Zum Thema:
Höchsteffiziente elektrische Maschinen, wie Energiesparmaschinen und höchstdynamische Antriebe, nach dem Luftspulenprinzip

(aus der Internetseite: http://www.sternen-motoren.de)



Sechstes Herstellungsverfahren für Wicklungen nach dem Luftspulenprinzip

(Auszug aus der 8. Deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 034 611)

Inhaltsverzeichnis:

1. Beschreibung des Herstellungsverfahrens
2. Figuren
3.Teilenummern (Extra Fenster)

1. Beschreibung des Herstellungsverfahrens

Eine sechste Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 35 und wird durch die Verwendung von gedruckten, gestanzten, geätzten oder gefrästen Leitern, der Fig.85-92, erreicht, die in Scheibenform in zwei sich der Achse oder Welle annähernden Bereichen verlaufen und die entweder im Umfangsbereich durch nieten, schweißen, verschrauben, löten oder ähnliches direkt oder über Verbindungsleiter elektrisch verbunden werden, oder leiterweise oder leiterschichtweise um den Umfangsbereich des mittleren magnetischen Körpers mindestens ein mal gebogen oder gefaltet werden und anschließend in mindestens einem achsnahen Bereich mit einem Leiter einer anderen Spule oder Spulenschicht elektrisch direkt oder über einen Kollektor verbunden werden, oder im Umfangsbereich durch flexible Leiterbahnschichten, die vorzugsweise unterbrechungslos an die sich der Achse oder Welle annähernden Leiter anschließen, verbunden sind.
Die angegebenen Herstellungsverfahren ermöglichen eine Herstellung eines hochdynamischen Stellmotors mit gestanzten, geätzten oder gefrästen, gebogenen oder gefalteten Flachspulen mit Spulenläufer. Darüber hinaus ermöglicht das Herstellungsverfahren einen sehr hohen wirksamen Leiteranteil mit geringster Masse, höchstem Leistungsgewicht und Leistungsvolumen. Es löst das erste und zweite Problem der Aufgabenstellung und lässt das dritte Problem nicht erst entstehen.

Zu dem Hauptanspruch und in den Nebenansprüchen erfundenen Herstellungsverfahren sind die wichtigsten Weiterbildungen in den Unteransprüchen beschrieben, so wie hier in ausführlicher Weise.

Eine Weiterbildung der sechsten Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch 36 angegeben und in den Figuren 85 bis 92 gezeigt und besteht darin, dass jede Spule im Luftspaltabschnitt in zwei Schichten verläuft.

In einer ersten Weiterbildung dieser Weiterbildung, die in Patentanspruch 37 angegeben und in Figur 85 und 86 zeigt ist, hat jede Leiterschicht eine eigene Trägerscheibe. Bei der Montage wird der innere magnetische Körper von den Scheiben umfasst und zunächst werden die inneren Scheiben im Umfangsbereich hier durch Abstandsnieten verbunden. Der Vorteil von Abstandsnieten ist, dass sie einerseits als elektrischer Leiter nutzbar sind und andererseits der Spule Steifigkeit verleihen, insbesondere für den Scheibenteil, der in einer Ausgestaltung nicht mit der Achse oder Welle der Maschine verbunden ist.
Danach werden die äußeren Leiterscheiben, die hier etwas größeren Durchmessers sind, ebenfalls durch Abstandsnieten miteinander verbunden. Im nächsten Fertigungsschritt werden die Leiter der jeweils dicht aufeinanderliegenden Trägerscheiben miteinander elektrisch durch vorzugsweise löten verbunden. Ein Vorteil dieser Montage mit zwei Trägerscheiben pro Luftspaltbereich ist, dass die Leiter einer Spule in beiden Wicklungsschichten des jeweiligen Luftspaltbereichs exakt radial und deckungsgleich verlaufen können, wie es in Figur 87 und 88 gezeigt ist. So liegen alle Spulenseiten hochwirksam im Feld, ohne dass sich Spulenseiten gegenseitig in der Wirkung mindern.

