DE102019207769A1

DE102019207769A1 - Spulenwicklung und Verfahren zur Wicklung einer Spule

Info

Publication number: DE102019207769A1
Application number: DE102019207769.2A
Authority: DE
Inventors: Nick Böttcher
Original assignee: Individual
Current assignee: BOETTCHER, NICK, CH
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-12-03

Abstract

Spulenwicklung aufweisend einen drahtförmigen elektrischen Stromleiter (1) mit zwei freien Enden für eine elektrische Kontaktierung, bevorzugt einen Flachdraht, der in zwei Wicklungen (4, 5) um eine geometrische Achse (A) angeordnet ist, wobeidie Wicklungen (4, 5) jeweils in einer Ebene (2, 3) senkrecht zur geometrischen Achse (A) angeordnet sind und in der jeweiligen Ebene (2, 3) eine zueinander gegenläufige Wickelrichtung des Stromleiters (1) aufweisen,der Stromleiter (1) in jeder Wicklung (4, 5) jeweils von einem minimalen Abstand (m) beginnend in wenigstens einer Windung um die geometrische Achse (A) angeordnet ist,in jeder Wicklung (4, 5) jeweils ein freies Ende des Stromleiters (1) in einem maximalen Abstand zur geometrischen Achse (A) angeordnet ist, undder Stromleiter (1) zwischen den zwei Ebenen (2, 3) im minimalen Abstand (m) um die geometrische Achse (A) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spulenwicklung und ein Verfahren zur Wicklung einer Spule.
Elektrotechnische Spulen werden für Motoren, Transformatoren, Relais, Lautsprecher und vieles mehr benötigt und bestehen meist aus mindestens einer Wicklung eines elektrischen Stromleiters. Für die Wicklung wird als Stromleiter häufig Lack-Runddraht eingesetzt, oder, wenn erhöhte Füllfaktoren der Wicklung benötigt werden, auch Flachdraht. Bei der Verwendung von Flachdraht tritt jedoch das Problem der elektrischen Kontaktierung im Inneren der Spule und bei Wechsel der Wicklungsebene das Problem der notwendigen Knicke im Flachdraht auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu überwinden und eine Lösung zur knickfreien Wicklung einer einfach zu kontaktierenden Spule mit vorzugsweise zwei Wicklungsebenen vorzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spulenwicklung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 2.
Eine Spulenwicklung weist einen drahtförmigen elektrischen Stromleiter, bevorzugt einen Flachdraht, mit zwei Enden für eine elektrische Kontaktierung auf, der in zwei Wicklungen um eine geometrische Achse angeordnet ist. Die Wicklungen sind jeweils in einer Ebenen senkrecht zur geometrischen Achse angeordnet und weisen in der jeweiligen Ebene eine zueinander gegenläufige Wickelrichtung des Stromleiters auf, wobei der Stromleiter in jeder Wicklung jeweils in einem minimalen Abstand um die geometrische Achse angeordnet ist und jeweils ein freies Ende des Stromleiters in einem maximalen Abstand zur geometrischen Achse angeordnet ist. Zwischen den zwei Ebenen ist der Stromleiter im minimalen Abstand um die geometrische Achse angeordnet. Der Stromleiter ist also zwischen den zwei Ebenen diagonal zu den Ebenen angeordnet.
