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Die
Erfindung betrifft eine Spule mit einer Maschinenlagenwicklung,
insbesondere einer Maschinenlagenpräzisionswicklung, mit wenigstens
einem Draht, wobei die Spule eine Spuleninnenseite und zumindest
zwei Wickellagen umfasst, wobei eine Wickellage von im Wesentlichen
parallel zur Spuleninnenseite angeordneten Windungen gebildet ist.
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Spulen
finden zahlreiche Anwendung in elektrischen Bauteilen, beispielsweise
Stellmotoren und Elektromotoren. Vor allem die jüngste Entwicklung im Transportwesen,
vor allem im Automobilsektor, verlangt immer leistungsfähigere Elektromotoren bei
gleichzeitig be schränkten
oder immer geringeren Abmessungen dieser. Deshalb wird versucht
das vorgegebene Volumen im Stell- oder Elektromotor möglichst
vollständig
mit dem die Spule ausbildenden Draht zu füllen, um die Leistungsdichte
zu erhöhen und
immer leistungsfähigere
Motoren bei gleichbleibenden Abmessungen oder immer kleinere und leichtere
Motoren bei gleichbleibender Leistung auszubilden.
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Da
im von der Zentral- oder Rotorachse abgewandten Bereich des Elektromotors,
bedingt durch den größer werdenden
Umfang, mehr Volumen zur Verfügung
steht als im der Zentral- oder Rotorachse zugewandten Bereich, werden
zur besseren Nutzung des für
die Spulen vorhandenen Volumens deshalb sogenannte konische Spulen
verwendet, welche im Außenbereich
breiter als im Rotorbereich des Elektromotors ausgebildet sind.
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An
der konusförmigen
Spulenaußengeometrie
der Spule kommt es dabei immer wieder zu Unregelmäßigkeiten
beim Wickeln, sodass die beim maschinellen Wickeln mehrerer Spulen
ungleiche Spulenaußengeometrien
und größere Maßtoleranzen auftreten.
Wenn nunmehr mehrere Spulen im elektrischen Bauteil und/oder der
elektrischen Maschine nebeneinander angeordnet sind, so müssen diese Spulen
zueinander beabstandet angeordnet werden, um den beim Wickeln entstandenen
Toleranzen Rechnung zu tragen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher ein Verfahren zum maschinellen Wickeln
einer Spule der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die vorgenannten
Nachteile vermieden werden können und
mit welchem Spulen mit hoher Präzision,
geringen Maßtoleranzen
in großer
Stückzahl
wirtschaftlich gewickelt werden können.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass zumindest in einer ersten Wickellage an einer vorgebbaren
Stelle zwischen einer ersten Windung und einer zur ersten Windung
benachbarten zweiten Windung, wobei die zweite Windung unmittelbar nachfolgend
nach der ersten Windung gewickelt ist, eine Lücke ausgebildet ist, wobei
die Breite der Lücke
zumindest bereichsweise wenigstens einen Drahtdurchmesser beträgt, und
dass der Draht nach dem Wickeln der zweiten Windung, und gegebenenfalls
nach dem Wickeln weiterer Windungen, in die Lücke geführt ist, wobei zumindest eine
Stützwindung
ausgebildet ist.
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Vorteilhaft
dabei ist, dass durch die Lücke eine
maschinell einfach herzustellende Stelle zur Aufnahme der Stützwindung
ausgebildet ist. Die Lücke
stellt eine besonders vorteilhafte Möglichkeit dar, die Aufnahme
für die
Stützwindung
in der Spule auszubilden. Windungen einer späteren Wickellage werden beim
Wickeln der Spule in die Lücke
geführt
und bilden derart die Stützwindung
oder die Stützwindungen
aus. Die Lücke kann
dazu in Ihrer Lage präzise vorbestimmt
sein. Bei fortschreitendem Wickelvorgang wird der Draht eines nachfolgend
gewickelten Drahtstückes
in der Lücke
angeordnet und das derart in der Lücke angeordnete Drahtstück bildet
die Stützwicklung
aus. Dabei sind sowohl die Lücke
als auch die Stützwindung
in der Position an der Spule mit hoher Präzision und zuverlässiger Reproduzierbarkeit
herstellbar. Vorteilhaft ist dabei weiters, dass der Draht an zumindest
einem Ende der Stützwindung
durch die Stützwindung
gegen seitliches Verrutschen gestützt wird und derart ein seitliches
Verrutschen des Drahtes vermieden wird. Derart wird der Draht auch
trotz beim Wickeln auftretender Querkräfte präzise und reproduzierbar in
der Stützwindung und
in den direkt mit der Stützwindung
verbundenen Windungen angeordnet. Die Spule kann dem für die Spule
im elektrischen Bauteil zur Verfügung
stehenden Volumen besser angepasst werden, wodurch eine gute Raumausnützung und
somit eine Erhöhung der
Leistungsdichte erzielt wird. Wie ausgeführt ist derart die Stützwindung
und der Drahtsprung lagepräzise
vorbestimmbar und eine hohe Güte
der Maßtoleranzen
wird ermöglicht.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass vor oder
nach der zumindest einen Stützwindung
zumindest eine Windung einer zweiten Wickellage gewickelt ist, wobei
die zweite Wickellage benachbart zur ersten Wickellage und auf der
der Spuleninnenseite ab gewandten Seite der ersten Wickellage angeordnet
ist. Dadurch kann der Draht von einer ersten Wickellage in eine
zweite Wickellage geführt
werden. Da die Stützwindung
ein seitliches Verrutschen des Drahtes verhindert, kann der Drahtvorschub
einer den Draht beim Wickeln führenden
Führungseinrichtung
der Wickelmaschine, insbesondere eines Wickelarms, im Bereich des
Lagensprungs um eine vorbestimmte Toleranz von dem zu wickelnden Versatz
des Drahtes abweichen. Dabei können
die reproduzierbaren Maßtoleranzen
der Wicklung der Spule geringer sein als die Positionierungstoleranzen der
Führungseinrichtung
der Wickelmaschine.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass mit der Stützwindung die zweite Wickellage
begrenzt ist. Dadurch kann die zweite Wickellage lediglich über einen
Teilbereich der Spulenfläche,
insbesondere der Spulenaußenseite,
ausgebildet sein, wobei eine Stufe ausgebildet werden kann. Die Stützwindung,
welche gegenüber
einem seitlichen Verrutschen abgestützt ist, kann die Lageposition dieser
Stufe mit hoher Präzision
und hoher Reproduzierbarkeit ausbilden, wodurch eine hohe Formpräzision und
geringe Maßtoleranzen
der konischen Spule, insbesondere der Geometrie der Spulenaußenseite
ermöglicht
sein können.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Länge der ersten Wickellage größer als
die Länge
der zweiten Wickellage ist. Dadurch kann die Stufe derart ausgebildet
sein, dass eine konische Spulenaußenseite ausgebildet werden
kann, wobei das Verrutschen der Stützwindung mit besonderer Zuverlässigkeit
unterbunden werden kann. Weiters kann dadurch zumindest die zweite
Wickellage lediglich über
einen Teilbereich der Spulenfläche,
insbesondere der Spulenaußenseite,
ausgebildet sein. Die Stützwindung,
welche gegenüber
einem seitlichen Verrutschen abgestützt ist, kann die Lageposition
dieser Stufe mit hoher Präzision
und hoher Reproduzierbarkeit ausbilden, wodurch geringe Maßtoleranzen
der konischen Spule, insbesondere der Geometrie der Spulenaußenseite
ermöglicht
sein können.
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In
diesem Zusammenhang kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen sein, dass die Windungen der zweiten Wickellage der Stützwindung
nachfolgend gewickelt sind und dass an der Einführungsstelle des Drahtes in
die Lücke
eine Führung
für die
erste in der zweiten Wickellage gewickelte Windung ausgebildet ist.
Dadurch kann die Stützwindung
zur Führung
für die
erste in der zweiten Wickellage gewickelt Windung verwendetet werden. Durch
die präzise
Lagepositionierung der Stützwindung
kann auch die erste Windung der zweiten Wickellage mit hoher Präzision der
Lage dieser Windung gewickelt werden. Eine Stufe mit hoher Lagepräzision wird
dadurch reproduzierbar wickelbar, wobei diese diese Stufe ausbildende
erste Windung durch die Führung
gegen ein Verrutschen, insbesondere gegen ein Verrutschen in Richtung
des offenen Endes der zweiten Wickellage, gesichert ist. Derart können konischen
Spule mit geringen Maßtoleranzen
erzielt werden, weshalb benachbarte Spulen mit geringerem Zwischenraum
zueinander angeordnet werden können
oder sich die benachbarten Spulen berühren können. Das für die Spulen zur Verfügung stehende
Volumen wird derart besonders gut genützt und die Leistungsdichte
wird weiter gesteigert. Insbesondere werden Stell- und Elektromotoren
mit gleichbleibender Leistung und/oder kleineren Abmessungen und
niedrigerem Gewicht möglich
und die Maßtoleranzen
und die elektrischen Eigenschaften der Spule sind mit besonders
geringen Toleranzen ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die
Stützwindung zur
nachfolgend gewickelten Windung zumindest um zwei, vorzugsweise
um zumindest drei, insbesondere um zumindest vier, Drahtdurchmesser
beabstandet ist. Derart kann der Stützwindung folgend der Drahtsprung
ausgebildet werden, welcher mehrere Windungen einer unterhalb des
Drahtsprunges ausgebildeter Wickellage kreuzt und wodurch der Versatz
des Drahtes parallel zur Spulenachse in diesem Drahtsprung mehrere
Drahtdurchmesser betragen kann. Zumindest an einem Ende der Stützwindung
ist die Ausbildung eines Drahtsprunges, sprich eines vergrößerten Vorschubes
des Drahtes, möglich,
wobei die Stützwindung
diesen Drahtvorsprung stützt und
ein Verrutschen des Drahtes am Ende des Drahtsprunges verhindert.
