EP2171730A1 - Elektrische spule - Google Patents

Elektrische spule

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EP2171730A1
EP2171730A1 EP08775091A EP08775091A EP2171730A1 EP 2171730 A1 EP2171730 A1 EP 2171730A1 EP 08775091 A EP08775091 A EP 08775091A EP 08775091 A EP08775091 A EP 08775091A EP 2171730 A1 EP2171730 A1 EP 2171730A1
Authority
EP
European Patent Office
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winding
coil
electrical
wire
end winding
Prior art date
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Application number
EP08775091A
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English (en)
French (fr)
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EP2171730B1 (de
Inventor
Clemens Scherer
Yvan Pillet
Guido KÄUFER
Daniel Maeder
Friedrich Durand
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ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Original Assignee
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2171730A1 publication Critical patent/EP2171730A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2171730B1 publication Critical patent/EP2171730B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/04—Arrangements of electric connections to coils, e.g. leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type with magnetic core
    • H01F17/045—Fixed inductances of the signal type with magnetic core with core of cylindric geometry and coil wound along its longitudinal axis, i.e. rod or drum core
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    • H01F41/06—Coil winding
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    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor

Definitions

  • the invention relates to an electrical coil according to the preamble of patent claim 1 and a method for contacting a coil and an arrangement of a coil and two contacts of an electrical supply line.
  • Such coils are well known.
  • the individual windings, the start winding, the main winding and the end winding are wound separately on a bobbin and the respective end portions of the individual windings are soldered or welded together.
  • This approach is very expensive to manufacture, and through the solder joints or welds the entire coil assembly contains potential sources of error, since in this area contact resistances or in the course of the life of such a coil arrangement and interruptions of the current flow, for example, due to mechanical vibrations breaking solder joints occur.
  • the windings must be placed partially over the soldering or welding points.
  • the coil should be contacted as easily as possible. This has hitherto been particularly difficult when wires having a diameter of 50 ⁇ m or less are used, because such thin wires are difficult to contact with conventional methods due to their lack of rigidity. Both the production of the coils and their Incidentally, contacting should also be easy, quick and, above all, error-free, even in the case of production of large series.
  • Main winding, the start winding and the end winding occur no joints between the respective windings, whereby both the manufacturing process is simplified and accelerated, and reduces the susceptibility to errors, and thus the life of the coil assembly is increased.
  • At least the main winding is wound directly on the spool core.
  • the bobbin can in principle have any cross-section, in question are in particular a rectangular or a circular cross-section.
  • the bobbin is preferably using a Gleitschleif-
  • Process has been processed (trowalised) so that its surface is free of burrs and bumps.
  • the coil core is provided, at least in the region of the main winding, with an insulation layer which is preferably applied to the coil core, and if at least the main winding, preferably also the start winding, is wound onto the insulation layer.
  • This insulating layer increases the reliability of the coil assembly by reducing the risk that the insulation surrounding the winding wire will chafe on the coil core. It takes the applied directly on the spool core Insulation layer, in contrast to a provided in the prior art additional bobbin a only insignificant additional radial space.
  • the insulating layer may consist of a wound around the bobbin suitable insulating tape.
  • a polymer layer which is applied to the coil core by means of a suitable coating method.
  • a parylene coating produced by chemical vapor deposition is particularly well suited. This type of coating is characterized, inter alia, by its good electrical insulation properties even with very thin layers.
  • the end winding surrounds a portion of the main winding.
  • the position of the end winding on the main winding can be freely selected, so that any, only determined by the requirements of the intended application of the coil position of the end winding can be selected.
  • this arrangement allows a comparatively compact design.
  • both the end and the start winding lie on the outside of the central main winding. This arrangement results in an overall flatter coil, which depending on the available space can be beneficial.
  • Another particularly advantageous embodiment of the invention is characterized in that the respective number of turns of the coil wire of the start winding and the end winding is dimensioned such that the respective electrical effectiveness of the start winding and the end winding after contacting with respective electrical leads within predetermined tolerances , In this way, the electrical efficiency of the entire coil can be precisely determined during manufacture and kept within a predetermined tolerance range - A -
  • the coil wire is coated as usual with a lacquer, preferably with a so-called baked enamel, that is with a glue coat whose adhesive effect is activated by heat.
  • the present invention is particularly suitable for very small coils using very thin wire, for example, wire having a diameter in the range of less than 50 ⁇ m.
  • a first contact of an electrical lead to be connected to the start winding is electrically conductively connected to at least one outer turn of the start winding, and a second contact to be connected to the end winding an electrical lead is electrically connected to at least one outer turn of the end winding.
  • connection between the contacts of the electrical supply line and the start or the end winding is produced according to the invention by welding or soldering, wherein in each case a plurality of turns of the starting or the end winding can be electrically connected to the respective contacts of the electrical supply line ,
  • a suitable laser is used for welding or soldering.
  • the contacts of the electrical lead in each case in a mounting area a recess, wherein the first connection area is placed on the winding to be contacted when making the connection, that this depression touches the winding, and then a laser beam in Area of the recess is directed to the mounting area.
  • This depression is preferably channel-shaped, with a V-shaped or U-shaped cross-section having proved to be particularly advantageous.
