DE2821485A1

DE2821485A1 - Verfahren zum herstellen von becherfoermigen spulenanordnungen fuer elektrische maschinen und hiermit bestueckte elektrische maschine

Info

Publication number: DE2821485A1
Application number: DE19782821485
Authority: DE
Inventors: Makoto Shimizu; Kunikazu Shirakawa
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 1977-05-17
Filing date: 1978-05-17
Publication date: 1978-11-23
Also published as: JPS5944868B2; US4200971A; DE2821485C3; DE2821485B2; JPS53141402A

Description

Verfahren zum Herstellen von becherförmigen Spulenanordnungen für elektrische Maschinen und hiermit bestückte elektrische Maschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine mit einer so hergestellten Spulenanordnung bestückte elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor mit kernlosem Rotor.

Es ist eine Elektromotorenbauart bekannt, gemäß der der kernlose Rotor aus einer zylindrischenDrahtwickling besteht und der Stator einen Feldmagnet oder ein Feldjoch umfaßt und so angeordnet ist, daß der Rotor um den Stator rotieren kann. Gemäß einem bekannten Herstellungsverfahren eines derartigen Rotors (JP-OS 2 421/ 1960) wird eine flache, kreisförmige Spule mit der erforderlichen Anzahl von Windungen hergestellt und dann in eine geeignete Vorrichtung gebracht, in der sie zum Spulenelement der gegebenen Gestalt geformt wird. Eine Mehrzahl derartiger Spulenelemente werden zusammen in einen hohlen Zylinder gebracht, der dann einem oder mehreren Druckformungsschritten unterworfen wird, woraufhin er zur Schaffung der becherförmigen Spulenanordnung in Kunstharz beispielsweise durch Preßguß eingebettet wird. Die Spulenherstellung nach diesem Verfahren ist jedoch

809847/0965

_ ₇_ 282U85

schwierig, außerdem neigt die geformte Spule beim anschließend an den Druckformungsvorgang erfolgenden Umgießen zur Deformation und führt die Kombination der Mehrzahl der Spulenelemente zu einer nicht gleichförmigen Spulendicke aufgrund der Überlappungen der Elemente mit der Folge, daß der Luftspalt zwischen der resultierenden Spule und dem Permanentmagnet des Stators leicht erhöht sein kann.

Als Alternative ist eine windschiefe, schräge Wicklungsweise vorgeschlagen worden, bei der der Spulendraht am Mittelpunkt einer der Endflächen eines zylindrischen Spulenkörpers beginnt, sich in einem Winkel zur erzeugenden, also die Achse schräg kreuzend, entlang der Umfangsflache des Spulenkörpers erstreckt, durch den Mittelpunkt der anderen Endfläche des Spulenkörpers verläuft und sich um die Umfangsflache zum Anfangspunkt nach oben zurückerstreckt, wodurch eine Windung vollendet wird. Die zweite Windung und die nachfolgenden Windungen werden in gleicher Weise angelegt, indem sie angrenzend an den vorher gewickelten Spulendraht angeordnet werden, diesen jedoch in der Nachbarschaft des Mittelpunkts der jeweiligen Endflächen des Spulenkörpers überkreuzen. Diese Schrägwicklung hat den Vorteil einer wirksamen Ausnutzung der Spulenfläche. Da jedoch die so hergestellte Spule in der aus der US-PS 2 513 410 bekannten Weise einen an den beiden Endflächen geschlossenen Wicklungsaufbau aufweist, muß die Spulenwicklung hergestellt werden, nachdem der Stator innerhalb des Spulenkörpers montiert worden ist. Dies vermindert die Handhabungs-Zweckmäßigkeit bei der Herstellung elektrischer Maschinen.

