DE102015213616A1 - Spulenwicklung aus HF-Litze, elektrische Maschine mit einer derartigen Spulenwicklung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spulenwicklung (01) für eine elektrische Maschine bestehend aus Hochfrequenz-Litze, die sich in Wickelkopfabschnitten (03) und Wickelkörperabschnitten (02) erstreckt. Die Spulenwicklung (01) zeichnet sich dadurch aus, dass die Hochfrequenz-Litze eine Vielzahl von Backlackdrähten umfasst. Die Backlackdrähte weisen jeweils eine äußere Schicht aus einem Backlack auf. Zumindest die Wickelkörperabschnitte (02) sind durch Verbacken des Backmaterials der Backlackdrähte miteinander verbacken. Die Wickelkopfabschnitte (03) sind nicht verbacken. Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine mit einer derartigen Spulenwicklung (01) sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Spulenwicklung für eine elektrische Maschine bestehend aus Hochfrequenz-Litze. Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine mit einer derartigen Spulenwicklung und ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine.
  • HF-Litze wird schon seit längerem für Spulenwicklungen eingesetzt. Die DE 21 48 057 B2 beschreibt eine HF-Litze für Spulen bestehend aus mehreren Drähten, die einzeln isoliert und gemeinsam mit mindestens einem Faden aus Textilfasern wendelförmig derart umsponnen sind, dass die Litzendrähte nur zum Teil bedeckt sind.
  • Die DE 10 2011 086 280 A1 zeigt eine permanenterregte 3-phasige Synchronmaschine mit einem Stator mit Zahnspulenwicklung, welche als Bruchlochwicklung und mit rechteckig profilierter HF-Litze ausgebildet ist. Die HF-Litze besteht aus einer Vielzahl von elektrisch isolierten Kupferlackdrähten, die verdrillt sind und nachträglich in ein rechteckiges Profil gepresst wurden. Im Vergleich zu unverpressten Einzeldrähten wird durch das Verpressen im Litzenquerschnitt ein deutlich höherer Kupferfüllfaktor erreicht.
  • Des Weiteren ist die Verwendung von Backlackdraht zur Herstellung von Spulenwicklungen bekannt. Backlackdraht ist ein Draht, bei dem der elektrisch leitende Draht zusätzlich zu einer Isolierschicht, zum Beispiel eine Lackschicht, eine weitere äußere Schicht (Backschicht) aufweist. Die Backlackschicht ist beispielsweise eine thermoplastische Schicht. Beim Erwärmen wird die Backlackschicht aufgeweicht und kann sich mit einer Backlackschicht eines benachbarten Drahtes verbinden. Dieser Vorgang wird auch Verbacken genannt. Durch das Verbacken wird sichergestellt, dass die geometrische Gestalt der Spule dauerhaft beibehalten wird.
  • In der DE 103 38452 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit einer Wicklung für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine umfassend ein derartiges Bauteil beschrieben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Wickeln eines oder mehrerer Drähte zu einer Spule. Der Draht ist ein Backlackdraht mit einem elektrisch leitenden Kern, einer Isolierschicht und einer äußeren Backschicht. Die gewickelte Spule wird nachfolgend mittels Presswerkzeug gepresst. Abschließend erfolgt ein Verbacken der gepressten Spule, um die geometrische Gestalt der Spule beizubehalten.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spulenwicklung für eine elektrische Maschine bestehend aus HF-Litze zur Verfügung zu stellen, mit welcher zur Erzielung eines hohen Füllfaktors ein zur Aufnahme der Spulenwicklung dienender Wickelraum optimal ausnutzbar ist und gleichzeitig eine geringe Wickelkopfhöhe erreicht werden kann. Weiterhin soll eine elektrische Maschine mit einer derartigen Spulenwicklung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung gestellt werden.
  • Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient eine Spulenwicklung gemäß Anspruch 1, eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 4 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 7.
