DE102010033960A1

DE102010033960A1 - Electric coil i.e. two-pole closed coil, for use in e.g. stator in generator, has partial coils wound one above other, where set of ends is connected in series such that coil comprises layers of left and right wound partial coils

Info

Publication number: DE102010033960A1
Application number: DE201010033960
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-07
Filing date: 2010-08-07
Publication date: 2012-02-09

Abstract

The coil (3) has two partial coils (3', 3'') wound one above the other in counter-rotating directions or an air gap direction. Two sets of conductor ends (A', A'') are arranged in two air gap planes on two sides of coil bundles, respectively. Each partial coil includes a conductor layer in a direction of a coil axis. One of the sets of conductor ends is electrically connected in series such that the coil comprises alternating layers of left-and right-wound partial coils. The partial coils are designed as a part of a drum-shaped winding, cylindrical winding or a disk shaped winding.

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Spulen mit mehreren in Reihe geschalteten Windungen für elektrische Maschinen, die zur Energieumsetzung zwischen mechanischer und elektrischer Energie verwendet werden. Dies gilt für Spulen, die in Nuten eines Eisenblechpaketes eingelegt sind sowie für Luftspulen.The invention relates to electrical coils having a plurality of series-connected windings for electrical machines, which are used for energy conversion between mechanical and electrical energy. This applies to coils that are inserted in grooves of a sheet iron package and for air coils.

Hier handelt es sich um geschlossene zweipolige Spulen, die separat oder innerhalb einer Wicklung mit anderen Spulen verwendet werden, wobei eine zweipolige geschlossene Spule mit mehreren Windungen im folgenden als Einzelspule bezeichnet wird.These are closed two-pole coils which are used separately or within a coil with other coils, with a two-pole closed coil with several turns hereinafter referred to as a single coil.

Zweipolige Spulen sind Spulen, die sich gleichzeitig im Wirkungsbereich beider magnetischer Pole befinden, im Gegensatz zu einer Ringspule (Spule z. B. einer Ringwicklung). Oder anders gesagt, handelt es sich um Spulen, deren Spulenseiten in Bewegungsrichtung versetzt zueinander liegen, wobei die Spulenseiten durch Wickelkopfleiter oder vorwiegend unwirksame Leiter, oder im Falle von Schrägleitern, direkt zu einer Spule verbunden sind. Die Spulenseiten dieser Spulen werden im Falle von Luftspulen von einem Feld entgegengesetzter Polarität durchdrungen oder im Falle von in Nuten eingelegten Spulenseiten mit einem Feld entgegengesetzter Polarität gekoppelt und letztendlich auf dem Umweg über das Eisen auch durchdrungen.Two-pole coils are coils that are simultaneously in the effective range of both magnetic poles, in contrast to a toroidal coil (coil, for example, a ring winding). Or, in other words, are coils whose coil sides are offset in the direction of movement to each other, the coil sides are connected by winding conductor or predominantly ineffective conductors, or in the case of slanted conductors, directly to a coil. In the case of air coils, the coil sides of these coils are penetrated by a field of opposite polarity or, in the case of coil sides inserted in grooves, are coupled to a field of opposite polarity and ultimately also penetrated by way of the iron.

Die Erfindung bezieht sich sowohl auf linear als auch auf rotierend arbeitende Maschinen.The invention relates to both linear and rotating machines.

Bekannt sind Spulen als geschlossene Einzelspulen, die mit Leiterdraht mit mehreren Windungen gewickelt sind.Coils are known as closed individual coils, which are wound with conductor wire with several turns.

Diese Spulen werden auf einem Wickeldorn lagenweise vom Spuleninnern zum Spulenäußeren gewickelt, wobei die Wicklung der einzelnen Spulenlagen in Richtung Spulenachse nebeneinander liegen und die einzelnen Lagen ineinander verzahnt sind. Diese Spulen haben den Nachteil, dass der Spulenanfang im innern der Spule liegt und das Spulenende am Außenumfang, so dass wenn mehrere Spulen miteinander verbunden werden sollen, der Leiter vom Spuleninnern nach außen quer über das Spulenbündel geleitet werden muss. Dies erhöht den Luftspalt und kostet zusätzliche und lange Verbindungsleiter, die die Kupferverluste erhöhen.These coils are wound on a winding mandrel in layers from inside the coil to the outside of the coil, wherein the winding of the individual coil layers in the direction of the coil axis are adjacent and the individual layers are interlocked. These coils have the disadvantage that the coil start is located inside the coil and the coil end on the outer circumference, so that when several coils are to be connected to each other, the conductor must be passed from the inside of the coil to the outside across the coil bundle. This increases the air gap and costs additional and long connection conductors, which increase the copper losses.

Außerdem sind derart gewickelte Spulen ungeeignet, um daraus im Schnitt quer zur Bewegungsrichtung gebogen oder gefaltete Spulen herzustellen. Denn wenn solche Spulen zunächst in einer Ebene gewickelt und anschließend gefaltet werden, weitet sich das Spulenbündel in Luftspaltrichtung unkontrolliert auf, da die Windungen aus der Verzahnung der benachbarten Spulenlagen ausbrechen müssen, um aneinander vorbeizugleiten, um die unterschiedlichen Biegeradien der in Richtung Spulenachse benachbarter Windungen auszugleichen. Auf diese Weise verschieben sich die Spulenwindungen nicht nur gegenseitig, sondern in den einzelnen Windungen entstehen auch Deformierungen da benachbarte Windungen einer Spulenlage, die ursprünglich die gleiche Windungslänge hatten und direkt miteinander verbunden sind, jetzt aber unterschiedlichen Biegeradien unterliegen und sich so spiralförmig gegeneinander verschieben.In addition, such wound coils are unsuitable for producing curved or folded coils in cross-section transverse to the direction of movement. Because when such coils are first wound in a plane and then folded, the coil bundle widens uncontrollably in the air gap direction, since the windings must break out of the teeth of the adjacent coil layers to pass each other to compensate for the different bending radii of the coil axis adjacent windings , In this way, the coil turns move not only mutually, but in the individual turns also deformations arise as adjacent turns of a coil layer that originally had the same turn length and are directly connected to each other, but now subject to different bending radii and thus move against each other in a spiral.

Darüber hinaus werden drahtgewickelte Einzelspulen in Mehrphasenwicklungen von Trommelmaschinen verwendet, bei denen sich benachbarte Einzelspulen zu einer Einschichtwicklung im Luftspalt überlappen. Dies macht einerseits ein Biegen um die Trommel in Bewegungsrichtung und andererseits ein Biegen oder Falten der Wickelköpfe im Schnitt quer zur Bewegungsrichtung notwendig, wobei die zuvor beschriebenen Deformierungen entstehen. Dies weitet die Spurenbündel und Wickelköpfe auf, wodurch zusätzlicher Raumbedarf entsteht und die Wickelköpfe großzügig außerhalb des Luftspaltes geführt werden müssen, damit trotz der Verschiebung der Wicklungslagen ein überlappen benachbarter Einzelspulen gewährleistet ist und die Wicklung einschichtig im Luftspalt liegen kann.In addition, wire-wound single coils are used in multiphase windings of drum machines, in which adjacent individual coils overlap to a single-layer winding in the air gap. This makes on the one hand a bending around the drum in the direction of movement and on the other hand a bending or folding of the winding heads in the cross-section transverse to the direction of movement necessary, whereby the deformations described above arise. This widens the track bundles and end windings, whereby additional space is required and the winding heads must be generously guided outside the air gap, so that despite the displacement of the winding layers an overlapping adjacent individual coils is ensured and the winding can be a single layer in the air gap.

Bekannt sind auch geschlossene Einzel-Flachspulen, die durch Ätzen (galvanisch), Ausstanzen oder Ausfräsen oder ähnliches hergestellt und spiralförmig aufgebaut sind. Solche Einzelspulen werden häufig zu einer Wicklung zusammengeschaltet und auf diese Weise oft aus mehreren Lagen von Spulen aufgebaut, wobei jede Lage zu der anderen verdreht angeordnet ist und verschiedenen Motorsträngen zugeordnet sind.Also known are closed individual flat coils, which are produced by etching (galvanic), punching or milling or the like and are constructed spirally. Such individual coils are often interconnected into a winding and in this way often composed of several layers of coils, each layer being arranged rotated to the other and associated with different motor strands.

Ein ähnlicher Motoraufbau ist aus DE 2931650 A1 bekannt, wobei die Wicklung aus zwei mit Draht gewickelten Spulenlagen aufgebaut ist, die in Bewegungsrichtung versetzt zueinander liegen, so dass der Außenumfang der Spulen der einen Spulenlage auf dem Zentrum der Spulen der anderen Spulenlage zu liegen kommt. Somit kann schon recht vorteilhaft das innerhalb jeder Einzelspule liegende Leiterende, mit dem außerhalb der benachbarten Spule liegenden Leiteranfang dieser Spule, an der den beiden Spulenschichten einander zugewandten Seite, verbunden werden. Dies fahrt hier zwar nicht, aufgrund der versetzten Lage der Spulenschichten, zu einer Vergrößerung des Luftspaltes, trotzdem muss die Leiterführung verlustbehaftet über das komplette Spulenbündel jeder Spule vom Spuleninneren nach außen geschehen.A similar engine design is off DE 2931650 A1 known, wherein the winding of two wire wound coil layers is constructed, which are offset in the direction of movement to each other, so that the outer circumference of the coils of a coil layer comes to rest on the center of the coils of the other coil layer. Thus, quite advantageously located within each individual coil conductor end, with the lying outside of the adjacent coil conductor start of this coil, at the two coil layers facing each other, are connected. Although this does not drive here, due to the offset position of the coil layers, to an enlargement of the air gap, nevertheless, the conductor guide must be lossy over the complete coil bundle of each coil from the inside of the coil to the outside.