Demgegenüber soll durch die Erfindung eine als kernloser Rotor einer elektrischen Maschine verwendbare Spule durch einfache Herstellungsschritte in einer Weise herzustellen sein, die ein anschließendes Einfügen des Stators in den Rotor erlaubt. Dies wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung erreicht. Die Erfindung bietet darüber hinaus die Möglichkeit der Her-

809847/096B

282U85

stellung der becherförmigen Spulenanordnung durch einfache Arbeitsgänge unter Sicherstellung einer guten Wicklungsgenauigkeit und einer gleichmäßigen radialen Dicke, die es ermöglicht, den Luftspalt zwischen der Spule und einem eventuellen Permanentmagnet zu verringern und somit die Ausgangscharakteristik der elektrischen Maschine zu verbessern. Die erfindungsgemäß hergestellte Spulenanordnung kann außerdem leicht gebunden werden, wodurch eine eventuelle Deformation beim Entfernen des Spulenkörpers verhindert wird. Durch die Erfindung wird eine becherförmige, an einem axialen Ende offene Spulenanordnung geschaffen, die eine Mehrzahl von in Reihen angeordneten Lagen des Spulendrahts aufweist, der als schräge, windschiefe Wicklung um die Umfangsflache mit kleinem Abstand zwischen benachbarten Bindungen angeordnet ist.

Vorzugsweise wird die durch das erfindungsgemäße .Verfahren hergestellte becherförmige Spulenanordnung dadurch geformt, daß das Außenprofil der Spule gepreßt wird, während das zylindrische Bauteil in festem, starrem Zustand gehalten wird. Die Spulendrähte oder -windungen der geformten Spule werden durch ein Harz oder ein Klebemittel miteinander verbunden, das den Isolierfilm nicht angreift.

Kurz dargestellt, sieht eine Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens so aus, daß ein Spulenkörper spezieller Gestaltung einen zylindrischen Teil, eine mit einem Ende des zylindrischen Teils zu dessen Verschließen verbundene Scheibe, eine lösbar in eine Öffnung im anderen Ende des zylindrischen Teils eingepaßte Kappe und eine axial im zylindrischen Teil angeordnete Welle oder Achse aufweist. Das eine Ende dieser Achse ist an der Scheibe befestigt und ihr anderes Ende erstreckt sich gleitend durch die Kappe. Zum Verfahren gehören die Schritte, daß ein Spulenkörper der beschriebenen Bauart aufgebaut wird, •um den Spulenkörper eine Spule durch eine schräge, windschiefe Drahtwicklung hergestellt wird, die Kappe in das zylindrische

809847/0965

Teil eingedrückt wird, eine am einen Ende der Spule gebildete Öffnung diametral aufgeweitet wird und die Kappe aus· der so geformten Spule entfernt wird.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Durchführungsbeispiele anhand eines Ausführungsbeispiels unter - Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt eines Elektromotors, der eine gemäß der Erfindung hergestellte becherförmige Spulenanordnung enthält;

Fig. 2 eine-Veranschaulichung einer Schräg-Trommelwicklung;

Fig. 3 einen Querschnitt zur Veranschaulichung des Schrägwickeins eines Drahts um einen Spulenkörper;

Fig. 4 eine fertiggestellte Spule mit in den Spulenkörper eingedrückter Kappe;

Fig. 5 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer Aufweitungsvorrichtung zur Aufweitung einer in der Spule gebildeten Öffnung;

Fig. 6 die AufWeitungsvorrichtung nach Fig. 5 in einer anderen Betriebsphase;

Fig. 7 eine schematische Darstellung von Windungen der fertiggestellten Spule;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der fertiggestellten Spulenanordnung ;

/10

809847/0965

Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführung einer AufWeitungsvorrichtung;

Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine Formungsvorrichtung; und

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführung eines Spulenkörpers.

Ein Elektromotor gemäß Fig. 1 enthält eine becherförmige Spulenanordnung 11, die nach der Erfindung hergestellt ist. Sie umfaßt einen Spulenkörper 10 aus einem zylindrischen Bauteil 12 und einer Scheibe 13, die das eine der offenen Enden des Bauteils

12 schließt. Zur Spulenanordnung 11 gehört weiterhin eine Spule 14, die stetig um den Spulenkörper 10 gewickelt ist. Die Scheibe

13 weist einen koaxial nach außen abstehenden Vorsprung 15 auf, der mit einer zentralen Öffnung versehen ist, in der eine Abtriebswelle 16, die hinsichtlich des zylindrischen Bauteils 12 axial verläuft, starr befestigt ist. Am einen Ende der Welle 16 ist ein Kommutator 17 montiert, über den das Ende der Welle 16 vorsteht und als Kugelfläche ausgebildet ist.