  • the attachment region of the contact can be formed from a simple metal sheet, for example a copper sheet which is provided with the V-shaped or a U-shaped profile to form the preferably groove-shaped recess.
  • the connection is then a welded connection, since the copper sheet is directly connected to one or more coil wires.
  • a laser with a correspondingly high energy density must be used.
  • the attachment area in the region of its recess can also be on its outside, i. be coated on the side facing in the direction of the coil with a solder, so that with the help of the laser, a solder joint is produced.
  • a brazing alloy such as the sold under the trade name Silfos silver-phosphorus mixture
  • a soft solder such as tin
  • the optionally coated with a solder sheet heats up, so that the paint or baked enamel layer, with which the wires are coated, becomes plastic.
  • the sheet sinks with the preferably groove-shaped recess in front between the turns of the winding to be contacted and displaces the plasticized baked enamel.
  • the result is a welded or soldered connection between the provided with a groove attachment region of the contact and the wires of the uppermost turns of the winding to be contacted, via which the desired electrical connection is made.
  • the quality of the weld or solder connection between the wires of the coil and the contacts is determined primarily by the coupling of the laser beam into the material. Uneven surface structures result in an uneven and hardly predictable coupling.
  • the laser beam directed into the depression becomes on its lateral walls reflected, so that the energy evenly distributed in a well-defined area.
  • a particularly good contact is achieved with a groove-shaped depression.
  • This can basically have any cross section.
  • a substantially V-shaped profile has been found, a U-shaped cross-section is also conceivable.
  • the number of electrically conductively connected to the respective contact turns is selected so that the electrical properties of the entire coil are within predetermined tolerances.
  • an electrical quantity, such as the resistance, of the coil can be measured. If one reaches the desired value, the laser beam is interrupted, so that the joining process is interrupted. In this way, the coil can be assembled so that the start winding and the end winding are negligible with respect to the overall electrical properties of the coil. The electrical properties of the coil are thus determined almost exclusively by the main winding.
  • the first contact of the electrical supply line to be connected to the start winding is electrically conductively connected to at least one winding located below the outer windings of the starting winding.
  • the second contact of the electrical supply line to be connected to the end winding is electrically conductively connected to at least one winding located below the outer windings of the end winding.
  • the present invention also relates to an arrangement of a
  • Both contacts each have a preferably groove-shaped recess in a mounting area, and this depression is located in each case between the outer turns of the start or end winding.
  • FIG. 2 shows a perspective view of an arrangement comprising a coil and two contacts of an electrical supply line
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a fixing region of a contact when a coil is contacted.
  • the coil 1 has a coil core 10, which preferably consists of a silicon-iron alloy (SiFe) or a nickel-iron alloy (NiFe).
  • the surface of the bobbin is tumbled (trowelled) so that no burrs or bumps remain.
  • the coil core 10 is provided along the coil axis A with a central coil portion 1 1.
  • the central coil portion 1 1 is provided at its periphery with an insulating layer 12 which is formed by an electrically insulating adhesive tape which is adhered to the periphery of the central coil portion 1 1.
  • the insulating layer 12 may also be applied otherwise, for example by coating or painting the central coil section 11, e.g. with a parylene coating, as already mentioned above.
  • a spool core 10 is shown with a rectangular cross-section. However, a circular or oval cross-section is also conceivable. Incidentally, the insulating layer 12 may be omitted.
  • the main winding 16 consists of a plurality of axially juxtaposed and radially superposed turns of the coil wire, which is the same winding wire, as the coil wire of the start winding 14.
  • the coil wire is coated with a so-called baked enamel or adhesive coating.
  • the main winding 16 extends to the vicinity of the second end of the central coil portion 1 1 and is also wound on the middle coil portion 1 1 surrounding insulating layer 12.
  • the end of the main winding 16 lies on the radially outer circumference of the main winding 16 and is guided there as a second connecting wire 17 to a structurally predetermined location on the outer circumference of the main winding 16, where the coil wire forms a consisting of a plurality of windings end winding 18, the Main winding 16 surrounds.
  • the second free end 19 of the three coil wires and the two connecting wires forming winding wire is thus located on the radially outer periphery of the end winding 18.
  • the end winding may also be arranged symmetrically to the start winding. In this case, it does not surround the main winding, but is located in the region of the second axial end of the central coil section and thus axially adjacent to the main winding.
  • the basic principle is the same in both variants, since only one wire is used in this variant as well. Which arrangement of start, main and end winding you choose depends in particular on the existing installation space and possible specifications of the position of the contacts.
  • End winding 18 each with shown in Fig. 2 contacts 20, 20 'a electrical supply by welding or soldering electrically connected.
  • the other end of the contacts 20, 20 ' is connected to electrical leads, not shown here.
  • these tongues 22, 22 ' are provided with a groove-shaped depression 24, which has a substantially V-shaped cross section, in a fastening region, which is enlarged in FIG. 3 and shown in section.
  • This V-shaped groove extends longitudinally with respect to the tongue 22 or 22 ', and thus parallel to the turns of the start-up or development 14, 18 (see Figures 2 and 3).
  • the groove-like recess 24 in the attachment region of the contacts although a V-shaped cross section, a U-shaped cross-section, any other channel shapes or a simple crater-like depression are also conceivable.
