DE102017207663A1 - Verfahren zur Herstellung einer Spulenanordnung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Spulenanordnung, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen einer mehrere helikale Windungen umfassenden Leiterspule aus einem elektrisch leitfähigen Material sowie einer mehrere helikale Windungen umfassenden Isolationsspule, welche zumindest an ihrer Oberfläche elektrisch isolierend ist, wobei die Leiterspule und die Isolationsspule eine gleiche Windungsrichtung aufweisen,
- Anordnen der Spulen entlang einer gemeinsamen Längsachse, so dass sie mit ihren Stirnseiten gegenüber liegen,
- Zusammenfügen der Leiterspule und der Isolationsspule durch helikales Eindrehen der Leiterspule und/oder der Isolationsspule.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spulenanordnung, insbesondere für eine elektrische Maschine, und eine elektrische Spulenanordnung.
  • Spulenanordnungen von elektrotechnischen Spulen, also Spulenanordnungen, die wenigstens eine Spule aus einem leitfähigen Material, welches zu einer oder mehreren Windungen gewickelt ist, umfassen, kommen beispielsweise in elektrischen Maschinen zum Einsatz. Um Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Windungen von Spulenanordnungen oder einzelnen Spulen zu verhindern, müssen die Windungen jeweils gegeneinander isoliert sein. Dazu ist beispielsweise bekannt, dass das Spulenmaterial vor dem Wickeln mit einem Isolationslack überzogen wird. Beim Aufwickeln des Spulenmaterials zur Bildung der Windungen kann es jedoch zu Beschädigungen der Isolationslackschicht kommen, wodurch eine Isolation der einzelnen Windungen gegeneinander nicht mehr gewährleistet ist. Weiterhin kann es auch bei mechanischen Beanspruchungen der Spule im Betrieb zu einem Abrieb der Isolationslackschicht kommen, was ebenfalls zu einem Verlust der Windungsisolation führen kann. Ein Auftragen besonders dicker Isolationslackschichten behindert außerdem einen effizienten Wärmeübertrag von den Spulen an die Umgebung, was die Kühlung von Spulenanordnungen erschwert.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, um die Windungen einer Spule gegeneinander zu isolieren.
  • So zeigt z. B. die Druckschrift DE 84 17 051 U1 eine elektrische Synchronmaschine, deren Erregerwicklungen von Spulen gebildet werden, welche aus nur mit einer Windungsisolation versehenen elektrischen Flachleitern bestehen. Jeder Pol der elektrischen Synchronmaschine trägt zwei in radialer Richtung isoliert übereinander angeordnete Spulen, wobei die Flachleiter der Spulen an den einander nicht gegenüberstehenden Schmalseiten Kühlrippen aufweisen. Die Flachleiter sind dabei gemeinsam mit der Windungsisolation zur Spule gewickelt.
  • Die Druckschrift DE 19 33 696 U beschreibt ein beispielsweise koaxial gekoppeltes und gemeinsam zu einer Spule oder einer Spulenreihe gewickeltes Leiterpaar mit einer Isolation zwischen den Leitern zur Bildung der Wicklungen eines Induktionsapparates wie beispielsweise eines Transformators. Das koaxiale Leiterpaar bzw. das parallele Flachleiterpaar sind dabei durch eine Isolierschicht voneinander getrennt. Durch diese Anordnung werden die Streuverluste herabgesetzt und gleichzeitig eine gleichmäßig geringe Beanspruchung der Isolation zwischen Primär- und Sekundärwicklung erzielt.
