Die Erfindung betrifft einen Magnetpol gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Magnetpole dieser Art werden bei Magnetschwebefahrzeugen in vielfältiger Form eingesetzt, z. B. als Teile von Trag-, Führ- oder Bremsmagneten. Bisher werden diese Magnetpole aus einem Eisenkern und einer auf die diesem aufgebrachten Wicklung hergestellt, die aus abwechselnd aufeinander folgenden Lagen eines Leiters und eines Isolators gebildet ist (PCT WO 97/30 504). Die Leiter und Isolatoren bestehen dabei aus bandförmigen Materialien, z. B. Aluminiumbändern und dünnen Isolierfolien.

Die bekannten Magnetpole bestehen aus je einer Scheibe, so daß die Lagenzahl gleich der Windungszahl ist. Dadurch ergibt sich bei hoher Windungszahl ein Kühlproblem. Wenn der Kern gleichzeitig als Kühlkörper wirken soll, muß die in den einzelnen Lagen erzeugte Wärme in radialer Richtung auch die elektrisch gewünschten, thermisch jedoch störenden Isolierfolien durchdringen, deren thermischer Gesamtwiderstand mit zunehmender Anzahl der Lagen stetig zunimmt.

In einer parallelen Patentanmeldung derselben Anmelderin wird daher vorgeschlagen, die Wicklung mit wenigstens zwei Scheiben zu versehen, die aus in mehreren Lagen um den Kern gewickelten Leitungsbändern gebildet sind, und die einzelnen Lagen radial, die beiden Scheiben dagegen axial elektrisch gegeneinander zu isolieren. Außerdem wird dort vorgeschlagen, die Leitungsbänder mit entgegengesetztem Wicklungssinn um den Kern zu wickeln und am Kern elektrisch miteinander zu verbinden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß der Magnetpol nicht mit bis nach innen durchgeführten, zwischen dem Kern und der ersten Lage endenden, elektrischen Anschlüssen versehen werden braucht. Noch nicht gelöst ist allerdings die Frage, wie die beiden dem Kern nahen Lagen kostengünstig mit Hilfe von elektrischen Verbindungsmitteln verbindbar sind, ohne daß durch diese scharfe Kanten und Ecken entstehen, die Isolationsdurchbrüche durch Spitzenentladungen zur Folge habe können. Es wäre zwar möglich, zwischen dem Kern und der jeweils ersten Lage der beiden Scheiben eine ausreichend dicke Isolierschicht vorzusehen, die den in der Regel auf Massepotential befindlichen Kern gegen diese ersten Lagen und die dort vorgesehenen Verbindungsmittel elektrisch abschirmt. Dies wäre jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß die thermische Leitfähigkeit in radialer Richtung in diesem Bereich erheblich verschlechtert würde, was sich ungünstig auf die Abfuhr der in der Wicklung erzeugten Wärmeenergie über den auch als Kühlkörper wirkenden Kern und damit auf die Kühlleistung aufwirken würde.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, den Magnetpol der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß er sowohl kostengünstig herstellbar ist als auch ohne aufwendige Isolierungsmaßnahmen gegen störende Feldstärkeverdichtungen betrieben werden kann.

Zur Lösung dieses Problems dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß die Wicklung für beide Scheiben aus einem komplett vorgefertigten, dem elektrischen Verbindungsabschnitt bereits aufweisenden Leiterband hergestellt werden kann. Der im Einzelfall gewünschte axiale Abstand der beiden Scheiben wird dabei durch die Geometrie des Verbindungsabschnitts festgelegt. Dasselbe gilt für den entgegengesetzten Wicklungssinn der beiden angrenzenden Leitungsbandabschnitte, so daß beim Bewickeln praktisch keine Fehler auftreten können.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 in perspektivischer Darstellung die Bewicklung eines üblichen, eine Wicklung mit einer Scheibe aufweisenden Magnetpols;

2 schematisch einen Schnitt längs der Linie II–II der 1 durch eine Hälfte eines erfindungsgemäß ausgebildeten Magnetpols mit einer zwei Scheiben aufweisenden Wicklung;

3 die Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leitungsbandes in einem ungefalteten Zustand;

4 die Draufsicht auf das Leitungsband nach 3 in einem erfindungsgemäß gefalteten Zustand;

5 die Draufsicht auf einen Mittelabschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Leitungsbandes;

6 die Draufsicht auf ein der 5 im wesentlichen entsprechendes Leitungsband, das jedoch mit besonders zugeschnittenen Leitungsbandabschnitten versehen ist; und

7 eine der 2 entsprechende Schnittansicht des Magnetpols bei Anwendung des Leitungsbandes nach 6.

