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WO2018215213A1 - Spulenwicklung - Google Patents

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Publication number
WO2018215213A1
WO2018215213A1 PCT/EP2018/062018 EP2018062018W WO2018215213A1 WO 2018215213 A1 WO2018215213 A1 WO 2018215213A1 EP 2018062018 W EP2018062018 W EP 2018062018W WO 2018215213 A1 WO2018215213 A1 WO 2018215213A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
turns
winding
coil winding
sector
group
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/062018
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ernst Prand-Stritzko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Egston System Electronics Eggenburger GmbH
Original Assignee
Egston System Electronics Eggenburger GmbH
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 Egston System Electronics Eggenburger GmbH filed Critical Egston System Electronics Eggenburger GmbH
Priority to DE112018002655.8T priority Critical patent/DE112018002655A5/de
Publication of WO2018215213A1 publication Critical patent/WO2018215213A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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Definitions

  • the invention relates to a coil winding according to the preamble of
  • strands have the known advantages regarding eddy current losses and skin effect.
  • Cross-section reduction of individual wires of the strand can come. These are additionally heated in operation by the locally increased ohmic resistance and represent a weak point or fault.
  • the object of the invention is therefore to provide a coil winding of the type mentioned, with which the mentioned disadvantages can be avoided, with which the stability or life of the coil winding, and
  • the heat dissipation from the coil winding can be improved.
  • the stability or service life of the coil winding can be improved.
  • the claimed type of winding results in fewer crossing points between the individual wires of the different turns. Instead, individual wires of the strand of the second group run on turns along individual wires of the first group of turns. This has the consequence that due to the better contact, the heat transfer within the coil winding is improved. As a result, the heat generated within the coil winding can be better dissipated, whereby the stability is increased. Since there are now fewer points of intersection between the individual wires of adjacent windings, fewer constrictions or weak points on individual wires occur in this area, as a result of which the stability can be significantly increased. In particular, if such coil windings are additionally pressed in the radial direction after winding, comes the fact that in the pressing direction fewer crossing points occur particularly for carrying, since such pressing operations in the prior art, the problem with the
  • Copper content can be increased in a coil winding, as opposed to a coil winding according to EP 1 930 918 A2. As the individual neighboring
  • the coil can be increased by 3% to 5%. As a result, both the heating is reduced and the heat dissipation, and consequently the
  • the invention further relates to a coil with a subject
  • the invention further relates to a method for producing a coil winding of a, consisting of a predetermined plurality of individual wires, stranded wire according to the preamble of claim 17.
  • the object of the invention is therefore a method for producing a
  • Stability and life of the coil winding, and in particular the heat dissipation from the coil winding, can be improved.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a strand of seven individual wires in
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a first preferred embodiment of a coil in elevation
  • FIG. 3 section A-A of FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view through two windings of a first winding layer and a winding of a second winding layer of the first preferred embodiment adjacent thereto;
  • FIG. 5 is a schematic sectional view through a coil winding of a second preferred embodiment with four winding layers; and Fig. 6 is a schematic representation of a third preferred embodiment of a coil in section.
  • Coil winding 1 wherein at least one, consisting of a predetermined plurality of individual wires 2, strand 3 in at least one winding layer 4.5 in
  • turns 6 is arranged, wherein in at least a first sector 7 of the coil winding 1, the strand 3 of a first group of turns 6 is respectively screwed with a first direction of impact 8, wherein in the first sector 7, the strand 3 a second group of turns 6 with a second direction of impact.
  • Coil winding 1 heat dissipated better, whereby the stability is increased. Since there are now fewer points of intersection between the individual wires 2 of adjacent turns 6, fewer constrictions or weak points on individual wires occur in this area, as a result of which the stability can be significantly increased. In particular, if such coil windings 1 are additionally pressed in the radial direction after winding, the fact that fewer crossing points occur in the pressing direction is particularly important, because such pressing operations in the prior art increase the problem at the crossing points. Instead of causing flaws introduces 1 in an objective coil winding
  • a method for producing a coil winding 1 from a consisting of a predetermined plurality of individual wires 2, strand 3, it is provided that the strand 3 in adjacent, preferably at least
  • windings 6 is wound, wherein in the at least one first sector 7 of the coil winding 1, the strand 3 is screwed in the first group of turns 6 each with the first direction of impact 8, wherein in the at least one first sector 7, the strand 3 in the second group of turns 6 with a, the first direction of impact 8 opposite second direction of impact 9 is screwed.
  • the opposite coil winding 1 is provided in particular as a coil winding 1 of a coil 23.
  • Coil carrier 24 is arranged.
  • a coil carrier 24 is preferably an electrically insulated component on which the coil winding 1 is arranged.
  • the coil carrier 24 is particularly preferably designed as an insulating component or as a stator part or stator tooth, in which case a plastic coating, a paper coating and / or a powder coating can be provided as insulation in the latter.
  • the coil 23 may be self-supporting.
  • a self-supporting coil 23 does not need a coil carrier 24th
  • the coil 23 or the coil winding 1 is part of a
  • Electric motor in particular a synchronous motor or a synchronous machine.
  • the relevant coil 23 or the coil winding 1 may also be part of another electrical device, for example a transformer or a choke.
  • an iron core, a stator, a rotor or a yoke is particularly preferably arranged.
  • the coil 23 or the coil winding 1 is provided for operation with high-frequency operating currents, such as for a high-speed electric motor, being regarded as high-speed, in particular speeds greater than 10,000 revolutions per minute.
  • the objective coil 23 or the coil winding 1 has at least one strand 3 as a conductor.
  • the coil winding 1 will be described with a single stranded wire 3 as so-called. But it can also be provided to form the subject coil winding 1 with a plurality of strands 3 as a so-called multi-wire coil.
  • a stranded wire 3 consists in a manner known per se of a predeterminable plurality of individual wires 2. These individual wires 2 are preferably electrically insulated from one another, in particular lacquer-insulated.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a strand 3 consisting of seven individual wires 2 in a sectional view. The strand 3 can also have a smaller or a significantly higher number of individual wires 2.
  • the individual wires 2 form a Litzenforceskontur 13 of the strand 3 with elevations 14 through the individual wires 2 and recesses 15 between adjacent individual wires 2.
  • the subject coil winding 1 has at least one winding layer 4, 5, 26, 29.
  • Each of the at least one winding layers 4, 5, 26, 29 has a predeterminable plurality of turns 6.
  • a conductor loop is referred to, which surrounds a coil axis 27 times.
  • Each of the winding layers 4, 5, 26, 29 may also be referred to as a cylindrical coil, wherein the cylinder is preferably a straight cylinder with a substantially elongate base surface.
  • the coil winding 1 can in particular a plurality of winding layers 4, 5, 26, 29 have, a so-called layer winding.
  • the at least one stranded wire 3 is wound in the at least one first winding layer 4 of the coil winding 1 and a second winding layer 5 of the coil winding 1 resting against the first winding layer 4.
  • the coil winding 1 may have only a single winding layer 4.
  • FIGS. 2 to 6 Preferred embodiments of the coil winding 1 with two, three or four winding layers 4, 5, 26, 29 are described in FIGS. 2 to 6, wherein the
  • Coil winding 1 may of course have further winding layers, which according to the presently described winding layers 4, 5, 26, 29
  • the second winding layer 5 is located, preferably directly, on the first winding layer 4.
  • the first winding layer 4 is that of the winding layers 4, 5, 26, 29, which is arranged next to the coil axis 27.
  • the strand 3 is in the individual winding layers 4, 5, 26, 29 in turns. 6
  • the windings 6 are arranged side by side.
  • the adjacent turns 6 may be formed by one and the same strand 3, if it is a single-wire or single-coil winding, or it may be provided that these turns 6 are at least partially formed by different strands 3, provided that Coil winding 1 of several different strands 3 is wound.
  • the adjacent turns 6 are arranged adjacent to each other within at least one of the winding layers 4, 5, 26, 29, at least in regions, and consequently in regions
  • the coil winding 1 a second sector
  • the coil winding 1 has a predeterminable plurality, but at least two sectors 7, 16, 19, 20. As a sector 7, 16, 19, 20 while a portion of the cross section of the coil winding 1 is referred to, which are limited by two beams 28. Such beams 28, which are actually projecting areas, are shown approximately in FIG. 2.
