WO2015007456A2 - Spulenanordnung, statoranordnung, elektrische maschine und verfahren zum herstellen eines stators - Google Patents

Spulenanordnung, statoranordnung, elektrische maschine und verfahren zum herstellen eines stators Download PDF

Info

Publication number
WO2015007456A2
WO2015007456A2 PCT/EP2014/063089 EP2014063089W WO2015007456A2 WO 2015007456 A2 WO2015007456 A2 WO 2015007456A2 EP 2014063089 W EP2014063089 W EP 2014063089W WO 2015007456 A2 WO2015007456 A2 WO 2015007456A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stack
sheet metal
coil
contour
stator
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/063089
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2015007456A3 (de
Inventor
Daniel Wolf
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
Publication of WO2015007456A2 publication Critical patent/WO2015007456A2/de
Publication of WO2015007456A3 publication Critical patent/WO2015007456A3/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/18—Windings for salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/26—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors consisting of printed conductors

Definitions

  • the invention relates to a coil arrangement with a coil winding.
  • the invention further relates to a stator arrangement for use with at least one coil arrangement according to one of claims 1 to 6 with a laminated core, an electric machine with a stator arrangement and a method for producing a stator arrangement or a rotor arrangement.
  • Electric machines are used today in a variety of applications. Small electric motors are used e.g. used in toys, electric tools or the like. However, larger electric machines are used e.g. also used as drive motors in electric vehicles or the like.
  • Electric machines usually have a stator and a rotor.
  • the stator refers to that part of the electrical machine which does not rotate, ie is static.
  • the term rotor designates that component of the electric machine which rotates, ie rotates.
  • the switchable poles of the electric machine on the rotor or the stator are produced by coil windings.
  • the coil windings can be wound around a metal core. If such coils are energized, an eddy current is produced in the metal core.
  • the coil windings In order to reduce these eddy currents, it is customary to arrange the coil windings on a laminated core which consists of individual sheet metal layers and has the same shape as that of the metal core. For the operation of the electrical machine, the coil windings, as already mentioned, energized, this leads to a heating of the coil windings and the laminated core.
  • a stator for an electric motor which has cooling fins on the sheets of the laminated core for cooling the laminated core.
  • winding the coil windings from conventional wire involves considerable expense.
  • care must be taken when winding to make optimum use of the space in the electrical machine.
  • the coil windings so the so-called winding heads outside the stator are not exactly defined with respect to their space.
  • the winding wire can not be deflected sharp-edged. This means that the space can not be filled completely, so has a low filling factor, whereby the efficiency of the electric machine is adversely affected.
  • a method has been proposed in DE 10 2010 020897 A1, in which a coil for a stator winding is produced by casting.
  • a stator winding produced by this method is shown as coil A2 in FIG. 13 of the present application.
  • the coil A2 of FIG. 13 is arranged on a stator B which, in addition to the coil A2, for illustration also has the coils A1 and A3.
  • the coil A2 is produced in the casting process with a so-called coil pre-geometry, similar to a mechanical spring, in which a greater distance is provided between the individual turns in order to be able to provide insulation between the turns. After the insulation has been applied, the individual turns of the coil A2 are pressed together to produce the coil end geometry.
  • an object of the present invention to provide a coil assembly, a stator assembly, an electric machine and a method of manufacturing a stator assembly or a rotor assembly to provide, which are easy to implement, inexpensive and flexible at the same time.
  • an object of the present invention a coil assembly, a stator assembly, an electric machine and a method of manufacturing a stator assembly or a rotor assembly to provide, which are easy to implement, inexpensive and flexible at the same time.
  • Stators arrangement and an electric machine to provide which has a high filling factor.
  • the present invention solves these objects in a coil arrangement with a coil winding, characterized in that the coil winding has a stack of at least two planar conductor tracks, which are arranged spirally, in the opposite direction of rotation around the center of the coil winding from inside to outside, wherein the at least two planar conductor tracks are arranged one above the other and are electrically coupled together.
  • the present invention also solves these problems in a
  • a stator assembly for use with at least one coil assembly according to any one of claims 1-6 comprising a laminated core in that the laminated core comprises a plurality of pole pieces and a retaining ring surrounding the pole pieces, the pole pieces being separable from the retaining ring, and wherein each of Pole shoes can be coupled mechanically with a coil arrangement according to one of the preceding claims 1 to 6.
  • the present invention also solves these objects in an electric machine having a stator assembly in that the stator assembly of the electric machine comprises a stator assembly according to any one of claims 7 to 11, and each of the pole pieces of the stator assembly comprises a coil assembly according to any one of claims 1 to 6 ,
  • the present invention solves these objects with a method for producing a stator arrangement or a rotor arrangement, with the steps of arranging in each case at least two planar conductor tracks in a stack of a respective coil winding, wherein the conductor tracks run helically in the opposite direction of rotation about the center of the respective coil winding are arranged circumferentially from the inside out, electrically interconnecting the at least two superposed conductor tracks in the respective coil winding, layers each of a plurality of substantially T-shaped sheets in a plurality of pole pieces, attaching a respective coil windings on each of the pole pieces, layers of a plurality of sheet metal rings to a the plurality of pole pieces enclosing retaining ring, and fixing the pole shoes on the retaining ring.
  • the tracks may be e.g. in the form of printed conductors on a solid support, e.g. A printed circuit board or a PCB ("Printed Circuit Board") or on films by etching, laser cutting or the like or also freestanding in the form of punched screens by punching or laser cutting be formed Therefore, a coil assembly according to the present invention very quickly and with a higher degree of automation than a conventionally wound coil.
  • the geometric dimensions of the individual conductor tracks can be specified and defined very precisely. This makes it possible to use a coil arrangement for e.g. to produce an electric machine having a high groove filling factor.
  • an electric machine e.g. a linear motor constructed with a stator assembly according to any one of claims 7-11 and a plurality of coil assemblies according to any one of claims 1-6
  • the modular construction provided by the present invention enables a high degree of automation in the manufacture of the present invention electric machine.
  • a coil arrangement is to be understood as meaning any arrangement of electrical conductors.
  • a coil arrangement is characterized by a corresponding inductance.
  • a coil winding designates a winding of a coil arrangement, wherein the coil winding has a stack of at least two conductor tracks.
  • strip conductors in the context of this patent application can be used as a stamped grid, as on a support, e.g. a film, applied conductor tracks or the like may be formed.
  • a support e.g. a film, applied conductor tracks or the like may be formed.
  • conductor track is to be understood as meaning electrically conductive structures that can form a coil around a pole piece.
  • a stator arrangement in the context of this application on the one hand designates the stator of an electrical machine.
  • a stator arrangement may also designate the rotor of an electric machine if the type of rotor is designed such that it carries the coil windings of the respective electric machine. This is the case, for example, in the case of a rotor of a separately excited synchronous machine.
  • laminated core is to be understood in the context of this application, a plurality of sheets, which together form the stator.
  • a "pole piece” is to be understood as meaning a single component of the stator arrangement which is designed mechanically and geometrically in such a way that it can be mechanically coupled to a retaining ring of the stator arrangement and can accommodate a coil arrangement.
  • a retaining ring means a ring which is arranged such that inside the individual pole pieces can be arranged to form the stator assembly.
  • the pole shoes and the retaining ring are formed as separate elements, which can be connected to each other, for example via a rivet.
  • the first trace and the last trace of the stack at each end electrically coupled to one pole of an electrical power supply and / or the traces of the stack at that end which is not coupled to one pole of the electrical power supply, each with the next Conductor of the stack electrically coupled.
  • this makes possible a simple electrical contacting of the individual stacks or coil windings.
  • the ends of the individual tracks may be e.g. be connected by soldering, crimping, riveting or welding to a cable or other power supply or to other interconnects.
  • an insulation is arranged between each of the interconnects, which isolates the interconnects electrically from one another, the insulation having a recess at the ends of the respective interconnects.
  • the recess allows the electrical contacting of the individual interconnects with each other.
  • the insulation ensures that no short circuit occurs between individual tracks.
  • the insulation can e.g. be designed as a varnish, which is applied by a dipping or spraying process.
  • paper layers or a film adhesive may be provided, which are arranged between the individual conductor tracks.
  • the interconnects are made wider over the height of the stack from a first width to a second width, the interconnects becoming so thin in proportion to the width that the conductor cross section of the interconnects remains unchanged.
  • additional turns are arranged in the printed conductors from the beginning to the end of the stack in discrete steps. In this way, the cavity between the pole shoes can be optimally utilized. the, since the outwardly increasing cavity is filled by the additional turns and / or the wider conductor tracks. As a result, the power density of the electric machine can be increased.
  • a protective device is arranged, which the
  • Coil arrangement at least partially surrounds and / or is adapted to couple the first conductor track and the last trace of the stack with one of the poles of the electrical power supply.
  • the protective device may be formed as a plastic cover, which prevents the coil from damage when plugging the coil u.U. sharp-edged, consisting of sheets of pole shoes protects.
  • the plastic cover may additionally or alternatively have a kind of plug, via which the conductor tracks of the coil winding can be contacted electrically.
  • a corresponding electrically contacted plug receptacle may be provided on the retaining ring of the stator arrangement, which electrically contacts the coil arrangement when the pole piece is attached to the coil arrangement.
  • the plug receptacle may be formed on the retaining ring such that it mechanically fixes the pole pieces to the retaining ring.
  • the retaining ring is formed as a stack of sheet metal rings, the sheet metal rings alternately having a first annular contour and a second annular contour, wherein the first annular contour distributed evenly over the circular path of the metal rings has a first number of holes, and wherein the second annular contour at those locations at which the first contour has bores, recesses.
  • the pole shoes are expediently designed as a stack of essentially T-shaped metal sheets, wherein the metal sheets alternately have a first sheet metal contour and a second sheet metal contour, wherein the first sheet metal contour has a shortened one vertical portion of the T-shape, and wherein the second contour at the lower end of the vertical portion of the T-shape has a bore.
  • the pole pieces can be easily coupled in this way with a corresponding retaining ring.
  • an adhesive can be applied, which is designed to connect the sheet metal rings of the retaining ring dimensionally stable with each other and / or to connect the T-shaped plates of the pole pieces dimensionally stable.
  • the adhesive may be formed as an electrically insulating adhesive. This allows a very simple construction of the retaining ring or T-shaped sheets.
  • the adhesive may e.g. be formed as a film adhesive, the e.g. is activated by hot pressing.
  • the pole pieces are arranged in the sheet metal rings, that in each case the lower end of the vertical region of the T-shape of the second sheet metal contours in the recesses of the sheet metal rings is arranged with the second contour and in each case a rivet in the bores of the sheet metal rings of the first contour and the Holes of the T-shaped sheets of the second contour and which is adapted to fix the pole pieces to the sheet metal rings. If the comb-like structures of the retaining rings and the comb-like structures of the pole shoes are in each case joined together and then fixed with a rivet, a very stable mechanical connection is formed.
  • FIG. 1 is an illustration of a coil assembly according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic view of two conductor tracks according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a block diagram of a coil arrangement according to a third
  • Fig. 5 is a schematic view of a stack according to a fourth
  • Fig. 6 is a schematic view of a stack according to a fifth
  • FIG. 7 is an illustration of a stator assembly according to a sixth
  • Fig. 8 is a schematic view of a sheet metal ring according to a seventh
  • FIG. 9 is a schematic view of a sheet metal ring according to an eighth
  • FIG. 10 is a schematic view of an electric machine according to a ninth embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 1 is a flowchart of a method according to a tenth
  • Fig. 13 shows three known coils and a known stator.
  • Fig. 1 shows an illustration of a coil assembly according to a first embodiment of the present invention.
  • a coil arrangement 1 of FIG. 1 has a coil winding 2, which consists of a stack 3 of two conductor tracks 4-1, 4-2.
  • the interconnects 4-1 and 4-2 are arranged one above the other and extend in the opposite direction of rotation spirally around the center 5 of the coil winding 2.
  • the center 5 is the geometric center 5 of the coil winding second
  • the center point 5 may be any point of the coil winding 2.
  • the center point 5 does not necessarily have to identify the geometric center 5 of the coil winding; instead, the center point 5 marks an arbitrary point within the coil winding 2 around which the conductor tracks can run. The tracks must only be able to form turns around this point.