Ein Magnetpol der hier interessierenden Art enthält nach 1 einen aus einem Blechpaket bestehenden, vorzugsweise quaderförmigen Eisenkern 1 mit abgerundeten Ecken und eine auf diesen aufgebrachte Wicklung 2. Die Herstellung des Kerns 1 kann auf viele verschiedene Arten erfolgen und ist für die vorliegende Erfindung unbedeutend. Außerdem kann der Kern 1 mit einer umlaufenden, an einer Mantelfläche anliegenden Isolationsschicht 3 versehen sein, die aus einem z. B. aus Kunststoff hergestellten Isoliermaterial besteht und auch als Wicklungsträger ausgebildet sein kann, der Montageflansche 4 aufweist, zwischen denen die Wicklung 2 zu liegen kommt. Die Isolierschicht 3 dient somit sowohl zur Montage der Wicklung 2 als auch zur elektrischen Isolierung der Wicklung 2 gegen den Kern 1 in radialer Richtung, bezogen auf eine Mittel- und Wickelachse 5 des Kerns 1.

Die Wicklung 2 wird z. B. durch abwechselnd aufeinander folgende Lagen aus einem Leitungsband 6 (z. B. Aluminium) und zwischen diesen angeordneten Isolationsschichten 7 in Form einer Isolierfolie od. dgl. gebildet, die die Lagen in radialer Richtung elektrisch gegeneinander isolieren. Bei der Herstellung des Magnetpols werden die Leitungsbänder 6 und die Isolationsschichten 7 z. B. in bekannter Weise von Vorratsspulen 8, 9 abgewickelt und koaxial um die Mittelachse 5 auf den Kern 1 gewickelt. Die dadurch erhaltene Wicklung 2 besteht daher aus einer zur Mittelachse 5 koaxialen Scheibe, die in radialer Richtung eine Vielzahl von Lagen aufweist.

Magnetpole der beschriebenen Art für Magnetschwebefahrzeuge weisen z. B. bis zu 300 Lagen auf. Daher muß die beim Betrieb erzeugte Wärme, sofern sie in einer mittleren, z. B. in der 150. Lage der Wicklung 2 erzeugt wird, in radialer Richtung sowohl nach innen zum Kern 1 hin als auch radial nach außen jeweils eine Vielzahl von z. B. 150 Isolationsschichten durchdringen, die zur elektrischen Isolierung eine bestimmte Mindestdicke haben müssen. Die Wärmeabfuhr und damit die Kühlwirkung in radialer Richtung sind daher stark von der Zahl der vorhandenen Lagen 1... 300 abhängig.

Erfindungsgemäß wird daher zunächst vorgeschlagen, die Lagen einer Wicklung 10 (2) auf zwei in axialer Richtung übereinander liegende Scheiben 11 und 12 zu verteilen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide Scheiben 11, 12 jeweils im wesentlichen dieselbe Anzahl von Lagen bzw. Wicklungen aufweisen. Dies ist in 2 dadurch realisiert, daß z. B. die Scheibe 11 die Lagen 1 bis 150 und die Scheibe 12 die Lagen 151 bis 300 aufweist, wobei die einzelnen Lagen durch das Bezugszeichen 14 und zwischen ihnen befindliche Isolationsschichten durch das Bezugszeichen 15 angedeutet sind. In magnetischer Hinsicht ergibt sich dadurch bei gleichem Strom dieselbe Durchflutung wie bei Anwendung einer einscheibigen Wicklung mit gleicher Windungszahl. Damit auch die für die Verlustleistung maßgeblichen Querschnittsflächen der einzelnen Lagen dieselben wie bei einer einscheibigen Wicklung 2 entsprechend 1 sind, ohne daß die in axialer Richtung gemessene Höhe des Magnetpols vergrößert werden muß, weisen die Lagen 14 in 2 die halbe Höhe und die doppelte Dicke im Vergleich zu 1 auf. Schließlich ist in 2 eine zweite Isolierschicht 16 vorgesehen, die zwischen den beiden Scheiben 11, 12 angeordnet ist und diese in axialer Richtung elektrisch gegeneinander isoliert.

