AT518097A1

AT518097A1 - Verfahren zum Bewickeln eines Ringspulensegments

Info

Publication number: AT518097A1
Application number: ATA51091/2015A
Authority: AT
Inventors: Borsai Peter; Pulnikow Andrey; Biancuzzi Giovanni
Original assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-07-15
Also published as: AT518097B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewickeln eines Ringspulensegments einer Ringspule, mit den Verfahrensschritten: Befestigen eines Endes eines ersten Drahtstücks an einer ersten Position des Ringspulensegments und eines Endes eines zweiten Drahtstücks an einer zweiten Position des Ringspulensegments, Drehen des Ringspulensegments um eine Achse, die parallel zu einer Verbindungslinie zwischen der ersten Position und der zweiten Position ist, während des Drehens des Ringspulensegments, Bewegen einer ersten Zuführposition und einer zweiten Zuführposition relativ zueinander, wobei das erste Drahtstück an die erste Zuführposition dem Ringspulensegment zugeführt wird, und das zweite Drahtstück an die zweite Zuführposition dem Ringspulensegment zugeführt wird.

Description

Verfahren zum Bewickeln eines Ringspulensegments

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bewickeln eines Ringspulensegments einer Ringspule, auf ein Ringspulensegment, eine Ringspule sowie einen Elektromotor.

Hintergrund und Stand der Technik

Bei Elektromotoren kommen je nach Nenndrehzahl, erforderlichem Drehmoment und vorhandenem Bauraum verschiedene Designs zum Einsatz. Insbesondere bei schnelldrehenden Motoren kann es vorteilhaft sein, toroidale Statorwicklungen zu verwenden, so dass der Stator eine oder mehrere Ringkernspulen umfasst. Dadurch kann eine hohe Nenndrehzahl von einigen Zehntausend Umdrehungen pro Minute (rpm) bis über eine Million rpm bei einem relativ großen Drehmoment erreicht werden, wobei relativ wenig Wickeldraht für die Statorwicklung verwendet wird. Prinzipiell wird zum Erreichen einer hohen Drehzahl und eines großen Drehmoments ein verhältnismäßig dicker Wickeldraht benötigt. In einem Statordesign mit Rückschlussring und Statorpolen kann der Wickeldraht entlang von Statornuten geführt werden, und dadurch kann ein großer Wickelkopf entstehen, der viel Bauraum und viel Material, z.B. Kupfer, für den Wickeldraht benötigt. Daher sind solche Elektromotoren häufig relativ groß und teuer in der Herstellung. Ein weiteres Problem bei hohen Drehzahlen ist es, die Wellendynamik unter Kontrolle zu haben. Daher ist es notwendig, die elektrischen Maschinen möglichst kurz zu bauen, was durch einen Stator mit Toroidwicklung ermöglicht wird.

Bei toroidal gewickelten Statoren kann weniger Material für den Wickeldraht verbraucht werden, als es zum Führen des Wickeldrahts in den Statornuten eines herkömmlichen Statordesigns benötigt wird. Dabei kann das Bewickeln des Stators aufgrund der Ringkemgeometrie aufwendig sein. Üblicherweise wird beim Umwickeln des Ringkems der Wickeldraht durch dessen zentrale Öffnung geführt.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Bewickeln eines Ringspu- lensegments einer Ringspule bereitzustellen. Ferner sollen eine ein- oder mehrphasig bewickelte Ringspule sowie ein Elektromotor mit einer derartigen Ringspule bereitgestellt werden.

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Bewickeln eines Ringspulensegments einer Ringspule. Gemäß dem Verfahren werden ein Ende eines ersten Drahtstücks an einer ersten Position des Ringspulensegments und ein Ende eines zweiten Drahtstücks an einer zweiten Position des Ringspulensegments befestigt. Das Ringspulensegment wird um eine Achse, die parallel zu einer Verbindungslinie zwischen der ersten Position und der zweiten Position ist, gedreht. Das erste Drahtstück wird einer ersten Zuführposition am Ringspulensegment zugeführt, und das zweite Drahtstück wird einer zweiten Zuführposition am Ringspulensegment zugeführt. Während des Drehens des Ringspulensegments werden die erste Zuführposition und die zweite Zuführposition relativ zueinander bewegt.

