NL1036736C2 - Wikkeling voor spoel. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Wikkeling voor spoel.

BESCHRIJVING

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een orthocyclisch 5 gewikkelde spoel voor toepassing bij een elektrische motor.

Bij elektrische motoren worden met name orthocyclisch gewikkelde spoelen toegepast om de afstand tussen enerzijds het zwaartepunt van langgestrekt gewikkeld elektrisch geleidend materiaal dat in dit document ongeacht de uitvoeringsvorm ervan wordt aangeduid met profieldraad en meestal is vervaardigd 10 van koper, van een spoel en anderzijds aan beide zijden van de spoel gelegen koelplaten te kunnen minimaliseren. Door een compact gewikkelde spoel met bij voorkeur relatief weinig elektrisch isolerend materiaal tussen de wikkelingen kan de warmteweerstand tussen de spoel en koelelementen aan weerszijden van de spoel worden gereduceerd, met als gevolg een hogere efficiëntie van de motor. De 15 afstand van het zwaartepunt van het geleidend materiaal tot de koelplaten en de hoeveelheid elektrisch isolerend materiaal in de spoel hebben een verhogend effect op de warmteweerstand van de spoel en daarmee op de efficiëntie van de motor.

Onregelmatigheden in een wikkeling en/of in een zijvlak van een spoel hebben een negatief effect op de efficiëntie van de motor, omdat die 20 onregelmatigheden tot gevolg hebben dat de afstand van de wikkeling, respectievelijk de punten in het betreffende zijvlak, enerzijds en de naburige koelplaat anderzijds toeneemt. Daarmee wordt de afstand tussen het zwaartepunt van het geleidend materiaal en de koelplaten groter. Onregelmatigheden in het gewikkeld profieldraad kunnen ook leiden tot gebruik van extra isolerend materiaal 25 tussen het elektrisch geleidend materiaal.

De onderhavige uitvinding beoogt daarom volgens een eerste aspect een spoel volgens de inleiding te verschaffen waarbij de warmteweerstand tussen het geleidend materiaal en de koelelementen kleiner is dan bij bekende spoelen. Dit doel wordt volgens de onderhavige uitvinding bereikt door een 30 orthocyclisch gewikkelde spoel voor toepassing bij een elektrische motor, omvattende wikkelingen van profieldraad van elektrisch geleidend materiaal met althans ten minste in hoofdzaak rechthoekige of althans ten minste in hoofdzaak in zichzelf nestbare dwarsdoorsnede dat is voorzien van een laag elektrisch isolerend materiaal, waarbij een eerste respectievelijk tweede einduitloper van het gewikkeld 1036736 2 profieldraad een eerste respectievelijk tweede aansluitpunt verschaft, en waarbij de overgangen van het gewikkeld deel van het profieldraad naar de eerste respectievelijk de tweede einduitloper zich elk aan een van de buitenste wikkelingen van de spoel bevinden. De rechthoekige of in zichzelf nestbare dwarsdoorsnede van 5 het profieldraad maakt een zeer compacte wikkeling mogelijk, waardoor een wikkeling met een relatief hoge concentratie geleidend materiaal realiseerbaar is. Onder een in zichzelf nestbare dwarsdoorsnede van de gewikkelde profieldraad wordt een dwarsdoorsnede verstaan waarbij twee tegenover elkaar gelegen zijvlakken van twee naburige wikkelingen althans ten minste in hoofdzaak op elkaar 10 aansluiten. Volgens een verdere maatregel van de onderhavige uitvinding bevinden de overgangen van het gewikkeld profieldraad naar de eerste respectievelijk de tweede einduitloper zich beide aan de buitenzijde van de wikkeling. Dit in tegenstelling tot hetgeen gebruikelijk is bij een conventionele wikkeling van binnen naar buiten, waarbij de beginuitloper in het midden van het gewikkeld profieldraad 15 overgaat naar het gewikkeld profieldraad en waarbij het gewikkeld profieldraad aan de buitenzijde van het gewikkeld profieldraad overgaat naar de einduitloper. Aldus wordt bij een spoel volgens de onderhavige uitvinding voorkomen dat één van de einduitlopers, in de vorige zin aangeduid als de beginuitloper, vanuit het midden van de spoel naar de buitenzijde moet komen. Dat zou een onregelmatigheid in het 20 zijvlak van de spoel veroorzaken, omdat de beginuitloper zich over dat zijvlak moet uitstrekken voor het verschaffen van een contactpunt aan de buitenkant van de spoel. Die onregelmatigheid wordt versterkt omdat een goede isolatie van het profieldraad ten opzichte van het zijvlak vereist is. Aldus is het doel van het eerste aspect van de onderhavige uitvinding bereikt. Overigens kunnen de maatregel van 25 de althans ten minste in hoofdzaak rechthoekige of althans ten minste in hoofdzaak in zichzelf nestbare dwarsdoorsnede en de locatie van overgangen van het gewikkeld profieldraad naar de eerste respectievelijk de tweede einduitloper aan één van de buitenste wikkelingen van de spoel onafhankelijk van elkaar met voordeel ten opzichte van de bekende spoelen worden toegepast.