  • the printed conductors 4-1 and 4-2 of Fig. 1 are formed as a punched grid, which e.g. be produced by punching or laser cutting.
  • the stamped grid may consist in particular of copper sheet or other light metals. This makes it possible to reduce the weight of the coil assembly 1.
  • the printed conductors 4-1 and 4-2 can also be formed as printed conductors 4-1, 4-2 on solid carrier plates or on films which can be produced by printing or by etching.
  • the printed conductors 4-1 and 4-2 of FIG. 1 have two different shapes. In this case, the conductor tracks 4-1 and 4-2 in each case run spirally around the center 5 of the coil arrangement 1. However, the two interconnects 4-1 and 4-2 have an opposite direction of rotation.
  • FIG. 2 shows a schematic view of two conductor tracks 4-1, 4-2 according to a second embodiment of the present invention.
  • the tracks 4-1, 4-2 are equal in size from their geometric dimensions.
  • the printed conductors 4-1, 4-2 can therefore be arranged exactly one above the other in a stack 3.
  • the interconnects 4-1, 4-2 of FIG. 2 each have a different direction of rotation.
  • the ends of the tracks 4-1, 4-2 are marked for better clarity in each case with a circle.
  • the conductor tracks 4-1, 4-2 are stacked on top of one another and electrically coupled to each other at one end.
  • the outer ends of the outermost interconnects 4-1, 4-2 of a stack 3 are coupled to an electrical power supply 7.
  • the tracks 4-1, 4-2 are therefore electrically coupled together at their inner ends. This results in a continuous conductor winding, which begins at the outer end of the conductor 4-1, continues up to its inner end, where the conductor 4-1 is electrically coupled to the conductor 4-2. In this way, the conductor winding continues in the conductor 4-2 and ends at the outer end.
  • FIG. 2 is merely one possible embodiment. Be used in other applications coil windings 2 with multiple turns, can the number of turns can be increased by providing further strip conductors 4-1, 4-2 between the outermost strip conductors 4-1, 4-2 of a stack. Such an embodiment is shown for example in FIG. 4.
  • the electrical contact between the individual interconnects 4-1, 4-2 can e.g. by means of a welding process, e.g. an electrode welding method or a laser welding method. Other methods, such as e.g. Soldering or gluing with conductive adhesive are also possible.
  • a welding process e.g. an electrode welding method or a laser welding method.
  • Other methods such as e.g. Soldering or gluing with conductive adhesive are also possible.
  • the method for making electrical contact can be designed such that the insulation 8, e.g. is thermally destroyed in the welding process.
  • FIG. 3 shows an exploded view of the coil arrangement 1 from FIG. 1 with further insulation 8.
  • the coil arrangement 1 from FIG. 3 is based on the coil arrangement 1 of FIG. 1 and furthermore has an insulation 8 between the individual conductor tracks 4-1, 4-2 and over the upper conductor track 4-2.
  • the insulation 8 of FIG. 3 consists of paper layers, which are placed between the conductor tracks 4-1, 4-2 and on the conductor track 4-2.
  • the insulation 8 each have recesses at those points at which the interconnects 4-1, 4-2 must be electrically contacted with each other or with an electrical power supply 7.
  • the insulation 8 between the interconnects 4-1, 4-2 has a recess at the inner ends of the interconnects 4-1, 4-2.
  • the insulation 8 may be formed in other embodiments as a paint, which is applied by a dipping or spraying process on the tracks 4-1, 4-2.
  • a film adhesive can be used as an insulation 8, which simultaneously enables a mechanical coupling of the individual interconnects 4-1, 4-2 with each other.
  • 4 shows a block diagram of a coil assembly 1 according to a third embodiment of the present invention.
  • the coil arrangement 1 of FIG. 4 is based on the coil arrangement 1 of FIG. 1 and differs therefrom in that eight conductor tracks 4-1 - 4-8 are provided, which are arranged one above the other. Between the individual interconnects 4-1 - 4-8, an insulation 8 is provided in each case, wherein for the sake of clarity, only the uppermost insulation 8 is provided with a reference numeral.
  • the top conductor 4-1 and the bottom conductor 4-8 are each coupled to a pole 6-1, 6-2 of an electrical power supply 7, which supplies the coil assembly 1 with electrical energy.
  • the individual interconnects 4-1 - 4-8 of the coil assembly 1 each have alternating directions of rotation in opposite directions.
  • the electric power supply 7 of Fig. 4 is shown as an AC power source 7, which supplies the coil assembly 1 with electrical energy.
  • the AC power source 7 may be e.g. be realized by a mechanical commutator. However, the AC power source 7 may also be formed by a suitable for driving a coil assembly 1 inverter. Depending on the application, further embodiments of the electrical power supply 7 are possible.
  • Fig. 5 shows a stack 3 according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the stack 3 of FIG. 5 is shown in a side view and has a trapezoidal outer shape.
  • the narrow side of the trapezoid is arranged on the upper side of the stack 3.
  • the stack 3 five tracks 4-1 - 4-5 are arranged, which are continuously wider and thinner from top to bottom.
  • the interconnects 4-1 - 4-5 are in particular designed such that the conductor cross-section of the interconnects 4-1 - 4-5 is the same for each of the interconnects. Due to the trapezoidal shape of the stack 3, the stack 3 can for example be exactly adapted to the groove between two pole pieces 13, 13-1 - 13-12 of a stator and fill the cavity between two pole pieces 13, 13-1 - 13-12 optimally. In this way, a high filling factor for the stator is possible.
  • the maximum current with which the individual tracks 4-1 - 4-5 can be charged the same. If only the width of the tracks 4-1 - 4-5 increased from top to bottom, but their thickness was not adjusted, the lower of the tracks 4-1 - 4-5 could cause a larger current than the top. If such a stack 3 but loaded with such a current, the upper interconnects 4-1 - 4-5 would be destroyed. However, if such a stack is only loaded with a low current which does not destroy the upper conductor tracks 4-1 - 4-5, the additional material on the lower conductor tracks 4-1 - 4-5 is superfluous.
  • Fig. 6 shows a stack 3 according to a fifth embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 shows another way to exploit the groove between two pole pieces 13, 13-1 - 13-12 of a stator as efficiently as possible.
  • the stack 3 of Fig. 6 is also shown in a side view and has a trapezoidal outer shape.
  • the narrow side of the trapezoid is also arranged on the upper side of the stack 3.
  • the stack 3 seven printed conductors 4-1 - 4-7 are arranged, which are continuously wider from top to bottom, but have the same thickness.
  • the first interconnects 4-1 is the narrowest and the interconnects 4-2 - 4-7 are wider in each case in two pairs.
  • the individual interconnects 4-2 - 4-7 are not widened by the fact that the material of the interconnects 4-2 - 4-7 is formed wider. Rather, the interconnects 4-2 - 4-7 widened by the fact that more turns in the individual interconnects 4-2 - 4-7 are provided. Due to the arrangement of the further turns in the individual interconnects 4-2 - 4-7, all interconnects 4-2 - 4-7 have the same current carrying capacity and the cavity between two pole pieces can still be optimally utilized.
  • Fig. 7 shows a stator assembly 10 according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the stator assembly 10 in Fig. 7 has a laminated core 12, which consists of a retaining ring 14 and twelve pole pieces 13-1 - 13-12.
  • the retaining ring 14 has a plurality of (not shown separately) metal rings 15.
  • the pole pieces 13-1 - 13-12 each have a plurality of T-shaped sheets 18.
  • the pole pieces 13-1 - 13-12 further each have a coil assembly 1 -1 - 1 -12 according to the present invention.
  • Fig. 7 is further shown that the pole pieces 13-1 - 13-12 are detachably formed by the retaining ring 14.
  • a rivet 24 is provided in each case, which is inserted into a bore which is provided in each of the sheets of the pole pieces 13-1 - 13-12 and the sheet metal rings of the retaining ring 14.
  • the pole shoes 13-1 - 13-12 are separable or detachable from the retaining ring 14, so that the closed coil assemblies 1 -1 - 1 -12 can be arranged on the respective pole pieces 13-1 - 13-12 before the pole pieces 13 -1 - 13-12 be connected to the retaining ring 14.
  • Fig. 8 shows a sheet metal ring 15 according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the sheet metal ring 15 has a first annular contour 1 6, in which at regular intervals distributed over the ring holes 22 are arranged. In this case, the first annular contour 1 6 further on each bore 22, a thickening of the metal ring 15 inwards.
  • FIG. 8 further shows twelve T-shaped sheets 18 with a first sheet metal contour 19.
  • the first sheet metal contour 19 is designed such that the vertical portion 21 of the T-shape is shortened. In this case, the vertical region 21 of the T-shape is shortened such that it can be added to the thickenings of the sheet metal ring 15 in a form-fitting manner. For clarity, only one of the T-shaped plates 18 is provided with a reference numeral.
  • Fig. 9 also shows a sheet metal ring 15 according to an eighth embodiment of the present invention.
  • the sheet metal ring 15 of FIG. 9 is similar to the sheet metal ring 15 of FIG. 8, but has a second ring contour 17.
  • the second ring contour 17 has at the points at which the first annular contour 1 6, the holes 22, no holes 22 or thickening.
  • the second ring contour 17 has at these points rather recesses, in which the vertical region 21 of the T-shape of the T-shaped sheets 18 of a second sheet metal contour 20 can insert.
  • Fig. 9 also T-shaped plates 19 are shown with a second sheet metal contour 20.
  • the second sheet metal contour 20 has a non-shortened vertical region 21, at the end of which there is in each case a bore.
  • the retaining ring 14 can be constructed from a plurality of sheet metal rings 15.
  • alternating metal rings of the first ring contour 1 6 and the second ring contour 17 are strung together.
  • the ring contours 16 and 17 is formed at those points at which the first ring contour 1 6, the holes 22, a comb-like structure, in each of which the non-shortened vertical portions 21 of the T-shaped sheets 18 engage with the second sheet metal contour 20 can when inserted into the retaining ring 14.
  • the T-shaped sheets 18 can then be mechanically coupled to the retaining ring 14.
  • 10 shows an electric machine according to a ninth embodiment of the present invention.
  • the electric machine 30 of FIG. 10 has a stator assembly 10.
  • the stator assembly 10 has a retaining ring 14, on which eight pole pieces 13-1 - 13-8 are arranged at equal intervals, each having a coil arrangement according to the invention 1 -1 - 1 -8. For the sake of clarity, only the pole piece 13-1 is provided with a reference numeral.
  • the electric machine 30 further has a rotor 31 which is rotatably arranged on an axis 32.
  • FIG. 11 shows a flowchart of a method according to a tenth embodiment of the present invention.
  • a first step S1 the method provides for arranging in each case at least two planar interconnects 4-1-4-8 in a stack 3 of a respective coil winding 2, the interconnects 4-1-4-8 spiraling in the opposite direction of rotation are arranged circumferentially around the center 5 of the respective coil winding 2 from the inside to the outside.
  • a second step S2 the at least two superposed conductor tracks 4-1 - 4-8 are electrically coupled together in the respective coil winding 2.
  • a third step S3 provides for laminating a plurality of substantially T-shaped sheets in a plurality of pole pieces 13, 13-1 - 13-12, respectively.
  • a respective coil winding 2 is plugged onto each of the pole shoes 13, 13-1 - 13-12.
  • a fifth step S5 provides for laminating a plurality of sheet metal rings 15 to a retaining ring 14 enclosing the plurality of pole pieces 13, 13-1 - 13-12. Finally, in a sixth step S6, the pole shoes 13, 13-1 - 13-12 are fixed to the retaining ring 14.
  • Fig. 12 is a flowchart of a method according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 12 is based on the method of FIG. 11 and has the further steps S7 to S1 1.
  • the step S7 is performed before the step S3 and provides that in each case one end of the first interconnect 4-1 - 4-8 and the last interconnect 4-1 - 4-8 of the stack 3, each with a pole 6-1, 6th -2 of an electrical power supply 7 is coupled and that the tracks 4-1 - 4-8 of the stack 3 at that end which is not coupled to a pole 6-1, 6-2 of the electrical power supply 7, each with the next trace 4-1 - 4-8 of the stack 3 are coupled.
  • the step S8 is performed before the step S1 and provides the attachment of an insulation 8 between each two tracks 4-1 - 4-8, which electrically isolate the tracks 4-1 - 4-8 from each other, the insulation 8 at the ends the respective interconnects 4-1 - 4-8 has a recess.
  • the step S9 is also performed before the step S1 and provides that additional turns in the tracks 4-1 - 4-8 are provided from the beginning to the end of the stack 3 in discrete steps, or that the tracks 4-1 - 4- 8 are made wider across the height of the stack 3 from a first width to a second width, wherein the interconnects 4-1 - 4-8 are so thin in proportion to the width that the conductor cross-section of the interconnects 4-1 - 4-8 remains unchanged.
  • the step S10 is performed after the step S2 and provides the attachment of a protective device 9 to each of the coil assemblies 1, 1 -1 - 1 -12, which at least partially surrounds the respective coil assembly 1, 1 -1 - 1 -12, wherein the Protective device 9 may further be configured to couple the first interconnect 4-1 - 4-8 and the last interconnect 4-1 - 4-8 of the stack 3 to one of the poles 6-1, 6-2 of the electrical power supply 7.
  • step S1 1 is provided as a subordinate step S1 1 of step S5 and provides for arranging sheet metal rings 1 5 in the retaining ring 14, which alternately have a first ring contour 1 6 and a second ring contour 17, wherein the first ring contour 16 evenly over the circular path of the metal rings 15 has distributed bores 22, wherein the second annular contour 17 at those points at which the first annular contour has 1 6 holes 22, recesses.
  • Fig. 13 shows three known coils A1, A2 and A3 and a known stator B.
  • the coils A1-A3 of FIG. 13 are arranged side by side on the stator B to illustrate the differences.
  • the coil A1 is a conventional coil A1 wound from wire.
  • the coil A2 represents a coil, as with the method of
  • the coil A3 finally shows a coil in which the turns are not stacked flat over each other, but in which the turns are wound flat around the pole piece of the stator.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spulenanordnung mit einer Spulenwicklung, wobei die Spulenwicklung einen Stapel aus mindestens zwei ebenen Leiterbahnen aufweist, welche spiralförmig, in gegensinniger Umlaufrichtung um den Mittelpunkt der Spulenwicklung von innen nach außen umlaufend angeordnet sind, wobei die mindestens zwei ebenen Leiterbahnen übereinander angeordnet sind und elektrisch miteinander gekoppelt sind. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Statoranordnung, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen eines Stators.