Der Stromleiter verläuft somit in der gesamten Spulenwicklung, insbesondere auch zwischen den zwei Wicklungsebenen, knickfrei und muss nicht im Inneren der Wicklung, d. h. am Wicklungsgrund, kontaktiert werden, oder für die Kontaktierung vom Wicklungsgrund nach außen geführt werden. Die Spulenwicklung kann dadurch sehr einfach an ihrer Außenseite kontaktiert werden und sehr kompakt ausgebildet werden, sodass die Leistung der Spule erhöht werden kann.
Unter einem drahtförmigen elektrischen Stromleiter soll insbesondere ein dünn und lang geformter Strang aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Werkstoffen, wie z. B Kupfer, verstanden werden, der typischerweise von einem elektrisch isolierenden Werkstoff, wie z. B. Kunststoff, ummantelt ist. Elektrisch leitfähige Werkstoffe sind insbesondere Werkstoffe, die bei einer Temperatur von 25 °C eine elektrische Leitfähigkeit größer als 10^-8 S/m aufweisen. Unter einem Flachdraht soll ein drahtförmiger elektrischer Stromleiter verstanden werden, der einen rechteckförmigen Querschnitt, dessen Breite größer als dessen Höhe ist, oder einen quadratischen Querschnitt aufweist, bei dem Breite und Höhe gleich groß sind. Als maximaler Abstand soll hierbei insbesondere ein Abstand angesehen werden, bei dem ein Ende des elektrischen Stromleiters weiter von der geometrischen Achse entfernt ist als alle anderen Teile des elektrischen Stromleiters. Analog dazu soll ein minimaler Abstand insbesondere einen Abstand bezeichnen, bei dem ein bestimmter Teil des elektrischen Stromleiters näher an der geometrischen Achse angeordnet ist als andere Teile des elektrischen Stromleiters.
In einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die zwei Wicklungen um geometrische Achsen angeordnet sind, die senkrecht zu den zwei Ebenen angeordnet sind, jedoch seitlich um einen Abstand zu der geometrischen Achse zwischen den zwei Ebenen versetzt sind. Die geometrischen Achsen verlaufen hierbei typischerweise parallel zueinander. In einer weiteren Ausführungsform kann es auch vorgesehen sein, dass der minimale Abstand des Stromleiters zur geometrischen Achse in den Wicklungen kleiner oder größer ausgebildet ist als der minimale Abstand zur geometrischen Achse zwischen den zwei Ebenen.
In einem Verfahren zum Wickeln einer knickfreien Spulen wird ein drahtförmiger elektrischer Stromleiter, bevorzugt ein Flachdraht, der zwei freie Enden für die Kontaktierung der Spule aufweist, zwischen zwei Ebenen, die senkrecht zu einer geometrischen Achse angeordnet sind, an der geometrischen Achse so angeordnet, dass der Stromleiter zwischen den zwei Ebenen in einem minimalen Abstand um die geometrische Achse angeordnet ist und die freien Enden des Stromleiters in einem Abstand zur geometrischen Achse angeordnet sind, der größer als der minimalen Abstand ausgebildet ist. In einem nächsten Schritt wird der Stromleiter zwischen den Ebenen beginnend jeweils im minimalen Abstand um die geometrische Achse in Richtung der Ebenen geführt und in der jeweiligen Ebene so um die geometrische Achse gewickelt, dass der Stromleiter in der jeweiligen Ebene eine Wicklung bildet, in der jeweils ein Ende des Stromleiters in einem maximalen Abstand zur geometrischen Achse, d. h. an der Außenseite der Wicklung in der jeweiligen Ebene, angeordnet wird.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft anhand der 1 und 2 näher erläutert werden.
Es zeigen dabei:

