DE102004018525A1

DE102004018525A1 - Winding unit

Info

Publication number: DE102004018525A1
Application number: DE102004018525A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Lange; Rolf Dr. Hoffmann; Uwe Mühlberger
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2005-11-17
Also published as: WO2005109608A1; EP1647083A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine wicklungstragende Einheit einer elektrischen Maschine, bei welcher die Führung der Wicklungsanordnung in einer Nut erfolgt. DOLLAR A Die erfindungsgemäße wicklungstragende Einheit ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: DOLLAR A - mit mindestens einer in der Wicklungsanordnung in der Hochachse dieser liegenden nicht stromdurchflossenen gut wärmeleitfähigen Struktureinheit; DOLLAR A - die Struktureinheit ist mit einer Wärmesenke verbunden.The invention relates to a winding-carrying unit of an electric machine, in which the guidance of the winding arrangement takes place in a groove. DOLLAR A The winding-carrying unit according to the invention is characterized by the following features: DOLLAR A - with at least one lying in the winding assembly in the vertical axis of this lying not current-carrying good thermal conductivity structural unit; DOLLAR A - the structural unit is connected to a heat sink.

Description

Die Erfindung betrifft eine wicklungstragende Einheit, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a winding-carrying unit, in detail with the features of the preamble of claim 1.

In der Regel werden Wicklungen elektrischer Maschinen in Nuten geführt. Dabei wird die Wicklung in der Regel ausschließlich über die in der Regel metallischen Nutwandungen gekühlt. Die Wicklung besteht in der Regel aus einzelnen Leitern, die üblicherweise aus gut wärmeleitfähigem Kupfer bestehen und nur sehr eingeschränkt wärmeleitfähigen Isolierstoffen. Bei großer Querschnittsfläche dieser Wicklung kann dabei die Temperaturdifferenz zwischen der die Wicklung umgebenden Nutwandung und dem heißesten Punkt in der Wicklung, das heißt dem so genannten Heißpunkt, sehr groß werden und damit die stationäre Strombelastbarkeit ungünstig beeinflussen. Der Wärmetransport über die Nutwandung ist dadurch nicht gewährleistet. Diese Problematik verschärft sich mit größer werdendem Wicklungsquerschnitt und höheren Strömen. Bei Großgeneratoren wird daher zur Lösung dieses Problems dass Kühlmittel direkt durch den stromführenden Leiter geführt, wobei die das Kühlmittel führenden Leitungen beim Einbringen der Wicklung mit berücksichtigt und ferner Anschlussmöglichkeiten für das Kühlmittel vorgesehen werden müssen. Diese zusätzlichen Maßnahmen sind auch immer mit einer aufwendigen Wicklungsgestaltung verbunden.In As a rule, windings of electrical machines are guided in grooves. there The winding is usually exclusively metallic over the usually Grooved walls cooled. The winding usually consists of individual conductors, usually made of good thermal conductivity copper exist and only very limited thermally conductive insulating materials. At big Cross sectional area This winding can be the temperature difference between the the winding surrounding groove wall and the hottest point in the winding, this means the so-called hot spot, get very tall and thus the stationary Current carrying capacity unfavorable influence. The heat transport over the Groove wall is not guaranteed. This problem is exacerbated with growing Winding cross-section and higher Stream. For large generators is therefore the solution this problem that coolant directly through the current-carrying Leader led, where the the coolant leading Lines taken into account when introducing the winding and also connection options for the coolant must be provided. This extra activities are always associated with a complex winding design.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit der optimalen Wärmeabfuhr in einer Wicklung, insbesondere Wicklungsanordnung an einer wicklungstragenden Einheit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen zu verbessern und dabei den technologischen Aufwand von Großmaschinen, die durch eine direkte Leiterkühlung charakterisiert sind, zu vermeiden. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen geringen konstruktiven fertigungstechnischen Aufwand auszeichnen sowie auf einfache Art und Weise realisierbar sein, wobei auch an eine Nachrüstung bei bereits vorhandenen Maschinen zu denken wäre.Of the The invention is therefore based on the object, a possibility the optimal heat dissipation in a winding, in particular winding arrangement on a winding-carrying Unity opposite to improve the known from the prior art designs and thereby the technological overhead of large machines, by a direct Head cooling are characterized to avoid. The solution according to the invention is intended This is due to a low constructive production engineering Outlay to recognize and feasible in a simple manner also being a retrofit to think about existing machines.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The inventive solution characterized by the features of claim 1. advantageous Embodiments are described in the subclaims.