Description

Spulenanordnunq, Statoranordnunq, elektrische Maschine und
Verfahren zum Herstellen eines Stators
Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung mit einer Spulenwicklung. Die Erfindung betrifft ferner eine Statoranordnung zur Verwendung mit mindestens einer Spulenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 - 6 mit einem Blechpaket, eine elektrische Maschine mit einer Statoranordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer Statoranordnung oder einer Rotoranordnung.
Elektrische Maschinen werden heute in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Kleine Elektromotoren werden z.B. in Spielzeug, elektrischen Werkzeugen oder dergleichen eingesetzt. Größere elektrische Maschinen werden aber z.B. auch als Antriebsmotoren in Elektrofahrzeugen oder dergleichen eingesetzt.
Elektrische Maschinen weisen dabei üblicherweise einen Stator und einen Rotor auf. Dabei bezeichnet der Stator denjenigen Bestandteil der elektrischen Maschine, welcher sich nicht dreht, also statisch ist. Der Begriff Rotor bezeichnet denjenigen Bestandteil der elektrischen Maschine, welche sich dreht, also rotiert.
Je nach Art der elektrischen Maschine, z.B. Drehmotor oder Linearmotor, sowie dessen Bauweise, z.B. Synchron-, Asynchron- bzw. Reluktanzmotor, werden die schaltbaren Pole der elektrischen Maschine an dem Rotor oder dem Stator durch Spulenwicklungen hergestellt.
Die Spulenwicklungen können dabei um einen Metallkern gewickelt werden. Werden solche Spulen bestromt, entsteht in dem Metallkern ein Wirbelstrom.
Um diese Wirbelströme zu reduzieren, ist es üblich, die Spulenwicklungen auf einem Blechpaket anzuordnen, welches aus einzelnen Blechlagen besteht und die gleiche Form aufweist, die auch der Metallkern aufweist. Zum Betrieb der elektrischen Maschine werden die Spulenwicklungen, wie bereits erwähnt, bestromt, dies führt zu einer Erwärmung der Spulenwicklungen und des Blechpakets.
Aus der DE 10 2009 003 058 A1 ist ein Stator für einen Elektromotor bekannt, der zur Kühlung des Blechpakets Kühlrippen an den Blechen des Blechpakets aufweist.
Bei der Herstellung einer elektrischen Maschine bedeutet das Wickeln der Spulenwicklungen aus herkömmlichem Draht einen erheblichen Aufwand. Insbesondere muss beim Wickeln darauf geachtet werden, den Bauraum in der elektrischen Maschine möglichst optimal auszunutzen. Ferner sind die Spulenwicklungen, also die sogenannten Wickelköpfe außerhalb des Stators bezüglich deren Bauraum nicht exakt definiert. Insbesondere ist nachteilig, dass der Wickeldraht nicht scharfkantig umgelenkt werden kann. Dies führt dazu, dass der Bauraum nicht lückenlos gefüllt werden kann, also einen niedrigen Füllfaktor aufweist, wodurch die Effizienz der elektrischen Maschine negativ beeinflusst wird.
Um einen besseren Füllfaktor zu erreichen ist in der DE 10 2010 020897 A1 ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei welchem eine Spule für eine Statorwicklung gießtechnisch hergestellt wird. Eine mit diesem Verfahren hergestellte Statorwicklung wird in Fig. 13 der vorliegenden Anmeldung als Spule A2 gezeigt. Die Spule A2 der Fig. 13 ist auf einem Stator B angeordnet, welcher neben der Spule A2 zur Veranschaulichung auch die Spulen A1 und A3 aufweist. Die Spule A2 wird dabei im Gießverfahren mit einer sog. Spulenvorgeometrie hergestellt, ähnlich einer mechanischen Feder, bei der zwischen den einzelnen Windungen ein größerer Abstand vorgesehen ist, um zwischen den Windungen eine Isolation anbringen zu können. Nachdem die Isolation angebracht wurde, werden die einzelnen Windungen der Spule A2 zusammengepresst um so die Spulenendgeometrie herzustellen.
Nachteilig dabei ist der große Aufwand für die Herstellung der Statorwicklung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Spulenanordnung, eine Statorenanordnung, eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Statorenanordnung oder einer Rotoranordnung bereitzustellen, welche einfach zu implementieren, kostengünstig und gleichzeitig flexibel einsetzbar sind. Darüber hinaus ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spulenanordnung, eine
Statorenanordnung und eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, welche einen hohen Füllfaktor aufweist.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgaben bei einer Spulenanordnung mit einer Spulenwicklung, dadurch, dass die Spulenwicklung einen Stapel aus mindestens zwei ebenen Leiterbahnen aufweist, welche spiralförmig, in gegensinniger Umlaufrich- tung um den Mittelpunkt der Spulenwicklung von innen nach außen umlaufend angeordnet sind, wobei die mindestens zwei ebenen Leiterbahnen übereinander angeordnet sind und elektrisch miteinander gekoppelt sind.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgaben ebenfalls bei einer
Statoranordnung zur Verwendung mit mindestens einer Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, mit einem Blechpaket, dadurch, dass das Blechpaket eine Vielzahl von Polschuhen und einen die Polschuhe umschließenden Haltering aufweist, wobei die Polschuhen von dem Haltering trennbar ausgebildet sind, und wobei jeder der Polschuhe mechanisch mit einer Spulenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6 koppelbar ist.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgaben ebenfalls bei einer elektrischen Maschine mit einer Statoranordnung, dadurch, dass die Statoranordnung der elektrischen Maschine eine Statoranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 aufweist und jeder der Polschuhe der Statoranordnung eine Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgaben schließlich auch mit einem Verfahren zum Herstellen einer Statoranordnung oder einer Rotoranordnung, mit den Schritten Anordnen von jeweils mindestens zwei ebenen Leiterbahnen in einem Stapel jeweils einer Spulenwicklung, wobei die Leiterbahnen spiralförmig, in gegensinniger Umlaufrichtung um den Mittelpunkt der jeweiligen Spulenwicklung von innen nach außen umlaufend angeordnet sind, elektrisch miteinander Koppeln der mindestens zwei übereinander angeordneten Leiterbahnen in der jeweiligen Spulenwicklung, Schichten jeweils einer Vielzahl von im wesentlichen T-förmigen Blechen in einer Vielzahl von Polschuhen, Aufstecken jeweils einer Spulenwicklungen auf jedem der Polschuhe, Schichten einer Vielzahl von Blechringen zu einem die Vielzahl von Polschuhen umschließenden Haltering, und Fixieren der Polschuhe an dem Haltering.
Vorteile hierbei sind unter anderem, dass die Herstellung von Leiterbahnen ein bekannter Prozess ist, der leicht zu steuern und hochautomatisiert, effizient und kostengünstig durchzuführen ist. Die Leiterbahnen können z.B. in Form von Leiterbahnen auf einen festen Träger, z.B. einer Leiterplatte oder einem PCB („Printed Circuit Board") oder auf Folien durch Ätzen, Laserschneiden oder dergleichen bzw. auch freistehend in Form von Stanzgittern durch Stanzen oder Laserschneiden ausgebildet sein. Daher kann eine Spulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sehr schnell und auch mit einem höheren Automatisierungsgrad hergestellt werden als eine herkömmlich gewickelte Spule.
Ferner können mit Hilfe der vorliegenden Erfindung die geometrischen Abmessungen der einzelnen Leiterbahnen sehr exakt vorgegeben und definiert werden. Dies ermöglicht es, eine Spulenanordnung für z.B. eine elektrische Maschine herzustellen, welche einen hohen Nutfüllungsfaktor aufweist.
Wird eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, z.B. ein Linearmotor, mit einer Statoranordnung nach einem der Ansprüche 7 - 1 1 und einer Vielzahl von Spulenanordnungen nach einem der Ansprüche 1 - 6 aufgebaut, ermöglicht der modulare Aufbau, der durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, einen hohen Grad an Automatisierung bei der Herstellung der elektrischen Maschine.
Unter einer Spulenanordnung ist im Rahmen dieser Anmeldung jedwede Anordnung aus elektrischen Leitern zu verstehen. Insbesondere ist eine Spulenanordnung durch eine entsprechende Induktivität charakterisiert. Eine Spulenwicklung bezeichnet im Rahmen dieser Anmeldung eine Wicklung einer Spulenanordnung, wobei die Spulenwicklung einen Stapel aus mindestens zwei Leiterbahnen aufweist.
Wie oben bereits erwähnt können Leiterbahnen im Rahmen dieser Patentanmeldung als Stanzgitter, als auf einem Träger, z.B. einer Folie, aufgebrachte Leiterbahnen oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner sind unter dem Begriff „Leiterbahn" elektrisch leitende Strukturen zu verstehen, die eine Spule um einen Polschuh bilden können.
Werden Leiterbahnen im Rahmen dieser Anmeldung als spiralförmig, mit gegensinniger Umlaufrichtung angeordnet beschrieben, so bedeutet dies, dass zwei Leiterbahnen den selben Ursprung haben, aber um den Mittelpunkt der Spulenwicklung gegensinnig umlaufen. Dies wird z.B. in nachstehender Fig. 2 im Detail beschrieben.
