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Die Erfindung betrifft eine Spule für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Spulen werden beispielsweise zur Fertigung einer Rotor- oder Statorwicklung bei Elektromaschinen eingesetzt. Zur Erzielung einer hohen Leistungsdichte von Elektromaschinen ist es erforderlich, in Nutzwischenräumen des Rotors oder Stators einen bestmöglichen Kupferfüllgrad zu erreichen. Dazu kann die Wicklung als konzentrierte Wicklung bzw. Einzelzahnwicklung ausgeführt sein, wobei die Spulen in einem Radialschnitt mit einem trapezförmigen Habitus gewickelt werden und in Radialrichtung am Rotor oder Stator je nach Bauart der Elektromaschine eine unterschiedliche Umfangsbreite aufweisen. Die Spulenenden der ringförmig an der Elektromaschine angeordneten Spulen werden bevorzugt an einer gemeinsamen Radialseite festgelegt und dort in einer vorbestimmten Weise mit gemeinsamen Verbindungsleitern verschaltet.
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Spulen der eingangs genannten Art sind bereits aus der
DE 20 2007 007 580 U1 , der
DE 10 2007 029 306 A1 oder der
JP 2000-166193 A bekannt. Des Weiteren offenbart die
US 2003/0051616 A1 eine Spule für einen Nadeldrucker. Zur Darstellung einer trapezförmigen Gestalt und/oder zur Anordnung der Spulenenden an derselben Spulenseite sind in den dort beschriebenen Wicklungen an bestimmten Positionen innerhalb einer Wickellage oder an einem Ende einer Wickellage Windungslücken von zumindest einem Drahtdurchmesser vorgesehen, welche im weiteren Verlauf des Wicklungsaufbaus bei Umkehr der Lagenaufbaurichtung durch so genannte Stützwindungen wieder verschlossen werden. Hierdurch treten Lagensprünge auf, wobei der Wickeldraht mehrere Windungen der darunter befindlichen Wickellage kreuzt.
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Von dem genannten Stand der Technik ausgehend, stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Spule mit einem hohen Kupferfüllgrad und bestmöglicher Ausnutzung eines vorgegeben Wickelraumes darzustellen. Dabei soll es möglich sein, eine Spule mit einem trapezförmigen Querschnitt zu schaffen, wobei auch bei einer ungeradzahligen Wicklungslagenanzahl der Wicklungsanfang und das Wicklungsende an derselben Spulenseite angeordnet werden können.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Spule mit den im Kennzeichen von Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Es wird demnach eine Spule für eine elektrische Maschine mit einer aus einem Draht gewickelten Lagenwicklung, insbesondere einer Maschinenlagenwicklung, vorgeschlagen, welche mindestens zwei Wickellagen umfasst und wobei eine Wickellage von im Wesentlichen parallel zu einer Spuleninnenseite angeordneten Windungen gebildet ist, wobei sich die Wickellagen in einem Wickelraum zwischen einem ersten und einem zweiten Ende der Spule erstrecken. Dabei definieren zwei benachbarte Wickellagen bezüglich der Spuleninnenseite eine innere Wickellage und eine äußere Wickellage. Gemäß der Erfindung ist die Spule dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei benachbarte Wickellagen über zumindest einen Teil ihrer Erstreckung gemeinsam gewickelt sind, wobei aufeinander folgende Windungen unterschiedlichen Wickellagen zugeordnet sind und wobei die innere Wickellage und die äußere Wickellage jeweils ein temporäres Ende aufweisen.