  • In der Druckschrift DE 73 06 596 U wird eine elektrische Maschine mit ausgeprägten Polen offenbart, deren Erregerwicklung aus einzelnen windungsisolierten, scheibenförmigen Spulen besteht. Die Spulen werden durch flachkantgewickelte Flachleiter gebildet, welche untereinander durch unmittelbar neben dem Polkern liegende Abstandshalter getrennt sind, um die Wicklungen gegeneinander zu isolieren. Alternativ dazu können die Wicklungen paarweise angeordnet werden, wobei sie zu einer Verbesserung des Wärmeübergangs nur zwischen den einzelnen Windungen der paarweise angeordneten Flachleiter mit einer Windungsisolierung versehen sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Spulenanordnung anzugeben.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren die Schritte umfasst:
    • - Bereitstellen einer mehrere helikale Windungen umfassenden Leiterspule aus einem elektrisch leitfähigen Material sowie einer mehrere helikale Windungen umfassenden Isolationsspule, welche zumindest an ihrer Oberfläche elektrisch isolierend ist, wobei die Leiterspule und die Isolationsspule eine gleiche Windungsrichtung aufweisen,
    • - Anordnen der Spulen entlang einer gemeinsamen Längsachse, so dass sie mit ihren Stirnseiten gegenüber liegen,
    • - Zusammenfügen der Leiterspule und der Isolationsspule durch helikales Eindrehen der Leiterspule und/oder der Isolationsspule.
  • Durch dieses Verfahren kann auf einfache Weise eine Spulenanordnung gebildet werden, bei der die Windungen der Leiterspule durch die Windungen der Isolationsspule gegeneinander isoliert sind. Es ist dabei nicht erforderlich, dass die Leiterspule selbst mit einem Isolationsmaterial beschichtet ist. Durch das helikale Eindrehen der Leiterspule und der Isolationsspule ineinander wird ein einfaches Zusammenfügen der Spulenanordnung ermöglicht und ein gleichzeitiges Aufwinden von einem elektrisch leitfähigen Material mit einer Isolationsschicht vermieden.
  • Die helikalen Windungen der Leiterspule sowie der Isolationsspule können jeweils aus einem Spulenmaterial gebildet werden, welches konzentrisch entlang einer Längsachse der jeweiligen Spule aufgefunden wurde. Dabei kann für die Leiterspule ein elektrisch leitfähiges Material verwendet werden und für die Isolationsspule ein Material, oder eine Materialzusammensetzung, die wenigstens an ihrer Oberfläche elektrisch isolierend ist. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Leiterspule und/oder eine Isolationsspule verwendet werden, welche bereits in einer solchen Form gefertigt wurden. Die Windungen der Leiterspule und der Isolationsspule können eine beliebige Querschnittsgeometrie aufweisen und dadurch beispielsweise an einen Einsatzzweck der Spulenanordnung angepasst werden. Um das helikale Eindrehen der Leiterspule und der Isolationsspule für das Zusammenfügen der Spulenanordnung zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass die Leiterspule und die Isolationsspule dieselbe Windungsrichtung aufweisen und dass die Leiterspule und die Isolationsspule pro Längenabschnitt entlang ihrer Längsachse die gleiche Anzahl an Windungen oder Teilwindungen aufweisen, mithin also eine gleiche Ganghöhe aufweisen. Die Länge der Leiterspule und die Länge der Isolationsspule, respektive die jeweilige Anzahl der Windungen, kann dabei gleich oder unterschiedlich sein.
  • Das Anordnen der Spulen erfolgt derart, dass die Leiterspule und die Isolationsspule mit ihren jeweiligen Längsachsen entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordnet werden, so dass sie sich jeweils mit einer ihrer Stirnflächen gegenüberliegen. Anschließend erfolgt das Zusammenfügen der Leiterspule durch helikales Eindrehen der Leiterspule und/oder der Isolationsspule. Es kann dabei entweder eine der beiden Spulen bewegt werden und die andere Spule unbewegt gehalten werden oder es ist möglich, dass beide Spulen beim Zusammenfügen in jeweils entgegengesetzte Richtungen gedreht werden. Zusätzlich zu dem Drehen der Spulen werden diese entlang der Längsachse aufeinander zu bewegt, um das helikale Eindrehen der Spulen ineinander zu ermöglichen. Bei diesem helikalen Eindrehen bewegen sich die Windungen der beiden Spulen relativ gesehen schraubenförmig zueinander, so dass sich die Windungen einer Spule zwischen den Windungen der jeweils anderen Spule anordnen. Die Drehbewegung einer bewegten Spule erfolgt dabei um die gemeinsame Längsachse, entlang derer die Spulen angeordnet worden sind.
