht und umfassend zumindest eine Spulenlage, wobei die zumindest eine Spulenlage in einer Wickelebene liegt, welche zu einem Spulenanfang der Lagenspule um einen Versatz versetzt oder beabstandet ist, und wobei der Versatz durch Umformen des Flachdrahts entlang einer Umformrichtung erzeugt ist, welche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Wickelebene orientiert ist. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorteile analog und entsprechend für die Lagenspule, wie auch für die später erwähnte elektrische Maschine und die Vorrichtung gelten, wie auch umgekehrt und untereinander.
Die Lagenspule umfasst gemäß einer Ausführungsform eine Vielzahl von Spulenlagen, wobei die Spulenlagen jeweils um einen Versatz zueinander beabstandet sind, und wobei der Versatz durch Umformen des Flachdrahts entlang einer Umformrichtung erzeugt ist, welche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Wickelebenen der Spulenlagen orientiert ist. Zweckmäßigerweise ist der Versatz jeweils getrennt von den Spulenlagen erzeugt. Der Versatz wird also nicht beim Wickeln der Spulenlagen selbst eingebracht, sondern bereits vorher. Hierzu wird zweckmäßigerweise ein Umformwerkzeug, beispielsweise ein entsprechendes Gesenk, verwendet. Der Versatz wird über entsprechend ausgebildete Umformbereiche im Flachdraht realisiert, wobei der Umformbereich bevorzugt S-förmig ausgebildet ist. Ein derart S-förmiger Umformbereich kann auch als S-Schlag bezeichnet werden. Wie be- reits im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnt, werden derartige S-Schläge zweckmäßigerweise gesondert von den Spulenlagen selbst erzeugt bzw. hergestellt. Dies bedeutet allerdings nicht, dass der Umformbereich beim Wickeln keinerlei nachträgliche Verformung erfährt. Wenn nötig, kann ein Umformbereich auch beim Wickeln der Spulenlagen noch eine, wenn auch im Verhältnis geringere, Verformung erfahren.
Der jeweilige Endabschnitt des Flachdrahts bzw. der Lagenspule liegt zweckmäßigerweise in der letzten oder der jeweils einzigen Wickelebene. Die Spulenlagen sind zweckmäßigerweise von innen nach außen und jeweils gleichsinnig gewickelt, was der Automatisierbarkeit des Herstellverfahrens zugutekommt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Lagenspule mehrere Spulenlagen auf, welche in einem Winkel zueinander orientiert sind, welche an einen Nutwinkel angepasst sind. Dies erleichtert die Anordnung von mehrfachen Lagenspulen in den Nuten beispielsweise eines Stator-Körpers. Damit ist insbesondere auch gewährleistet, dass beispielsweise die Isolation der Lagenspule beim Anordnen in den Nuten nicht beschädigt wird.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine elektrische Maschine, umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Lagenspule. Zweckmäßigerweise umfasst die elektrische Maschine einen Stator oder Rotor, welcher eine Formspulenwicklung aufweist, welche aus den erfindungsgemäßen Lagenspulen gebildet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Stator der elektrischen Maschine eine Formspulenwicklung auf, welche aus den erfindungsgemäßen Lagenspulen aufgebaut ist bzw. welche aus Lagenspulen besteht, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Bevorzugt ist die elektrische Maschine ein Traktionsmotor eines teil- oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, wie eines Kraftrads, eines Personenkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs.
Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend zwei Führungsabschnitte, über welche ein Flachdraht zum Formen einer oder mehrerer Spulenlagen gewickelt werden kann, wobei die Führungsabschnitte Führungselemente aufweisen, welche zur Führung des Flachdrahts ausgelegt sind.
Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung Mittel zum form- und/oder kraftschlüssigen Arretieren des Flachdrahts oder der bereits geformten Lagenspule. Zweckmäßigerweise sind die Mittel zum zumindest bereichs- oder abschnittsweise form- und/oder kraftschlüssigen Arretieren insbesondere zum Halten des Flachdrahts ausgelegt. Damit kann mit Vorteil eine gute Automatisierbarkeit des Verfahrens erreicht werden. Derartige Mittel können beispielsweise als Klemmelemente ausgebildet sein, welche ausgelegt sind, den Flachdraht abschnittsweise zu halten, insbesondere beispielsweise am Spulenanfang bzw. am Startabschnitt des Flachdrahts.
Die vorgenannten Führungselemente sind gemäß einer Ausführungsform geformt und ausgelegt, die vorgeformten Umformbereiche zu führen bzw. zu halten. Daneben können Führungselemente ausgebildet sein, um die Spulenlagen zu führen bzw. die Form der Wickelebenen vorzugeben bzw. beim Wickeln der Spulenlagen einzuhalten.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens sowie einer Lagenspule und einer Vorrichtung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische Ansicht eines Flachdrahts sowie eines Formwerkzeugs;
Figur 2: mehrere Ansichten einer schematisch dargestellten Lagenspule;
Figur 3: eine schematisch dargestellte mehrfache Lagenspule in einer Seitenansicht;
Figur 4: eine Ansicht (entlang einer Längsachse gesehen) einer mehrfachen Lagenspule in einer schematischen Darstellung.