Eine Statoranordnung im Rahmen dieser Anmeldung bezeichnet einerseits den Stator einer elektrischen Maschine. Eine Statoranordnung kann aber auch den Rotor einer elektrischen Maschine bezeichnen, wenn die Art des Rotors derart ausgebildet ist, dass dieser die Spulenwicklungen der jeweiligen elektrischen Maschine trägt. Dies ist beispielsweise bei einem Rotor einer fremderregten Synchronmaschine der Fall.
Unter dem Begriff Blechpaket ist im Rahmen dieser Anmeldung eine Vielzahl von Blechen zu verstehen, welche gemeinsam die Statoranordnung bilden.
Als„Polschuh" ist im Rahmen dieser Anmeldung eine einzelne Komponente der Statoranordnung zu verstehen, die mechanisch und geometrisch derart ausgebildet ist, dass sie mit einem Haltering der Statoranordnung mechanisch koppelbar ist und eine Spulenanordnung aufnehmen kann.
In der vorliegenden Anmeldung bezeichnet ein Haltering einen Ring, welcher derart angeordnet ist, dass in dessen Innerem die einzelnen Polschuhe angeordnet werden können, um die Statoranordnung zu bilden. Dabei sind die Polschuhe und der Haltering als separate Elemente ausgebildet, die z.B. über einen Niet miteinander verbunden werden können. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Zweckmäßigerweise sind die erste Leiterbahn und die letzte Leiterbahn des Stapels an jeweils einem Ende elektrisch mit einem Pol einer elektrischen Energieversorgung koppelbar und/oder sind die Leiterbahnen des Stapels an demjenigen Ende, welches nicht mit einem Pol der elektrischen Energieversorgung gekoppelt ist, jeweils mit der nächsten Leiterbahn des Stapels elektrisch gekoppelt. Dies ermöglicht zum Einen eine einfache elektrische Kontaktierung der einzelnen Stapel bzw. Spulenwicklungen. Auf Grund der Anordnung der einzelnen Leiterbahnen übereinander und mit gegensinniger Umlaufrichtung kann zum Anderen auf diese Art sehr einfach eine Spule bereitgestellt werden, die eine Vielzahl von einzelnen Windungen aufweist. Die Enden der einzelnen Leiterbahnen können z.B. durch Löten, Crimpen, Nieten oder Schweißen an ein Kabel oder eine anderweitige Energieversorgung bzw. an weitere Leiterbahnen angeschlossen werden.
Vorteilhafterweise ist zwischen den Leiterbahnen jeweils eine Isolation angeordnet, welche die Leiterbahnen elektrisch voneinander isoliert, wobei die Isolation an den Enden der jeweiligen Leiterbahnen eine Aussparung aufweist. Die Aussparung ermöglicht die elektrische Kontaktierung der einzelnen Leiterbahnen untereinander. Dabei stellt die Isolation sicher, dass zwischen einzelnen Leiterbahnen kein Kurzschluss entsteht. Die Isolation kann z.B. als Lack ausgebildet sein, der mit einem Tauch- oder Sprühverfahren aufgebracht wird. Alternativ können auch Papierlagen oder ein Filmklebstoff vorgesehen sein, die zwischen den einzelnen Leiterbahnen angeordnet werden.
Zweckmäßigerweise sind die Leiterbahnen über die Höhe des Stapels von einer ersten Breite zu einer zweiten Breite breiter werdend ausgebildet, wobei die Leiterbahnen proportional zu der Breite derart dünner werden, dass der Leiterquerschnitt der Leiterbahnen unverändert bleibt. Vorteilhafterweise sind in den Leiterbahnen vom Anfang zum Ende des Stapels in diskreten Schritten zusätzlichen Windungen angeordnet. Auf diese Weise kann der Hohlraum zwischen den Polschuhen optimal ausgenutzt wer- den, da der nach außen größer werdende Hohlraum durch die zusätzlichen Windungen und/oder die breiter werdenden Leiterbahnen ausgefüllt wird. Dadurch kann auch die Leistungsdichte der elektrischen Maschine erhöht werden.
Zweckmäßigerweise ist eine Schutzvorrichtung angeordnet, welche die
Spulenanordnung zumindest teilweise umgibt und/oder dazu ausgebildet ist, die erste Leiterbahn und die letzte Leiterbahn des Stapels mit einem der Pole der elektrischen Energieversorgung zu koppeln. Die Schutzvorrichtung kann als eine Kunststoffabdeckung ausgebildet sein, welche die Spule vor Schäden beim Aufstecken der Spule auf u.U. scharfkantige, aus Blechen bestehende Polschuhe schützt. Die Kunststoffabdeckung kann zusätzlich oder alternativ eine Art Stecker aufweisen, über welchen die Leiterbahnen der Spulenwicklung elektrisch kontaktiert werden können.
Dazu kann in einer Ausführungsform eine entsprechende elektrisch kontaktierte Steckeraufnahme an dem Haltering der Statoranordnung vorgesehen sein, welche beim Aufstecken des Polschuhs mit der Spulenanordnung die Spulenanordnung elektrisch kontaktiert.
In einer Ausführungsform kann die Steckeraufnahme an dem Haltering derart ausgebildet sein, dass diese den Polschuhe an dem Haltering mechanisch fixiert.
Vorteilhafterweise ist der Haltering als ein Stapel von Blechringen ausgebildet, wobei die Blechringe abwechselnd eine erste Ringkontur und eine zweite Ringkontur aufweisen, wobei die erste Ringkontur gleichmäßig über die Kreisbahn der Blechringe verteilt eine erste Anzahl von Bohrungen aufweist, und wobei die zweite Ringkontur an denjenigen Stellen, an welchen die erste Kontur Bohrungen aufweist, Ausnehmungen aufweist. Dies ermöglicht es, eine kammartige Struktur bereitzustellen, in deren Fugen die Bleche der einzelnen Polschuhe eingefügt werden können. Dies ermöglicht eine stabile Verbindung zwischen dem Haltering und den Polschuhen.
Zweckmäßigerweise sind die Polschuhe als ein Stapel von im wesentlichen T- förmigen Blechen ausgebildet, wobei die Bleche abwechselnd eine erste Blechkontur und eine zweite Blechkontur aufweisen, wobei die erste Blechkontur einen verkürzten senkrechten Bereich der T-Form aufweist, und wobei die zweite Kontur an dem unteren Ende des senkrechten Bereichs der T-Form eine Bohrungen aufweist. Die Polschuhe können auf diese Art in leicht mit einem entsprechenden Haltering gekoppelt werden.
Vorteilhafterweise ist ein Klebstoff aufbringbar, welcher dazu ausgebildet ist, die Blechringe des Halterings formstabil miteinander zu verbinden und/oder die T-förmigen Bleche der Polschuhe formstabil miteinander zu verbinden. Insbesondere kann der Klebstoff als elektrisch isolierender Klebstoff ausgebildet sein. Dies ermöglicht einen sehr einfachen Aufbau des Halterings bzw. der T-förmigen Bleche. Der Klebstoff kann z.B. als Filmklebstoff ausgebildet sein, der z.B. durch Heißpressen aktiviert wird.
Zweckmäßigerweise sind die Polschuhe derart in den Blechringen angeordnet, dass jeweils das untere Ende des senkrechten Bereichs der T-Form der zweiten Blechkonturen in den Ausnehmungen der Blechringe mit der zweiten Kontur angeordnet ist und jeweils ein Niet in den Bohrungen der Blechringe der ersten Kontur und den Bohrungen der T-förmigen Bleche der zweiten Kontur und der dazu ausgebildet ist, die Polschuhe an den Blechringen zu fixieren. Werden die kammartigen Strukturen der Halteringe und die kammartigen Strukturen der Polschuhe jeweils ineinander gefügt und dann mit einem Niet fixiert, entsteht eine sehr stabile mechanische Verbindung.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen. Dabei zeigen jeweils in schematischer Form
Fig. 1 eine Abbildung einer Spulenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht zweier Leiterbahnen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Explosionsansicht einer Abbildung der Spulenanordnung aus
Fig. 1 ;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Spulenanordnung gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Stapels gemäß einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Stapels gemäß einer fünften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Abbildung einer Statoranordnung gemäß einer sechsten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Blechrings gemäß einer siebten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine schematische Ansicht eines Blechrings gemäß einer achten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer zehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie
Fig. 13 drei bekannte Spulen und einen bekannten Stator.
Fig. 1 zeigt eine Abbildung einer Spulenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine Spulenanordnung 1 der Fig. 1 weist eine Spulenwicklung 2 auf, die aus einem Stapel 3 von zwei Leiterbahnen 4-1 , 4-2 besteht.
Die Leiterbahnen 4-1 und 4-2 sind übereinander angeordnet und verlaufen in gegensinniger Umlaufrichtung spiralförmig um den Mittelpunkt 5 der Spulenwicklung 2. Der Mittelpunkt 5 ist dabei der geometrische Mittelpunkt 5 der Spulenwicklung 2.
In weiteren Ausführungsformen kann der Mittelpunkt 5 jeder Punkt der Spulenwicklung 2 sein. Der Mittelpunkt 5 muss nicht zwingend den geometrischen Mittelpunkt 5 der Spulenwicklung kennzeichnen, vielmehr kennzeichnet der Mittelpunkt 5 einen beliebigen Punkt innerhalb der Spulenwicklung 2, um den die Leiterbahnen verlaufen können. Die Leiterbahnen müssen lediglich Windungen um diesen Punkt bilden können.