  • Bevorzugt kann die Leiterspule aus einem entlang einer flachen Kante gewickelten Flachleiter bestehen, beispielsweise aus einem Kupferflachleiter, sowie die Isolationsspule aus einen entsprechend geformten Isoliermaterial. Beim helikalen Eindrehen der Spulen ineinander können die Windungen der Leiterspule und die Windungen der Isolationsspule mit ihren breiten Kanten aneinander anliegen, so dass ihre Windungen sich während des helikalen Eindrehens gegenseitig führen.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Abstand der Windungen der Leiterspule, also die Ganghöhe der Leiterspule, der Dicke des Spulenmaterials der Isolationsspule entspricht sowie dass der Abstand der Windungen der Isolationsspule, also die Ganghöhe der Isolationsspule, der Dicke des Spulenmaterials der Leiterspule entspricht. Beim helikalen Eindrehen liegen die Windungen der Leiterspule und die Windungen der Isolationsspule aneinander an, so dass eine gegenseitige Führung der Windungen während des Eindrehens erreicht wird.
  • Um eine elektrische Kontaktierung und/oder eine mechanische Befestigung der zusammengefügten Spulenanordnung zu ermöglichen, können die Leiterspule und/oder die Isolationsspule an ihren randseitigen Windungen jeweils einen elektrischen Anschluss bzw. einen Befestigungsabschnitt aufweisen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen verlängerten Abschnitt der zwei randseitigen Windungen der Leiterspule und der Isolationsspule handeln. Mittels diesen verlängerten Abschnitten kann die Spulenanordnung dann beispielsweise befestigt werden und/oder die Leiterspule kann über diese verlängerten Abschnitte elektrisch kontaktiert werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Leiterspule und die Isolationsspule soweit ineinander eingedreht werden, dass an jede Windung der Leiterspule wenigstens eine Windung der Isolationsspule anschließt. Dies kann bevorzugt dadurch erfolgen, dass eine Leiterspule mit N Windungen und eine Isolationsspule mit N-1, N, oder N+1 Windungen verwendet werden. Abhängig von der Ganghöhe der Leiterspule und der Isolationsspule sowie von der Dicke des elektrisch leitfähigen Spulenmaterials der Leiterspule bzw. des zumindest an seiner Oberfläche elektrisch isolierenden Spulenmaterials der Isolationsspule können bei zusammengefügter Spulenanordnung die Windungen der Leiterspule direkt an den Windungen der Isolationsspule anliegen. Dadurch, dass das Spulenmaterial der Isolationsspule zumindest an der Oberfläche elektrisch isolierend ist, werden die aus einem elektrisch leitfähigen Spulenmaterial gebildeten Windungen der Leiterspule gegeneinander isoliert.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine Leiterspule und eine Isolationsspule mit kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt verwendet werden. Ein rechteckiger Querschnitt kann dabei auch abgerundete Ecken aufweisen. Die Querschnittsform der Spulen kann abhängig von einem zu erzeugenden Magnetfeld und/oder von einer Einbausituation der Spulenanordnung, beispielsweise in einer elektrischen Maschine, gewählt werden. Sowohl Spulen mit einem kreisförmigen Querschnitt sowie Spulen mit einem rechteckigen Querschnitt weisen dabei eine Aussparung in der Mitte des Querschnitts auf, wobei das jeweilige Spulenmaterial um die Aussparung der jeweiligen Querschnittsform folgend zu einer Spule gewickelt ist.