  • An objective sector 7, 16, 19, 20 extends from the first winding layer 4 outwards to the outermost winding layer 26 of the coil winding 1, and thus over the individual winding layers 4, 5, 26 away.
  • the coil winding 1 an elongated
  • Longitudinal side 18 of the cross section of the coil winding 1 comprises.
  • first longitudinal side 17 forms the first sector and / or the entire second longitudinal side 18 forms the second sector 16.
  • the longitudinal sides 17, 18 can be connected to each other in particular via head sides 21, 22.
  • the coil winding 1 has a substantially rectangular cross-section.
  • a substantially rectangular is also a rectangle with
  • the first sector 7 comprises a first longitudinal side 17 or longitudinal surface of the rectangular cross section and the second sector 16 has a second longitudinal side 18 or longitudinal surface of the rectangular cross section.
  • a first head side 21 of the rectangular cross section comprises a third sector 19 of the coil winding 1 and a second head side 22 of the rectangular cross section comprises a fourth sector 20 of the coil winding 1.
  • the cross section of the coil winding 1 has completely rounded head sides 21, 22.
  • the head sides 21, 22 can be designed in particular as a semicircle or half ellipse.
  • Impact direction 8 is screwed.
  • the first direction of impact 8 can be in the
  • the turns 6 are divided into two groups, wherein the groups of turns 6 in the direction of impact 8, 9, in particular only in the direction of impact 8, 9, differ. It can therefore be screwed in the first sector 7 in a turn 6 in the first direction of impact 8 in the first sector 7, and in another winding 6 in the first sector 7 in the second
  • Percussion directions 8, 9 of the turns 6 in the first sector 7 can be achieved that the elevations 14 and depressions 15 adjacent turns 6 engage each other over the length of the first sector 7.
  • the reason for this is, inter alia, that the cross section of the strand 3 is similar to a gear, and with an imaginary displacement of the cross section along the longitudinal direction of the strand 3, the cross section rotates in the respective direction of impact.
  • a turn 6 of the first group rests against at least one turn 6 of the second group.
  • the turns 6 of the second winding layer 5 adjoin at least one turn 6 of the first winding layer 4 with opposite direction of impact 8, 9.
  • Winding layer 5 therefore adjoins at least one turn 6 belonging to turns 6 in the first winding layer 4 and / or a turn 6 in the second winding layer 5 belonging to turns 6 in the second winding layer 5 adjoins at least one of the second group of windings 6 Winding 6 in the first winding layer 4 at.
  • the at least one stranded wire 3 is wound in the at least one first winding layer 4 of the coil winding 1 and the second winding layer 5 of the coil winding 1 adjacent to the first winding layer 4, that in the at least one first sector 7 the windings 6 belong to the first winding layer 4 of the first group of windings 6 and the turns 6 of the second
  • Winding layer 5 belong to the second group of turns 6, and that turns 6 of the second winding layer 5 are each arranged in a Swisslitzenverianaung 10 between two adjacent arranged turns 6 of the first winding layer 4.
  • the intermediate slot recess 10 are formed between two adjacently arranged turns 6 of the first winding layer 4. It may therefore be preferable to provide a coil winding 1, wherein the at least one, from a
  • Winding layer 4, 5, 26 Instead, individual wires run 2 of the strand 3 of the second winding layer 5 along individual wires 2 of the first winding layer 4. This has the consequence that due to the better contact heat transfer from one winding layer 5 is improved in the other winding layer 4 , In particular, if such coil windings 1 after winding additionally in the radial
  • the individual wires 2 form a Litzennostiskontur 13 of the strand 3 with elevations 14 through the individual wires 2 and recesses 15 between adjacent individual wires 2, and that elevations 14 of the Litzenau touchkontur 13 of the strand 3 of the second group of turns 6 in
  • Winding layer 4 are arranged side by side or screwed so that at the predetermined cutting plane 11 cross-sectional shapes 12 of the strand 3 in the
  • 4 and 5 show a schematic representations, wherein the two cross-sectional shapes 12 of the strand 3 are aligned equal or in the same way or direction. In this case, by simple parallel displacement without rotation of the cross section of a stranded wire 3 can be pushed substantially congruent over the cross section of the adjacent stranded wire 3.
  • the strand 3 of the first group of turns 6 in the second sector 16 has the second direction of impact 9 and the strand 3 of the second group of turns 6 in the second sector 16 the first
  • Impact direction 8 has.
  • winding or producing the coil winding 1 can be provided in particular that a turn 6 of the first winding layer 4 is screwed in the first sector 7 with the first direction of impact 8.
  • the strand 3 of the same turn 6 is screwed in with the second direction of impact 9.
  • the strand 3 of the first winding layer 4 therefore has the second direction of impact 9 in the second sector 16. This can be a turn 6 in the
  • Substantial neutral blow can be achieved. Accordingly, it is preferably provided that the strand 3 of the second winding layer 5 in the second sector 16 has the first direction of impact 8 and the second lay length.
  • Fig. 3 shows schematically a thus constructed coil 23, wherein each of the Impact direction 8, 9 in each of the strands 3 in the first sector 7 and in the second sector 16 is located.
  • strand 3 may preferably be provided that the strand 3 is wound in a first winding layer 4 of the coil winding 1 in adjacent turns 6, wherein at least a first sector 7 of the coil winding 1, the strand 3 of the first winding layer 4 is screwed at each turn 6 in each case with the first direction of impact 8 and the first lay length.
  • the adjacent turns 6 of a winding layer are at least
  • the strand 3 is not taken in the following third sector 19 but just led.
  • the strand 2 is preferably screwed in with the second direction of impact 9 and the first lay length, and thus the part of the relevant turn 6 is wound in the second sector 16.
  • the strand 3 is not taken in the subsequent fourth sector 20 but just led.
  • Coil winding 1 is preferably the strand 3 in the first sector 7 at each turn 6 with the second direction of impact 9 and the second lay length screwed, wherein turns 6 of the second winding layer 5 are each arranged in a septlitzenverianaung 10 between two adjacent turns 6 of the first winding layer 4 ,
  • the further winding in the three other sectors 16, 19, 20 is carried out according to the first winding layer 4, wherein, of course, in the second sector, the opposite direction of impact to the underlying first Winding layer 4 is used.
  • differences in the direction of impact 8, 9 in the first sector 7 are not only between individual winding layers 4, 5, 26, 29, but also within a winding layer 4, 5, 26, 29.
  • adjacent turns 6 in the same winding layer 4, 5, 26, 29 interlock with each other, whereby a more compact coil winding 1 is possible.
  • This advantage can be achieved in particular even with a coil winding 1 with only one winding layer 4.
  • the at least one stranded wire 3 is wound in at least a first winding layer 4 of the coil winding 1 and a second winding layer 5 of the coil winding 1 adjacent to the first winding layer 4, that the turns 6 of the second winding layer 5 in the first sector 7 rest without displacement on the windings 6 of the first winding layer 4, wherein a turn 6 of the first group of turns 6 of the second winding layer rests on a turn 6 of the second group on the turns 6 of the first winding layer 4. That the
  • Windings 6 of the second winding layer 5 restlessly resting on the windings 6 of the first winding layer 4 means that the windings 6 of the second winding layer 5 do not rest in intermediate-line depressions 10 of the first winding layer 4, but directly on the turns 6 of the first as in a checkerboard pattern
  • Windings 6 are arranged in cross-section according to a substantially square instead of hexagonal grid can with respect to the filling factor thereby can be compensated that strands 3 are easier to flatten compared to solid wires, whereby the gaps can be filled.
  • An embodiment designed in this way is shown by way of example in FIG.
  • the coil winding 1 has a third sector 19 and a fourth sector 20, each comprising one of the head sides 21, 22 of the cross section of the coil winding 1, and that the individual wires 2 of the strand 3 of the first group of turns 6 and of the second group of windings 6 in the third sector 19 and in the fourth sector 20 are arranged substantially untwisted. It can be provided in particular that the individual wires 2 of the strand 3 of the first group of turns 6 and the second group of turns 6 in the third sector 19 and in the fourth sector 20 substantially straight, therefore not twisted or screwed are arranged. Of course, the strands 3 may be slightly bent or bent in this area.