Innerhalb des zylindrischen Bauteils 12 befindet sich ein Stator mit einem Ring-Permanentmagnet 18, der gemäß seiner Magnetisierung eine Mehrzahl von Polen bildet und um einen hohlen zylindrischen Statorträger 19 angeordnet ist, der seinerseits starr an einer Stirnwand 21 eines becherförmigen Gehäuses 20 beispielsweise durch Schraubverbindung oder durch eine Schraubmutter befestigt ist. Innerhalb des Statorträgers 19 befinden sich unter gegenseitigem Abstand zwei Lager 22, die die Abtriebswelle 16 drehbar halten. Das andere Ende der Welle 16 erstreckt sich durch die Stirnwand 21 des Gehäuses 20.

Mit dem Kommutator 17 wirkt eine Bürstenanordnung 23 zusammen, die von einem Bürstenhalter 24 getragen ist, der sich im offenen Ende des Gehäuses 20 befindet. Im Umfang des Bürstenhalters

809847/0965

282U85

24 ist eine Metallplatte 25 eingebettet, die beispielsweise durch Einstemmen im offenen Ende des Gehäuses 20 befestigt ist, wodurch der Bürstenhalter 24 starr im Gehäuse 20 montiert ist. Zur Führung von Zuleitungsdrähten 26, die mit den Bürsten verbunden sind, befindet sich um den Bürstenhalter 24 ein Hohlraum 27. Der Bürstenhalter 24 weist zentral eine Öffnung auf, in die eine Lagerkappe 28 eingesetzt ist, an der drehbar das kugelförmige Ende der Abtriebswelle 16 angreift.

Vor der ins einzelne gehenden Beschreibung der becherförmigen Spulenanordnung 11 wird zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 2 die Schräg-Trommelwj.cklung beschrieben. Wie dargestellt, verläuft ein die Spule 14 bildender Draht 31 um einen Zylinder 32, und zwar zunächst im wesentlichen durch den Mittelpunkt seiner oberen Stirnfläche 33, dann entlang der Umfangsflache windschief oder schräg kreuzend in Bezug zur Achse abwärts, weiterhin über den Mittelpunkt der unteren Stirnfläche 34 und schließlich wieder aufwärts entlang der Umfangsflache zum Anfangspunkt, was wiederum windschief zur Achse erfolgt, wodurch eine Windung vervollständigt ist. Die zweite Windung wird gelegt, indem der Draht 31 in gleicher Weise wie vorher und sehr nahe an ,.der vorherigen Windung gelegt wird, wobei jedoch die letztere im wesentlichen beim Mittelpunkt der oberen und der unteren Stirnfläche gekreuzt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß, während die Leiter der. aufeinander folgenden Windungen zur Veranschaulichung so dargestellt sind, daß sie sich im wesentlichen bei den Mittelpunkten der Stirnflächen überkreuzen, die tatsächlich an Stellen aneinderliegen, die von diesem Mittelpunkt abliegen.

Zur Herstellung der Spulenanordnung verwendet man einen Spulenkörper 42 mit einer Kappe 41, deren Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des zylindrischen Bauteils 12 des Spulenkörpers und die in das offene Ende dieses Bauteils 12 eingesetzt ist. Die Kappe 41 weist einen zentralen Vorsprung 43

809847/0965

- ¹² - 282H85

auf, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Vorsprungs 15 der Scheibe 13· Die Kappe 41 ist so angeordnet, daß sie um eine Länge 1 aus dem offenen Ende des zylindrischen Bauteils 12 vorsteht. Unter Verwendung einer Spulenwickelmaschine bekannter Bauart, die die beiden Vorsprünge 15, 43 mit (nicht dargestellten) Backen festhält, wird der Draht 31 mit dem beschriebenen Verlauf zur Schrägwicklung gewickelt. Der Draht 31 wird über die Scheibe 13 und die Kappe 41 so geführt, daß er um den Umfang der Vorsprünge 15 bzw. 43 verläuft, so daß also diese Vorsprünge nicht mit der Spulenwicklung überdeckt werden. Auf diese Weise wird die hohle Spule 14 mit beiderseits geschlossenen Enden hergestellt.

