WO2017012616A1 - Spulenwicklung aus hf-litze, elektrische maschine mit einer derartigen spulenwicklung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Spulenwicklung aus hf-litze, elektrische maschine mit einer derartigen spulenwicklung und verfahren zu deren herstellung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a coil winding for an electrical machine consisting of high-frequency wire.
  • the invention also relates to an electrical machine with such a coil winding and a method for producing an electrical machine.
  • Baked enamel wire is a wire in which the electrically conductive wire has, in addition to an insulating layer, for example a lacquer layer, a further outer layer (baking layer).
  • the baked enamel layer is, for example, a thermoplastic layer. Upon heating, the baked enamel layer is softened and can bond to a baked enamel layer of an adjacent wire.
  • the caking ensures that the geometric shape of the coil is permanently maintained.
  • a method for producing a component with a winding for an electrical machine and an electric machine is included such a component described.
  • the method includes the steps of: winding one or more wires into a coil.
  • the wire is a baked enamel wire having an electrically conductive core, an insulating layer and an outer backing layer.
  • the wound coil is subsequently pressed by means of a pressing tool. Finally, a caking of the pressed coil to maintain the geometric shape of the coil.
  • the object of the present invention is to provide a coil winding for an electrical machine consisting of HF strand available with which to achieve a high filling factor for receiving the coil winding serving winding space is optimally exploitable and at the same time a low winding head height can be achieved , Furthermore, an electric machine with such a coil winding and a method for their preparation are provided.
  • a coil winding according to claim 1 an electric machine according to claim 4 and a method according to claim 7.
  • the coil winding according to the invention consists of RF strand and extends in winding head sections and winding body sections.
  • the HF strand comprises a plurality of baked enamel wires, each having an outer layer of a baked enamel. At least the winding body sections are baked together by baking the baking material of the baked enamel wires. The winding head sections are not baked.
  • a significant advantage of the coil winding according to the invention is the fact that can be optimally utilized by using an RF strand of baked enamel wires, a groove into which the coil winding in the electric machine. This is achieved by the compression of the HF strand taking place during baking. When compacting the free spaces between the individual baked enamel wires are minimized, whereby a maximum fill factor can be achieved. Because the winding head sections of the coil winding are not this area remains flexible. The winding head sections are preferably pressed into the groove after inserting the coil winding. In this way, the winding head height can be minimized, whereby the required space can be minimized. Thus, a relatively high performance can be generated in a small space.
  • the HF strand used minimizes skin effects.
  • the baked enamel wire used to make the HF strand is a commercially available enameled wire.
  • a baked enamel wire for example, a baked enamel wire with a thermoplastic baking material can be used.
  • the electric machine according to the invention comprises the described coil winding, which is introduced into a groove of the electric machine.
  • the winding body sections on an outer insulation layer to provide a required insulation of the coil winding depending on the application.
  • the insulating layer is preferably produced by wrapping the baked bobbin sections with a suitable insulating material.
  • the method according to the invention for producing an electrical machine comprises the following steps: First, an HF strand is wound into a coil winding.
  • the HF strand used comprises a plurality of baked enamel wires, each with an outer layer of a baked enamel. This is followed by baking the coil winding in winding body sections. This baking preferably takes place in a baking tool in which the coil winding is inserted. Before or during baking, a compaction in the region of the winding body sections can take place. Wrap head sections are not baked. The coil winding is subsequently inserted into a groove of the electrical machine.
  • the winding head sections are pressed into the groove after inserting the coil winding.
  • the winding head height is minimized, which requires less space becomes.
  • the baked bobbin sections preferably depend on the active length of the electrical machine.
  • the single FIGURE shows a coil winding 01 according to the invention, which is arranged in a baking tool 04.
  • the coil winding 01 is later preferably part of an electrical machine (not shown) and can be inserted there in a groove of the electric machine.
  • the baking tool 04 is also a groove corresponding to the groove of the electric machine in their dimensions and in which the actual baking process takes place.
  • the coil winding 01 consists of an HF strand, which comprises a plurality of baked enamel wires.
  • the baked enamel wires each have an outer layer of a baked enamel.
  • the coil winding 01 has bobbin 02 and winding head sections 03.
  • the bobbin sections 02 are formed as a solidified region after baking. This solidified area is created by baking the baking material of the baked enamel wires.
