DE102011079648A1

DE102011079648A1 - Winding arrangement with coil windings and a cooling channel system

Info

Publication number: DE102011079648A1
Application number: DE102011079648A
Authority: DE
Inventors: Jörg Findeisen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-01-24
Also published as: WO2013014031A1; EP2721620A1; PL2721620T3; EP2721620B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung (A) mit wenigstens einer Spulenwicklung (1) und einem Kühlkanalsystem zur Aufnahme eines Kühlmittels zur Kühlung der Spulenwicklung (1). Zwischen Windungen der Spulenwicklung (1) sind Kühlkanäle (40) des Kühlkanalsystems angeordnet. Das Kühlkanalsystem ist derart ausgebildet, dass bei geeigneter Ausrichtung der Wicklungsanordnung (A) im Erdschwerefeld und Befüllung des Kühlkanalsystems mit dem Kühlmittel eine durch einen Stromfluss erzeugte Erwärmung der Spulenwicklungen (1) eine Konvektionsströmung des Kühlmittels durch sämtliche Kühlkanäle (40) des Kühlkanalsystems bewirkt.The invention relates to a winding arrangement (A) having at least one coil winding (1) and a cooling channel system for receiving a coolant for cooling the coil winding (1). Between turns of the coil winding (1) cooling channels (40) of the cooling channel system are arranged. The cooling channel system is designed in such a way that, with suitable orientation of the winding arrangement (A) in the earth gravity field and filling of the cooling channel system with the coolant, heating of the coil windings (1) generated by a current flow causes a convection flow of the coolant through all the cooling channels (40) of the cooling channel system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung mit Spulenwicklungen und einem Kühlkanalsystem für einen elektrischen Apparat, vorzugsweise für eine ölgefüllte Drossel oder einen Transformator. The invention relates to a winding arrangement with coil windings and a cooling duct system for an electrical apparatus, preferably for an oil-filled throttle or a transformer.

Die Strömung des Kühlmittels wird in solchen Wicklungen entweder durch eine Pumpe erzwungen (OD/OF-Kühlung) oder erfolgt selbständig auf Grund der thermisch bedingten Dichteänderung der Kühlflüssigkeit (ON-Kühlung). Die in der Wicklung erwärmte Kühlflüssigkeit steigt auf Grund des geringeren spezifischen Raumgewichts gegenüber der umgebenden Flüssigkeitsmenge auf und wird durch von unten zuströmende Kühlflüssigkeit ersetzt. The flow of the coolant is forced in such windings either by a pump (OD / OF cooling) or takes place automatically due to the thermally induced density change of the cooling liquid (ON cooling). The heated in the winding cooling liquid increases due to the lower specific volume weight compared to the surrounding amount of liquid and is replaced by flowing from below cooling liquid.

Solche Wicklungen werden vorzugsweise als Spulen- oder Scheibenwicklungen ausgeführt bei denen die Kühlkanäle radial angeordnet sind. Such windings are preferably designed as coil or disc windings in which the cooling channels are arranged radially.

In einer Vielzahl von Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, solche Wicklungen mit radial angeordneten Kühlkanälen liegend (Wicklungsachse parallel zum Boden) einzusetzen. In a large number of applications, it is advantageous to use such windings with radially arranged cooling channels (winding axis parallel to the ground).

Das Problem dabei ist, dass ab einer bestimmten radialen Breite der Wicklung in radial verlaufenden weitgehend horizontal angeordneten Kühlkanälen keine ausreichende natürliche Ölzirkulation mehr sichergestellt werden kann. The problem with this is that from a certain radial width of the winding in radially extending largely horizontally disposed cooling channels sufficient natural oil circulation can no longer be ensured.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Wicklungsanordnung mit Spulenwicklungen und einem Kühlkanalsystem zu deren Kühlung anzugeben. It is an object of the invention to provide an improved winding arrangement with coil windings and a cooling channel system for the cooling thereof.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. The object is achieved by the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung umfasst wenigstens eine Spulenwicklung und ein Kühlkanalsystem zur Aufnahme eines Kühlmittels zur Kühlung der Spulenwicklung. Dabei sind die Spulenwicklungen um eine in einer x-Richtung verlaufende x-Achse gewickelt. Zwischen Windungen der Spulenwicklung sind Kühlkanäle des Kühlkanalsystems angeordnet. Das Kühlkanalsystem ist derart ausgebildet, dass bei geeigneter Ausrichtung der Wicklungsanordnung im Erdschwerefeld und Befüllung des Kühlkanalsystems mit dem Kühlmittel eine durch einen Stromfluss erzeugte Erwärmung der Spulenwicklungen eine Konvektionsströmung des Kühlmittels durch sämtliche Kühlkanäle des Kühlkanalsystems bewirkt. The winding arrangement according to the invention comprises at least one coil winding and a cooling channel system for receiving a coolant for cooling the coil winding. The coil windings are wound around an x-axis extending in an x-direction. Between turns of the coil winding cooling channels of the cooling channel system are arranged. The cooling channel system is designed in such a way that, with suitable alignment of the winding arrangement in the earth gravity field and filling of the cooling channel system with the coolant, heating of the coil windings generated by current flow causes a convection flow of the coolant through all the cooling channels of the cooling channel system.