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Durch das gemeinsame Wickeln von zumindest zwei benachbarten Wickellagen entstehen diese Wickellagen über deren gemeinsamen Erstreckungsbereich gleichzeitig. Im Ergebnis sind diese Wickellagen gegenseitig ineinander verschachtelt. Unter einem temporären Ende soll in diesem Zusammenhang ein offenes Ende einer Wickellage verstanden werden, welches nicht unmittelbar durch die darauf folgende Windung, sondern erst nach dem Wickeln von zumindest einer weiteren Windung derselben Wickellage oder einer weiteren Windung einer anderen, insbesondere benachbarten Wickellage verschlossen oder bedeckt wird. Es ist auch möglich, mehr als zwei Wickellagen, insbesondere drei, vier oder eine noch größere Anzahl zu verschachteln. Durch das gleichzeitige Wickeln von zumindest zwei Wickellagen ist es möglich, das Spulenende auch bei einer ungeradzahligen Anzahl von Wickellagen im Bereich eines an einem Ende des Wickelraumes befindlichen Spulenanfangs anzuordnen. Wenn die jeweils äußere der Wickellagen verkürzt ausgeführt wird, lässt sich auf diese Weise auch eine im Querschnitt konische bzw. trapezförmige Spule darstellen, wie diese im Elektromaschinenbau von Vorteil ist. Beim Aufbau der Spule kann zum Beispiel zunächst eine Anzahl von einzelnen Wicklungslagen erzeugt werden, die im weiteren Verlauf oder zum Abschluss des Wickelvorgangs von zumindest zwei verschachtelten Wickellagen zumindest teilweise überwickelt werden. Gegebenenfalls können nachfolgend weitere Einzellagen oder verschachtelte Wickellagen folgen. Durch die vorgeschlagene Spule kann somit ein vorgegebener Wickelraum sehr effektiv ausgenutzt werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Spule folgt im Wicklungsaufbau auf eine Windung der äußeren Wickellage eine Windung der inneren Wickellage und auf eine Windung der inneren Wickellage folgt eine Windung der äußeren Wickellage. Die jeweils inneren Wickellagen können, müssen jedoch nicht, identisch sein.
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Mit weiterem Vorteil kann das temporäre Ende der äußeren Wickellage durch eine Überhangwindung gebildet sein, welche das temporäre Ende der inneren Wickellage in Wickelrichtung zumindest teilweise überdeckt und wobei zwischen der inneren und der äußeren Wickellage eine Windungslücke ausgebildet ist, die beim Übertritt des Drahtes von der äußeren zur inneren Wickellage durch eine Stützwindung verschlossen ist.
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Es ist weiterhin zweckdienlich, wenn über die gemeinsame Erstreckung von innerer und äußerer Wickellage eine Anzahl von Windungen der inneren Wickellage und dieselbe Anzahl von Windungen der äußeren Wickellage alternierend gewickelt ist. Ein Wechsel der Wickellagen kann also bereits nach jeder, also einer einzigen, Windung oder nach zwei, drei, vier oder einer noch größeren Anzahl von Windungen erfolgen. Beim Übergang von der inneren Wickellage in die äußere Wickellage wird der vorzugsweise runde Wickeldraht in eine von zwei Windungen der inneren Wickellage gebildeten Vertiefung eingelegt und dort geführt, was in Umfangsrichtung einer Spule zumindest bereichsweise erfolgt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Spule trapezförmig ausgeführt werden, indem die äußere Wickellage gegenüber der inneren Wickellage verkürzt ausgebildet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Lagenwicklung auf einem Wickelkern angeordnet, wobei der Wickelraum von einem in Erstreckungsrichtung der Wickellagen ausgebildeten Basisbereich und von zwei von dem Basisbereich abstehenden Schenkeln begrenzt wird. Als Wickelkern kann ein Statorzahn, ein ein- oder mehrteiliger Wickelkörper, ein Spulenträger oder ein weiterer dazu geeigneter Körper fungieren. Nach der Fertigstellung der Wicklung kann der Wickelkörper auch entfernt werden, so dass zunächst eine Luftspule verbleibt, welche z. B. zur Anordnung am Rotor oder am Stator einer elektrischen Maschine vorgesehen ist.