Figur 1 zeigt schematisch einen Flachdraht 1, wobei dieser einen Startabschnitt 12 aufweist, welcher um einen Versatz x gegenüber einem Wickelabschnitt 2 versetzt ist. Der vorgenannte Versatz x wird über einen Umformbereich 3 realisiert, welcher auch als S-Schlag bezeichnet werden kann. Eingebracht wird der Umformbereich 3 durch Umformen des Flachdrahts 1 entlang einer Umformrichtung U, wie durch den Pfeil skizziert. Der Wickelabschnitt 2 liegt in der Folge in einer Ebene E, welche um den Versatz x gegenüber dem Startabschnitt 12 versetzt ist. In der rechten Bildhälfte ist schematisch ein Formwerkzeug 20 skizziert, welches ein oberes und ein unteres Gesenk aufweist und welches vorgesehen ist, einen dazwischen angeordneten Flachdraht 1 derart umzuformen, dass ein Umformbereich 3 erzeugt wird. Abhängig davon, ob eine ein- oder mehrfache Lagenspule erzeugt werden soll, können mehrere derartige Umformbereiche 3 erzeugt werden. Figur 2 zeigt in mehreren schematischen Ansichten eine Ausführungsform einer einfachen Lagenspule. In der mittleren Ansicht ist zu erkennen, wie aus einem Flachdraht 1 , wie er in der Figur 1 skizziert ist, eine Lagenspule 10 gebildet ist, welche in einer Wickelebene E eine Spulenlage 16 aufweist. Die Lagenspule 10 umfasst einen Startabschnitt oder Spulenanfang 12 sowie einen Endabschnitt oder ein Spulenende 14, welche die Spulenlage 16 jeweils überragen, vgl. diesbezüglich auch die links dargestellte Ansicht. Die Spulenlage 16 wie auch das Spulenende 14 sind gegenüber dem Spulenanfang 12 über einen Versatz x zueinander versetzt/beabstandet, wobei dieser über einen Umformbereich 3 erzeugt ist. In der linken Ansicht ist die Form bzw. Gestalt der Spulenlage 16 zu erkennen. Insbesondere ist zu erkennen, dass die Spulenlage 16 von innen nach außen gewickelt ist. Rechts ist der Schnitt A-A dargestellt, wie er links skizziert ist. Zu sehen sind die Windungen des Flachdrahts 1 im Schnitt, wobei insbesondere der rechteckige Querschnitt erkannt werden kann. Die Umformrichtung U steht senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der kurzen Seite des Flachdrahts 1. Entsprechend wird beim Umformen entlang der Umformrichtung U viel Kraft benötigt. Vorteilhafterweise wird hierzu entsprechend ein Formwerkzeug 20 verwendet, wie es in der Figur 1 skizziert ist. Das Wickeln selbst zum Formen der zumindest einen Spulenlage 16 erfolgt um die lange Seite herum, wobei hierbei weniger Kraftaufwand erforderlich ist.
Figur 3 zeigt eine mehrfache Lagenspule 10, wobei der Grundaufbau der gleiche ist, wie bei der einlagigen Lagenspule, vgl. die Figur 2. Allerdings sind vorliegend mehrere Wickelebenen E ausgebildet, in welchen jeweils Spulenlagen 16 ausgebildet sind. Entsprechend sind ebenfalls mehrere Umformbereiche 3 ausgebildet. Die Bezugszeichen 30 bezeichnen Führungsabschnitte einer Vorrichtung oder eines Werkzeugs, welches zum Formen der Lagenspule verwendet wird. Die Führungsabschnitte 30 umfassen Führungselemente 32, welche dazu vorgesehen sind, Bereiche oder Abschnitte der Lagenspule 20 zu führen, zu arretieren oder positionieren etc. Insbesondere sind beispielsweise Führungselemente 32 vorgesehen, über welche die Umformbereiche geführt und positioniert werden. Zweckmäßigerweise werden alle Umformbereiche 3 mit Werkzeugen erzeugt, wie sie in der Figur 1 skizziert sind. Dabei müssen allerdings nicht alle Umformbereiche exakt die gleiche Form aufweisen. Insbesondere weist zweckmäßigerweise der Umformbereich zwischen dem Startabschnitt 12 und der ersten Wickelebene E eine andere Form auf als die Umformbereiche 3 zwischen den Wickelebenen E. Bezugszeichen 34 skizziert zwei Klemmelemente, welche ausgelegt sind, den Startabschnitt oder Spulenanfang 12 der Lagenspule 10 beim Wickeln zu arretieren. Alternativ können auch mehrere derartige Klemmelemente 34 zum abschnittsweise Halten der Lagenspule 10 beim Wickeln vorgesehen bzw. angeordnet werden. Figur 4 zeigt eine Ansicht entlang einer Längsachse einer mehrfachen Lagenspule 10 gesehen, umfassend vorliegend drei Spulenlagen 16. Skizziert ist, dass die Wickelebenen E, in welchen die Spulenlagen 16 verlaufen, nicht parallel zueinander orientiert sind, sondern zueinander in einem Winkel a stehen, weicher zweckmäßigerweise an einen Nutwinkel, bei- spielsweise eines Stators, angepasst ist, in welchem die Lagenspule 10 angeordnet werden soll.