Derart werden Drahtsprünge über mehrere
Drahtdurchmesser und über
mehrere Wickellagen hinweg mit hoher Präzision, mit geringen Toleranzen
und mit hoher Reproduzierbarkeit in einer großen Anzahl von Spulen auch
bei maschinellem Wickeln ausgebildet und komplexe Spulengeometrien
können
mit hoher Genauigkeit maschinell gewickelt werden können.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Stützwindung zur vorhergehend
gewickelten Windung zumindest um zwei, vorzugsweise um zumindest
drei, insbesondere um zumindest vier, Drahtdurchmesser beabstandet
ist. Dadurch kann der Stützwindung
vorhergehend der Drahtsprung ausgebildet sein. Dabei kann die Stützwindung,
welche gegenüber
einem seitlichen Verrutschen gesichert ist, des der Stützwindung
zugewandten Endes des Drahtsprunges in der Lage fixieren. Damit
ist zumindest dieses Ende des Drahtsprunges mit hoher Lagepräzision gegenüber einem
Verrutschen gesichert und dieser Drahtsprung kann über viele
Spulen hinweg mit konstant geringer Lagetoleranz gewickelt werden.
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In
Weiterführung
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spule mit einer orthozyklischen Wicklung
ausgebildet ist. Bei einer orthozyklischen Wicklung sind die Windungen
in einem ersten Bereich entlang des Spulenumfangs gewickelt, insbesondere
in einem Großteil der
Spulenaußenfläche, dass
sie parallel zur Grundfläche
und/oder Deckfläche
geführt
werden. Der durch den Vorschub der Führungseinrichtung der Wickelmaschine
geführte Versatz
des Drahtes erfolgt dabei in einem zweiten Bereich entlang des Spulenumfangs,
wobei der zweite Bereich nur einen Teil des Spulenumfanges ausmacht.
Der zweite Bereich kann auch mehrteilig, insbesondere zweiteilig, über den
Spulenumfang verteilt ausgebildet sein. Dies ermöglicht Spulen mit einer hohen
Ordnung der Windungen und Spulen, in welchen auch in höheren Wickellagen
eine hohe Ordnung der Windungen gewährleistet ist.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass die Stützwindung zumindest bereichsweise
vollständig
in der ersten Wickellage angeordnet ist. Dadurch kann die Stützwirkung
der Stützwindung
besonders vorteilhaft und mit hoher Zuverlässigkeit ausgebildet sein.
Die Stützwirkung
kann auch bei auftretenden hohen Querkräften gewährleistet sein, sodass Drahtsprünge mit
hoher Zuverlässigkeit
und reproduzierbarer Lage und Maßtoleranz gewickelt werden
können.
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In
vorteilhafter Weiterführung
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in der Lücke zumindest zwei
Stützwindungen
angeordnet sind. Dadurch können
auch Lücken
breiter als einen Drahtdurchmesser mit Stützwindungen befüllt und
es können
derart auch Spulen umfassend mehrere Drähte gewickelt werden. Dabei
kann jeder der mehreren Drähte,
welche insbesondere gleichzeitig und parallel mittels der Führungseinrichtung
der Wickelmaschine gewickelt werden, in die Lücke geführt werden, sodass in jedem
der mehreren Drähte
eine Stützwindung
ausgebildet sein kann.
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Die
Erfindung betrifft weiters eine Spule mit einer Maschinenlagenwicklung,
insbesondere einer Maschinenlagenpräzisionswicklung, mit wenigstens einem
Draht, wobei die Spule eine Spulenachse, eine Spuleninnenseite,
eine Grundfläche,
eine Deckfläche,
und zumindest zwei Wickellagen umfasst, wobei eine Wickellage von
im Wesentlichen parallel zur Spuleninnenseite angeordneten Windungen
gebildet wird, die Spulenachse parallel zur Haupt-Magnetfeldrichtung
der stromdurchflossenen Spule angeordnet ist und wobei die Grundfläche und
die Deckfläche
jeweils im Wesentlichen normal auf die Spulenachse sind.
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Spulen
finden zahlreiche Anwendung in elektrischen Bauteilen, beispielsweise
in Stell- und Elektromotoren, wobei versucht wird, das vorgegebene
Volumen im Stell- oder Elektromotor möglichst vollständig mit
dem die Spule ausbildenden Draht zu füllen.
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Weitere
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spule der oben genannten Art
anzugeben, wobei der für
Spulen zur Verfügung
stehende Raum eines diese Spulen umfassenden elektrischen Bauteiles
möglichst
vollständig
mit dem die Spule ausbildenden Draht zu füllen.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass zumindest eine zweite Wickellage unvollständig gewickelt
ist, und dass das von der Grundfläche bzw. der Deckfläche beabstandete
Ende der zweiten Wickellage von einer Stützwindung begrenzt ist, wobei die
Stützwindung
zumindest bereichsweise in der zur zweiten Wickellage in Richtung
der Spuleninnenseite benachbarten ersten Wickellage angeordnet ist.
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Vorteilhaft
dabei ist, dass der Draht an zumindest einem Ende der Stützwindung
durch die Stützwindung
gegen seitliches Verrutschen gestützt wird und derart ein seitliches
Verrutschen des Drahtes vermieden wird. Derart wird der Draht auch
trotz beim Wickeln auftretender Querkräfte präzise und reproduzierbar in
der Stützwindung
und in den direkt mit der Stützwindung
verbundenen Windungen angeordnet. Durch die Zulässigkeit höherer Querkräfte während des
Wickelvorganges werden maschinell gewickelte Drahtsprünge hoher
Präzision
ermöglicht, wobei
zumindest ein Drahtsprung an zumindest einem Ende der Stützwindung
vorgesehen ist. Durch die Lagefixierung der Stützwindung ist somit ein präziser Versatz
des Drahtes beim Drahtsprung, welcher in der Größenordnung mehrerer Drahtdurchmesser liegt,
beispielsweise drei, vier, fünf
oder mehr, mit hoher maschineller Reproduzierbarkeit ausgebildet
und die Gefahr des Verrückens
des Drahtes im Bereich des Drahtsprunges tritt nicht auf. Die Spule
kann dem für
die Spule im elektrischen Bauteil zur Verfügung stehenden Volumen besser
angepasst werden, wodurch eine gute Raumausnützung und somit eine Erhöhung der
Leistungsdichte erzielt wird.
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In
diesem Zusammenhang können
weitere Windungen zumindest bereichsweise in der ersten Wickellage
an gegenüberliegende
Seiten der Stützwindung
angrenzen. Dadurch kann sie Stützwindung
in parallel und in beide Richtungen der Spulenachse gegenüber einem
Verrutschen gesichert sein, sodass Querkräfte parallel und in beide Richtungen
der Spulenachse von dieser Stützwindung
aufgenommen werden können.
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Die
Erfindung betrifft auch ein elektrisches Bauteil, insbesondere Elektromotor,
mit einer Spulenanordnung, insbesondere einer ringförmigen Spulenanordnung.
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Elektrische
Bauteile finden zahlreiche Anwendung insbesondere in Stell- und
Elektromotoren, wobei versucht wird, das vorgegebene Volumen im elektrischen
Bauteil möglichst
vollständig
mit dem die Spule ausbildenden Draht zu füllen und derart einen hohen
Füllgrad
zu erzielen.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass das elektrische Bauteil zumindest eine erfindungsgemäße Spule
umfasst.
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Derart
können
auch komplexe Spulengeometrien mit hoher Genauigkeit maschinell
gewickelt werden. Durch die kleinen Toleranzen können benachbarte Spulen im
elektrischen Bauteil mit geringerem Abstand zueinander angeordnet
werden und die Leistungsdichte des elektrischen Bauteiles, insbesondere
des Elektromotors, wird erhöht.
Insbesondere können
Stell- und Elektromotoren mit gleichbleibender Leistung und/oder
kleineren Abmessungen und niedrigerem Gewicht ausgebildet werden.