Die Leiterbahnen 4-1 und 4-2 der Fig. 1 sind als Stanzgitter ausgebildet, welche z.B. durch Stanzen oder Laserschneiden hergestellt werden. Die Stanzgitter können insbesondere aus Kupferblech oder anderen Leichtmetallen bestehen. Dies ermöglicht es, das Gewicht der Spulenanordnung 1 zu reduzieren.
Die Leiterbahnen 4-1 und 4-2 können in weiteren Ausführungsformen ebenso als Leiterbahnen 4-1 , 4-2 auf festen Trägerplatten oder auf Folien ausgebildet sein, die durch Drucken oder durch Ätzen hergestellt werden können. Die Leiterbahnen 4-1 und 4-2 der Fig. 1 weisen zwei unterschiedlichen Formen auf. Dabei laufen die Leiterbahnen 4-1 und 4-2 jeweils spiralförmig um den Mittelpunkt 5 der Spulenanordnung 1 . Allerdings weisen die zwei Leiterbahnen 4-1 und 4-2 eine gegensinnige Umlaufrichtung auf.
Dies ermöglicht es, aus den Leiterbahnen 4-1 , 4-2 eine durchgehende Spulenwicklung 2 zu erzeugen, indem die Leiterbahnen 4-1 , 4-2 jeweils an einem Ende elektrisch miteinander gekoppelt werden. Dies wird im Bezug auf Fig. 2 im Detail beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht zweier Leiterbahnen 4-1 , 4-2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Leiterbahnen 4-1 , 4-2 sind von ihren geometrischen Außenmaßen gleich groß. Die Leiterbahnen 4-1 , 4-2 können also exakt übereinander in einem Stapel 3 angeordnet werden. Die Leiterbahnen 4-1 , 4-2 der Fig. 2 weisen aber jeweils eine unterschiedlichen Umlaufrichtung auf. In Fig. 2 sind die Enden der Leiterbahnen 4-1 , 4-2 zur besseren Verständlichkeit jeweils mit einem Kreis markiert.
Erfindungsgemäß werden die Leiterbahnen 4-1 , 4-2 übereinander gestapelt und an jeweils einem Ende elektrisch miteinander gekoppelt. Vorteilhafterweise werden die äußeren Enden der jeweils äußersten Leiterbahnen 4-1 , 4-2 eines Stapels 3 mit einer elektrischen Energieversorgung 7 gekoppelt. In einer Ausführungsform mit nur zwei Leiterbahnen 4-1 , 4-2, wie in Fig. 1 und 2, werden die Leiterbahnen 4-1 , 4-2 daher an deren inneren Enden elektrisch miteinander gekoppelt. Es ergibt sich so eine durchgehende Leiterwindung, die an dem äußeren Ende der Leiterbahn 4-1 beginnt, sich bis zu deren innerem Ende fortsetzt, wo die Leiterbahn 4-1 mit der Leiterbahn 4-2 elektrisch gekoppelt ist. Auf diese Art setzt sich die Leiterwindung in der Leiterbahn 4-2 fort und endet an deren äußerem Ende.
Die Darstellung der Fig. 2 ist lediglich eine mögliche Ausführungsform. Werden in weiteren Anwendungen Spulenwicklungen 2 mit mehreren Windungen benötigt, kann die Anzahl der Windungen erhöht werden, indem zwischen den jeweils äußersten Leiterbahnen 4-1 , 4-2 eines Stapels weitere Leiterbahnen 4-1 , 4-2 vorgesehen werden. Eine solche Ausführungsform wird z.B. in Fig. 4 gezeigt.
Die elektrische Kontaktierung zwischen den einzelnen Leiterbahnen 4-1 , 4-2 kann z.B. mit Hilfe eines Schweißverfahrens, z.B. einem Elektrodenschwei ßverfahren oder einem Laserschweißverfahren hergestellt werden. Weitere Verfahren, wie z.B. Löten oder Kleben mit leitendem Klebstoff sind ebenfalls möglich. Für den Fall, dass zwischen den einzelnen Leiterbahnen 4-1 , 4-2 eine Isolation 8 vorgesehen ist (siehe Fig. 3), kann das Verfahren zur elektrischen Kontaktierung derart ausgebildet sein, dass die Isolation 8 z.B. bei dem Schweißvorgang thermisch zerstört wird.
Fig. 3 zeigt eine Explosionsansicht der Spulenanordnung 1 aus Fig. 1 mit weiteren Isolationen 8.
Die Spulenanordnung 1 aus Fig. 3 basiert auf der Spulenanordnung 1 der Fig. 1 und weist ferner zwischen den einzelnen Leiterbahnen 4-1 , 4-2 und über der oberen Leiterbahn 4-2 eine Isolation 8 auf.
Die Isolation 8 der Fig. 3 besteht aus Papierlagen, die zwischen die Leiterbahnen 4-1 , 4-2 bzw. auf die Leiterbahn 4-2 gelegt werden. Die Isolationen 8 weisen jeweils Aussparungen an denjenigen Stellen auf, an welchen die Leiterbahnen 4-1 , 4-2 untereinander oder mit einer elektrischen Energieversorgung 7 elektrisch kontaktiert werden müssen. So weist die Isolation 8 zwischen den Leiterbahnen 4-1 , 4-2 eine Aussparung an den inneren Enden der Leiterbahnen 4-1 , 4-2 auf. Ferner weist die Isolation 8, welche über der Leiterbahn 4-2 angeordnet ist, eine Aussparung an dem äußeren Ende der Leiterbahn 4-2 auf, so dass diese von außen elektrisch kontaktiert werden kann.
Die Isolation 8 kann in weiteren Ausführungsformen auch als Lack ausgebildet sein, welcher durch ein Tauch- oder Sprühverfahren auf die Leiterbahnen 4-1 , 4-2 aufgebracht wird. Ebenso kann ein Filmklebstoff als Isolation 8 genutzt werden, der gleichzeitig eine mechanische Kopplung der einzelnen Leiterbahnen 4-1 , 4-2 miteinander ermöglicht. Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Spulenanordnung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Spulenanordnung 1 der Fig. 4 basiert auf der Spulenanordnung 1 der Fig. 1 und unterscheidet sich von dieser dahingehend, dass acht Leiterbahnen 4-1 - 4-8 vorgesehen sind, die übereinander angeordnet sind. Zwischen den einzelnen Leiterbahnen 4-1 - 4-8 ist jeweils eine Isolation 8 vorgesehen, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich die oberste Isolation 8 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die oberste Leiterbahn 4-1 und die unterste Leiterbahn 4-8 sind jeweils mit einem Pol 6-1 , 6-2 einer elektrischen Energieversorgung 7 gekoppelt, welche die Spulenanordnung 1 mit elektrischer Energie versorgt. Die einzelnen Leiterbahnen 4-1 - 4-8 der Spulenanordnung 1 weisen dabei jeweils im Wechsel gegensinnige Umlaufrichtungen auf.
Die elektrische Energieversorgung 7 der Fig. 4 ist als Wechselstromquelle 7 dargestellt, die die Spulenanordnung 1 mit elektrischer Energie versorgt. Die Wechselstromquelle 7 kann z.B. durch einen mechanischen Kommutator realisiert sein. Die Wechselstromquelle 7 kann aber auch durch einen zur Ansteuerung einer Spulenanordnung 1 geeigneten Wechselrichter ausgebildet sein. Je nach Anwendung sind weitere Ausführungsformen der elektrischen Energieversorgung 7 möglich.
Fig. 5 zeigt einen Stapel 3 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Stapel 3 der Fig. 5 ist in einer Seitenansicht dargestellt und weist eine trapezförmige äußere Form auf. Die schmale Seite des Trapezes ist dabei an der oberen Seite des Stapels 3 angeordnet.
In dem Stapel 3 sind fünf Leiterbahnen 4-1 - 4-5 angeordnet, die von oben nach unten verlaufend kontinuierlich breiter und dünner werden. Die Leiterbahnen 4-1 - 4-5 sind dabei insbesondere derart ausgebildet, dass der Leiterquerschnitt der Leiterbahnen 4-1 - 4-5 für jede der Leiterbahnen gleich ist. Aufgrund der Trapezform des Stapels 3, kann der Stapel 3 z.B. exakt an die Nut zwischen zwei Polschuhen 13, 13-1 - 13-12 eines Stators angepasst werden und den Hohlraum zwischen zwei Polschuhen 13, 13-1 - 13-12 optimal ausfüllen. Auf diese Weise wird ein hoher Füllfaktor für den Stator möglich.
Aufgrund des gleichen Leiterquerschnitts für alle Leiterbahnen 4-1 - 4-5 ist die maximale Stromstärke, mit der die einzelnen Leiterbahnen 4-1 - 4-5 belastet werden können, gleich. Würde lediglich die Breite der Leiterbahnen 4-1 - 4-5 von oben nach unteren erhöht, aber deren Dicke nicht angepasst, könnten die unteren der Leiterbahnen 4-1 - 4-5 einen größeren Strom als die oberen führen. Würde ein solcher Stapel 3 aber mit einem solchen Strom belastet, würden die oberen Leiterbahnen 4-1 - 4-5 zerstört. Wird ein solcher Stapel aber lediglich mit einem niedrigen Strom belastet, welcher die oberen Leiterbahnen 4-1 - 4-5 nicht zerstört, ist das zusätzliche Material an den unteren Leiterbahnen 4-1 - 4-5 überflüssig.
Fig. 6 zeigt einen Stapel 3 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 6 zeigt eine weitere Möglichkeit, die Nut zwischen zwei Polschuhen 13, 13-1 - 13-12 eines Stators möglichst effizient auszunutzen.
Der Stapel 3 der Fig. 6 ist ebenfalls in einer Seitenansicht dargestellt und weist eine trapezförmige äußere Form auf. Die schmale Seite des Trapezes ist dabei ebenfalls an der oberen Seite des Stapels 3 angeordnet.
In dem Stapel 3 sind sieben Leiterbahnen 4-1 - 4-7 angeordnet, die von oben nach unten verlaufend kontinuierlich breiter werden, aber die gleiche Dicke aufweisen. Die erste Leiterbahnen 4-1 ist dabei am schmälsten und die Leiterbahnen 4-2 - 4-7 werden jeweils in zweier Paaren breiter. Dabei werden die einzelnen Leiterbahnen 4-2 - 4-7 nicht dadurch verbreitert, dass das Material der Leiterbahnen 4-2 - 4-7 breiter ausgebildet wird. Vielmehr werden die Leiterbahnen 4-2 - 4-7 dadurch verbreitert, dass weitere Windungen in den einzelnen Leiterbahnen 4-2 - 4-7 vorgesehen werden. Durch die Anordnung der weiteren Windungen in den einzelnen Leiterbahnen 4-2 - 4-7, weisen alle Leiterbahnen 4-2 - 4-7 die gleiche Strombelastbarkeit auf und der Hohlraum zwischen zwei Polschuhen kann trotzdem optimal ausgenutzt werden.