Bei einer Wicklung, die in einer Nut einer wicklungstragenden Einheit geführt wird, wird erfindungsgemäß eine in der Hochachse dieser Wicklung liegende, nicht stromdurchflossene und gut wärmeleitfähige Struktureinheit vorgesehen. Diese Struktureinheit wird dabei mit einer Wärmesenke verbunden, die von der wicklungstragenden Einheit gebildet wird oder an dieser vorgesehen ist. Unter Wärmesenke wird ein Bereich geringerer Temperatur als im Heißpunkt verstanden, der in der Lage ist, die aus der Wicklung durch Übergang auf die Struktureinheit und Transport in dieser an die Wärmesenke abgebbare Wärme auch aufzunehmen. Das Temperaturniveau sollte daher auch geringer sein, als unmittelbar in der an die Wärmesenke angrenzenden Wicklungsbereiche. Die Wicklung umfasst dabei eine Vielzahl von Leitern zur Stromführung und diesen zugeordnete bzw. diese umgebende Isolationsstoffe. Erfindungsgemäß wird somit die Querschnittsfläche der Wicklung in mindestens zwei Teilbereiche unterteilt und die Temperaturdifferenz zwischen dem Heißpunkt und der Wandung der Nut, in welcher die Wicklung geführt wird, verkleinert. Dies wird durch den Wärmetransport in der Wicklungshochachse erreicht, so dass der hauptsächliche Anteil in dieser Richtung abgeführt wird und nicht quer zur Stromführungsrichtung. Diese Lösung ermöglicht es, zum einen die Stromdichten einer Wicklung bei gleicher theoretisch möglich auftretender Temperaturdifferenz und geringem technischen Aufwand zu erhöhen und zusätzliche Verluste durch Wirbelströme zu vermeiden.at a winding formed in a groove of a winding carrying unit guided is in accordance with the invention, an in the vertical axis of this winding lying, not current-carrying and highly thermally conductive structural unit intended. This structural unit is doing so with a heat sink connected, which is formed by the winding-carrying unit or is provided at this. Under heat sink, an area becomes smaller Temperature as in the hot spot understood that is capable of passing the winding through transition on the structural unit and transport in this to the heat sink releasable heat also record. The temperature level should therefore be lower be, as directly in the adjacent to the heat sink winding areas. The winding comprises a plurality of conductors for power management and these associated or surrounding these insulation materials. Thus, according to the invention the cross-sectional area the winding divided into at least two subregions and the Temperature difference between the hotspot and the wall of the Groove, in which the winding is guided becomes smaller. This is due to the heat transfer in the winding vertical axis achieved, so the main one Share dissipated in this direction is and not transverse to the direction of current flow. This solution allows it, on the one hand, the current densities of a winding at the same theoretically possible occurring Temperature difference and low technical effort to increase and additional Losses due to eddy currents to avoid.

Die Ausführung der in der Hochachse der Wicklung liegenden, nicht stromdurchflossenen und gut wärmeleitfähigen Struktureinheit kann unterschiedlich erfolgen. Diese kann dabei aus einer Vielzahl von einzelnen in der Hochachse der Wicklung liegenden, nicht stromdurchflossenen und eine gute wärmeleitfähige Struktur aufweisenden Strukturelementen bestehen, die hintereinander angeordnet sind und sich in ihrer Gesamtheit somit über die Länge der Wicklung erstrecken. Dabei können zwei einander benachbart angeordnete Strukturelemente unmittelbar hintereinander, d.h. berührend oder beabstandet, wobei der Abstand im Sinne einer optimalen Wärmeabfuhr minimal gehalten wird, angeordnet werden. Bei Ausführungen mit einer Mehrzahl von in Wicklungsrichtung hintereinander angeordneten Strukturelementen sind diese vorzugsweise jeweils für sich allein an die Wärmesenke angebunden.The execution the lying in the vertical axis of the winding, not current-carrying and highly thermally conductive structural unit can be done differently. This can be from a variety of individual lying in the vertical axis of the winding, not current-carrying and a good thermally conductive structure consist of structural elements which are arranged one behind the other and thus extend in their entirety along the length of the winding. It can two adjacently arranged structural elements immediately one behind the other, i. touching or spaced, wherein the distance in the sense of optimal heat dissipation is minimally arranged. For versions with a plurality of in the winding direction successively arranged structural elements these are preferably each alone to the heat sink tethered.

Ferner ist es denkbar, je nach Ausführung der Wicklung, insbesondere bei großer Wicklungsbreite auch eine Mehrzahl derartiger erfindungsgemäßer Struktureinheiten in der Wicklung vorzusehen, die in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind.Further It is conceivable, depending on the execution of the Winding, especially at large Winding width also a plurality of such inventive structural units to provide in the winding, the side by side in the axial direction are arranged.

Als Werkstoff für die Struktureinheit werden aufgrund der geforderten guten Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise Metalle verwendet. Diese Eigenschaft bei Werkstoffen ist jedoch in der Regel auch mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit gekoppelt. Um die bei den üblichen Ummagnetisierungsfrequenzen durch das so genannte Nutquerfeld verursachten Wirbelströme zu vermeiden, wird eine mehrfache Unterbrechung in der Längsachse der Struktureinheit, die parallel zur Wicklung verläuft vorgeschlagen. Diese kann unterschiedlich realisiert werden. Im einfachsten Fall durch Einschneiden von Schlitzen in ein Blechelement, dem Ausschneiden von Aussparungen oder bei Ausgestaltung der Struktureinheit mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung hintereinander beabstandet angeordneten Strukturelementen durch die Beabstandung dieser oder an den Strukturelementen selbst.As the material for the structural unit metals are preferably used due to the required good thermal conductivity. However, this property in materials is usually coupled with good electrical conductivity. In order to avoid the eddy currents caused by the so-called Nutquerfeld at the usual Ummagnetisierungsfrequenzen, a multiple interruption in the longitudinal axis of the structural unit, which runs parallel to the winding is proposed. The se can be realized differently. In the simplest case by cutting slots in a sheet metal element, the cutting out of recesses or in structuring the structural unit with a plurality of longitudinally spaced successively arranged structural elements by the spacing of these or on the structural elements themselves.