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In
diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass eine Spulenaußenfläche zumindest
einer der Spulen wenigstens eine Stufe aufweist, wobei die wenigstens
eine Stufe von außenliegenden
Windungen einer unteren Wickellage und einer außenliegenden Windung einer
oberen Wickellage gebildet ist, dass – in einer die Spulenachse
enthaltenden Schnittebene gesehen – eine Stufenfreifläche durch
die Windungen der Stufe und die äußere Tangente
an die Windungen der Stufe gebildet ist, und dass in eine der wenigstens
einen Stufenfreifläche
eine weitere der Spulen eingreift. Derart können auch komplexe Geometrien
des elektrischen Bauteils durch die einzelnen Spulenanordnungen
ausgebildet werden. Insbesonders kann ein besonders kleiner Durchmesser der
ringförmigen
Spulenanordnung realisiert werden, wobei die Zwischenräume zwischen
den benachbarten Spulen besser genutzt und der Füllgrad der Spulenanordnung
noch weiter erhöht
werden kann.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei benachbarte der Spulen
jeweils eine stufenförmige
Spulenaußenfläche aufweisen, wobei
die Stufen der einander zugewandten Spulenaußenflächen dieser Spulen so angeordnet
sind, dass der Abstand der Spulenaußenflächen im Wesentlichen kleiner
oder gleich dem 1,3fachen, vorzugsweise dem 1,2fachen, insbesondere
dem 1,1fachen, des Drahtdurchmessers ist. Derart sind besonders
geringe Leervolumina auch zwischen den benachbarten Spulen realisierbar,
sodass der Füllgrad
der Spulenanordnung weiter erhöht
wird und die Leistungsdichte der Spulenanordnung weiter gesteigert
werden kann.
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen,
in welchen Ausführungsformen
beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben.
Dabei zeigt:
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1 Eine
Hälfte
einer Spule einer ersten Ausführungsform
auf einem Spulenträger
mit mehreren Wickellagen und mehreren Wickellagen in einer schematischen
Darstellung im Schnitt;
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2 eine
innerste Wickellage einer Hälfte einer
Spule in einer ersten Ausführungsform
und Kennzeichnung der Vorschubrichtung der ersten Wickellage in
einer schematischen Schnittdarstellung;
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3 zwei
innerste Wickellagen einer Hälfte einer
Spule einer ersten Ausführungsform
und Kennzeichnung der Vorschubrichtung der zweiten Wickellage in
einer schematischen Schnittdarstellung;
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4 drei
innerste Wickellagen einer Hälfte einer
Spule einer ersten Ausführungsform
und Kennzeichnung der Vorschubrichtung der dritten Wickellage in
einer schematischen Schnittdarstellung;
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5 vier
Wickellagen einer Hälfte
einer Spule einer ersten Ausführungsform
und Kennzeichnung der Vorschubrichtung der vierten Wickellage in einer
schematischen Schnittdarstellung;
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6 fünf Wickellagen
einer Hälfte
einer Spule einer ersten Ausführungsform
und Kennzeichnung der Vorschubrichtung der fünften Wickellage in einer schematischen
Schnittdarstellung;
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7 eine
Hälfte
einer Spule einer ersten Ausführungsform
und Kennzeichnung der Vorschubrichtung der sechsten Wickellage in
einer schematischen Schnittdarstellung;
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8 eine
Spule einer zweiten Ausführungsform
in axonometrischer Darstellung während des
Wickelvorganges in einer Momentaufnahme vor dem Wickeln eines Drahtsprunges;
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9 eine
Spule einer zweiten Ausführungsform
in axonometrischer Darstellung während des
Wickelvorganges in einer Momentaufnahme nach dem Wickeln eines Drahtsprunges
und einer unmittelbar dem Drahtsprung folgenden Stützwindung;
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10 eine
Spule einer zweiten Ausführungsform
in axonometrischer Darstellung nach vollendetem Wickelvorgang und
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11 zwei
benachbarte Spulen einer dritten Ausführungsform und vierten Ausführungsform im
Schnitt bei beispielhafter Anordnung in einem – nicht dargestellten – elektrischen
Bauteil in schematischer Darstellung.
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Die 1 bis 11 zeigen
Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Spule 1,
wobei die erfindungsgemäße Spule 1 mittels
eines Verfahrens zum maschinellen Wi ckeln einer Spule 1 mit
wenigstens einem Draht 4 gebildet wird, wobei die Spule 1 eine
Spuleninnenseite 14 und zumindest zwei Wickellagen 2 umfasst,
wobei eine Wickellage 2 von im Wesentlichen parallel zur
Spuleninnenseite 14 angeordneten Windungen 5 gebildet
wird. Dabei ist zur Erhöhung
der Präzision
der Wicklung und zur Verringerung der Maßtoleranzen der Wicklung vorgesehen, dass
beim Wickeln einer ersten Wickellage 21 an einer vorgebbaren
Stelle zwischen einer ersten Windung 54 und einer zur ersten
Windung 54 benachbarten zweiten Windung 55, wobei
die zweite Windung 55 unmittelbar nachfolgend nach der
ersten Windung 54 gewickelt wird, eine Lücke 6 ausgebildet
wird, wobei die Breite der Lücke 6 zumindest
bereichsweise wenigstens einen Drahtdurchmesser beträgt, und dass
der Draht 4 nach dem Wickeln der zweiten Windung 5,
und gegebenenfalls nach dem Wickeln weiterer Windungen 5,
in die Lücke 6 geführt wird,
wobei zumindest eine Stützwindung 51 ausgebildet
wird.
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Vorteilhaft
dabei ist, dass der Draht 4 in der Stützwindung 51 gestützt wird
und derart ein seitliches Verrutschen des Drahtes 4 vermieden
wird. Durch die Zulässigkeit
höherer
Querkräfte
während des
Wickelvorganges werden maschinell gewickelte Drahtsprünge 41 hoher
Präzision
ermöglicht.
Der Drahtsprung 41 ist an zumindest einem Ende der Stützwindung 51 vorgesehen.
Durch die Lagefixierung der Stützwindung 51 ist
somit ein präziser
Versatz 42 des Drahtes beim Drahtsprung 41 möglich, welcher
in der Größenordnung
mehrerer Drahtdurchmesser liegt, beispielsweise drei, vier, fünf oder
mehr. Die Gefahr des Verrückens
des Drahtes 4 im Bereich des Drahtsprunges 41 tritt
nicht auf. Die Spule 1 kann dem für die Spule 1 im elektrischen
Bauteil zur Verfügung
stehenden Volumen besser angepasst werden, wodurch eine gute Raumausnützung und
somit eine Erhöhung
des Füllgrades
und der Leistungsdichte erzielt wird.
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Wie
ausgeführt
ist die Stützwindung 51 und der
Drahtsprung 41 lagepräzise
vorbestimmbar und eine hohe Güte
der Maßtoleranzen
wird auch bei der konischen Spule 1 erzielt, weshalb benachbarte
konische Spulen 1 mit geringerem Zwischenraum zueinander
angeordnet werden können.
Mittels der präzisen
Vorbestimmbarkeit der Drahtsprünge 41 wird
die stufenförmige
Anordnung der Wickellagen 2 benachbarter konischer Spulen 1 aufeinander
abgestimmt, sodass die benachbarten Spulen 1 einander berühren können. Das
für die
Spulen 1 zur Verfügung
stehende Volumen wird derart besonders gut genützt und die Leistungsdichte
kann wiederum gesteigert werden.
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Dies
Ausbildung lagepräziser
Drahtsprünge 41 kann
vor allem bei Spulen 1 mit nur schwach ausgeprägtem Konus
wichtig sein, da, aufgrund des flachen Winkels des Konus, besonders
große
Drahtsprünge 41 nötig sein
können.
Da es hierbei beim Wickeln an einer derartigen Sprungstelle zu hohen Querkräften kommt,
so ist die sichere und querkraftstabile Führung des Drahtes 4 im
Bereich der Sprungstelle, vor allem die Reproduzierbarkeit der Führung des
Drahtes über
viele maschinen-gewickelte
Spulen 1 hinweg, ohne Stützwindung besonders schwierig
und die Ausbildung der Stützwindung daher
besonders vorteilhaft.
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Die
Spule 1 kann auf einen Spulenträger 7 gewickelt werden.
Die Spule 1 umfasst einen Draht 4, welcher einen
Leiter und eine Isolationsschicht, vorzugsweise eine Lackisolation
aufweist. Der Leiter kann Metalle, insbesondere Kupfer, Aluminium,
Silber oder einer Legierung einer der vorstehenden Metalle, umfassen
und gezogen, gegossen oder gewalzt sein. Der Querschnitt des Drahtes 4 kann
ohne Seitenkante, insbesondere rund, elliptisch oder mit Seitenkanten,
insbesondere rechteckig oder quadratisch ausgebildet sein.