Ein weiterer Nachteil dabei ist, dass man, um eine Luftspaltvergrößerung zu vermeiden, dazu gezwungen ist, die Spulen um eine halbe Spulenweite versetzt zueinander zu legen, was sich auch nur bei mehrsträngigen Elektronikmotoren anbietet. Außerdem hat man auf diese Weise im Motorbetrieb nie das volle Drehmoment der gesamten Wicklung zur Verfügung, da die beiden Spulenlagen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihr Maximum erreichen. Auch im Generatorbetrieb ist die Ausgangsspannung so erheblich reduziert, was z. B. für eine Batterieladung von Nachteil ist. Another disadvantage is that in order to avoid an air gap enlargement, it is forced to put the coils offset by half a coil width to each other, which also lends itself only to multi-stranded electronic motors. In addition, you have in this way during engine operation never the full torque of the entire winding available, since the two coil layers reach their maximum at different times. Even in generator mode, the output voltage is significantly reduced, which z. B. is disadvantageous for a battery charge.

Den bekannten mit Draht gewickelten Spulen ist gemeinsam, dass das eine Leiterende der Spule oder der Wicklung, z. B. die Stromzuführung, auf der einen Seite des Leiterbündels liegt und das andere Leiterende, z. B. die Stromableitung, auf der anderen Seite dieses Leiterbündels liegt. Wenn solche Spulen untereinander oder mit dem Kollektor oder einer Elektronik verbunden werden sollen, muss das eine Leiterende quer über das Spulenbündel gelegt werden, um einen kontinuierlichen Stromfluss innerhalb der Wicklung zu gewährleisten.The known wound with wire coils has in common that the one end of the coil or the coil, for. B. the power supply, located on one side of the conductor bundle and the other end of the conductor, z. B. the current dissipation, located on the other side of this conductor bundle. When such coils are to be interconnected or connected to the collector or electronics, the one conductor end must be placed across the coil bundle to ensure a continuous flow of current within the coil.

Dies hat den Nachteil, dass sich der Luftspalt um den Leiterdurchmesser vergrößert oder ein Teil der Spule und damit ggf. der gesamten Wicklung mit diesem Leiterübergang außerhalb des Luftspaltes liegen muß. Des weiteren sind zusätzliche und dabei lange Verbindungsleiter nötig, die benachbarte Spulen untereinander oder die Spule mit dem Kollektor oder mit einer Elektronik verbinden. Dies alles führt zu hohen Verlusten, die sich einerseits in einer geringeren Luftspaltinduktion und andererseits in erhöhten Kupferverlusten und den daraus entstehenden Nachteilen ausdrücken.This has the disadvantage that the air gap must be increased by the diameter of the conductor or part of the coil and thus possibly the entire winding with this conductor transition must be outside the air gap. Furthermore, additional and thereby long connecting conductors are necessary, which connect adjacent coils with each other or the coil with the collector or with electronics. All this leads to high losses, which are expressed on the one hand in a lower air gap induction and on the other hand in increased copper losses and the resulting disadvantages.

Außerdem führen Biegungen und Faltungen einer herkömmlich von innen nach außen in einer Ebene gewickelten Spule zu Deformierungen des zuvor kompakten Spulenbündels.In addition, bends and folds of a coil conventionally wound from inside to outside in a plane lead to deformations of the previously compact coil bundle.

Darüber hinaus sind Leiterplattenspulen bekannt, die das Problem der Leiterbündelquerung aufgrund ihres spezifisch technischen Aufbaues für ihren Anwendungsbereich lösen konnten.In addition, printed circuit board coils are known which could solve the problem of Leiterbündelquerung due to their specific technical structure for their application.

Aus GB 1310 155 ist eine Leiterplattenspule in Scheibenform bekannt, bei denen die Spule aus zwei Lagen (jeweils auf einer Seite der Leiterplatte) aufgebaut ist, die gegensinnig geätzt oder ausgefräst sind und im Zentrum ihrer Wicklung miteinander elektrisch in Reihe, anhand von Durchkontaktierung des Trägers, geschaltet sind.Out GB 1310 155 is known a circuit board coil in disk form, in which the coil of two layers (each on one side of the circuit board) is constructed, which are etched in opposite directions or milled and are connected in the center of their winding together electrically in series, by means of through-connection of the carrier.

Diese Technik lässt sich jedoch nicht auf mit Draht gewickelte Spulen übertragen, da diese um einen Dorn gewickelt werden und so nur eine einschichtige Spule entstehen würde, deren Anfang im Spulenzentrum und deren Ende am Außenumfang liegt. Will man nun eine linksgewickelte Spule mit einer rechtsgewickelten Spule zusammenfügen, entstehen dabei Stabilitätsprobleme, da jede Spulenschicht nur eine instabile Leiterlage enthält. Außerdem würde man nur auf eine zweilagige Spule kommen, die für die meisten Anwendung mangels Leistung unbrauchbar wäre.However, this technique can not be applied to wire-wound coils because they are wound around a mandrel to form a single-layer coil with the beginning in the center of the coil and the end at the outer periphery. If one now wants to combine a left-wound coil with a right-wound coil, stability problems arise because each coil layer contains only one unstable conductor layer. In addition, one would only come to a two-layer coil, which would be useless for most application for lack of power.

Aus US 4340 833 sind gegensinnig gewickelte Leiterplattenspulen einer beidseitig kaschierten Leiterplatte bekannt, die in Zylinderform durch aufwickeln einer flexiblen Leiterplatte oder in Scheibenform durch übereinander legen von beidseitig kupferkaschierten Leiterplatten mehrlagig aufgebaut sind, wobei die Teilspulen innerhalb einer Leiterplatte in Reihe geschaltet sind und die gesamten Spulen einer Leiterplattenlage mit einer anderen Lage in Reihe geschaltet sind (und nicht die direkt übereinander liegenden Spulen verschiedener Leiterplatten). Diese Aufbautechnik ist nicht aufgewickelte Spulen zu übertragen, da die Handhabung der in sich instabilen einschichtigen Teilspulen, bei denen im Idealfall beide Teilspulen einer Lage aus einem Draht gewickelt oder sogar noch mit benachbarten Spulen direkt verbunden wären. Dieses Band von Spulen lässt sich nicht herstellen und auch nicht beim Aufwickeln zu einer Mehrschichtwicklung handhaben. Teilt man das lange Spulenband in kleine Abschnitte von zwei zusammenhängenden einschichtigen Spulen, sind selbst diese schwer bei der Aufwicklung zu handhaben. Außerdem würden, um dies dann wieder zu einem langen Spulenband zu verbinden, viele Lötstellen entstehen. Dies würde einerseits das Spulenbündel in Luftspaltebene durch die Lötstellen aufweiten, und andererseits die Ursache von Fehlerquellen sein.Out US 4340 833 are wound in opposite directions printed circuit board coils of a printed circuit board laminated on both sides, which are constructed in several layers by winding a flexible circuit board or in disk form by laying on both sides of copper-clad circuit boards, wherein the coil sections are connected in series within a circuit board and the entire coil of a circuit board layer with a other position in series (and not the directly superimposed coils of various printed circuit boards). This construction technique is not to transfer wound coils, since the handling of intrinsically unstable single-layer coil sections, which would ideally be wound both part coils of a layer of a wire or even directly connected to adjacent coils. This band of coils can not be made and also do not handle when winding into a multilayer winding. If you divide the long coil band into small sections of two coherent single-layer coils, even these are difficult to handle during winding. In addition, in order to connect this again to a long coil band, many solder joints would arise. On the one hand, this would widen the coil bundle in the air gap plane through the solder joints, and on the other hand, it could be the cause of sources of error.

Bei Leiterplattenspulen ist zwar die schichtweise Reihenschaltung von übereinandergelegten links- und rechtsgewickelte Spulen innerhalb eines magnetischen Feldes bekannt, jedoch ist die technische Lösung nicht auf mit Draht gewickelten Spulen übertragbar, da sie speziell für Leiterplattenspulen entwickelt wurde und sich auch hier nur aufgrund des zweischichtigen Aufbaues von Leiterplatten anbietet, bei der die Spulenschichten auf einem gemeinsamen Träger stabil liegen und so einfach zu handhaben sind und die Reihenschaltung der zwei Teilspulen innerhalb der Leiterplatte durch Durchkontaktierungen sich anbietet und leicht zu handhaben ist.Although the layered series connection of superimposed left- and right-hand wound coils within a magnetic field is known in printed circuit board coils, but the technical solution is not transferable to wire wound coils, as it was specially developed for PCB coils and here only due to the two-layer structure of Circuit boards offers, in which the coil layers are stable on a common carrier and are so easy to handle and the series connection of the two sub-coils within the circuit board through vias itself and is easy to handle.