Die Lagen 14 werden in der einen Scheibe 11 vorzugsweise mit entgegengesetztem Wicklungssinn im Vergleich zur anderen Scheibe 12 um den Kern 1 gewickelt. Dadurch ist es möglich, die beiden innen am Kern 1 liegenden Lagen durch eine Verbindungsleitung 17 elektrisch miteinander zu verbinden und beide radial am weitesten außen liegende Lagen 14 mit je einem elektrischen Anschluß 18, 19 zu versehen, von denen der eine als Zuleitung und der andere als Ableitung für den die Wicklung 10 durchfließenden Strom dient, so daß die einzelnen Lagen 14 hintereinander vom Strom durchflossen werden, wenn zwischen den Anschlüssen 18, 19 die Klemmenspannung liegt.

Zur Vereinfachung der Herstellung und Montage und zur Vermeidung von schädlichen Verdichtungen der elektrischen Feldstärke im Bereich der Verbindungsleitung 17 aufgrund von scharfen Ecken oder Kanten werden die beiden in den Scheiben 11 und 12 befindlichen Wicklungsabschnitte erfindungsgemäß aus einem Leitungsband 21 (3, 4) gebildet, das zwei Leitungsbandabschnitte 21a und 21b und einen zwischen den beiden liegenden Verbindungsabschnitt 21c enthält, der diejenigen Enden der schnitte 21a, 21b elektrisch leitend miteinander verbindet, die bei der Montage nahe am Kern 1 (2) zu liegen kommen. Das Leitungsband 21 hat zweckmäßig über seine gesamte Länge dieselbe Breite b. Der Verbindungsabschnitt 21c besteht zweckmäßig aus demselben Material (z. B. Aluminium) wie jeder Leitungsbandabschnitt 21a bzw. 21b. Außerdem ist der Verbindungsabschnitt 21c so gestaltet, daß er sowohl einen Abstand a (2) der beiden Scheiben 11, 12 im montierten Zustand als auch den Wicklungssinn der Leitungsabschnitte 21a, 21b in den Scheiben 11, 12 bei der Montage festlegt. Diese Festlegungen werden durch die nachfolgend beschriebene Faltung des Leitungsbandes 21 erhalten.

Gemäß 3 enthält das Leitungsband 21 zwei gedachte oder durch Einprägungen od. dgl. vorgegebene, in 3 gestrichelt angedeutete Faltlinien 22 und 23. Beide Faltlinien 22, 23 verlaufen unter einem Winkel &agr;, der z. B. zwischen 30° und 60° liegt und vorzugsweise 45° beträgt, schräg zu einer Längsachse 24 des Leitungsbandes 21. Die beiden Faltlinien 22, 23 begrenzen gleichzeitig den Verbindungsabschnitt 21c des Leitungsbandes 21.