Nachdem man die Spule 14 von der Wickelmaschine abnimmt, wird die Kappe 41 bis zur Berührung gegen die Scheibe 13 geschoben, wie in Fig. 4 dargestellt ist, wodurch am einen Ende der Spule 14 eine vom Vorsprung 43 gebildete Öffnung 44 verbleibt. In der Gestalt nach Fig. 1 wird die Spule 14 dann dadurch hergestellt, daß die Öffnung 44 nach außen aufgeweitet wird.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Ausführung einer Aufweitungsvorrichtung, die zum Vergrößern der Öffnung 44 in der Spule 14 dient. Die Vorrichtung weist einen Drehtisch 52 auf, auf dessen oberer Arbeitsfläche 51 die Spule nach Fig. 4 angeordnet wird. Diese Arbeitsfläche weist eine integrale vorsprungartige Auflage 53 auf, die am Vorsprung 43 angreift und ihn aufwärts schiebt. Im oberen Teil des Drehtisches 52 befinden sich zwei diametral verlaufende Nuten 54, in denen sich je ein verschwenkbarer Formungshebel 55 befindet. Zentral im Drehtisch 52 befindet sich eine axial verlaufende Bohrung 16a, in die die Abtriebswelle 16 der Spulenanordnung eingesteckt wird. Jeder der Formungshebel 55 ist L-förmig und trägt an seinem einen Ende drehbar eine Kugel 56. An seiner Biegung ist jeder der Formungshebel 55 verschwenkbar auf einem Stift 57 montiert, welcher mit seinen

809847/0965

-is- 282H85

gegenüberliegenden Enden im Drehtisch 52 montiert ist. Nehmen die Hebel 55 eine horizontale Stellung gemäß Fig. 5 ein, so tauchen ihre kurzen Arme in die Öffnung 44, während die Abtriebswelle 16 zwischen ihnen liegt.

Oben auf die Formungshebel 55 in deren horizontaler Stellung wird ein Druckring 59 aufgelegt, dessen Innendurchmesser grosser ist als der Durchmesser des Drehtischs 52 und der einen kreisförmigen Querschnitt hat. Über die Spule wird nach deren Aufsetzen auf die obere Arbeitsfläche 51 des Drehtischs 52 ein Formungsring 60 aufgesetzt, dessen Innendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser der Spule. Hierdurch kann die Spule gleichzeitig mit dem Aufweitungsvorgang der Öffnung 44 geformt werden.

Im einzelnen sind die Formungshebel 55 anfänglich in ihrer horizontalen Stellung nach Fig. 5 angeordnet und die Auflage 53 wird in die Öffnung 44 der Spule 14 eingesteckt, um die Kappe 41 in ihrer oberen Stellung zu halten. Der Formungsring 60 wird über die Spule geschoben und durch eine zweckentsprechende, nicht dargestellte Vorrichtung in dieser Stellung festgehalten. Sodann wird der Drehtisch durch einen' nicht dargestellten Antrieb in Umdrehung versetzt. Da der Formungsring 60 festliegt, rotiert mit der Drehung des Drehtischs 54 nur die oben auf der Auflage 53 angeordnete Kappe 41· Sodann wird gemäß in Fig. 5 eingezeichnetenPfeilen der Druckring 59 nach unten geschoben, woraufhin die Formungshebel 55 um die Stifte 57 nach unten schwenken. Als Folge hiervon kommen die an den Hebeln 55 sitzenden Kugeln 56 in Berührung mit der Innenfläche der Spule 14 und spreizen während der Rotation das untere Ende der Spule allmählich nach außen. Nachdem die Formungshebel 55 gemäß Fig. 6 vollständig nach unten gedrückt sind, ist die Öffnung 44 bis zu einem Durchmesser vergrößert, der im wesentlichen dem des zylindrischen Bauteils 12 gleicht.

/14

809847/0965

Die kreisförmige Querschnittsfläche des Druckrings 59 führt zu einer minimalen Kontaktfläche mit den rotierenden Formungshebeln 55, deren Umdrehung somit nicht gestört wird. Die Formungshebel 55 können aus einem Material hergestellt oder mit einem Material beschichtet sein, das einen verminderten Reibungskoeffizienten aufweist, wodurch die Reibung zwischen den Hebeln 55 und dem Druckring 59 vermindert wird.