Bezüglich der Ausführung des Strukturelementes bzw. der Strukturelemente bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Im einfachsten Fall wird das Strukturelement von einem sich wenigstens über die Wicklungshöhe erstreckenden flächenförmigen Blechelement gebildet. Das Strukturelement als flächenförmiges Gebilde weist wenigstens zwei Bereiche in dieser Richtung auf, einen ersten Bereich, der sich über die Erstreckung der Wicklung in der Hochachsrichtung erstreckt und in Wicklungsrichtung Unterbrechungen aufweist und einen zweiten Anbindungsbereich, der der Kopplung an eine Wärmesenke dient. Die einzelnen Unterbrechungen am Strukturelement erstrecken sich jeweils über die vollständige Wicklungshöhe, wobei der Anbindungsbereich frei von diesen ist. Die Unterbrechungen werden im einfachsten Fall von Schlitzen gebildet, die ebenfalls in der Hochachse der Wicklung verlaufen und durch einfache Trennverfahren erzeugt werden, wobei die Schlitzbreite parallel zur stromführenden Richtung der in der Wicklung angeordneten Leitungen vorzugsweise im Bereich der Skineindringtiefe liegt. Dabei kann die Einarbeitung der Schlitze allein durch Trennverfahren realisiert werden. Denkbar ist auch ein Austrag von Werkstoff.Regarding the execution of the structural element or the structural elements are a variety of possibilities. In the simplest case, the structural element of at least over the winding height extending sheet-like sheet metal element educated. The structural element as a sheet-like structure has at least two areas in this direction, a first area extending across the Extension of the winding extends in the Hochachsrichtung and in Winding direction has interruptions and a second connection area, the coupling to a heat sink serves. The individual interruptions on the structural element extend each over the complete Winding height, wherein the connection area is free of these. The interruptions are formed in the simplest case of slots, which are also in the vertical axis of the winding run and by simple separation process be generated, wherein the slot width parallel to the current-carrying Direction of the arranged in the winding lines preferably lies in the area of the skin penetration depth. This can be the training the slots are realized by separation processes alone. Conceivable is also a discharge of material.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Struktureinheit aus einer Vielzahl von einzelnen stabförmigen Elementen zu bilden.A different possibility consists of the structural unit of a variety of individual rod-shaped To form elements.

Die Anbindung der Struktureinheit an die Wärmesenke kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen. Im einfachsten Fall in Form einer Klemmverbindung.The Connection of the structural unit to the heat sink can form fit and / or force fit respectively. In the simplest case in the form of a clamp connection.

Die Breite der Struktureinheit quer zur Stromführungsrichtung liegt vorzugsweise in der Größenordnung der sogenannten Skineindringtiefe

χ: = elektrische Leitfähigkeit
μ: = Permeabilität
ω: = Kreisfrequenz

The width of the structural unit transversely to the current-carrying direction is preferably of the order of magnitude of the so-called skin penetration depth

χ: = electrical conductivity
μ: = Permeability
ω: = Angular frequency

Die wicklungstragende Einheit kann von einem Gehäuse, einem Innen- oder Außenstatorelement gebildet werden. Bezüglich der Struktur und der Führungs- bzw. Verlaufsrichtung der Wicklung bestehen dabei ebenfalls keine Grenzen. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Lösung bei Ausführungen der wicklungstragenden Einheit mit ringförmiger Struktur eingesetzt, vorzugsweise in Statoreinheiten von Synchronmaschinen mit transversaler Flußführung. In diesem Fall sind auch keine Wickelköpfe vorhanden. Die Wicklung verläuft dabei in Umfangsrichtung der Statoreinheit-Innen- oder Außenstator. Die Struktureinheit umfasst mindestens ein in Umfangsrichtung verlaufendes, ein ringförmiges Element bildendes Blechelement, umfassend einen Anbindungsbereich, und einen Bereich der durch den Abstand zwischen Außenumfang und Anbindungsbereich charakterisiert ist, wobei dieser durch in radialer Richtung verlaufende randoffene Schlitze charakterisiert ist. Das Blechelement kann dabei als Blechringsegment ausgeführt sein, dessen Enden einander überlappend angeordnet werden. Zur Führung der Wicklung beidseits der nicht stromführenden jedoch gut wärmeleitfähigen Struktureinheit weist das Blechelement einen randoffenen Bereich, der mit Rücksicht auf die Herstellung der Wicklung gewählt ist und möglichst klein ist, sowie die Kühlung wenig beeinträchtigt. Somit ist auf einfache Art eine Überführung der Wicklung auf die jeweils andere Seite der Struktureinheit bei gleich bleibendem Wicklungsdurchmesser möglich. Bei entsprechender Ausgestaltung der Wicklung kann darauf auch verzichtet werden.The winding-carrying unit can of a housing, an inner or outer stator be formed. In terms of the structure and the guiding or course direction The winding also have no limits. Preferably the solution according to the invention versions the winding-carrying unit having a ring-shaped structure, preferably in stator units of synchronous machines with transversal Flux guide. In In this case, no winding heads are available. The winding extends in the circumferential direction of the stator unit inside or outside stator. The structural unit comprises at least one circumferential, a ring-shaped Element-forming sheet metal element comprising a connection area, and a range of the distance between the outer circumference and bonding region characterized by in Radial direction running open-edge slots characterized is. The sheet metal element can be designed as a sheet metal ring segment, its ends overlapping each other to be ordered. To the leadership the winding on both sides of the non-current but well thermally conductive structural unit the sheet metal element has an open-edge area, which with respect on the production of the winding is chosen and possible is small, as well as the cooling little affected. Thus, in a simple way, a transfer of Winding on the other side of the structural unit at the same permanent winding diameter possible. With appropriate design of the Winding can also be dispensed with.

Der Anbindungsbereich der einzelnen Strukturelemente wird im einfachsten Fall zwischen zwei in axialer Richtung gegeneinander verspannbare Elemente geklemmt oder über Befestigungselemente in axialer Richtung hinsichtlich seiner Lage fixiert. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die Lagefixierung der Struktureinheit in der Wicklung durch die Straffheit der Wicklung erzeugt, indem der Anbindungsbereich gegenüber dem anderen Bereich abgewinkelt ausgeführt ist und in radialer Richtung von der Wicklung umschlossen wird.Of the Connection area of the individual structural elements is the simplest Case between two in the axial direction against each other braced Elements clamped or over Fasteners in the axial direction with respect to its position fixed. According to one particularly advantageous embodiment the position fixation of the structural unit in the winding is through the tightness of the winding is generated by the connection area across from The other area is angled and executed in the radial direction of the winding is enclosed.

Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf eine bestimmte wicklungstragende Struktur und Nutausführung beschränkt. Eine durchgängige Nut ist nicht erforderlich. Die Nut kann in Wicklungslängsrichtung auch eine unterbrochene Struktur aufweisen. Eine erfindungsgemäße wicklungstragende Einheit kann in jeder beliebigen Elektromaschine zum Einsatz gelangen. Hauptanwendungsgebiet sind jedoch elektrische Maschinen mit hoher Leistung und hoher Stromdichte.The inventive solution not limited to a particular winding-carrying structure and groove design. A consistent Groove is not required. The groove can be in the winding longitudinal direction also have a broken structure. A winding-carrying invention Unit can be used in any electric machine. Main application area, however, are electrical machines with high Power and high current density.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:The solution according to the invention explained below with reference to figures. This is in detail the following is shown:

1 verdeutlicht einen Ausschnitt aus einem Axialschnitt durch eine Statoreinheit einer Transversalflussmaschine die Anordnung und Funktion einer erfindungsgemäß gestalteten Kühlstruktur; 1 illustrates a section of an axial section through a stator of a transverse flux machine, the arrangement and function of a cooling structure designed according to the invention;

2 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühlstruktur; 2 illustrates a particularly advantageous embodiment of the cooling structure according to the invention;

3 verdeutlicht stark schematisiert eine weitere mögliche Anbindung einer erfindungsgemäßen Kühlstruktur an eine Wärmesenke; 3 illustrates very schematically a further possible connection of a cooling structure according to the invention to a heat sink;

4 verdeutlicht stark schematisiert eine Ausführung mit in axialer Richtung zwei Struktureinheiten; 4 illustrates a highly schematic embodiment with two structural units in the axial direction;

5 verdeutlicht stark schematisiert eine Ausführung mit in Längsrichtung hintereinander angeordneten zwei Strukturelementen. 5 illustrates highly schematically a design with longitudinally successively arranged two structural elements.