  • the third and fourth sector 19, 20 are also referred to as a winding head. In a preferred practical application, these sectors 19, 20 are the areas where the coil winding 1 emerges from a stator or
  • the first longitudinal side 17 has a first length, that in the first sector 7, the stranded wire 3 is screwed in with a first lay length, and that the first length is an integer multiple of the first lay length minus half a first lay length.
  • the lay length indicates - analogous to the rope technique - the degree of the recess or the slope.
  • the first length may therefore be a half-fold, one-and-a-half, two and a half times and the like of the first lay length, whereby a single wire 2, which is arranged at the beginning of the first longitudinal side 17 on an underside of the strand 3 at the end of the first longitudinal side 17 at the top and vice versa , Since the
  • Single wire 2 at the bottom of the strand 3 in the head portions 21, 22 has a shorter length than the single wire 2 at the top of the strand 3, can be compensated by these differences in length over the entire turn 6 considered.
  • the second longitudinal side 18 has a second length, that in the second sector 16, the stranded wire 3 is screwed in with a second lay length, and that the second length is an integer multiple of the second Lay length minus half a second lay length.
  • the first length is substantially equal to the second length.
  • the first length is an integer multiple of the first lay length, and / or that the second length is an integer multiple of the second lay length.
  • the first length may therefore be a simple, twofold and the like of the first lay length. As a result, a more symmetrical magnetic induction in the strand 3 can be achieved.
  • a potting compound and / or an impregnating resin and / or a trickle resin is arranged in intermediate spaces 25 of the coil winding 1, whereby the heat dissipation can be further improved.
  • the second group of turns 6 is pressed against the first group of turns 6 and / or baked.
  • the second winding layer 5 or further winding layers 26 are pressed and / or baked against the first winding layer 4, as a result of which the heat transfer between the winding layers 4, 5, 26 can be improved, as already explained in the introduction. without
  • Coil winding 1 can be improved.

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Abstract

Bei einer Spulenwicklung (1) wobei wenigstens eine, aus einer vorgebbaren Mehrzahl an Einzeldrähten (2) bestehende, Litze (3) in wenigstens einer Wickellage (4,5) in nebeneinander liegenden, vorzugsweise wenigstens bereichsweise aneinander anliegenden, Windungen (6) angeordnet ist, wobei in wenigstens einem ersten Sektor (7) der Spulenwicklung (1) die Litze (3) einer ersten Gruppe an Windungen (6) jeweils mit einer ersten Schlagrichtung (8) eingedreht ist, wird vorgeschlagen, dass im ersten Sektor (7) die Litze (3) einer zweiten Gruppe an Windungen (6) mit einer zweiten Schlagrichtung (9) eingedreht ist, welche zweite Schlagrichtung (9) entgegengesetzt zur ersten Schlagrichtung (8) ist.

Description

Spulenwicklung
Die Erfindung betrifft eine Spulenwicklung gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Es ist bekannt Spulen aus Litzen bzw. litzenförmigen Drähten zu Wickeln.
Insbesondere bei hohen Frequenzen weisen Litzen die bekannten Vorteile betreffend Wirbelstromverlusten und Skineffekt auf.
Aus der EP 1 930 918 A2 ist ein Wickelverfahren für eine Spulenwicklung bekannt, bei welcher eine Litze zu einer rechteckigen Spule gewickelt wird. Dabei wird die Litze entlang einer der Längsseiten des Rechtecks in einer erste Richtung eingedreht, entlang der Breitseiten gerade bzw. uneingedreht geführt, und an der anderen Längsseite des Rechtecks in eine zweite Richtung eingedreht. Wenngleich diese Anordnung zu geringeren Wirbelstromverlusten führt, weist diese auch erhebliche Nachteile auf.
Als nachteilig bei derartigen Spulen hat sich erwiesen, dass diese Probleme bei der Lebensdauer sowie der Wärmeabfuhr aus der Spulenwicklung aufweisen.
Insbesondere beim angepeilten Einsatzzweck als Antrieb für einen elektrischen Turbolader treten in den oberen Wickellagen sog. Hotspots auf, welche zu einem Ausfall eines derart ausgebildeten Elektromotors führen können, da die in den Spulenwicklungen entstehende beträchtliche Wärme nur schwer nach Innen in Richtung Spulenkern abgeführt werden kann. Dabei hat sich bei derartigen Spulen gezeigt, dass es zwischen den einzelnen Lagen zu Stellen mit erheblicher
Querschnittsverringerung von Einzeldrähten der Litze kommen kann. Diese werden im Betrieb durch den lokal erhöhten ohmschen Widerstand zusätzlich erwärmt und stellen ein Schwach- bzw. Fehlerstelle dar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Spulenwicklung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher die genannten Nachteile vermieden werden können, mit welcher die Standfestigkeit bzw. Lebensdauer der Spulenwicklung, und
insbesondere die Wärmeabfuhr aus der Spulenwicklung, verbessert werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht. Dadurch kann die Standfestigkeit bzw. Lebensdauer der Spulenwicklung verbessert werden. Durch die beanspruchte Wicklungsart entstehen weniger Kreuzungspunkte zwischen den Einzeldrähten der unterschiedlichen Windungen. Stattdessen verlaufen Einzeldrähte der Litze der zweiten Gruppe an Windungen entlang von Einzeldrähten der ersten Gruppe an Windungen. Dies hat zur Folge, dass aufgrund der besseren Kontaktierung die Wärmeübertragung innerhalb der Spulenwicklung verbessert wird. Dadurch kann die innerhalb der Spulenwicklung entstehende Wärme besser abgeführt werden, wodurch die Standfestigkeit erhöht wird. Da nunmehr weniger Kreuzungspunkte zwischen den Einzeldrähten benachbarter Windungen auftreten, kommt es in diesem Bereich auch zu weniger Einschnürungen bzw. Schwachstellen an Einzeldrähten, wodurch die Standfestigkeit deutlich erhöht werden kann. Insbesondere wenn derartige Spulenwicklungen nach dem Wickeln noch zusätzlich in radialer Richtung gepresst werden, kommt der Umstand, dass in Pressrichtung weniger Kreuzungspunkte auftreten besonders zum Tragen, da derartige Pressvorgänge beim Stand der Technik die Problematik an den
Kreuzungspunkten verstärkt. Anstatt Fehlerstellen zu verursachen führt bei einer gegenständlichen Spulenwicklung ein nachträgliches Zusammenpressen zu einer weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr und Standfestigkeit, da die linienformigen Berührungsbereiche der Einzeldrähte der benachbarten Windungen vergrößert werden, wodurch der Wärmetransport zwischen den Windungen noch weiter verbessert wird. Weiters kann durch die gegenständlichen Merkmale der
Kupferanteil in einer Spulenwicklung, etwa gegenüber einer Spulenwicklung gemäß der EP 1 930 918 A2, erhöht werden. Da sich die einzelnen benachbarten
Windungen besser ineinander legen, kann der Kupferanteil am Gesamtvolumen, der sog. Füllfaktor, der Spule um 3% bis 5% erhöht werden. Dadurch wird sowohl die Erwärmung reduziert als auch die Wärmeabfuhr, und folglich auch die
Standfestigkeit bzw. Ausfallsicherheit, verbessert.
Die Erfindung betrifft weiters eine Spule mit einer gegenständlichen
Spulenwicklung sowie einen Elektromotor mit einer gegenständlichen
Spulenwicklung oder Spule.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung einer Spulenwicklung aus einer, aus einer vorgebbaren Mehrzahl an Einzeldrähten bestehenden, Litze gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 17.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Herstellung einer
Spulenwicklung gemäß der vorstehend genannten Art anzugeben, mit welcher die eingangs genannten Nachteile vermieden werden können, mit welcher die
Standfestigkeit bzw. Lebensdauer der Spulenwicklung, und insbesondere die Wärmeabfuhr aus der Spulenwicklung, verbessert werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 17 erreicht.
Dadurch können die zum Patentanspruch 1 geltend gemachten Vorteile erzielt werden.
Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Ansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Litze aus sieben Einzeldrähten im
Querschnitt;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Spule im Aufriss;
Fig. 3 Schnitt A-A gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung durch zwei Windungen einer ersten Wickellage und einer an diese angrenzende Windung einer zweiten Wickellage der ersten bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Spulenwicklung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform mit vier Wickellagen; und Fig. 6 eine schematische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer Spule im Schnitt.
Die Fig. 1 bis 6 zeigen schematische Darstellungen bevorzugter Ausführungsformen einer Spulenwicklung 1 bzw. von Teilen und/oder Details einer solchen
Spulenwicklung 1 wobei wenigstens eine, aus einer vorgebbaren Mehrzahl an Einzeldrähten 2 bestehende, Litze 3 in wenigstens einer Wickellage 4,5 in
nebeneinander liegenden, vorzugsweise wenigstens bereichsweise aneinander anliegenden, Windungen 6 angeordnet ist, wobei in wenigstens einem ersten Sektor 7 der Spulenwicklung 1 die Litze 3 einer ersten Gruppe an Windungen 6 jeweils mit einer ersten Schlagrichtung 8 eingedreht ist, wobei im ersten Sektor 7 die Litze 3 einer zweiten Gruppe an Windungen 6 mit einer zweiten Schlagrichtung 9
eingedreht ist, welche zweite Schlagrichtung 9 entgegengesetzt zur ersten
Schlagrichtung 8 ist.
Dadurch kann die Standfestigkeit bzw. Lebensdauer der Spulenwicklung 1
verbessert werden. Durch die beanspruchte Wicklungsart entstehen weniger Kreuzungspunkte zwischen den Einzeldrähten 2 der unterschiedlichen Windungen 6. Stattdessen verlaufen Einzeldrähte 2 der Litze 3 der zweiten Gruppe an Windungen 6 entlang von Einzeldrähten 2 der ersten Gruppe an Windungen 6. Dies hat zur Folge, dass aufgrund der besseren Kontaktierung die Wärmeübertragung innerhalb der Spulenwicklung 1 verbessert wird. Dadurch kann die innerhalb der
Spulenwicklung 1 entstehende Wärme besser abgeführt werden, wodurch die Standfestigkeit erhöht wird. Da nunmehr weniger Kreuzungspunkte zwischen den Einzeldrähten 2 benachbarter Windungen 6 auftreten, kommt es in diesem Bereich auch zu weniger Einschnürungen bzw. Schwachstellen an Einzeldrähten, wodurch die Standfestigkeit deutlich erhöht werden kann. Insbesondere wenn derartige Spulenwicklungen 1 nach dem Wickeln noch zusätzlich in radialer Richtung gepresst werden, kommt der Umstand, dass in Pressrichtung weniger Kreuzungspunkte auftreten besonders zum Tragen, da derartige Pressvorgänge beim Stand der Technik die Problematik an den Kreuzungspunkten verstärkt. Anstatt Fehlerstellen zu verursachen führt bei einer gegenständlichen Spulenwicklung 1 ein
nachträgliches Zusammenpressen zu einer weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr und Standfestigkeit, da die linienförmigen Berührungsbereiche der Einzeldrähte 2 der benachbarten Windungen 6 vergrößert werden, wodurch der Wärmetransport zwischen den Windungen 6 noch weiter verbessert wird. Weiters kann durch die gegenständlichen Merkmale der Kupferanteil in einer Spulenwicklung 1 , etwa gegenüber einer Spulenwicklung gemäß der EP 1 930 918 A2, erhöht werden. Da sich die einzelnen benachbarten Windungen 6 besser ineinander legen, kann der Kupferanteil am Gesamtvolumen, der sog. Füllfaktor, der Spule um 3% bis 5% erhöht werden. Dadurch wird sowohl die Erwärmung reduziert als auch die Wärmeabfuhr, und folglich auch die Standfestigkeit bzw. Ausfallsicherheit, verbessert.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Spulenwicklung 1 aus einer, aus einer vorgebbaren Mehrzahl an Einzeldrähten 2 bestehenden, Litze 3, ist vorgesehen, dass die Litze 3 in nebeneinander liegenden, vorzugsweise wenigstens
bereichsweise aneinander anliegenden, Windungen 6 gewickelt wird, wobei in dem wenigstens einem ersten Sektor 7 der Spulenwicklung 1 die Litze 3 in der ersten Gruppe an Windungen 6 jeweils mit der ersten Schlagrichtung 8 eingedreht wird, wobei in dem wenigstens einen ersten Sektor 7 die Litze 3 in der zweiten Gruppe an Windungen 6 mit einer, der ersten Schlagrichtung 8 entgegengesetzten zweiten Schlagrichtung 9 eingedreht wird.
Die gegenständige Spulenwicklung 1 ist insbesondere als Spulenwicklung 1 einer Spule 23 vorgesehen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Spulenwicklung 1 auf einem
Spulenträger 24 angeordnet ist. Bei einem Spulenträger 24 handelt es sich bevorzugt um einen elektrisch isolierten Bauteil auf dem die Spulenwicklung 1 angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist der Spulenträger 24 als Isolierstoffbauteil oder als Statorteil bzw. Statorzahn ausgebildet, wobei als Isolierung bei letztgenannten eine Kunststoffbeschichtung, eine Papierummantelung und/oder eine Pulverbeschichtung vorgesehen sein kann.
Alternativ kann die Spule 23 selbsttragend sein. Eine selbsttragende Spule 23 benötigt keinen Spulenträger 24. Besonders bevorzugt ist die Spule 23 bzw. die Spulenwicklung 1 Teil eines
Elektromotors, insbesondere eines Synchronmotors bzw. einer Synchronmaschine. Die betreffende Spule 23 bzw. die Spulenwicklung 1 kann jedoch auch Teil einer anderen elektrischen Vorrichtung sein, beispielsweise eines Transformators oder einer Drossel.
Besonders bevorzugt ist innerhalb der Spule 23 ein Eisenkern, ein Stator, ein Rotor bzw. ein Joch angeordnet. Insbesondere ist die Spule 23 bzw. die Spulenwicklung 1 für den Betrieb mit hochfrequenten Betriebsströmen vorgesehen, etwa für einen hochdrehenden Elektromotor, wobei als hochdrehend insbesondere Drehzahlen größer 10000 Umdrehungen pro Minute angesehen werden.
Die gegenständliche Spule 23 bzw. die Spulenwicklung 1 weist als Leiter wenigstens eine Litze 3 auf. Nachfolgend wird die Spulenwicklung 1 lediglich mit einer einzigen Litze 3 als sog. Eindrahtspule beschrieben. Es kann aber auch vorgesehen sein, die gegenständliche Spulenwicklung 1 mit mehreren Litzen 3 als sog. Mehrdrahtspule auszubilden.
Eine Litze 3 besteht in an sich bekannter Weise aus einer vorgebbaren Mehrzahl an Einzeldrähten 2. Diese Einzeldrähte 2 sind vorzugsweise gegeneinander elektrisch Isoliert, insbesondere lackisoliert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Litze 3 bestehend aus sieben Einzeldrähten 2 in einer Schnittdarstellung. Die Litze 3 kann dabei auch eine geringere oder aber eine erheblich höhere Anzahl an Einzeldrähten 2 aufweisen. Die Einzeldrähte 2 bilden eine Litzenumfangskontur 13 der Litze 3 mit Erhebungen 14 durch die Einzeldrähte 2 und Vertiefungen 15 zwischen benachbarten Einzeldrähten 2 aus.
Die gegenständliche Spulenwicklung 1 weist wenigstens eine Wickellage 4, 5, 26, 29 auf. Jede der wenigstens einen Wickellagen 4, 5, 26, 29 weist eine vorgebbare Mehrzahl Windungen 6 auf. Als Windung 6 wird eine Leiterschleife bezeichnet, welche eine Spulenachse 27 ein mal umschließt. Jede der Wickellagen 4, 5, 26, 29 kann auch als Zylinderspule bezeichnet werden, wobei der Zylinder bevorzugt ein gerader Zylinder mit im Wesentlichen länglicher Grundfläche ist.