In einer zweiten Weiterbildung dieser Weiterbildung , die im Patentanspruch 38 angegeben und in Fig.90,91 gezeigt ist, liegen die Leiter beidseitig einer gemeinsamen Trägerscheibe, wobei die Leiter beider Leiterschichten 26a',26b' und 26a'',26b'' bis zum Umfangsbereich verlaufen und sich dort die Umfangsfläche auf der äußeren Leiterschichten 26a',26a'' teilen, um von da aus die Verbindung der Einzelleiter mit den Leiterscheiben des anderen Luftspaltbereichs 36'oder 36'' herzustellen. Dazu werden die Spulenverläufe in den einzelnen Leiterschichten teilweise, im Unterschied zu Fig.88a,88b, um einen halben Wicklungsschritt zueinander verdreht ausgeführt, wie es in Figur 89a,89b ersichtlich ist. Die Verwendung nur einer Trägerscheibe ermöglicht eine kürzere Luftspaltlänge.

In einer Weiterbildung wie in Patentanspruch 39 angegeben wird die Verbindung im Umfangsbereich mit Abstandsnieten ausgeführt, wie in Fig.85,86,90 gezeigt, wo sie auch gleichzeitig als elektrischer Leiter dienen. In einer anderen Weiterbildung dienen die Abstandsnieten der mechanischen Stabilität, wofür nur wenige über den Umfang der Scheibenkörper verteilt benötigt werden.

Eine andere Weiterbildung dieser Verbindung ist im Patentanspruch 40 angegeben und in Fig.91,92 gezeigt, wobei die Scheibenkörper der beiden Luftspaltbereiche 36',36'' durch einen Hohlzylinder, der außenseitig Leiterbahnen trägt miteinander verbunden sind, in dem die Leiter des Hohlzylinders und der Scheiben elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden. Diese Verbindung kann auf verschiedene Weise geschehen, wobei Weiterbildungen darin bestehen, wie die Leiterbahnen der innenliegenden Leiterscheibe nach außen geführt werden, um dort letztlich mit den Leiterstegen des Hohlzylinders verbunden zu werden.
Eine Weiterbildung diesbezüglich ist in Fig.91 gezeigt, bei der im außenseitigen Scheibenbereich im Umfang Leiterbereiche als Kontaktflächen für die innenliegenden Leiterbahnen zur Verfügung gestellt werden. Der Kontakt von der innenliegenden Leiterbahn zur außenliegenden Kontaktfläche wird durch Nieten oder durch Durchkontaktierungen (Leiterhülsen) hergestellt. Auch das Umbiegen von Leiterzungen der innenliegenden Leiterscheibe um den Umfang der Trägerscheibe herum auf die äußere Leiterscheibe ist eine Weiterbildung hiervon. Die Leiterbahnen des Hohlzylinders werden dann mit denen der Leiterscheiben, wie in Fig.91 gezeigt, durch Verlöten mit Flachleiterwinkeln verbunden.
Eine andere Weiterbildung dieser Kontaktierung ist in Patentanspruch 41 angegeben und in Fig.90 gezeigt. Hierbei hat der Hohlzylinder nutenförmige Aussparungen in beiden Stirnbereichen über den gesamten Umfang verteilt. Durch diese Aussparungen werden überständige Leiterzungen der inneren Leiterscheiben nach außen geführt und im nächsten Fertigungsschritt nach innen umgebogen und mit den Leiterstegen des Hohlzylinders kontaktiert durch Löten, Nieten, Schweißen oder Ähnliches.

Bei einer anderen Weiterbildung der sechsten Lösung der Aufgabe werden wie in Patentanspruch 40 angegeben die Leiter der Scheibenkörper der beiden Luftspaltbereiche direkt miteinander mechanisch und elektrisch durch löten, schweißen oder nieten von beispielsweise überständigen Leiterzungen verbunden. Die nötige Stabilität wird beispielsweise durch einige wenige Abstandsnieten erreicht. (keine Figur)

Bei einer anderen Weiterbildung der sechsten Lösung der Aufgabe werden die Spulenseiten sternförmig ausgestanzt und ihre Strahlen einzeln auf ca. der halben Länge um den Umfangsbereich des mittleren magnetischen Körpers gebogen und auf der gegenüberliegenden Seite Richtung Achse oder Welle geführt und dort mit einer anderen Spulenseite oder einem Kollektor fest verbunden.(keine Figur)