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Mit weiterem Vorteil kann die Spule eine ungerade Anzahl von Wickellagen aufweisen. Eine hohe Packungsdichte des Spulendrahtes ist darstellbar, indem die Wicklung als orthozyklische Wicklung ausgebildet ist.
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Mit noch weiterem Vorteil wird eine Spule vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine erste Wickellage in Richtung von dem ersten zu dem zweiten Ende der Spule mit einem von dem zweiten Ende beabstandeten offenen Ende gewickelt ist und dass auf das offene Ende eine Anzahl von Windungen von zumindest einer weiteren Wickellage folgt und dass darauf nachfolgend die erste Wickellage in Richtung von dem zweiten Ende zu dem temporären Ende ausgebildet ist. Insbesondere ist dabei von Bedeutung, dass eine Wickellage durch einen Wickelvorgang in einer Richtung und in der entsprechenden Gegenrichtung gebildet ist. Diese erste Wickellage kann vollständig oder unvollständig gewickelt sein und kann auch zu den beiden Spulenenden oder innerhalb der Lage zumindest eine Lücke aufweisen. Insbesondere kann der Abstand des offenen Endes zu dem zweiten Ende der Spule mindestens eine Windung, bevorzugt jedoch mindestens zwei oder mindestens drei Windungen betragen. Beim Auffüllen der ersten Wickellage, d. h. beim Wickeln in die Gegenrichtung kann unmittelbar bis zu dem offenen Ende heran gewickelt werden, wobei das offene Ende hierbei ein temporäres Ende darstellt und geschlossen wird. Das offene Ende kann jedoch auch dauerhaft in Form einer Windungslücke ausgeführt sein. Vorteilhafterweise erfolgt im Bereich des offenen Endes der Übergang in eine weitere, bevorzugt verkürzt ausgebildete Wickellage. Mit weiterem Vorteil erfolgt im Bereich des offenen Endes einerseits ein Übergang in eine innere Wickellage und andererseits auch in eine äußere Wickellage, wobei der jeweilige Übergang von der Wickelrichtung abhängt. Diese Art der Wicklung kann im Zusammenhang mit einer vorherigen und/oder nachfolgenden Verschachtelung von Windungen ausgeführt sein, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Das heißt, das vorstehend erläuterte Prinzip, innerhalb einer Lage in zwei Richtungen zu wickeln, kann auch in Verbindung mit beliebigen anderen Wicklungsarten ausgeführt sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei zumindest an einem der vorgenannten Elemente von Rotor und Stator eine konzentrierte Wicklung angeordnet ist, welche zumindest eine der vorstehend erläuterten Spulen aufweist. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Spulen können die etwa trapezförmig ausgebildeten Nutzwischenräume effektiv unter Erzielung eines hohen Kupferfüllgrades ausgenutzt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den beigefügten Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
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1a einen Längsschnitt durch eine Spule gemäß einer ersten Ausführungsform;
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1b die Spule der 1a mit dem Verlauf des Wickeldrahtes auf einer Spulenvorderseite;
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1c die Spule der 1a mit dem Verlauf des Wickeldrahtes auf einer Spulenrückseite;
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1d die Spule der 1a, in der die Abfolge der Windungen beim Auf bau der beiden äußeren Wicklungslagen durch einen Linienzug angegeben ist;
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2a eine halbseitige Schnittdarstellung einer weiteren Spule gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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2b die Spule der 2a, in der die Abfolge der Windungen durch einen Linienzug angegeben ist;
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3 eine elektrische Maschine in einer schematischen Darstellung.
