CH619080A5

CH619080A5 -

Info

Publication number: CH619080A5
Application number: CH770579A
Authority: CH
Inventors: Hans Peter Latussek; Werner Ertel
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1978-11-21
Filing date: 1979-08-24
Publication date: 1980-08-29
Also published as: IT7927423A0; DE2850473A1; GB2036456A; IT1126340B; FR2442531A1

Description

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PATENTANSPRÜCHE Spule für einen Kleinstmotor mit einem Spulenkörper, der eine Wickelfläche und zwei daran anschliessende Begrenzungsflächen aufweist, und mit einer aus einem elektrischen Leiter bestehenden Spulenwicklung, die auf der Wickelfläche aufgewickelt und von den beiden Begrenzungsflächen seitlich begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ecken (13,14) zwischen der Wickelfläche (9) und den beiden Begrenzungsflächen (11,12) ausgerundet sind, dass die einzelnen Lagen des elektrischen Leiters der Spulenwicklung (3) - im Schnitt der Spule gesehen - parallel zueinander angeordnet sind, und dass die Spulenwicklung (3) in den oberen Lagen nach aussen gewölbt gewickelt ist. PATENT REQUIREMENTS Coil for a miniature motor with a coil body that has a winding surface and two adjoining boundary surfaces, and with a coil winding consisting of an electrical conductor that is wound on the winding surface and is laterally delimited by the two boundary surfaces, characterized in that the corners ( 13, 14) between the winding surface (9) and the two boundary surfaces (11, 12) are rounded off so that the individual layers of the electrical conductor of the coil winding (3) - as seen in the section of the coil - are arranged parallel to one another, and that the coil winding (3) is wrapped outward in the upper layers.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spule für einen Kleinstmotor mit einem Spulenkörper, der eine Wickelfläche und zwei daran anschliessende Begrenzungsflächen aufweist, und mit einer aus einem elektrischen Leiter bestehenden Spulenwicklung, die auf der Wickelfläche aufgewickelt und von den beiden Begrenzungsflächen seitlich begrenzt ist. The invention relates to a coil for a small motor with a bobbin, which has a winding surface and two adjoining boundary surfaces, and with a coil winding consisting of an electrical conductor, which is wound on the winding surface and is laterally delimited by the two boundary surfaces.

Spulen dieser Art werden bei Kleinstmotoren üblicherweise eingesetzt. Als elektrischer Kleinstmotor wird in diesem Zusammenhang ein elektrischer Motor bezeichnet, der eine elektrische Leistung bis etwa 5 W aufnimmt. In Sonderfällen kann der Leistungsbereich bis etwa 10 W reichen. Solche Kleinstmotoren werden oft in Geräte eingebaut, von denen eine hohe Festigkeit gegen Spannungsdurchschlag verlangt wird, z. B. in Tarifgeräte wie Zähler, Uhren usw. Die verlangte Durchschlagsfestigkeit liegt üblicherweise bei 10 bis 12 kV, gemessen zwischen dem Anfang und dem Ende des elektri- ■ sehen Leiters in der Spulenwicklung. Coils of this type are usually used in small motors. In this context, a small electric motor is an electric motor that draws up to 5 W of electrical power. In special cases the power range can reach up to 10 W. Such small motors are often installed in devices that are required to withstand high voltage breakdown, e.g. B. in tariff devices such as meters, clocks, etc. The required dielectric strength is usually 10 to 12 kV, measured between the beginning and the end of the ■ electrical conductor in the coil winding.