  • the winding body sections 02 are inserted in the groove of the baking tool 04.
  • the coil winding 01 is not baked and therefore remains flexible.
  • the flexible winding head portions 03 can be pressed into the groove of the electric machine after inserting the coil winding 01, whereby the winding head height can be minimized.
  • the bobbin sections 02 of the coil winding 01 can be provided with an outer insulation layer after the baking process.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spulenwicklung (01) für eine elektrische Maschine bestehend aus Hochfrequenz-Litze, die sich in Wickelkopfabschnitten (03) und Wickelkörperabschnitten (02) erstreckt. Die Spulenwicklung (01) zeichnet sich dadurch aus, dass die Hochfrequenz-Litze eine Vielzahl von Backlackdrähten umfasst. Die Backlackdrähte weisen jeweils eine äußere Schicht aus einem Backlack auf. Zumindest die Wickelkörperabschnitte (02) sind durch Verbacken des Backmaterials der Backlackdrähte miteinander verbacken. Die Wickelkopfabschnitte (03) sind nicht verbacken. Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine mit einer derartigen Spulenwicklung (01) sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Description

Spulenwicklung aus HF-Litze, elektrische Maschine mit einer derartigen Spulenwicklung und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Spulenwicklung für eine elektrische Maschine bestehend aus Hochfrequenz-Litze. Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine mit einer derartigen Spulenwicklung und ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine.
HF-Litze wird schon seit längerem für Spulenwicklungen eingesetzt. Die
DE 21 48 057 B2 beschreibt eine HF-Litze für Spulen bestehend aus mehreren
Drähten, die einzeln isoliert und gemeinsam mit mindestens einem Faden aus Textil- fasern wendeiförmig derart umsponnen sind, dass die Litzendrähte nur zum Teil bedeckt sind. Die DE 10 201 1 086 280 A1 zeigt eine permanenterregte 3-phasige Synchronmaschine mit einem Stator mit Zahnspulenwicklung, welche als Bruchlochwicklung und mit rechteckig profilierter HF-Litze ausgebildet ist. Die HF-Litze besteht aus einer Vielzahl von elektrisch isolierten Kupferlackdrähten, die verdrillt sind und nachträglich in ein rechteckiges Profil gepresst wurden. Im Vergleich zu unverpressten Einzel- drähten wird durch das Verpressen im Litzenquerschnitt ein deutlich höherer
Kupferfüllfaktor erreicht.
Des Weiteren ist die Verwendung von Backlackdraht zur Herstellung von Spulenwicklungen bekannt. Backlackdraht ist ein Draht, bei dem der elektrisch leitende Draht zusätzlich zu einer Isolierschicht, zum Beispiel eine Lackschicht, eine weitere äußere Schicht (Backschicht) aufweist. Die Backlackschicht ist beispielsweise eine thermoplastische Schicht. Beim Erwärmen wird die Backlackschicht aufgeweicht und kann sich mit einer Backlackschicht eines benachbarten Drahtes verbinden. Dieser
Vorgang wird auch Verbacken genannt. Durch das Verbacken wird sichergestellt, dass die geometrische Gestalt der Spule dauerhaft beibehalten wird.