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Die
Spule 1 kann auf einen Spulenträger 7 gewickelt werden,
wobei der Spulenträger 7 Führungen
für eine
innerste Wickellage 2 aufweisen kann. Der Spulenträger 7 kann
die präzise
Anordnung der Windungen 2 der innersten Wickellage 31 unterstützen. Der
Spulenträger 7 kann
hiezu an der Fläche, welche
mit der Spuleninnenseite 14 in unmittelbaren Kontakt steht,
eine strukturierte Oberfläche
in Form einer Riffelung aufweisen. In den Riefen der Riffelung können die
einzelnen Windungen 2 der innersten Wickellage 2 beim
Wickeln, sprich während
des Wickelvorganges, geführt
werden. Auf diese Weise können die
Windungen 2 zueinander und zum Spulenträger 7 mit vorbestimmbarer
Toleranz angeordnet und eine präzise
oder hochpräzise
Maschinenlagenwicklung ermöglicht
werden. Dabei kann der Träger 2 vorteilhafterweise
mehrstückig
aus mehreren voneinander beabstandeten Einzelträgern ausgebildet sein.
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Die 1 zeigt
eine erste bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Spule 1.
Die Spule 1 ist auf einem Spulenträger 14 gewickelt und umfasst
vier bis sechs übereinander
gewickelte Wickellagen 2, wobei an einer Deckfläche 17 der
Spule 1 vier Wickellagen 2 und an einer der Deckfläche 17 gegenüberliegenden
Grundfläche 16 der
Spule 1 sechs Wickellagen 2 ausgebildet sind.
Zwischen der Grundfläche 16 und
der Deckfläche 17 der
Spule 1 ist die Spulenhöhe 18 ausgebildet.
In einem Bereich entlang der Spulenhöhe 18 zwischen der
Grundfläche 16 und
der Deckfläche 17 der
Spule 1 sind fünf Wickellagen 2 ausgebildet.
Entlang der Spuleninnenseite 14 gesehen – und somit
entlang der Spulenhöhe 18 – kann derart
eine unterschiedliche Anzahl an Wickellagen 2 ausgebildet
sein. Durch die unterschiedliche Anzahl der Wickellagen 2 ist
eine stufenförmige
Spulenaußenseite 15 ausgebildet.
Aufgrund der stufenförmigen
Spulenaußenseite 15 und
der unterschiedlichen Anzahl von Wickellagen 2 kann die Spule 1 auch
als konische Spule 1 bezeichnet werden. Der Übergang
von sechs übereinander
gewickelten Wickellagen 2 auf fünf übereinander gewickelte Wickellagen 2 und
der Übergang
von fünf übereinander
gewickelten Wickellagen 2 auf vier übereinander gewickelte Wickellagen 2 ist
jeweils als Stufe 23 in der Spulenaußenseite 15 ausgebildet.
In der Spule 1 gemäß der ersten
Ausführungsform
sind zwei Stützwindungen 51 ausgebildet.
Diese zwei Stützwindungen 51 füllen zwei
während
des Wickelns ausgebildete Lücken 6.
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Die 2 bis 7 zeigen
eine Spule 1 einer ersten Ausführungsform und veranschaulichen den
Herstellungsprozess dadurch, dass aufeinanderfolgend die die Spule 1 aufbauenden
Wickellagen 2 und die entsprechende Vorschubrichtung 31 der
jeweiligen Wickellage 2 gezeigt sind. Dazu werden einige
wesentliche Arbeitsschritte eines Verfahrens zur maschinellen Wicklung
einer Spule 1 gezeigt, wobei die Spule 1 aus einem
Draht 4 gewickelt wird, einen Spulenträger 7, eine Spulenhöhe 18,
eine Grundfläche 16,
eine Deckfläche 17,
eine Spuleninnenseite 14, mehrere aufeinanderfolgend gewickelte
Wickellagen 2 und nach vollendeter Wicklung eine Spulenaußenseite 15 aufweist,
wobei eine Wickellage 2 von im Wesentlichen parallel zur
Spuleninnenseite 14 angeordneten – in dieser schematischen Darstellung
nicht dargestellten – Windungen 5 gebildet
wird, wobei eine Wickellage 2 sämtliche Windungen 5 mit
derselben Vorschubrichtung 31 eines zusammenhängenden
Stückes
des Drahtes 4 umfasst.
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In
der 2 sind die erste Wickellage 2 und die
Vorschubrichtung 31 der innersten Wickellage 2 besonders
hervorgehoben. Die innerste Wickellage 2 bildet auf der
zum Spulenträger 7 zugewandten
Fläche
die Spuleninnenfläche 14 aus.
Der Spulenträger 7 kann
auch als Wicklungsträger
in der Wickelmaschine ausgebildet sein. Derart verbleibt nach vollendetem
Wickelvorgang kein Spulenträger 7 an
der Spule 1 und die Spule 1 umfasst im Wesentlichen
lediglich den Draht 4.
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Zur
Ausbildung der innersten Wickellage 2 wird der Draht 4 an
der Deckfläche 17 der
Spule 1 eingeführt,
in Richtung des Vorschubes, gemäß Vorschubrichtung 31,
werden die einzelnen Windungen 5 der innersten Wickellage 2 nebeneinander
geführt, bis
die innerste Wickellage 2 an der Grundfläche 16 der
Spule 1 zu Ende gewickelt ist. Im Bereich der Grundfläche 16 der
Spule 1 wird der Draht 4 in die nächste Wickellage 2,
also die zweitinnerste Wickellage 2, geführt und
die Vorschubrichtung 31 wird gewechselt. Die Vorschubrichtung
gibt dabei die Vorschubrichtung der Führungseinrichtung des Drahtes 4,
insbesondere des Wickelarmes der Wickelmaschine, an. Dabei ist über die
gesamte Spulenhöhe 18 die Größe des Vorschubes
konstant.
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Im
Unterschied zur 2 ist in der 3 auch
die zweitinnerste Wickellage 2 dargestellt. Die Vorschubrichtung 31 ist
in dieser Wickellage 2 von Grundfläche 16 zu Deckfläche 17 weisend.
Die zweitinnerste Wickel lage 2 wird von der Grundfläche 16 zur
Deckfläche 17 gewickelt.
Dabei ist über
die gesamte Spulenhöhe 18 die
Größe des Vorschubes konstant.
An der Deckfläche 17 der
Spule 1 endet die zweitinnerste Wickellage 2 und
der die Windungen 5 ausbildende Draht 4 wird in
die nächsthöhere Wickellage 2,
also die drittinnerste Wickellage 2, geführt.
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Im
Unterschied zur 3 ist in der 4 auch
die drittinnerste Wickellage 2 dargestellt. Nach vollständig gewickelter
drittinnerster Wickellage 2 wird, an der Grundfläche 16 der
Spule 1, der Draht 4 in die darüberliegende
Wickellage 2, die viertinnerste Wickellage 2 geführt, die
Vorschubrichtung 31 wird gewechselt und die viertinnerste
Wickellage 2 wird gewickelt.
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Im
Unterschied zur 4 ist in der 5 auch
die viertinnerste Wickellage 2 dargestellt. Im mittleren
Bereich der Spulenhöhe,
also in etwa in der Mitte zwischen Grundfläche 16 und Deckfläche 17, wird
unmittelbar aufeinanderfolgend eine erste Windung 54 und
eine zweite Windung 55 gewickelt. Derart sind die erste
Windung 54 und die zweite Windung 55 benachbart
zueinander ausgebildet, wobei zwischen diese beiden Windungen 5, 54, 55 eine
Lücke 6 ausgebildet
ist, wobei die Breite dieser Lücke 6 zumindest
bereichsweise entlang des Spulenumfangs wenigstens einen Drahtdurchmesser
beträgt.
-
Die
Lücke 6 in
der viertinnersten Wickellage 2 wird durch einen vergrößerten Versatz 42 des Drahtes 4 in
der ersten Windung 54 ausgebildet. Dabei kann der Versatz 42 des
Drahtes um im Wesentlichen einen Drahtdurchmesser größer als
der Versatz 42 des Drahtes 4 im Großteil der
Windungen 5 derselben Wickellage 2 ausgebildet
sein. Durch den vergrößerten Versatz 42 des
Drahtes 4 der ersten Windung 54 wird die darauffolgend
gewickelte zweite Windung 55 benachbart und beabstandet
zur ersten Windung 54 gewickelt. Der Versatz 42 des
Drahtes 4 der zweiten Windung 55 wiederum entspricht
dem Versatz 42 des Drahtes 4 im Großteil der
Windungen 5 derselben Wickellage 2. Die Differenz
von der Größe des Versatzes 42 des
Drahtes 4 der ersten Windung 54 und dem Versatz 42 des
Drahtes 4 im Großteil
der Windungen 5 derselben Wickellage 2 bestimmt
dabei die maximale Breite der in dieser Wickellage 2 ausgebildeten
Lücke 6.