  • the possibly pre-heated mounting portion of the tongue 22 of the contact 20 is pressed radially onto the end winding 18, wherein the groove-shaped recess 24 comes to rest with its lowest point on the outer turns of the end winding 18.
  • the radial contact pressure is indicated in Figure 3 by arrows F.
  • a laser beam 40 is directed into the V-shaped recess.
  • the thin copper sheet of the tongue 22 is heated in the region of the recess 24. Due to the "bundling" of the laser beam through the side walls of the channel-shaped Deepening results in a uniform heating and a uniform and predictable coupling of the laser beam 40.
  • the baked-enamel shell softens around the wires of those turns 27 which lie directly below the fastening region of the contact 20.
  • the attachment area thus penetrates between the turns by the action of contact pressure and laser beam 40 with the V-shaped tip in front, displacing the plasticized baked enamel. An uncontrolled caking of the wires together is avoided, and obtained by the plasticized and displaced enamel cover the desired stripping of the contacted wire.
  • solder joint can be prepared, in which case the pointing in the direction of the coil outside of the tongue 22 is coated in advance with a solder.
  • This solder is softened by the heat generated by the laser beam 40 and in principle also bonds with the wires of the winding to be contacted, as described above for the uncoated tongue 22.
  • turns 27 are electrically contacted.
  • the above factors can be set to contact as many turns as required to maintain the electrical properties of the coil (e.g., impedance or total electrical resistance) within predetermined tolerances. For example, during the contacting process, one can electronically monitor the resistance or other electrical size of the coil, giving a signal to complete the welding or soldering process when a desired value is reached.
  • Both the position of the start winding 13 along the axis A on the central coil portion 1 1, as well as the position of the end winding 18 in the axial direction on the main winding 16 is arbitrary, so that this situation after the constructive boundary conditions of the later Application of the coil can judge, for example, the position of the electrical leads at the later mounting location of the coil is decisive.
  • the number of turns of the start winding 14 and the end winding 18 is calculated so that the electrical efficiency of both the start winding 14, and the end winding 18 is only within predetermined tolerances, so that the start winding 14 and the
  • Coil are insignificant. The electrical properties of the coil are thus determined almost exclusively by the main winding 16.
  • the device according to the invention may also assume other than the above-described embodiments.
  • the device may in particular have features that represent a combination of the respective individual features of the claims.

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Abstract

Eine Elektrische Spule mit einem Spulenkern (10); einer den Spulenkern (10) umgebenden, einen elektrisch leitenden Spulendraht aufweisenden Hauptwicklung (16); einer den Spulenkern (10) umgebenden, einen elektrisch leitenden Spulendraht aufweisenden Startwicklung (14); und einer den Spulenkern (10) umgebenden, einen elektrisch leitenden Spulendraht aufweisenden Endwicklung (18); zeichnet sich dadurch aus, dass der Spulendraht der Hauptwicklung (16), der Spulendraht der Startwicklung (14) und der Spulendraht der Endwicklung (18) von einem durchgehenden Wicklungsdraht gebildet sind und zumindest die Hauptwicklung (16), vorzugsweise auch die Startwicklung (14), unmittelbar auf den Spulenkern (10) gewickelt ist.

Description

Elektrische Spule
Die Erfindung betrifft eine elektrische Spule gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Kontaktierung einer Spule und eine Anordnung aus einer Spule und zwei Kontakten einer elektrischen Zuleitung.
Derartige Spulen sind hinreichend bekannt. Bei diesen bekannten Spulen werden die einzelnen Wicklungen, die Startwicklung, die Hauptwicklung und die Endwicklung separat voneinander auf einen Spulenkörper gewickelt und die jeweiligen Endabschnitte der einzelnen Wicklungen werden miteinander verlötet oder verschweißt. Diese Vorgehensweise ist fertigungstechnisch sehr aufwendig, und durch die Lötstellen beziehungsweise Schweißstellen enthält die gesamte Spulenanordnung potentielle Fehlerquellen, da in diesem Bereich Übergangswiderstände oder im Laufe der Lebensdauer einer derartigen Spulenanordnung auch Unterbrechungen des Stromflusses, beispielsweise durch aufgrund von mechanischen Schwingungen brechende Lötstellen, auftreten können. Zudem müssen die Wicklungen zum Teil über die Löt- beziehungsweise Schweißstellen gelegt werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße
Spule so auszugestalten, dass der Herstellungsprozess vereinfacht und die Fehleranfälligkeit des fertigen Produktes reduziert wird. Zudem soll die Spule möglichst einfach kontaktiert werden können. Dies ist bisher insbesondere dann schwierig, wenn Drähte mit einem Durchmesser von 50 μm oder weniger verwendet werden, da derart dünne Drähte sich aufgrund der ihnen fehlenden Steifigkeit nur schwer mit herkömmlichen Verfahren kontaktieren lassen. Sowohl die Herstellung der Spulen als auch deren Kontaktierung sollen im Übrigen auch bei einer Herstellung von großen Serien einfach, schnell und vor allem fehlerfrei realisierbar sein.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Durch das Vorsehen eines einzigen Wicklungsdrahtes für die
Hauptwicklung, die Startwicklung und die Endwicklung treten keine Verbindungsstellen zwischen den jeweiligen Wicklungen auf, wodurch sowohl der Fertigungsprozess vereinfacht und beschleunigt wird, als auch die Fehleranfälligkeit reduziert und damit die Lebensdauer der Spulenanordnung erhöht wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektrischen Spule sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorzugsweise ist zumindest die Hauptwicklung, vorzugsweise auch die Startwicklung, unmittelbar auf den Spulenkern gewickelt. Bei dieser Ausgestaltungsform kann auf einen zusätzlichen Spulenkörper verzichtet werden, sodass die Kosten für die Herstellung einer Spule sinken und auch die Baugröße der Spule in Radialrichtung verringert ist. Der Spulenkörper kann im Prinzip einen beliebigen Querschnitt haben, in Frage kommen insbesondere ein rechteckiger oder auch ein kreisrunder Querschnitt. Der Spulenkern ist dabei vorzugsweise mit Hilfe eines Gleitschleif-
Verfahrens bearbeitet (trowalisiert) worden, so dass seine Oberfläche frei von Graten und Unebenheiten ist.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn der Spulenkern zumindest im Bereich der Hauptwicklung mit einer vorzugsweise auf den Spulenkern aufgebrachten Isolationsschicht versehen ist, und wenn zumindest die Hauptwicklung, vorzugsweise auch die Startwicklung, auf die Isolationsschicht gewickelt ist. Das Vorsehen dieser Isolationsschicht erhöht die Zuverlässigkeit der Spulenanordnung, indem das Risiko reduziert ist, dass sich die den Wicklungsdraht umgebende Isolation am Spulenkern aufscheuert. Dabei nimmt die unmittelbar auf den Spulenkern aufgebrachte Isolationsschicht im Gegensatz zu einem im Stand der Technik vorgesehenen zusätzlichen Spulenkörper einen nur unbedeutenden zusätzlichen radialen Bauraum ein. Die Isolationsschicht kann aus einem um den Spulenkörper gewickelten geeigneten Isolierband bestehen. Vorzugsweise handelt es sich jedoch, insbesondere wenn die Spulen in größeren Serien gefertigt werden, um eine Polymerschicht, die mit Hilfe eines geeigneten Beschichtungs-Verfahrens auf den Spulenkern aufgebracht wird. Besonders gut eignet sich beispielsweise eine Parylene- Beschichtung, die durch eine chemische Gasphasenabscheidung erzeugt worden ist. Diese Art von Beschichtung zeichnet sich unter anderem durch ihre guten elektrischen Isolationseigenschaften auch bei sehr dünnen Schichten aus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umgibt die Endwicklung einen Abschnitt der Hauptwicklung. Dabei kann die Lage der Endwicklung auf der Hauptwicklung frei gewählt werden, sodass eine beliebige, nur von den Anforderungen der vorgesehenen Applikation der Spule bestimmte Position der Endwicklung gewählt werden kann. Zudem ermöglicht diese Anordnung ein vergleichsweise kompaktes Design.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform liegt sowohl die End- als auch die Startwicklung außenseitig von der mittigen Hauptwicklung. Diese Anordnung führt zu einer insgesamt flacheren Spule, was je nach vorhandenem Bauraum von Vorteil sein kann.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die jeweilige Anzahl der Windungen des Spulendrahts der Startwicklung und der Endwicklung so bemessen ist, dass die jeweilige elektrische Wirksamkeit der Startwicklung und der Endwicklung nach erfolgter Kontaktierung mit jeweiligen elektrischen Zuleitungen innerhalb vorgegebener Toleranzen liegt. Auf diese Weise kann die elektrische Wirksamkeit der gesamten Spule bei der Fertigung genau festgelegt und in einem vorgegebenen Toleranzbereich gehalten - A -
werden, sodass die Fertigungsqualität gegenüber herkömmlichen Fertigungsmethoden wesentlich verbessert ist.
Der Spulendraht ist wie üblich mit einem Lack beschichtet, und zwar vorzugsweise mit einem so genannten Backlack, das heißt mit einem Klebelack, dessen Klebewirkung durch Wärme aktiviert wird. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für sehr kleine Spulen, bei denen sehr dünner Draht verwendet wird, beispielsweise Draht mit einem Durchmesser im Bereich von weniger als 50 μm.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kontaktierung einer Spule, insbesondere einer Spule nach der Erfindung, wird ein erster, mit der Startwicklung zu verbindender Kontakt einer elektrischen Zuleitung mit zumindest einer äußeren Windung der Startwicklung elektrisch leitend verbunden, und ein zweiter, mit der Endwicklung zu verbindender Kontakt einer elektrischen Zuleitung wird mit zumindest einer äußeren Windung der Endwicklung elektrisch leitend verbunden.