Mit dem Begriff Spulenwicklungen werden hier nicht nur Spulenwicklungen im wörtlichen Sinne bezeichnet, sondern auch Scheibenwicklungen. The term coil windings here not only coil windings in the literal sense, but also disc windings.

Erfindungsgemäß wird eine Strömung des Kühlmittels somit allein durch dessen Erwärmung durch die Spulenwicklungen erzeugt. Dies wird durch die Ausbildung des Kühlkanalsystems erreicht. Dies hat den Vorteil, dass keine weiteren Vorrichtungen zur Erzeugung einer Strömung des Kühlmittels erforderlich sind. Insbesondere sind keine Pumpen zur Erzeugung einer Kühlmittelströmung erforderlich. According to the invention, a flow of the coolant is thus generated solely by its heating by the coil windings. This is achieved by the design of the cooling channel system. This has the advantage that no further devices for generating a flow of the coolant are required. In particular, no pumps for generating a coolant flow are required.

Dadurch wird die Konstruktion der Wicklungsanordnung gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Wicklungsanordnungen mit gekühlten Spulenwicklungen erheblich vereinfacht und verbilligt. Außerdem wird die Betriebs-sicherheit der Wicklungsanordnung erhöht, da der Wegfall von separaten Vorrichtungen zur Erzeugung einer Kühlmittel-strömung auch die Gefahr eines Ausfalls derartiger Vorrichtungen beseitigt. As a result, the construction of the winding arrangement is considerably simplified and cheaper compared to winding arrangements with cooled coil windings known from the prior art. In addition, the operational safety of the winding assembly is increased, since the elimination of separate devices for generating a coolant flow also eliminates the risk of failure of such devices.

Die Auslegung des Kühlkanalsystems zur Durchströmung sämtlicher Kühlkanäle des Kühlkanalsystems vermeidet vorteilhaft lokale Überhitzungen von Spulenwicklungen und reduziert somit die Gefahr von Beschädigungen und Funktionseinbußen der Wicklungsanordnung durch derartige Überhitzungen. The design of the cooling channel system for the flow through all cooling channels of the cooling channel system advantageously avoids local overheating of coil windings and thus reduces the risk of damage and loss of function of the winding assembly by such overheating.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Wicklungsanordnung sind die Kühlkanäle an einem Trägerkörper angeordnet. Ferner weist das Kühlkanalsystem wenigstens eine im Inneren des Trägerkörpers angeordnete Speicherkammer auf und jede Speicherkammer ist über Verbindungskanäle mit Kühlkanälen verbunden. In a preferred embodiment of the winding arrangement, the cooling channels are arranged on a carrier body. Furthermore, the cooling channel system has at least one storage chamber arranged in the interior of the carrier body, and each storage chamber is connected to cooling channels via connecting channels.

In den Speicherkammern kann ausreichend Kühlmittel zur Kühlung der Spulenwicklungen zur Verfügung gestellt werden. Über die Verbindungskanäle kann das Kühlmittel aus den Speicherkammern den Kühlkanälen zugeführt bzw. auf diese verteilt und aus ihnen abgeführt werden. Dadurch wird eine Kühlmittelzirkulation innerhalb des Kühlkanalsystems ermöglicht, die eine erfindungsgemäße Kühlung der Spulenwicklungen bewirkt. In the storage chambers sufficient coolant can be provided for cooling the coil windings. About the connecting channels, the coolant can be supplied from the storage chambers to the cooling channels or distributed to these and removed from them. This allows a coolant circulation within the cooling channel system, which causes a cooling of the coil windings according to the invention.