Die Spulenwicklung 1 kann insbesondere mehrere Wickellagen 4, 5, 26, 29 aufweisen, eine sog. Lagenwicklung.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Litze 3 in der wenigstens einen ersten Wickellage 4 der Spulenwicklung 1 und einer, an der ersten Wickellage 4 anliegenden zweiten Wickellage 5 der Spulenwicklung 1 gewickelt ist.
Alternativ kann die Spulenwicklung 1 lediglich eine einzige Wickellage 4 aufweisen.
In den Fig. 2 bis 6 sind bevorzugte Ausführungsformen der Spulenwicklung 1 mit zwei, drei oder vier Wickellagen 4, 5, 26, 29 beschrieben, wobei die
Spulenwicklung 1 selbstverständlich weitere Wickellagen aufweisen kann, welche entsprechend den gegenständlich beschriebenen Wickellagen 4, 5, 26, 29
ausgebildet sind. Die zweite Wickellage 5 liegt, bevorzugt unmittelbar, an der ersten Wickellage 4 an. Gegenständlich wird als erste Wickellage 4 diejenige der Wickellagen 4, 5, 26, 29 bezeichnet, welche nächstens der Spulenachse 27 angeordnet ist.
Die Litze 3 ist in den einzelnen Wickellagen 4, 5, 26, 29 in Windungen 6
angeordnet. In den Wickellagen 4, 5, 26, 29 sind die Windungen 6 nebeneinander liegend angeordnet. Dabei können die nebeneinander angeordneten Windungen 6 durch ein und dieselbe Litze 3 gebildet sein, sofern es sich um eine Eindraht- bzw. Einlitzenspulenwicklung handelt, oder aber es kann vorgesehen sein, dass diese Windungen 6 zumindest teilweise durch unterschiedliche Litzen 3 gebildet sind, sofern die Spulenwicklung 1 aus mehreren, unterschiedlichen Litzen 3 gewickelt ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die nebeneinander liegenden Windungen 6 innerhalb wenigstens einer der Wickellagen 4, 5, 26, 29 wenigstens bereichsweise aneinander anliegend angeordnet sind, und sich folglich bereichsweise
berührenden, wie dies etwa in den Fig. 3, 4 und 6 dargestellt ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass zwischen den nebeneinander liegenden Windungen 6 innerhalb wenigstens einer der Wickellagen 4, 5, 26, 29 Abstände bestehen, sich diese Windungen 6 daher nicht berühren, wie dies etwa in Fig. 5 dargestellt ist. Bei dieser Variante sind die unterschiedlichen aneinander
grenzenden Wickellagen 4, 5, 26, 29 stärker ineinander geschoben, wodurch eine solche Spulenwicklung eine geringe Bauhöhe aufweist. Zudem weist diese Vorteile bei der Wärmeabfuhr auf, da die Wärme etwa der dritten Wickellage 26 auf kurzem Wege zur ersten Wickellage 4 abgeführt werden kann.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Spulenwicklung 1 einen zweiten Sektor
16 aufweist. Die Spulenwicklung 1 weist eine vorgebbare Mehrzahl, jedoch wenigstens zwei, Sektoren 7, 16, 19, 20 auf. Als Sektor 7, 16, 19, 20 wird dabei ein Abschnitt des Querschnitts der Spulenwicklung 1 bezeichnet, welcher durch zwei Strahlen 28 begrenzt sind. Derartige Strahlen 28, welche eigentlich projizierend dargestellte Flächen sind, sind etwa in Fig. 2 eingezeichnet. Ein gegenständlicher Sektor 7, 16, 19, 20 erstreckt sich von der ersten Wickellage 4 nach außen bis zur äußersten Wickellage 26 der Spulenwicklung 1 , und folglich über die einzelnen Wickellagen 4, 5, 26 hinweg.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Spulenwicklung 1 einen länglichen
Querschnitt aufweist, dass der erste Sektor 7 eine erste Längsseite 17 des
Querschnittes der Spulenwicklung 1 und der zweite Sektor 16 eine zweite
Längsseite 18 des Querschnittes der Spulenwicklung 1 umfasst. Die erste Längsseite
17 des Querschnittes der Spulenwicklung 1 und die zweite Längsseite 18 des Querschnittes der Spulenwicklung 1 können insbesondere parallel zueinander sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die gesamte erste Längsseite 17 den ersten Sektor ausbildet und/oder die gesamte zweite Längsseite 18 den zweiten Sektor 16 ausbildet. Die Längsseiten 17,18 können insbesondere über Kopfseiten 21 , 22 miteinander verbunden sein.
Bevorzugt weist die Spulenwicklung 1 im Wesentlichen einen Rechteckquerschnitt auf. Als im Wesentlichen rechteckig wird dabei auch ein Rechteck mit
abgerundeten Kanten, wie etwa in Fig. 2 dargestellt, angesehen. Bei dieser bevorzugten Ausführung der Spulenwicklung 1 umfasst der erste Sektor 7 eine erste Längsseite 17 bzw. Längsfläche des Rechteckquerschnitts und der zweite Sektor 16 eine zweite Längsseite 18 bzw. Längsfläche des Rechteckquerschnitts. Weiters umfasst eine erste Kopfseite 21 des Rechteckquerschnitts einen dritten Sektor 19 der Spulenwicklung 1 und eine zweite Kopfseite 22 des Rechteckquerschnitts umfasst einen vierten Sektor 20 der Spulenwicklung 1. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Spulenwicklung 1 komplett abgerundete Kopfseiten 21 ,22, aufweist. Die Kopfseiten 21 ,22 können insbesondere als Halbkreis oder Halbellipse ausgeführt sein.
Es ist vorgesehen, dass in wenigstens einem ersten Sektor 7 der Spulenwicklung 1 die Litze 3 einer ersten Gruppe an Windungen 6 jeweils mit einer ersten
Schlagrichtung 8 eingedreht ist. Die erste Schlagrichtung 8 kann dabei im
Uhrzeigersinn (cw), auch als Z-Schlag bezeichnet, oder gegen den Uhrzeigersinn (ccw), auch als S-Schlag bezeichnet, ausgeführt sein. Es ist weiters vorgesehen, dass im ersten Sektor 7 die Litze 3 einer zweiten Gruppe an Windungen 6 mit einer zweiten Schlagrichtung 9 eingedreht ist, welche zweite Schlagrichtung 9
entgegengesetzt zur ersten Schlagrichtung 8 ist. In zumindest dem ersten Sektor 7 der Spulenwicklung 1 sind daher die Windungen 6 in zwei Gruppen aufgeteilt, wobei sich die Gruppen der Windungen 6 in der Schlagrichtung 8, 9, insbesondere lediglich in der Schlagrichtung 8, 9, unterscheiden. Es kann daher die Litze 3 in dem ersten Sektor 7 bei einer Windung 6 in die erste Schlagrichtung 8 eingedreht sein, und bei einer weiteren Windung 6 in dem ersten Sektor 7 in die zweite
Schlagrichtung 9 eingedreht sein. Durch die Verwendung unterschiedlicher
Schlagrichtungen 8, 9 der Windungen 6 im dem ersten Sektor 7 kann erreicht werden, dass die Erhebungen 14 und Vertiefungen 15 benachbarter Windungen 6 über die Länge des ersten Sektors 7 ineinander greifen. Der Grund dafür liegt unter anderem darin, dass der Querschnitt der Litze 3 ähnlich einem Zahnrad ist, und bei einer gedachten Verschiebung des Querschnitts entlang der Längsrichtung der Litze 3 sich der Querschnitt in die jeweilige Schlagrichtung dreht. Durch die
unterschiedlichen Schlagrichtungen 8, 9 der Gruppen an Windungen 6 verhalten sich die Querschnitte benachbarter Windungen 6 bei einer gedachten Verschiebung des Querschnitts entlang der Längsrichtung der Litze 3 wie ineinander eingreifende Zahnräder.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in dem ersten Sektor 7 eine Windung 6 der ersten Gruppe an wenigstens einer Windung 6 der zweiten Gruppe anliegt.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass in dem wenigstens einen ersten Sektor 7 die Windungen 6 der zweiten Wickellage 5 an wenigstens einer Windung 6 der ersten Wickellage 4 mit entgegengesetzter Schlagrichtung 8,9 angrenzen. Eine der zweiten Gruppe an Windungen 6 angehörende Windung 6 in der zweiten