Das Leitungsband 21 wird vor der Montage gefaltet. Dazu wird z. B. zunächst der Verbindungsabschnitt 21c zusammen mit dem angrenzenden Leitungsbandabschnitt 21b um 180° um die Faltlinie 22 gefaltet, z. B. nach oben aus der Zeichenebene heraus. Dadurch kommt der Leitungsbandabschnitt 21b senkrecht zum Leitungsbandabschnitt 21a zu liegen, wobei jetzt im Gegensatz zu 3 seine Unterseite nach oben weist. In zweiten Schritt wird dann allein der Leitungsbandabschnitt 21b um 180° um die zweite Faltlinie 23 gefaltet, und zwar wiederum nach oben aus der Zeichenebene heraus. Danach nimmt der Leitungsbandabschnitt 21b die aus 4 ersichtliche Lage ein, in welcher die in 3 oben liegende Seite wiederum oben liegt. Gleichzeitig ist aus 4 erkennbar, daß die beiden Leitungsbandabschnitte 21a, 21b nach der Faltung zwar parallel zueinander liegen, dabei aber einen Abstand c voneinander aufweisen. Dieser Abstand ergibt sich bei einem Faltwinkel &agr; von 45° aus der Differenz zwischen einem Abstand d der beiden Faltlinien 22, 23 parallel zur Längsachse 24 (3) und der Breite b des Leitungsbandes 21. Je größer (kleiner) diese Differenz ist, um so größer (kleiner) ist der Abstand c. Dabei ist klar, daß das Maß d um so viel größer als das Maß b gewählt wird, das die Differenz d-b genau gleich dem in 2 mit a bezeichneten Abstand zwischen den beiden herzustellenden Scheiben 11, 12 ist. Bei Faltlinien, die mit von 45° abweichenden Faltwinkeln &agr; geneigt sind, führen ähnliche Überlegungen zum erforderlichen Maß a in 2.

Beim Bewickeln des Kerns 1 wird der Verbindungsabschnitt 21c eines auf die erforderliche Länge abgelängten Leitungsbandes 21 mit seiner Ober- oder Unterseite auf die Mantelfläche des Kerns 1 bzw. der Isolationsschicht 3 gelegt. Anschließend wird der Leitungsbandabschnitt 21a in dem sich daraus ergebenden einen Winklungssinn und der Leitungsbandabschnitt 21b im entgegengesetzten Wicklungssinn um den Kern 1 gewickelt. Sowohl das Maß c als auch der Wicklungssinn ist dabei durch die Geometrie des Verbindungsabschnitts 21c fest vorgegeben. Die daraus resultierende Richtung eines z. B. über den Anschluß 18 (2) zugeführten Stroms ist in 3 und 4 durch Pfeile angedeutet, wodurch ersichtlich ist, daß sich die vom Strom in den beiden Scheiben 11, 12 erzeugten magnetischen Durchflutungen addieren.

Beim Ausführungsbeispiel nach 3 und 4 könnte sich der Nachteil ergeben, daß unmittelbar am Kern 1 zu liegen kommende Seitenkanten 25, 26 des Verbindungsabschnitts 21c zu störenden Feldstärkeverdichtungen (Spitzenentladungen) Anlaß geben, da diese Seitenkanten 25, 26 nach der Montage frei zwischen den beiden Scheiben 11, 12 liegen und der Abstand a wegen der erforderlichen Scheiben-Isolationsschicht 16 (2) nicht beliebig klein gemacht werden kann.

Dem aus 3 und 4 ersichtlichen Problem wird erfindungsgemäß mit dem Ausführungsbeispiel nach 5 bis 7 abgeholfen. Gemäß 5 enthält ein Leitungsband 28 analog zu 3 und 4 zwei Leitungsbandabschnitte 29, 30 und einen dazwischen liegenden Verbindungsabschnitt 31, der die beiden Leitungsbandabschnitte 29, 30 elektrisch miteinander verbindet und vorzugsweise aus demselben Material wie diese besteht. Im Gegensatz zu 3 und 4 werden die zur Herstellung der Wicklung 10 (2) dienenden Leitungsbandabschnitte 29, 30 aus separaten Streifen hergestellt, die parallel zu einer Längsachse 32 durchgehend dieselbe Breite e haben. Der Verbindungsabschnitt 31 besteht aus einem ebenfalls separat hergestellten, z. B. durch Stanzen erhaltenen, flächigen Formteil, das zwei in Richtung der Längsachse 32 beabstandete Anschlußenden 31a, 31b aufweist, die durch Schweißen oder sonstwie, wie durch Punkte 33 angedeutet ist, fest mit den Leitungsbandabschnitten 29, 30 verbunden sind. Die Anschlußenden 31a, 31b weisen zweckmäßig ebenfalls die Breite e auf und sind senkrecht zur Längsachse um ein Maß f beabstandet, das dem Maß a in 2 entspricht. Zwischen den beiden Anschlußenden 31a, 31b besitzt der Verbindungsabschnitt zwei parallel zur Längsachse 32 verlaufende Längsränder 31c, 31d, die um ein Maß g beabstandet sind, das der Summe aus der doppelten Breite e und dem Maß f entspricht. Dabei geht der Längsrand 31c bündig in eine Außenkante des einen Anschlußendes 31a und eine Außenkante 29a des damit verbundenen Leitungsbandabschnitts 29 über, während der andere Längsrand 31d bündig in eine gegenüber liegende Außenkante des anderen Anschlußendes 31b und eine Außenkante 30a des mit diesen verbundenen Leitungsbandabschnitts 30 übergeht.