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In den 1a–d ist eine Spule 10, insbesondere eine Statorspule, für eine elektrische Maschine mit einer konzentrierten Wicklung in einer Längsschnittdarstellung gezeigt. Die elektrische Maschine kann beispielsweise als permanenterregte Synchronmaschine ausgeführt werden und eine Mehrzahl von derartigen Spulen tragen, welche gleichmäßig am Statorumfang verteilt und dort an den Statorzähnen festgelegt sind. Der Stator kann als so genannter segmentierter Stator ausgeführt sein und eine Mehrzahl von Statorsegmenten umfassen, welche jeweils einen Jochabschnitt und einen Zahnabschnitt umfassen und wobei die einzelnen Segmente mit deren Jochabschnitten zu einem geschlossenen Statorring zusammengefasst sind. Alternativ kann der Stator auch konventionell ausgeführt sein und aus gestapelten ringscheibenförmigen Blechlamellen mit von einem kreisförmigen Jochbereich nach radial innen oder radial außen abstehenden Zähnen bestehen. Die hier erläuterte Spule ist vorzugsweise als Lagenwicklung, insbesondere als Maschinenlagenwicklung aus einem im Querschnitt runden Draht mit Hilfe von zwei stirnseitig an einem Segment angeordneten Wickelkörpern um einen Statorzahn gewickelt, wobei die Wickelkörper und der Statorzahn einen etwa quaderförmigen Wickelkern bilden. Zur Darstellung der Spule kann auch ein Draht mit einer anderen Querschnittsform, beispielsweise ein quadratischer oder rechteckförmiger Draht eingesetzt werden.
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In den 1a–d stellen die Kreise den geschnittenen Spulendraht beim Durchtritt durch die Zeichenebene dar, wobei durch die einbeschriebenen Ziffern die einzelnen Spulenwindungen bezeichnet sind, so dass dadurch die einzelnen mit römischen Ziffern bezeichneten Wickellagen erkennbar sind und so dass daran der Wicklungsaufbau für einen Fachmann eindeutig nachvollziehbar ist. Dabei bezeichnet die Ziffer ”1” den Wicklungsanfang und die Ziffer ”80” das Wicklungsende.
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Die Spule
10 ist mit einer orthozyklischen Wicklung und vorliegend mit einer ungeraden Anzahl von Wickellagen, insbesondere mit sieben Wickellagen, ausgeführt. Jede Wickellage ist dabei von im Wesentlichen parallel zu einer Spuleninnenseite
12 angeordneten Windungen gebildet und die Wickellagen erstrecken in einem Wickelraum zwischen einem ersten Ende
14a und einem zweiten Ende
14b der Spule
10. Dabei sind die Wickellagen I–VI als vollständige Wickellagen und die letzte, äußere Wickellage VII als unvollständige Lage und somit gegenüber der vorhergehenden Wickellage verkürzt gewickelt. Die Spule
10 ist im vorliegenden Fall zur Anordnung an einem Stator einer elektrischen Maschine in Innenläuferbauart vorgesehen, bei welcher der Rotor innerhalb des Stators drehbar gelagert angeordnet ist. In Bezug zur elektrische Maschine sind die Enden
14a, b der Spule
10 radial ausgerichtet, wobei in diesem Fall das erste Ende
14a radial innen und das zweite Ende
14b radial außen angeordnet ist. In der Erstreckungsrichtung der Wickellagen wird ein Wickelraum der Spule von einem Isolier- oder Wickelkörper
16 begrenzt, der einen an der Innenseite gelegenen Basisbereich
16a und von zwei von diesem abstehende Schenkel
16b, c aufweist. Der Basisbereich
16a ist in der Ansicht der
1a im Querschnitt rechteckig ausgeführt. Selbstverständlich kann die Spule auch andere Querschnittsformen, insbesondere einen trapezförmigen Querschnitt zur Anordnung oder zur Bewicklung eines trapezförmigen Statorzahnes aufweisen. Beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, kann ein Wickelkörper wie in der
DE 10002485 A1 , der
DE 10 2006 021 903 A1 oder der
DE 10 2007 035 531 A1 beschrieben, ausgeführt sein.