Mehrschichtige Spulen, bei denen die übereinanderliegenden Spulenpaare direkt (in Richtung Spulenachse) miteinander zu einer Einzelspule verbunden sind, sind auch bei Leiterplattenspulen nicht bekannt.Multilayer coils in which the superimposed pairs of coils are connected directly to each other (in the direction of the coil axis) to form a single coil are not known even with printed circuit board coils.

Aus dem Bedarf, eine verlustarme Einzelspule mit kompaktem Spulenbündel und mit einem umfangsseitigen Stromein- und Stromausgang zu schaffen und zusätzlich den Bedarf an nicht deformierten Einzelspulen zu decken, die in gebogener oder gefalteter Form benötigt werden, ist es nicht naheliegend, dafür die Grundidee von gegensinnig verlaufenden Leiterplattenspulen zu verwenden, die zu dem nur eine zweischichtige Einzelspule zulassen, um darauf die Problemlösung aufzubauen.From the need, a low-loss single coil with a compact coil bundle and with a peripheral current input and current output too In addition, to meet the need for undeformed single coils needed in a bent or folded form, it does not make sense to use the basic idea of counter-rotating PCB coils, which allow for only a two-layered single coil to build on the problem solving ,

Aus DE 30 36 051 ist ein Herstellungsverfahren einer herkömmlichen mit Draht gewickelten Spule bekannt. Hier wird die Spule auf einem Dorn lagenweise von der Innenlage zur Außenlage gewickelt. Dieses Verfahren ist zwar auch dafür einzusetzen eine Spule mit nur einer Windung pro Spulenlage herzustellen, was einer erfindungsgemäßen Teilspule 3' oder 3'' entsprechen würde. Zwei solcher Spulen müssten dann mit entgegengesetztem Wickelsinn übereinandergelegt und verklebt werden. Dies ist insofern schwierig, da die Spulen in Richtung Spulenachse nur eine Leiterlage haben und damit zweier Teilspulen beim Zusammenfügen ohne Wickelrahmen aufgrund der Instabilität nur unter hohem Aufwand zu hand haben sind. Außerdem würden auch hier zwei Lötstellen pro Teilspule entstehen und das Spulenbündel würde sich dadurch in Luftspaltebene aufweiten und die vielen Lötstellen eine mögliche Ursache für künftige Fehlerquellen sein.Out DE 30 36 051 For example, a manufacturing method of a conventional wire-wound coil is known. Here, the coil is wound in layers on a mandrel from the inner layer to the outer layer. Although this method is also used to produce a coil with only one turn per coil layer, which is a partial coil according to the invention 3 ' or 3 '' would correspond. Two such coils would then have to be superimposed and glued in the opposite sense of winding. This is difficult insofar as the coils in the direction of the coil axis have only one conductor layer and thus have two sub-coils when assembling without winding frame due to instability only at great expense to hand. In addition, two solder joints per sub-coil would also arise here and the coil bundle would thereby expand in air gap level and be the many solder joints a possible cause for future sources of error.

Aus Patentanmeldung PCT WO 00/30238 ist eine Spule bekannt, die im Schnitt quer zur Bewegungsrichtung gebogen oder gefaltet ist. Dort ist kein Herstellungsverfahren angegeben. Ein Herstellungsverfahren wäre eines, bei der die Spule zunächst in einer Ebene herkömmlich auf einem Dorn gewickelt, und anschließend gebogen oder gefaltet wird. Der Nachteil dieses Herstellungsverfahrens ist, dass sich durch die Biegung oder Faltung die einzelnen Windungen gegensinnig verschieben. So eine Biegung oder Faltung ist auch nur möglich, wenn die Windungen während der Verformung seitlich (in Luftspaltrichtung) so viel Luftspiel haben, dass sie aus der Verzahnung mit den benachbarten Windungen ausweichen können.From patent application PCT WO 00/30238 is known a coil which is bent or folded transversely to the direction of movement. There is no manufacturing process specified. A manufacturing method would be one in which the coil is first conventionally wound on a mandrel in a plane, and then bent or folded. The disadvantage of this manufacturing method is that move the individual turns in opposite directions by the bending or folding. Such a bending or folding is only possible if the windings have during the deformation laterally (in air gap direction) so much backlash that they can dodge from the teeth with the adjacent turns.

Wenn dies der Fall ist, weitet sich die Spule bei der Verformung in Luftspaltrichtung auf und die Windungen verschieben sich gegeneinander in Luftspaltebene, welches jedoch eine Vergrößerung des Luftspaltbedarfs und den zuvor beschriebenen Deformierungen bedeutet. Diese Verschiebung ist im Wickelkopfbereich bzw. im Bereich der Verbindungsleiter der Spulenseiten am stärksten, so dass das Spulenbündel sich auch in Luftspaltebene sehr verbreitert wird Dies schränkt die Einsatzmöglichkeiten insbesondere bei sich gegeneinander überlappenden Spulen stark ein oder macht es unmöglich. Außerdem wird das Spulenbündel, wie beschrieben unkontrolliert in Luftspaltrichtung aufgeweitet.If this is the case, the coil expands upon deformation in the air gap direction and the windings move against each other in air gap plane, which means an increase in the air gap requirements and the deformations described above. This shift is the strongest in the winding head area or in the region of the connecting conductors of the coil sides, so that the coil bundle is also greatly widened in the air gap plane. This severely restricts the possibilities of use, particularly in the case of coils overlapping one another, or makes it impossible. In addition, the coil bundle, as described uncontrollably expanded in air gap direction.

Bei Anwendung eines anderen Wickelverfahrens, bei der die Spule sofort in die gebogene oder gefaltete Endform gewickelt wird, ist ein gleichmäßiger, lagenweiser Wicklungsaufbau vom Spulenkern nach außen unmöglich, da der Draht bei der Wicklung um verschiedene Kanten gewickelt werden muss und die Spule in verschiedenen Ebenen verläuft, und so nur eine kaotische und wenig effiziente Wicklung zulässt.Using a different winding method, in which the coil is wound immediately into the bent or folded final shape, a uniform, layer-wise winding structure from the coil core to the outside is impossible, since the wire must be wound around different edges during the winding and the coil in different levels runs, and so only allows a kaotic and less efficient winding.

Da diese Luftspulen am effizientesten arbeiten, wenn sie vollkommen im Luftspalt liegen, ist für diese auch ein Wickelverfahren zu entwickeln, das den Spulenaufbau so ermöglicht, dass die Stromzu- und Stromabfluss auf der Außenseite des Spulenbündels liegt.Since these air coils work most efficiently when they are completely in the air gap, a winding method is to be developed for them, which allows the coil structure so that the power supply and current drain is on the outside of the coil bundle.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spulenaufbau, für eine geschlossenen, mit Draht gewickelte Einzelspule zu finden, deren Spulenseiten einerseits in Reihe geschaltet sind, damit hohe Spannungen (Generator) oder Drehmomente (Motor) erreicht werden und andererseits die Verluste gering sind, insbesondere dadurch, dass die Wicklungs- oder Spulendicke in Luftspaltrichtung und die Kupferverluste innerhalb der Spulen und der stromzu- und -abführenden Leiter gering gehalten sind, indem vor allem die Leiterführung nicht über das gesamte Spulenbündel stattfinden muss, um Spulen- oder Wicklungsanfang und Spulen- oder Wicklungsende mit einer Elektronik, einem Kollektor oder einer anderen benachbarten Spule zu verbinden.The object of the invention is to find a coil structure, for a closed, wound with wire single coil whose coil sides are connected on the one hand in series, so that high voltages (generator) or torques (motor) can be achieved and on the other hand, the losses are low, in particular in that the winding or coil thickness in the air gap direction and the copper losses within the coils and the current supply and removal conductors are kept low, in that, in particular, the conductor guidance does not have to take place over the entire coil bundle at the beginning of the coil or winding and the coil or winding end to connect with an electronics, a collector or another adjacent coil.

Weiterhin ist die Aufgabe der Erfindung, eure Wickeltechnik zu entwickeln, bei der das gesamte Spulenbündel zumindest im Luftspalt eine gleichmäßige Dicke aufweist und gegensinnig gewickelte Spulenpaare aus einem ununterbrochenem Draht gewickelt werden, so dass die Spule möglichst wenige Lötstellen hat, wobei eine Wicklung einer leistungsstarken mehrschichtigen Einzelspule aus einem durchgehenden Draht angestrebt wird.Furthermore, the object of the invention to develop your winding technique in which the entire coil bundle has a uniform thickness at least in the air gap and wound in opposite directions coil pairs are wound from a continuous wire, so that the coil has as few solder joints, with a winding of a powerful multilayer Single coil is sought from a continuous wire.

