CH619080A5 - - Google Patents

Description

619080

PATENTANSPRÜCHE Spule für einen Kleinstmotor mit einem Spulenkörper, der eine Wickelfläche und zwei daran anschliessende Begrenzungsflächen aufweist, und mit einer aus einem elektrischen Leiter bestehenden Spulenwicklung, die auf der Wickelfläche aufgewickelt und von den beiden Begrenzungsflächen seitlich begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ecken (13,14) zwischen der Wickelfläche (9) und den beiden Begrenzungsflächen (11,12) ausgerundet sind, dass die einzelnen Lagen des elektrischen Leiters der Spulenwicklung (3) - im Schnitt der Spule gesehen - parallel zueinander angeordnet sind, und dass die Spulenwicklung (3) in den oberen Lagen nach aussen gewölbt gewickelt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spule für einen Kleinstmotor mit einem Spulenkörper, der eine Wickelfläche und zwei daran anschliessende Begrenzungsflächen aufweist, und mit einer aus einem elektrischen Leiter bestehenden Spulenwicklung, die auf der Wickelfläche aufgewickelt und von den beiden Begrenzungsflächen seitlich begrenzt ist.

Spulen dieser Art werden bei Kleinstmotoren üblicherweise eingesetzt. Als elektrischer Kleinstmotor wird in diesem Zusammenhang ein elektrischer Motor bezeichnet, der eine elektrische Leistung bis etwa 5 W aufnimmt. In Sonderfällen kann der Leistungsbereich bis etwa 10 W reichen. Solche Kleinstmotoren werden oft in Geräte eingebaut, von denen eine hohe Festigkeit gegen Spannungsdurchschlag verlangt wird, z. B. in Tarifgeräte wie Zähler, Uhren usw. Die verlangte Durchschlagsfestigkeit liegt üblicherweise bei 10 bis 12 kV, gemessen zwischen dem Anfang und dem Ende des elektri- ■ sehen Leiters in der Spulenwicklung.

Bei einer flachen Bauform des Kleinstmotors und damit einer flachen Form des Spulenkörpers reicht der verhältnismässig grosse Abstand vom innen gelegenen Spulenanfang bis zum aussen gelegenen Spulenende häufig aus, um die geforderte Spannungsfestigkeit zu erreichen. Bei einer axial hohen Bauform des Kleinstmotors ist dieser Abstand jedoch verhältnismässig gefing, so dass zusätzliche Massnahmen getroffen werden müssen, um die geforderte Durchschlagsfestigkeit zu gewährleisten. Eine solche Massnahme besteht nach dem Stand der Technik in der Bereitstellung einer Zweikammerspule, was aber einen gewissen Aufwand darstellt. Eine weitere häufig getroffene Massnahme besteht darin, die Spule nach dem Aufbringen der Spulenwicklung im ganzen in einem Isolierstoff, wie z. B. Giessharz, zu tränken. Dieses Tränken geschieht bei höherer Temperatur in einer Vakuumkammer. Zwar lässt sich auf diese Weise eine gewisse Durchschlagsfestigkeit erzielen, doch ist dies mit relativ hohen Kosten verbunden, da das Tränken weitgehend manuell geschieht.

Hieraus wird zusammenfassend folgende Schwierigkeit deutlich: Die Durchschlagsfestigkeit ist bei einem Kleinstmotor im wesentlichen durch den Abstand zwischen Anfang und Ende der Spulenwicklung und durch die Form der Spulenwicklung gegeben. Ist einmal ein bestimmtes Prinzip für den Kleinstmotor gewählt, so lassen sich die Form und der Abstand nicht mehr beliebig verändern. Zur Gewährleistung einer bestimmten Durchschlagsfestigkeit muss daher zu weiteren Massnahmen gegriffen werden, die einen gewissen Aufwand darstellen und zu einer Verteuerung des Kleinstmotors führen.