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Gemäß der 1a–d beginnt die Wicklung durch das Einlegen eines Drahtes am ersten Ende an der mit ”1” gekennzeichneten Position in der linken Bildhälfte mit der ersten Windung. Der Draht durchstößt an dieser Position die Zeichenebene senkrecht, wird auf der nicht sichtbaren Rückseite des etwa quaderförmigen Wickelkerns zweifach um etwa 90° umgelenkt und durchstößt die Bildebene in der rechten Bildhälfte an der dort gleichfalls mit ”1” gekennzeichneten Position mit Ausrichtung zum Betrachter. Die Spule 10 ist somit im Uhrzeigersinn gewickelt. In diesem Wickelsinn wird die erste Wickellage mit den Windungen ”1” bis ”12” gewickelt, wobei die erste Wickellage vom ersten Ende 14a zum zweiten Ende 14b der Spule 10 Windung für Windung aufgebaut wird. Anschließend wird mit der Windung ”13” eine zweite Wickellage begonnen und nun vom zweiten Ende 14b ausgehend zum ersten Ende 14a der Spule 10 mit der Windung ”24” gewickelt. Dieser Vorgang wird fortgesetzt bis auf diese Weise insgesamt fünf Windungen gewickelt sind, welche mit der Windung ”60” am zweiten Ende 14b der Spule 10 enden.
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Nachfolgend wird die sechste Wickellage wiederum in Richtung zum ersten Ende 14a gewickelt, wobei hier zunächst in der soeben beschriebenen Weise die Windungen ”61” und ”62” gewickelt werden.
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Nachstehend wird erläutert, wie der Wickelprozess weitergeführt wird, um die das Wicklungsende darstellende Windung „80” an dem Spulenende des Wicklungsanfanges ”1”, insbesondere dem ersten Spulenende 14a auslaufen zu lassen und um der Spule 10 eine trapezförmige Gestalt zu verleihen.
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Es wird dazu vereinbart, dass jeweils zwei benachbarte Wickellagen bezüglich der Spuleninnenseite 12 eine innere Wickellage und eine äußere Wickellage definieren. Zur Erzielung des angestrebten Ergebnisses werden allgemein formuliert zumindest zwei benachbarte Wickellagen über zumindest einen Teil ihrer Erstreckung gemeinsam gewickelt, wobei aufeinander folgende Windungen unterschiedlichen Wickellagen zugeordnet sind und wobei die innere Wickellage und die äußere Wickellage jeweils ein temporäres Ende aufweisen. Vorliegend bildet die Wickellage VI die innere Wickellage 2 und die Wickellage VII die äußere Wickellage 3.
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Ausgehend von der inneren Wickellage 2 mit der Windung ”62” wird der Spulendraht unter einer zum zweiten Spulenende 14b gerichteten Zugkraft und gegebenenfalls unter Mitwirkung eines Drahtniederhalters in die Windung ”63” der äußere Wickellage 3 überführt, welche zumindest teilweise in der Vertiefung zwischen den Windungen ”61” und ”62” festgelegt ist. Der Drahtniederhalter ist dazu ausgebildet, den Spulendraht beim Wickeln eine Windung in einer beabsichtigten Position zu halten bzw. zu stützen und ein Abgleiten daraus zu vermeiden, bis eine weitere Windung diese Stützfunktion übernimmt.
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Die innere Wickellage 2 wird also an der Windung ”62” nicht unmittelbar weiter aufgebaut, sondern endet zunächst hier, so dass die Windung ”62” ein temporäres Ende der inneren Wickellage 3 bildet. Unter Beibehaltung der Zugkraft wird der Draht dann entgegen der Wirkung der Zugkraft in die Windung ”64” überführt, welche sich an den Windungen ”62” und ”63” abstützen kann. In den 1a–d ist erkennbar, dass die Windung ”64” eine Überhangwindung ausbildet, welche das temporäre Ende ”62” der inneren Wickellage 2 in Wickelrichtung zumindest teilweise überdeckt. Auf diese Weise ist zwischen der inneren 2 und der äußeren Wickellage 3 eine Windungslücke ausgebildet. Zugleich bildet die Überhangwindung, also Windung ”64” selbst ein temporäres Ende der äußeren Wickellage 3 aus. Nach dem Wickeln der Windung ”64” wird der Draht wieder in die innere Wickellage 2 überführt, welche am temporären Ende ”62” nun mit der Windung „65” weitergewickelt wird und wodurch sowohl das temporäre Ende ”62” und die zwischen innerer 2 und äußerer Wickellage 3 ausgebildete Lücke geschlossen werden. An die Windung ”65” schließt sich die gleichfalls in der inneren Wickellage 2 befindliche Wicklung ”66” an. Die Windung ”65” kann in diesem Zusammenhang auch als eine Art Stützwindung bezeichnet werden, da sie das temporäre Ende ”64” der äußeren Wicklungslage 3 gegen ein Verrutschen sichert.