Wickellage 5 grenzt daher an wenigstens einer der ersten Gruppe an Windungen 6 angehörende Windung 6 in der ersten Wickellage 4 und/oder eine der ersten Gruppe an Windungen 6 angehörende Windung 6 in der zweiten Wickellage 5 grenzt an wenigstens einer der zweiten Gruppe an Windungen 6 angehörende Windung 6 in der ersten Wickellage 4 an. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in dem wenigstens einen ersten Sektor 7 die Windungen 6 der zweiten Wickellage 5 lediglich an Windung 6 der ersten Wickellage 4 mit entgegengesetzter
Schlagrichtung 8,9 angrenzen.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Litze 3 in der wenigstens einen ersten Wickellage 4 der Spulenwicklung 1 und der, an der ersten Wickellage 4 anliegenden zweiten Wickellage 5 der Spulenwicklung 1 gewickelt ist, dass in dem wenigstens einen ersten Sektor 7 die Windungen 6 der ersten Wickellage 4 der ersten Gruppe an Windungen 6 angehören und die Windungen 6 der zweiten
Wickellage 5 der zweiten Gruppe an Windungen 6 angehören, und dass Windungen 6 der zweiten Wickellage 5 jeweils in einer Zwischenlitzenvertiefung 10 zwischen zwei benachbart angeordneten Windungen 6 der ersten Wickellage 4 angeordnet sind. Die Zwischenlitzenvertiefung 10 sind zwischen zwei benachbart angeordneten Windungen 6 der ersten Wickellage 4 ausgebildet. Es kann daher bevorzugt eine Spulenwicklung 1 vorgesehen sein, wobei die wenigstens eine, aus einer
vorgebbaren Mehrzahl an Einzeldrähten 2 bestehende, Litze 3 in der wenigstens einen ersten Wickellage 4 der Spulenwicklung 1 und der, an der ersten Wickellage 4 anliegenden zweiten Wickellage 5 der Spulenwicklung 1 gewickelt ist, wobei die Litze 3 in den Wickellagen 4, 5 in Windungen 6 angeordnet ist, wobei Windungen 6 in den Wickellagen 4, 5 nebeneinander liegend, vorzugsweise wenigstens
bereichsweise aneinander anliegend, angeordnet sind, wobei in dem wenigstens einen ersten Sektor 7 der Spulenwicklung 1 die Litze 3 der ersten Wickellage 4 jeweils mit der ersten Schlagrichtung 8 eingedreht ist, wobei im ersten Sektor 7 die Litze 3 der zweiten Wickellage 5 mit der zweiten Schlagrichtung 9 eingedreht ist, welche zweite Schlagrichtung 9 entgegengesetzt zur ersten Schlagrichtung 8 ist, und wobei Windungen 6 der zweiten Wickellage 5 jeweils in einer
Zwischenlitzenvertiefung 10 zwischen zwei benachbart angeordneten Windungen 6 der, unter der zweiten Wickellage 5 angeordneten, ersten Wickellage 4 angeordnet sind. Dadurch entstehen an den Grenzen zwischen zwei Wickellagen 4, 5, 26 keine Kreuzungspunkte zwischen den Einzeldrähten 2 der ersten und der zweiten
Wickellage 4, 5, 26. Stattdessen verlaufen Einzeldrähte 2 der Litze 3 der zweiten Wickellage 5 entlang von Einzeldrähten 2 der ersten Wickellage 4. Dies hat zur Folge, dass aufgrund der besseren Kontaktierung die Wärmeübertragung von einer Wickellage 5 in die andere Wickellage 4 verbessert wird. Insbesondere wenn derartige Spulenwicklungen 1 nach dem Wickeln noch zusätzlich in radialer
Richtung, bevorzugt gegen einen Spulenträger 24, gepresst werden, kommt der Umstand, dass in Pressrichtung keine Kreuzungspunkte auftreten besonders zum Tragen, da derartige Pressvorgänge beim Stand der Technik die Problematik an den Kreuzungspunkten verstärkt. Zwar treten bei einer derart ausgebildeten
Spulenwicklung 1 Kreuzungspunkte zwischen benachbarten Windungen 6 ein und derselben Wickellage 4, 5, 26 auf, was jedoch wenig problematisch ist, da der Wärmetransport innerhalb der Wickellage 4, 5, 26 für die Kühlung der Spule kaum von Bedeutung ist, und beim Zusammenpressen der Spule 23 in diese Richtung keine besonderen Kräfte wirken, weshalb diese Kreuzungspunkte keine
Schwachstellen darstellen. Anstatt Fehlerstellen zu verursachen führt bei einer gegenständlichen Spulenwicklung 1 ein nachträgliches Zusammenpressen zu einer weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr und Standfestigkeit, da die linienformigen Berührungsbereiche der Einzeldrähte 2 der benachbarten Wickellagen 4, 5, 26 vergrößert werden, wodurch der Wärmetransport von einer Wickellage 4, 5, 26 zur nächsten noch weiter verbessert wird.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Einzeldrähte 2 eine Litzenumfangskontur 13 der Litze 3 mit Erhebungen 14 durch die Einzeldrähte 2 und Vertiefungen 15 zwischen benachbarten Einzeldrähten 2 ausbilden, und dass Erhebungen 14 der Litzenaußenkontur 13 der Litze 3 der zweiten Gruppe an Windungen 6 in
Zwischenlitzenvertiefungen 10 der ersten Gruppe an Windungen 6 angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Erhebungen 14 der Litzenaußenkontur 13 der Litze 3 der zweiten Wickellage 5 in Zwischenlitzenvertiefungen 10 der ersten Wickellage 4 angeordnet sind. Dadurch kann ein verbesserter Füllfaktor erreicht werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass an einer vorgebbaren Schnittebene 11 Querschnittsformen 12 der Litze 3 in den nebeneinander angeordneten Windungen 6 der ersten Gruppe an Windungen 6 im Wesentlichen identisch ausgerichtet sind. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Windungen 6 der ersten
Wickellage 4 derart nebeneinander angeordnet bzw. eingedreht sind, dass an der vorgebbaren Schnittebene 11 Querschnittsformen 12 der Litze 3 in den
nebeneinander angeordneten Windungen 6 der ersten Wickellage 4 im
Wesentlichen identisch ausgerichtet sind. Dadurch kann erreicht werden, dass besonders ausgeprägte und vor allem vorgegebene Zwischenlitzenvertiefungen 10 zwischen den einzelnen Windungen 6 der ersten Wickellage 4 gebildet werden, um Windungen 6 der zweiten Wickellage 5 aufzunehmen. Die Fig. 4 und 5 zeigen eine schematische Darstellungen, wobei die beiden Querschnittsformen 12 der Litze 3 gleich bzw. in gleicher weise oder Richtung ausgerichtet sind. Dabei kann durch simples Parallelverschieben ohne Drehung der Querschnitt der einen Litze 3 im Wesentlichen deckungsgleich über den Querschnitt der benachbarten Litze 3 geschoben werden.
Bevorzugt weist eine nachfolgende dritte Wickellage 26 wieder die erste
Schlagrichtung 8 auf, und so fort. Die Schlagrichtung wechselt bei den bevorzugten Ausführungsformen in den Fig. 2 bis 5 also immer zwischen aneinander
angrenzenden Wickellagen 4, 5, 26, 29.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass und dass die Litze 3 der ersten Gruppe an Windungen 6 im zweiten Sektor 16 die zweite Schlagrichtung 9 aufweist und die Litze 3 der zweiten Gruppe an Windungen 6 im zweiten Sektor 16 die erste
Schlagrichtung 8 aufweist. Beim Wickeln bzw. Herstellen der Spulenwicklung 1 kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Windung 6 der ersten Wickellage 4 im ersten Sektor 7 mit der ersten Schlagrichtung 8 eingedreht wird. Im zweiten Sektor 16 wird die Litze 3 derselben Windung 6 mit der zweiten Schlagrichtung 9 eingedreht. Die Litze 3 der ersten Wickellage 4 weist daher im zweiten Sektor 16 die zweite Schlagrichtung 9 auf. Dadurch kann über eine Windung 6 ein im
Wesentlichen neutraler Schlag erreicht werden. Entsprechend ist bevorzugt vorgesehen, dass die Litze 3 der zweiten Wickellage 5 im zweiten Sektor 16 die erste Schlagrichtung 8 und die zweite Schlaglänge aufweist.