In der DE 103 38452 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit einer Wicklung für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine umfassend ein derartiges Bauteil beschrieben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Wickeln eines oder mehrerer Drähte zu einer Spule. Der Draht ist ein Backlackdraht mit einem elektrisch leitenden Kern, einer Isolierschicht und einer äußeren Backschicht. Die gewickelte Spule wird nachfolgend mittels Presswerkzeug gepresst. Abschließend erfolgt ein Verbacken der gepressten Spule, um die geometrische Gestalt der Spule beizubehalten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spulenwicklung für eine elektrische Maschine bestehend aus HF-Litze zur Verfügung zu stellen, mit welcher zur Erzielung eines hohen Füllfaktors ein zur Aufnahme der Spulenwicklung dienender Wickelraum optimal ausnutzbar ist und gleichzeitig eine geringe Wickel kopfhöhe erreicht werden kann. Weiterhin soll eine elektrische Maschine mit einer derartigen Spulenwicklung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung gestellt werden.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient eine Spulenwicklung gemäß Anspruch 1 , eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 4 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 7. Die erfindungsgemäße Spulenwicklung besteht aus HF-Litze und erstreckt sich in Wickelkopfabschnitten und Wickel körperabschnitten. Die HF-Litze umfasst eine Vielzahl von Backlackdrähten, welche jeweils eine äußere Schicht aus einem Backlack aufweisen. Zumindest die Wickelkörperabschnitte sind durch Verbacken des Backmaterials der Backlackdrähte miteinander verbacken. Die Wickelkopfabschnitte sind nicht verbacken.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Spulenwicklung ist darin zu sehen, dass durch Verwendung einer HF-Litze aus Backlackdrähten eine Nut, in welche die Spulenwicklung in der elektrischen Maschine eingebracht wird, optimal ausgenutzt werden kann. Dies wird durch die beim Verbacken stattfindende Verdichtung der HF- Litze erreicht. Beim Verdichten werden die freien Zwischenräume zwischen den einzelnen Backlackdrähten minimiert, wodurch ein maximaler Füllfaktor erreicht werden kann. Dadurch, dass die Wickelkopfabschnitte der Spulenwicklung nicht verbacken sind, bleibt dieser Bereich weiterhin flexibel. Die Wickelkopfabschnitte werden nach Einlegen der Spulenwicklung in die Nut vorzugsweise verpresst. Auf diese Weise kann die Wickelkopfhöhe minimiert werden, wodurch der benötigte Bauraum minimiert werden kann. Somit kann eine verhältnismäßige hohe Leistung in einem kleinen Bauraum erzeugt werden. Durch die verwendete HF-Litze werden Skin Effekte minimiert.
Der zur Herstellung der HF-Litze verwendete Backlackdraht ist ein handelsüblicher Backlackdraht. Als Backlackdraht kann beispielsweise ein Backlackdraht mit einem thermoplastischen Backmaterial Verwendung finden.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst die beschriebene Spulenwicklung, welche in eine Nut der elektrischen Maschine eingebracht ist. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Wickelkörperabschnitte eine äußere Isolationsschicht auf, um je nach Anwendungsfall eine erforderliche Isolation der Spulenwicklung sicher zu stellen. Die Isolationsschicht wird vorzugsweise durch Umwickeln der verbackenen Wickelkörperabschnitte mit einem geeigneten Isolationsmaterial hergestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine umfasst folgende Schritte: Zunächst wird eine HF-Litze zu einer Spulenwicklung gewickelt. Die verwendete HF-Litze umfasst eine Vielzahl von Backlackdrähten mit jeweils einer äußeren Schicht aus einem Backlack. Anschließend erfolgt ein Ver- backen der Spulenwicklung in Wickelkörperabschnitten. Dieses Verbacken erfolgt bevorzugt in einem Backwerkzeug, in welchem die Spulenwicklung eingelegt ist. Vor oder während des Verbackens kann eine Verdichtung im Bereich der Wickelkörperabschnitte erfolgen. Wickel kopfabschnitte werden dabei nicht verbacken. Die Spulenwicklung wird nachfolgend in eine Nut der elektrischen Maschine eingelegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Wickelkopfabschnitte nach Einlegen der Spulenwicklung in die Nut verpresst. Durch das Verpressen der Wickelkopfabschnitte wird die Wickel kopfhöhe minimiert, wodurch weniger Bauraum benötigt wird. Die verbackenen Wickelkörperabschnitte richten sich vorzugsweise nach der Aktivlänge der elektrischen Maschine.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Wickelkörperabschnitte nach dem Verbacken mit einer Isolationsschicht zu versehen, um die erforderliche Isolation zum Eisenpaket der elektrischen Maschine sicherzustellen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie deren Vorteile und Einzelheiten werden nachfolgend anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Spulenwicklung 01 , welche in einem Backwerkzeug 04 angeordnet ist. Die Spulenwicklung 01 wird später vorzugsweise Bestandteil einer elektrischen Maschine (nicht gezeigt) und kann dort in eine Nut der elektrischen Maschine eingelegt werden. Im Backwerkzeug 04 befindet sich ebenfalls eine Nut, die der Nut der elektrischen Maschine in ihren Abmessungen entspricht und in der der eigentliche Backvorgang abläuft.