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Das somit erzeugte Wickelschema bzw. die auf diese Weise gewickelte Spule 10 zeichnet sich dadurch aus, dass im Wicklungsaufbau auf eine Windung der äußeren Wickellage 3 eine Windung der inneren Wickellage 2 folgt und dass auf eine Windung der inneren Wickellage 2 eine Windung der äußeren Wickellage 3 folgt. Dadurch sind die innere 2 und die äußere Wickellage 3 miteinander bzw. ineinander verschachtelt.
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Die 1b, c zeigen den Verlauf des Wickeldrahtes an einer Spulenvorderseite 18a und an einer dieser gegenüberliegenden Spulenrückseite 18b. Die Spulenseiten 18a, b sind durch ein Paar paralleler Längsseiten verbunden, welche hier zeichnerisch nicht dargestellt sind und welche gegenüber den Seiten 18a, b in der Erstreckungsrichtung des Spulendrahtes länger sind. Es ist erkennbar, dass mit dem erläuterten Wickelschema zumindest eine der Seiten 18a, b kreuzungsfrei gewickelt werden kann.
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In 1d ist der Aufbau der beiden äußersten Wicklungslagen durch einen Linienzug eingetragen. Es ist dort erkennbar, dass in der Erstreckungsrichtung der sechsten, d. h. der inneren 3 und siebten, d. h. der äußeren Wickellage 3 zum ersten Spulenende 14a hin über deren gemeinsame Erstreckung jeweils auf zwei Windungen der inneren Wickellage 2 jeweils zwei Windungen der äußeren Wickellage 3 folgen. Es ist alternativ oder alternierend dazu auch möglich, nach jeder Windung einen Wechsel in die jeweils andere Wickellage vorzunehmen. Verallgemeinert bedeutetet das, dass über die gemeinsame Erstreckung, zumindest über einen Teil des gesamten gemeinsamen Erstreckungsbereiches der inneren 2 und der äußeren Wickellage 3 eine Anzahl von Windungen der inneren Wickellage 2 und dieselbe Anzahl von Windungen der äußeren Wickellage 3 alternierend gewickelt ist.
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In den 2a, b ist ein halbseitiger Ausschnitt einer weiteren Spule 100 mit einer Wicklung mit trapezförmiger Außenkontur auf einem Wickelkörper 16 dargestellt. Der nur angedeutete Wickelkern wird hierbei von einem leicht trapezförmigen Statorzahn und daran angeordneten Wickel- bzw. Isolierkörpern bereitgestellt, so dass die Spuleninnenseite 12 in der gezeigten Ansicht gleichfalls trapezförmig bzw. konisch ist. Die Spule 100 ist ebenfalls gemäß der Erfindung unter Anwendung von zwei verschachtelten Wicklungslagen gewickelt, wobei vereinfacht lediglich die zeitliche Abfolge des Wickelprozesses bzw. der Aufbau der Wickellagen anhand eines Linienzugs angegeben ist. Der allgemeine Aufbau des Wickelkörpers 16 und die weiteren allgemeinen Vereinbarungen entsprechen bis auf die hier erläuterten Besonderheiten dem vorstehenden Beispiel gemäß der 1a–d. Das Schema der 2a entspricht in der Art der Darstellung insbesondere der rechten Hälfte von der mit 1d gezeigten Wicklung bzw. Spule. Gleiche bzw. gleichwirkende Elemente wurden mit denselben, in den 1a–d eingeführten Bezugszeichen versehen.