Die Verbindung zwischen den Kontakten der elektrischen Zuleitung und der Start- bzw. der Endwicklung wird dabei gemäß der Erfindung durch Schweißen oder Löten hergestellt, wobei jeweils mehrere Windungen der Start- bzw. der Endwicklung elektrisch leitend mit den jeweiligen Kontakten der elektrischen Zuleitung verbunden werden können. Vorzugsweise wird dabei ein jeweils geeigneter Laser zum Schweißen oder Löten verwendet.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Kontakte der elektrischen Zuleitung jeweils in einem Befestigungsbereich eine Vertiefung auf, wobei beim Herstellen der Verbindung zunächst der Befestigungsbereich so auf die zu kontaktierende Wicklung aufgelegt wird, dass diese Vertiefung die Wicklung berührt, und anschließend ein Laserstrahl im Bereich der Vertiefung auf den Befestigungsbereich gerichtet wird. Diese Vertiefung ist vorzugsweise rinnenförmig, wobei ein V- oder U-förmiger Querschnitt sich als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Der Befestigungsbereich des Kontaktes kann aus einem einfachen Blech, beispielsweise einem Kupferblech, gebildet sein, welches mit dem V-förmigen oder einem U-förmigen Profil versehen ist, um die vorzugsweise rinnenförmige Vertiefung zu bilden. In diesem Fall handelt es sich bei der Verbindung dann um eine Schweißverbindung, da das Kupferblech direkt mit einem oder mehreren Spulendrähten verbunden wird. Um die notwendige hohe Temperatur (hier die Schmelztemperatur des Kupfers) zu erreichen, muss ein Laser mit entsprechend hoher Energiedichte verwendet werden.
Alternativ kann der Befestigungsbereich im Bereich seiner Vertiefung auch an seiner Außenseite, d.h. an der Seite, die in Richtung der Spule weist, mit einem Lot beschichtet sein, so dass mit Hilfe des Lasers eine Lötverbindung hergestellt wird. Dabei kann sowohl ein Hartlot, wie beispielsweise die unter dem Handelsnamen Silfos vertriebene Silber- Phosphor-Mischung, als auch ein Weichlot, wie beispielsweise Zinn, verwendet werden. Um die entsprechenden Temperaturen zu erzeugen, genügen Laser mit einer geringeren Energiedichte.
Während des Schweiß- oder Lötvorganges erwärmt sich das ggf. mit einem Lot beschichtete Blech, so dass die Lack- bzw. Backlackschicht, mit der die Drähte umhüllt sind, plastisch wird. Das Blech sinkt mit der vorzugsweise rinnenförmigen Vertiefung voran zwischen den Windungen der zu kontaktierenden Wicklung ein und verdrängt den plastifizierten Backlack. Es entsteht eine Schweiß- bzw. Lötverbindung zwischen dem mit einer Rinne versehenen Befestigungsbereich des Kontaktes und den Drähten der obersten Windungen der zu kontaktierenden Wicklung, über die die gewünschte elektrische Verbindung hergestellt wird. Die Qualität der Schweiß- bzw. Lötverbindung zwischen den Drähten der Spule und den Kontakten wird in erster Linie durch die Einkopplung des Laserstrahls in das Material bestimmt. Bei ungleichmäßigen Oberflächenstrukturen erhält man eine ungleichmäßige und kaum vorhersehbare Einkopplung. Durch die in dem Befestigungsbereich ausgebildete Vertiefung wird hier eine deutliche Verbesserung erzielt. Der in die Vertiefung gerichtete Laserstrahl wird an deren seitlichen Wänden reflektiert, so dass die Energie sich in einem genau definierten Bereich gleichmäßig verteilt. Eine besonders gute Kontaktierung erzielt man dabei mit einer rinnenförmigen Vertiefung. Diese kann grundsätzlich einen beliebigen Querschnitt besitzen. Als besonders vorteilhaft hat sich ein im wesentlich V-förmiges Profil erwiesen, ein U-förmiger Querschnitt ist ebenfalls denkbar.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Anzahl der mit dem jeweiligen Kontakt elektrisch leitend verbundenen Windungen so gewählt, dass die elektrischen Eigenschaften der gesamten Spule innerhalb vorgegebener Toleranzen liegen. Hierfür kann beispielsweise während des Schweißens oder Lötens eine elektrische Größe, wie beispielsweise der Widerstand, der Spule gemessen werden. Erreicht man den gewünschten Wert, wird der Laserstrahl unterbrochen, so dass das Fügeverfahren unterbrochen wird. Auf diese Weise kann die Spule so konfektioniert werden, dass die Startwicklung und die Endwicklung bezüglich der gesamten elektrischen Eigenschaften der Spule vernachlässigbar sind. Die elektrischen Eigenschaften der Spule werden somit nahezu ausschließlich durch die Hauptwicklung bestimmt.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der erste, mit der Startwicklung zu verbindende Kontakt der elektrischen Zuleitung mit zumindest einer unter den äußeren Windungen der Startwicklung liegenden Windung elektrisch leitend verbunden.
Weiter vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der zweite, mit der Endwicklung zu verbindende Kontakt der elektrischen Zuleitung mit zumindest einer unter den äußeren Windungen der Endwicklung liegenden Windung elektrisch leitend verbunden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Anordnung aus einer
Spule der beschriebenen Art und zwei Kontakten einer elektrischen
Zuleitung, wobei ein erster Kontakt mit der Startwicklung der Spule elektrisch leitend verbunden ist, und ein zweiter Kontakt mit der
Endwicklung der Spule elektrisch leitend verbunden ist: Beide Kontakte weisen jeweils in einem Befestigungsbereich eine vorzugsweise rinnenförmige Vertiefung auf, und diese Vertiefung sitzt jeweils zwischen den äußeren Windungen der Start- bzw. Endwicklung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren im Einzelnen:
- Fig. 1 : eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Spule,
- Fig. 2: eine perspektivische Darstellung einer Anordnung aus einer Spule und zwei Kontakten einer elektrischen Zuleitung, und - Fig. 3: eine schematische Darstellung eines Befestigungsbereiches eines Kontaktes beim Kontaktieren einer Spule.