Das Ringspulensegment hat die Form eines azimutalen Segments eines geschlossenen Rings, z.B. mit einem rechteckigen, ovalen oder kreisförmigen Querschnitt oder eine Kombination hiervon als Querschnitt. Das Ringspulensegment weist eine Mantelfläche entlang seiner Umlaufrichtung sowie jeweils eine Stirnfläche an seinen beiden Enden auf.

Das erste und das zweite Drahtstück werden jeweils an der ersten und der zweiten Position festgehalten. Während das Ringspulensegment gedreht wird, werden das erste Drahtstück und das zweite Drahtstück dem Ringspulensegment zugeführt. Die jeweilige Zuführposition bezieht sich auf diejenige Stelle an dem Ringspulensegment, an welcher das zugeführte Drahtstück mit dem Ringspulensegment in Berührung kommt. Die Zuführpositionen können an der Mantelfläche des Ringspulensegments liegen. Das Bewickeln des Ringspulensegments mit den Drahtstücken erfolgt durch Drehen des Ringspulensegments um eine Achse, die parallel zu der Verbindungslinie zwischen der ersten Position und der zweiten Position ist.

Vorzugsweise befinden sich die erste Position und die zweite Position an der Mantelfläche des Ringspulensegments. Vorzugsweise sind die erste Position und die zweite Position auf derselben Seite, z.B. an einer außenliegenden Seite, des Ringspulensegments angeordnet. Die erste Position und die zweite Position sind voneinander beabstandet. Beispielsweise liegt die erste Position nahe dem einen Ende des Ringspulensegments und die zweite Position nahe dem anderen Ende des Ringspulensegments.

Mit dem Verfahren können zwei Abschnitte des Ringspulensegments in unterschiedlichen Windungsrichtungen bewickelt werden. Dabei wird das erste Drahtstück um einen ersten Abschnitt des Ringspulensegments in einer ersten Windungsrichtung gewickelt. Gleichzeitig wird das zweite Drahtstück um einen zweiten Abschnitt des Ringspulensegments in einer zweiten Windungsrichtung gewickelt. Sind die erste Wickelrichtung und die zweite Wickelrichtung entgegengesetzt, werden die zwei Abschnitte des Ringspulensegments gegenläufig, d.h. in unterschiedlichem Drehsinn, bewickelt. Gegenläufig gewickelte Abschnitte des Ringspulensegments können geeignet sein, zwei Magnetfelder unterschiedlicher Phasen zu erzeugen.

Die jeweilige Windungsrichtung der Drahtstücke hängt davon ab, wie die erste Position und die zweite Position relativ zueinander angeordnet sind, wie die erste Zuführposition und zweite Zuführposition relativ zueinander bewegt werden und in welcher Richtung (z.B. links- oder rechtsdrehend) das Ringspulensegment gedreht wird. Beispielsweise werden das erste Drahtstück und das zweite Drahtstück nahe den Enden des Ringspulensegments befestigt, und die Zuführpositionen werden während des Drehens des Ringspulensegments in Richtung Mitte des Ringspulensegments bewegt, so dass beide Hälften des Ringspulensegments gegenläufig bewickelt werden, d.h. entgegengesetzte Windungsrichtungen aufweisen.

Das erste Drahtstück und das zweite Drahtstück können einstückig ausgebildet sein und zusammen einen Draht bilden. Dabei können das Ende des ersten Drahtstücks und das Ende des zweiten Drahtstücks jeweils einem Ende des Drahtes entsprechen. Beim Anlegen einer Spannung an den Draht erzeugen das erste Drahtstück und das zweite Drahtstück jeweils ein Magnetfeld. Sind das erste Drahtstück und das zweite Drahtstück gegenläufig gewickelt, können beim Anlegen der Spannung an den Draht zwei entgegen gerichtete Magnetfelder erzeugt werden.