  • Um eine verbesserte Isolation gegen an der Oberfläche fließende Kriechströme zu erhalten, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass eine Isolationsspule verwendet wird, deren Windungen einen größeren Außendurchmesser und/oder einen kleineren Innendurchmesser aufweisen, als die Windungen der Leiterspule. Dadurch stehen die Windungen der Isolationsspule nach außen und/oder nach innen über die Windungen der Leiterspule über und wirken durch die Verlängerung der Kriechstrecke zwischen zwei benachbarten Windungen der Leiterspule dem Auftreten von Kriechströmen entgegen. Weiterhin bietet eine solche Ausgestaltung der Isolationsspule den Vorteil, dass ein Kurzschluss der Leiterspule verhindert wird, wenn die Spulenanordnung beabsichtigt oder unbeabsichtigt in Kontakt mit einem leitfähigen Gegenstand kommt.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine Leiterspule aus Kupfer verwendet wird. Dabei kann es sich insbesondere um einen Flachleiter aus Kupfer handeln, welcher unter Ausbildung der Windungen die Leiterspule bildet.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Leiterspule vor oder nach der Bereitstellung mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet wird. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Beschichtung mit einem Isolierlack handeln oder um eine Ummantelung aus einem Polymermaterial. Eine solche Beschichtung der Leiterspule mit einem elektrisch isolierenden Material kann beispielsweise bei der Herstellung von Spulenanordnungen erfolgen, für deren Einsatzzweck eine komplette Isolation der gesamten Oberfläche der Spulenanordnung erforderlich ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Isolationsspule aus einem Polymermaterial, einer Keramik oder einem von einer Isolationsschicht umgebenden, elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Kupfer, verwendet wird. In allen Fällen hat die Isolationsspule mindestens eine isolierende Oberfläche. Eine aus einem Polymermaterial oder einer Keramik bestehenden Isolationsspule ist in ihrer Gesamtheit elektrisch isolierend, wohingegen eine Isolationsspule, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, das von einer Isolationsschicht umgeben ist, das Bilden einer Spulenanordnung aus zwei leitfähigen Spulen ermöglicht, die unabhängig von der Ausführung der Leiterspule gegeneinander isolierte, elektrisch leitfähige Windungen der Leiterspule und der Isolationsspule aufweist. Eine aus einer Keramik bestehende Isolationsspule bietet den Vorteil einer großen Hitzebeständigkeit, da Keramiken in der Regel weitaus höhere Schmelzpunkte aufweisen als elektrische Isolationen aus Polymermaterial oder Isolierlack.
  • Um eine verbesserte Wärmeabfuhr von einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spulenanordnung zu ermöglichen, kann eine Leiterspule und/oder eine Isolationsspule mit einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal verwendet werden. Dieser Kühlkanal verläuft bevorzugt im Inneren der Windungen der Leiterspule bzw. der Isolationsspule und ermöglicht deren direkte Kühlung. Insbesondere ein innerhalb des die Leiterspule bildenden, aufgewindeten Spulenmaterials verlaufender Kühlkanal ermöglicht einen geringen Wärmeübergangswiderstand von in der Leiterspule erzeugter Wärme auf das den Kühlkanal durchströmende Kühlmittel. Eine einen Kühlkanal aufweisende Spule kann an ihren randseitigen Windungen jeweils eine mit dem in ihrem Inneren verlaufenden Kühlkanal korrespondierende Anschlussöffnung aufweisen. Über an den Anschlussöffnungen angeordnete Anschlussmittel kann der Kühlkanal der Spule an einen externen Kühlkreislauf angeschlossen werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Leiterspule und/oder die Isolationsspule vor dem Bereitstellen einstückig in einem Gießverfahren, einem additiven Fertigungsverfahren oder durch Ausschneiden und Falten eines Ausgangsmaterials hergestellt werden. Dadurch ist das Herstellen von Leiterspulen und Isolationsspulen mit beliebigen Querschnittsformen und Windungszahlen möglich, was eine vielfältige und anpassbare Gestaltung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Spulenanordnungen ermöglicht. Der Einsatz eines Gießverfahrens und insbesondere eines additiven Fertigungsverfahrens ermöglicht dabei auf einfache Weise die Fertigung einer als einstückiges Bauteil ausgeführten Spule, welche in ihrem Inneren einen Kühlkanal aufweist. Ferner ermöglicht die Herstellung einer Isolationsspule in einem Gießverfahren oder mittels eines additiven Fertigungsverfahrens die Verwendung von Materialien, welche sich nicht zu einer Spule winden lassen, wie beispielsweise Keramik.