1 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Spulenwicklung und
2 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spulenwicklung.

In 1 ist in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer Spulenwicklung dargestellt. Die Spulenwicklung weist einen drahtförmigen elektrischen Stromleiter 1, der in zwei Wicklungen 4, 5 um eine geometrische Achse A angeordnet ist auf, wobei die Wicklungen 4, 5 jeweils in einer Ebene 2, 3 senkrecht zur geometrischen Achse A angeordnet sind und in der jeweiligen Ebene 2, 3 eine zueinander gegenläufige Wickelrichtung des Stromleiters 1 aufweisen. Der Stromleiter 1 ist in jeder Wicklung 4, 5 jeweils von einem minimalen Abstand m beginnend in wenigstens einer Windung um die geometrische Achse A angeordnet bzw. gewickelt, wobei in jeder Wicklung 4, 5 jeweils ein freies Ende des Stromleiters 1 in einem maximalen Abstand zur geometrischen Achse A angeordnet ist. Zwischen den zwei Ebenen 2, 3 bzw. Wicklungen 4, 5 ist der Stromleiter 1 im minimalen Abstand m um die geometrische Achse A angeordnet und verläuft diagonal zu den Ebenen 2, 3. Ein Winkel bzw. eine Länge des Bereichs, in dem der Stromleiter 1 diagonal verläuft ist variabel.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Spulenwicklung als Luftspule um die geometrische Achse A ausgebildet, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Spulenwicklung um einen Spulenkörper ausgebildet ist. Insbesondere ist eine Normale einer Innenöffnung der Spulenwicklung parallel zu geometrischen Achse A. Die geometrische Achse A verläuft in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Mittelpunkt der Spulenwicklung. Der Stromleiter 1 ist im dargestellten Beispiel als Flachdraht ausgebildet, der in den Ebenen 2, 3 spiralförmig mit seiner breitenflächigen Oberfläche als Auflagefläche in mehreren Windungen übereinanderliegend um die geometrische Achse A so angeordnet ist, dass die Wicklung 4, 5 in den zwei Ebenen 2, 3 jeweils einen kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur geometrischen Achse A aufweisen und somit mit einem sehr hohen Füllfaktor ausgebildet sind. Der minimale Abstand m zur geometrischen Achse A entspricht im dargestellten Beispiel dem Innenradius der mehrlagigen Wicklungen 4, 5, d. h. dem Innenradius der innersten Windung des Flachdrahtes 1 in der jeweiligen Wicklung 4, 5. Die Wicklungen 4, 5 sind über ihre jeweils innerste Windung miteinander zwischen den zwei Ebenen 2, 3 verbunden, wobei der Flachdraht 1 zwischen den Ebenen 2, 3 schräg zu den Ebenen 2, 3 verläuft. Die Enden des Flachdrahts sind am Außenradius, d. h. der Außenseite bzw. der äußersten Windung, der jeweiligen Wicklung 4, 5 angeordnet und können folglich sehr einfach kontaktiert werden. Der Abstand zwischen den Ebenen 2, 3 entspricht im dargestellten Beispiel der Breite des Flachdrahtes, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die zwei Ebenen 2, 3 bzw. die zwei Wicklungen 4, 5 in einem größeren Abstand als der Breite bzw. dem Durchmesser des Stromleiters 1 zueinander angeordnet sind.
In 2 ist in einer schematischen, perspektivischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spulenwicklung dargestellt. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur mit identischen Bezugszeichen versehen. Der Stromleiter 1 ist in den Ebenen 2, 3 rechteckförmig um die geometrische Achse A angeordnet. Die gegenläufigen bzw. gegensinnigen Wicklungsrichtungen des Stromleiters 1 in den Ebenen 2, 3 sind in der 2 mit Pfeilen angedeutet. Die Form des Wickelquerschnitts der Spulenwicklung kann neben rechteckförmigen Querschnitten, wie in 2 dargestellt oder kreisförmigen Querschnitten, wie in 1 dargestellt, auch sämtliche Zwischenformen, beispielsweise trapezförmige oder ovale Querschnitte und auch mehreckige Querschnitte mit abgerundete Ecken aufweisen, wobei der minimale Abstand m eine Funktion des Umlaufwinkels um die geometrische Achse A ist.

Claims

Spulenwicklung aufweisend einen drahtförmigen elektrischen Stromleiter (1) mit zwei freien Enden für eine elektrische Kontaktierung, bevorzugt einen Flachdraht, der in zwei Wicklungen (4, 5) um eine geometrische Achse (A) angeordnet ist, wobei die Wicklungen (4, 5) jeweils in einer Ebene (2, 3) senkrecht zur geometrischen Achse (A) angeordnet sind und in der jeweiligen Ebene (2, 3) eine zueinander gegenläufige Wickelrichtung des Stromleiters (1) aufweisen, der Stromleiter (1) in jeder Wicklung (4, 5) jeweils von einem minimalen Abstand (m) beginnend in wenigstens einer Windung um die geometrische Achse (A) angeordnet ist, in jeder Wicklung (4, 5) jeweils ein freies Ende des Stromleiters (1) in einem maximalen Abstand zur geometrischen Achse (A) angeordnet ist, und der Stromleiter (1) zwischen den zwei Ebenen (2, 3) im minimalen Abstand (m) um die geometrische Achse (A) angeordnet ist.
Verfahren zum Wickeln einer knickfreien Spule, bei dem ein drahtförmiger elektrischer Stromleiter (1), bevorzugt ein Flachdraht, der zwei freie Enden für eine elektrische Kontaktierung aufweist, zwischen zwei zueinander in einem Abstand angeordneten Ebenen (2, 3), die senkrecht zu einer geometrische Achse (A) angeordnet sind, an der geometrischen Achse (A) so angeordnet wird, dass der Stromleiter (1) zwischen den zwei Ebenen (2, 3) in einem minimalen Abstand (m) um die geometrische Achse (A) angeordnet ist und die freien Enden des Stromleiters (1) in einem Abstand zur geometrischen Achse (A) angeordnet sind, der größer als der minimalen Abstand (m) ausgebildet ist, der Stromleiter (1) zwischen den Ebenen (2, 3) beginnend in einem minimalen Abstand um die geometrische Achse (A) jeweils in Richtung der Ebenen (2, 3) geführt wird und der Stromleiter (1) in der jeweiligen Ebene (2, 3) derart um die geometrische Achse (A) gewickelt wird, dass der Stromleiter (1) in der jeweiligen Ebene (2, 3) eine Wicklung (4, 5) bildet, in der jeweils ein Ende des Stromleiters (1) in einem maximalen Abstand zur geometrischen Achse (A) angeordnet wird.