Die 1 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus einem Axialschnitt einer elektrischen Maschine 1, insbesondere einer Synchronmaschine mit transversaler Flussführung 2, die Anordnung und Anbindung einer erfindungsgemäß gestalteten Struktureinheit 3 in Form einer Kühl- bzw. Wärmeaufnahme und Transportstruktur. Diese umfasst ein nicht stromdurchflossenes, jedoch gut wärmeleitfähiges Strukturelement 4, welches die Funktion der Wärmeleitung beziehungsweise Wärmeabfuhr aus den ansonsten schwer kühlbaren Wicklungsbereichen einer Wicklung 5 übernimmt. Diese wird in einer wicklungtragenden Einheit 6 geführt, wobei die Führung in einer Nut 7 erfolgt. Die Nut 7 kann dabei direkt in die wicklungstragende Einheit 6 eingearbeitet sein oder aber aufgrund des Aufbaus der wicklungstragenden Einheit 6 durch die Zuordnung von Einzelelementen oder Baueinheiten zueinander gebildet werden. Die Nutstruktur kann in Längsrichtung der Wicklung 5 betrachtet, die der Stromrichtung entspricht, ununterbrochen oder unterbrochen ausgeführt sein. Bei der dargestellten Ausführung der elektrischen Maschine 1 in Form der Synchronmaschine mit transversaler Flussführung 2 wird die wicklungstragende Einheit 6 in besonders vorteilhafter Weise vom Innenstator 8 gebildet. Dieser kann beliebig ausgeführt sein, umfasst jedoch vorzugsweise immer eine ringförmige Jocheinheit 9, die in axialer Richtung in Einbaulage zueinander beabstandet zwei Reihen 10 und 11 in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Zahnelementen 12 und 13 trägt. Die Nut 7 wird dabei durch die Zahnelemente 12 und 13 und die zu diesen weisende Außenfläche 14 der Jocheinheit 9 an den von den Zahnelementen 12 und 13 freien Bereichen gebildet. Die Wicklung 5 verläuft dabei in Umfangsrichtung. Diese besteht aus einer Mehrzahl einzelner Leiter 15, die üblicherweise aus gut wärmeleitfähigem Kupfer bestehen und nur sehr eingeschränkt wärmeleitfähigen Isolierstoffen, die diese umschließen. Bei großer Querschnittsfläche dieser Wicklung 5 kann die Temperaturdifferenz zwischen der Nutwandung 17, die durch die von den Zahnelementen 12 und 13 freien Bereiche 18 der Außenfläche 14 der ringförmigen Jocheinheit 9 und den zueinander weisenden Stirnseiten 19 und 20 der Zahnelemente 12, 13 begrenzt wird und dem heißesten Punkt der Wicklung, dem sogenannten Heißpunkt, der im Bereich der Stromführung liegt, sehr groß werden, wodurch die stationäre Strombelastbarkeit ungünstig beeinflusst wird. Zur Wärmeabfuhr innerhalb der Wicklung 5 wird daher erfindungsgemäß eine Struktureinheit 3 eingesetzt, die in der Wicklung 5 angeordnet ist und mindestens ein nicht stromdurchflossenes und gut wärmeleitfähiges Strukturelement 4 umfasst und die an eine Wärmesenke 37 angebunden wird. Dabei ist wenigstens ein derartiges Element vorgesehen. Dieses liegt erfindungsgemäß in der Hochachse H dieser Wicklung 5. Dabei wird die Hochachse H bei der dargestellten Wicklung 5 durch die Senkrechte zur Stromflussrichtung gebildet, welche in Umfangsrichtung verläuft. Die Hochachse H verläuft dabei in jedem Punkt der Wicklung in radialer Richtung. Die Querschnittsfläche der gesamten Wicklung 5 wird dadurch in wenigstens zwei Bereiche unterteilt und die Temperaturdifferenz zwischen dem Heißpunkt am stromdurchflossenen Leiter und der Nutwandung 17 verkleinert. Dies wird durch den Wärmetransport in der Wicklungshochachse H erzielt. Bei Ausführung als Transversalflussmaschine ist dazu das in der Hochachse der Wicklung 5 liegende nicht stromdurchflossene und gut wärmeleitfähige Strukturelement 4 vorzugsweise als wenigstens ringsegmentförmiges Element 21 ausgebildet, vorzugsweise erstreckt sich das ringsegmentförmige Element 21 in Umfangsrichtung, vorzugsweise über fast den gesamten Umfang. Dadurch wird ein Ringelement 24 mit einer Unterbrechung gebildet. Dieses ist, wie bereits ausgeführt, in der Wicklung 5 integriert, das heißt, die Wicklung der einzelnen Leiter erfolgt jeweils beidseits dieses Ringelementes 24. Um eine optimale Überführung beim Aufwickeln der Wicklung 5 zu gewährleisten, weist das Ringelement einen größeren randoffenen Bereich 25 auf. Dadurch kann nach der Führung der Wicklung einmal um den Umfang der Jocheinheit 9 entlang der Stirnseite 26 auch eine Führung der Wicklung auf der durch das Ringelement 24 und die Stirnseite 20 des Zahnelementes 13 begrenzten Teilbereiches der Nut 7 auf der anderen Stirnseite 27 des Ringelementes 24 erfolgen. Somit wird gewährleistet, dass beidseits des Strukturelementes 4 eine gleichmäßige Aufwicklung erfolgt. Das Strukturelement 4 ist somit in der Wicklung quasi mit integriert. Bei dem Ringelement 24 beziehungsweise Strukturelement 4 handelt es sich in der Regel um ein Blechelement 28, wobei dieses durch eine geringe Dicke charakterisiert ist und zur Vermeidung einer möglichen Stromführung in Umfangsrichtung in dieser unterbrochen beziehungsweise gefiedert ist. Dies wird dadurch realisiert, dass vom Außenumfang 29 her in radialer Richtung Schlitze 33 in das Blechelement 28 eingeschnitten werden, die sich vorzugsweise über die gesamte Wicklungshöhe erstrecken. Damit wird gewährleistet, dass eine Stromführung ausgeschlossen ist. Weiterhin wird eine Verkettung mit dem Hauptfeld durch eine Unterbrechung der gesamten Struktur vermieden. Die Anbindung des Strukturelementes 4 an eine Wärmesenke kann unterschiedlich erfolgen. Im einfachsten Fall weist dazu das Strukturelement 4 neben dem geschlitzten Bereich 30 einen weiteren in radialer Richtung innenliegenden Bereich auf, der auch Anbindungsbereich 31 bezeichnet wird. Dieser kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Im einfachsten Fall ist dieser am ringförmigen Element lediglich radial nach innen weitergeführt und wird durch zwei Durchmesserbereiche, einen Innendurchmesser d_i des Strukturelementes und einen zweiten Durchmesser d₃₁ charakterisiert, wobei dieser Bereich vorzugsweise frei von Schlitzen ist.The 1 illustrated by a section of an axial section of an electric machine 1 , in particular a synchronous machine with transverse flux guidance 2 , The arrangement and connection of a structural unit designed according to the invention 3 in the form of a cooling or heat absorption and transport structure. This comprises a non-current-carrying, but good thermal conductivity structural element 4 , which is the function of the heat conduction or heat dissipation from the otherwise difficult to cool winding areas of a winding 5 takes over. This will be in a winding carrying unit 6 guided, with the guide in a groove 7 he follows. The groove 7 can be directly into the winding-carrying unit 6 be incorporated or due to the structure of the winding-carrying unit 6 be formed by the assignment of individual elements or units to each other. The groove structure can be in the longitudinal direction of the winding 5 considered that corresponds to the current direction, be carried out continuously or interrupted. In the illustrated embodiment of the electric machine 1 in the form of the synchronous machine with transverse flux guidance 2 becomes the winding carrying unit 6 in a particularly advantageous manner from the inner stator 8th educated. This can be carried out arbitrarily, but preferably always comprises an annular yoke unit 9 , which in the mounting position to each other in the axial direction spaced two rows 10 and 11 in the circumferential direction successively arranged tooth elements 12 and 13 wearing. The groove 7 is thereby by the tooth elements 12 and 13 and the outer surface facing it 14 the yoke unit 9 at the of the tooth elements 12 and 13 formed free areas. The winding 5 runs in the circumferential direction. This consists of a plurality of individual conductors 15 , which usually consist of good thermal conductivity copper and only very limited thermally conductive insulating materials, which enclose them. With large cross-sectional area of this winding 5 can the temperature difference between the groove wall 17 that by the tooth elements 12 and 13 free areas 18 the outer surface 14 the annular yoke unit 9 and the facing end faces 19 and 20 the tooth elements 12 . 13 is limited and the hottest point of the winding, the so-called hot spot, which is in the field of current conduction, become very large, whereby the stationary current carrying capacity is adversely affected. For heat dissipation within the winding 5 is therefore a structural unit according to the invention 3 used in the winding 5 is arranged and at least one non-current-carrying and good thermal conductivity structural element 4 includes and attached to a heat sink 37 is connected. At least one such element is provided. This is according to the invention in the vertical axis H of this winding 5 , In this case, the vertical axis H in the illustrated winding 5 formed by the perpendicular to the current flow direction, which extends in the circumferential direction. The vertical axis H runs in each case of the winding in the radial direction. The cross-sectional area of the entire winding 5 is thereby divided into at least two areas and the temperature difference between the hot spot on the current-carrying conductor and the groove wall 17 reduced. This is achieved by the heat transfer in the winding vertical axis H. When designed as a transversal flux machine to that in the vertical axis of the winding 5 lying non-current-carrying and good thermal conductivity structural element 4 preferably as at least ring segment-shaped element 21 formed, preferably, the ring-segment-shaped element extends 21 in the circumferential direction, preferably over almost the entire circumference. This will become a ring element 24 formed with a break. This is, as already stated, in the winding 5 integrated, that is, the winding of each conductor takes place on both sides of this ring element 24 , For optimum transfer during winding of the winding 5 to ensure the ring element has a larger open-edge area 25 on. This can after the leadership of the winding once around the circumference of the yoke unit 9 along the front side 26 also a guide of the winding on the through the ring element 24 and the front side 20 of the tooth element 13 limited part of the groove 7 on the other side 27 of the ring element 24 respectively. This ensures that both sides of the structural element 4 a uniform winding takes place. The structural element 4 is therefore virtually integrated in the winding. In the ring element 24 or structural element 4 it is usually a sheet metal element 28 , This is characterized by a small thickness and is interrupted or feathered to avoid a possible current flow in the circumferential direction in this. This is realized by the outer circumference 29 Slots in the radial direction 33 in the sheet metal element 28 are cut, which preferably extend over the entire winding height. This ensures that a power supply is excluded. Furthermore, a concatenation avoided with the main panel by interrupting the entire structure. The connection of the structural element 4 to a heat sink can be done differently. In the simplest case points to the structural element 4 next to the slotted area 30 a further radially inward area on which also connection area 31 referred to as. This can be designed differently. In the simplest case, this is continued only radially inwards on the annular element and is characterized by two diameter regions, an inner diameter d _{i of} the structural element and a second diameter d ₃₁ , this region preferably being free of slits.