Vorzugsweise ist dabei jeder Kühlkanal an einer Außenseite des Trägerkörpers angeordnet. Dadurch kann einerseits die Kühlung der Spulenwicklungen durch einen thermischen Kontakt der Kühlkanäle mit der Umgebung der Wicklungsanordnung vorteilhaft verbessert werden. Andererseits können die Kühlkanäle in einfacher und effizienter Weise um die Speicherkammern im Inneren des Trägerkörpers herum angeordnet und mit diesen verbunden werden. Preferably, each cooling channel is arranged on an outer side of the carrier body. As a result, on the one hand, the cooling of the coil windings can be advantageously improved by thermal contact of the cooling ducts with the surroundings of the winding arrangement. On the other hand, the cooling channels can be arranged in a simple and efficient manner around the storage chambers in the interior of the carrier body and connected to them.

Von jeder Speicherkammer gehen vorzugsweise wenigstens ein erster Verbindungskanal, der wenigstens näherungsweise in einer z-Richtung verläuft, und wenigstens ein zweiter Verbindungskanal, der wenigstens näherungsweise in einer zu der z-Richtung und der x-Richtung orthogonalen y-Richtung verläuft, aus. Diese geometrische Anordnung der von den Speicherkammern ausgehenden Verbindungskanäle ermöglicht es vorteilhaft, den durch Erwärmung der Spulenwicklungen entstehenden Auftrieb innerhalb des Kühlmittels zur Durchströmung sämtlicher Kühlkanäle des Kühlkanalsystems zu nutzen, indem die Wicklungsanordnung im Erdschwerefeld mit der z-Richtung in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet wird. Of each storage chamber, preferably at least one first connection channel, which extends at least approximately in a z-direction, and at least one second connection channel, which extends at least approximately in a y-direction orthogonal to the z-direction and the x-direction, exit. This geometric arrangement of the outgoing from the storage chambers connecting channels advantageously makes it possible to use the resulting by heating the coil windings buoyancy within the coolant to flow through all the cooling channels of the cooling channel system by the winding assembly is aligned in the earth's gravity field with the z-direction in the direction of gravity.

Dabei verlaufen alle von Speicherkammern ausgehenden zweiten Verbindungskanäle vorzugsweise wenigstens näherungsweise in der y-Richtung. Dies ermöglicht eine geometrisch einfache und zweckmäßige Gestaltung der Verbindungskanäle zur Durchströmung der Kühlkanäle mit dem Kühlmittel. In this case, all the second connection channels emanating from storage chambers preferably extend at least approximately in the y-direction. This allows a geometrically simple and convenient design of the connecting channels for the passage of the cooling channels with the coolant.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Kühlkanalsystems sind dabei erste und zweite Verbindungskanäle über in der x-Richtung verlaufende dritte Verbindungskanäle mit den Kühlkanälen verbunden. Die dritten Verbindungskanäle unterstützen dabei vorteilhaft die Verteilung des Kühlmittels auf die Kühlkanäle, insbesondere in der x-Richtung. In a preferred embodiment of the cooling channel system, first and second connection channels are connected to the cooling channels via third connecting channels extending in the x-direction. The third connection channels advantageously support the distribution of the coolant to the cooling channels, in particular in the x-direction.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist das Kühlkanalsystem wenigstens zwei Speicherkammern auf und die Speicherkammern sind entlang der x-Richtung hintereinander angeordnet. Durch eine Mehrzahl hintereinander angeordneter Speicherkammern wird die Strömung von Kühlmittel durch das Kühlkanalsystem verbessert, indem das Kühlkanalsystem vorteilhaft segmentiert wird. In a particularly preferred embodiment, the cooling channel system has at least two storage chambers and the storage chambers are arranged one behind the other along the x-direction. By a plurality of successively arranged storage chambers, the flow of coolant through the cooling channel system is improved by the cooling channel system is advantageously segmented.

In dieser Ausgestaltung sind die von benachbarten Speicherkammern ausgehenden ersten und zweiten Verbindungs-kanäle vorzugsweise versetzt zueinander angeordnet. Dadurch ergänzen sich die Strömungen aus und zu benachbarten Speicherkammern vorteilhaft, indem Kühlkanäle, die von einer Speicherkammer weniger versorgt werden, umso besser von einer benachbarten Speicherkammer versorgt werden. In this embodiment, the outgoing from adjacent storage chambers first and second connection channels are preferably arranged offset from one another. As a result, the flows from and to adjacent storage chambers complement one another in an advantageous manner in that cooling ducts, which are supplied less by one storage chamber, are better supplied by an adjacent storage chamber.