Die Spule sollte nach der Wicklung in der Ebene in Bewegungsrichtung und im Wickelkopfbereich gut formbar sein, ohne dass dabei eine Aufweitung des Spulenbündels und eine ungünstige Verschiebung der Windungen gegeneinander geschieht oder solch eine geformte Einzelspule sollte mit kompaktem Spulenbündel herstellbar sein. Weiterhin ist die Aufgabe der Erfindung, eine Wickeltechnik zu entwickeln, die eine Biegung und Faltung der Spule im Schnitt quer zur Bewegungsrichtung zulässt und/oder eine Wicklung von einer im Schnitt quer zur Bewegungsrichtung gebogenen oder gefalteten Spule in ihrer Endform ermöglicht und die Spule eine zumindest im Luftspaltbereich gleichmäßige Spulenbündeldicke aufweist, bei denen der Leiter gleichmäßig eine Windung neben der anderen gewickelt wird ohne dass das Spulenbündel einer Teilspule (3', 3'') gequert werden muss, um mit der Wicklung der nächsten Teilspule 3', 3'' zu beginnen, so dass die Kupferverluste innerhalb der Spule gering sind und der Luftspalt der Maschine einer Luftspaltwicklung möglichst klein sein kann.The coil should be easy to shape after winding in the plane in the direction of movement and in the winding head area, without causing a widening of the coil bundle and an unfavorable displacement of the turns against each other or such a shaped single coil should be produced with a compact coil bundle. Furthermore, the object of the invention to develop a winding technique that allows bending and folding of the coil in the cross-section transverse to the direction of movement and / or a winding of a cross-sectional bent or folded transverse to the direction of movement coil in its final shape and the coil at least one uniform coil bundle thickness in the air gap area, in which the conductor is uniformly wound one turn next to the other without the coil bundle of a partial coil ( 3 ' . 3 '' ) must be traversed, with the winding of the next partial coil 3 ' . 3 '' so that the copper losses within the coil are low and the air gap of the machine of an air gap winding can be as small as possible.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Spulenaufbau mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, indem Jeweils zwei einschichtige Teilspulen, gegensinnig zueinander, in Feldrichtung übereinander liegend zu einer Spule gewickelt werden. Dabei sind die Spulenweiten der beiden Teilspulen im wesentlichen deckungsgleich übereinanderliegend. Die Leiteranfänge der beiden einschichtigen Teilspulen sind auf der Innenseite des Spulenbündels der Spule direkt miteinander verbunden und in Reihe geschaltet, wobei die Stromzu- und die Stromableitung der Spule auf einer gemeinsamen Seite der Spulenbündel, der Außenseite der Spule, stattfindet, ohne dabei extra ein Spulenbündel zu queren. Zur Lösung der Aufgabe gehört weiterhin, dass zwei übereinanderliegende miteinander verbundene Teilspulen 3', 3'' aus einem durchgängigen Draht gewickelt sind und mehrere solcher Spulenpaare im wesentlichen deckungsgleich übereinander liegen und zu einer Spule verbunden sind, so dass die Spule 3 aus Spulenpaaren von sich abwechselnd links- und rechtsgewickelten einschichtigen Teilspulen 3' und 3'' besteht.The object is achieved by a coil structure with the features of claim 1, by each two single-layer coil sections, in opposite directions to each other, are superimposed in the field direction superimposed to form a coil. The coil widths of the two coil sections are substantially congruent one above the other. The conductor beginnings of the two single-layer partial coils are directly connected to each other and connected in series on the inside of the coil bundle of the coil, wherein the Stromzuitungung of the coil and on a common side of the coil bundles, the outside of the coil takes place, without extra a coil bundle to cross. To solve the task further includes that two superimposed interconnected partial coils 3 ' . 3 '' are wound from a continuous wire and a plurality of such pairs of coils are substantially congruent one above the other and connected to a coil, so that the coil 3 from coil pairs of alternately left- and right-handed single-layer partial coils 3 ' and 3 '' consists.

Die Lösung der Aufgabe zur Herstellung der Spule 3 erfolgt durch folgende Techniken:

– indem die Spulenpaare auf unterschiedlichen Körpern gewickelt werden und anschließend passgenau zusammengefügt und dann elektrisch verbunden werden, oder
– indem die Spulenpaare direkt nebeneinander passgenau von innen nach außen gewickelt werden und dann nur noch eine elektrische Verbindung dieser untereinander im Umfangsbereich erfolgt, oder
– in dem die gesamte Spule bestehend aus mehreren Spulenpaaren (3', 3'') aus einem durchgängigen Draht gewickelt wird, indem die Teilspulen abwechselnd von außen nach innen und dann von innen nach außen gewickelt werden.

The solution of the task of manufacturing the coil 3 is done by the following techniques:

- By the coil pairs are wound on different bodies and then fitted together accurately and then electrically connected, or
- By the coil pairs are directly next to each other accurately wound from the inside out and then only an electrical connection between them takes place in the peripheral region, or
In which the entire coil consisting of several coil pairs ( 3 ' . 3 '' ) is wound from a continuous wire by the part coils are wound alternately from outside to inside and then from inside to outside.

Gebogene oder gefaltete Spulen können mit diesen zuvor beschriebenen Techniken auf zwei verschiedene Weisen hergestellt werden:

1. Die Spulen werden nach den zuvor beschriebenen Techniken gewickelt und anschließend gebogen oder gefaltet. Um nach der Biegung oder Faltung wieder ein im wesentlichen deckungsgleiches Spulenbündel bestehend aus den Teilspulen zu bekommen, wird in einer Weiterbildung die zusätzliche Bogenlänge der Jeweiligen Windungen, die durch die Biegung oder Faltung notwendig ist schon in der ebenen Wicklung berücksichtigt und dazugeschlagen, so dass benachbarte Teilspulen vom Biege- oder Faltbereich ausgehend Richtung Verbindungsleiter (der Spulenseiten) zueinander versetzt, bzw. mit unterschiedlicher Windungslänge, gewickelt werden. Diese Weiterbildung kann vorteilhaft mit der folgenden Weiterbildung kombiniert werden, die darin besteht, dass die Spulen in einer Kegelstumpfmantelform um einen Dorn gewickelt werden. Dies hat den Vorteil, dass einerseits die unterschiedliche Bogenlänge einzelner Windungen, die bei der Biegung oder Faltung entstehen, schon zum Teil ausgeglichen sind und zum Anderen bei der Biegung oder Faltung die Ausgleichung des Winkels β im letzten Stadium der Formgebung zur Folge hat, dass die Windung im Faltbereich um den Winkel γ an die Faltkante herangezogen wird, so dass dadurch Kupferverluste und der Raumbedarf der Wicklung gering gehalten werden.
2. Die Spule wird sofort in die gebogene oder gefaltete Endform nach den zuvor beschriebenen Techniken gewickelt, wobei die Spule entweder aus Spulenpaaren (3', 3'') besteht, die lagenweise jeweils von innen nach außen gewickelt und anschließend elektrisch untereinander verbunden oder sogar zuvor erst hoch mechanisch zusammengesetzt werden oder die Spule aus Spulenpaaren besteht, deren benachbarte Teilspulen abwechselnd von außen nach innen und die nächste von innen nach außen usw. auf einen Wickelkörper gewickelt wird. Bei diesen Techniken kann die gleichmäßige Spulenbündeldicke leicht eingehalten werden.

Bent or folded coils can be made in two different ways using these techniques described above:

1. The coils are wound according to the techniques described above and then bent or folded. In order to get back to a substantially congruent coil bundle consisting of the sub-coils after bending or folding, in a development, the additional arc length of the respective turns, which is necessary by the bending or folding is already taken into account in the planar winding and knocked over, so that adjacent Part coils from the bending or folding area, starting towards the connecting conductor (the coil sides) offset from one another, or with different winding length, to be wound. This development can be advantageously combined with the following development, which consists in that the coils are wound in a truncated cone shell shape around a mandrel. This has the advantage that on the one hand the different arc length of individual turns, which arise in the bending or folding, are already partially balanced and on the other hand in the bending or folding the adjustment of the angle β in the last stage of shaping has the consequence that the Winding in the folding area is used by the angle γ to the folding edge, so that thereby copper losses and the space requirement of the winding are kept low.
2. The bobbin is immediately wound into the bent or folded final form according to the techniques described above, the bobbin being either made up of coil pairs ( 3 ' . 3 '' ), which are wrapped in layers from the inside to the outside and then electrically interconnected or even previously composed only highly mechanically or the coil consists of pairs of coils, the adjacent part coils alternately from outside to inside and the next from the inside to the outside, etc. on a Winding body is wound. With these techniques, the uniform coil bundle thickness can be easily maintained.

Bei einer Weiterbildung der Herstellung der Spulen in ihre gebogene oder gefaltete Endform, werden die Teilspulen im Luftspaltbereich ineinander verzahnt gewickelt, wobei die Leiter der Teilspule 3' benachbarte Leiter der Teilspule 3'' im Fastbereich, in jeder Windung kreuzen, um von einer Leiterspur in eine andere zu gelangen. Insgesamt hat dies den Vorteil, dass die Leiterbündel kompakter sind.In a further development of the production of the coils in their bent or folded final form, the partial coils are wound in the air gap area interlocked with each other, wherein the conductors of the partial coil 3 ' adjacent conductors of the partial coil 3 '' in the fast range, in each turn to cross to get from one conductor track to another. Overall, this has the advantage that the conductor bundles are more compact.

Die Reihenschaltung der gegensinnigen Wicklungen hat generell bei allen Weiterbildungen der Erfindung den Vorteil, dass das Drehmoment beim Motor und die Gesamtspannung beim Generator sehr hoch sind, weil sich alle Momente bzw. Spannungen der einzelnen Spulenseiten addieren.The series connection of the opposing windings generally has the advantage in all developments of the invention that the torque in the motor and the total voltage in the generator are very high because all the moments or voltages of the individual coil sides add up.