Fig. 7 zeigt eine Statoranordnung 10 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Statoranordnung 10 in Fig. 7 weist ein Blechpaket 12 auf, welches aus einem Haltering 14 und zwölf Polschuhen 13-1 - 13-12 besteht. Der Haltering 14 weist eine Vielzahl von (nicht separat dargestellten) Blechringen 15 auf. Die Polschuhe
13-1 - 13-12 weisen jeweils eine Vielzahl von T-förmigen Blechen 18 auf. In Fig. 7 weisen die Polschuhe 13-1 - 13-12 ferner jeweils eine Spulenanordnung 1 -1 - 1 -12 gemäß der vorliegenden Erfindung auf.
In Fig. 7 ist ferner dargestellt, dass die Polschuhe 13-1 - 13-12 von dem Haltering 14 lösbar ausgebildet sind. Zur Befestigung der Polschuhe 13-1 - 13-12 ist jeweils ein Niet 24 vorgesehen, welcher in eine Bohrung eingesetzt wird, die jeweils in den Blechen der Polschuhe 13-1 - 13-12 und den Blechringen des Halterings 14 vorgesehen ist.
Die Polschuhe 13-1 - 13-12 sind von dem Haltering 14 trennbar oder lösbar ausgebildet, so dass die geschlossenen Spulenanordnungen 1 -1 - 1 -12 auf den jeweiligen Polschuhen 13-1 - 13-12 angeordnet werden können, bevor die Polschuhe 13-1 - 13-12 mit dem Haltering 14 verbunden werden.
Fig. 8 zeigt einen Blechring 15 gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Blechring 15 weist eine erste Ringkontur 1 6 auf, bei welcher in regelmäßigen Abständen über den Ring verteilt Bohrungen 22 angeordnet sind. Dabei weist die erste Ringkontur 1 6 ferner an jeder Bohrung 22 eine Verdickung des Blechrings 15 nach innen auf. Fig. 8 zeigt ferner zwölf T-förmige Bleche 18 mit einer ersten Blechkontur 19. Die erste Blechkontur 19 ist derart ausgebildet, dass der senkrechte Bereich 21 der T-Form verkürzt ist. Dabei ist der senkrechte Bereich 21 der T-Form derart verkürzt, dass dieser formschlüssig an die Verdickungen des Blechrings 15 angefügt werden kann. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich eines der T-förmigen Bleche 18 mit einem Bezugszeichen versehen.
Fig. 9 zeigt ebenfalls einen Blechring 15 gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Blechring 15 der Fig. 9 ähnelt dem Blechring 15 der Fig. 8, weist allerdings eine zweite Ringkontur 17 auf. Die zweite Ringkontur 17 weist an den Stellen, an welchen die erste Ringkontur 1 6 die Bohrungen 22 aufweist, keine Bohrungen 22 oder Verdickungen auf. Die zweite Ringkontur 17 weist an diesen Stellen vielmehr Ausnehmungen auf, in welche sich der senkrechte Bereich 21 der T-Form der T-förmigen Bleche 18 einer zweiten Blechkontur 20 einfügen kann.
In Fig. 9 sind ferner T-förmige Bleche 19 mit einer zweiten Blechkontur 20 dargestellt. Die zweite Blechkontur 20 weist einen nicht verkürzten senkrechten Bereich 21 auf, an dessen Ende sich jeweils eine Bohrung befindet.
In den Figuren 8 und 9 wird deutlich, wie der Haltering 14 aus einer Vielzahl von Blechringen 15 aufgebaut werden kann. Dabei werden abwechselnd Blechringe der ersten Ringkontur 1 6 und der zweiten Ringkontur 17 aneinander gereiht. Durch den Wechsel der Ringkonturen 16 und 17 entsteht an denjenigen Stellen, an welchen die erste Ringkontur 1 6 die Bohrungen 22 aufweist, eine kammartige Struktur, in welche jeweils die nicht verkürzten senkrechten Bereiche 21 der T-förmigen Bleche 18 mit der zweiten Blechkontur 20 eingreifen können, wenn diese in den Haltering 14 eingefügt werden. Durch einen Niet 24 können die T-förmigen Bleche 18 dann mechanisch mit dem Haltering 14 gekoppelt werden. Dadurch wird es möglich z.B. einen Stator bereitzustellen, welcher die erfindungsgemäßen Spulenanordnungen 1 -1 - 1 -12 aufnehmen kann. Fig. 10 zeigt eine elektrische Maschine gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die elektrische Maschine 30 der Fig. 10 weist eine Statoranordnung 10 auf. Die Statoranordnung 10 weist einen Haltering 14 auf, an dem acht Polschuhe 13-1 - 13-8 in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind, die jeweils eine erfindungsgemäße Spulenanordnung 1 -1 - 1 -8 aufweisen. Der Übersichtlichkeit halber ist lediglich der Polschuh 13-1 mit einem Bezugszeichen versehen.
Die elektrische Maschine 30 weist ferner einen Rotor 31 auf, welcher auf einer Achse 32 drehbar angeordnet ist.
Fig. 1 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren sieht in einem ersten Schritt S1 das Anordnen von jeweils mindestens zwei ebenen Leiterbahnen 4-1 - 4-8 in einem Stapel 3 jeweils einer Spulenwicklung 2 vor, wobei die Leiterbahnen 4-1 - 4-8 spiralförmig, in gegensinniger Umlauf- richtung um den Mittelpunkt 5 der jeweiligen Spulenwicklung 2 von innen nach außen umlaufend angeordnet sind.
In einem zweiten Schritt S2 werden die mindestens zwei übereinander angeordneten Leiterbahnen 4-1 - 4-8 in der jeweiligen Spulenwicklung 2 elektrisch miteinander gekoppelt.
Ein dritter Schritt S3 sieht das Schichten jeweils einer Vielzahl von im wesentlichen T-förmigen Blechen in einer Vielzahl von Polschuhen 13, 13-1 - 13-12 vor.
In einem vierten Schritt S4 wird jeweils eine Spulenwicklung 2 auf jedem der Polschuhe 13, 13-1 - 13-12 aufgesteckt.
Ein fünfter Schritt S5 sieht das Schichten einer Vielzahl von Blechringen 15 zu einem die Vielzahl von Polschuhen 13, 13-1 - 13-12 umschließenden Haltering 14 vor. Schließlich werden in einem sechsten Schritt S6 die Polschuhe 13, 13-1 - 13-12 an dem Haltering 14 fixiert.
Fig. 12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren der Fig. 12 basiert auf dem Verfahren der Fig. 1 1 und weist die weiteren Schritte S7 bis S1 1 auf.
Der Schritt S7 wird vor dem Schritt S3 durchgeführt und sieht vor, dass jeweils ein Ende der ersten Leiterbahn 4-1 - 4-8 und der letzten Leiterbahn 4-1 - 4-8 der Stapel 3 mit jeweils einem Pol 6-1 , 6-2 einer elektrischen Energieversorgung 7 gekoppelt wird und dass die Leiterbahnen 4-1 - 4-8 des Stapels 3 an demjenigen Ende, welches nicht mit einem Pol 6-1 , 6-2 der elektrischen Energieversorgung 7 gekoppelt ist, jeweils mit der nächsten Leiterbahn 4-1 - 4-8 des Stapels 3 gekoppelt werden.
Der Schritt S8 wird vor dem Schritt S1 durchgeführt und sieht das Anbringen einer Isolation 8 zwischen jeweils zwei Leiterbahnen 4-1 - 4-8 vor, welche die Leiterbahnen 4-1 - 4-8 elektrisch voneinander isoliert, wobei die Isolation 8 an den Enden der jeweiligen Leiterbahnen 4-1 - 4-8 eine Aussparung aufweist.
Der Schritt S9 wird ebenfalls vor dem Schritt S1 durchgeführt und sieht vor, dass zusätzliche Windungen in den Leiterbahnen 4-1 - 4-8 vom Anfang zum Ende des Stapels 3 in diskreten Schritten vorgesehen werden, oder dass die Leiterbahnen 4-1 - 4-8 über die Höhe des Stapels 3 von einer ersten Breite zu einer zweiten Breite breiter werdend ausgebildet werden, wobei die Leiterbahnen 4-1 - 4-8 proportional zu der Breite derart dünner werden, dass der Leiterquerschnitt der Leiterbahnen 4-1 - 4-8 unverändert bleibt.
Der Schritt S10 wird nach dem Schritt S2 durchgeführt und sieht das Anbringen einer Schutzvorrichtung 9 an jeder der Spulenanordnungen 1 , 1 -1 - 1 -12 vor, welche die jeweilige Spulenanordnung 1 , 1 -1 - 1 -12 zumindest teilweise umgibt, wobei die Schutzvorrichtung 9 ferner dazu ausgebildet sein kann, die erste Leiterbahn 4-1 - 4-8 und die letzte Leiterbahn 4-1 - 4-8 des Stapels 3 mit einem der Pole 6-1 , 6-2 der elektrischen Energieversorgung 7 zu koppeln.
Schließlich ist der Schritt S1 1 als untergeordneter Schritt S1 1 des Schritts S5 vorgesehen und sieht das Anordnen von Blechringen 1 5 in dem Haltering 14 vor, welche abwechselnd eine erste Ringkontur 1 6 und eine zweite Ringkontur 17 aufweisen, wobei die erste Ringkontur 16 gleichmäßig über die Kreisbahn der Blechringe 15 verteilt Bohrungen 22 aufweist, wobei die zweite Ringkontur 17 an denjenigen Stellen, an welchen die erste Ringkontur 1 6 Bohrungen 22 aufweist, Ausnehmungen aufweist.
Fig. 13 zeigt drei bekannte Spulen A1 , A2 undA3 und einen bekannten Stator B.
Die Spulen A1 - A3 der Fig. 13 sind zur Veranschaulichung der Unterschiede nebeneinander auf dem Stator B angeordnet. Dabei ist die Spule A1 eine herkömmliche Spule A1 , die aus Draht gewickelt wurde.
Die Spule A2 stelle eine Spule dar, wie sie mit dem Verfahren der
DE 10 2010 020897 A1 hergestellt werden kann, wie oben bereits erwähnt.
Die Spule A3 zeigt schließlich eine Spule, bei welcher die Windungen nicht flach übereinander gestapelt werden, sondern bei welcher die Windungen flach um den Polschuh des Stators gewickelt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Bezuqszeichen
1 , 1 -1 - 1 -12 Spulenanordnung
2 Spulenwicklung
3 Stapel
4-1 - 4-8 Leiterbahnen
5 Mittelpunkt
6-1 , 6-2 Pol
7 elektrische Energieversorgung 8 Isolation
9 Schutzvorrichtung
10 Statoranordnung
12 Blechpaket
13, 13-1 - 13-12 Polschuh
14 Haltering
15 Blechring
1 6 erste Ringkontur
17 zweite Ringkontur
18 T-förmiges Blech
19 erste Blechkontur
20 zweite Blechkontur
21 senkrechter Bereich
22 Bohrung
24 Niet
30 elektrische Maschine
31 Rotor
32 Achse
S1 - S5 Verfahrensschritte
A1 , A2, A3 Spule
B Stator