Auf die zweite Windung 55 nachfolgend gewickelte Wicklungen 5 bilden
jenen Teil dieser Wickellage 2 zwischen Lücke 6 und
Deckfläche 17 aus.
Die Vorschubrichtung 31 ist in sämtlichen Windungen 5 dieser
Wickellage 2 dieselbe und von der Grundfläche 16 zur
Deckfläche 17 gerichtet.
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Die
in 5 gezeigte viertinnerste Wickellage 2 erstreckt
sich – im
Gegensatz zu den vorhergehend gewickelten Wickellagen 2 – nicht über die
gesamte Spulenhöhe 18.
Nach der ersten Lücke 6 sind einige
weitere Windungen 5 gewickelt, jedoch endet die vierte
Wickellage 2 beabstandet von der Deckfläche 17 der Spule 1,
wobei dieser Abstand größer als ein
Drahtdurchmesser ist und derart ein temporäres offenes Ende 24 der
viertinnersten Wickellage 2 der Spule 1 ausbildet
ist.
-
Weiterführend ist
der Wickelvorgang in 6 dargestellt. In 6 sind
zusätzlich
zur 5 die Stützwindung 51 der
viertinnersten Wickellage 2 und die fünftinnerste Wickellage 2 dargestellt.
Vom temporären
offenen Ende 24 der viertinnersten Wickellage 2 wird
der Draht mittels eines – in
den 9 und 10 dargestellten – Drahtsprunges 41 – in die Lücke 6 der
vierten Wickellage 2 geführt. Bei diesem Drahtsprung 41 wird
der Draht 4 über
mehrere, vorteilhafterweise mehr als zwei, insbesondere mehr als drei,
Windungen 5 der vorhergehend gewickelten viertinnersten
Wickellage 2 geführt.
Dabei kann die Stützwindung 51 zur
vorhergehend gewickelten Windung 5 zumindest um zwei, vorzugsweise
um zumindest drei, insbesondere um zumindest vier, Drahtdurchmesser
beabstandet sein. Da bei einem derartigen Drahtsprung 41 hohe
Querkräfte
im Draht 4 auftreten, ist die Gefahr des Verrutschens,
also eines seitlichen Abgleitens parallel zur Wickellage 2,
eines Drahtstückes
unmittelbar vor und nach dem Drahtsprung 41 besonders hoch.
Um einen Drahtsprung 41 mit hoher Präzision und mit geringen Lagetoleranzen
und Maßtoleranzen
ausbilden zu können,
muss der Draht 4 an den beiden Enden des Drahtsprunges 41 gegenüber dem
seit lichen Verrutschen gesichert sein. Diese Sicherung erfolgt vor
dem Drahtsprung 41 durch die letztgewickelte Windung 5 der
viertinnersten Wickellage 2. Diese Sicherung erfolgt nach dem
Drahtsprung 41 durch die unmittelbar nach dem Drahtsprung 41 gewickelte
Stützwindung 51 in
der viertinnersten Wickellage 2. Diese Stützwindung 51 ist
dabei zu beiden Seiten in Richtung Grundfläche 16 und in Richtung
Deckfläche 17 durch
jeweils die erste Windung 54 und die zweite Windung 55 gehalten,
sodass die Stützwindung 51 gegenüber einem seitlichen
Abrutschen gesichert ist. Die erste Windung 54 und die
zweite Windung 55 liegen dabei im Wesentlichen angrenzend
benachbart an die Stützwindung 51 und
selbst hohe durch den Drahtsprung 41 im Draht 4 auftretende
Querkräfte
können von
der Stützwindung 51 aufgenommen
werden, ohne dass die Gefahr des Verrutschens der Stützwindung 51 besteht.
Dabei kann die Stützwindung 51 zumindest
bereichsweise vollständig
in dieser Wickellage 21 angeordnet sein.
-
Nach
dem Wickeln der Stützwindung 51 wird der
Draht 4 in die nächsthöhere Wickellage 2,
also die fünftinnerste
Wickellage 2, geführt,
wodurch eine Stufe 23 ausgebildet wird. Mit der Vorschubrichtung 31 in
Richtung der Grundfläche 16 werden
einige Windungen 5 und eine erste Windung 54 der
fünftinnersten
Wickellage 2 gewickelt. In dieser ersten Windung 54 der
fünftinnersten
Wickellage 2 wird wiederum ein im Wesentlichen um einen
Drahtdurchmesser vergrößerter Versatz 42 des Drahtes 4 gewickelt. Durch
den vergrößerten Versatz 42 des
Drahtes 4 der ersten Windung 54 der fünftinnersten
Wickellage 2 wird die darauffolgend gewickelte zweite Windung 55 der
fünftinnersten
Wickellage 2 benachbart und beabstandet zur ersten Windung 54 gewickelt,
wodurch eine Lücke 6 in
der fünftinnersten
Wickellage 2 ausgebildet ist. Nach dem Wickeln der zweiten
Windung 55 der fünftinnersten
Wickellage 2 wird die fünftinnerste
Wickellage 2 in Richtung und bis zur Grundfläche 16 zu
Ende gewickelt.
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Die
sechstinnerste Wickellage 2 ist in 7 besonders
hervorgehoben. Der Draht 4 wird in Vorschubrichtung 31,
welcher in Richtung von der Grundfläche 16 zur Deckfläche 17 ausgebildet
ist, bis zur Lücke 6 in
der fünftinnersten
Wickellage 2 gewickelt. An dieser Lücke 6 angelangt wird
der Draht 4 in diese Lücke 6 geführt, wodurch
eine Stützwindung 51 ausgebildet
ist. Diese Stützwindung 51 bildet
die Stütze
für den
unmittelbar darauffolgenden – nicht dargestellten – Drahtsprung 41,
welcher zwischen einem Ende dieser Stützwindung 51 und einer
in einer unterschiedlichen Wickelschicht 2, in diesem Fall
der viertinnersten Wickelschicht 2, angeordneten zweiten
Windung 5 angeordnet ist. Der Drahtsprung 41 ist in
einer erfindungsgemäßen Spule 1 dieser
Ausführungsform
zwischen der Stützwindung 51 in
der fünftinnersten
Wickellage 2 zum temporären
offenen Ende 24 der viertinnersten Wickellage 2 ausgebildet. Der
Drahtsprung 41 erfolgt inner halb einer Windung 5.
Insbesondere kann der Drahtsprung 41 in einem Teilbereich
einer Windung 5 erfolgen. Dabei kann die Spule 1 mit
einer orthozyklischen Wicklung ausgebildet sein.
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Dieser
Drahtsprung erstreckt sich über
eine Mehrzahl von Windungen 5, wobei die Stützwindung 51 zur
nachfolgend gewickelten Windung 5 zumindest um zwei, vorzugsweise
um zumindest drei, insbesondere um zumindest vier, Drahtdurchmesser
beabstandet sein kann. Dabei können
hohe Querkräfte im
Drahtstück
im Drahtsprung 41 und in den beiden Drahtstücken im
Bereich der beiden Enden des Drahtsprunges 41 auftreten.
Diese Querkräfte
werden im Bereich unmittelbar vor dem Drahtsprung 41 durch
die Stützwindung 51 in
der fünften
Wickellage 2 aufgenommen und werden unmittelbar nach dem Drahtsprung 41 durch
die das temporäre
offene Ende 24 begrenzende letzte Windung 5 der
viertinnersten Wickellage 2 aufgenommen. Ein Verrutschen
des Drahtes 4 im Bereich dieses Drahtsprunges 41 und im
Bereich der Enden dieses Drahtsprunges 41 wird derart einfach
und mit hoher Zuverlässigkeit
verhindert, wobei dass die Stützwindung 51 zumindest
bereichsweise vollständig
in dieser Wickellage 21 angeordnet wird.
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Nach
diesem Drahtsprung 41 wird die viertinnerste Wickellage 2 in
Vorschubrichtung 31, welche in der viertinnersten Wickellage 2 zur
Deckfläche 17 gerichtet
ist, fertig gewickelt. Derart wird der Bereich zwi schen temporärem offenem
Ende 24 der viertinnersten Wickellage 2 und der
Deckfläche 17 mit
Windungen 5 befüllt.
Die viertinnerste Wickellage 2 wird derart vollständig zwischen
der Grundfläche 16 und der
Deckfläche 17 ausgebildet,
sodass das temporäre
offene Ende 24 in dieser Wickellage 2 in der fertig gewickelten
Spule 1 nicht aufscheint. Zum Abschluss wird der Draht 4 durch
den Spulenträger 7 im
Bereich der Deckfläche 17 durchgeführt und
die Spule 1 ist vollständig
gewickelt. Die fertig gewickelte Spule 1 gemäß dieser
Ausführungsform
weist zwei sichtbare Drahtsprünge 41 und
zwei sichtbare Stufen 23 auf.