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Die Spule 100 mit der Wicklung gemäß 2a, b umfasst insgesamt sieben Wickellagen I–VII, von denen die ersten drei Lagen vollständig und die vierte Lage teilweise gewickelt sind und zwar kontinuierlich, d. h. ohne Windungslücken und gleichfalls Lage für Lage. Die Wicklung beginnt am ersten Spulenende 14a in der ersten Wickellage mit dem Wicklungsanfang, d. h. mit Windung „”1” und endet zunächst in der vierten Wickellage bei Windung ”59”, welche ein temporäres Ende darstellt. Von hier aus erfolgt der Übergang zur Windung ”60” in der fünften Lage, welche diesbezüglich die äußere Wickellage 3 darstellt. Es schließt sich die ebenfalls ein offenes Ende darstellende Überhangwindung ”61” und weiter die Stützwindung ”62” in der vierten, also der inneren Wickellage 2 an. Daran anschließend wird dazu benachbart die Windung ”63” gewickelt, welche wiederum ein offenes Ende darstellt und in dem bisher erläuterten Wickelschema der Windung ”59” entspricht bzw. zu dieser äquivalent ist. Es folgen damit also auf zwei Windungen der inneren Wickellage 2 ebenfalls zwei Windungen der äußeren Wickellage 3. Der Spulendraht kann dabei unter einer zum zweiten Spulenende 14b gerichteten Zugkraft und gegebenenfalls unter Mitwirkung eines Drahtniederhalters geführt werden. Der Drahtniederhalter ist dazu ausgebildet, den Spulendraht beim Wickeln eine Windung in einer beabsichtigten Position zu halten bzw. zu stützen und ein Abgleiten daraus zu vermeiden, bis eine weitere Windung diese Stützfunktion übernimmt.
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Nach diesem Schema wird die Spule 100 bis zur Windung „69” in der fünften Lage und bis zur Windung ”70” in der vierten Lage gewickelt und von dort wird die vierte Wickellage einlagig bis zum ersten Spulenende mit der Windung ”76” weitergewickelt. Damit befindet sich der gemeinsame Erstreckungsbereich, in dem die vierte und die fünfte Wickellage verschachtelt sind jeweils mit einem Abstand zum ersten 14a und zweiten Spulenende 14b. In dem verschachtelten Bereich von innerer 2 und äußerer Lage 3 kann auch nach einer anderen beliebigen Windungsanzahl ein Lagenwechsel erfolgen, z. B. bereits nach einer einzigen Windung oder nach drei Windungen.
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Ausgehend von der Windung ”76” erfolgt der kontinuierliche Aufbau der fünften Lage mit den Windungen ”77” bis ”83”, das heißt bis an die ein temporäres Ende darstellende Windung ”69”. An der Position ”83” erfolgt der Übergang in die nächstäußere, sechste Wickellage mit der Windung ”84”, welche gleichzeitig die erste Windung dieser Lage bildet. Es ist erkennbar, dass der Beginn der sechsten Lage nochmals gegenüber dem Beginn der fünften Lage verschoben ist, so dass dadurch eine trapezförmige bzw. konische Gestalt der Spule erzeugt wird. Im weiteren Verlauf wird die sechste Lage bis zum ersten Spulenende 14a gewickelt, wo die Windung ”89” angeordnet ist. Von dort erfolgt der Übergang zur siebten Lage, welche mit der Windung ”90” nur eine einzige Windung aufweist. Das Wicklungsende befindet sich auf der hier zeichnerisch nicht dargestellten zweiten linken Halbseite der Spule 100 und ebenfalls am ersten Spulenende 14a. Die Spule 100 ist für einen Außenläufermotor vorgesehen, wobei hier die Verschaltung des Wicklungsanfanges ”1” und des Wicklungsendes ”90” radial außen erfolgt.