Bei einer anderen Weiterbildung der sechsten Lösung der Aufgabe werden aus ausgestanzten Leiterstreifen V-förmige Leiter gefaltet, die mit dem Knie des V' in Achsnähe auf einer Trägerscheibe angebracht werden und anschließend die V-Schenkel um den Umfangsbereich des mittleren magnetischen Körpers gebogen oder gefaltet werden und auf der gegenüberliegenden Seite Richtung Achse oder Welle geführt und dort mit einer anderen Spulenseite oder einem Kollektor fest verbunden werden. Auf diese Weise ergibt sich in jedem sich der Achse oder Welle annähernden Bereich eine Zweischichtwicklung. (keine Figur)

Bei einer anderen Weiterbildung der sechsten Lösung der Aufgabe bestehen die Spulen aus spiralförmig ausgestanzten Flachspulen, die einzeln um den Umfangsbereich herumgefaltet werden und beidseitig sich der Achse oder Welle annähern und vorzugsweise auf einer Trägerscheibe angebracht sind (keine Figur).




2. Figuren

Gleiche Bauteile haben in allen Figuren gleiche Bezugszahlen.

Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung beschrieben.


Fig.85-92 zeigen Herstellungsverfahren der sechsten Lösung der Aufgabe

Fig.85-89 zeigen ein Herstellungsverfahren für eine gestanzte, gefräste oder geätzte Wicklung

Fig.85-89 zeigt ein Herstellungsverfahren für eine gestanzte, gefräste oder geätzte Wicklung 3 in einer Maschine in der pro Luftspaltabschnitt 36',36'' zwei Trägerscheiben mit jeweils einer aufgebrachten Scheibenwicklung 26 vorhanden sind.

Fig.85 zeigt eine Scheibenwicklung aus Fig.86 in perspektivischer Darstellung entlang des Schnittes XXXIX-XXXIX

Fig.85 zeigt Scheibenwicklungen, die im Umfang durch Abstandsnieten 27 verbunden sind. Eine innenliegende Leiterscheibe 26b'' mit ihren umfangsseitigen Verbindungsnieten ist durch die Abstandsnieten, die die äußeren Leiterscheiben 26a',26b' verbinden, zu sehen. Die Scheibenwicklungen sind im Schnitt in Fig.88 zu sehen. Die Wicklung umfasst die Hinterlegungsscheibe 35, die die Leiterscheiben 26a',26b' in Fig.86 fixiert, und den nicht sichtbaren mittleren magnetischen Körper 25, der in Fig.86 zu sehen ist.

Fig.86 zeigt eine komplette Maschine im Querschnitt, zu der die Wicklung aus Fig.85 prinzipiell gehört

Fig.86 zeigt eine komplette Maschine, zu der die Wicklung aus Fig.85 gehört. Die Wicklung 3 umfasst den mittleren magnetischen Körper 25, der schon beim Zusammennieten der Wicklung (Fig.85) in die Wicklung integriert wird. Die Spule 3 ist durch magnetische Pole 28 umgeben. Im achsnahen Bereich ist die Spule 3 über einen Kollektor 29 mit der Welle 31 einseitig verbunden.
Auf der Spule 3 sind Flügel 33 zur Förderung von Kühlmittel angebracht, wobei das Kühlmittel durch Löcher oder Schlitze 34 im Gehäuse ein- und ausgeleitet wird. Die Welle ist in den Lagern 32 gelagert. Die Spule wird komplett mit dem inneren magnetischen Körper 25 auf die Welle beim Zusammenbau passgenau samt Lager 32 geschoben und die Spulenscheibe zwischen dem Kollektor 29 und Hinterlegungsscheibe 35 fest eingeklemmt.

Fig.87 zeigt den Stromverlauf einer Wellenwicklung von Fig.88a, 88b in einer auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung

Fig.87 zeigt den Stromverlauf einer Wellenwicklung 3 von Fig.88a, 88b mit 8 Magnetpolen pro Luftspaltabschnitt 36' und 36'', wobei beide Leiterschichten 26a',26b' und 26a'', 26b'' des jeweiligen Luftspaltabschnitts 36',36''etwas auseinandergezogen gezeichnet sind. Der fett gezeichnete Stromverlauf 55 ist für einen Umlauf durch alle Leiterschichten durchscheinend gezeichnet.

Fig.88 zeigt die Wicklung von Fig.85,86 in Scheiben differenziert aufgeteilt auf verschiedene Axialschnitte

Fig.88 zeigt die Wicklung von Fig.87 in Scheiben differenziert aufgeteilt.