In Ausführungsformen kann das Ende des ersten Drahtstücks und/oder das Ende des zweiten

Drahtstücks mithilfe einer Klemme und/oder eines Hakens an dem Ringspulensegment befestigt sein. Beispielsweise sind das Ende des ersten Drahtstücks mithilfe eines ersten Hakens an der ersten Position und das Ende des zweiten Drahtstücks mithilfe eines zweiten Hakens an der zweiten Position an der Mantelfläche des Ringspulensegments befestigt. Die Klemme und/oder der Haken können das erste Drahtstück und das zweite Drahtstück beim Drehen des Ringspulensegments festhalten, so dass sie sich nicht von dem Ringspulenelement lösen. Die Klemme und/oder der Haken können dabei einer jeweiligen Zugspannung in dem ersten Drahtstück und dem zweiten Drahtstück entgegen wirken. Die Klemme und/oder der Haken können so ausgestaltet sein, dass sie nach dem Bewickeln des Ringspulensegments entfernt werden können.

Die Klemme ist eine Vorrichtung zum mechanischen Fixieren der Drahtstücke. Die Klemme kann einen zangenartigen Abschnitt zum Aufnehmen eines Drahtstücks aufweisen, der beispielsweise aufgrund einer Federkraft das aufgenommene Drahtstück festhalten kann. Die Haltekraft der Klemme kann durch eine Feststellschraube oder ein Federelement unterstützt werden.

Der Haken kann ein gebogenes und/oder abgewinkeltes Element sein, das mit dem Ringspulenelement materialeinstückig oder verbunden, z.B. verklebt, verschraubt oder verschweißt, ist. Der Haken kann einen ersten Abschnitt, der sich in einem Winkel, z.B. senkrecht zu der Mantelfläche des Ringspulenelements erstreckt, und einen zweiten Abschnitt, der in einem Winkel zum ersten Abschnitt, z.B. parallel zu der Mantelfläche des Ringspulenelements verläuft, aufweisen.

In Ausführungsformen liegen die erste Zuführposition und die zweite Zuführposition zwischen der ersten und der zweiten Befestigungsposition. Vorzugsweise liegen die erste Position und die zweite Position an oder nahe bei den Enden des Ringspulensegments, so dass möglichst die gesamte Länge und/oder der gesamte Umfang des Ringspulensegments zum Bewickeln benutzt wird. Darüber hinaus können die Zuführpositionen während des Drehens des Ringspulensegments aufeinander zubewegt werden, so dass das Ringspulensegment beginnend an seinen Enden in Richtung seiner Mitte bewickelt wird. Dadurch kann das Ringspu- lensegment je zur Hälfte links- und rechtsdrehend bewickelt werden.

In Ausführungsformen werden das erste Drahtstück und das zweite Drahtstück während des Drehens des Ringspulensegments gespannt, indem die Drahtstücke dem Ringspulensegment unter Spannung zugeführt werden. Dabei kann eine Zugkraft auf die Drahtstücke ausgeübt werden, die einer Zuführrichtung des jeweiligen Drahtstücks entgegengesetzt gerichtet ist. Dadurch kann das Bewickeln des Ringspulensegments besser steuerbar sein, z.B. die Drahtstücke während des Drehens des Ringspulensegments stärker gegen das Ringspulensegment gepresst werden, oder eine gleichmäßige Windung der Drahtstücke erzielt werden. Hierzu können zusätzliche Rollen vorgesehen sein, um die die Drahtstücke jeweils eingerollt sind und während des Drehens des Ringspulensegments unter Ausübung einer Zugspannung ausgerollt werden.

In Ausführungsformen hat das Ringspulensegment in Draufsicht die Form eines Ringsegments. Das Ringspulensegment stellt insbesondere einen azimutalen Abschnitt einer Ringspule dar. Mehrere Ringspulensegmente können zu einem vollständigen Ring einer Ringspule zusammengesetzt werden. Die Ringspulensegmente können gleichmäßig ausgebildet sein und beispielsweise jeweils einer Hälfte, einem Drittel, einem Viertel, usw. eines geschlossenen Rings der Ringspule entsprechen.