Nach Beendigung der Schritte des Aufweitens und Formens wird die Spule von der Aufweitungsvorrichtung und aus dem Formungsring 60 weggenommen und die Kappe 41 wird durch die aufgeweitete Öffnung 44 entfernt. Anschließend werden Gummi, Polyamid oder Epoxykleber, die den Isolierfilm auf dem Spulendraht 31 nicht angreifen, zum Verbinden der Windungen aus dem Draht 31 miteinander verwendet, wodurch die geformte, fest verbundene, becherförmige Spulenanordnung 11 entsteht.

Gemäß Fig. 7 umfaßt nun jede Windung der becherförmigen Spulenanordnung einen ersten Abschnitt 62, der sich entlang dem Umfang eines imaginären Zylinders 61, dessen Volumen dem Innenraum der Spule entspricht, von einem ersten Punkt A an der Kante dieses Zylinders 61 zu einem zweiten Punkt B, der an der anderen Kante des Zylinders liegt und bezüglich des Punkts A eine Phasenvoreilung aufweist, weiterhin einen zweiten Abschnitt 63, der sich entlang dieser anderen Zylinderkante vom Punkt B zu einem dritten Punkt C erstreckt, der gegenüber dem Punkt B phasenmäßig voreilt, einen dritten Abschnitt 64, der um die Umfangsflache des Zylinders 61 vom dritten Punkt C zu einem vierten Punkt D verläuft, der an der ersten Kante des Zylinders 61 liegt und phasenmäßig zwischen den Punkten B und C liegt, und einen vierten Abschnitt 65, der über die erste Stirnfläche des Zylinders 61 vom Punkt D zu einem fünften Punkt E verläuft, der an der selben Kante wie der Punkt D liegt und phasenmäßig gegenüber dem dritten Punkt C vorläuft. Der Punkt E stellt den Anfangspunkt der nächsten Spulenwindung dar. Der zylindrische Teil der

/15

809847/0965

- ¹⁵ - 282U85

Spule wird also vom ersten, zweiten und dritten Abschnitt 62, 63 und 64 gebildet, während das geschlossene Ende der Spule vom vierten Abschnitt'65 gebildet wird. Es ist zu bemerken, daß der fünfte Punkt E in Bezug zum ersten Punkt A um einen Winkel phasenvoreilend sein kann, der kleiner oder größer sein kann als 360°.

Fig. 8 zeigt die fertiggestellte becherförmige Spulenanordnung 11. Vie dargestellt, weist sie ein offenes Ende 66 auf, das durch die aufgeweitete Öffnung 44 in der Spule gebildet ist. Als Folge hiervon ist der Schrägungswinkel des Drahts 31 im Bereich des offenen Endes 66 niedriger als der Schrägungswinkel am zylindrischen Bauteil 12, während die Drahtdichte erhöht ist. Ist dieser Bereich über dem Permanentmagnet 18 des Stators angeordnet, so könnte auf das erzeugte Drehmoment und das Strombild als Folge von Schrägungsstörungen ein-nachteiliger Einfluß bewirkt werden. Zur Überwindung dieser Schwierigkeit wurde die Kappe 41 in das zylindrische Bauteil 12 so eingesetzt, daß sie um die Länge 1 (Fig. 3) von deren Rand vorsteht, wodurch die Schrägungsstörungen, die sich aus der Aufweitung für den Bereich mit der Länge 1 ergeben, begrenzt werden, während über die Spule 14 ein gleichförmiges Magnetfeld erzeugt werden kann, das über das zylindrische Bauteil 12 verteilt ist. Sofern die Spule 14 eine sehr hohe Windungszahl hat, wird das Vergießen der Spule zweckmäßigerweise über dem Spulenteil durchgeführt, der über dem zylindrischen Bauteil 12 verteilt ist, bevor die Spule in der AufWeitungsvorrichtung montiert wird.