Der Trägerkörper ist vorzugsweise zylinderförmig mit einer in der x-Richtung verlaufenden Zylinderachse ausgebildet. Dies ermöglicht vorteilhaft eine geometrisch einfache Konstruktion einer erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung. The carrier body is preferably cylindrical in shape with a cylinder axis extending in the x-direction. This advantageously allows a geometrically simple construction of a winding arrangement according to the invention.

Ferner umfasst der Trägerkörper vorzugsweise mehrere Hohlzylindersegmente, deren Hohlräume jeweils eine Speicher-kammer bilden und durch Trennscheiben voneinander getrennt sind, wobei die von den Speicherkammern ausgehenden ersten und zweiten Verbindungskanäle Öffnungen in den Hohlzylinder-wänden der Hohlzylindersegmente sind. Auf diese Weise kann in einfacher Weise die oben beschriebene besonders bevorzugte Ausgestaltung der Wicklungsanordnung mit mehreren hintereinander angeordneten Speicherkammern realisiert werden. Furthermore, the carrier body preferably comprises a plurality of hollow cylinder segments whose cavities each form a storage chamber and are separated from one another by separating disks, wherein the first and second connecting channels extending from the storage chambers are openings in the hollow cylinder walls of the hollow cylinder segments. In this way, the above-described particularly preferred embodiment of the winding arrangement can be realized in a simple manner with a plurality of successively arranged storage chambers.

Alternativ ist innerhalb des Trägerkörpers ein Innenkörper angeordnet und die Speicherkammern sind durch Trennscheiben voneinander getrennte Zwischenräume zwischen dem Trägerkörper und dem Innenkörper. Auch diese Ausgestaltung realisiert die besonders bevorzugte Ausgestaltung der Wicklungsanordnung mit mehreren hintereinander angeordneten Speicherkammern. Diese Ausgestaltung kann insbesondere vorteilhaft, beispielsweise als Wicklungsanordnung für Transformatoren, insbesondere Fahrzeugtransformatoren, verwendet werden. Als Trägerkörper oder Innenkörper eignen sich beispielsweise elektrische Barriereanordnungen zur Hochspannungsisolation. Wenn hochspannungstechnisch nur eine Hochspannungsbarriere erforderlich ist, kann als Innenkörper beispielsweise vorteilhaft ein Transformatorkern genutzt werden. Alternatively, an inner body is arranged within the carrier body and the storage chambers are separated by separating disks between the carrier body and the inner body. This embodiment also realizes the particularly preferred embodiment of the winding arrangement with a plurality of storage chambers arranged one behind the other. This refinement can be used particularly advantageously, for example as a winding arrangement for transformers, in particular vehicle transformers. As a carrier body or inner body, for example, electrical barrier arrangements for high voltage insulation are. If high-voltage only a high-voltage barrier is required, as an inner body, for example, advantageously a transformer core can be used.

Der Innenkörper ist dabei beispielsweise zylinderförmig ausgebildet. Dies ist besonders in Verbindung mit einem ebenfalls zylinderförmig ausgebildeten Trägerkörper vorteilhaft, da dann gleichmäßig geformte Speicherkammern in den Zwischenräumen zwischen beiden Körpern entstehen. The inner body is for example cylindrical. This is particularly advantageous in conjunction with a likewise cylindrical carrier body, since then uniformly shaped storage chambers arise in the spaces between the two bodies.