Die Montage des Leitungsbandes 28 nach 5 erfolgt analog zu der des Leitungsbandes 21 nach 3 und 4, wobei wegen des Formteils 31 allerdings der Faltvorgang entfallen kann. Nachdem der Verbindungsabschnitt 31, dessen Maß g im wesentlichen der Höhe des Kerns 1 entspricht, auf diesen aufgelegt ist, werden die Endabschnitte 31a, 31b und mit ihnen die Leitungsbandabschnitte 29, 30 in dem einen bzw. anderen Wicklungssinn um den Kern 1 gewickelt, wobei wiederum von einem fertig vorbereiteten und auf Länge geschnittenen Leitungsband 28 ausgegangen wird. Der Abstand a der dadurch gebildeten Scheiben 11, 12 (2) entspricht dann automatisch dem Maß f, und auch er entgegengesetzte Wicklungssinn ist durch den Verbindungsabschnitt 31 fest vorgegeben. Außerdem wird eine Länge 1 des Verbindungsabschnitts 31 zweckmäßig so gewählt, daß der Verbindungsabschnitt 31 die erste volle, unmittelbar auf dem Kern 1 bzw. die Isolationsschicht 3 gewickelte Lage bildet. Für diesen Fall stoßen Kanten 31e und 31f, die in den Übergangsbereichen zwischen den Anschlußenden 31a, 31b und dem die Breite g aufweisenden Mittelstück des Verbindungsabschnitts 31 liegen, nach der Montage vorzugsweise gegeneinander, bevorzugt mit einer geringfügigen, z. B. durch Schlitzung der einen Kante ermöglichten Überlappung. Dadurch fehlen die aus 4 ersichtlichen, frei liegenden Seitenkanten 25 und 26, und ein zwischen den beiden Scheiben 11, 12 bestehende Schlitz ist durch den Verbindungsabschnitt 31 zum Kern 1 hin vollständig abgedeckt.

Eine weitere Verbesserung der Isolierungseigenschaften wird mit dem Ausführungsbeispiel nach 6 und 7 erzielt, das im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 5 entspricht. Im Unterschied dazu sind die Leitungsbandabschnitte 29, 30 so ausgebildet, daß ihre Außenkanten 29a, 30a in einem an dem Verbindungsabschnitt 31 grenzenden Bereich schräg zur Längsachse 32 nach außen laufen. Zu diesem Zweck werden die Leitungsbandabschnitte 29, 30 an den äußeren Längsrändern 29a, 30a zweckmäßig derart zugeschnitten, daß ihre Breite (Maß e in 5) vom Verbindungsabschnitt 31 aus in Längsrichtung (Achse 32) bis zu einem Höchstwert e1 (6) stetig zunimmt, wobei diese Zunahme längs einer geraden oder gekrümmten Linie verlaufen kann. Dabei wird der Höchstwert e1, in Längsrichtung betrachtet, nach einer Länge erreicht, die einer Anzahl von Lagen entspricht, die kleiner als die Anzahl der insgesamt vorhandenen Lagen der zugehörigen Scheibe ist. Beispielsweise wird der Höchstwert e1 nach einer etwa zehn Lagen entsprechenden Länge des betreffenden Leitungsbandabschnitts 29, 30 erreicht. Dabei erfolgt das Zuschneiden der Längskanten 29a, 30a vorzugsweise symmetrisch zu der senkrecht zur Mittelachse 5 (2) verlaufenden Längsachse 32, jedoch mit dem aus 6 ersichtlichen Versatz in Richtung der Achse 32.