Fig. 9 zeigt eine andere Ausführung einer AufWeitungsvorrichtung, die nach Luftmattenart konstruiert ist. Wie vorher, wird in der Spule 14 die Öffnung 44 gebildet, und zwar durch einen Vorsprung

72 einer Kappe 71. In die Öffnung 44 wird ein luftdichter Sack

73 aus Gummi oder Kunstharz eingesetzt. In. den Sack wird durch eine Öffnung 74 Druckluft eingeführt, die ihn zur Aufweitung der Öffnung 44 expandiert. Zu diesem Zweck ist der Sack 73 in

809847/0965

einem hohlen Tragkörper 75 aufgenommen, so daß seine Expansion aufgrund der eingeführten Druckluft auf den Bereich der Öffnung 44 beschränkt ist. Die Kappe 71, die der früher beschriebenen Kappe 41 entspricht, hat eine derartige axiale Länge, daß sie über den Großteil des zylindrischen Bauteils 12. dessen Innenraum füllt, wenn sie bis zum Anschlag an die Scheibe 13 geschoben worden ist, wodurch ein Einfluß der Expansion des Sacks 73 auf das zylindrische Bauteil 12 vermieden wird. Wie gezeigt, überdeckt die Kappe 71 auch im wesentlichen die Länge der Welle 16, um zu verhindern, daß der Sack 73 durch die Welle zerrissen wird.

Als weitere Alternative kann die Aufweitungsvorrichtung Klauen umfassen, die zum Vergrößern der Öffnung 44 in der Spule 14 diametral bewegbar sind. Außerdem kann auch ein Spatel manuell um die Öffnung 44 bewegt werden, um sie aufzuweiten.

Fig. 10 zeigt eine abgewandelte Form einer Formungsvorrichtung, mit einem inneren Dorn 81, der in das zylindrische Bauteil 12 einsteckbar ist, und einem äußeren Ring 82, der stramm über den Außenumfang der Spule 14 gesteckt wird. Der Dorn 81 wird anfänglich in das zylindrische Bauteil 12 eingesetzt, um ihm einen festen inneren Halt zu geben, woraufhin der Ring 82 in der in Fig. 10 gezeigten Weise über die Spule 14 gebracht wird, wodurch diese geformt wird. Eine axiale Bohrung 83 im Dorn 81 nimmt die Abtriebswelle 16 auf.

Bei der beschriebenen Durchführungsweise besteht der Spulenkörper 42 aus einem integralen Aufbau des zylindrischen Bauteils 12 mit der Scheibe 13· Diese beiden Teile können jedoch auch trennbar aufgebaut sein, so daß das zylindrische Bauteil 12 entfernt werden kann, nachdem die Kappe 41 herausgenommen worden ist, wodurch eine spulenkörperfreie Spule entsteht. Fig. 11 zeigt ein Beispiel hierfür. Hierbei befinden sich im Grenzbereich zwischen dem Bauteil 12 und der Scheibe 13 in dichter

8098A7/0965

" ¹⁷ " 282U85

Folge kleine Löcher 91. Das Bauteil 12 ist weiterhin mit einer axialen Reihe von kleinen Löchern 92 versehen, so.daß anschließend an das Entfernen der Kappe 41 entlang der von den Löchern 92 gebildeten Teilungslinie ein Schnitt geführt werden kann und dann durch Durchbrechen der Löcher 91 das Bauteil 12 entfernt ■werden kann. Alternativ können das Bauteil 12 und die Scheibe 13 als getrennte Teile gebildet sein, die vorübergehend mit einem Haftmittel von verminderter Verbindungsstärke miteinander verbunden sind, so daß sie getrennt und zusammen mit der Kappe 41 entfernt werden können.

Statt eines Verbindens der Drähte der Spule 14 miteinander mit Hilfe eines Klebers kann auch als Spulendraht 31 ein selbstverschweißender Draht verwendet werden, der dann, wenn die Spule in der Formungsvorrichtung nach Fig. 9 angeordnet ist, gespeist wird, und sich so erhitzt, daß er zusammenschmilzt. Alternativ kann als Draht 31 auch ein selbstverschweißender Draht verwendet werden, dessen Klebeschicht in einem Lösungsmittel zum Zweck des nachfolgenden Verbindens nach der Vollendung des Formungsschritts geschmolzen wird. Als weitere Alternative kann der Außenumfang mit einem Klebeband oder einem wärmeschrumpfenden Rohr zusammengehalten werden. Ist eine spulenkörperfreie Spule beabsichtigt, so kann diese durch einen Preßgußvorgang integral gebunden werden.