Die Spule 1 weist einen Spulenkern 10 auf, der vorzugsweise aus einer Silizium-Eisen-Legierung (SiFe) oder einer Nickel-Eisen-Legierung (NiFe) besteht. Die Oberfläche des Spulenkernes ist mit einem Gleitschleifverfahren behandelt (trowalisiert), so dass keine Gratreste oder Unebenheiten verbleiben. Der Spulenkern 10 ist entlang der Spulenachse A mit einem mittleren Spulenabschnitt 1 1 versehen. Der mittlere Spulenabschnitt 1 1 ist an seinem Umfang mit einer Isolationsschicht 12 versehen, die von einem elektrisch isolierenden Klebeband gebildet ist, das auf den Umfang des mittleren Spulenabschnitts 1 1 aufgeklebt ist. Alternativ kann die Isolationsschicht 12 auch anderweitig aufgebracht sein, beispielsweise durch Beschichten oder Lackieren des mittleren Spulenabschnitts 1 1 , z.B. mit einer Parylene-Beschichtung, wie sie oben bereits erwähnt wurde. In den Figuren ist ein Spulenkern 10 mit einem rechteckigen Querschnitt dargestellt. Ein kreisförmiger oder ovaler Querschnitt ist jedoch ebenfalls denkbar. Die Isolationsschicht 12 kann im Übrigen auch weggelassen werden.
Im Bereich des ersten axialen Endes des mittleren Spulenabschnitts
1 1 ist auf die Isolationsschicht 12 eine mehrere Windungen eines elektrisch leitenden Spulendrahts umfassende Startwicklung 14 koaxial um die
Spulenachse A gewickelt. Das in der Figur gestrichelt gezeichnete erste freie Ende 13 des Spulendrahts liegt dabei am radial inneren Umfang der Startwicklung 14. Das andere Ende der Startwicklung 14 ist in Axialrichtung seitlich aus der Startwicklung 14 herausgeführt und bildet einen ersten Verbindungsdraht 15 zwischen der Startwicklung 14 und einer in Axialrichtung von dieser beabstandeten Hauptwicklung 16. Die Hauptwicklung 16 besteht aus einer Vielzahl von axial nebeneinander und radial übereinander gelegenen Windungen des Spulendrahts, der derselbe Wicklungsdraht ist, wie der Spulendraht der Startwicklung 14. Der Spulendraht ist mit einem so genannten Backlack oder Klebelack umhüllt. Die Hauptwicklung 16 erstreckt sich bis in die Nähe des zweiten Endes des mittleren Spulenabschnitts 1 1 und ist ebenfalls auf die den mittleren Spulenabschnitt 1 1 umgebende Isolationsschicht 12 gewickelt. Das Ende der Hauptwicklung 16 liegt auf dem radial äußeren Umfang der Hauptwicklung 16 und ist dort als zweiter Verbindungsdraht 17 zu einem konstruktiv vorgegebenen Ort am Außenumfang der Hauptwicklung 16 geführt, an welchem der Spulendraht eine aus einer Mehrzahl von Windungen bestehende Endwicklung 18 bildet, die die Hauptwicklung 16 umgibt. Das zweite freie Ende 19 des die drei Spulendrähte und die beiden Verbindungsdrähte bildenden Wicklungsdrahts ist folglich am radialen Außenumfang der Endwicklung 18 gelegen.
Gemäß einer in den Figuren nicht dargestellten Variante kann die Endwicklung auch symmetrisch zu der Startwicklung angeordnet sein. In diesem Fall umgibt sie also nicht die Hauptwicklung, sondern befindet sich im Bereich des zweiten axialen Endes des mittleren Spulenabschnittes und damit axial neben der Hauptwicklung. Das Grundprinzip ist bei beiden Varianten dasselbe, da auch bei dieser Variante nur ein einziger Draht verwendet wird. Welche Anordnung von Start-, Haupt- und Endwicklung man wählt, hängt insbesondere von dem vorhandenen Einbauraum und von eventuellen Vorgaben an die Lage der Kontakte ab. Nach Fertigstellung der Spule werden die Startwicklung 14 und die
Endwicklung 18 jeweils mit in Fig. 2 dargestellten Kontakten 20, 20' einer elektrischen Zuleitung durch Schweißen oder Löten elektrisch leitend verbunden.