In Ausführungsformen werden das erste Drahtstück und das zweite Drahtstück gegenläufig um das Ringspulensegment gewickelt. Dadurch können zwei entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder gleichzeitig erzeugt werden, oder zwei Magnetfelder in unterschiedlichen Phasen betrieben werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Ringspulensegment vorgeschlagen, das in der oben beschriebenen Weise ausgebildet und mit dem ersten Drahtstück und dem zweiten Drahtstück bewickelt ist. Das Ringspulensegment kann einen ferromagnetischen Kem aufweisen, der in einem elektrisch isolierenden Träger aufgenommen ist. Alternativ kann der ferromagnetische Kem mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sein.

Ferner wird ein Herstellungsverfahren einer Ringspule vorgeschlagen. Die Ringspule umfasst mindestens zwei Ringspulensegmente, die jeweils nach dem oben beschriebenen Verfahren und/oder einer seiner Ausführungsformen bewickelt und miteinander verbunden werden. Dabei können die mindestens zwei Ringspulensegmente über eine Schnappverbindung miteinander verbunden werden. Denkbar sind ferner, dass mehrere Ringspulensegmente miteinander verschraubt, verklebt oder über eine Bajonettverbindung miteinander verbunden werden. Die Drahtstücke, die um die einzelnen Ringspulensegmente gewickelt sind, werden miteinander verbunden und verschaltet. Zwei zusammengehörende Spulenabschnitte, z.B. zwei Drahtstücke, die um gegenüberliegende Abschnitte der Ringspule gewickelt sind, können unter Berücksichtigung ihrer Windungsrichtung so bestromt werden, dass sie gegenphasige Magnetfelder erzeugen.

Die Ringspule kann mehrphasig betrieben werden, indem benachbarte Spulenabschnitte um eine bestimmte Phase verschoben betrieben werden. Beispielsweise kann die Ringspule aus drei gleichmäßigen Ringspulensegmenten mit je zwei Spulenabschnitten zusammengesetzt werden. Eine derartige Ringspule kann dreiphasig mit einer sinusförmigen Spannung betrieben werden, indem die Phasen zwei benachbarter Spulenabschnitte um 60° voneinander verschoben werden.

Ferner wird eine Ringspule mit einer toroidalen Wicklung vorgeschlagen, die in der oben beschriebenen Weise hergestellt ist. Die Ringspule hat die Form eines geschlossenen Rings und kann z.B. einen rechteckigen, ovalen oder kreisförmigen Querschnitt oder eine Kombination hiervon als Querschnitt aufweisen. Die Ringspule ist in azimutaler Richtung in mehrere Ringspulensegmente unterteilt. Vorzugsweise weist die Ringspule einen ferromagnetischen Spulenkern auf, der mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet oder in einem elektrisch isolierenden Träger aufgenommen ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Elektromotor mit einem Stator, der eine derartige Ringspule aufweist, vorgeschlagen.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Beispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines Ringspu lensegments, das mit einem ersten Drahtstück und mit einem zweiten Drahtstück bewickelt wird;

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht des Ringspulensegments der Fig. 1 nach dem Bewickeln mit dem ersten Drahtstück und dem zweiten Drahtstück;

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Ringspule, die aus drei Ringspulensegmenten zusammengesetzt ist, die jeweils mit zwei Drahtstücken gegenläufig bewickelt sind;

Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer

Ringspule, die mit einem einzigen Draht mehrphasig gewickelt ist; und

Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild der Ringspule der Fig. 3 oder 4.

Fig. 1 zeigt ein Ringspulensegment 10, das mit einem ersten Drahtstück 12 und einem zweiten Drahtstück 14 bewickelt wird. Das Ringspulensegment 10 ist ein azimutaler Abschnitt einer ringförmigen Spule. Das Ringspulensegment 10 umfasst ein Spulenkemsegment und einen Isolatorkörper 16, der in Form eines zu einer Kreissehne verbogenen hohlen Zylinders mit einer umlaufenden Mantelfläche und ohne Deckflächen an seinen beiden Enden 18 ausgebildet ist. Der Querschnitt des Isolatorkörpers 16 ist kreisförmig. Der Isolatorkörper 16 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet und nimmt das in Fig. 1 nicht gezeigte ferromagnetische Spulenkemsegment auf, der in Form eines zu einer Kreissehne verbogenen vollen Zylinders ausgebildet ist und sich zwischen den beiden Enden 18 des Isolatorkörpers 16 erstreckt. An den Enden 18 ist jeweils eine Schnappverbindung 20 vorgesehen, um das Ringspulensegment 10 mit einem weiteren, ähnlich oder identisch ausgebildeten Ringspulen-

Segment zu verbinden.