  • Die erfindungsgemäße Spulenwicklung besteht aus HF-Litze und erstreckt sich in Wickelkopfabschnitten und Wickelkörperabschnitten. Die HF-Litze umfasst eine Vielzahl von Backlackdrähten, welche jeweils eine äußere Schicht aus einem Backlack aufweisen. Zumindest die Wickelkörperabschnitte sind durch Verbacken des Backmaterials der Backlackdrähte miteinander verbacken. Die Wickelkopfabschnitte sind nicht verbacken.
  • Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Spulenwicklung ist darin zu sehen, dass durch Verwendung einer HF-Litze aus Backlackdrähten eine Nut, in welche die Spulenwicklung in der elektrischen Maschine eingebracht wird, optimal ausgenutzt werden kann. Dies wird durch die beim Verbacken stattfindende Verdichtung der HF-Litze erreicht. Beim Verdichten werden die freien Zwischenräume zwischen den einzelnen Backlackdrähten minimiert, wodurch ein maximaler Füllfaktor erreicht werden kann. Dadurch, dass die Wickelkopfabschnitte der Spulenwicklung nicht verbacken sind, bleibt dieser Bereich weiterhin flexibel. Die Wickelkopfabschnitte werden nach Einlegen der Spulenwicklung in die Nut vorzugsweise verpresst. Auf diese Weise kann die Wickelkopfhöhe minimiert werden, wodurch der benötigte Bauraum minimiert werden kann. Somit kann eine verhältnismäßige hohe Leistung in einem kleinen Bauraum erzeugt werden. Durch die verwendete HF-Litze werden Skin Effekte minimiert.
  • Der zur Herstellung der HF-Litze verwendete Backlackdraht ist ein handelsüblicher Backlackdraht. Als Backlackdraht kann beispielsweise ein Backlackdraht mit einem thermoplastischen Backmaterial Verwendung finden.
  • Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst die beschriebene Spulenwicklung, welche in eine Nut der elektrischen Maschine eingebracht ist.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Wickelkörperabschnitte eine äußere Isolationsschicht auf, um je nach Anwendungsfall eine erforderliche Isolation der Spulenwicklung sicher zu stellen. Die Isolationsschicht wird vorzugsweise durch Umwickeln der verbackenen Wickelkörperabschnitte mit einem geeigneten Isolationsmaterial hergestellt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine umfasst folgende Schritte: Zunächst wird eine HF-Litze zu einer Spulenwicklung gewickelt. Die verwendete HF-Litze umfasst eine Vielzahl von Backlackdrähten mit jeweils einer äußeren Schicht aus einem Backlack. Anschließend erfolgt ein Verbacken der Spulenwicklung in Wickelkörperabschnitten. Dieses Verbacken erfolgt bevorzugt in einem Backwerkzeug, in welchem die Spulenwicklung eingelegt ist. Vor oder während des Verbackens kann eine Verdichtung im Bereich der Wickelkörperabschnitte erfolgen. Wickelkopfabschnitte werden dabei nicht verbacken. Die Spulenwicklung wird nachfolgend in eine Nut der elektrischen Maschine eingelegt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Wickelkopfabschnitte nach Einlegen der Spulenwicklung in die Nut verpresst. Durch das Verpressen der Wickelkopfabschnitte wird die Wickelkopfhöhe minimiert, wodurch weniger Bauraum benötigt wird. Die verbackenen Wickelkörperabschnitte richten sich vorzugsweise nach der Aktivlänge der elektrischen Maschine.
  • Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Wickelkörperabschnitte nach dem Verbacken mit einer Isolationsschicht zu versehen, um die erforderliche Isolation zum Eisenpaket der elektrischen Maschine sicherzustellen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie deren Vorteile und Einzelheiten werden nachfolgend anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Spulenwicklung 01, welche in einem Backwerkzeug 04 angeordnet ist. Die Spulenwicklung 01 wird später vorzugsweise Bestandteil einer elektrischen Maschine (nicht gezeigt) und kann dort in eine Nut der elektrischen Maschine eingelegt werden. Im Backwerkzeug 04 befindet sich ebenfalls eine Nut, die der Nut der elektrischen Maschine in ihren Abmessungen entspricht und in der der eigentliche Backvorgang abläuft.