Bei einer flachen Bauform des Kleinstmotors und damit einer flachen Form des Spulenkörpers reicht der verhältnismässig grosse Abstand vom innen gelegenen Spulenanfang bis zum aussen gelegenen Spulenende häufig aus, um die geforderte Spannungsfestigkeit zu erreichen. Bei einer axial hohen Bauform des Kleinstmotors ist dieser Abstand jedoch verhältnismässig gefing, so dass zusätzliche Massnahmen getroffen werden müssen, um die geforderte Durchschlagsfestigkeit zu gewährleisten. Eine solche Massnahme besteht nach dem Stand der Technik in der Bereitstellung einer Zweikammerspule, was aber einen gewissen Aufwand darstellt. Eine weitere häufig getroffene Massnahme besteht darin, die Spule nach dem Aufbringen der Spulenwicklung im ganzen in einem Isolierstoff, wie z. B. Giessharz, zu tränken. Dieses Tränken geschieht bei höherer Temperatur in einer Vakuumkammer. Zwar lässt sich auf diese Weise eine gewisse Durchschlagsfestigkeit erzielen, doch ist dies mit relativ hohen Kosten verbunden, da das Tränken weitgehend manuell geschieht. With a flat design of the miniature motor and thus a flat shape of the coil body, the relatively large distance from the inside coil start to the outside coil end is often sufficient to achieve the required dielectric strength. With an axially high design of the miniature motor, this distance is relatively small, however, so that additional measures must be taken to ensure the required dielectric strength. According to the prior art, such a measure consists in the provision of a two-chamber coil, but this represents a certain outlay. Another measure that is frequently taken is to place the coil in an insulating material, such as, for example, after the coil winding has been applied. B. cast resin to soak. This soaking takes place at a higher temperature in a vacuum chamber. Although a certain dielectric strength can be achieved in this way, this is associated with relatively high costs, since the impregnation is largely done manually.

Hieraus wird zusammenfassend folgende Schwierigkeit deutlich: Die Durchschlagsfestigkeit ist bei einem Kleinstmotor im wesentlichen durch den Abstand zwischen Anfang und Ende der Spulenwicklung und durch die Form der Spulenwicklung gegeben. Ist einmal ein bestimmtes Prinzip für den Kleinstmotor gewählt, so lassen sich die Form und der Abstand nicht mehr beliebig verändern. Zur Gewährleistung einer bestimmten Durchschlagsfestigkeit muss daher zu weiteren Massnahmen gegriffen werden, die einen gewissen Aufwand darstellen und zu einer Verteuerung des Kleinstmotors führen. In summary, the following difficulty becomes clear: The dielectric strength of a small motor is essentially given by the distance between the beginning and end of the coil winding and by the shape of the coil winding. Once a certain principle has been selected for the smallest motor, the shape and the distance can no longer be changed at will. To ensure a certain dielectric strength, further measures must therefore be taken that represent a certain effort and lead to an increase in the price of the miniature motor.

Aus der DE-PS 367 617 ist bereits ein Spulenkörper für einen Elektromagneten bekannt, bei dem durch eine gewisse Formgebung verhindert wird, dass eine Drahtwindung einer oberen Lage an den seitlichen ebenen Begrenzungsflanschen herunterrutscht und mit einer unteren Windung in Berührung kommt, wodurch die Isolation bei dem hohen Spannungsunterschied, der zwischen den beiden Windungen herrscht, durchschlagen wird. Diese Formgebung ist so getroffen, dass die Begrenzungsflansche nicht als ebene Flächen senkrecht zur Spulenachse ausgebildet sind, sondern nach aussen divergierend kegel- oder kurvenförmig ausgebildet sind, wobei die Kurve möglichst in Richtung der Spulenachse beginnt und in eine je nach Bedarf mehr oder weniger senkrecht zur Spulenrichtung ausgebildete Flanschfläche übergeht. From DE-PS 367 617 a bobbin for an electromagnet is already known, in which a certain shape prevents a wire winding of an upper layer from slipping down on the lateral flat boundary flanges and coming into contact with a lower turn, which means the insulation the high voltage difference that exists between the two turns. This design is such that the boundary flanges are not designed as flat surfaces perpendicular to the coil axis, but are designed to be divergent outwards in the shape of a cone or curve, the curve starting as far as possible in the direction of the coil axis and in a more or less perpendicular direction as required Flange surface formed coil direction passes.