In Weiterbildungen sind die Spulen oder Wicklungen Teil einer rotierenden Maschine oder einer linear arbeitenden Maschine.In further developments, the coils or windings are part of a rotating machine or a linear machine.

In beiden Fällen kommen Vorteile der Erfindung voll zum Ausdruck, da in beiden Fallen bei herkömmlichen Maschinen ein Spulenbündel gequert werden muss, um benachbarte Spulen oder Wicklungen miteinander oder mit einer Ansteuerelektronik oder einem Kollektor zu verbinden. Bei trommelförmigen Maschinen kommt in jedem Fall zusätzlich der Vorteil der gleichmäßig kompakten Spulenbündel in der gebogenen und gefalteten Form der Spulen hinzu.In both cases, advantages of the invention are fully expressed, since in both cases in conventional machines, a coil bundle must be traversed to adjacent coils or windings with each other or with a control electronics or to connect to a collector. In the case of drum-shaped machines, the advantage of the evenly compact bundles of coils in the bent and folded form of the coils is additionally added.

Diese Vorteile kommen bei trommelförmigen, rotierend arbeitenden Maschinen, insbesondere bei zylindrischen Wicklungen, voll zum Tragen, wenn die gesamte Wicklung im Luftspalt verlaufen soll. Auch bei scheibenförmigen Wicklungen, bei denen die vollständig im Luftspalt verlaufende Wicklung auch eine Ausgestaltungsvariante ist, ist die Erfindung besonders vorteilhaft, weil sie auch hier Verluste, entweder durch Feldschwächung aufgrund eines großen Luftspaltes oder durch Kupferverluste innerhalb jeder Spule, einspart.These advantages come in drum-shaped, rotating machines, especially in cylindrical windings, fully to fruition, if the entire winding is to run in the air gap. Even with disk-shaped windings, in which the winding running completely in the air gap is also a design variant, the invention is particularly advantageous because it also saves losses here, either by field weakening due to a large air gap or by copper losses within each coil.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass die Erfindung bei, im Schnitt quer zur Bewegungsrichtung, gebogenen oder gefalteten Spulen, wie sie aus Patentanmeldung PCT WO 00/30238 bekannt sind, eingesetzt wird. Hierbei kommt der Vorteil insbesondere zum Tragen, wenn die Luftspulen vollständig im Luftspalt verlaufen und verbessert so die dort beschriebene Erfindung.Another development is that the invention at, in the cross-section transverse to the direction of movement, bent or folded coils, as described in patent application PCT WO 00/30238 are known is used. In this case, the advantage comes in particular to bear when the air coils are completely in the air gap, thus improving the invention described therein.

Auch bei Spulen oder Wicklungen, die in Nuten eines Rückschlusses eingelegt sind, ist die Erfindung vorteilhaft, weil auf diese Weise der gesamte Spulenstrang mit gleichmäßiger Packungsdichte (7) der Leiter aufgebaut sein kann, was bei herkömmlicher Wickeltechnik nicht der Fall ist. Auf diese Weise können sogar Wickelköpfe oder schräge Leiter, die sonst außerhalb des Feldes liegen, in Nuten gleicher Breite eingelegt sein, so dass die Leiter und das Feld effizienter genutzt werden.Even with coils or windings which are inserted in grooves of a yoke, the invention is advantageous because in this way the entire coil strand with uniform packing density ( 7 ) The conductor may be constructed, which is not the case with conventional winding technology. In this way, even windings or inclined conductors, which are otherwise outside the field, be inserted in grooves of equal width, so that the conductors and the field can be used more efficiently.

In einer Weiterbildung sind die erfindungsgemäßen Spulen oder Wicklungen in rotierenden Maschinen angeordnet. Hier wirken sich die Vorteile der Erfindung so aus, dass höhere Drehmomente erreicht werden oder größere Spannungen generiert werden. Auch die Spulenmasse sinkt, was weitere mechanische und elektrische Vorteile nach sich zieht. Entsprechende Vorteile hat man auch bei linear arbeitenden Maschinen durch den Einsatz der Erfindung.In a development, the coils or windings according to the invention are arranged in rotating machines. Here, the advantages of the invention have the effect that higher torques are achieved or greater voltages are generated. The coil mass also sinks, which entails further mechanical and electrical advantages. Corresponding advantages are also obtained in linear machines by the use of the invention.

Die Erfindung ist sowohl im Motor als auch im Generator einzusetzen. Hier werden die entsprechenden Kennwerte die Kraft beim Motor, die Ausgangsspannung beim Generator verbessert oder weniger Erregerleistung muss bereit gestellt werden.The invention is to be used both in the engine and in the generator. Here, the corresponding characteristic values, the power at the engine, the output voltage at the generator improves or less excitation power must be provided.

Die erfindungsgemäßen Spulen und Wicklungen werden in Weiterbildungen im Ständer oder im Läufer von Motoren oder Generatoren eingesetzt. In einem Fall wird die Erregerleistung gespart oder diese erhöht sich und im anderen Fall erhöht sich die Ausgangsleistung. Dieser Einsatz findet in Weiterbildungen in Synchronmaschinen und in mindestens teilweise asynchron arbeitenden Maschinen statt. In beiden Fällen werden die Vorteile der Erfindung für diese beiden großen Gruppen der elektrischen Maschinen mit ihren jeweiligen speziellen Vorteilen nutzbar gemacht.The coils and windings according to the invention are used in further developments in the stator or in the rotor of motors or generators. In one case, the excitation power is saved or increased and in the other case, the output power increases. This use takes place in further developments in synchronous machines and in at least partially asynchronous machines. In both cases, the advantages of the invention are harnessed for these two large groups of electrical machines with their respective special advantages.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Einzelspulen kann auf verschiedene Weise geschehen:
In einem Herstellungsverfahren werden beide Spulenteile auf einem Wickeldorn nacheinander aus einem ununterbrochenen Draht gewickelt. Dazu wird die Leiterlänge für eine Teilspule auf eine zweite Drahtgeberspule gewickelt, bleibt aber mit der ersten Drahtgeberspule verbunden. Auf den beiden Drahtgeberspulen befinden sich somit mindestens der Leiterdraht der zu der erfindungsgemäßen Spule verarbeitet werden soll. Die Wickelapparatur besteht aus einem Motor mit Links- und Rechtslauf, der den Wickeldorn mit einer Drehzahl antreibt die zweite Drahtgeberspule dreht sich beim Wickelvorgang der ersten Teilspule mit dem Wickeldorn mit. Nach der Fertigstellung der ersten Teilspule wird diese auf dem Dorn verbleibend vorfixiert und die zweite Drahtgeberspule wird vom Wickeldorn gelöst und anschließend mit deren Draht die zweite Teilspule mit entgegengesetztem Wickelsinn auf dem gleichen Wickeldorn stramm an die erste Teilspule herangewickelt. Nach Fertigstellung der Gesamtspule wird diese verfestigt durch beispielsweise Verkleben oder Verbacken. Die Gesamtspule wird beim Wickelvorgang durch einen Rahmen seitlich begrenzt, der zum Abnehmen der Spule mindestens einseitig von der Welle gelöst werden kann.The production of the individual coils according to the invention can be done in various ways:
In a manufacturing process, both coil parts are wound on a winding mandrel one after the other from a continuous wire. For this purpose, the conductor length is wound for a partial coil on a second Drahtgeberspule, but remains connected to the first Drahtgeberspule. Thus, at least the conductor wire which is to be processed to form the coil according to the invention is located on the two wire transmitter coils. The winding apparatus consists of a motor with left and right rotation, which drives the winding mandrel at a speed, the second wire donor coil rotates with the winding mandrel during the winding process of the first part coil. After the completion of the first part coil this is prefixed remaining on the mandrel and the second wire donor coil is released from the winding mandrel and then wound with the second wire part coil with opposite winding direction on the same winding mandrel tightly to the first part coil. After completion of the entire coil this is solidified by, for example, gluing or baking. The entire coil is laterally limited during the winding process by a frame which can be solved for removing the coil at least on one side of the shaft.

In einer Weiterbildung dieses Herstellungsverfahrens wird die zweite Teilspule gleichzeitig mit der ersten Teilspule gewickelt Dazu ist auf dem Wickeldorn ein Außenläufermotor angebracht, der die zweite Drahtgeberspule trägt und mit doppelter Dorndrehzahl dreht, so dass beide Teilspulen mit gleicher Geschwindigkeit gewickelt werden. Dies hat den Vorteil, das eine Fixierung der ersten Teilspule entfällt und der ganze Wickelvorgang schneller abgeschlossen ist. Zur Drahtführung wird bei den Herstellungsverfahren z. B. ein gesteuerter Linearmotor eingesetzt.In a development of this production method, the second part coil is wound simultaneously with the first part coil. For this purpose, an external rotor motor is mounted on the winding mandrel, which carries the second wire donor coil and rotates at twice the mandrel speed, so that both partial coils are wound at the same speed. This has the advantage that a fixation of the first part coil is eliminated and the whole winding process is completed faster. For wire guide is in the manufacturing process z. B. is used a controlled linear motor.