Die 2 verdeutlicht anhand einer Ansicht von rechts den Aufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Struktureinheit 3 in Form eines Strukturelementes 4 gemäß 1, wobei dieses als Ringelement 24 ausgeführt ist. Daraus wird ersichtlich, dass das Ringelement 24 in radialer Richtung in zwei Teilbereiche unterteilt ist, einen ersten Teilbereich 30 und einen zweiten sogenannten Anbindungsbereich 31. Der erste Teilbereich 30 ist durch den Bereich zwischen dem Außenumfang 29, das heißt dem Durchmesser d_A und dem Durchmesser d₃₁ charakterisiert, während der zweite Teilbereich 31 durch den Bereich zwischen den Durchmessern d₃₁ und d_i am Innenumfang 32 charakterisiert ist. Der erste Teilbereich 30 ist dabei in Umfangsrichtung unterbrochen ausgeführt, so dass zwar eine große wirksame Fläche zum Wärmetransport vorhanden ist, jedoch keine elektrische Leitfähigkeit gegeben ist. Die Unterbrechungen werden durch die Schlitze 33 realisiert. Ferner zu erkennen ist der randoffene Bereich 25, der mit Rücksicht auf die Herstellung der Wicklung ausgelegt ist und möglichst klein gehalten wird um die Kühlung nicht weiter zu beeinträchtigen. Bei entsprechender Ausgestaltung der Wicklung 5 kann auf diesem jedoch auch verzichtet werden. Dieser dient als Überführungsbereich für die Wicklung, so dass in der Nut 7 beidseits des Strukturelementes 4 die Wicklung durchgängig aufgewickelt werden kann.The 2 illustrated by a view from the right the structure of an inventive structural unit 3 in the form of a structural element 4 according to 1 , this being a ring element 24 is executed. It can be seen that the ring element 24 is divided into two partial areas in the radial direction, a first partial area 30 and a second so-called connection area 31 , The first section 30 is through the area between the outer circumference 29 , that is, the diameter d _A and the diameter d ₃₁ characterized, while the second portion 31 by the area between the diameters d ₃₁ and d _i on the inner circumference 32 is characterized. The first section 30 is executed interrupted in the circumferential direction, so that although a large effective area for heat transfer is present, but no electrical conductivity is given. The breaks are through the slots 33 realized. Also visible is the open-edge area 25 , which is designed with regard to the production of the winding and is kept as small as possible in order not to affect the cooling further. With appropriate design of the winding 5 However, this can also be dispensed with. This serves as a transfer area for the winding, so that in the groove 7 on both sides of the structural element 4 the winding can be wound up continuously.

In der 2 ebenfalls ersichtlich ist eine Einzelheit aus dieser, daraus wird ersichtlich, dass es sich bei den Schlitzen lediglich um Unterbrechung ohne großen Materialabtrag handelt. Diese können beispielsweise einen Trennvorgang in Form eines Schneidvorgangs gefestigt werden. Das heißt, es wird kein Material in dem Sinn herausgeschnitten, sondern lediglich das Blech vom Außenumfang hier einschnitten. Andere Fertigungsverfahren sind ebenfalls denkbar. Der Anbindungsbereich 31 ist durch eine Vielzahl von in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Durchgangsöffnungen charakterisiert, die beispielsweise der Führung von Befestigungselementen dienen, wenn wie in derIn the 2 a detail of this is also apparent, it can be seen that it is the slots only interruption without large material removal. These can be consolidated, for example, a separation process in the form of a cutting process. That is, no material is cut out in the sense, but merely cut the sheet from the outer circumference here. Other manufacturing methods are also conceivable. The connection area 31 is characterized by a plurality of circumferentially arranged successively through holes, which serve for example the guidance of fasteners when, as in the

1 das Strukturelement 4 zwischen zwei Elemente in der Struktur 7, hier beispielsweise zwei Ringen 34 und 35, die der Führung von gestapelten E-Blechpaketen 36 dienen, und eine Wärmesenke 37 bilden, d.h. einen Bereich geringeren Temperaturniveaus als in der Wicklung, eingespannt wird. 1 the structural element 4 between two elements in the structure 7 , here for example two rings 34 and 35 that lead the stacked e-laminated cores 36 serve, and a heat sink 37 form, that is, a range of lower temperature levels than in the winding, is clamped.