Claims

Patentansprüche
1 . Spulenanordnung (1 , 1 -1 - 1 -12) mit einer Spulenwicklung (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung (2) einen Stapel (3) aus mindestens zwei ebenen Leiterbahnen (4-1 - 4-8) aufweist, welche spiralförmig, in gegensinniger
Umlaufrichtung um den Mittelpunkt (5) der Spulenwicklung (2) von innen nach außen umlaufend angeordnet sind, wobei die mindestens zwei ebenen Leiterbahnen
(4-1 - 4-8) übereinander angeordnet sind und elektrisch miteinander gekoppelt sind.
2. Spulenanordnung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterbahn (4-1 - 4-8) und die letzte Leiterbahn (4-1 - 4-8) des Stapels (3) an jeweils einem Ende elektrisch mit einem Pol (6-1 , 6-2) einer elektrischen
Energieversorgung (7) koppelbar sind und/oder dass die Leiterbahnen (4-1 - 4-8) des Stapels (3) an demjenigen Ende, welches nicht mit einem Pol (6-1 , 6-2) der elektrischen Energieversorgung (7) gekoppelt ist, jeweils mit der nächsten Leiterbahn (4-1 - 4-8) des Stapels (3) elektrisch gekoppelt sind.
3. Spulenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 -2, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen den Leiterbahnen (4-1 - 4-8) jeweils eine Isolation (8) angeordnet ist, welche die Leiterbahnen (4-1 - 4-8) elektrisch voneinander isoliert, wobei die Isolation (8) an den Enden der jeweiligen Leiterbahnen (4-1 - 4-8) eine Aussparung aufweist.
4. Spulenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 -3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (4-1 - 4-8) über die Höhe des Stapels (3) von einer ersten Breite zu einer zweiten Breite breiter werdend ausgebildet sind, wobei die Leiterbahnen (4-1 - 4-8) proportional zu der Breite derart dünner werden, dass der Leiterquerschnitt der Leiterbahnen (4-1 - 4-8) unverändert bleibt.
5. Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Leiterbahnen (4-1 - 4-8) vom Anfang zum Ende des Stapels (3) in diskreten Schritten zusätzliche Windungen angeordnet sind.
6. Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 -5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzvorrichtung (9) angeordnet ist, welche die Spulenanordnung
(1 , 1 -1 - 1 -12) zumindest teilweise umgibt und/oder dazu ausgebildet ist, die erste Leiterbahn (4-1 - 4-8) und die letzte Leiterbahn (4-1 - 4-8) des Stapels (3) mit einem der Pole (6-1 , 6-2) der elektrischen Energieversorgung (7) zu koppeln.
7. Statoranordnung (10) zur Verwendung mit mindestens einer
Spulenanordnung (1 , 1 -1 - 1 -12) nach einem der Ansprüche 1 -6, mit einem Blechpaket (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket (12) eine Vielzahl von Polschuhen (13, 13-1 - 13-12) und einen die Polschuhe (13, 13-1 - 13-12) umschließenden Haltering (14) aufweist, wobei die Polschuhe (13, 13-1 - 13-12) von dem Haltering (14) trennbar ausgebildet sind; und wobei jeder der Polschuhe (13, 13-1 - 13-12) mechanisch mit einer Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 koppelbar ist.
8. Statoranordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (14) als ein Stapel (3) von Blechringen (15) ausgebildet ist, wobei die
Blechringe (15) abwechselnd eine erste Ringkontur (16) und eine zweite Ringkontur (17) aufweisen, wobei die erste Ringkontur (16) gleichmäßig über die Kreisbahn der Blechringe (15) verteilt eine erste Anzahl von Bohrungen aufweist und wobei die zweite Ringkontur (17) an denjenigen Stellen, an welchen die erste Ringkontur (1 6) Bohrungen aufweist, Ausnehmungen aufweist.
9. Statoranordnung gemäß einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Polschuhe (13, 13-1 - 13-12) als ein Stapel (3) von im wesentlichen T-förmigen Blechen (18) ausgebildet sind wobei die Bleche (18) abwechselnd eine erste Blechkontur (19) und eine zweite Blechkontur (20) aufweisen wobei die erste Blechkontur (19) einen verkürzten senkrechten Bereich (21 ) der T-Form aufweist und wobei die zweite Blechkontur (20) an dem unteren Ende des senkrechten Bereichs (21 ) der T-Form eine Bohrung (22) aufweist.
10. Statoranordnung gemäß den Ansprüchen 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff aufbringbar ist, welcher dazu ausgebildet ist, die Blechringe (15) des Halterings (14) formstabil miteinander zu verbinden und/oder die T-förmigen Bleche (18) der Polschuhe (13, 13-1 - 13-12) formstabil miteinander zu verbinden.
1 1 . Statoranordnung gemäß den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Polschuhe (13, 13-1 - 13-12) derart in den Blechringen (15) angeordnet sind, dass jeweils das untere Ende des senkrechten Bereichs der T-Form der zweiten Blechkonturen in den Ausnehmungen der Blechringe (15) mit der zweiten Kontur angeordnet ist und jeweils ein Niet (24) in den Bohrungen (22) der Blechringe (15) der ersten Ringkontur (1 6) und den Bohrungen (22) der T-förmigen Bleche (18) der zweiten Blechkontur (20) angeordnet ist und der dazu ausgebildet ist, die Polschuhe (13, 13-1 - 13-12) an den Blechringen (15) zu fixieren.
12. Elektrische Maschine (30) mit einer Statoranordnung, dadurch
gekennzeichnet, dass die Statoranordnung der elektrischen Maschine eine Statoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 aufweist und jeder der Polschuhe (13, 13-1 - 13-12) der Statoranordnung (10) eine Spulenanordnung (1 , 1 -1 - 1 -12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
13. Verfahren zum Herstellen einer Statoranordnung oder einer
Rotoranordnung, mit den Schritten: Anordnen (S1 ) von jeweils mindestens zwei ebenen Leiterbahnen (4-1 - 4-8) in einem Stapel (3) jeweils einer Spulenwicklung (2), wobei die Leiterbahnen (4-1 - 4-8) spiralförmig, in gegensinniger Umlaufrichtung um den
Mittelpunkt (5) der jeweiligen Spulenwicklung (2) von innen nach außen umlaufend angeordnet werden; elektrisch (S2) miteinander Koppeln der mindestens zwei übereinander angeordneten Leiterbahnen (4-1 - 4-8) in der jeweiligen Spulenwicklung (2); Schichten (S3) jeweils einer Vielzahl von im wesentlichen T-förmigen Blechen in einer Vielzahl von Polschuhen (13, 13-1 - 13-12); Aufstecken (S4) jeweils einer
Spulenwicklung (2) auf jedem der Polschuhe (13, 13-1 - 13-12); Schichten (S5) einer Vielzahl von Blechringen (15) zu einem die Vielzahl von Polschuhen (13, 13-1 - 13-12) umschließenden Haltering (14); Fixieren (S6) der Polschuhe (13, 13-1 - 13-12) an dem Haltering (14).
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, mit den weiteren Schritten, Koppeln (S7) jeweils eines Endes der ersten Leiterbahn (4-1 - 4-8) und der letzten Leiterbahn
(4-1 - 4-8) der Stapel (3) mit jeweils einem Pol (6-1 , 6-2) einer elektrischen
Energieversorgung (7) und Koppeln der ersten Leiterbahn (4-1 - 4-8) und der letzten Leiterbahn (4-1 - 4-8) des Stapels (3) an demjenigen Ende, welches nicht mit einem Pol (6-1 , 6-2) der elektrischen Energieversorgung (7) gekoppelt ist, jeweils mit der nächsten Leiterbahn (4-1 - 4-8) des Stapels (3); und/oder Anbringen (S8) einer Isolation (8) zwischen jeweils zwei Leiterbahnen (4-1 - 4-8), welche die Leiterbahnen (4-1 - 4-8) elektrisch voneinander isoliert, wobei die Isolation (8) an den Enden der jeweiligen Leiterbahnen (4-1 - 4-8) eine Aussparung aufweist; und/oder Vorsehen (S9)
zusätzlicher Windungen in den Leiterbahnen (4-1 - 4-8) vom Anfang zum Ende des Stapels (3) in diskreten Schritten; und/oder Anbringen (S10) einer Schutzvorrichtung (9) an jeder der Spulenanordnungen (1 , 1 -1 - 1 -12), welche die jeweilige Spulenanordnung (1 , 1 -1 - 1 -12) zumindest teilweise umgibt, wobei die Schutzvorrichtung (9) ferner dazu ausgebildet ist, die erste Leiterbahn (4-1 - 4-8) und die letzte Leiterbahn (4-1 - 4-8) des Stapels (3) mit einem der Pole (6-1 , 6-2) der elektrischen Energieversorgung (7) zu koppeln.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 und 14, wobei beim Schichten (S5) einer Vielzahl von Blechringen (15) der Schritt vorgesehen ist: Anordnen (S1 1 ) von Blechringen (15), welche abwechselnd eine erste Ringkontur (1 6) und eine zweite Ringkontur (17) aufweisen in dem Haltering (14), wobei die erste Ringkontur (1 6) gleichmäßig über die Kreisbahn der Blechringe (15) verteilt Bohrungen (22) aufweist und wobei die zweite Ringkontur (17) an denjenigen Stellen, an welchen die erste Ringkontur (1 6) Bohrungen (22) aufweist, Ausnehmungen aufweist.
PCT/EP2014/063089 2013-07-18 2014-06-23 Spulenanordnung, statoranordnung, elektrische maschine und verfahren zum herstellen eines stators WO2015007456A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310214128 DE102013214128A1 (de) 2013-07-18 2013-07-18 Spulenanordnung, Statoranordnung, elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen eines Stators
DE102013214128.9 2013-07-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2015007456A2 true WO2015007456A2 (de) 2015-01-22
WO2015007456A3 WO2015007456A3 (de) 2015-07-02