In einem anderen Herstellungsverfahren werden beide Teilspulen gleichzeitig auf einem stehenden Dorn gegensinnig gewickelt, wobei beide Drahtgeberspulen durch jeweils einen Außenläufermotor getragen werden, die sich mit ca. der gleichen Drehzahl entgegengesetzt auf der Dornachse drehen. Die Drahtführung wird beispielsweise durch lineare gesteuerte Servomotoren bewerkstelligt.In another manufacturing method, both partial coils are simultaneously wound in opposite directions on a stationary mandrel, wherein both wire-forming coils are supported by an external rotor motor, respectively, which rotate at approximately the same speed opposite to the mandrel axis. The wire guide is accomplished for example by linear controlled servomotors.

Der Vorteil ist bei den beiden Herstellungsverfahren und deren Varianten, dass der Draht beim Übergang von einer Teilspule zur anderen nicht unterbrochen wird und somit der sonst nötige Arbeitsgang des elektrischen Verbindens, sowie auch die Fehleranfälligkeit dieser Verbindung entfällt.The advantage of the two manufacturing processes and their variants is that the wire is in the Transition from one part coil to another is not interrupted and thus eliminates the otherwise necessary operation of the electrical connection, as well as the error rate of this connection.

Andere Herstellungsverfahren sind im Rahmen der Figurenbeschreibung vorgestellt.Other manufacturing methods are presented in the description of the figures.

Figurenbeschreibungfigure description

Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Sie zeigen in:Embodiments of the invention are described below with reference to the drawings. They show in:

1 eine Draufsicht auf eine Prinzipdarstellung einer Teilspule eines zweischichtigen Spulenpaares in 3, 1 a plan view of a schematic diagram of a partial coil of a two-layer coil pair in 3 .

2 eine Draufsicht der auf die Prinzipdarstellung der anderen Teilspule eines zweischichtigen Spulenpaares in 3, 2 a plan view of the principle representation of the other sub-coil of a two-layer coil pair in 3 .

3 eine Draufsicht der 1. Weiterbildung auf die Prinzipdarstellung eines zweischichtigen Spulenpaares, das sich aus Teilspulen der 1 und 2 zusammensetzt, 3 a plan view of the first development of the schematic diagram of a two-layer coil pair, which consists of partial coils of 1 and 2 composed,

4 einen axialen Querschnitt einer 1. Weiterbildung entlang der Linie VI-VI in den 8–11 durch eine vierlagige Gesamtspule, 4 an axial cross-section of a first development along the line VI-VI in the 8th - 11 through a four-ply overall coil,

5 eine Draufsicht der 1. Weiterbildung auf die oberste Lage der Gesamtspule von 7 in Richtung des Pfeils II, 5 a plan view of the first development on the uppermost layer of the overall coil of 7 in the direction of arrow II,

6 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 7, 6 a section along the line III-III in 7 .

7 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in 7, 7 a section along the line IV-IV in 7 .

8 einen Schnitt entlang der Linie V-V in 7, 8th a section along the line VV in 7 .

9 bis 12, 20 zeigt Querschnitte durch verschiedene Spulen einer 2. bis 6. Weiterbildung, 9 to 12 . 20 shows cross sections through different coils of a 2nd to 6th training,

13 zwei herkömmliche in Reihe geschaltete Einzelspulen 13 two conventional single coils connected in series

14 bis 15 den Faltvorgang einer 7. Weiterbildung einer Doppel-Scheibenspule und 16 die Verwendung dieser im schematischen Teilschnitt, 14 to 15 the folding process of a 7th development of a double-disc coil and 16 the use of these in the schematic partial section,

17 bis 18 zeigt den Faltvorgang einer 8. Weiterbildung einer Doppel-Scheibenspule im schematischen Teilschnitt, 17 to 18 shows the folding process of an 8th development of a double-disc coil in a schematic partial section,

19 in einer 9. Weiterbildung das Prinzip einer Wickelmaschine zur Herstellung einer aus Draht gewickelten erfindungsgemäßen Einzelspule, 19 in a ninth embodiment, the principle of a winding machine for producing a wire wound individual coil according to the invention,

21 und 22 zeigt in einer einen Wickelkörper zur Wicklung einer gefalteten Doppel-Scheibenspule sofort in die Endform, die in 23 in der fertigen Form eine Rückschlussscheibe einer Maschine berührungslos umfasst, 21 zeigt eine Draufsicht auf den Wickelkörper, 21 and 22 shows in a bobbin for winding a folded double-disc coil immediately in the final form, in 23 in the finished form comprises a flywheel of a machine without contact, 21 shows a plan view of the winding body,

22 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII, der sich nur auf die Trägerplatte und die Spule bezieht, 22 a section along the line VII-VII, which refers only to the support plate and the coil,

23 die fertig gewickelte Spule einer Doppelscheibenmaschine der 21 und 22, die eine Rückschlussscheibe der Maschine umfasst, 23 the finished coil of a double disc machine 21 and 22 that includes a back yoke of the machine,

24 und 25 eine 11. und 12. Weiterbildung Wickelschema für Spulenpaare. 24 and 25 an 11th and 12th training winding scheme for coil pairs.

Gleiche Bauteile haben in allen Figuren gleiche Bezugszahlen.The same components have the same reference numbers in all figures.

1 zeigt eine rechtsgewickelte Teilspule eines Spulenpaares von 3 mit Stromeingang A' und Verbindungspunkt Z mit der zweiten Teilspule von 2, sowie die Stromrichtung des Stromes I. 1 shows a right-hand part coil of a coil pair of 3 with current input A 'and connection point Z with the second partial coil of 2 , as well as the current direction of the current I.

2 zeigt eine linksgewickelte Teilspule eines Spulenpaares von 3 mit Stromausgang A'' und Verbindungspunkt Z mit der zweiten Teilspule von 1, sowie die Stromrichtung des Stromes I. 2 shows a left-wound part coil of a coil pair of 3 with current output A "and connection point Z with the second partial coil of 1 , as well as the current direction of the current I.

3 zeigt das Wickelschema eines Spulenpaares bestehend aus beiden Teilspulen der 1 und 2, wobei die Teilspulen im Verbindungspunkt Z im Inneren der Teilspulen kontaktiert sind. Die Teilspulen sind entsprechend ihrer Spulenweite 14 zusammengefügt, und das entstandene Spulenpaar hat einen äußeren Stromeingang A' und einen äußeren Stromabgang A''. 3 shows the winding diagram of a coil pair consisting of two partial coils of 1 and 2 , Wherein the sub-coils are contacted at the connection point Z in the interior of the sub-coils. The partial coils are according to their coil width 14 joined together, and the resulting coil pair has an outer current input A 'and an outer current output A''.

4 zeigt einen Querschnitt durch eine Einzelspule, die aus vier Teilspulen (zwei Spulenpaaren) zusammengesetzt ist, wobei die Teilspulen aufeinanderfolgend gegensinnig 3', 3'' gewickelt sind. Die vier Teilspulen sind in den Schnitten in 5 bis 8 zu sehen. Die Verbindungspunkte zwischen zwei Lagen sind mit Z1, Z2, Z3 und die Stromzuleitung mit A und die Stromableitung mit A' gekennzeichnet. 4 shows a cross section through a single coil, which is composed of four sub-coils (two coil pairs), wherein the sub-coils successively in opposite directions 3 ' . 3 '' are wound. The four sub-coils are in the cuts in 5 to 8th to see. The connection points between two layers are marked with Z1, Z2, Z3 and the power supply with A and the current derivation with A '.

5 bis 8 zeigen die vier Teilspulen der Gesamtspule 3 von 4 gemäß den dort eingezeichneten Schnitten. Die Verbindungspunkte zwischen zwei Lagen, bei denen der Leiter die Spulenebene wechselt, sind mit Z1, Z2, Z3 und die Stromzuleitung A und die Stromableitung mit A' gekennzeichnet. 5 to 8th show the four sub-coils of the entire coil 3 from 4 according to the sections marked there. The connection points between two layers, where the conductor changes the coil plane, are marked with Z1, Z2, Z3 and the power supply line A and the current derivation with A '.

9 bis 12, 20 zeigt Einzelspulen, die um eine Achse oder Welle gewickelt sind. 9 to 12 . 20 shows single coils wound around an axle or shaft.

In 9, 11, 12, 20 sind die Spulenpaare Sp1, Sp2, Sp3 jeweils von innen nach außen gewickelt und der Wickelvorgang erkenntlich gemacht durch die eingezeichneten Pfeile. Die einzelnen Spulenpaare Sp1 bis Sp3 sind untereinander im Umfangsbereich durch die Kontakte K verbunden und in Reihe geschaltet.In 9 . 11 . 12 . 20 are the coil pairs Sp1, Sp2, Sp3 each wound from the inside out and the winding process made recognizable by the arrows. The individual coil pairs Sp1 to Sp3 are interconnected in the peripheral region by the contacts K and connected in series.

10 zeigt eine Wicklung, bei der das erste Spulenpaar Sp1 von innen nach außen gewickelt wurde und die weiteren Spulenpaare Sp2 bis Sp3 von außen nach innen. Hierbei sind die Spulen vorteilhafter weise mit einem durchgängigem Draht gewickelt. 10 shows a winding in which the first coil pair Sp1 was wound from the inside to the outside and the other coil pairs Sp2 to Sp3 from outside to inside. Here, the coils are advantageously wound with a continuous wire.