Ersichtlich wird also durch das beschriebene Vorgehen ein zylindrischer Spulenkörper, dessen gegenüberliegende Enden geschlossen sind, durch ein zylindrisches Bauteil, eine Scheibe und eine Kappe hergestellt und wird auf diesem eine schräge Trommelwicklung, die vom Spulendraht an ihren gegenüberliegenden Enden geschlossen ist, gebildet. Auf diese Weise kann eine stetige Wicklung mechanisch in ähnlicher Weise wie eine bekannte Motorwicklung hergestellt werden. Zusätzlich wird die Montage erheblich erleichtert, während eine Wicklungsgenauigkeit sichergestellt ist, die zur . Stabilisierung des erzeugten Drehmoments beiträgt,

809847/0965

Leerseite

Claims

Patentansprüche

( 1. )Verfahren zum Herstellen von becherförmigen Spulenanordnungen für elektrische Maschinen, deren becherförmige Spule an einem Ende offen und am anderen durch Spulendraht geschlossen ist und die eine Achse oder Welle enthalten, die sich durch die Spule in deren Axialrichtung erstreckt, gekennzeichnet durch die folgen Verfahrensschritte:

(a) Zusammenbau eines Spulenkörpers (10), der ein zylindrisches Bauteil (12), eine mit einem Ende des zylindrischen Bauteils

(12) zu dessen Verschluß verbundene Scheibe (13), eine in eine Öffnung im anderen Ende des zylindrischen Bauteils (12) einsteckbare Kappe (41) und die fluchtend mit der Achse des zylindrischen Bauteils (12) angeordnete Achse oder Welle (16), deren eines Ende in der Scheibe (13) montiert ist und deren anderes Ende sich durch die Kappe (41) erstreckt, umfaßt, von denen die Scheibe

(13) und die Kappe (41) zentral mit nach außen vorstehenden Vorsprüngen (15, 43) versehen sind,

(b) Anbringung einer windschiefen, schrägen Wicklung (Fig. 2) aus dem Draht (31) um den Vorsprung (15) der Scheibe (13) und den Vorsprung (43) der Kappe (41) zur Bildung einer Spule (14),

809847/0965

282U85

(c) Bewegen der Kappe (41) in das zylindrische Bauteil (12) unter Freilassung einer vom Vorsprung (43) der Kappe (41) erzeugten Öffnung (44) in der einen Endfläche der Spule (14) (Fig. 4),

(d) Aufweiten der Öffnung (44) nach außen zur Schaffung eines offenen Ends (66) der Spule (14), und

(e) Entfernen der Kappe (41) von der Spule (14).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Formung der Spule (14) eine Formungsschablone (Fig. 10), die einen inneren zylindrischen Dorn (81) mit einem gegenüber dem Innendurchmesser des zylindrischen Bauteils (12) geringfügig kleineren Durchmesser und mit einer entlang seiner Achse verlaufenden Bohrung (83) und einen äußeren zylindrischen Ring (82) mit einem gegenüber dem Außendurchmesser der Spule (14) geringfügig größeren Durchmesser aufweist, ansetzt,■indem man zuerst den Dorn (81) in das zylindrische Bautiel (12) einsetzt und dann den äußeren Ring (82) über die Spule (14) zu deren Formung aufbringt.
3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spule (14) aus Draht mit einer selbstverschweißenden Beschichtung herstellt und zum Formen die Spule so speist, daß die Beschichtung zusammenschmilzt, während die Formungsschablone an der Spule angreift, wodurch die Spule verbunden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spule mit einem Klebemittel, das den Isolierfilm des Drahts nicht angreift, verbindet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Zusammenbau des Spulenkörpers (10) die Kappe (41) so anordnet, daß sie aus dem offenen Ende des zylindrischen Bauteils (12) vorsteht (um 1).