Wie man in Fig. 2 sieht, enden die Kontakte 20, 20' jeweils in einer lang gestreckten flexiblen Zunge 22, 22', die aus einem dünnen Kupferblech besteht. Das andere Ende der Kontakte 20, 20' ist mit hier nicht dargestellten elektrischen Zuleitungen verbunden. Wichtig für die vorliegende Erfindung sind jedoch in erster Linie die Zungen 22, 22', über die der Kontakt mit der erfindungsgemäßen Spule hergestellt wird. Diese Zungen 22, 22' sind in einem Befestigungsbereich, der in Fig. 3 vergrößert und im Schnitt dargestellt ist, mit einer rinnenförmigen Vertiefung 24 versehen, die einen im Wesentliches V-förmigen Querschnitt besitzt. Diese V-förmige Rinne erstreckt sich in Bezug auf die Zunge 22 bzw. 22' in Längsrichtung, und damit parallel zu den Windungen der Start- bzw. Entwicklung 14, 18 (vgl. Fig. 2 und 3). Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die rinnenartige Vertiefung 24 in dem Befestigungsbereich der Kontakte zwar einen V-förmigen Querschnitt, ein U-förmiger Querschnitt, beliebige andere Rinnenformen oder eine einfache kraterähnliche Vertiefung sind jedoch ebenfalls denkbar.
Das Verfahren zum Herstellen der Verbindung zwischen der Startwicklung 14 bzw. der Endwicklung 18 und dem jeweils dazugehörigen Kontakt 20', 20 wird nachfolgend anhand der Endwicklung 18 beschrieben; es wird analog aber auch zur Kontaktierung der Startwicklung angewandt.
Zunächst wird der eventuell schon vorab erhitzte Befestigungsbereich der Zunge 22 des Kontaktes 20 radial auf die Endwicklung 18 gepresst, wobei die rinnenförmige Vertiefung 24 mit ihrem tiefsten Punkt auf den außen liegenden Windungen der Endwicklung 18 zu liegen kommt. Der radiale Anpressdruck ist in Figur 3 durch Pfeile F angedeutet. Wie in Figur 3 dargestellt, wird anschließend ein Laserstrahl 40 in die V-förmige Vertiefung gerichtet. Dadurch wird das dünne Kupferblech der Zunge 22 im Bereich der Vertiefung 24 erwärmt. Aufgrund der „Bündelung" des Laserstrahls durch die Seitenwände der rinnenförmigen Vertiefung erhält man eine gleichmäßige Erwärmung und eine gleichmäßige und vorhersehbare Einkopplung des Laserstrahles 40. Durch die auftretende Wärme erweicht die Backlack-Hülle um die Drähte derjenigen Windungen 27, die unmittelbar unter dem Befestigungsbereich des Kontaktes 20 liegen. Der Befestigungsbereich dringt somit durch die Wirkung von Anpressdruck und Laserstrahl 40 mit der V-förmigen Spitze voran zwischen die Windungen ein, wobei der plastifizierte Backlack verdrängt wird. Ein unkontrolliertes Verbacken der Drähte miteinander wird vermieden, und man erhält durch die plastifizierte und verdrängte Backlack- Hülle die gewünschte Abisolierung des kontaktierten Drahtes.
Mit dem geschilderten Verfahren kann auch eine Lötverbindung hergestellt werden, wobei dann die in Richtung der Spule weisende Außenseite der Zunge 22 im Vorfeld mit einem Lot beschichtet wird. Dieses Lot wird durch die von dem Laserstrahl 40 erzeugte Hitze weich und verbindet sich im Prinzip genauso mit den Drähten der zu kontaktierenden Wicklung, wie oben für die unbeschichtete Zunge 22 geschildert.
Je nach der Stärke des Anpressdruckes und je nachdem, wie lange der Laserstrahl 40 in die V-förmige Vertiefung 24 der Zunge 22 gerichtet wird, werden dabei mehr oder weniger Windungen 27 elektrisch kontaktiert. Die genannten Faktoren lassen sich dabei so einstellen, dass man genau so viele Windungen kontaktiert, wie es erforderlich ist, um die elektrischen Eigenschaften der Spule (z.B. die Impedanz oder den gesamten elektrischen Widerstand) innerhalb vorgegebener Toleranzen zu halten. So kann man beispielsweise während des Kontaktierungsvorganges den Widerstand oder eine andere elektrische Größe der Spule elektronisch überwachen, wobei ein Signal zur Beendigung des Schweiß- bzw. Lötvorganges gegeben wird, wenn ein gewünschter Wert erreicht ist.
Sowohl die Position der Startwicklung 13 entlang der Achse A auf dem mittleren Spulenabschnitt 1 1 , als auch die Lage der Endwicklung 18 in axialer Richtung auf der Hauptwicklung 16 ist frei wählbar, sodass sich diese Lage nach den konstruktiven Randbedingungen der späteren Anwendung der Spule richten kann, wobei dafür beispielsweise die Lage der elektrischen Zuleitungen am späteren Montageort der Spule maßgeblich ist.