Aus der DE-AS 1 097 022 ist weiterhin ein Giessharzspan-nungswandler bekannt, bei dem die Stirnflächen der verwendeten Hochspannungswicklungen gut abgerundet und ohne Kanten ausgeführt sind. Man kann auch sagen: Die Spulenwicklungen sind in den oberen Lagen nach aussen gewölbt gewickelt. From DE-AS 1 097 022 a cast resin voltage converter is also known, in which the end faces of the high-voltage windings used are well rounded and without edges. One can also say: The coil windings are wound outwards in the upper layers.

Aus der DE-AS 1 764 387 schliesslich ist eine elektrische Scheibenspule bekannt, bei der eine gewisse Erhöhung der Überschlagsfestigkeit durch eine besondere Formgebung der Wandkanten gewährleistet ist. Dabei sind die Kanten des verwendeten Metallbandes von der Isolierschicht nach innen zur Bandmitte hin abgeschrägt. From DE-AS 1 764 387, finally, an electric disc coil is known, in which a certain increase in the rollover resistance is ensured by a special shape of the wall edges. The edges of the metal strip used are chamfered inwards from the insulating layer towards the center of the strip.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, The present invention is based on the object

eine Spule für einen Kleinstmotor der eingangs genannten Art, insbesondere eine axial hohe Spule, so auszugestalten, dass eine hohe Durchschlagsfestigkeit gewährleistet ist, so dass unter Umständen bei der Herstellung ein Tränken in einem Isolierstoff nicht erforderlich ist. to design a coil for a small motor of the type mentioned in the introduction, in particular an axially high coil, in such a way that a high dielectric strength is ensured, so that under some circumstances an impregnation in an insulating material is not necessary during manufacture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Ecken zwischen der Wickelfläche und den beiden Begrenzungsflächen ausgerundet sind, dass die einzelnen Lagen des elektrischen Leiters der Spulenwicklung - im Schnitt der Spule gesehen - parallel zueinander angeordnet sind, und dass die Spulenwicklung in den oberen Lagen nach aussen gewölbt gewickelt ist. This object is achieved according to the invention in that the corners between the winding surface and the two boundary surfaces are rounded, in that the individual layers of the electrical conductor of the coil winding - as seen in the section of the coil - are arranged parallel to one another, and in that the coil winding in the upper layers is arched on the outside.

Durch diese Massnahmen wird einerseits ein verhältnismässig langer Abstand zwischen Anfang und Ende der Spulenwicklung und damit eine hohe Durchschlagsfestigkeit erzielt, und zum anderen wird eine dennoch relativ einfache und kostengünstige Herstellbarkeit gewährleistet. Auf das Tränken der Spule kann in vielen Fällen verzichtet werden, wodurch sich die Herstellungskosten erheblich reduzieren. These measures on the one hand achieve a relatively long distance between the beginning and end of the coil winding and thus a high dielectric strength, and on the other hand a relatively simple and inexpensive manufacture is ensured. In many cases there is no need to impregnate the coil, which significantly reduces the manufacturing costs.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Figur näher erläutert. An embodiment of the invention is explained below with reference to a figure.

In der Figur ist in einer Schnittdarstellung eine Spule für einen Kleinstmotor gezeigt. Die Spule umfasst einen allgemein -mit 2 bezeichneten Spulenkörper und eine allgemein mit 3 bezeichnete Spulenwicklung. Die Spulenachse 4 ist gestrichelt eingezeichnet. In the figure, a coil for a small motor is shown in a sectional view. The coil comprises a coil body, generally designated 2, and a coil winding, generally designated 3. The coil axis 4 is shown in dashed lines.