  • Für eine erfindungsgemäße, insbesondere gemäß obigem Verfahren gefertigte Spulenanordnung ist vorgesehen, dass sie wenigstens eine Leiterspule sowie wenigstens eine Isolationsspule, wobei die Leiterspule und die Isolationsspule mehrere helikale Windungen umfassen und eine gleiche Windungsrichtung aufweisen, umfasst, wobei die Leiterspule und die Isolationsspule entlang einer gemeinsamen Längsachse derart angeordnet sind, dass sich die Windungen der Leiterspule und die Windungen der Isolationsspule abwechseln. Eine solche elektrische Spulenanordnung kann beispielsweise in einer Elektromaschine zum Einsatz kommen, welche in einem Kraftfahrzeug beispielsweise als Antriebsmotor eingesetzt werden kann.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
    • 1 eine bereitgestellte Leiterspule sowie eine bereitgestellte Isolationsspule,
    • 2 das Zusammenfügen der Leiterspule und der Isolationsspule durch helikales Eindrehen,
    • 3 eine zusammengefügte Spulenanordnung aus Leiterspule und Isolationsspule,
    • 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer zusammengefügten Spulenanordnung,
    • 5 eine Ansicht der Stirnfläche einer zusammengefügten Spulenanordnung, sowie
    • 6 eine schematische Darstellung einer Elektromaschine umfassend eine erfindungsgemäße Spulenanordnung.
  • 1 zeigt eine bereitgestellte Leiterspule 1 sowie eine bereitgestellte Isolationsspule 2. Der Übersichtlichkeit halber ist die Isolationsspule in allen Abbildungen mit einer schraffierten Oberfläche dargestellt, um insbesondere die Anordnung der Windungen besser nachvollziehen zu können. Die Leiterspule 1 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Kupfer und umfasst fünf Windungen 3, wobei die Leiterspule 1 eine rechteckige Querschnittsform aufweist. Die Isolationsspule 2 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Keramik und umfasst vier Windungen 4, wobei die Isolationsspule 2 ebenfalls eine rechteckige Querschnittsform aufweist. Die Spulen 1, 2 weisen dieselbe Windungsrichtung sowie dieselbe Ganghöhe auf. Die Leiterspule 1 und die Isolationsspule 2 sind entlang einer gemeinsamen Längsachse 5 angeordnet, so dass sie mit ihren Stirnseiten gegenüberliegen. Um im zusammengefügten Zustand ein Ankontaktieren der Leiterspule 1 zu ermöglichen, weist diese an ihren randseitigen Windungen 3 jeweils einen Kontaktierungsabschnitt 6 auf. Die Isolationsspule 2 weist an ihren randseitigen Windungen Abschnitte 7 auf, welche bevorzugt ebenso lang sind wie die Kontaktierungsabschnitte 6 der Leiterspule 1.