Erfindungsgemäß wird somit eine Wicklungsanordnung vorgeschlagen, in der durch Kombination verschieden ausgerichteter Kanäle (Kühlkanäle, Verbindungskanäle) und anderer Kühlmittelräume (Speicherkammern) jeweils Kanäle mit starkem Strömungsantrieb (weitgehend vertikale Kanäle) und Kanäle mit ungünstigem Kühlmittelantrieb (weitgehend horizontale Kanäle) zu einem Strömungskanal zusammengefasst werden. Durch diese Verkettung von Kanälen wird die Strömung des Kühlmittels durch die Wicklungsanordnung vergleichmäßigt und eine übermäßige Erwärmung von Teilen der Wicklung vermieden, indem ein Stagnieren der Strömung in den weitgehend horizontalen Kanälen vermieden wird. According to the invention, therefore, a winding arrangement is proposed in which by combining differently oriented channels (cooling channels, connecting channels) and other coolant chambers (storage chambers) channels with strong flow drive (largely vertical channels) and channels with unfavorable coolant drive (largely horizontal channels) are combined to form a flow channel , Through this interlinkage of channels, the flow of the coolant through the winding arrangement is made uniform and excessive heating of parts of the winding is avoided by stagnation of the flow in the largely horizontal channels is avoided.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit einer Zeichnung näher erläutert wird. The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they will be achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of an embodiment which will be further described in connection with the accompanying drawings.

Dabei zeigen: Showing:

1 eine perspektivische Darstellung einer Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper, 1 a perspective view of a winding arrangement with a cylindrical carrier body,

2 eine perspektivische Teildarstellung einer Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper, 2 a partial perspective view of a winding arrangement with a cylindrical carrier body,

3 eine perspektivische Darstellung eines zylinderförmigen Trägerkörpers mit Axialleisten, 3 a perspective view of a cylindrical carrier body with axial bars,

4 eine perspektivische Darstellung einer Trennscheibe und deren Befestigung zur Aufteilung eines zylindrischen Hohlraumes in zwei Speicherkammern, 4 a perspective view of a cutting disc and its attachment for dividing a cylindrical cavity in two storage chambers,

5 einen Längsschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper und drei Speicherkammern, 5 a longitudinal section through a winding arrangement with a cylindrical carrier body and three storage chambers,

6 einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper in einer Schnittebene durch eine erste Speicherkammer, 6 a cross section through a winding arrangement with a cylindrical carrier body in a sectional plane through a first storage chamber,

7 einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper in einer Schnittebene durch eine zweite Speicherkammer, 7 a cross section through a winding arrangement with a cylindrical carrier body in a sectional plane through a second storage chamber,

8 eine Draufsicht auf einen in eine Ebene abgewickelten zylinderförmigen Trägerkörper mit zwei Speicherkammern, 8th a plan view of an unwound in a plane cylindrical support body with two storage chambers,

9 eine Draufsicht auf einen in eine Ebene abgewickelten zylinderförmigen Trägerkörper mit drei Speicherkammern, 9 a top view of an unwound in a plane cylindrical support body with three storage chambers,

10 eine Draufsicht auf einen in eine Ebene abgewickelten zylinderförmigen Trägerkörper mit vier Speicherkammern, 10 a top view of an unwound in a plane cylindrical support body with four storage chambers,

11 einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper ohne dritte Verbindungskanäle in einer Schnittebene durch eine erste Speicherkammer, 11 a cross section through a winding arrangement with a cylindrical carrier body without third connecting channels in a sectional plane through a first storage chamber,

12 einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper ohne dritte Verbindungskanäle in einer Schnittebene durch eine zweite Speicherkammer, 12 a cross section through a winding arrangement with a cylindrical carrier body without third connecting channels in a sectional plane through a second storage chamber,

13 einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper und einem Innenkörper in einer Schnittebene durch eine erste Speicherkammer, und 13 a cross section through a winding assembly having a cylindrical support body and an inner body in a sectional plane through a first storage chamber, and

14 einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper und einem Innenkörper in einer Schnittebene durch eine zweite Speicherkammer. 14 a cross section through a winding assembly having a cylindrical support body and an inner body in a sectional plane through a second storage chamber.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 und 2 zeigen eine perspektivische Darstellung bzw. Teildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung A. Die Wicklungsanordnung A umfasst eine Spulenwicklung 1, einen hohlzylinderförmigen Trägerkörper 2 und ein Kühlkanalsystem, das mit einem Kühlöl als Kühlmittel zur Kühlung der Spulenwicklungen 1 befüllt wird. 1 and 2 show a perspective view and partial representation of a first embodiment of a winding arrangement A according to the invention. The winding arrangement A comprises a coil winding 1 , a hollow cylindrical carrier body 2 and a cooling passage system provided with a cooling oil as a coolant for cooling the coil windings 1 is filled.

Die Spulenwicklung 1 verläuft helikal um eine Längsachse (Zylinderachse) des Trägerkörpers 2 an dessen Außenseite. The coil winding 1 runs helically about a longitudinal axis (cylinder axis) of the carrier body 2 on the outside.