Family

ID=50979780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/063089 WO2015007456A2 (de) 2013-07-18 2014-06-23 Spulenanordnung, statoranordnung, elektrische maschine und verfahren zum herstellen eines stators

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013214128A1 (de)
WO (1) WO2015007456A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2571107A (en) * 2018-02-16 2019-08-21 Rolls Royce Plc Metal coil fabrication
WO2021123152A1 (en) * 2019-12-19 2021-06-24 Rift Ip Limited A field coil for an electric machine

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016221181A1 (de) * 2016-10-27 2018-05-03 Robert Bosch Gmbh Spulensystem und Verfahren zum Herstellen eines Spulensystems
DE102016224859A1 (de) * 2016-12-13 2018-06-14 Robert Bosch Gmbh Maschinenkomponente, insbesondere Rotor oder Stator, einer elektrischen Maschine
GB2570927B (en) * 2018-02-12 2023-05-31 Epropelled Ltd Electromagnetic devices

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB180104A (en) * 1921-03-07 1922-05-25 James Walker Torrance Improvements in electric generators
GB993265A (en) * 1962-04-10 1965-05-26 Tokyo Denshi Seiki Kabushiki K Electrical coils
US3600801A (en) * 1969-04-14 1971-08-24 Gen Electric Method of manufacturing an electric coil
WO1992002982A1 (de) * 1990-08-08 1992-02-20 Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag Drehfeldmotor
GB9624586D0 (en) * 1996-11-27 1997-01-15 British Nuclear Fuels Plc Improvements in and relating to coils
EP1255344A1 (de) * 2001-05-02 2002-11-06 Chun-Pu Hsu Vorrichtung mit einem Stator mit Hochleistungs-Flachspule
DE202008004028U1 (de) * 2008-03-20 2009-07-30 Söhnergroup GmbH Flachspule
DE102009008405A1 (de) * 2009-02-11 2010-08-19 Keiper Gmbh & Co. Kg Stellantrieb
DE102009003058A1 (de) 2009-05-13 2010-11-18 Robert Bosch Gmbh Stator in einem Elektromotor
DE102010020897A1 (de) 2010-05-10 2011-11-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektrotechnische Spule in Gusstechnik, Herstellungsverfahren für eine solche Spule und Elektromaschinen verwendend solche Spulen

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2571107A (en) * 2018-02-16 2019-08-21 Rolls Royce Plc Metal coil fabrication
US11177712B2 (en) 2018-02-16 2021-11-16 Rolls-Royce Plc Metal coil fabrication
WO2021123152A1 (en) * 2019-12-19 2021-06-24 Rift Ip Limited A field coil for an electric machine
GB2606896A (en) * 2019-12-19 2022-11-23 Rift Ip Ltd A field coil for an electric machine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015007456A3 (de) 2015-07-02
DE102013214128A1 (de) 2015-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1722464B1 (de) Verfahren zum Bewickeln des Stators eines Elektromotors und Stator für einen Elektromotor
EP3218994A1 (de) Wellenwicklung mit niedriger rastmoment, stator und elektrische maschine mit derartiger wellenwicklung
DE112014004639B4 (de) Drehende elektrische Maschine und Herstellungsverfahren für diese
WO2018141492A1 (de) Stator für eine elektrische maschine
DE2731295A1 (de) Laminierte wicklung fuer elektrische maschinen und geraete
DE102011008092A1 (de) Ständer für einen Elektromotor
DE102005001705A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Ankern, Verfahren zur Herstellung von Elektromotoren sowie Anker
WO2015007456A2 (de) Spulenanordnung, statoranordnung, elektrische maschine und verfahren zum herstellen eines stators
WO2005011086A1 (de) Verschaltungselement für eine wicklung einer elektrischen maschine
DE102005024653A1 (de) Stator einer sich drehenden elektrischen Maschine und Herstellungsverfahren des Stators
WO2017186644A1 (de) Spule und wicklungsaufbau sowie stator eines generators einer windenergieanlage und verfahren zum herstellen eines stators
EP3216113B1 (de) Rotor oder stator mit gestecktem flachem wickelkopf
DE112004001898T5 (de) Kurzschlußteil, Kommutator und Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlußteils
DE102010038486A1 (de) Wicklungen mit eckigem Querschnitt für Rotoren von elektrischen Maschinen
DE10308893A1 (de) Stator für eine rotierende elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung dafür
EP3963694A1 (de) Stator und verfahren zur herstellung eines stators
DE19602771B4 (de) Läufer für rotierende elektrische Maschine
WO2019215097A1 (de) Verfahren zum herstellen einer wicklung für einen ständer einer elektrischen machine und elektrische maschine
DE10154582B4 (de) Stator einer Drehelektromaschine
DE102015211355A1 (de) Formspule, Wicklungsaufbau sowie Stator eines Generators einer Windenergieanlage und Verfahren zum Herstellen eines Stators
DE102014012824A1 (de) Schaltring für eine Elektromaschine
EP3128650A1 (de) Gleichstrommaschine und verfahren zur herstellung einer gleichstrommaschine
EP3167540A1 (de) Verfahren zum herstellen einer elektrischen maschine mit formspulen sowie elektrische maschine und herstellungswerkzeug
WO2016005081A1 (de) Wicklungselement für eine axialflussmaschine, statoreinheit für eine axialflussmaschine sowie verfahren zur herstellung einer statoreinheit für eine axialflussmaschine
DE1613093C3 (de) Kommutator für Gleichstrommaschinen und Verfahren zu seiner Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14731656

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2