  • 2 zeigt die Leiterspule 1 und die Isolationsspule 2 während des Zusammenfügens durch helikales Eindrehen. Ausgehend von der in 1 dargestellten Situation erfolgt ein helikales Eindrehen, indem die Spulen 1, 2 aneinander angenähert werden und dann schraubenförmig ineinander gedreht werden. Dabei kann beispielsweise die Leiterspule 1 unbewegt bleiben und nur die Isolationsspule 2 in die mit dem Pfeil markierte Richtung gedreht werden. Die gemeinsame Längsachse 5 der gemäß 1 angeordneten Spulen 1, 2 stellt dabei die Drehachse der Drehbewegung der Isolationsspule 2 dar. Während des Drehens der Isolationsspule 2 wird sie weiterhin entlang der Längsachse 5 bewegt. Die Windungen 4 der Isolationsspule 2 werden dadurch schraubenförmig in die Windungen 3 der Leiterspule 1 hineingedreht, wodurch sich eine alternierende Anordnung der Windungen 3 und der Windungen 4 in dem bereits eingedrehten Bereich der Spulenanordnung ergibt. Die Isolationsspule 2 wird dabei soweit in die Leiterspule 1 hineingedreht, bis an jede Windung 3 der Leiterspule 1 wenigstens eine Windung 4 der Isolationsspule 2 anschließt. Die Windungen 4 der Isolationsspule 2 können dabei insbesondere zu beiden Seiten direkt an die Windungen 3 der Leiterspule 1 anschließen, wie in 3 dargestellt.
  • 3 zeigt eine Seitenansicht einer Spulenanordnung 8 nach dem helikalen Eindrehen. Zwischen zwei Windungen 3 der Isolationsspule 1 befindet sich jeweils eine Windung 4 der Isolationsspule 2. Dadurch sind die Windungen 3 der Leiterspule 1 voneinander isoliert. Die Abschnitte 7 der randseitigen Windungen der Isolationsspule 2 schließen dabei an die Kontaktierungsabschnitte 6 der Leiterspule 1 an. Es ist beispielsweise möglich, die dargestellte Spulenanordnung über die Kontaktierungsabschnitte 6 elektrisch anzukontaktieren und sie über die Abschnitte 7 und/oder die Kontaktierungsabschnitte 6 zu befestigen. Es können Leiterspulen und Isolationsspulen mit beliebig vielen Windungen verwendet werden, so dass Spulenanordnungen 8 mit beliebig vielen Windungen 3 der Leiterschleife 1, welche über die Windungen 4 der Isolationsspule 2 voneinander isoliert sind, gebildet werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass in eine Leiterspule 1 mit N Windungen 3 eine Isolationsspule 2 mit N-1, N oder N+1 Windungen 4 helikal eingedreht wird, so dass sich im eingedrehten Zustand eine alternierende Anordnung der Windungen 3 der Leiterspule 1 und der Windungen 4 der Isolationsspule 2 ergibt.
  • In 4 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung 8 dargestellt. Die Leiterspule 1 weist hierbei vier Windungen 3 auf, welche durch die drei Windungen 4 umfassende Isolationsspule 2 voneinander isoliert sind. Der Außendurchmesser der Windungen 4 der Isolationsspule 2 ist in diesem Beispiel größer als der Außendurchmesser der Windungen 3 der Leiterspule 1 um das Auftreten von Kriechströmen entlang der Oberfläche der Spulenanordnung 8 zu erschweren. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann ein Ankontaktieren der Spulenanordnung 9 über die Kontaktabschnitte 6 der Leiterspule 1 erfolgen. Die Isolationsspule weist in diesem Ausführungsbeispiel keine Abschnitte 7 auf.