An einer Oberseite der Mantelfläche des Isolatorkörpers 16 sind zwei Haken 22 ausgebildet, die jeweils nahe bei einem der Enden 18 des Isolatorkörpers 16 angeordnet sind. Die Haken 22 sind einstückig mit dem Isolatorkörper 16 ausgebildet und ragen aus der Mantelfläche des Isolatorkörpers 16 heraus. Die Haken 22 sind entlang einer Umlaufrichtung der Mantelfläche des Isolatorkörpers 16 gebogen, wobei der gebogene Abschnitt einem Abstand zu dem Isolatorkörper 16 aufweist. In Fig. 1 sind die Haken 22 jeweils nach oben geöffnet. Ein Ende 24 des ersten Drahtstücks 12 und ein Ende 26 des zweiten Drahtstücks 14 sind jeweils in einen der Haken 22 eingehängt. Die Positionen der Haken 22 entsprechen einer ersten Position und einer zweiten Position, an den die Enden 24, 26 jeweils an dem Isolatorkörper 16 des Ringspulensegments 10 befestigt sind.

Das Ringspulensegment 10 wird entlang einer Verbindungslinie 28 zwischen den Haken 22 gedreht. Ein Pfeil 30 zeigt die Drehrichtung des Ringspulensegments 10. Durch das Drehen wird der Isolatorkörper 16 des Ringspulensegments 10 gleichzeitig mit dem ersten Drahtstück 12 und mit dem zweiten Drahtstück 14 bewickelt. Während des Drehens des Ringspulensegments 10 werden das erste Drahtstück 12 an eine erste Zuführposition 32, und das zweite Drahtstück an eine zweite Zuführposition 34 zugeführt. Die Zuführrichtung der Drahtstücke 12, 14 ist durch einen Pfeil 36 dargestellt. Während des Drehens des Ringspulensegments 10 werden die Zuführpositionen 32, 34 entlang der Mantelfläche aufeinander zubewegt. Die Bewegungen der Zuführpositionen 32, 34 erfolgen dabei symmetrisch und gleichmäßig in Richtung einer Symmetrieebene 38 des Ringspulensegments 10.

Optional sind zwei Führungsrollen 40 vorgesehen, die jeweils das erste Drahtstück 12 und das zweite Drahtstück 14 an einer von dem Ringspulensegment 10 beabstandeten Stelle festhal-ten. Die Führungsrollen 40 üben während des Drehens des Ringspulensegments 10 eine Zugkraft auf die Drahtstücke 12, 14 in eine zu der Zuführrichtung 36 entgegengesetzte Richtung aus und spannen dadurch die Drahtstücke 12, 14. Der Abstand zwischen den Führungsrollen 40 ist geringer als der Abstand zwischen der ersten Position und der zweiten Position (d.h. zwischen den Haken 22) sowie der Abstand zwischen der ersten Zuführposition 32 und der zweiten Zuführposition 34. Unter Ausübung der Zugkraft auf die Drahtstücke 12, 14 werden die Zuführpositionen 32, 34 aufeinander zubewegt.

Die Drahtstücke 12, 14 können jeweils um eine der Führungsrollen 40 gewickelt sein und während des Drehens des Ringspulensegments 10 ausgerollt werden. In Fig. 1 sind das erste Drahtstück 12 und das zweite Drahtstück 14 einstückig ausgebildet und bilden einen Draht. Die Führungsrollen 40 können während des Drehens des Ringspulensegments 10 in Richtung des Ringspulensegments 10 bewegt werden, um die Spannung auf die Drahtstücke 12, 14 aufrechtzuerhalten.