In Fig.88a,b werden jeweils die beiden Leiterverläufe in jeweils einem Luftspaltabschnitt 36' (Fig.88a), 36'' (Fig.88b) gezeigt. Die Besonderheit dieser Wicklung ist, dass die Leiter beider Windungslagen in den Fig.88a und 88b jeweils deckungsgleich verlaufen.

Fig.88c-f zeigen jede Leiterschicht für sich, wobei Fig.88c,d die äußeren Scheiben 26a',26a'' und die Fig.88e,f die inneren Leiterscheiben 26b',26b'' zeigt.

Fig.89 zeigt eine andere Wicklung aufgeteilt auf zwei Axialschnitte gemäß der Fig.88a,88b

In der Fig.89 ist ein prinzipiell gleicher Wicklungsaufbau zu Fig.88 zu sehen, mit dem Unterschied, dass die Wicklungsschichten innerhalb eines Luftspaltabschnitts im Umfangsbereich um einen halben Wicklungsschritt gegeneinander verdreht angeordnet sind und damit auf Lücke liegen. Dieser Stromverlauf ist im Prinzip gleich dem aus der Fig.88 nur das einige Spulenseiten im Einflussbereiches eines anderen Poles liegen, da die Spulenseiten der Scheibenwicklungen 26a', 26b' bzw. 26a'',26b'' um einen halben Wicklungsschritt verdreht zueinander auf Lücke liegen.

Fig.90 zeigt eine perspektivische Detailzeichnung einer Weiterbildung der Wicklung von Fig.85,86

Fig.90 zeigt eine Detailzeichnung einer Wicklung 3 ähnlich der von Fig.85,86 mit dem Unterschied, dass hier pro Luftspaltabschnitt nur eine Trägerscheibe 26 vorhanden ist, die beidseitig Leiterscheiben 26a', 26b' oder 26a'',26b'' trägt. Die Leiterscheiben und Trägerplatte sind durch Abstandsnieten 27 verbunden.

Fig.91 zeigt eine andere perspektivische Detailzeichnung einer Weiterbildung Wicklung von Fig.85,86

Fig.91 zeigt eine Detailzeichnung einer Wicklung 3 ähnlich der von Fig.85,86 mit dem Unterschied, dass hier pro Luftspaltabschnitt nur eine Trägerscheibe 26 vorhanden ist, die beidseitig Leiterscheiben 26a', 26b' oder 26a'',26b'' trägt. Und die Leiter, der innenliegenden Leiterscheiben 26b',26b'' auf die äußere Schicht der Leiterscheiben 26a',26a'' mit Leiterhülsen 37 durchkontaktiert sind zu einer Wicklungsfläche 59.
Die Trägerscheiben 26 werden hier durch einen Hohlzylinder 58 verbunden, der außenseitig Streifenleiter 38 trägt, die durch Leiterwinkel 39 mit den Leitern der Scheiben 26a,26a', 26b,26b' verbunden werden.

Fig.92 eine andere perspektivische Detailzeichnung einer Weiterbildung der Wicklung von Fig.85,86

Fig.92 zeigt eine Detailzeichnung einer Wicklung ähnlich der von Fig.85,86 mit dem Unterschied, dass hier pro Luftspaltabschnitt nur eine Trägerscheibe 26 vorhanden ist, die beidseitig Leiterscheiben 26a', 26b' oder 26a'',26b'' trägt. Die Leiter der innen und außenliegenden Leiterscheiben haben Leiterzungen, die über die Trägerscheibe 26 hinausragen und die zueinander axial verdreht auf Lücke liegen. Die Trägerscheiben 26 sind, ähnlich wie in Fig.91 durch einen Hohlzylinder 58 mit außenseitig angebrachten Leiterstreifen 38 verbunden, mit dem Unterschied, dass der Hohlzylinder 58 an beiden Stirnseiten Nuten aufweist, die bei jedem zweiten Leiterstreifen eingelassen sind. Durch diese Nuten werden die Leiterzungen 41 der innenliegenden Leiterscheibe nach außen geführt. Alle Leiterzungen werden um den Mantel des Hohlzylinders gebogen und verlötet mit den Leiterstreifen 38.



Erfinder/ Autor:

Dipl.-Ing. Jörg Bobzin ist Forscher und Entwickler von hocheffizienten elektrischen Maschinen und ganzheitlicher Wissenschaft und Technik