  • Die Spulenwicklung 01 besteht aus einer HF-Litze, welche eine Vielzahl von Backlackdrähten umfasst. Die Backlackdrähte weisen jeweils eine äußere Schicht aus einem Backlack auf. Die Spulenwicklung 01 weist Wickelkörperabschnitte 02 und Wickelkopfabschnitte 03 auf. Die Wickelkörperabschnitte 02 sind nach dem Verbacken als verfestigter Bereich ausgebildet. Dieser verfestigte Bereich wird durch Verbacken des Backmaterials der Backlackdrähte erzeugt. Hierfür sind die Wickelkörperabschnitte 02 in der Nut des Backwerkzeugs 04 eingelegt.
  • Im Bereich der Wickelkopfabschnitte 03 ist die Spulenwicklung 01 nicht verbacken und somit weiterhin flexibel. Die flexiblen Wickelkopfabschnitte 03 können nach Einlegen der Spulenwicklung 01 in die Nut der elektrischen Maschine verpresst werden, wodurch die Wickelkopfhöhe minimiert werden kann. Die Wickelkörperabschnitte 02 der Spulenwicklung 01 können nach dem Backvorgang mit einer äußeren Isolationsschicht versehen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 01
    Spulenwicklung
    02
    Wickelkörperabschnitte
    03
    Wickelkopfabschnitte
    04
    Backwerkzeug
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 102011086280 A1 [0003]
    • DE 10338452 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Spulenwicklung (01) für eine elektrische Maschine bestehend aus Hochfrequenz-Litze, die sich in Wickelkopfabschnitten (03) und Wickelkörperabschnitten (02) erstreckt, wobei die Hochfrequenz-Litze eine Vielzahl von Backlackdrähten umfasst, die jeweils eine äußere Schicht aus einem Backlack aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkörperabschnitte (02) durch Verbacken des Backmaterials der Backlackdrähte miteinander verbacken sind und die Wickelkopfabschnitte (03) nicht verbacken sind.
  2. Spulenwicklung (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Backlackdraht ein thermoplastisches Backmaterial aufweist.
  3. Spulenwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei Wickelkörperabschnitte (02) parallel zueinander erstrecken und zwischen zwei Wickelkopfabschnitten (03) verlaufen.
  4. Elektrische Maschine mit einer aus Hochfrequenz-Litze bestehenden Spulenwicklung (01), wobei die Hochfrequenz-Litze eine Vielzahl von Backlackdrähten umfasst, die jeweils eine äußere Schicht aus einem Backlack aufweisen, wobei die Spulenwicklung (01) Wickelkopfabschnitte (03) und Wickelkörperabschnitte (02) umfasst, und wobei die Wickelkörperabschnitte (02) in einer Nut der elektrischen Maschine verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkörperabschnitte (02) durch Verbacken des Backmaterials der Backlackdrähte miteinander verbacken sind und die Wickelkopfabschnitte (03) nicht verbacken sind.
  5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht verbackenen Wickelkopfabschnitte (03) verpresst sind.
  6. Elektrische Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkörperabschnitte (02) eine äußere Isolationsschicht aufweisen, die eine elektrische Isolation zu der Nut der elektrischen Maschine herstellen.
  7. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit folgenden Schritten: • Wickeln einer Hochfrequenz-Litze zu einer Spulenwicklung (01), wobei die Hochfrequenz-Litze eine Vielzahl von Backlackdrähten mit jeweils einer äußeren Schicht aus einem Backlack umfasst; • Verbacken der Spulenwicklung (01) in Wickelkörperabschnitten (02), wobei die Spulenwicklung (01) in Wickelkopfabschnitten (03) nicht verbacken wird; • Einlegen der Spulenwicklung (01) in eine Nut der elektrischen Maschine.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkopfabschnitte (03) nach Einlegen der Spulenwicklung (01) in die Nut verpresst werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verbackenen Wickelkörperabschnitte (02) der Aktivlänge der elektrischen Maschine entsprechen.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkörperabschnitte (02) nach dem Verbacken mit einer Isolationsschicht versehen werden.
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