Fig. 2 zeigt das Ringspulensegment 10 nach dem Bewickeln mit den Drahtstücken 12, 14. Die linke Hälfte des Ringspulensegments 10 als erster Spulenabschnitt 42 ist mit dem ersten Drahtstück 12, und die rechte Hälfte 44 des Ringspulensegments 10 als zweiter Spulenabschnitt 44 ist mit dem zweiten Drahtstück 14 bewickelt. Das erste Drahtstück 12 und das zweite Drahtstück 14 sind gegenläufig gewickelt. Von der Symmetrieebene 38 aus gesehen, sind der Spulenabschnitt 42 rechtsdrehend, und der Spulenabschnitt 44 linksdrehend bewickelt.

In Fig. 2 werden ferner die Führungsrollen 40 in ihren Endpositionen gezeigt. Da die Drahtstücke 12, 14 einstückig ausgebildet sind, bewegen sich die Führungsrollen 40 während des Drehens des Ringspulensegments 10 mit einem losen Ende 46 in Richtung des Isolatorkörpers 16, um die Zugkraft bis zum Ende des Drehvorgangs aufrechtzuerhalten.

Die Windungszahl der Drahtstücke 12, 14 hängt von der Drehdauer und der Drehgeschwindigkeit ab, mit der das Ringspulensegment 10 gedreht wird. Bei einer symmetrischen Anordnung der Haken 22, Zuführpositionen 32, 34 und ggf. der Führungsrollen 40, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, können die Spulenabschnitte 42, 44 symmetrisch bewickelt sein, d.h. gleiche Windungszahlen sowie einen gleichen und gleichmäßigen Abstand zwischen den Windungen aufweisen.

Die Drahtstücke 12, 14, die in Fig. 1 und 2 einstückig ausgebildet sind, können verschaltet und bestromt werden, um zwei gegenphasige Magnetfelder zu erzeugen. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Drahtstücke 12, 14 nicht einstückig ausgebildet, oder der Draht 42 ist an einer Position (z.B. an dem losen Ende 46) durchtrennt, und die Spulenabschnitte 42, 44 können separat bestromt werden.

Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ringspule 48. Die Ringspule 48 ist aus drei gleichmäßig ausgebildeten Ringspulensegmenten 50, 52, 54 zusammengesetzt. Die Ringspulensegmente 50 - 54 sind mithilfe einer Schnappverbindung 56 miteinander verbunden. Die Ringspulensegmente 50 - 54 können in Bauweise und Struktur jeweils dem Ringspulensegment 10 entsprechen, das in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Jedes der Ringspulensegmente 50 - 54 weist zwei Spulenabschnitte 58 - 68 auf, die jeweils mit einem Drahtstück nach dem oben beschriebenen Verfahren bewickelt sind. Benachbarte Spulenabschnitte, z.B. die Spulenabschnitte 58, 60 des Ringspulensegments 50, sind gegenläufig bewickelt.

Jedes der Drahtstücke, die die Spulenabschnitte 58 - 68 umwickeln, weist zwei offene Enden auf, die von dem jeweiligen Ringspulensegment wegführen und verschaltet werden können. Die offenen Enden der Drahtstücke werden bei Bedarf mit einem elektrischen Gerät, z.B. einer Stromversorgung, einem Funktionsgenerator, einem Phasengenerator und/oder einem Verzögerungsgenerator, verbunden.

Zwei gegenüberliegende Spulenabschnitte, d.h. die Spulenabschnitte 58 und 64, 60 und 66 oder 62 und 68, werden gegenphasig geschaltet, d.h. um 180° phasenverschoben betrieben. Zusätzlich werden benachbarte Spulenabschnitte 58 - 68 um 60° phasenverschoben betrieben, so dass die Ringspule 48 dreiphasig betrieben wird.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ringspule 70, die aus drei Ringspulensegmenten 50, 52, 54 zusammengesetzt ist. Die Verbindungen 56 zwischen den Ringspulensegmenten sind in Fig. 4 schematisch dargestellt. In Fig. 4 bilden Drahtstücke, die um die Spulenabschnitte 58 - 68 gewickelt sind, einstückig einen Draht 72.