Entsprechend 1 wird dabei die Lage des Strukturelementes 4 durch Verspannung der Zahnelemente 12, 13 in axialer Richtung mit der Jochstruktur 7 realisiert. Das Strukturelement 4 ist dabei zwischen den beiden Ringen 34 und 35 in axialer Richtung eingeklemmt.Corresponding 1 is thereby the position of the structural element 4 by tension of the tooth elements 12 . 13 in the axial direction with the yoke structure 7 realized. The structural element 4 is between the two rings 34 and 35 clamped in the axial direction.

Die 1 verdeutlicht eine besonders vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung bei einer Synchronmaschine mit transversaler Flussführung mit entsprechender Ausgestaltung. Dabei ist es jedoch unerheblich, wie das die Wicklung 5 tragende Element in Form des Innenstators ausgeführt ist. Entscheidend ist, dass zumindest die Wicklung 5 in einer Nut 7 geführt wird, wobei die Nut 7 in Umfangsrichtung oder in Verlaufsrichtung, d.h. Längsrichtung nicht zwangsläufig geschlossen sein muss, sondern auch Unterbrechungen in den Wandbereichen aufweisen kann, wie dies beispielsweise durch die Zahnelemente eines Innenstators einer Synchronmaschine mit transversaler Flussführung der Fall ist. Das heißt, eine durchgängige Abstützung der Wicklung durch die Nutwandung 17 ist nicht erforderlich, sondern es können auch von der Wandung freie Bereiche oder unterbrochene Bereiche vorgesehen werden.The 1 illustrates a particularly advantageous application of the solution according to the invention in a synchronous machine with transverse flux guide with appropriate design. However, it is irrelevant, as the winding 5 carrying element is designed in the form of the inner stator. It is crucial that at least the winding 5 in a groove 7 is guided, wherein the groove 7 in the circumferential direction or in the direction of extension, ie longitudinal direction does not necessarily have to be closed, but may also have interruptions in the wall areas, as is the case, for example, by the tooth elements of an inner stator of a synchronous machine with transverse flux guidance. That is, a continuous support of the winding through the groove wall 17 is not required, but it can also be provided by the wall free areas or discontinuous areas.

Die 3 verdeutlicht anhand einer Ausführung eines Strukturelementes 4 gemäß 1 eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Anbindungsbereiches 31. Dieser ist gegenüber dem ersten Bereich 30 in einem Winkel ausgeführt, was vorzugsweise durch entsprechende Verformungsverfahren, beispielsweise Tiefziehen oder Biegen, realisiert wird. In diesem Fall wird der Anbindungsbereich 31 mit in die Wicklung 5 eingewickelt, so dass sich die Lagefixierung des Strukturelementes 4 aufgrund der durch die Straffheit der Wicklung bedingten Verspannung in radialer Richtung ergibt.The 3 illustrated by an embodiment of a structural element 4 according to 1 Another embodiment of the connection area 31 , This is opposite the first area 30 executed at an angle, which is preferably realized by appropriate deformation methods, such as deep drawing or bending. In this case, the connection area becomes 31 with in the winding 5 wrapped, so that the position fixation of the structural element 4 due to the tension caused by the tightness of the winding results in the radial direction.

Die 1 bis 3 verdeutlichen beispielhaft anhand einer besonders vorteilhaften Anwendung den erfindungsgemäßen Einsatz eines entsprechenden Kühlbleches. Dieser ist nicht auf die dargestellten Ausführungen beschränkt. Beispielsweise ist es denkbar, wie in 4 beispielhaft angedeutet, eine Mehrzahl von derartigen in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Struktureinheiten 3 und 3' vorzusehen. Auch kann die Anordnung einer Mehrzahl von Strukturelementen 4, 4' in Längsrichtung der Wicklung 5 in der gleichen Hochachsebene der Wicklung 5 beabstandet zueinander erfolgen, wie in 5 stark schematisiert verdeutlicht. Ferner ist die Ausführung beziehungsweise Anordnung auch nicht auf Innenstatoren beschränkt, sondern kann für jede beliebige Ausführung wicklungstragender Elemente gewählt werden. Entscheidend ist lediglich, dass das Strukturelement in Richtung der Hochachse der Wicklung ausgebildet ist und in diesem Bereich einen Wärmetransport ermöglicht, während in einem Winkel dazu beziehungsweise parallel zur Stromführung in der Wicklung eine Stromführung an diesem Strukturelement vermieden werden muss. Bei den wicklungstragenden Elementen kann es sich dabei sowohl um Innen- als auch Außenstatoren handeln oder andersartig gestaltete Statoreinheiten, die sich nicht zwangsläufig in Umfangsrichtung erstrecken müssen.The 1 to 3 illustrate example of a particularly advantageous application, the use of a corresponding cooling plate according to the invention. This is not limited to the illustrated embodiments. For example, it is conceivable, as in 4 indicated by way of example, a plurality of such in the axial direction of juxtaposed structural units 3 and 3 ' provided. Also, the arrangement of a plurality of structural elements 4 . 4 ' in the longitudinal direction of the winding 5 in the same vertical axis of the winding 5 spaced apart from each other, as in 5 very schematically illustrated. Furthermore, the design or arrangement is not on Domestic stators limited, but can be selected for any design winding-carrying elements. It is only decisive that the structural element is formed in the direction of the vertical axis of the winding and allows heat transfer in this area, while at an angle thereto or parallel to the current flow in the winding, current conduction must be avoided on this structural element. In the winding-carrying elements may be both internal and external stators or differently shaped stator, which need not necessarily extend in the circumferential direction.