30 Wanneer de wikkelingen van de spoel twee tegenoverliggende zich althans ten minste in hoofdzaak parallel aan elkaar uitstrekkende zijvlakken verschaffen kan de spoel tussen twee koelplaten worden opgenomen. De onderlinge afstand tussen de betreffende zijvlakken en de (onder normale omstandigheden zich parallel aan elkaar uitstrekkende) koelplaten kan dan minimaal worden gehouden 3 doordat de zijvlakken en de respectievelijke koelplaten zich ook parallel aan elkaar kunnen uitstrekken.

Om de ruimte tussen de spoel enerzijds en twee naast de spoel gelegen koelplaten te kunnen minimaliseren heeft het de voorkeur dat de 5 wikkelingen van de spoel twee tegenoverliggende althans ten minste in hoofdzaak platte zijvlakken verschaffen. Hoe platter de zijvlakken, des te minder vrije ruimte hoeft er aanwezig te zijn tussen de respectievelijke zijvlakken van de spoelen en de betreffende koelplaten.

Om kortsluiting in de spoel te voorkomen is een naar een 10 koelelement gericht zijvlak van de spoel bij voorkeur voorzien van een laag elektrisch isolerend materiaal, waarvan de dikte bij voorkeur is gelegen in het bereik van 5 tot 15 pm, verder bij voorkeur tussen 8 en 12 pm, zodat het elektrisch isolerend materiaal een minimale barrière vormt voor warmteoverdracht van de spoel naar een naastgelegen koelplaat.

15 Een voordelige oriëntatie van de wikkelingen wordt verschaft wanneer de spoel ten minste twee naast elkaar gelegen, onderling doorverbonden, aan hun tegenover elkaar gelegen zijvlakken althans ten minste in hoofdzaak elektrisch van elkaar geïsoleerde spoeldelen met elk ten minste in hoofdzaak in een vlak gewikkeld profieldraad omvat. Hierbij kan een profieldraad in het eerste 20 spoeldeel van buiten naar binnen worden gewikkeld, waarna het profieldraad uit het vlak van het eerste spoeldeel wordt geleid voor het van binnen naar buiten wikkelen van het profieldraad voor het vormen van het tweede spoeldeel. Het moge duidelijk zijn dat de beide einduitlopers zich bij een dergelijke onderlinge oriëntatie van wikkelingen elk aan de buitenste wikkeling van het betreffend spoeldeel bevinden.

25 Voor het voorkomen van overslag tussen beide spoeldelen is tussen de spoeldelen bij voorkeur een elektrisch isolerende laag voorzien. Bij een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding is de dikte van de isolatielaag tussen beide spoeldelen ten hoogste 25 pm. Deze dikte is afhankelijk van de gebruikte spanning.

30 De twee spoeldelen kunnen ten opzichte van elkaar in dezelfde richting zijn gewikkeld. Wanneer de twee spoeldelen ten opzichte van elkaar in tegengestelde richting zijn gewikkeld, wordt de kans dat de twee spoeldelen elkaar negatief beïnvloeden minimaal. Bij een ovale wikkeling bevinden de einduitlopers zich op afstand van elkaar als zij zich vanaf een recht stuk van de respectievelijke 4 wikkelingen tot aan de contactpunten uitstrekken.

Wanneer het profieldraad een althans ten minste in hoofdzaak constante dikte heeft met een tolerantie van ten hoogste 10 pm, verder bij voorkeur ten hoogste 5 pm, kan de onderlinge afstand tussen twee naburige wikkelingen 5 relatief klein worden gehouden. Hierdoor kan de vullingsgraad van het elektrisch geleidend materiaal in de spoel worden verhoogd.

Voor het kunnen verschaffen van een zo plat mogelijk zijvlak heeft het de voorkeur dat het profieldraad een althans ten minste in hoofdzaak constante breedte heeft met een tolerantie van ten hoogste 50 pm, verder bij voorkeur ten 10 hoogste 30 pm. Het is mogelijk een zijvlak van een spoel na het wikkelen van het profieldraad af te vlakken, bijvoorbeeld door middel van polijsten. Hoe vlakker echter een nieuw gewikkelde spoel, des te minder nabewerkingen zijn nodig voor het verschaffen van een zo plat mogelijk zijvlak.

Een zeer gunstige spoel kan worden verkregen wanneer de 15 breedte-dikteverhouding van het profieldraad ten hoogste 25 bedraagt. Wanneer de verhouding te groot wordt, wordt de draad te dun ten opzichte van de isolatie, typisch een lakisolatie, op de draad. Hierdoor zal de uiteindelijke vulfactor, ofwel concentratie geleidend materiaal (te) slecht worden.

Volgens een tweede aspect heeft de onderhavige uitvinding 20 betrekking op een werkwijze voor het aandrijven van een elektrische motor, waarbij de aandrijving wordt gerealiseerd met behulp van een spoel volgens het eerste aspect van de onderhavige uitvinding. Het probleem dat door een dergelijke werkwijze wordt opgelost en de voordelen van een dergelijke werkwijze corresponderen met het probleem en de voordelen die zijn genoemd bij de 25 bespreking van het eerste aspect van de onderhavige uitvinding.

De onderhavige uitvinding heeft tenslotte betrekking op een elektrische motor omvattende twee zich althans ten minste in hoofdzaak parallel aan elkaar uitstrekkende koelelementen waartussen een spoel is voorzien. Wanneer hierbij een spoel volgens het eerste aspect van de onderhavige uitvinding is 30 voorzien, verschaft dit de mogelijkheid de onderlinge afstand tussen de spoel enerzijds en de koelelementen anderzijds te minimaliseren en zodoende een efficiënte elektrische motor te verschaffen.

De onderhavige uitvinding zal nu nader worden toegelicht onder verwijzing naar een uitvoeringsvoorbeeld van een spoel volgens de onderhavige 5 uitvinding onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin:

Figuur 1 een perspectivisch zijaanzicht toont van wikkelingen voor een spoel volgens de onderhavige uitvinding;

Figuur 2 een doorsnede-aanzicht toont volgens het vlak I uit 5 figuur 1;

Figuur 3 een dwarsdoorsnede toont van een spoel volgens de onderhavige uitvinding die is opgenomen tussen koelplaten; en

Figuur 4 een alternatieve uitvoeringsvorm toont van wikkelingen in een spoel volgens de onderhavige uitvinding.

10 Nu kijkend naar figuur 1 wordt een spoel 1 volgens de onderhavige uitvinding getoond. Spoel 1 omvat twee door een isolatielaag 2 van elkaar gescheiden spoeldelen 3a, 3b met elk een aantal wikkelingen in een vlak. De wikkelingen zijn vervaardigd met een lint 4 van koperdraad 5 dat is voorzien van een isolatielaag 6. Een beginuitloper 9 en een einduitloper 10 zijn vrij van elektrisch 15 isolerend materiaal.

Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede-aanzicht volgens vlak I uit figuur 1. Met door isolatielaag 2 van elkaar gescheiden spoeldelen 3a, 3b van gewikkeld lint 4 van koperdraad 5 dat is voorzien van een isolatielaag 6.

Figuur 3 toont een toepassing van een spoel 11. De spoel 11 heeft 20 een isolatielaag 12 die twee spoeldelen 13a, 13b van gewikkeld lint 14 van koperdraad 15 met isolatielaag 16, Zijvlakken 17 van spoel 11 zijn gelept en zijn gericht naar koelplaten 18.

Figuur 4 toont een alternatieve uitvoeringsvorm van een spoel 31 volgens de onderhavige uitvinding. Spoel 31 omvat twee door een isolatielaag 32 25 van elkaar gescheiden spoeldelen 33a, 33b van koperdraad 35 met een in hoofdzaak V-vormige dwarsdoorsnede dat is voorzien van een isolatielaag 36.

Nu kijkend naar figuur 1 wordt een uitvoeringsvorm van een spoel 1 volgens de onderhavige uitvinding in perspectivisch aanzicht getoond. Spoel 1 heeft een wikkeling van een lint 4 van plat koperdraad 5 met een isolatielaag 6. De 30 wikkeling is verdeeld in een bovenste en onderste spoeldeel 3a respectievelijk 3b die van elkaar worden gescheiden door isolatielaag 2. De wikkeling van de spoel 1 begint bij beginuitloper 9 van bovenste spoeldeel 3a waar het lint 4 vanaf beginuitloper 9 in een aantal ovaalvormige banen van buiten naar binnen is gewikkeld. De wikkelingen van spoeldeel 3a eindigen met uiteinde 11 van de 6 bovenste wikkeling. Uiteinde 11 bevindt zich in de kern van bovenste wikkeling 3a en is vrij van elektrisch isolerend materiaal. Direct onder uiteinde 11 van bovenste spoeldeel 3a bevindt zich uiteinde 12 van onderste spoeldeel 3b. Ook het uiteinde 12 van spoeldeel 3b is vrij van elektrisch isolerend materiaal. Uiteinden 11 en 12 zijn 5 met elkaar verbonden. Aldus is door uiteinden 11,12 een elektrische koppeling tot stand gebracht tussen bovenste spoeldeel 3a en onderste spoeldeel 3b. Vanuit uiteinde 12 vormt lint 4 een wikkeling die symmetrisch ten opzichte van een lijn die zich parallel aan de rechte stukken van de wikkelingen in het vlak isolatielaag 2 uitstrekt. Anders gezegd, wikkelingen van onderste spoeldeel 3b zijn tegengesteld 10 gewikkeld aan wikkelingen in bovenste spoeldeel 3a. De wikkelingen in onderste spoeldeel 3b gaan aan de buitenzijden van de wikkelingen weer op hun beurt over in einduitloper 10. Aldus hoeft noch beginuitloper 9, noch einduitloper 10 een oversteek te maken vanaf de kern van de spoel 1 naar de buitenzijde van de spoel 1. Bovendien bevinden de begin- en einduitloper 9, 10 zich op enige afstand van 15 elkaar, hetgeen het aansluiten van de spoel 1 vereenvoudigt.

Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede-aanzicht volgens vlak I uit figuur 1. De wikkelingen van spoeldeel 3a zijn onderling elektrisch van elkaar geïsoleerd doordat om koperdraad 5 een isolatielaag 6 is aangebracht. Doordat een platte koperdraad 5 is toegepast, is relatief weinig elektrisch isolerend materiaal 20 nodig tussen twee naburige wikkelingen van lint 4, waardoor een relatief hoge concentratie geleidingmateriaal (koper) in de spoel kan worden gerealiseerd. Hetzelfde geldt voor spoeldeel 3b. Verder zijn spoeldelen 3a en 3b, uiteraard met uitzondering van uiteinden 11 en 12 in de kern van de spoel, onderling elektrisch van elkaar geïsoleerd door isolatielaag 2.

25 Nu kijkend naar figuur 3 wordt een spoel volgens figuren 1 en 2 tussen twee koelplaten 18 getoond. De verwijzingscijfers van de elementen uit figuur 3 die corresponderen met vergelijkbare elementen uit figuren 1 en 2 zijn met 10 opgehoogd. De spoel 11 heeft immers een lepbewerking ondergaan, waarbij materiaal aan de van isolatielaag 12 weggerichte zijvlakken 7 is ontdaan van 30 elektrisch isolerend materiaal, waardoor een betere koeling wordt verkregen dan bij een wikkeling zoals in figuur 2 waar het elektrisch isolerend materiaal aan de zijvlakken nog aanwezig is. Immers, het elektrisch isolerend materiaal heeft ook de neiging te functioneren als warmte-isolator tussen de spoel 1 en koelplaten 18. Een verder voordeel is dat door het leppen een zeer plat vlak kan worden verkregen, 7 waardoor de onderlinge afstand tussen de zijvlakken 17 van de spoel 11 enerzijds en de respectievelijke koelplaten 18 kan worden geminimaliseerd.

Figuur 4 tenslotte toont een alternatieve uitvoeringsvorm van een wikkeling van een spoel 31 met lint 44 met een in hoofdzaak V-vormige 5 dwarsdoorsnede. Ook hier worden bovenste spoeldeel 3a en onderste spoeldeel 3b onderling van elkaar gescheiden door een isolatielaag 32. Uit figuur 4 kan worden opgemaakt dat een geneste ligging van het gewikkeld lichaam 34 eveneens kan leiden tot een relatief hoge concentratie elektrisch geleidend materiaal in een spoel. Bij de spoel 31 uit figuur 4 heeft het leppen van de zijvlakken van de spoel 31 een 10 nog groter effect dan bij de spoel 1 uit figuren 1 en 2, omdat de zijvlak van spoel 31 een reliëf vertonen als gevolg van de oriëntatie van de zijkanten van het gewikkeld lint.

Het moge duidelijk zijn dat de getoonde en hiervoor beschreven uitvoeringsvormen van spoelen volgens de onderhavige uitvinding slechts dienen als 15 voorbeeld. Vele varianten en aanpassingen zijn denkbaar binnen de beschermingsomvang van de onderhavige uitvinding die wordt gedefinieerd door de hiernavolgende conclusies. Zo kunnen verschillende elektrisch geleidende materialen worden toegepast voor de wikkelingen van de spoel. Verder kunnen verschillende oriëntaties van het lint worden toegepast, waarbij oriëntaties met een 20 hoge mogelijke concentratie van elektrisch geleidend materiaal de voorkeur hebben, maar niet per sé noodzakelijk zijn. Ook kunnen de uiteinden aan de binnenkant van de wikkeling op een andere wijze elektrisch met elkaar zijn verbonden. Het is ook mogelijk de spoel uit één draad door te wikkelen, zodat de draad van een spoeldeel ononderbroken doorloopt naar het andere spoeldeel. Er hoeft dan geen 25 soldeerverbinding te worden gemaakt.

1036738

Claims (12)

1. Orthocyclisch gewikkelde spoel voor toepassing bij een elektrische motor, omvattende wikkelingen van profieldraad van elektrisch geleidend materiaal 5 met althans ten minste in hoofdzaak rechthoekige of althans ten minste in hoofdzaak in zichzelf nestbare dwarsdoorsnede dat is voorzien van een laag elektrisch isolerend materiaal, waarbij een eerste respectievelijk tweede einduitloper van het gewikkeld profieldraad een eerste respectievelijk tweede aansluitpunt verschaft, en waarbij de overgangen van het gewikkeld deel van het profieldraad 10 naar de eerste respectievelijk de tweede einduitloper zich elk aan een van de buitenste wikkelingen van de spoel bevinden.

2. Spoel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de wikkelingen van de spoel twee tegenoverliggende zich althans ten minste in hoofdzaak parallel aan elkaar uitstrekkende zijvlakken verschaffen.

3. Spoel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de wikkelingen van de spoel twee tegenoverliggende althans ten minste in hoofdzaak platte zijvlakken verschaffen.

4. Spoel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een zijvlak is voorzien van een laag elektrisch isolerend materiaal met een typische dikte van 5 tot 20 15 pm.

5. Spoel volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de spoel ten minste twee naast elkaar gelegen, onderling doorverbonden, aan hun tegenover elkaar gelegen zijvlakken althans ten minste in hoofdzaak elektrisch van elkaar geïsoleerde spoeldelen met elk ten minste in 25 hoofdzaak in een vlak gewikkeld profieldraad omvat.

6. Spoel volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat tussen de spoeldelen een elektrisch isolerende laag is voorzien.

7. Spoel volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de ten minste twee spoeldelen ten opzichte van elkaar in tegengestelde richting zijn gewikkeld.

8. Spoel volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het profieldraad een althans ten minste in hoofdzaak constante dikte heeft met een tolerantie van ten hoogste 10 pm.

9. Spoel volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het profieldraad een althans ten minste in hoofdzaak constante 1036736 breedte heeft met een tolerantie van ten hoogste 50 pm.

10. Spoel volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de breedte-dikteverhouding van het profieldraad ten hoogste 25 bedraagt.

11. Werkwijze voor het aandrijven van een elektrische motor, met het kenmerk, dat de aandrijving wordt gerealiseerd met behulp van een spoel volgens één of meer van de voorgaande conclusies.

12. Elektrische motor omvattende twee zich althans ten minste in hoofdzaak parallel aan elkaar uitstrekkende koelelementen waartussen een spoel 10 volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 10 is voorzien. 1036736