Die Anzahl der Windungen der Startwicklung 14 und der Endwicklung 18 ist so kalkuliert, dass die elektrische Wirksamkeit sowohl der Startwicklung 14, als auch der Endwicklung 18 nur innerhalb vorgegebener Toleranzen liegt, sodass die Startwicklung 14 und die
Endwicklung 18 bezüglich der gesamten elektrischen Eigenschaften der
Spule unbedeutend sind. Die elektrischen Eigenschaften der Spule werden somit nahezu ausschließlich durch die Hauptwicklung 16 bestimmt.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

Claims

PATENTANSP RÜCH E
1. Elektrische Spule mit - einem Spulenkern (10);
- einer den Spulenkern (10) umgebenden, einen elektrisch leitenden Spulendraht aufweisenden Hauptwicklung (16);
- einer den Spulenkern (10) umgebenden, einen elektrisch leitenden Spulendraht aufweisenden Startwicklung (14); und
- einer den Spulenkern (10) umgebenden, einen elektrisch leitenden Spulendraht aufweisenden Endwicklung (18); dadurch gekennzeichnet,
- dass der Spulendraht der Hauptwicklung (16), der Spulendraht der Startwicklung (14) und der Spulendraht der Endwicklung (18) von einem durchgehenden Wicklungsdraht gebildet sind, und zumindest die Hauptwicklung (16), vorzugsweise auch die Startwicklung (14), unmittelbar auf den Spulenkern (10) gewickelt ist.
2. Elektrische Spule nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern (10) zumindest im Bereich der Hauptwicklung (16) mit einer vorzugsweise auf den Spulenkern (10) aufgebrachten Isolationsschicht (12) versehen ist, und dass zumindest die Hauptwicklung (16), vorzugsweise auch die Startwicklung (14), auf die Isolationsschicht (12) gewickelt ist.
3. Elektrische Spule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Isolationsschicht (12) um eine Beschichtung aus einem polymeren Beschichtungsmatehal handelt, die vorzugsweise mittels Gasphasenabscheidung auf den Spulenkern (10) aufgebracht ist.
4. Elektrische Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endwicklung (18) einen Abschnitt der Hauptwicklung (16) umgibt.
5. Elektrische Spule nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Anzahl der Windungen des Spulendrahts der Startwicklung (14) und der Endwicklung (18) so bemessen ist, dass die jeweilige elektrische Wirksamkeit der Startwicklung (14) und der Endwicklung (18) nach erfolgter Kontaktierung mit jeweiligen elektrischen Zuleitungen innerhalb vorgegebener Toleranzen liegt.
6. Verfahren zur Kontaktierung einer Spule, insbesondere einer Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein erster, mit einer Startwicklung (14) zu verbindender
Kontakt (20') einer elektrischen Zuleitung mit zumindest einer äußeren Windung der Startwicklung (14) elektrisch leitend verbunden wird, und bei welchem ein zweiter, mit einer Endwicklung (18) zu verbindender Kontakt (20) einer elektrischen Zuleitung mit zumindest einer äußeren Windung (27) der Endwicklung (18) elektrisch leitend verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung durch Schweißen oder Löten, vorzugsweise unter Verwendung eines Laserstrahles (40), hergestellt wird, wobei jeweils mehrere Windungen (27) der Start- bzw. der
Endwicklung (14; 18) elektrisch leitend mit den jeweiligen Kontakten (20, 20') der elektrischen Zuleitung verbunden werden.
7. Verfahren zur Kontaktierung einer Spule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (20, 20') der elektrischen Zuleitung jeweils in einem Befestigungsbereich (22, 22') eine Vertiefung (24), wobei beim Herstellen der Verbindung zunächst der Befestigungsbereich so auf die zu kontaktierende Wicklung (14, 18) aufgelegt wird, dass die Vertiefung (24) die Wicklung (14, 18) berührt, und anschließend ein Laserstrahl (40) im Bereich der Vertiefung (24) auf den Befestigungsbereich (22, 22') gerichtet wird.
8. Verfahren zur Kontaktierung einer Spule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (24) rinnenförmig ist und vorzugsweise ein im Wesentlichen V- oder U-förmiges Profil aufweist.
9. Verfahren zur Kontaktierung einer Spule nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbereich (22, 22') im Bereich seiner Vertiefung (24) auf seiner in Richtung der Spule weisenden Außenseite mit einem Lot beschichtet ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, mit der Startwicklung (14) zu verbindende
Kontakt (20') der elektrischen Zuleitung mit zumindest einer unter den äußeren Windungen der Startwicklung (18) liegenden Windung elektrisch leitend verbunden wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite, mit der Endwicklung (18) zu verbindende
Kontakt (20) der elektrischen Zuleitung mit zumindest einer unter den äußeren Windungen der Endwicklung (18) liegenden Windung elektrisch leitend verbunden wird.
12. Verfahren zur Kontaktierung einer Spule nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der mit dem jeweiligen Kontakt (20, 20') elektrisch leitend verbundenen Windungen (27) so gewählt wird, dass die elektrischen Eigenschaften der gesamten Spule innerhalb vorgegebener Toleranzen liegen.
13. Anordnung aus einer Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und zwei Kontakten (20, 20') einer elektrischen Zuleitung, wobei ein erster Kontakt (20') mit der Startwicklung (14) der Spule elektrisch leitend verbunden ist, und ein zweiter Kontakt (20) mit der Endwicklung (18) der Spule elektrisch leitend verbunden ist, beide Kontakte (20, 20') jeweils in einem Befestigungsbereich (22, 22') eine vorzugsweise rinnenförmige Vertiefung (24) aufweisen, deren im Querschnitt gesehener tiefster Punkt jeweils zwischen den äußeren Windungen der Start- bzw. Endwicklung sitzt.
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