Bei dem Spulenkörper 2 handelt es sich um einen solchen für eine Spule von axial hoher Bauform. Mit anderen Worten: Die dargestellte Spule ist in Richtung der Spulenachse 4 relativ hoch. Im dargestellten Schnitt bildet die Spulenwicklung 3 zwei Flächen, die - nur näherungsweise - als «Rechtecke» bezeichnet werden können., Die Ausdehnung dieser Rechtecke in axialer Richtung ist grösser als in radialer Richtung. Hier liegen Anfang und Ende der Spulenwicklung 3 verhältnismässig direkt beisammen. Im Gegensatz dazu gibt es Spulen mit axial niedrigem Aufbau (= axial flache Spulen). Bei diesen Spulen ist die Ausdehnung der «Rechtecke» in axialer Richtung kleiner als in radialer Richtung. Hier liegen Anfang und Ende der Spulenwicklung relativ weit auseinander. The coil body 2 is one for a coil of axially high design. In other words: the coil shown is relatively high in the direction of the coil axis 4. In the section shown, the coil winding 3 forms two surfaces, which can only be approximately referred to as “rectangles”. The extension of these rectangles in the axial direction is greater than in the radial direction. Here the beginning and end of the coil winding 3 are relatively directly together. In contrast, there are coils with an axially low design (= axially flat coils). In these coils, the «rectangles» are smaller in the axial direction than in the radial direction. Here the start and end of the coil winding are relatively far apart.

Der Spulenkörper 2 ist rotationssymmetrisch bezüglich der Spulenachse 4 ausgebildet. Er besitzt eine zentrale Bohrung 5, einen Mittelteil 6 und zwei senkrecht dazu angeordnete Flansche 7 und 8. Die äussere Fläche des Mittelteiles 6 dient als Wickelfläche 9, und die beiden inneren Flächen der anschliessenden Flansche 7 und 8 dienen als Begrenzungsflächen 11 bzw. 12. In der gezeigten Schnittdarstellung ist der Spulenkörper 2 somit in Form eines doppelten U ausgebildet. Innerhalb The coil body 2 is rotationally symmetrical with respect to the coil axis 4. It has a central bore 5, a central part 6 and two flanges 7 and 8 arranged perpendicular to it. In the sectional view shown, the coil former 2 is thus designed in the form of a double U. Within

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

Ì5 Ì5

40 40

45 45

50 50

55 55

bO bO

65 65

3 3rd

619080 619080

dieses Doppel-U liegt die aus einem elektrischen Leiter bestehende Spulenwicklung 3. this double U is the coil winding 3 consisting of an electrical conductor.

Bekannterweise tritt an der Ecke eines elektrischen Leiters eine höhere Feldstärke auf als an einer Leiterfläche. Dasselbe gilt auch für eine Spule mit eckigem Wicklungsquerschnitt. Um 5 eine hohe Feldstärke zu vermeiden, weist demgemäss die dargestellte Spule stark ausgerundete Ecken 13 bzw. 14 im Spulenkörper 2 auf. Dadurch wird der Abstand eines Drahtes in der untersten Lage zu einem Draht in der obersten Lage, soweit der Weg (Kriechabstand) für Kriechströme betrachtet wird, i o erheblich vergrössert. Durch die Ausrundung findet in der unteren ersten Lage weniger Draht Platz als in der darüberliegen-den zweiten Lage. Beim Wickeln ist darauf geachtet, dass die einzelnen Lagen des elektrischen Leiters - im dargestellten Schnitt gesehen - parallel zueinander angeordnet sind. Die i s untere erste Lage ist somit, betrachtet von der Mitte zwischen den Flanschen 7 und 8, nicht bis zu beiden senkrecht zur Spulenachse 4 stehenden Begrenzungsflächen 11 und 12 durchgewik-kelt. Das gilt auch für die nächstfolgende zweite, dritte und vierte Lage, und zwar solange, bis die Ausrundung der Ecken 20 13,14 in die zur Spulenachse 4 senkrecht stehende Begrenzungsfläche 11 bzw. 12 übergegangen ist. As is known, a higher field strength occurs at the corner of an electrical conductor than at a conductor surface. The same applies to a coil with an angular winding cross-section. In order to avoid 5 a high field strength, the coil shown accordingly has strongly rounded corners 13 and 14 in the coil body 2. As a result, the distance of a wire in the lowest layer to a wire in the uppermost layer, as far as the path (creepage distance) for leakage currents is considered, is considerably increased. Due to the rounding, there is less space for wire in the lower first layer than in the second layer above. When winding, care is taken that the individual layers of the electrical conductor - as seen in the section shown - are arranged parallel to one another. The i s lower first layer is thus, viewed from the center between the flanges 7 and 8, not through to both of the boundary surfaces 11 and 12 perpendicular to the coil axis 4. This also applies to the next, second, third and fourth layer, namely until the rounding of the corners 20 13, 14 has passed into the boundary surface 11 or 12 perpendicular to the coil axis 4.