Das Kühlkanalsystem umfasst Kühlkanäle 40, die jeweils zwischen benachbarten Windungen der Spulenwicklung 1 angeordnet sind, eine Speicherkammer 20, die durch den Hohlraum im Inneren des Trägerkörpers 2 gebildet wird, und Verbindungskanäle 51, 52, 53, über die die Speicherkammer 20 mit den Kühlkanälen 40 verbunden ist. The cooling channel system includes cooling channels 40 , each between adjacent turns of the coil winding 1 are arranged, a storage chamber 20 passing through the cavity inside the carrier body 2 is formed, and connecting channels 51 . 52 . 53 about which the storage chamber 20 with the cooling channels 40 connected is.

Erste Verbindungskanäle 51 und zweite Verbindungskanäle 52 sind Öffnungen in der Hohlzylinderwand des Trägerkörpers 2. Dabei verlaufen die ersten Verbindungskanäle 51 wenigstens näherungsweise in einer z-Richtung, die orthogonal zu einer x-Richtung ist, welche durch die Längsachse (Zylinderachse) des Trägerkörpers 2 definiert wird. Die zweiten Verbindungskanäle 52 verlaufen wenigstens näherungsweise in einer y-Richtung, welche orthogonal zu der x-Richtung und der z-Richtung ist. Die ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 führen von der Speicherkammer 20 durch die Hohlzylinderwand des Trägerkörpers 2 zu dritten Verbindungskanälen 53, die an der Außenoberfläche des Trägerkörpers 2 in x-Richtung verlaufen. First connection channels 51 and second connection channels 52 are openings in the hollow cylinder wall of the carrier body 2 , The first connection channels run thereby 51 at least approximately in a z-direction which is orthogonal to an x-direction which passes through the longitudinal axis (cylinder axis) of the carrier body 2 is defined. The second connection channels 52 extend at least approximately in a y-direction which is orthogonal to the x-direction and the z-direction. The first and second connection channels 51 . 52 lead from the storage chamber 20 through the hollow cylinder wall of the carrier body 2 to third connection channels 53 attached to the outer surface of the carrier body 2 in the x-direction.

Die dritten Verbindungskanäle 53 sind voneinander durch an der Außenoberfläche des Trägerkörpers 2 anliegende, in x-Richtung verlaufende Axialleisten 3 getrennt und regelmäßig über die gesamte Außenoberfläche des Trägerkörpers 2 verteilt. The third connection channels 53 are from each other through on the outer surface of the carrier body 2 adjacent, in the x-direction extending axial strips 3 separated and regularly over the entire outer surface of the carrier body 2 distributed.

Die Kühlkanäle 40 schließen sich jeweils an einen dritten Verbindungskanal 53 an und sind durch diesen von der Außenoberfläche des Trägerkörpers 2 beabstandet. Sie verlaufen in einer yz-Ebene jeweils radial von einem dritten Verbindungskanal 53 nach außen. In der yz-Ebene sind die Kühlkanäle 40 durch Trennungsleisten 4 voneinander getrennt, die jeweils auf einer Axialleiste 3 aufliegen und sich von dieser zwischen benachbarten Windungen der Spulenwicklung 1 radial nach außen erstrecken. The cooling channels 40 each close to a third connection channel 53 and are through this of the outer surface of the carrier body 2 spaced. They each extend radially in a yz plane from a third connecting channel 53 outward. In the yz plane are the cooling channels 40 through dividing strips 4 separated from each other, each on an axial bar 3 rest and away from this between adjacent turns of the coil winding 1 extend radially outward.

3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Trägerkörpers 2 der in den 1 und 2 dargestellten Wicklungsanordnung A mit an dem Trägerkörper 2 angeordneten Axialleisten 3. 3 shows a perspective view of the carrier body 2 in the 1 and 2 shown winding assembly A with on the carrier body 2 arranged axial strips 3 ,