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Eine weitere Besonderheit der Spule 100 ist darin zu sehen, dass die fünfte Wickellage zunächst in Richtung von dem zweiten 14b zu dem ersten Ende 14a der Spule 100 mit einem von dem ersten Ende 14a beabstandeten offenen, insbesondere temporären Ende ”69” gewickelt ist und dass auf das offene Ende ”69” eine Anzahl von Windungen der dazu inneren vierten Wickellage folgt und dass erst darauf nachfolgend die fünfte Wickellage in Richtung von dem ersten Ende 14a zu dem temporären Ende ”69” ausgebildet ist. Insbesondere ist die fünfte Wickellage durch einen Wickelvorgang in einer Richtung und in der Gegenrichtung gebildet, wobei diese Wickelage unvollständig gewickelt ist und zu dem zweiten Spulenende 14b eine Lücke aufweist. Beim Auffüllen der fünften Wickellage, d. h. beim Wickeln in die Gegenrichtung ist in diesem Fall unmittelbar bis zu dem offenen Ende ”69” heran gewickelt. Im Bereich des offenen Endes ”69” erfolgt der Übergang in die sechste, auch verkürzt ausgebildete Wickellage. Im Bereich des offenen Endes erfolgt somit einerseits ein Übergang in eine innere Wickellage und andererseits auch in eine äußere Wickellage, wobei der jeweilige Übergang von der Wickelrichtung abhängt.
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3 zeigt abschließend beispielhaft und schematisch eine elektrische Maschine 20 in Innenläuferbauart mit einem Stator 22 und mit einem in dessen Zentralausnehmung drehbar gelagerten Rotor 24, an dessen Außenumfangsbereich eine Mehrzahl von Permanentmagneten 26 angeordnet ist. Der Stator 24 umfasst ein kreisringförmiges Joch 28 und daran angeordnete und nach radial innen zum Rotor 24 weisende Zähne 30, welche eine konzentrierte Wicklung 32 in Form der vorangehend erläuterten Spulen 10, 100 tragen. Die Vorderseite 18a und die Rückseite 18b der Spulen 10; 100 bilden somit an der elektrischen Maschine 20 Stirnseiten aus, während die beiden damit verbundenen Längsseiten der Spulen 10, 100 am Stator 22 benachbart zu jeweils einer Längsseite einer weiteren Spule 10, 100 angeordnet sind. Damit weisen die Spulen in einer radialen Blickrichtung eine rechteckige Grundfläche auf. Die beiden Längsseiten einer Spule 10, 100 sind jeweils dachförmig zueinander geneigt angeordnet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in 3 dargestellte elektrische Maschine 20 in Innenläuferbauart beschränkt, sondern diese umfasst gleichfalls elektrische Maschinen in Außenläuferbauart.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- innere Wickellage
- 3
- äußere Wickellage
- 10, 100
- Spule
- 12
- Spuleninnenseite
- 14a
- erstes Spulenende
- 14b
- zweites Spulenende
- 16
- Wickelkörper
- 16a
- Basisbereich
- 16b, c
- Schenkel
- 18a
- Vorderseite
- 18b
- Rückseite
- 20
- Elektrische Maschine
- 22
- Stator
- 24
- Rotor
- 26
- Permanentmagnet
- 28
- Joch
- 30
- Statorzahn
- 32
- Wicklung
- ”Ziffer”
- Windungsnummer
- I–VII
- Wickellage
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007007580 U1 [0003]
- DE 102007029306 A1 [0003]
- JP 2000-166193 A [0003]
- US 2003/0051616 A1 [0003]
- DE 10002485 A1 [0027]
- DE 102006021903 A1 [0027]
- DE 102007035531 A1 [0027]