Zwischen den Spulenabschnitten 58, 60 des Ringspulensegments 50 und zwischen den Spulenabschnitten 62, 64 des Ringspulensegments 52 ist jeweils eine Schlaufe 74, 76 gebildet. Zwischen den Spulenabschnitten 66, 68 des Ringspulensegments 54 laufen beide offene Enden 78 des Drahts 72 zusammen. Die Schlaufen 74, 76 sowie die offenen Enden 78 des Drahts 72 werden mit elektrischen Anschlüssen versehen und bei Bedarf mit einem elektrischen Gerät verbunden. Die Schlaufen 74, 76 können zudem aufgetrennt werden, um einen separaten Betrieb der jeweiligen benachbarten Spulenabschnitte 58 - 64 zu ermöglichen.

Gegenüberliegend angeordnete Spulenabschnitte sind über Verbindungsdrahtstücke 80, 82, 84 des Drahts 72 miteinander verbunden. Beispielsweise sind die Spulenabschnitte 58, 64, die gegenüberliegend angeordnet sind, über das Verbindungsdrahtstück 80 miteinander verbunden. Dabei sind gegenüberliegend angeordnete Spulenabschnitte gegenläufig gewickelt, d.h. die Spulenabschnitte 58, 62, 66 sind im Uhrzeigersinn in Fig. 4 rechtsdrehend bewickelt, während die Spulenabschnitte 60, 62, 68 linksdrehend bewickelt sind. Die Ringspule 70 kann eine Vorstufe der Ringspule 48 im Herstellungsprozess darstellen. Durch Auftrennen der Schlaufen 74, 76 sowie der Verbindungsdrahtstücke 80 - 84 kann die Ringspule 70 in die in Fig. 3 gezeigte Ringspule 48 überführt werden. Die Verbindungsdrahtstücke 80, 82, 84 sind nur schematisch dargestellt und können beispielsweise durch einen in Umfangsrichtung der Ringspulensegmente 50, 52, 54 geführten Draht realisiert sein. Ebenso kann die Verbindung durch auf den Stirnseiten der Ringspulensegmente 50, 52, 54 angeordnete Leiterbahnen oder Leitblechen umgesetzt werden. In anderen Ausführungen kann die durch die Verbindungsdrahtstücke 80, 82, 84 symbolisierte Verbindung mittels einer Verschaltung auf einer Leiterplatte umgesetzt sein. Dazu können die am Ende eines Ringspulensegments 50, 52, 54 liegenden Drahtenden der Spulenabschnitte 58-64 jeweils elektrisch mit einer Leiterplatte verbunden und dort verschaltet werden.

Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild, das die Ringsegmente 50 - 54, die Spulenabschnitte 58 - 68 und die Knotenpunkte 74 - 78 veranschaulicht. Gegenläufig bewickelte Spulenabschnitte, z.B. die Spulenabschnitte 62, 64 des Ringspulensegments 52, sind in Fig. 5 durch unterschiedliche Richtungen des Spulensymbols (d.h. nach innen oder nach außen gewandt) dargestellt.

An den Knotenpunkten 74 - 78 liegt jeweils eine Spannung, z.B. in Sinus- oder Kosinusform, an. Insgesamt bilden die Spulenabschnitte 58 - 68 und die Knotenpunkte 74 - 78 eine Dreieckschaltung, in der drei Phasenstränge eines Dreiphasenwechselstroms in Reihe geschaltet werden. Dabei werden jeweils zwei Knotenpunkte 74 - 78, die jeweils einem Phasenstrang einer Dreieckschaltung entsprechen, mit einem elektrischen Gerät verbunden, das einen Phasenunterschied zwischen den Knotenpunkten 74 - 78 erzeugt. Auf diese Weise kann die Ringspule 48, 70 dreiphasig betrieben werden.