Fig. 3 zeigt schematisch eine derart ausgebaute Spule 23, wobei jeweils die Schlagrichtung 8, 9 in jede der Litzen 3 im ersten Sektor 7 und im zweiten Sektor 16 eingezeichnet ist.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer gegenständlichen Spulenwicklung 1 aus einer, aus einer vorgebbaren Mehrzahl an Einzeldrähten 2 bestehenden, Litze 3 kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Litze 3 in einer ersten Wickellage 4 der Spulenwicklung 1 in nebeneinander liegenden Windungen 6 gewickelt wird, wobei in wenigstens einem ersten Sektor 7 der Spulenwicklung 1 die Litze 3 der ersten Wickellage 4 bei jeder Windung 6 jeweils mit der ersten Schlagrichtung 8 und der ersten Schlaglänge eingedreht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie etwa in Fig. 4 dargestellt, liegen die nebeneinander liegenden Windungen 6 einer Wickellage wenigstens
bereichsweise aneinander an.
Bevorzugt wird die Litze 3 im nachfolgenden dritten Sektor 19 nicht eingeschlagen sondern gerade geführt.
Im nachfolgenden zweiten Sektor 16 wird die Litze 2 bevorzugt mit der zweiten Schlagrichtung 9 und der ersten Schlaglänge eingedreht und so der Teil der betreffenden Windung 6 im zweiten Sektor 16 gewickelt.
Bevorzugt wird die Litze 3 im nachfolgenden vierten Sektor 20 nicht eingeschlagen sondern gerade geführt.
In dieser Art kann die gesamte erste Wickellage 4 gewickelt. Nachfolgend wird in die zweite Wickellage 5 gewechselt.
In der an der ersten Wickellage 4 anliegenden zweiten Wickellage 5 der
Spulenwicklung 1 wird bevorzugt die Litze 3 im ersten Sektor 7 bei jeder Windung 6 mit der zweiten Schlagrichtung 9 sowie der zweiten Schlaglänge eingedreht, wobei Windungen 6 der zweiten Wickellage 5 jeweils in einer Zwischenlitzenvertiefung 10 zwischen zwei benachbart angeordneten Windungen 6 der ersten Wickellage 4 angeordnet werden. Das weitere Wickeln in den drei weiteren Sektoren 16, 19, 20 erfolgt entsprechend der ersten Wickellage 4, wobei selbstverständlich im zweiten Sektor die entgegen gesetzte Schlagrichtung zur darunter liegenden ersten Wickellage 4 verwendet wird.
Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass Unterschiede der Schlagrichtung 8, 9 im ersten Sektor 7 nicht nur zwischen einzelnen Wickellage 4, 5, 26, 29 erfolgen, sondern auch innerhalb einer Wickellage 4, 5, 26, 29.
Bevorzugt kann daher vorgesehen sein, dass in dem wenigstens einen ersten Sektor 7 die nebeneinander liegenden Windungen 6 in der wenigstens einen Wickellage 4,5, insbesondere alternierend, der ersten Gruppe an Windungen 6 und der zweiten Gruppe an Windungen 6 angehören. Dadurch können benachbarte Windungen 6 in der gleichen Wickellage 4, 5, 26, 29 sich ineinander verzahnen, wodurch eine kompaktere Spulenwicklung 1 möglich ist. Dieser Vorteil kann insbesondere auch bei einer Spulenwicklung 1 mit lediglich einer Wickellage 4 erreicht werden.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Litze 3 in wenigstens einer ersten Wickellage 4 der Spulenwicklung 1 und einer, an der ersten Wickellage 4 anliegenden zweiten Wickellage 5 der Spulenwicklung 1 gewickelt ist, dass die Windungen 6 der zweiten Wickellage 5 im ersten Sektor 7 unversetzt auf den Windungen 6 der ersten Wickellage 4 aufliegen, wobei eine Windung 6 der ersten Gruppe an Windungen 6 der zweiten Wickellage auf einer Windung 6 der zweiten Gruppe am Windungen 6 der ersten Wickellage 4 aufliegt. Dass die
Windungen 6 der zweiten Wickellage 5 unversetzt auf den Windungen 6 der ersten Wickellage 4 aufliegen bedeutet, dass die Windungen 6 der zweiten Wickellage 5 nicht in Zwischenlitzenvertiefungen 10 der ersten Wickellage 4 aufliegen, sondern wie bei einem Schachbrettmuster direkt auf den Windungen 6 der ersten
Wickellage 4. Dass eine Windung 6 der ersten Gruppe an Windungen 6 der zweiten Wickellage auf einer Windung 6 der zweiten Gruppe am Windungen 6 der ersten Wickellage 4 aufliegt, und umgekehrt auch eine Windung 6 der zweiten Gruppe an Windungen 6 der zweiten Wickellage auf einer Windung 6 der ersten Gruppe am Windungen 6 der ersten Wickellage 4 aufliegt, hat die Wirkung, dass eine Windung 6 der ersten Wickellage 4 lediglich an Windungen 6 der zweiten Wickellage 5 angrenzt, welche eine entgegengesetzte Schlagrichtung 8, 9 aufweist, wodurch eine besonders kompakte Anordnung der Windungen 6 möglich ist. Dass die
Windungen 6 im Querschnitt nach einem im Wesentlichen quadratischen statt hexagonalen Raster angeordnet sind kann bezüglich des Füllfaktors dadurch kompensiert werden, dass Litzen 3 im Vergleich zu massiven Drähten leichter platt gedrückt werden können, wodurch die Zwischenräume ausgefüllt werden können. Eine derart ausgebildete Ausführungsform ist in Fig. 6 beispielhaft dargestellt.
Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Spulenwicklung 1 einen dritten Sektor 19 und einen vierten Sektor 20 aufweist, welche jeweils eine der Kopfseiten 21 , 22 des Querschnittes der Spulenwicklung 1 umfassen, und dass die Einzeldrähte 2 der Litze 3 der ersten Gruppe an Windungen 6 und der zweiten Gruppe an Windungen 6 im dritten Sektor 19 und im vierten Sektor 20 im Wesentlichen uneingedreht angeordnet sind. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Einzeldrähte 2 der Litze 3 der ersten Gruppe an Windungen 6 und der zweiten Gruppe an Windungen 6 im dritten Sektor 19 und im vierten Sektor 20 im Wesentlichen gerade verlaufend, daher nicht verdreht bzw. eingedreht, angeordnet sind. Selbstverständlich können die Litzen 3 in diesem Bereich geringfügig verbogen bzw. gebogen angeordnet sein. Der dritte und vierte Sektor 19, 20 werden auch als Wickelkopf bezeichnet. In einer bevorzugten praktischen Anwendung handelt es sich bei diesen Sektoren 19, 20 um die Bereiche an denen die Spulenwicklung 1 aus einem Stator hervortritt bzw.