Aus der DE-PS 367 617 ist bereits ein Spulenkörper für einen Elektromagneten bekannt, bei dem durch eine gewisse Formgebung verhindert wird, dass eine Drahtwindung einer oberen Lage an den seitlichen ebenen Begrenzungsflanschen herunterrutscht und mit einer unteren Windung in Berührung kommt, wodurch die Isolation bei dem hohen Spannungsunterschied, der zwischen den beiden Windungen herrscht, durchschlagen wird. Diese Formgebung ist so getroffen, dass die Begrenzungsflansche nicht als ebene Flächen senkrecht zur Spulenachse ausgebildet sind, sondern nach aussen divergierend kegel- oder kurvenförmig ausgebildet sind, wobei die Kurve möglichst in Richtung der Spulenachse beginnt und in eine je nach Bedarf mehr oder weniger senkrecht zur Spulenrichtung ausgebildete Flanschfläche übergeht.

Aus der DE-AS 1 097 022 ist weiterhin ein Giessharzspan-nungswandler bekannt, bei dem die Stirnflächen der verwendeten Hochspannungswicklungen gut abgerundet und ohne Kanten ausgeführt sind. Man kann auch sagen: Die Spulenwicklungen sind in den oberen Lagen nach aussen gewölbt gewickelt.

Aus der DE-AS 1 764 387 schliesslich ist eine elektrische Scheibenspule bekannt, bei der eine gewisse Erhöhung der Überschlagsfestigkeit durch eine besondere Formgebung der Wandkanten gewährleistet ist. Dabei sind die Kanten des verwendeten Metallbandes von der Isolierschicht nach innen zur Bandmitte hin abgeschrägt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

eine Spule für einen Kleinstmotor der eingangs genannten Art, insbesondere eine axial hohe Spule, so auszugestalten, dass eine hohe Durchschlagsfestigkeit gewährleistet ist, so dass unter Umständen bei der Herstellung ein Tränken in einem Isolierstoff nicht erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Ecken zwischen der Wickelfläche und den beiden Begrenzungsflächen ausgerundet sind, dass die einzelnen Lagen des elektrischen Leiters der Spulenwicklung - im Schnitt der Spule gesehen - parallel zueinander angeordnet sind, und dass die Spulenwicklung in den oberen Lagen nach aussen gewölbt gewickelt ist.

Durch diese Massnahmen wird einerseits ein verhältnismässig langer Abstand zwischen Anfang und Ende der Spulenwicklung und damit eine hohe Durchschlagsfestigkeit erzielt, und zum anderen wird eine dennoch relativ einfache und kostengünstige Herstellbarkeit gewährleistet. Auf das Tränken der Spule kann in vielen Fällen verzichtet werden, wodurch sich die Herstellungskosten erheblich reduzieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Figur näher erläutert.

In der Figur ist in einer Schnittdarstellung eine Spule für einen Kleinstmotor gezeigt. Die Spule umfasst einen allgemein -mit 2 bezeichneten Spulenkörper und eine allgemein mit 3 bezeichnete Spulenwicklung. Die Spulenachse 4 ist gestrichelt eingezeichnet.

Bei dem Spulenkörper 2 handelt es sich um einen solchen für eine Spule von axial hoher Bauform. Mit anderen Worten: Die dargestellte Spule ist in Richtung der Spulenachse 4 relativ hoch. Im dargestellten Schnitt bildet die Spulenwicklung 3 zwei Flächen, die - nur näherungsweise - als «Rechtecke» bezeichnet werden können., Die Ausdehnung dieser Rechtecke in axialer Richtung ist grösser als in radialer Richtung. Hier liegen Anfang und Ende der Spulenwicklung 3 verhältnismässig direkt beisammen. Im Gegensatz dazu gibt es Spulen mit axial niedrigem Aufbau (= axial flache Spulen). Bei diesen Spulen ist die Ausdehnung der «Rechtecke» in axialer Richtung kleiner als in radialer Richtung. Hier liegen Anfang und Ende der Spulenwicklung relativ weit auseinander.

Der Spulenkörper 2 ist rotationssymmetrisch bezüglich der Spulenachse 4 ausgebildet. Er besitzt eine zentrale Bohrung 5, einen Mittelteil 6 und zwei senkrecht dazu angeordnete Flansche 7 und 8. Die äussere Fläche des Mittelteiles 6 dient als Wickelfläche 9, und die beiden inneren Flächen der anschliessenden Flansche 7 und 8 dienen als Begrenzungsflächen 11 bzw. 12. In der gezeigten Schnittdarstellung ist der Spulenkörper 2 somit in Form eines doppelten U ausgebildet. Innerhalb

2

5

10

15

20

25

30

Ì5

40

45

50

55

bO

65

3

619080

dieses Doppel-U liegt die aus einem elektrischen Leiter bestehende Spulenwicklung 3.

Bekannterweise tritt an der Ecke eines elektrischen Leiters eine höhere Feldstärke auf als an einer Leiterfläche. Dasselbe gilt auch für eine Spule mit eckigem Wicklungsquerschnitt. Um 5 eine hohe Feldstärke zu vermeiden, weist demgemäss die dargestellte Spule stark ausgerundete Ecken 13 bzw. 14 im Spulenkörper 2 auf. Dadurch wird der Abstand eines Drahtes in der untersten Lage zu einem Draht in der obersten Lage, soweit der Weg (Kriechabstand) für Kriechströme betrachtet wird, i o erheblich vergrössert. Durch die Ausrundung findet in der unteren ersten Lage weniger Draht Platz als in der darüberliegen-den zweiten Lage. Beim Wickeln ist darauf geachtet, dass die einzelnen Lagen des elektrischen Leiters - im dargestellten Schnitt gesehen - parallel zueinander angeordnet sind. Die i s untere erste Lage ist somit, betrachtet von der Mitte zwischen den Flanschen 7 und 8, nicht bis zu beiden senkrecht zur Spulenachse 4 stehenden Begrenzungsflächen 11 und 12 durchgewik-kelt. Das gilt auch für die nächstfolgende zweite, dritte und vierte Lage, und zwar solange, bis die Ausrundung der Ecken 20 13,14 in die zur Spulenachse 4 senkrecht stehende Begrenzungsfläche 11 bzw. 12 übergegangen ist.

Zusätzlich wird der Kriechabstand, der im übrigen über die Begrenzungsflächen 11 und 12 zu messen ist, noch durch eine weitere Massnahme vergrössert. Diese besteht darin, dass die 25 Spulenwicklung 3 in der dargestellten Weise nach aussen gewölbt ausgebildet ist. Die Wölbung ist mit 15 bezeichnet. Das wird dadurch erreicht, dass die äusseren Lagen bis hin zur obersten Lage immer schmaler werden. Mit anderen Worten: Auch die oberen Lagen sind - von der Mitte aus gesehen -nicht bis zu den Begrenzungsflächen 11 und 12 hin durchgewik-kelt.

In der Figur ist der Anfang der Spulenwicklung 3 mit 16 und das Ende mit 17 bezeichnet. Der erwähnte Kriechabstand ist vorliegend nun nicht durch die direkte geometrische Verbindung zwischen Anfang 16 und Ende 17, sondern durch einen Weg gegeben, der vom Anfang 16 aus über die Ecke 13 entlang, an der Begrenzungsfläche 11, über die linken äusseren Windungen der oberen Lagen und zum Anfang 17 führt. Infolge dieses relativ langen Kriechweges kann das Tränken der Spule eingespart werden, wodurch sich eine erhebliche Kostenreduktion ergibt.

Es ist also festzuhalten, dass die dargestellte Spule mit unterschiedlichen Windungszahlen in den einzelnen Lagen des unteren und des oberen Bereiches gewickelt ist. Dies geschieht durch eine geeignete Kuryensteuerung in der Drahtführung beim Wickelvorgang.

Gegenüber einer Spulenwicklung 3 ohne Abrundung an den Ecken 13 und 14 und ohne Wölbung 15 können bei der dargestellten Spule bei einem vorgegebenen Wickelvolumen weniger Windungen untergebracht werden. Soll die Windungszahl dennoch in beiden Fällen gleich sein, so muss demgegenüber der Drahtdurchmesser etwas verringert werden.

G

1 Blatt Zeichnungen