Alternativ oder zusätzlich können Knotenpunkte 86 - 90 mit einem elektrischen Gerät verbunden werden sein. Ferner denkbar ist, dass die Knotenpunkte 86 - 90 geerdet sind. Folglich kann die Verschaltung der Knotenpunkte 74 - 48 und 86 - 90 eine Dreieckschaltung, eine Sternschaltung oder eine Mischform davon ausbilden. Die Knotenpunkte 86 - 90 können den in Figur 4 gezeigten Verbindungsdrahtstücken 80, 82, 84 entsprechen. Beispielsweise kann der Knotenpunkt 86 dem Verbindungsdrahtstück 80, der Knotenpunkt 88 dem Verbindungsdrahtstück 82 und der Knotenpunkt 90 dem Verbindungsdrahtstück 84 entsprechen.

Das gezeigte Wickelverfahren sowie das Herstellungsverfahren einer Ringspule ermöglichen ein schnelles, kostengünstiges und einfaches Herstellen von Bauelementen eines Elektromotors.

Bezugszeichen 10 Ringspulensegment 12, 14 Drahtstück 16 Trägerkörper 18 Ende, Stirnfläche 20 Schnappverbindung 22 Haken 24, 26 Ende des Drahtstücks 28 Verbindungslinie 30 Drehrichtung 32,34 Zuführposition 36 Zuführrichtung 38 Symmetrieebene 40 Führungsrolle 42,44 Hälfte 46 Ende des Drahts 48 Ring spule 50, 52, 54 Ringspulensegment 56 Verbindung 58, 60, 62, 64, 66, 68 Spulenabschnitt 70 Ring spule 72 Draht 74,76 Schlaufe 78 Ende des Drahts 80 - 84 Verbindungsdrahtstück 86 - 90 Knotenpunkt

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Bewickeln eines Ringspulensegments (10) einer Ringspule (48), mit den Verfahrensschritten: Befestigen eines Endes (24) eines ersten Drahtstücks (12) an einer ersten Position des Ringspulensegments (10) und eines Endes (26) eines zweiten Drahtstücks (14) an einer zweiten Position des Ringspulensegments (10), Drehen des Ringspulensegments (10) um eine Achse, die parallel zu einer Verbindungslinie (28) zwischen der ersten Position und der zweiten Position ist, während des Drehens des Ringspulensegments (10), Bewegen einer ersten Zuführposition (32) und einer zweiten Zuführposition (34) relativ zueinander, wobei das erste Drahtstück (12) an die erste Zuführposition (32) dem Ringspulensegment (10) zugeführt wird, und das zweite Drahtstück (14) an die zweite Zuführposition (34) dem Ringspulensegment (10) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drahtstück (12) und das zweite Drahtstück (14) einstückig einen Draht (72) bilden.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (24) des ersten Drahtstücks (12) und/oder das Ende (26) des zweiten Drahtstücks (14) mit Hilfe einer Klemme und/oder eines Hakens (22) an dem Ringspulensegment (10) befestigt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuführposition (32) und die zweite Zuführposition (34) zwischen der ersten Position und der zweiten Position liegen.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch: Spannen des ersten Drahtstücks (12) und des zweiten Drahtstücks (14) während des Drehens des Ringspulensegments (10), indem die Drahtstücke (12, 14) dem Ringspulenseg ment (10) unter Spannung zugeführt werden.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführpositionen (32, 34) während des Drehens des Ringspulensegments (10) aufeinander zubewegt werden.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringspulensegment (10) in Draufsicht die Form eines Ringsegments hat.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drahtstück (12) und das zweite Drahtstück (14) gegenläufig um das Ringspulensegment (10) gewickelt werden.
9. Verfahren zum Herstellen einer Ringspule (48), die mindestens zwei Ringspulensegmente (50 - 54) umfasst, die jeweils nach einem der vorherigen Ansprüche bewickelt und miteinander verbunden werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringspulensegmente (50 - 54) über eine Schnappverbindung (56) miteinander verbunden werden.
11. Ringspulensegment (10), das nach einem der Ansprüche 1 bis 8 toroidal bewickelt ist.
12. Ringspule (48) mit einer toroidalen Wicklung, die nach Anspruch 9 oder 10 hergestellt ist.
13. Elektromotor mit einem Stator, der eine Ringspule (48) nach Anspruch 12 umfasst.