Zum Thema: Höchsteffiziente elektrische Maschinen, wie Energiesparmaschinen
und höchstdynamische Antriebe, nach dem Luftspulenprinzip
(aus der
Internetseite: http://www.sternen-motoren.de)
Elftes 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 elfte Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Herstellungsverfahren
mit den Merkmalen des Patentanspruches 21, ist in Fig.61-63 gezeigt und
wird erreicht durch die Wicklung der Spule als Einzelspule auf einen Wickelkörper
und/oder Wickeldorn mit anschließender Biegung und/oder Faltung
der Spule quer zur späteren Bewegungsrichtung der Rotation der Maschine,
zu einer allgemein U- oder V-förmigen Spule mit mindestens einem
sich der Achse oder Welle annähernden Spulenbereich, wobei die Spule
zunächst um eine gerade Faltkante gebogen oder gefaltet wird und
anschließend auf einen rotationssymmetrischen Faltkörper gesetzt
wird, der die Kontur des mittleren magnetischen Körpers, zuzüglich
der mechanischen Luftspaltlänge der elektrischen Maschine hat. Auf
den Umfangsbereich der Wicklung wird nun eine radial ansetzende Kraft
F ausgeübt, die das Leiterbündel der Spule mit seiner innenliegenden
Windungslage vollständig an den Kern des Faltkörper presst,
wobei die Windungen, je weiter sie außen (in Bewegungsrichtung der
elektrischen Maschine) im Spulenbündel liegen, über eine größere
Strecke radial geschoben werden. Diese im wesentlichen radiale Verschiebung
kann frei erfolgen oder durch angebrachte Rahmen gezielt geführt
werden. Somit können Spulenschenkel vierseitig durch Rahmen begrenzt
sein. Dadurch setzt sich die Verschiebung der Windungen bis in den achsnahen
Bereich fort, wo Windungen, die vorher benachbart lagen, auseinandergeschoben
werden.
Dieses Herstellungsverfahren hat den Vorteil, dass Spulen zunächst
in herkömmlicher Weise in einer Ebene gewickelt und danach gefaltet
werden können. Das dadurch entstehende erste Problem der Aufgabenstellung
wird hier dadurch gelöst, dass die für die Energieumsetzung
nutzlosen Leiterabschnitte im Umfangsbereich vorwiegend in den achsnahen
Bereich oder sogar in den benachbarten Umfangsbereich verschoben werden,
wo sie dann der Energieumwandlung direkt dienlich sind und die Effizienz
der Wicklung und der Gesamtmaschine steigern.
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 elften Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch
22 angegeben und ist in der Fig. 61,62 gezeigt. Hierbei handelt es sich
darum, dass die seitlich durch Spulenbegrenzungen geführte Verschiebung
der Windungen Richtung Achse in ihrer radialen Ausdehnung durch eine weitere
radiale Spulenbegrenzung oder eine Auflage in Achsnähe zumindest
in einem Punkt begrenzt wird. Dies hat den Sinn, dass das Spulenbündel
im achsnahen Bereich möglichst wenig Richtung Achse verschleift,
damit die Spulenseiten möglichst weit radial, Richtung Achse, verlaufen
und eine Nutzung dieses Spulenbündels in Folge dessen möglichst
wenig Magnetfläche kostet und die Leiter somit über einen größeren
Drehwinkel wirksam sind.
In einer hier nicht dargestellten Ausgestaltung der Weiterbildung wird
das Herstellungsverfahren dahingehend optimiert, dass bei der Formung
sämtliche Leiterverschiebungen zugunsten einer optimalen Ausnutzung
der bestehenden Maschinenfläche bzw. Magnetfläche geschieht,
die mindestens durch die Strecke A1 radial begrenzt wird. Bei einer optimierten
Variante wird eine Ausdehnung des Spulenbündels über die Begrenzungslinie
E-E in Fig.61 nicht zugelassen, so dass die Leiter die verschoben werden
nur in die Ecken zwischen Rahmen 8b und Begrenzungslinie E-E ausweichen
können. Auf diese Weise werden die zuvor unwirksamen Leiter im Umfangsbereich
(Bereich C1) zu wirksamen Leitern im achsnahen Bereich ohne die nötige
Magnetfläche erhöhen zu müssen. Um das Ganze bezüglich
der Effizienz der Leiter und der Magnetfläche noch mehr zu optimieren
wird die Spule 3b noch V-förmiger als in Fig.61 vorbereitet, so dass
die Spulenschenkel des V's zunächst leicht schräg zum Radius
des Faltkörpers oder der späteren Maschine verlaufen und sich
erst durch die Formung im Umfangsbereich ihre radiale Ausrichtung finden.
So wird zumindest ein Teil der zunächst unwirksamen Leiter in C1
für die optimale Ausrichtung der V-förmigen Spulenschenkel genutzt.