sichtbar zugänglich ist.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die erste Längsseite 17 eine erste Länge aufweist, dass in dem ersten Sektor 7 die Litze 3 mit einer ersten Schlaglänge eingedreht ist, und dass die erste Länge ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Schlaglänge minus einer halben ersten Schlaglänge beträgt. Die Schlaglänge gibt dabei - analog der Seiltechnik - das Maß der Eindrehung bzw. die Steigung an. Die erste Länge kann daher ein Halbfaches, Eineinhalbfaches, Zweieinhalbfaches und dergleichen der ersten Schlaglänge sein, wodurch ein Einzeldraht 2, welcher am Anfang der ersten Längsseite 17 an einer Unterseite der Litze 3 angeordnet ist am Ende der ersten Längsseite 17 an der Oberseite ist und umgekehrt. Da der
Einzeldraht 2 an der Unterseite der Litze 3 in den Kopfbereichen 21 ,22 eine kürzere Länge hat als der Einzeldraht 2 an der Oberseite der Litze 3, können dadurch diese Längenunterschiede über die gesamte Windung 6 betrachtet ausgeglichen werden.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die zweite Längsseite 18 eine zweite Länge aufweist, dass in dem zweiten Sektor 16 die Litze 3 mit einer zweiten Schlaglänge eingedreht ist, und dass die zweite Länge ein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Schlaglänge minus einer halben zweiten Schlaglänge beträgt.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die erste Länge im Wesentlichen gleich der zweiten Länge ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die erste Länge ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Schlaglänge beträgt, und/oder dass die zweite Länge ein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Schlaglänge beträgt. Die erste Länge kann daher ein Einfaches, Zweifaches und dergleichen der ersten Schlaglänge sein. Dadurch kann eine symmetrischere magnetische Induktion in der Litze 3 erreicht werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass in Zwischenräumen 25 der Spulenwicklung 1 eine Vergussmasse und/oder ein Tränkharz und/oder ein Träufelharz angeordnet ist, wodurch die Wärmeabfuhr noch weiter verbessert werden kann.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass nachfolgend die zweite Gruppe an Windungen 6 gegen die erste Gruppe an Windungen 6 gepresst und/oder verbacken wird. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die zweite Wickellage 5, bzw. weitere Wickellagen 26, gegen die erste Wickellage 4 gepresst und/oder verbacken wird, wodurch, wie bereits einleitend dargelegt der Wärmeübergang zwischen den Wickellagen 4, 5, 26 verbessert werden kann, ohne dabei
Schwachstellen an den Einzeldrähten 2 zu erzeugen. Durch die Verwendung eines Backlackdrahtes für die Einzeldrähte 2 können diese miteinander verbacken werden, wodurch die Stabilität, Wärmeübertragung und Füllfaktor der
Spulenwicklung 1 verbessert werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 . Spulenwicklung (1 ) wobei wenigstens eine, aus einer vorgebbaren Mehrzahl an Einzeldrähten (2) bestehende, Litze (3) in wenigstens einer Wickellage (4,5) in nebeneinander liegenden, vorzugsweise wenigstens bereichsweise aneinander anliegenden, Windungen (6) angeordnet ist, wobei in wenigstens einem ersten Sektor (7) der Spulenwicklung (1 ) die Litze (3) einer ersten Gruppe an Windungen (6) jeweils mit einer ersten Schlagrichtung (8) eingedreht ist, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Sektor (7) die Litze (3) einer zweiten Gruppe an Windungen (6) mit einer zweiten Schlagrichtung (9) eingedreht ist, welche zweite Schlagrichtung (9) entgegengesetzt zur ersten Schlagrichtung (8) ist.
2. Spulenwicklung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Litze (3) in wenigstens einer ersten Wickellage (4) der
Spulenwicklung (1 ) und einer, an der ersten Wickellage (4) anliegenden zweiten Wickellage (5) der Spulenwicklung (1 ) gewickelt ist, dass in dem wenigstens einen ersten Sektor (7) die Windungen (6) der ersten Wickellage (4) der ersten Gruppe an Windungen (6) angehören und die Windungen (6) der zweiten Wickellage (5) der zweiten Gruppe an Windungen (6) angehören, und dass Windungen (6) der zweiten Wickellage (5) jeweils in einer Zwischenlitzenvertiefung (10) zwischen zwei benachbart angeordneten Windungen (6) der ersten Wickellage (4) angeordnet sind.
3. Spulenwicklung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzeldrähte (2) eine Litzenumfangskontur (13) der Litze (3) mit Erhebungen (14) durch die Einzeldrähte (2) und Vertiefungen (15) zwischen benachbarten
Einzeldrähten (2) ausbilden, und dass Erhebungen (14) der Litzenaußenkontur (13) der Litze (3) der zweiten Gruppe an Windungen (6) in Zwischenlitzenvertiefungen (10) der ersten Gruppe an Windungen (6) angeordnet sind.
4. Spulenwicklung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen ersten Sektor (7) die nebeneinander liegenden Windungen (6) in der wenigstens einen Wickellage (4, 5), insbesondere alternierend, der ersten Gruppe an Windungen (6) und der zweiten Gruppe an Windungen (6) angehören.
5. Spulenwicklung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Litze (3) in wenigstens einer ersten Wickellage (4) der
Spulenwicklung (1 ) und einer, an der ersten Wickellage (4) anliegenden zweiten Wickellage (5) der Spulenwicklung (1 ) gewickelt ist, dass die Windungen (6) der zweiten Wickellage (5) im ersten Sektor (7) unversetzt auf den Windungen (6) der ersten Wickellage (4) aufliegen, wobei eine Windung (6) der ersten Gruppe an Windungen (6) der zweiten Wickellage auf einer Windung (6) der zweiten Gruppe am Windungen (6) der ersten Wickellage (4) aufliegt.
6. Spulenwicklung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass, an einer vorgebbaren Schnittebene (11 ) Querschnittsformen (12) der Litze (3) in den nebeneinander angeordneten Windungen (6) der ersten Gruppe an Windungen (6) im Wesentlichen identisch ausgerichtet sind.
7. Spulenwicklung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung (1 ) einen zweiten Sektor (16) aufweist.
8. Spulenwicklung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung (1 ) einen länglichen Querschnitt aufweist, dass der erste Sektor (7) eine erste Längsseite (17) des Querschnittes der Spulenwicklung (1 ) und der zweite Sektor (16) eine zweite Längsseite (18) des Querschnittes der Spulenwicklung (1 ) umfasst.
9. Spulenwicklung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Längsseite (17) eine erste Länge aufweist, dass in dem ersten Sektor (7) die Litze (3) mit einer ersten Schlaglänge eingedreht ist, und dass die erste Länge ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Schlaglänge minus einer halben ersten
Schlaglänge beträgt.
10. Spulenwicklung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass und dass die Litze (3) der ersten Gruppe an Windungen (6) im zweiten Sektor (16) die zweite Schlagrichtung (9) aufweist und die Litze (3) der zweiten Gruppe an Windungen (6) im zweiten Sektor (16) die erste Schlagrichtung (8) aufweist.
11. Spulenwicklung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung (1 ) einen dritten Sektor (19) und einen vierten Sektor (20) aufweist, welche jeweils eine der Kopfseiten (21 , 22) des Querschnittes der Spulenwicklung (1 ) umfassen, und dass die Einzeldrähte (2) der Litze (3) der ersten Gruppe an Windungen (6) und der zweiten Gruppe an
Windungen (6) im dritten Sektor (19) und im vierten Sektor (20) im Wesentlichen uneingedreht angeordnet sind.
12. Spulenwicklung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in Zwischenräumen (25) der Spulenwicklung (1 ) eine
Vergussmasse und/oder ein Tränkharz und/oder ein Träufelharz angeordnet ist.
13. Spulenwicklung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzeldrähte (2) der Litze (3) wenigstens im Bereich der Windungen (6) jeweils Isoliert, insbesondere Lackisoliert, sind.
14. Spule (23) mit einer Spulenwicklung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Spule (23) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die
Spulenwicklung (1 ) auf einem Spulenträger (24) angeordnet ist.
16. Elektromotor, insbesondere Synchronmaschine, mit einer Spulenwicklung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und/oder einer Spule (23) nach Anspruch 14 oder 15.
17. Verfahren zur Herstellung einer Spulenwicklung (1 ), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aus einer, aus einer vorgebbaren Mehrzahl an Einzeldrähten (2) bestehenden, Litze (3),
wobei die Litze (3) in nebeneinander liegenden, vorzugsweise wenigstens bereichsweise aneinander anliegenden, Windungen (6) gewickelt wird, wobei in wenigstens einem ersten Sektor (7) der Spulenwicklung (1 ) die Litze (3) in einer ersten Gruppe an Windungen (6) jeweils mit einer ersten Schlagrichtung (8) eingedreht wird, wobei in dem wenigstens einen ersten Sektor (7) die Litze (3) in einer zweiten Gruppe an Windungen (6) mit einer, der ersten Schlagrichtung (8)
entgegengesetzten zweiten Schlagrichtung (9) eingedreht wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend die zweite Gruppe an Windungen (6) gegen die erste Gruppe an Windungen (6) gepresst und/oder verbacken wird.
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