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Bei
kreissymmetrischen elektrischen Bauteilen, insbesondere bei Elektromotoren,
nimmt der Umfang des elektrischen Bauteiles mit zunehmendem Abstand
vom Zentrum und der Zentrumsachse des elektrischen Bauteiles zu
und damit einhergehend steigt der Umfang und die Oberfläche des
elektrischen Bauteiles mit zunehmendem Abstand von der Zentrumsachse
an. Um diesen Zugewinn an Oberfläche
und Volumen im Bauteil zu nutzen, kann die Grundfläche 16 der
Spule 1, welche beispielsweise sechs Wickellagen 2 aufweist,
der Zentrumsachse abgewandt und die Deckfläche 17 der Spule 1,
welche beispielsweise vier Wickellagen 2 aufweist, der Zentrumsachse
zugewandt angeordnet werden. Entlang der Spulenhöhe 18 sind dabei zwei
Stufen 23 in der Spulenaußenfläche 15 ausgebildet.
Das für
die Spule 1 zur Verfügung
stehende Volumen kann derart besonders gut genutzt und die Leistung
des elektrischen Bauteiles kann bei gleichen Außenabmessungen erhöht werden.
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Es
kann vorgesehen sein, dass der Draht 4 entlang des Spulenumfanges
einer Windung 5 in wenigstens einem ersten Bereich entlang
des Spulenumfangs im Wesentlichen normal zu einer Spulenachse 11 geführt ist,
wobei die Spulenachse 11 parallel zur Haupt-Magnetfeldrichtung
der stromdurchflossenen Spule 1 angeordnet ist, wobei wenigstens ein
zweiter Bereich entlang des Spulenumfangs zur Ausbildung des Versatzes 42 des
Drahtes 4 – der Drahtvorschub – ausgebildet
ist. Derart kann eine Spule 1 mit orthozyklischer Wicklung
gewickelt werden. In diesem Fall kann auch der zumindest eine Drahtsprung 41 im
Bereich des Versatzes 42 des Drahtes 4 ausgebildet
sein. In diesem Zusammenhang können
auch mehrere erste Bereiche und mehrere zweite Bereiche entlang
des Spulenumfanges ausgebildet sein, wobei zwischen jeweils einem
ersten Bereich und einem anderen ersten Bereich ein zweiter Bereich
ausgebildet ist. Es kann vorgesehen sein, dass in der Lücke 6 zumindest
zwei oder mehr Stützwindungen 51 angeordnet
werden. Dies kann vor allem bei Spulen 1 mit zwei oder
mehr gewickelten, insbesonders parallel gewickelten, Drähten 4 vorteilhaft
sein.
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Diese
Stützwindung 51 könnte in
anderen Ausführungsformen
auch in anderen Wickellagen 2 angeordnet sein. In Verallgemeinerung
kann deshalb die Anordnung der Stützwindung 51 in einer
ersten Wickellage 21 angeordnet sein, wobei diese erste Wickellage 21,
wie beispielsweise in dieser Ausführungsform, die viertinnerste
Wickellage 2 sein kann. Es können dabei auch mehrere Stützwindungen 51 in unterschiedlichen
Wickellagen ausgebildet sein. Derart können auch mehrere, jeweils
einer Stützwindung 51 einer
Wickellage 2 zugehörige,
erste Wickellagen 21 ausgebildet sein. Wenn mehrere Stützwindungen 51 in
einer Wickellage 2, beispielsweise der siebentinnersten
Wickellage 2, ausgebildet sind, dann ist jeder dieser mehreren
Stützwindungen 51 genau
eine erste Wickellage 21 zugehörig und jede dieser ersten Wickellagen 21 ist
mit der siebentinnersten Wickellage identisch.
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Es
kann vorgesehen sein, dass vor oder nach dem Wickeln der zumindest
einen Stützwindung 51 zumindest
eine Windung 5 einer zweiten Wickellage 22 gewickelt
wird, wobei die zweite Wickellage 22 benachbart zur ersten
Wickellage 21 und auf der der Spuleninnenseite 14 abgewandten
Seite der ersten Wickellage 21 angeordnet ist. Ebenso kann vorgesehen
sein, dass mit der Stützwindung 51 die zweite
Wickellage 22 begrenzt wird. Dabei kann die zweite Wickellage 22 je
nach Ausführungsform
mit der zweitinnersten, drittinnersten, viertinnersten, fünftinnersten
usw. Wickellage 2 der Spule 1 identisch sein.
Dabei kann mit der Stützwindung 51 die zweite
Wickellage 2 begrenzt sein. Ebenfalls kann dabei die Länge der
ersten Wickellage 21 größer als die
Länge der
zweiten Wickellage 22 sein. Derart kann ein kann ein temporäres offenes
Ende 24 oder eine Stufe 23 in der Spule 1 ausgebildet
sein.
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Weiters
kann vorgesehen sein, dass die Windungen 5 der zweiten
Wickellage 22 nach der Wicklung der Stützwindung 51 gewickelt
werden und dass an der Einführungsstelle
des Drahtes 4 in die Lücke 6 eine
Führung
für die
erste in der zweiten Wickellage 22 gewickelte Windung 54 ausgebildet
wird. Das Wickeln der Stufe 23 oder des temporären offenen
Endes 24 der zweiten Wickellage 22 ist derart
besonders einfach darstellbar. In der 7 sind weiters
die beiden Stufen 23 dargestellt. Die Stufe 23 wird
dabei von einer Windung 5 einer oberen Stufenwickellage und
von mehreren Windungen 5 einer unteren Stufenwickellage
gebildet. Jeder dieser beiden Stufen 23 kann eine außenliegende
Tangente 35 zugeordnet werden. Durch die einer der Stufen 23 umfassten Windungen 5 und
der dieser Stufe zugehörigen
außenliegenden
Tangente 35 wird eine Stufenfreifläche 34 ausgebildet.
Diese Stufenfreifläche 34 ist
dabei im Wesentlichen der keilförmige
Bereich ab der Stufe 23 bis zum Ende der unteren Stufenwickellage,
welches entweder durch eine weitere Stufe 23 oder die Deckfläche 17 gebildet
werden kann.
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Die 8 bis 10 zeigen
eine Spule 1 mit einer Maschinenlagenwicklung, insbesondere
einer Maschinenlagenpräzisionswicklung,
mit wenigstens einem Draht 4, wobei die Spule 1 eine
Spulenachse 11, eine Spuleninnenseite 14, eine
Grundfläche 16, eine
Deckfläche 17,
und zumindest zwei Wickellagen 2 umfasst, wobei eine Wickellage 2 von
im Wesentlichen parallel zur Spuleninnenseite 14 angeordneten Windungen 5 gebildet
wird, die Spulenachse 11 parallel zur Haupt-Magnetfeldrichtung
der stromdurchflossenen Spule 1 angeordnet ist und wobei
die Grundfläche 16 und
die Deckfläche 17 jeweils
im Wesentlichen normal auf die Spulenachse 11 sind, wobei
zumindest eine zweite Wickellage 22 unvollständig gewickelt
ist, und dass das von der Grundfläche 16 bzw. der Deckfläche 17 beabstandete
Ende der zweiten Wickellage 22 von einer Stützwindung 51 begrenzt
ist, wobei die Stützwindung 51 zumindest
bereichsweise in der zur zweiten Wickellage 22 in Richtung
der Spuleninnenseite 14 benachbarten ersten Wickellage 21 angeordnet
ist.
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Die 8 zeigt
eine Spule 1 in einer zweiten Ausführungsform in axonometrischer
Darstellung in einer Momentaufnahme während des Wickelns. Dargestellt
sind das erste Ende des Drahtes 4 der Spule, welches mit
der innersten Wickellage 2 der Spule verbunden ist und
der Spulenträger 7,
welcher Kunststoff, Metall, Holz oder Compositwerkstoffe umfassen kann.
Weiters sind eine Spulenlänge 12,
eine Spulenbreite 13 und eine Spulenhöhe 18 dargestellt. Mehrere
Wickellagen 2 entlang der Spulenhöhe 18 gewickelt, wobei
die Anzahl der übereinander
gewickelten Wickellagen 2 entlang der Spulenhöhe 18 variiert,
wodurch eine Spule 1 umfassend Stufen 23 an der
Spulenaußenseite 15 ausgebildet
ist, also eine konische Spule 1. Die Spule 1 weist
erste Bereiche, in welchen der Draht 4 ohne Vorschub geführt wird und
ohne Versatz 42 gewickelt ist, und zweite Bereiche, in
welchen der Draht 4 mit Vorschub geführt wird und mit Versatz 42 gewickelt
ist, auf. Der erste Bereich ist entlang der Spulenlänge 12 ausgebildet.
Der zweite Bereich ist entlang der Spulenbreite 13 ausgebildet.