  • In 5 ist eine Aufsicht auf eine Stirnfläche einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Spulenanordnung 8 dargestellt. Die Leiterspule 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Kühlkanal 9, welcher im Inneren der Windungen 3 sowie der Kontaktabschnitte 6 verläuft. Durch den Kühlkanal 9 kann über die an den Außenseiten der Kontaktabschnitte 6 befindlichen Anschlussöffnungen 10 ein Kühlmittel geführt werden, um im Betrieb der Spulenanordnung 8 entstehende Wärme abzutransportieren. Die Spulenanordnung 8 kann dazu an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen werden. Die Windungen 4 der Isolationsspule 2 weisen in diesem Beispiel sowohl einen größeren Außendurchmesser als auch einen kleineren Innendurchmesser als die Windungen 3 der Leiterspule 1 auf. Dadurch wird das Auftreten von Kriechströmen sowohl an der äußeren Oberfläche der Spulenanordnung 8 wie auch an der inneren Oberfläche erschwert. In der Mitte der Querschnittsfläche ergibt sich eine durch die umlaufenden Windungen 3, 4 teilweise umschlossene Aussparung 11, die eine Befestigung der Spule ermöglicht.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektromaschine 12, welche zwei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Spulenanordnungen 8 umfasst. Eine Spulenanordnung 8 weist dabei einen innerhalb der Windungen 3 der Leiterspule 1 verlaufenden Kühlkanal 9 auf, welcher über die Anschlussöffnungen 10 an den Kontaktabschnitten 6 über Verbindungsmittel 13 an einen Kühlkreislauf 14 angeschlossen ist. Die Spulenanordnungen 8 sind jeweils an einem Joch 15 der Elektromaschine 12 angeordnet, wobei das Joch 15 durch die Aussparung 11 der jeweiligen Spulenanordnung 8 geführt wird. Die Spulenanordnungen 8 dienen hierbei als Erregerwicklungen zum Antrieb eines Rotors 16 der Elektromaschine 12. Eine elektrische Ankontaktierung (hier nicht dargestellt) der Spulenanordnung 8 kann über die Kontaktabschnitte 6 erfolgen, wodurch eine elektrische Schaltung der Spulenanordnung 8 innerhalb der elektrischen Maschine 11 ermöglicht wird. Die in 6 dargestellte Anordnung ist rein schematisch, es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine 11 mehrere Spulenanordnungen 8 umfasst, welche elektrisch miteinander verschaltet und jeweils über Verbindungsmittel 13 mit dem Kühlkreislauf 14 verbunden sind. Es ist insbesondere auch möglich, dass die Spulenanordnungen 8 auch in einer oder mehreren anderen Verwendungen in einer Elektromaschine 12 eingesetzt werden. Die Elektromaschine 12 kann beispielsweise als Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 8417051 U1 [0004]
    • DE 1933696 U [0005]
    • DE 7306596 U [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Spulenanordnung, umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer mehrere helikale Windungen umfassenden Leiterspule aus einem elektrisch leitfähigen Material sowie einer mehrere helikale Windungen umfassenden Isolationsspule, welche zumindest an ihrer Oberfläche elektrisch isolierend ist, wobei die Leiterspule und die Isolationsspule eine gleiche Windungsrichtung aufweisen, - Anordnen der Spulen entlang einer gemeinsamen Längsachse, so dass sie mit ihren Stirnseiten gegenüber liegen, - Zusammenfügen der Leiterspule und der Isolationsspule durch helikales Eindrehen der Leiterspule und/oder der Isolationsspule.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterspule und die Isolationsspule soweit ineinander eingedreht werden, dass an jede Windung der Leiterspule wenigstens eine Windung der Isolationsspule anschließt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterspule und eine Isolationsspule mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt verwendet werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolationsspule verwendet wird, deren Windungen einen größeren Außendurchmesser und/oder einen kleineren Innendurchmesser aufweisen als die Windungen der Leiterspule.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterspule aus Kupfer verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterspule vor oder nach der Bereitstellung mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolationsspule aus einem Polymermaterial, einer Keramik oder einem von einer Isolationsschicht umgebenen, elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Kupfer, verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterspule und/oder eine Isolationsspule mit einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal verwendet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterspule und/oder die Isolationsspule vor dem Bereitstellen einstückig in einem Gießverfahren, einem additiven Fertigungsverfahren oder durch Ausschneiden und Falten eines Ausgangsmaterials hergestellt werden.
  10. Elektrische Spulenanordnung, umfassend wenigstens eine Leiterspule sowie wenigstens eine Isolationsspule, wobei die Leiterspule und die Isolationsspule mehrere helikale Windungen umfassen und eine gleiche Windungsrichtung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterspule und die Isolationsspule entlang einer gemeinsamen Längsachse derart angeordnet sind, dass sich die Windungen der Leiterspule und die Windungen der Isolationsspule abwechseln.
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