Die in den 1 bis 3 dargestellte Wicklungsanordnung A ist dazu vorgesehen, im Erdschwerefeld mit der z-Richtung in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet zu werden. Das Kühlkanalsystem ist so konzipiert, dass bei einer derartigen Ausrichtung eine Erwärmung der Spulenwicklung 1, die durch einen Stromfluss durch die Spulenwicklung 1 erzeugt wird, eine Konvektionsströmung des Kühlöls durch sämtliche Kühlkanäle 40 des Kühlkanalsystems bewirkt. Die Konvektions-strömung wird dabei durch einen Auftrieb erzeugt, der durch die Erwärmung der Spulenwicklung 1 in dem Kühlöl entsteht. Die Anordnung insbesondere der ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 und deren näherungsweiser Verlauf in z- bzw. y-Richtung bewirken dabei, dass alle Kühlkanäle 40 in die Strömung des Kühlöls einbezogen werden. Um eine solche Strömung zu fördern, werden die zweiten Verbindungskanäle 52 vorzugsweise nicht exakt in y-Richtung verlaufend ausgeführt, sondern leicht davon abweichend, so dass sie jeweils eine aufwärts gerichtete Komponente der Strömung zulassen. The in the 1 to 3 shown winding assembly A is intended to be aligned in the gravitational field with the z-direction in the direction of gravity. The cooling channel system is designed so that in such an orientation, heating of the coil winding 1 caused by a current flowing through the coil winding 1 is generated, a convection flow of the cooling oil through all the cooling channels 40 the cooling channel system causes. The convection flow is generated by a buoyancy caused by the heating of the coil winding 1 arises in the cooling oil. The arrangement in particular of the first and second connection channels 51 . 52 and their approximate course in the z- or y-direction thereby ensure that all cooling channels 40 be included in the flow of cooling oil. To promote such a flow, the second connection channels 52 preferably not exactly running in the y-direction running, but slightly different, so that they each allow an upward component of the flow.

Eine Ausgestaltung des in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels sieht anstelle einer Spulenwicklung 1 mehrere derartige Spulenwicklungen 1 vor, deren Windungen beispielsweise gegeneinander versetzt oder miteinander verflochten sind. An embodiment of the in the 1 to 3 illustrated first embodiment, instead of a coil winding 1 several such coil windings 1 before, for example, whose turns are offset from each other or intertwined with each other.

Hinsichtlich der Ausgestaltung des Kühlkanalsystems trifft Entsprechendes auch für die im Folgenden anhand der 4 bis 14 beschriebenen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Wicklungsanordnungen A zu. Auch diese weisen näherungsweise in z- bzw. y-Richtung verlaufende erste und zweite Verbindungskanäle 51, 52 auf, die eine Konvektionsströmung durch sämtliche Kühlkanäle 40 ermöglichen, wenn die Spulenwicklungen 1 von elektrischem Strom durchflossen werden und die jeweilige Wicklungsanordnung A im Erdschwerefeld mit der z-Richtung in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist. Die Wicklungsanordnungen A dieser Ausführungsbeispiele weisen ebenfalls jeweils einen zylinderförmigen Trägerkörper 2 auf. Sie unterscheiden sich aber von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass im Inneren des Trägerkörpers 2 zur weiteren Verbesserung der Konvektionsströmung des Kühlöls mehrere Speicherkammern 21, 22, 23, 24 entlang der Längsachse (Zylinderachse) des Trägerkörpers 2 hintereinander angeordnet sind. Die Längsachse des Trägerkörpers 2 definiert dabei jeweils wiederum eine x-Richtung. Die y- und die z-Richtung bezeichnen zu der x-Richtung und zueinander orthogonale Richtungen. With regard to the design of the cooling channel system, the same applies to the following with reference to the 4 to 14 described embodiments of inventive winding arrangements A. These also have approximately in the z- or y-direction extending first and second connection channels 51 . 52 on that a convection flow through all the cooling channels 40 allow when the coil windings 1 are traversed by electric current and the respective winding assembly A is aligned in the gravitational field with the z-direction in the direction of gravity. The winding arrangements A of these embodiments also each have a cylindrical carrier body 2 on. However, they differ from the first embodiment in that inside the carrier body 2 to further improve the convection flow of the cooling oil several storage chambers 21 . 22 . 23 . 24 along the longitudinal axis (cylinder axis) of the carrier body 2 arranged one behind the other. The longitudinal axis of the carrier body 2 in each case defines an x-direction. The y and z directions refer to the x-direction and mutually orthogonal directions.