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Die
in der 8 dargestellte Momentaufnahme während des
Wickelns zeigt eine vollständig
gewickelte Wickellage 2 und eine unvollständig gewickelte
Wickellage 2. Die unvollständige Wickellage 2 wird
zur leichteren Unterscheidung – und
da in dieser Abbildung nicht ersichtlich ist, wie viele Wickellagen 2 unter
dieser Wickellage 2 gewickelt sind – als erste Wickellage 21 bezeichnet.
In der ersten Wickellage 21 ist eine Lücke 6 ausgebildet.
Diese Lücke 6 wird durch
den vergrößerten Versatz 42 des
Drahtes 4 einer ersten Windung 54 dieser ersten
Wickellage 21 ausgebildet.
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Dieser
dargestellten Momentaufnahme unmittelbar folgend wird der Drahtsprung 41 gewickelt, welcher
in der 9 dargestellt ist. Die 9 stellt dabei
eine weitere Momentaufnahme des Wickelvorganges der Spule dar, wobei
gegenüber
der 8 genau eine zusätzlich gewickelte Windung 5 dargestellt
ist. Vom offenen Ende 24 in der ersten Wickellage 21 wird
der Draht mittels eines Drahtsprunges 41 in die Lücke 6 in
der ersten Wickellage 21 geführt. Nach dem Drahtsprung 41 wird
direkt anschließend die
Stützwindung 51 in
dieser Lücke 6 gewickelt.
Diese Stützwindung 51 liegt
zumindest bereichsweise vollständig
in der in der ersten Wickellage 21. Dabei können zumindest
bereichsweise weitere Windungen 5 in der ersten Wickellage 21 an
gegenüberliegende
Seiten der Stützwindung 51 angrenzen.
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Der
weitere Wickelvorgang ist in 10 ersichtlich.
Am Ende der Stützwindung 51 wird
der Draht 4 aus der ersten Wickellage 21 in eine
unmittelbar darüberliegende
zweite Wickellage 22 geführt, wodurch eine Stufe 23 in
der Spulenaußenseite 15 ausgebildet
ist. Die zweite Wickellage 22 ist eine zur ersten Wickellage 21 verschiedene
Wickellage 2 der Spule 1. Beispielsweise kann
die erste Wickellage 21 die viertinnerste Wickellage 2 sein,
sodass die zweite Wickellage 22 die fünftinnerste Wickellage 2 ausbildet.
Die zweite Wickellage 22 wird ab dieser Stufe 23 in
Richtung Deckfläche 17 gewickelt.
Nachdem bis zur Deckfläche 17 gewickelt
wurde, wird der Draht 4 durch den Spulenträger 7 hindurchgeführt und
die Spule 1 ist vollständig
gewickelt.
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Die
Spule 1 kann somit bereichsweise eben ausgebildet sein,
wobei die Stufen 23 und offenen Enden 24 der Spule 1 eine
konische Spulenaußenfläche 15 ermögli chen.
Weiters kann die Spule 1 mit einer konvexen oder einer
konkaven Spulenaußenfläche 15 ausgebildet
sein, sodass die Kontur der Spule 1 der des elektrischen
Bauteils noch besser angepasst und die Leistungsdichte des elektrischen
Bauteiles noch weiter erhöht
werden kann.
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Da
der Draht entlang der Spulenlänge 12 und
insbesonders im ersten Bereich entlang des Spulenumfangs in allen
Wickellagen 2 im Wesentlichen parallel zueinander geführt werden
kann, wird und ein den Füllgrad
verminderndes Kreuzen des Drahtes unterschiedlicher Wickellagen 1 in
diesen Bereichen vermieden, wobei die Wicklung orthozyklisch gewickelt
werden kann. Dabei kann die Stützwindung 51 im
Wesentlichen im gesamten ersten Bereich vollständig in der ersten Wickellage 21 angeordnet
sein. Dabei kann die Abstützung
der Stützwindung 51 in
beide Richtungen parallel zur ersten Wickellage 21 erfolgen.
Mittels der derartig ausgebildeten Stützwindung 51 wird
ermöglicht,
dass an beiden Enden der Stützwindung 51 ein
Drahtsprung 41 ausgebildet ist, womit unmittelbar vor und
unmittelbar nach der Stützwindung 51 jeweils
ein Drahtsprung 41 gewickelt werden kann. Selbst komplexe Konturen
können
somit maschinell sicher, reproduzierbar und bei geringen Maßtoleranzen
ausgebildet werden.
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Die 11 zeigt
zwei benachbarte unterschiedliche Spulen 1 einer dritten
und vierten Ausführungsform
ei ner Spulenanordnung im Schnitt, wobei die insbesonders ringförmige Spulenanordnung
eines nicht dargestellten elektrischen Bauteils eine Vielzahl von
Spulen 1 umfasst. Dargestellt sind zwei unterschiedliche
Ausführungsformen
der Spule 1, welche alternierend benachbart angeordnet
sind. Die in der Ansicht dargestellt linke der beiden Spulen 1 wird – zur besseren
Unterscheidung und ohne Reihung oder Wertung – als erste Spule 111 und
die rechte der beiden Spulen 1 wird als zweite Spule 112 bezeichnet.
Für diese,
kreisförmige,
ovale, rechteckige oder insbesondere ringförmige Spulenanordnung umfassend
einer Mehrzahl von Spulen 1 zumindest zweier unterschiedlicher
Ausführungsformen
von Spulen 1 kann deshalb auch von der gleichzeitigen Verwendung
eines Spulentyps „A", beispielsweise die
erste Spule 111, und eines Spulentyps „B", beispielsweise die zweite Spule 112,
gesprochen werden. Um komplexere und/oder von der Kreisform abweichende
Geometrien darzustellen, können
auch drei oder mehr Ausführungsformen
der Spulen 1, 111, 112 zusammenwirkend
verwendet werden. Diese Spulenanordnung kann in einem elektrischen Bauteil,
insbesondere Elektromotor, mit einer Spulenanordnung, insbesondere
einer ringförmigen
Spulenanordnung, wobei das elektrische Bauteil zumindest eine erfindungsgemäße Spule 1 umfasst.
Die beiden voneinander verschiedenen Spulen 1, 111, 112 sind
benachbart nebeneinanderliegend angeordnet, wobei die beiden Spulenachsen 11 der
beiden verschiedenen Spulen 1, 111, 112 nicht
zusammenfallen.
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Die
einzelnen Windungen 5 der Spulen 1, 111, 112 sind
in dieser schematischen Darstellung nicht dargestellt, wohl aber
sind die einzelnen Wickellagen 2 dargestellt. Weiters ist
der Spulenträger 7, die
Spuleninnenseite 14, die Spulenaußenseite 15, die Grundfläche 16,
die Deckfläche 17 und
die Spulenhöhe 18 dargestellt.
Die erste Spule 111 weist maximal neun Wickellagen 2 auf.
Die zweite Spule 111 weist maximal acht Wickellagen 2 auf.
Die Maximalzahl der Wickellagen 2 ist in beiden Spulen 1, 111, 112 im
Bereich der Grundfläche 16 angeordnet.
Derart kann ein elektrisches Bauteil ausgebildet sein, wobei die
Spulenaußenseite 15 zumindest
einer der Spulen 1 wenigstens eine Stufe 23 aufweist,
wobei die wenigstens eine Stufe 23 von außenliegenden Windungen 5 einer
unteren Stufenwickellage und einer außenliegenden Windung 5 einer
oberen Stufenwickellage gebildet ist. Bei mehreren Stufen 1 entlang
der Spulenhöhe 18 können mehrere
obere Stufenwickellagen und mehrere untere Stufenwickellagen ausgebildet
sein.
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Die
in die Stufenfreiflächen 34 eingreifenden Bereiche
außenliegender
Windungen 5 einer benachbarten Spule 1 sind in
einigen Wickelschichten 2 ausgebildet und sind in der 11 schraffiert
dargestellt. Diese schraffierten Bereiche werden im weiteren als Überschneidungsbereiche 38 bezeichnet. Diese Überschneidungsbereiche 38 sind
also jene Windungen 5 einer Spu le 1, 111, 112,
welche in die Stufenfreiflächen 34 der
zur dieser einen Spule 1, 111, 112 benachbarten
Spule 1, 111, 112 eingreifen können.
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Die
unterschiedliche Ausbildung der Spulenaußenseiten 15 zwischen
erster Spule 111 und zweiter Spule 112 ist besonders
in der Mitte in der Figur erkennbar, in welchem die beiden abgebildeten
Spulen 1, 111, 112 benachbart aneinander
grenzen. Beginnend an der Grundfläche 16 der ersten
Spule 111 sind einige Windungen 5 der neunten
Wickellage 2, welche die äußerste Wickellage 2 in
diesem Bereich der ersten Spule 111 darstellt, ausgebildet.
Eine Stufe 23, die zur Grundfläche 16 nächstliegende
Stufe 23, welche im weiteren als erste Stufe 23 der
ersten Spule 111 bezeichnet wird, begrenzt die zur Deckfläche 17 hin
offene neunte Wickellage 2 der ersten Spule 111.