Eine Besonderheit der Spulen der 11, 12, 20 liegt darin, dass einzelne Teilspulen, wie in 12 und 20, oder Spulenpaare, wie in 11, gegeneinander versetzt gewickelt sind, was unterschiedliche Biegeradien der Teilspulen bei der Biegung oder Faltung ausgleicht, wie in 14 bis 16 und in 17 bis 18 gezeigt.A special feature of the coils of the 11 . 12 . 20 lies in the fact that individual partial coils, as in 12 and 20 , or coil pairs, as in 11 , are wound against each other, which compensates for different bending radii of the sub-coils in the bending or folding, as in 14 to 16 and in 17 to 18 shown.

Die Spulen in 9 bis 12 sind scheibenförmig gewickelt, wohin gegen die Spule in 20 kegelstumpfmantelförmig gewickelt ist, wobei der Versatz der Wicklungen nur in Richtung der Papierebene vollzogen wurde und nicht in Richtung in die Papierebene hinein. Dies gilt auch für den Versatz in den Spulen der 11, 12. Dies wird in den 16 und 18 deutlich, in dem das rechteckige Spulenbündel im Faltbereich sichtbar wird, dass auch schon vor der Faltung in diesem Spulenbereich besteht.The coils in 9 to 12 are wrapped disc-shaped, where against the coil in 20 is wound truncated cone-shaped, wherein the offset of the windings was completed only in the direction of the paper plane and not in the direction of the paper plane. This also applies to the offset in the coils of 11 . 12 , This will be in the 16 and 18 clearly, in which the rectangular coil bundle is visible in the folding area, that even before folding in this coil area exists.

Einzelne erfindungsgemäße Techniken der 9 bis 14, 17 können als Weiterbildung miteinander kombiniert werden.Individual techniques of the invention 9 to 14 . 17 can be combined as a further education.

13 zeigt die Verbindung nebeneinanderliegender herkömmlicher drahtgewickelten Einzelspulen und deren Leiterverbindung über jeweils ein Spulenbündel hinweg. Die Spulen sind hier noch idealisiert gezeichnet, da die Spulenbündel in der Praxis, speziell am Anfang jeder neuen Wicklungslage nach herkömmlicher Technik, nicht so gleichmäßig gewickelt werden können. 13 shows the connection of adjacent conventional wire-wound individual coils and their conductor connection over a respective coil bundle away. The coils are drawn here still idealized, since the coil bundles in practice, especially at the beginning of each new winding layer according to conventional technology, can not be wound so evenly.

In den 14 bis 16 ist der Faltvorgang einer in der Ebene gewickelten Spule, ähnlich der in 12, beschrieben, mit dem Unterschied, dass die Spulen in 14 mit einem durchgängigen Draht gewickelt wurde, wie an der Pfeilrichtung des Wickelschemas in der Vergrößerung von 14 zu sehen ist.In the 14 to 16 is the folding process of a coil wound in the plane, similar to that in FIG 12 , described, with the difference that the coils in 14 was wound with a continuous wire, as in the direction of the arrow of the winding scheme in the magnification of 14 you can see.

14 zeigt die Herstellungstechnik der Spule in einer Ebene und die Spule selbst im Querschnitt, so wie die Faltung dieser, die durch die Kraft F um eine Faltplatte geschieht, die auch 15 in der Draufsicht zeigt 14 shows the manufacturing technique of the coil in a plane and the coil itself in cross-section, as well as the folding of this, which happens by the force F around a folding plate, too 15 in the top view

16 zeigt die gefaltete Doppel-Scheibenspule in ihrer Endform schematisch, die um eine Rückschlussscheibe der Maschinen berührungslos herum verläuft. Vorteilhaft ist hier, die im Scheibenbereich recht gut übereinanderliegenden Spulenbündel der einzelnen Teilspulen, wobei sie im Faltbereich und im Wickelkopfbereich teilweise exakt übereinanderliegen. 16 schematically shows the folded double-disc spool in its final shape, which runs around a back plate of the machines without contact. It is advantageous in this case, the coil bundles of the individual partial coils which lie over one another in the disc region are quite well over each other, whereby they partially overlap one another in the folded region and in the winding head region.

17 und 18 zeigt den Faltvorgang einer als Kegelstumpfmantel gewickelten Spule, ähnlich der in 13. 17 and 18 shows the folding of a wound as a truncated cone sheath coil, similar to the 13 ,

17 zeigt die Herstellungstechnik der kegelstumpfmantelförmigen Spulen, die hier abwechselnd von außen nach innen und dann von innen nach außen gewickelt wurde. Die Spule wurde um den Winkel α gegenüber einer ebenen Wicklung von 12 gekippt gewickelt, wobei die Teilspulen im dargestellten Schnittbereich in der Blattebene zueinander versetzt gewickelt sind, was im Faltbereich der Spule, der 18 in ihrer ungefalteten Form im Schnitt zu sehen ist. 17 shows the manufacturing technique of the truncated cone-shaped coils, which was here alternately wound from outside to inside and then from inside to outside. The coil was rotated by the angle α with respect to a flat winding of 12 wrapped in a tilted manner, wherein the partial coils are wound offset in the sheet plane in the illustrated section area, which in the folded area of the coil, the 18 in its unfolded form can be seen in section.

17 zeigt auch den ersten Schritt der Faltung um eine Faltscheibe, bewirkt durch die Kraft F1, die wirkt bis die Spule bei der Faltung die Ebene der Scheibe erreicht Hier bleibt zunächst ein Winkel β zwischen Scheibe und Spulenbündel bestehen, der durch den zweiten Schritt der Faltung ausgeglichen wird, in dem die Kraft F₂ das Spulenbündel gleichmäßig auf die Platte drückt Dadurch entsteht eine Schubkraft F_S innerhalb des Spulenbündels, welche die Windungen Richtung Scheibenzentrum drückt und damit den Winkel γ in 18 ausgleicht, so dass das Spulenbündel im Faltbereich gleichmäßig am abgeflachten Scheibenumfang anliegt 17 also shows the first step of the folding around a folding disk, caused by the force F1, which acts until the coil reaches the plane of the disk during folding. Here, initially there is an angle β between the disk and the bundle of coils, which is compensated by the second step of the folding in which the force F ₂ uniformly presses the coil bundle onto the plate. This results in a pushing force F _S within the coil bundle which presses the turns in the direction of the disk center and thus the angle γ in 18 compensates, so that the coil bundle in the folding area evenly applied to the flattened wheel circumference

18 zeigt diesen Faltvorgang in dem Teilschnitt I-I von 17 schematisch. Hier ist die Spule vor der Faltung schematisch im Schnitt zu sehen, so wie während der Faltung, wobei der Endzustand der Faltung durch die gestrichelte Linie angedeutet wurde. 18 shows this folding process in the partial section II of 17 schematically. Here, the coil is to be seen before the folding schematically in section, as during the folding, wherein the final state of the folding was indicated by the dashed line.

19 zeigt das Prinzip einer Vorrichtung zur Herstellung erfindungsgemäßer Einzelspulen. Zu sehen ist ein Wickeldorn 16, der den Rahmen 19 für die beiden Teilspulen trägt. Der Motor M₂ dreht den Dorn mit der Drehzahl n₂. Der Motor M₁ ist ein Außenläufermotor und dreht mit doppelter Drehzahl n₁. Die Drahtgeberspule 50 wird von diesem Motor mitgedreht. Die Spulenführung wird durch die Linearmotoren M_L1, M_L2 bestimmt. 19 shows the principle of a device for producing individual coils according to the invention. You can see a winding mandrel 16 that the frame 19 for the two partial coils carries. The motor M ₂ rotates the mandrel at the speed n ₂ . The motor M ₁ is an external rotor motor and rotates at twice the speed n ₁ . The wire transmitter coil 50 is rotated by this engine. The coil guide is determined by the linear motors M _L1 , M _L2 .

In einer Variante ist der Motor M₂ ersetzt durch einen weiteren Außenläufermotor mit entgegengesetzter Drehrichtung zu M₁, aber gleicher Drehzahl. In a variant of the motor M _{2 is} replaced by a further external rotor motor with opposite direction of rotation to M ₁ , but the same speed.

21 bis 23 zeigen die Wicklung einer Doppel-Scheibenspule, die sofort in die gefaltete Endform auf dem Wickelkörper gewickelt wird. 21 to 23 show the winding of a double-disc coil, which is immediately wound into the folded final form on the winding body.