11: elektrische Maschineelectrical machine
22: Synchronmaschine mit transversaler Flussführungsynchronous machine with transversal flow guidance
33: Struktureinheitstructural unit
44: Strukturelementstructural element
55: Wicklungwinding
66: wicklungstragende Einheitdevelopment supporting unit
77: Nutgroove
88th: Innenstatorinternal stator
99: ringförmige Jocheinheitannular yoke unit
1010: Reiheline
1111: Reiheline
1212: Zahnelementtooth element
1313: Zahnelementtooth element
1414: Außenflächeouter surface
1515: Leiterladder
1616: IsolierstoffeInsulation materials
1717: Nutwandunggroove wall
1818: BereichArea
1919: Stirnseitefront
2020: Stirnseitefront
2121: ringförmiges Elementannular element
2424: Ringelementring element
2525: randoffener Bereichopen on the edges Area
2626: Stirnseitefront
2727: Teilbereichsubregion
2828: Blechelementsheet metal element
2929: Außenumfangouter periphery
3030: BereichArea
3131: Anbindungsbereichconnecting region
3232: Innenumfanginner circumference
3333: Schlitzslot
3434: Ringring
3535: Ringring
3636: gestapeltes Elektroblechstacked electrical steel
3737: Wärmesenkeheat sink
d₃₁ d ₃₁: Durchmesserdiameter
d_A d _A: Außendurchmesser des Strukturelementesouter diameter of the structural element
d_i d _i: Innendurchmesser des StrukturelementesInner diameter of the structural element
HH: Hochachsevertical axis

Claims

Winding unit ( 6 ) of an electrical machine, in which the guidance of the winding ( 5 ) takes place in a groove arranged in the winding-carrying unit; characterized by the following features: 1.1 with at least one in the vertical axis (H) of the winding ( 5 ) arranged, not current-carrying well thermally conductive structural unit ( 3 ); 1.2 the structural unit ( 3 ) is equipped with a heat sink ( 37 ) at the winding-carrying unit ( 6 ) or connected to this element.

Winding unit ( 6 ) according to claim 1, characterized in that the structural unit ( 3 ) at least one over at least a part of the winding length in the winding direction or longitudinal direction of the winding ( 5 ) or completely over the winding length extending non-current-carrying well thermally conductive structural element ( 4 . 4 ' ).

Winding unit ( 6 ) according to claim 2, characterized in that a plurality of in the winding direction or longitudinal direction of the winding ( 5 ) arranged in succession structural elements ( 4 . 4 ' ) are provided, each of which alone to the heat sink ( 37 ) are connected.

Winding unit ( 6 ) according to one of claims 2 to 3, characterized by the following features: 4.1 the structural element ( 4 . 4 ' ) is of a at least over the winding height extending sheet metal element ( 28 ) educated; 4.2 the structural element ( 4 . 4 ' ) has two areas, a first area ( 30 ), in the winding direction or longitudinal direction of the winding ( 5 ) Has interruptions and a second connection area ( 31 ), the coupling to a heat sink ( 37 ) serves.

Winding unit ( 6 ) according to claim 4, characterized in that the individual interruptions on the structural element ( 4 . 4 ' ) each extend over the complete winding height, wherein the connection area ( 31 ) is free of these.

Winding unit ( 6 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the interruptions of slots ( 33 ), which are also in the vertical axis of the winding ( 5 ), wherein the slot width parallel to the longitudinal direction of the winding ( 5 ) lies in the region of the skin penetration depth.

Winding unit ( 6 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Connection of the structural unit ( 3 ) to the heat sink ( 37 ) is executed positively and / or non-positively.

Winding unit ( 6 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the structural unit ( 3 ) a plurality of in the longitudinal direction of the winding ( 5 ) arranged in the vertical axis (H) extending rod-shaped elements comprises.

Winding unit ( 6 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the width of the structural unit ( 3 ) in the area of the skin penetration depth

lies.

Winding unit ( 6 ) according to one of claims 1 to 9, characterized by the following features: 10.1 the winding-carrying unit ( 6 ) is replaced by an interior ( 8th ) - or Außenstatorelement formed with annular structure; 10.2 with a circumferential direction of the stator unit - inside ( 8th ) - or external stator - extending winding; 10.3 the structural unit ( 3 ) comprises at least one circumferentially extending, an annular element ( 24 ) forming sheet metal element ( 28 ), comprising a connection area ( 31 ), and an area ( 30 ) by the distance between the outer circumference ( 29 ) and connection area ( 31 ) characterized by radially extending open-edge slots ( 33 ) is characterized.

Winding unit ( 6 ) according to one of claims 10 or 11, characterized in that the sheet metal element ( 28 ) an open-edge area ( 25 ), which is selected with regard to the production of the winding and the both sides of the sheet metal element ( 28 ) guiding the winding ( 5 ), keeping it as small as possible in the circumferential direction.

Winding unit ( 6 ) according to one of claims 9 to 11, characterized in that the connection area ( 31 ) between two axially mutually braced elements ( 35 . 36 ) is clamped.

Winding unit ( 6 ) according to one of claims 9 to 12, characterized in that the fixing of the position of the structural unit ( 3 ) in the winding ( 5 ) due to the tightness of the winding ( 5 ) is realized by the connection area ( 31 ) compared to the other area ( 30 ) is angled and in the radial direction of the winding ( 5 ) is enclosed.

Winding unit ( 6 ) according to one of claims 1 to 13, characterized in that a plurality of axially juxtaposed structural units ( 3 . 3 ' ) in the winding ( 5 ) are provided.

Electric machine ( 1 . 2 ) with a winding-carrying unit ( 6 ) according to one of claims 1 to 14.

Electric machine ( 1 . 2 ) according to claim 15, characterized in that this as a synchronous machine ( 2 ) is carried out with transverse flux guidance.