Zusätzlich wird der Kriechabstand, der im übrigen über die Begrenzungsflächen 11 und 12 zu messen ist, noch durch eine weitere Massnahme vergrössert. Diese besteht darin, dass die 25 Spulenwicklung 3 in der dargestellten Weise nach aussen gewölbt ausgebildet ist. Die Wölbung ist mit 15 bezeichnet. Das wird dadurch erreicht, dass die äusseren Lagen bis hin zur obersten Lage immer schmaler werden. Mit anderen Worten: Auch die oberen Lagen sind - von der Mitte aus gesehen -nicht bis zu den Begrenzungsflächen 11 und 12 hin durchgewik-kelt. In addition, the creeping distance, which is otherwise to be measured via the boundary surfaces 11 and 12, is increased by a further measure. This consists in that the coil winding 3 is curved outwards in the manner shown. The curvature is denoted by 15. This is achieved by the fact that the outer layers are getting narrower up to the uppermost layer. In other words, the upper layers are also not - as seen from the center - through to the boundary surfaces 11 and 12.

In der Figur ist der Anfang der Spulenwicklung 3 mit 16 und das Ende mit 17 bezeichnet. Der erwähnte Kriechabstand ist vorliegend nun nicht durch die direkte geometrische Verbindung zwischen Anfang 16 und Ende 17, sondern durch einen Weg gegeben, der vom Anfang 16 aus über die Ecke 13 entlang, an der Begrenzungsfläche 11, über die linken äusseren Windungen der oberen Lagen und zum Anfang 17 führt. Infolge dieses relativ langen Kriechweges kann das Tränken der Spule eingespart werden, wodurch sich eine erhebliche Kostenreduktion ergibt. In the figure, the beginning of the coil winding 3 is designated 16 and the end 17. The crawling distance mentioned here is now not given by the direct geometric connection between the beginning 16 and the end 17, but by a path that from the beginning 16 along the corner 13, along the boundary surface 11, over the left outer turns of the upper layers and leads to the beginning of 17. As a result of this relatively long creepage distance, the impregnation of the coil can be saved, which results in a considerable cost reduction.

Es ist also festzuhalten, dass die dargestellte Spule mit unterschiedlichen Windungszahlen in den einzelnen Lagen des unteren und des oberen Bereiches gewickelt ist. Dies geschieht durch eine geeignete Kuryensteuerung in der Drahtführung beim Wickelvorgang. It should therefore be noted that the coil shown is wound with different numbers of turns in the individual layers of the lower and the upper region. This is done by a suitable jury control in the wire guide during the winding process.

Gegenüber einer Spulenwicklung 3 ohne Abrundung an den Ecken 13 und 14 und ohne Wölbung 15 können bei der dargestellten Spule bei einem vorgegebenen Wickelvolumen weniger Windungen untergebracht werden. Soll die Windungszahl dennoch in beiden Fällen gleich sein, so muss demgegenüber der Drahtdurchmesser etwas verringert werden. Compared to a coil winding 3 without rounding off at the corners 13 and 14 and without curvature 15, fewer turns can be accommodated in the coil shown for a given winding volume. However, if the number of turns should be the same in both cases, the wire diameter must be reduced somewhat.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings