Minebea Co., Ltd. Verfahren zum Herstellen einer Spule, insbesondere einer Magnetisierspule, und nach dem Verfahren hergestellte Spule
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Spule, insbesondere einer Magnetisierspule, und eine nach dem Verfahren hergestellte Spule.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind ringförmige Magnetisierspulen für die axiale Magnetisierung von Ringmagneten für elektrische Maschinen. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind Toroidmagnetisierspulen. Es ist bekannt, Magnetisierspulen auf einen ferromagnetischen oder nicht magnetischen Spulenkern zu wickeln und so in die gewünschte Form zu bringen. Auch frei tragende Spulenwicklungen sind bekannt.
Bei der Wicklung von Magnetisierspulen müssen die einzelnen Spulendrähte gegeneinander, sowie gegenüber dem Spulenkörper elektrisch isoliert werden. Hierzu werden im Stand der Technik isolierte Kupferlackdrähte oder mit Kapton (Polyimid) beschichtete oder umwickelte Spulendrähte verwendet. Es ist auch zusätzlich möglich, den Spulenkörper mit Kaptonfolie oder Pulverlack zu isolieren.
Für Magnetisierspulen gilt die Anforderung, dass die Isolation eine sehr hohe Durchschlagfestigkeit im Bereich > 5 kV aufweist. Zur Magnetisierung eines Ringmagneten für den Rotor einer elektrischen Maschine wird in einem typischen Anwendungsfall an die Magnetisierspule eine Spannung in der Grössenordnung von etwa 1 bis 2 kV angelegt, wobei ein Strom in der Grössenordnung von 10 kA und grösser fliessen kann. Kupferlackdrähte mit einer Durchschlagsspannung zwischen 2,8 und 7,2 kV und Kaptonfolien mit einer elektrischen Durchschlagsfestigkeit zwischen 100 und 180 V/[mu]m Schichtdicke, genügen diesen Anforderungen in der Regel.
Diese Isolationsmaterialien sind jedoch relativ anfallig gegen mechanische Beanspruchung. Beim Wickeln der Magnetisierspule, beim Biegen der Spulenradien, beim Einbringen der Spulendrähte in einen Spulenkörper sowie im Betrieb der Spule können durch die Bewegung der Spulendrähte relativ zueinander mechanische Spannungen auftreten. Dies kann bei Kupferlackdrähten zur Rissbildung im Lack insbesondere an den Aussenradien der Spule führen, wodurch Kurzschlussströme entstehen können. Im Fall der mit Kaptonband umwickelten Kupferdrähte können mechanische Spannungen zur Verschiebung der sich überläppenden Lagen zueinander führen; hierdurch kann zwischen den Lagen, also durch die Klebeschicht des Bandes hindurch eine Oberflächenspannung durchschlagen und ebenfalls zum Kurzschluss führen.
Da bei der Magnetisierung sehr hohe Ströme fliessen, führt eine Beschädigung der Isolation in der Regel zur Zerstörung der Magnetisierspule.
Die Verwendung von Kapton als Isolationsmaterial hat den weiteren Nachteil, dass das Aufbringen des Kaptonbandes oder der Kaptonfolie auf die Spulendrähte relativ aufwendig ist.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Spule, insbesondere eine Magnetisierspule, bereitzustellen, die einen hohen Grad an elektrischer Isolation gewährleistet, bei gleichzeitiger Resistenz gegenüber mechanischer Beanspruchung, und die zudem einfach herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren zum Herstellen einer Spule, insbesondere einer Magnetisierspule, gemäss Anspruch 1 und durch eine Spule gemäss Anspruch 9 gelöst.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird ein Spulendraht, beispielsweise in Form eines Kupferdrahtes, oder eines Kupferlackdrahtes, oder ein mit Kaptonband umwickelter Kupferdraht bereitgestellt, und ein Schrumpfschlauch wird über den Spulendraht geführt. Der Schrumpfschlauch wird erwärmt und dadurch auf den Aussenumfang des Spulendrahtes aufgeschrumpft. Der Spulendraht mit dem Schrumpfschlauch darauf wird in Spulenform gewickelt. Um Spannungen im Material des Schrumpfaschlauchs zu vermeiden, kann das Aufschrumpfen des Schrumpfschlauchs auf den Spulendraht auch nach dem Wickeln des Spulendrahtes in Spulenform, oder zumindest nach einem Vorbiegen des Spulendrahtes, erfolgen.
Die Erfindung stellt somit ein unaufwendiges Verfahren zur Herstellung einer Magnetisierspule bereit, das eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit der fertig gewickelten Magnetisierspule und durch den Einsatz eines elastischen Materials ein Abplatzen der Isolation bei Wärmeausdehnung sicherstellt. Der Schrumpfschlauch kann einfach über den Draht gezogen werden. t. m.m .
Ein Schrumpfschlauch ist ein Kunststoffschlauch, der sich unter Hitzeeinwirkung stark zusammenzieht. Dadurch wird das in den Schlauch eingebrachte Bauteil gegen seine Umgebung elektrisch isoliert und vor mechanischer Beschädigung geschützt. Die Verwendung von Schrumpfschläuchen ist zur Isolation von Kabeln sowie zur Verbindung und Fixierung von Kabeln und anderen Bauteilen bekannt. Bei den für den Schrumpfschlauch verwendeten Kunststoffen handelt es sich um Thermoplaste, beispielsweise Polyolefine, Polyvenylidenfluorid (PVDF), Polyvenylchlorid (PVC), Polytetrafluorethen (Teflon) oder das Fluroelastomer Viton(R) von DuPont. Der Schrumpfbereich, also die maximale Grössenänderung beim Schrumpfen, ist abhängig von dem verwendeten Kunststoff. Schrumpfverhältnisse in der Grössenordnung von 2: 1 bis zu 6: 1 und sogar bis zu 10: 1 sind bekannt.
Es ist auch bekannt, Schrumpfschläuche auf ihrer Innenseite mit einem Heisskleber zu beschichten, um eine bessere Verbindung zwischen dem eingebrachten Bauteil und dem Schrumpfschlauch zu erreichen.
Als Isolationsmaterial für Spulen und insbesondere für Magnetisierspulen wurde er bisher nicht verwendet.
Die Durchschlagsfestigkeit bekannter Schrumpfschläuche beträgt beispielsweise 20 kV/mm Wandstärke. Um den oben genannten Anforderungen an die Isolation einer Magnetisierspule zu genügen sollte die Wandstärke des auf den Spulendraht aufgeschrumpften SchrumpfSchlauches wenigstens ungefähr 0,25 mm betragen. Nach dieser Vorgabe hat eine gemäss der Erfindung hergestellte Magnetisierspule eine Durchschlagsfestigkeit von grösser oder gleich 5 kV.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren sollte der Innendurchmesser des Schrumpfschlauches nach dem Aufschrumpfen auf den Spulendraht kleiner oder gleich der Drahtdicke sein. Gängige Ausführungen mit einem Schrumpfverhältnis von 2:1 weisen nach der Schrumpfung zum Beispiel einen Innendurchmesser von 0,6 mm bei einer Wandstärke von 0,45 mm auf.
Der Spulendraht mit dem Schrumpfschlauch darauf kann auf einen Spulenkörper oder frei tragend gewickelt werden. Zur Stabilisierung der gewickelten Spule ist es möglich, diese zusätzlich mit einem Vergusswerkstoff, beispielsweise einem Kunstharz, zu vergiessen. Ferner ist es möglich, den Spulenkörper zusätzlich mit einer Kaptonschicht oder Pulverlack zu isolieren, falls eine besonders hohe Durchschlagsfestigkeit erforderlich ist. Die Erfindung sieht, neben dem Herstellungsverfahren, auch eine Spule, insbesondere eine Magnetisierspule, vor, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand einer Ausführungsform mit Bezug auf die Figur 1 weiter erläutert.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Magnetisierspule gemäss der Erfindung.
Die Magnetisierspule umfasst einen Spulendraht 10 und einen Schrumpfschlauch 12, der auf den Aussenumfang des Spulendrahtes 10 aufgeschrumpft ist. In der gezeigten Ausführung ist der Spulendraht mit dem Schrumpfschlauch 12 darauf in Form einer Ringspule gewickelt. Es ist jedoch auch möglich, den Spulendraht beispielsweise auf einen toroidförmigen Kern oder auf einen Spulenkörper zu wickeln, der nach Art eines Statorkö[phi]ers eines Aussenläufermotors mit Nuten und Polen ausgebildet ist, wobei der Spulendraht in die Nuten eingelegt wird.
Der Schrumpfschlauch wird über den Spulendraht geführt und und vor, bzw. nach dem Wickeln der Magnetisierspule erhitzt, so dass der Schrumpfschlauch auf den Aussenumfang des Spulendrahtes aufgeschrumpft wird. Das Erhitzen kann beispielsweise durch Zuführung von Heissluft oder mittels UV-Strahlung erfolgen.
Zusätzlich kann der gewickelte Spulendraht 10 mit dem Schrumpfschlauch 12 darauf zur Stabilisierung der Magnetisierdrähte mit einer Vergussmasse, beispielsweise mit Kunstharz, vergossen werden (in der Figur nicht gezeigt). Es ist auch möglich, den Spulenkö[phi]er zusätzlich mit einer Kaptonfolie oder Pulverlack zu isolieren.
In der gezeigten Ausführung besteht der Spulendraht aus einem unbeschichteten Kupferdraht mit einem Durchmesser von etwa 1 mm, und die Dicke des aufgeschrumpften Schrumpfschlauches 12 beträgt 0,45 mm. Dadurch kann eine Durchschlagsfestigkeit von > 5 kV erreicht werden, die den bekannten Magnetisierspannungen der Grössenordnung von 1 bis 2 kV sicher genügt. Statt dem hier verwendeten unbeschichteten Kupferdraht kann auch ein Kupferlackdraht oder ein mit Kaptonfolie umwickelter Kupferdraht zum Einsatz kommen. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in den verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
Minebea Co., Ltd.
10 Spulendraht
12 Schrumpfschlauch
Bezugszeichenliste
Minebea Co., Ltd. Method for producing a coil, in particular a magnetizing coil, and coil produced by the method
The invention relates to a method for producing a coil, in particular a magnetizing coil, and a coil produced by the method.
A preferred field of application of the invention are annular magnetizing coils for the axial magnetization of ring magnets for electrical machines. Another field of application is Toroidmagnetisierspulen. It is known to wind magnetizing coils on a ferromagnetic or non-magnetic coil core and thus bring in the desired shape. Also free-carrying coil windings are known.
When winding Magnetisierspulen the individual coil wires against each other, as well as with respect to the bobbin electrically insulated. For this purpose, isolated copper enameled wires or kapton (polyimide) coated or wound coil wires are used in the prior art. It is also possible to insulate the bobbin with Kapton foil or powder coating.
For magnetizing coils, the requirement is that the insulation has a very high dielectric strength in the range> 5 kV. In order to magnetize a ring magnet for the rotor of an electric machine, a voltage of the order of magnitude of approximately 1 to 2 kV is applied to the magnetizing coil in a typical application, whereby a current of the order of magnitude of 10 kA and greater can flow. Copper enamel wires with a breakdown voltage between 2.8 and 7.2 kV and Kapton films with an electrical breakdown strength between 100 and 180 V / [mu] m layer thickness, meet these requirements in the rule.
However, these insulation materials are relatively susceptible to mechanical stress. During winding of the magnetizing coil, during bending of the coil radii, during introduction of the coil wires into a bobbin and during operation of the coil, mechanical stresses can occur due to the movement of the coil wires relative to one another. In the case of copper enamel wires, this can lead to the formation of cracks in the paint, in particular at the outer radii of the coil, as a result of which short-circuit currents can occur. In the case of the copper wires wrapped in Kapton tape, mechanical stresses can cause the overlapping layers to shift one another; As a result, a surface tension can penetrate between the layers, that is to say through the adhesive layer of the strip, and likewise lead to a short circuit.
Since very high currents flow during the magnetization, damaging the insulation generally leads to the destruction of the magnetizing coil.
The use of Kapton as insulation material has the further disadvantage that the application of the Kapton tape or the Kapton film on the coil wires is relatively expensive.
It is therefore the object of the invention to provide a coil, in particular a magnetizing coil, which ensures a high degree of electrical insulation, with simultaneous resistance to mechanical stress, and which is also easy to manufacture.
This object is achieved according to the invention by a method for producing a coil, in particular a magnetizing coil, according to claim 1 and by a coil according to claim 9.
In the method according to the invention, a coil wire, for example in the form of a copper wire, or a copper enameled wire, or a Kaptonband wrapped copper wire is provided, and a shrink tube is passed over the coil wire. The shrink tube is heated and thereby shrunk onto the outer circumference of the coil wire. The coil wire with the shrink tube on it is wound in coil form. In order to avoid stresses in the material of the shrink tubing, shrinking of the shrink tubing onto the coil wire can also take place after winding the coil wire in coil form, or at least after a pre-bending of the coil wire.
The invention thus provides an inexpensive process for producing a magnetizing coil which ensures sufficient dielectric strength of the finished wound magnetizing coil and, through the use of an elastic material, chipping the insulation upon thermal expansion. The shrink tube can simply be pulled over the wire. t. m.m.
A heat-shrinkable tube is a plastic tube that contracts greatly under the influence of heat. As a result, the introduced into the hose component is electrically insulated against its environment and protected from mechanical damage. The use of heat shrink tubing is known for the insulation of cables as well as for the connection and fixation of cables and other components. The plastics used for the heat shrink tubing are thermoplastics such as polyolefins, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylchloride (PVC), polytetrafluoroethene (Teflon) or the fluoroelastomer Viton (R) from DuPont. The shrinkage range, ie the maximum size change during shrinkage, depends on the plastic used. Shrinkage ratios of the order of 2: 1 up to 6: 1 and even up to 10: 1 are known.
It is also known to coat heat shrink tubing on its inside with a hot melt adhesive in order to achieve a better connection between the introduced component and the shrink tubing.
As insulation material for coils and in particular for magnetizing coils he has not been used.
The dielectric strength of known shrink tubing is, for example, 20 kV / mm wall thickness. In order to meet the above-mentioned requirements for the isolation of a magnetizing coil, the wall thickness of the shrink-tubing shrunk onto the coil wire should be at least approximately 0.25 mm. According to this specification, a magnetizing coil produced according to the invention has a dielectric strength of greater than or equal to 5 kV.
In the method according to the invention, the inner diameter of the shrink tube after shrinking onto the coil wire should be less than or equal to the wire thickness. Common designs with a shrinkage ratio of 2: 1 have after shrinkage, for example, an inner diameter of 0.6 mm with a wall thickness of 0.45 mm.
The coil wire with the shrink tube on it can be wound on a bobbin or cantilevered. To stabilize the wound coil, it is possible to cast these additionally with a casting material, such as a synthetic resin. Furthermore, it is possible to additionally insulate the bobbin with a Kapton layer or powder coating, if a particularly high dielectric strength is required. The invention provides, in addition to the manufacturing method, also a coil, in particular a magnetizing coil, which is produced by the described method.
The invention is explained below with reference to an embodiment with reference to the figure 1 on.
FIG. 1 shows a plan view of a magnetizing coil according to the invention.
The magnetizing coil comprises a coil wire 10 and a shrink tube 12, which is shrunk onto the outer circumference of the coil wire 10. In the embodiment shown, the coil wire with the shrink tube 12 is wound thereon in the form of a toroidal coil. However, it is also possible to wind the coil wire, for example, on a toroidal core or on a bobbin, which is designed in the manner of a Statorkö [phi] ers an external rotor motor with grooves and poles, wherein the coil wire is inserted into the grooves.
The shrink tube is passed over the coil wire and heated before or after the winding of the magnetizing coil, so that the shrink tube is shrunk onto the outer circumference of the coil wire. The heating can be done for example by supplying hot air or by UV radiation.
In addition, the wound coil wire 10 may be potted with the shrink tube 12 thereon to stabilize the magnetizing wires with potting compound such as synthetic resin (not shown in the figure). It is also possible to additionally insulate the bobbin with a Kapton film or powder coating.
In the embodiment shown, the coil wire consists of an uncoated copper wire with a diameter of approximately 1 mm, and the thickness of the shrunk-on shrink tube 12 is 0.45 mm. As a result, a dielectric strength of> 5 kV can be achieved, which certainly satisfies the known magnetizing voltages of the order of magnitude of 1 to 2 kV. Instead of the uncoated copper wire used here, it is also possible to use a copper enameled wire or a copper wire wrapped in Kapton foil. The features disclosed in the foregoing description, the claims and the drawings may be of importance both individually and in any combination for the realization of the invention in the various embodiments.
Minebea Co., Ltd.
10 coil wire
12 shrink tubing
LIST OF REFERENCE NUMBERS