Weiter entlang der Spulenaußenseite 15 in
Richtung zur Deckfläche 17 sind
ist eine zweite Stufe 23 der ersten Spule 111 ausgebildet.
Zwischen erster und zweiter Stufe 23 sind in der ersten
Spule 111 acht Wickellagen 2 übereinander ausgebildet und
die achte Wickellage 2 bildet in diesem Bereich der Spulenhöhe 18 die äußerste Wickellage 2 der ersten
Spule 111. Am zur Deckfläche 17 hin offenen Ende
der achten Wickellage 2 der ersten Spule 111 ist
die dritte Stufe 23 ausgebildet. Zwischen dritter Stufe 23 und
zweiter Stufe 23 sind in der ersten Spule 111 sieben
Wickellagen 2 übereinander
ausgebildet und die siebente Wickellage 2 bildet in diesem
Bereich der Spulenhöhe 18 die äußerste Wickellage 2. Am
zur Deckfläche 17 hin
offenen Ende der siebten Wickellage 2 der ersten Spule 111 ist
die vierte Stufe 23 der ersten Spule 111 ausgebildet.
Zwischen dritter und vierter Stufe 23 sind in der ersten
Spule 111 sechs Wickellagen 2 übereinander ausgebildet und die
sechste Wickellage 2 bildet in diesem Bereich der Spulenhöhe 18 die äußerste Wickellage 2.
Ab der vierten Stufe 23 der ersten Spule 1 sind
fünf Wickellagen 2 übereinander
ausgebildet und die fünfte
Wickellage 2 bildet zwischen vierter Stufe 23 und
der Deckfläche 17 die
Spulenaußenseite 15 der
ersten Spule 111 aus.
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Ähnlich die
Anordnung bei der zweiten Spule 112, welche gemäß der 11 eine
zur ersten Spule 111 unterschiedlich ausgestaltete Spule 1 darstellt: Im
Bereich der Deckfläche 16 sind
acht Wickellagen 2 übereinander
ausgebildet und die achte Wickellage 2 bildet in diesem
Bereich die Spulenaußenseite 15 der
zweiten Spule 112 aus. Ab der zur Grundfläche 16 nächstliegenden
Stufe 23 der zweiten Spule 112, also der ersten
Stufe 23 der zweiten Spule 112, sind sieben Wickellagen 2 übereinander
ausgebildet und die Spulenaußenseite 15 wird
in diesem Bereich der zweiten Spule 112 durch die siebente
Wickellage 2 ausgebildet. Am zur Deckfläche 17 der zweiten
Spule 112 hin offenen Ende der siebenten Wickellage 2 der zweiten
Spule 112 ist die zweite Stufe 23 der zweiten Spule 112 ausgebildet.
Am zur Deckfläche 17 der zweiten
Spule 112 hin offenen Ende der sechsten Wickellage 2 der
zweiten Spule 112 ist die dritte Stufe 23 der
zweiten Spule 112 ausgebildet. Zwischen zweiter und dritter
Stufe 23 der zweiten Spule 112 sind sechs Wickellagen 2 übereinander
ausgebildet und die Spulenaußenseite 15 ist
in diesem Bereich durch die sechste Wickellage 2 ausgebildet.
Ab der dritten Stufe 23 der zweiten Spule 112 sind
fünf Wickellagen 2 übereinander
gewickelt und die Spulenaußenseite 15 ist
zwischen der dritten Stufe 23 und der Deckfläche 17 durch
die fünfte
Wickellage 2 ausgebildet.
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Die
erste Spule 111 und die zweite Spule 112 unterscheiden
sich somit in der Anzahl der maximalen Wickellagen 2 und
in der Anzahl der entlang der Spulenhöhe ausgebildeten Stufen 23.
Die Positionen entlang der Spulenhöhe der Stufen 23 der
beiden Spulen 1, 111, 112 sind ebenfalls
unterschiedlich ausgebildet. Den geringsten Abstand zur Grundfläche 16 weist
die erste Stufe 23 der ersten Spule 111 auf. Den
zweitgeringsten Abstand zur Grundfläche 16 weist die zweite
Stufe 23 der ersten Spule 111 auf. Den drittgeringsten
Abstand zur Grundfläche 16 weist
die erste Stufe 23 der zweiten Spule 112 auf. Den
viertgeringsten Abstand zur Grundfläche 16 weist die zweite
Stufe 23 der zweiten Spule 112 auf. Den fünftgeringsten
Abstand zur Grundfläche 16 weist
die dritte Stufe 23 der ersten Spule 111 auf.
Den sechstgeringsten Abstand zur Grundfläche 16 weist die vierte
Stufe 23 der ersten Spule 111 auf.
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Den
siebentgeringsten und sogleich größten Abstand zur Grundfläche 16 weist
die dritte Stufe 23 der zweiten Spule 112 auf.
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Die
erste Stufe 23 der zweiten Spule 112 greift bei
dieser vorteilhaften Anordnung der benachbarten Spulen 1, 111, 112 in
die Stufenfreifläche 34 der
zweiten Stufe 23 der ersten Spule 111 ein. Die dritte
Stufe 23 der ersten Spule 111 greift in die Stufenfreifläche 34 der
zweiten Stufe 23 der zweiten Spule 112 ein. Und
die dritte Stufe 23 der zweiten Spule 112 greift
in die Stufenfreifläche 34 der
vierten Stufe 23 der ersten Spule 111 ein. Die
Stufenfreiflächen 34 können derart
besser genutzt werden und teilweise mit Draht 4 befüllt werden,
womit ein höherer
Füllgrad
der Spulenanordnung ermöglicht
wird und die Leistungsdichte der Spulenanordnung und des die Spulenanordnung
umfassenden – nicht
dargestellten – elektrischen
Bauteiles erhöht
werden kann. Dabei können
die erste Spule 111 und die zweite Spule 112 insbesondere
auch orthozyklisch gewickelt werden.
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Derart
kann einem elektrischen Bauteil vorgesehen sein, dass eine Spulenaußenfläche 15 zumindest
einer der Spulen 1 wenigstens eine Stufe 23 aufweist,
wobei die wenigstens eine Stufe 23 von außenliegenden
Windungen 5 einer unteren Wickellage und einer außenliegenden
Windung 5 einer oberen Wickellage gebildet ist, dass – in einer
die Spulenachse 11 enthaltenden Schnittebene gesehen – eine Stufenfreifläche 34 durch
die Windungen 5 der Stufe 23 und die äußere Tangente 35 an
die Windungen 5 der Stufe 23 gebildet ist, und
dass in eine der wenigstens einen Stufenfreifläche 34 eine weitere
der Spulen 1 eingreift.
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Im
Unterschied dazu sind – in
einer nicht dargestellten Ausführungsform – in den
einander zugewandten Spulenaußenseiten 15 zweier
benachbarten Spulen 1 gleicher Ausführungsform die Stufen 34 spiegelgleich
ausgebildet. Somit können
sich bei benachbarter Anordnung dieser beiden Spulen 1 jeweils
eine Stufe 34 der einen Spule 1 und eine Stufe 34 der
anderen Spule 1 berühren.
Dabei kann jedoch der Stufenfreiraum 34 nicht mit Draht
befüllt
werden, sodass der maximale Abstand der Spulen 1 bei Berührung der
beiden Spulen 1 im Bereich der Stufen 34 in etwa
dem zweifachen Drahtdurchmesser entspricht.
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Dieser
maximale Abstand der Spulen 1 kann bei der Anordnung zweier
einander berührender
benachbarter Spulen 1 unterschiedlicher stufenförmiger Ausführungsform
im Wesentlichen halbiert werden. Derart kann in einem elektrischen
Bauteil ermöglicht werden,
dass eine Spulenaußenfläche 15 zumindest einer
der Spulen 1 wenigstens eine Stufe 23 aufweist,
wobei die wenigstens eine Stufe 23 von außenliegenden
Windungen 5 einer unteren Wickellage und einer außenliegenden
Windung 5 einer oberen Wickellage gebildet ist, dass – in einer
die Spulenachse 11 enthaltenden Schnittebene gesehen – eine Stufenfreifläche 34 durch
die Windungen 5 der Stufe 23 und die äußere Tangente 35 an
die Windungen 5 der Stufe 23 gebildet ist, und
dass in eine der wenigstens einen Stufenfreifläche 34 eine weitere
der Spulen 1 eingreift.
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Durch
die kleinen Toleranzen können
benachbarte Spulen 1, 111, 112 im elektrischen
Bauteil mit geringerem Abstand zueinander angeordnet werden und
die Leistungsdichte des elektrischen Bauteiles, insbesondere des
Elektromotors, wird erhöht. Insbesondere
können
Stell- und Elektromotoren
mit gleichbleibender Leistung und/oder kleineren Abmessungen und
niedrigerem Gewicht ausgebildet werden.
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Weitere
erfindungsgemäße Ausführungsformen
weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei
jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen,
vorgesehen sein kann.