Auf diese Weise wird die ideale, hocheffiziente Endform der Spule erreicht.
Eine andere Weiterbildung der siebten bis elften Lösung der Aufgabe
ist in Patentanspruch 50 angegeben und in Fig.114 bis 116 gezeigt. Hier
werden die Spulen in einer Halterung ausgerichtet und dann vergossen,
wobei der mittlere magnetische Körper um eine Luftspaltlänge
axial verschoben wird und als Vergussgrenze dient, wobei ein Rahmen seitlich
die Vergussbereiche abgrenzt. Auf diese Weise werden alle Spulen in einem
späteren Luftspaltbereich zusammen vergossen (Fig.114,116) und anschließend
die Spulenschenkel im gegenüberliegenden Luftspaltbereich (Fig.115,116).
Dies hat den Vorteil, dass alle Spulen in einem Guss fixiert werden und
Luftschlitze im Umfangsbereich der Wicklung bleiben. Auch der achsnahe
Bereich der Spulen wird besser gekühlt, wenn er nicht vergossen ist.
In einer Weiterbildung ist der innere magnetische Körper axial in
zwei Scheiben geteilt, ähnlich denen in Fig.105,106,107,110, die
zum Vergießen auseinander bis stramm an die Spuleninnenwände
bewegt und dort während des Vergießens arretiert werden.
2. Figuren
Gleiche Bauteile haben in allen Figuren gleiche Bezugszahlen.
Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung
beschrieben.
Fig.61-63 zeigen ein Herstellungsverfahren der
elften Lösung der Aufgabe
Fig.61,62 zeigen einen Formkörper 11 zur Herstellung der geformten Spule 3b
Fig.61 zeigt eine Schnittansicht durch den Formkörper 11 entlang der Linie XXXIII-XXXIII in Fig.62
Fig.62 zeigt eine Schnittansicht durch den Formkörper 11 entlang der Linie XXXIV-XXXIV in Fig.61 und eine dem Schnitt in Fig.63 ähnlichen Schnittansicht entlang der Linie XXXV-XXXV
Fig.61 zeigt den Werdegang der Formung
einer gefalteten Spule in einem Formkörper 11 in drei Phasen. Die
linke Spule 3b zeigt die vorgefertigte gefaltete Spule, die z.B. wie in
Fig.1,2 oder Fig.3 gewickelt und anschließend um eine gerade Faltkante
einer Platte gefaltet wurde. Die rechte Spule 3c zeigt die fertig geformte
Spule. Die mittlere Darstellung zeigt die Spulen 3b im Formvorgang zur
Spule 3c. Dabei wird die Spule im Umfangsbereich durch einen Stempel 20
mit der Kraft F belastet, wobei das Spulenbündel in Umfangsrichtung
durch eine Führung 8b eines Rahmens begrenzt wird, so dass sich die
Leiter radial verschieben. Die äußersten Windungen im Spulenbündel
legen dabei eine Strecke C1 zurück. Die Leiterverschiebung wird durch
eine Spulenbegrenzung 8c des Rahmens in radialer Ausdehnung begrenzt,
so dass sich die Leiter in Achsnähe U-förmig ausdehnen, was
zu einer Spulenbündelweitung von der Spulenbündelbreite A1 zur
Spulenbündelbreite A1+B1 führt. Will man eine radiale Ausdehnung
der Spule über die Strecke A1 hinaus ganz vermeiden, wird die radiale
Spulenbegrenzung 8c längs der Linie E-E angebracht (Beschreibung
zu Patentanspruch 22)
Fig.62 zeigt die zu formende Spule
3b im Formkörper 11 auf dem Kern 9 des Körpers sitzend und von
den seitlichen Spulenbegrenzungen 8a axial begrenzt. Weiterhin ist der
Rahmen 43 mit seiner radialen Spulenbegrenzung 8c (8b) zu sehen. Mit B1
(D1) ist die Spulenbündelbreite in Achsnähe der ungeformten
Spule 3b zu sehen. Die Angaben in Klammern gelten für den Schnitt
XXXV-XXXV aus Fig.63.
Fig.63 zeigt eine Schnittansicht ähnlich dem in Fig.62 durch den Formkörper 11 entlang der Linie XXXIII-XXXIII
Fig.63 zeigt einen ähnlichen
Formungsvorgang wie Fig.61,62 mit dem Unterschied, dass die Spulen 3b
bei der Formung im achsnahen Bereich keine radiale Begrenzung 8c durch
einen Rahmen erfährt und sich deshalb eine V-förmige Spule bildet.
Die Spulenbündelerweiterung D1 ist deshalb hier größer,
so dass D1> B1 (Fig.61) ist.
Erfinder/ Autor:
Dipl.-Ing. Jörg Bobzin ist Forscher und Entwickler von hocheffizienten
elektrischen Maschinen und ganzheitlicher Wissenschaft und Technik