21 zeigt den Wickelkörper, in Draufsicht und mit teilweisem Schnitt der Spule, während des Wickelvorganges. Zum Wickelkörper gehören sechs motorisch betriebene Vorrichtungen M, von denen hier vier sichtbar sind. Das erste Spulenpaar Sp1 der Spule ist schon fertig gewickelt und mm wird die Wicklung des zweiten Spulenpaares Sp2 mit der Wicklung von außen nach innen gerade begonnen Die erste Windung wird in ihrer Endlänge vom Schieber S1₃ und den Schiebehaltern SH1₄ und SH2₄ und dem Halter H1₄ in Position gebracht und gehalten, wobei die Wicklung auf der in 22 sichtbaren Unterseite des Wickelkörpers fortgesetzt wird. Dort wird die erste Windung der dritten Teilspule gerade in Position gebracht, damit der Schieber S2₃ die Windung auffangen kann und bis zum Anschlag des Halters H2₃ schieben kann, wo die Windung dann durch den Halter H2₄ zunächst festgehalten wird und dann um die Kante beim Schiebehalter SH₂ in 21 als zweite Windung der dritten Teilspule gelegt zu werden. Danach zieht sich der Schieber S1₃ etwas zurück, wobei die erste Windung vom Halter H1₄ festgehalten wird, so dass die zweite Windung von Schieber S1₃ aufgenommen und an die erste Windung passgenau herangeschoben wird, wobei der Halter H1₄ die erste Windung loslässt, so dass die erste und zweite Windung eine gemeinsame Position finden, die leicht in Richtung Vorrichtung M_S1 verschoben ist, gegenüber der ersten Position der ersten Windung. Ist diese gefunden, halten SH1₄, H1₄ und SH2₄ die ersten beiden Windungen in Position und auf der Unterseite des Wickelkörpers wird in gleicher Weise verfahren u. s. w. bis die Teilspule fertig ist. Die nächste Teilspule wird dann von innen nach außen gewickelt unter Zuhilfenahme der Vorrichtungen SH1₄, H1₄, S1₃, SH2₄, H2₄. So werden die Teilspulen abwechselnd von außen nach innen und dann von innen nach außen gewickelt. 21 shows the winding body, in plan view and with partial section of the coil, during the winding process. The bobbin includes six motor-driven devices M, four of which are visible here. The first coil pair Sp1 of the coil is already finished wound and mm the winding of the second coil pair Sp2 is started with the winding from outside to inside. The first turn is in its final length of slide S1 ₃ and the slide holders SH1 ₄ and SH2 ₄ and the holder H1 ₄ positioned and held, with the winding on the in 22 visible bottom of the bobbin is continued. There, the first turn of the third part coil is just placed in position so that the slider S2 ₃ can catch the turn and push it to the stop of the holder H2 ₃ , where the turn is then held by the holder H2 ₄ first and then around the edge at the slide holder SH ₂ in 21 to be placed as a second turn of the third part coil. Thereafter, the slider S1 ₃ pulls back slightly, the first turn is held by the holder H1 ₄ , so that the second turn of slide S1 _{3 is} taken and pushed to the first turn fitting, the holder H1 ₄ releases the first turn, such that the first and second turns find a common position slightly shifted towards the device M _S1 , opposite the first position of the first turn. If this is found, hold SH1 ₄ , H1 ₄ and SH2 _4, the first two turns in position and on the bottom of the bobbin is moved in the same way, and so on until the sub-coil is finished. The next partial coil is then wound from the inside to the outside with the aid of the devices SH1 ₄ , H1 ₄ , S1 ₃ , SH2 ₄ , H2 ₄ . Thus, the sub-coils are alternately wound from outside to inside and then from inside to outside.

In 22 zeigt einen Schnitt VII-VII durch den Träger des Wickelkörpers und die Spule der 21. Hier ist der zur 21 passende Wickelvorgang gezeigt. Im besonderen ist zu sehen, dass die Vorrichtung M_S1 und M_S2 durch eine Steckverbindung mit der Platte des Wickelkörpers verbunden ist und eine elektrische Leitung L₁ durch die Trägerplatte hindurch den Stecker St erreicht. Über den Stecker St werden die Motoren mit Energie versorgt und gesteuert. Auf diese Weise kann der Leiter der Spule ungehindert um die Vorrichtung M_S1 und M_S2 bei der Wicklung herumgeführt werden und die Spule kann problemlos nach Fertigstellung durch vorheriges Abziehen des Steckers entnommen werden. Der Anfang der Spule A' und deren Ende A'' liegen auf der Unterseite des Spulenkörpers.In 22 shows a section VII-VII through the carrier of the bobbin and the coil of 21 , Here is the to 21 shown matching winding process. In particular, it can be seen that the device M _S1 and M _{S2 is} connected by a plug connection with the plate of the winding body and an electrical line L _{1 reaches} through the support plate through the plug St. Via the plug St, the motors are supplied with energy and controlled. In this way, the conductor of the coil can be freely guided around the device M _S1 and M _S2 in the winding and the coil can be easily removed after completion by pulling off the plug beforehand. The beginning of the coil A 'and the end A''lie on the underside of the bobbin.

23 zeigt die in 21 und 22 entstandene fertige Doppel-Scheibenspule im Teilschnitt, die berührungslos um eine Motorrückschlussscheibe herum verläuft. Hier wird die Effizienz der Wicklung durch den gleichmäßigen Spulenbündelaufbau deutlich, sowie der außerhalb des Spulenbündels liegende Spulenanfang A' (auch 21–22) und das Spulenende A''. 23 shows the in 21 and 22 Partial section of a finished double disc coil, which runs around a motor back-up disc without contact. Here, the efficiency of the winding by the uniform coil assembly is clear, as well as lying outside the coil bundle coil start A '(also 21 - 22 ) and the coil end A ".

In einer Weiterbildung werden die Teilspulen auf dem gleichen Wickelkörper ineinander verzahnt gewickelt. Das heißt, der Leiter der zweiten Teilspule verläuft in der Rille der darunter liegenden beiden aneinanderstoßenden und benachbarten Leiter der ersten Teilspule, wobei der Leiter im Faltbereich beim Wickelvorgang jeweils die Rille wechselt, so dass die Leiter innerhalb des Spulenbündels insgesamt kompakter liegen und im Umfangsbereich der Doppel-Scheibenspule sich das Spulenbündel durch den Rillenwechsel etwas aufweitet, was für die meisten Anwendungen jedoch nichts ausmacht, da dieser Bereich bei diesen Anwendungen außerhalb des Luftspaltes liegt.In a development, the sub-coils are wound into one another on the same winding body. That is, the conductor of the second sub-coil extends in the groove of the underlying two abutting and adjacent conductors of the first sub-coil, wherein the conductor in the folding area during the winding process respectively changes the groove, so that the conductors within the coil bundle are more compact overall and in the peripheral region of Double disc coil, the coil bundle widened a little by the groove change, but this does not matter for most applications, since this area is in these applications outside the air gap.

24 und 25 zeigt ein Wickelschema einer derartig verzahnten Wicklung anhand eines Spulenpaares. 24 and 25 shows a winding diagram of such a toothed winding using a coil pair.

Bei der Wicklung in 24 wechselt in jedem der beiden Faltbereiche der Leiter die Rille und kreuzt dabei einen Leiter der anderen Teilspule.When winding in 24 In each of the two folding areas of the ladder, the groove changes and crosses a conductor of the other partial coil.

Bei der Wicklung in 25 wechselt der Leiter nur in einem der beiden Faltbereiche die Rille und kreuzt dabei jeweils zwei Leiter der anderen Teilspule.When winding in 25 the conductor changes the groove only in one of the two folding areas and crosses two conductors of the other partial coil in each case.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2931650 A1 [0010]
GB 1310155 [0016]
US 4340833 [0018]
DE 3036051 [0022]
WO 00/30238 [0023, 0038]

Claims

Electric coil ( 3 ) with several turns, as a single coil within an electrical machine, wherein the coil ( 3 ) at least two partial coils ( 3 ' . 3 '' ), which are wound in opposite directions (opposite directions) in the air gap direction and are penetrated substantially simultaneously and completely by the same field, wherein the conductor ends (Z ', Z''), in the air gap plane on one side of the coil bundle, the inside of the coil sections ( 3 ' . 3 '' ), are electrically connected to each other and whose other conductor ends (A ', A''), in the air gap plane on the other side of the coil bundles, the outside of the partial coils ( 3 ' . 3 '' ), characterized in that the coil ( 3 ) is wound with wire and each partial coil ( 3 ' . 3 '' ) in the direction of the coil axis (air gap direction) consists of a conductor layer, and that the at least two coils ( 3 ' . 3 '' ) are a coil pair that is wound from a continuous wire, and that the coil ( 3 ) from a plurality of pairs of coils lying in air gap direction ( 3 ' . 3 '' ), which are electrically connected in series by means of the conductor ends (A ', A''), so that the coil ( 3 ) consists of alternating layers of left and right-wound partial coils.

Electric coil ( 3 ) according to claim 1, characterized in that the at least one coil ( 3 ), bent on average transversely to the direction of movement and / or folded.

Electric coil ( 3 ) according to one of claims 1 to 2, characterized in that the at least two coils ( 3 ' . 3 '' ) are arranged within a rotating machine about an axis or shaft.

Electric coil ( 3 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least two coils ( 3 ' . 3 '' ) belong to a linear machine.

Electric coil ( 3 ) according to one of claims 3, characterized in that the at least two coils ( 3 ' . 3 '' ) Are part of a drum-shaped winding.

Electric coil ( 3 ) according to claim 5, characterized in that the at least two coils ( 3 ' . 3 '' ) Are part of a cylindrical winding.

Electric coil ( 3 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least two coils ( 3 ' . 3 '' ) Are part of a disc-shaped winding.

Electric coil ( 3 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the coil sides of the at least two coils ( 3 ' . 3 '' ) are inserted in grooves of an air gap interface.

Electric coil ( 3 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least two coils ( 3 ' . 3 '' ) Air coils or part of an air gap winding are.

Electric coil ( 3 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least two coils ( 3 ' . 3 '' ) belong to the stand of the machine.