Das beschriebene Zuschneiden der Seitenränder 29a, 30a führt dazu, daß mit ihnen gebildete Lagen 34a, 34b...34k von zwei Wicklungen 35 und 36 gemäß 7, in der dazwischen liegende Isolationsschichten nicht dargestellt sind, eine allmählich zunehmende Höhe erhalten. Dabei wird die Steigung der Längskanten 29, 30a mit besonderem Vorteil so gewählt, daß dem Kern 1 bei den ersten Lagen 34a, 34b ... jeweils nur eine Ecke bzw. scharfe Kante (z. B. 37, 38 in 7) zugewandt ist, die bereits von der nachfolgenden Lage flächig abgedeckt wird. So wird z. B. die Kante 37 der Lage 34a von der Lage 34b und die Kante 38 der Lage 34b von der Lage 34c abgedeckt usw., wodurch schädliche Spitzenentladungen weitgehend vermieden werden. Dies gilt insbesondere bei Berücksichtigung des Umstandes, daß die Leitungsbandabschnitte 29, 30 vergleichsweise dünn sind (z. B. 0,2 mm) und die Feldstärkeverdichtungen bei Kombinationen Platte/Spitze wenigstens etwa dreimal so groß wie bei einer Kombinationsplatte/Platte sind. Außerdem kann durch die beschriebene Ausbildung der Zuschnitte sichergestellt werden, daß die kleinste Breite der Leitungsbandabschnitte 29, 30 dort, wo sie mit den Anschlußenden 31a, 31b verbunden sind, nur um soviel kleiner als die maximale Breite e1 ist, daß die damit verbundene Vergrößerung des ohmschen Widerstandes keine wesentlichen Nachteile im Hinblick auf die Abfuhr der Verlustwärme über den Kern 1 in radialer Richtung zu Folge hat.

Im übrigen zeigt 7, daß beim Ausführungsbeispiel die maximale Breite e1 der Leitungsbandabschnitte 29, 30 etwa bei der vierten Lage 34d erreicht wird.

Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch Vermeidung von Isolationsdurchbrüchen eine höhere Betriebssicherheit, eine Reduzierung von Alterungseffekten und eine Vergrößerung der Nennwerte für Korona- und Teilentladungen erhalten werden. Dabei ist klar, daß die Geometrie der aus 6 und 7 ersichtlichen Abstufungen im Bereich der ersten Lagen 34a, 34b ... im Prinzip beliebig gewählt und weitgehend den magnetischen Bedürfnissen angepaßt werden kann. Weiter ist es möglich, zwischen der Isolationsschicht 3 des Kerns 1 und der ersten Lage 34a noch eine nicht dargestellte, über die Höhe des Kerns 1 durchgehende, teilleitfähige Folie vorzusehen, die z. B. aus einem mit Ruß versetzten, organischen Isolierstoff besteht und dazu geeignet ist, kapazitive Ströme abzuleiten, Betriebsströme dagegen nicht durchzulassen. Die Folie kann nach dem Bewickeln des Kerns 1 gegen die Kanten und Ecken 37, 38 (7) usw. gelegt werden, um dadurch eine Abrundung und Vergleichmäßigung der abgestuften Bereiche in der Nähe des Kerns 1 zu erhalten und die Gefahr von Spitzentladungen weiter zu reduzieren.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Dies gilt insbesondere für die im Einzelfall gewählte Form der Faltung nach 3 und 4 bzw. die Ausbildung der Verbindungsabschnitte bzw. Formteile 31 nach 5 und 6. Weiter ist es möglich, den Magnetpol bei analoger Ausbildung aus vier, sechs oder mehr, in Richtung der Mittelachse 5 übereinander liegenden Scheiben auszubilden. Schließlich versteht sich, daß die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.