Die Spulenwicklung 01 besteht aus einer HF-Litze, welche eine Vielzahl von Backlackdrähten umfasst. Die Backlackdrähte weisen jeweils eine äußere Schicht aus einem Backlack auf. Die Spulenwicklung 01 weist Wickelkörperabschnitte 02 und Wickel kopfabschnitte 03 auf. Die Wickelkörperabschnitte 02 sind nach dem Verbacken als verfestigter Bereich ausgebildet. Dieser verfestigte Bereich wird durch Verbacken des Backmaterials der Backlackdrähte erzeugt. Hierfür sind die Wickelkörperabschnitte 02 in der Nut des Backwerkzeugs 04 eingelegt.
Im Bereich der Wickelkopfabschnitte 03 ist die Spulenwicklung 01 nicht verbacken und somit weiterhin flexibel. Die flexiblen Wickel kopfabschnitte 03 können nach Einlegen der Spulenwicklung 01 in die Nut der elektrischen Maschine verpresst werden, wodurch die Wickel kopfhöhe minimiert werden kann. Die Wickelkörperabschnitte 02 der Spulenwicklung 01 können nach dem Backvorgang mit einer äußeren Isolationsschicht versehen werden. Bezuqszeichenliste Spulenwicklung
Wickelkörperabschnitte
Wickelkopfabschnitte
Backwerkzeug

Claims

Patentansprüche
1 . Spulenwicklung (01 ) für eine elektrische Maschine bestehend aus Hochfrequenz-Litze, die sich in Wickel kopfabschnitten (03) und Wickelkörper- abschnitten (02) erstreckt, wobei die Hochfrequenz-Litze eine Vielzahl von Backlackdrähten umfasst, die jeweils eine äußere Schicht aus einem Backlack aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkörperabschnitte (02) durch Verbacken des Backmaterials der Backlackdrähte miteinander verbacken sind und die Wickel kopfabschnitte (03) nicht verbacken sind.
2. Spulenwicklung (01 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Backlackdraht ein thermoplastisches Backmaterial aufweist.
3. Spulenwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei Wickel körperabschnitte (02) parallel zueinander erstrecken und zwischen zwei Wickelkopfabschnitten (03) verlaufen.
4. Elektrische Maschine mit einer aus Hochfrequenz-Litze bestehenden Spulenwicklung (01 ), wobei die Hochfrequenz-Litze eine Vielzahl von Backlackdrähten umfasst, die jeweils eine äußere Schicht aus einem Backlack aufweisen, wobei die Spulenwicklung (01 ) Wickelkopfabschnitte (03) und Wickelkörperabschnitte (02) umfasst, und wobei die Wickelkörperabschnitte (02) in einer Nut der elektrischen Maschine verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkörperabschnitte (02) durch Verbacken des Backmaterials der Backlackdrähte miteinander verbacken sind und die Wickelkopfabschnitte (03) nicht verbacken sind.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht verbackenen Wickel kopfabschnitte (03) verpresst sind.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkörperabschnitte (02) eine äußere Isolationsschicht aufweisen, die eine elektrische Isolation zu der Nut der elektrischen Maschine herstellen.
7. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit folgenden Schritten:
• Wickeln einer Hochfrequenz-Litze zu einer Spulenwicklung (01 ), wobei die Hochfrequenz-Litze eine Vielzahl von Backlackdrähten mit jeweils einer äußeren Schicht aus einem Backlack umfasst;
• Verbacken der Spulenwicklung (01 ) in Wickelkörperabschnitten (02), wobei die Spulenwicklung (01 ) in Wickelkopfabschnitten (03) nicht verbacken wird;
• Einlegen der Spulenwicklung (01 ) in eine Nut der elektrischen Maschine.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkopfabschnitte (03) nach Einlegen der Spulenwicklung (01 ) in die Nut verpresst werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
verbackenen Wickelkörperabschnitte (02) der Aktivlänge der elektrischen Maschine entsprechen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelkörperabschnitte (02) nach dem Verbacken mit einer Isolationsschicht versehen werden.
PCT/DE2016/200283 2015-07-20 2016-06-20 Spulenwicklung aus hf-litze, elektrische maschine mit einer derartigen spulenwicklung und verfahren zu deren herstellung WO2017012616A1 (de)

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