809847/0965
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Öffnung (44) mit Hilfe einer Formungsvorrichtung (Fig. 5, 6) aufweitet, die ein drehbares Bauteil (52) und ein Formungsglied (56), das mit dem drehbaren Bauteil (52) drehbar ist und in einer Richtung senkrecht zur Drehachse dieses Bauteils (52) bewegbar ist, aufweist, indem man das Formungsglied (56) in die Öffnung (44) einbringt und es während der Umdrehung des drehbaren Bauteils (52) zur Vergrößerung der Öffnung (44) zur Schaffung des offenen Endes (66) der Spule (14) bewegt.

dadurch gekennzeichnet,
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,/daß man zur Schaffung des offenen Endes (66) der Spule (14) die Öffnung (44) aufweitet, indem man einen luftdichten Sack (73) aus flexiblem Material durch die Öffnung (44) in die Spule (14) einführt und Druckluft zum Aufblasen des Sacks (73) in diesen einleitet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man zusammen mit der Kappe (41) das zylindrische Bauteil (12, Fig. 11) entfernt.
9. Mit einem nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellten kernlosen Rotor ausgestattete elektrische Maschine, deren Rotor um einen eine Mehrzahl von Magnetpolen aufweisenden Stator umdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der. Rotor eine rotierende Welle (16), eine becherförmige Spule (14), die einen zylindrischen Teil und einen an einem Ende des zylindrischen Teils angeordneten radialen Teil aufweist, wobei das andere Ende des zylindrischen Teils mit einer Öffnung (66) ausgebildet ist, und einen Spulenträger (10), auf dem die Spule (14) montiert ist, aufweist; und daß die Spule (14) eine Mehrzahl von Windungen hat, von denen jede aus vier Abschnitten (62 - 65) besteht, die um einen imaginären Zylinder (61) angeordnet sind, ■dessen Maße gleich denjenigen eines internen Hohlraums der Spule (14) sind, wovon der erste Abschnitt (62) um die Umfangsflache des Zylinders (61) von einem ersten Punkt (A) am einen Rand des

809847/0965

_4- 282U85

Zylinders zu einem zweiten Punkt (B) am anderen Rand des Zylinders, der relativ zum ersten Punkt (A) phasenvoreilend ist, verläuft, der zweite Abschnitt (63) um den anderen Rand vom zweiten Punkt (B) zu einem gegenüber diesem zweiten Punkt (B) phasenvoreilenden dritten Punkt (C) an diesem zweiten Rand verläuft, der dritte Abschnitt (64) um die Umfangsflache des Zylinders (61) vom dritten Punkt (C) zu einem winkelmäßig zwischen dem zweiten Punkt (B) und dem dritten Punkt (C) am ersten Rand des Zylinders (61) liegenden vierten Punkt (D) verläuft und der vierte Abschnitt (65) über die Stirnfläche des einen Endes vom vierten Punkt (D) zu einem im Vergleich zum dritten Punkt (C) phasenvoreilenden fünften Punkt (E) am ersten Rand des Zylinders (61) verläuft, wobei der fünfte Punkt (E) jeder Windung den ersten Punkt der nächstfolgenden Windung bestimmt, wodurch eine aufeinanderfolgende Wicklung gebildet wird, wobei der zylindrische Teil der Spule (14) von den ersten, zweiten und dritten -Abschnitten (62, 63, 64) und der radiale "Teil von den vierten Abschnitten (65) gebildet wird.
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenhalter (10) einen fest mit der Welle (16) verbundenen Vorsprung (15) und eine mit dem Vorsprung (15) integrale und radial von ihm abstehende Scheibe (13) umfaßt und daß der radiale Teil der Spule (14) um den Vorsprung (15) liegt und seine Innenseite in Berührung mit der Seite der Scheibe (13) gehalten ist.
11. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenträger einen becherförmigen Spulenkörper (10) mit einer zylindrischen Wand (12) und einer Stirnwand (13) umfaßt, von denen die Stirnwand mit einem axial abstehenden Vorsprung (15) ausgestattet ist, um den der radiale Teil der Spule (14) angeordnet ist, dessen Innenseite in Kontakt" mit der Stirnfläche (13) des Spulenkörpers (10) gehalten ist, und die Innenfläche des zylindrischen Teils in Berührung mit der zylin-

809847/0965

282H85

-D-

drischen Wand (12) des Spulenkörpers (10) gehalten ist.
12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Punkt (E) gegenüber den ersten Punkt (A) um einen Winkel unter 360° phasenvoreilt.
13. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Punkt (E) gegenüber dem ersten Punkt (A) um einen Winkel über 360 phasenvoreilt.

809847/0965