Bezugszeichenliste
1 Flachdraht
2 Wickelabschnitt 3 Umformbereich, S-Schlag
10 Lagenspule
12 Startabschnitt, Spulenanfang
14 Endabschnitt, Spulenende
16 Spulenlage 20 Formwerkzeug
30 Führungsabschnitte
32 Führungselement
34 Klemmelemente x Versatz a Winkel
W Wickelebene

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer ein- oder mehrfachen Lagenspule (10), umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Flachdrahts (1);
Umformen des Flachdrahts (1) entlang einer Umformrichtung (U) zum Erzeugen eines oder mehrerer zu einem Startabschnitt (12) des Flachdrahts (1) versetzt ausgebildeter Wickelabschnitte (2), wobei der oder die Wickelabschnitte (2) zum Formen von Spulenlagen (16) ausgebildet sind, welche in versetzt zu der Umformrichtung angeordneten Wickelebenen (E) verlaufen;
Wickeln des oder der Wickelabschnitte (2) innerhalb der jeweiligen Wickelebene (E) zum Formen einer oder mehrerer Spulenlagen (16).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , umfassend den Schritt:
Anordnen des Flachdrahts (1) in einem Umformwerkzeug (20) zum Erzeugen eines, insbesondere S-förmigen, Umformbereichs (16).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flachdraht (1) einen rechteckigen Querschnitt aufweist, und wobei die Umformrichtung (U) senkrecht zu der kurzen Seite des Querschnitts liegt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Erzeugen der Wickelabschnitte (2) vor dem Wickeln der Spulenlage(n) (16).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Formen eines Endabschnitts (14) der Lagenspule in der letzten oder der einzigen Wickelebene (E).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aufeinanderfolgende Spulenlagen (16) nacheinander gewickelt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Wickeln der zumindest einen Spulenlage (16) von innen nach außen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Form- und/oder kraftschlüssiges Arretieren zumindest des Startabschnitts (12) beim Wickeln.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Einbringen eines Winkels (a) zwischen den Wickelebenen (E) welcher an einen Nutwinkel, insbesondere eines Stators, angepasst ist.
10. Lagenspule (10), insbesondere hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, geformt aus einem Flachdraht (1) und umfassend zumindest eine Spulenlage (16), wobei die zumindest eine Spulenlage (16) in einer Wickelebene (E) liegt, welche zu einem Spulenanfang (12) der Lagenspule (10) um einen Versatz (x) versetzt ist, und wobei der Versatz (x) durch Umformen des Flachdrahts (1) entlang einer Umformrichtung (U) erzeugt ist, welche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Wickelebene (E) orientiert ist.
11 . Lagenspule (10) nach Anspruch 10, umfassend eine Vielzahl von Spulenlagen (16), wobei die Spulenlagen (16) jeweils um einen Versatz (x) zueinander beabstandet sind, und wobei der Versatz (x) durch Umformen des Flachdrahts (1) entlang einer Umformrichtung (U) erzeugt ist, welche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu den Wickelebenen (E) der Spulenlagen (16) orientiert ist.
12. Lagenspule nach Anspruch 10 oder 11 , umfassend mehrere Spulenlagen (16), welche in einem Winkel (a) zueinander orientiert sind, welcher an einen Nutwinkel angepasst ist. Elektrische Maschine, umfassend zumindest eine Lagenspule nach einem der Ansprüche 10 bis 12. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprü- ehe 1 bis 9, umfassend zwei Führungsabschnitte (30), über welche ein Flachdraht (1) zum Formen einer oder mehrerer Spulenlagen (16) gewickelt werden kann, wobei die Führungsabschnitte (30) Führungselemente (32) aufweisen, welche zur Führung des Flachdrahts (1) ausgelegt sind. Vorrichtung nach Anspruch 14, umfassend Mittel zum form- und/oder kraftschlüssigen Arretieren des Flachdrahts (1) und/oder der bereits geformten Lagenspule (10).
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