4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Trennscheibe 5 zur Aufteilung eines zylindrischen Hohlraumes innerhalb eines hier nicht dargestellten zylindrischen Trägerkörpers 2 in zwei Speicherkammern 21, 22. Die Trenn-scheibe 5 ist dabei mittels einer entlang der Längsachse des Trägerkörpers 2 angeordneten Befestigungsstange 6 an einer Tragevorrichtung 7 des Trägerkörpers 2 befestigt. Die Befestigungsstange 6 kann entfallen, wenn die Trennscheibe 5 an ihrem Außenrand mit der Innenoberfläche des Trägerkörpers 2 verbunden ist. 4 shows a perspective view of a cutting disc 5 for dividing a cylindrical cavity within a cylindrical carrier body, not shown here 2 in two storage chambers 21 . 22 , The separating disc 5 is by means of a along the longitudinal axis of the carrier body 2 arranged mounting rod 6 on a carrying device 7 of the carrier body 2 attached. The mounting rod 6 can be omitted if the cutting disc 5 at its outer edge with the inner surface of the carrier body 2 connected is.

5 zeigt einen Längsschnitt in einer xz-Ebene durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wicklungsanordnung A. Die Wicklungsanordnung A weist einen zylinderförmigen Trägerkörper 2 mit drei Speicherkammern 21, 22, 23 auf, die jeweils als ein Hohlraum eines Hohlzylindersegmentes innerhalb des Trägerkörpers 2 ausgebildet sind. Benachbarte Speicherkammern 21, 22, 23 sind jeweils durch eine Trennscheibe 5 voneinander getrennt. 5 shows a longitudinal section in an xz-plane through a second embodiment of a winding assembly A. The winding assembly A has a cylindrical support body 2 with three storage chambers 21 . 22 . 23 on, each as a cavity of a hollow cylinder segment within the carrier body 2 are formed. Adjacent storage chambers 21 . 22 . 23 are each through a cutting disc 5 separated from each other.

Von jeder Speicherkammer 21, 22, 23 gehen mehrere wenigstens annähernd in z-Richtung verlaufende erste Verbindungskanäle 51 und mehrere wenigstens annähernd in y-Richtung verlaufende zweite Verbindungskanäle 52 aus, die jeweils als eine Öffnung in der Hohlzylinderwand des jeweiligen Hohlzylindersegmentes ausgebildet sind. Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 jeweils mit einem dritten Verbindungskanal 53 verbunden. Ebenfalls wie im ersten Ausführungsbeispiel verlaufen die dritten Verbindungs-kanäle 53 in x-Richtung an der Außenoberfläche des Trägerkörpers 2 und sind mit sich nach außen anschließenden Kühlkanälen 40 verbunden, in denen Spulenwicklungen 1 angeordnet sind. From every storage chamber 21 . 22 . 23 go several at least approximately in the z-direction extending first connection channels 51 and a plurality of at least approximately in the y-direction extending second connection channels 52 from, which are each formed as an opening in the hollow cylinder wall of the respective hollow cylinder segment. As in the first embodiment, the first and second connection channels 51 . 52 each with a third connection channel 53 connected. Also as in the first embodiment, the third connection channels run 53 in the x-direction on the outer surface of the carrier body 2 and are with outwardly adjoining cooling channels 40 connected, in which coil windings 1 are arranged.

Die ersten Verbindungskanäle 51 und die zweiten Verbindungskanäle 52 benachbarter Speicherkammern 21, 22, 23 sind jeweils versetzt zueinander angeordnet. Dadurch wird die Konvektionsströmung des Kühlöls vorteilhaft weiter verbessert. The first connection channels 51 and the second connection channels 52 adjacent storage chambers 21 . 22 . 23 are each offset from one another. As a result, the convection flow of the cooling oil is advantageously further improved.

Die 6 und 7 zeigen jeweils einen Querschnitt in einer yz-Ebene durch die in 5 dargestellte Wicklungsanordnung A, wobei die Schnittebene in 6 durch eine erste Speicherkammer 21 verläuft und die Schnittebene in 7 durch eine der ersten Speicherkammer 21 benachbarte zweite Speicherkammer 22 verläuft. Dargestellt sind außerdem die Richtungen der Konvektionsströmung des Kühlöls durch die ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52, die in den beiden Speicherkammern 21, 22 versetzt zueinander angeordnet sind. The 6 and 7 each show a cross section in a yz plane through the in 5 shown winding arrangement A, wherein the cutting plane in 6 through a first storage chamber 21 runs and the cutting plane in 7 through one of the first storage chambers 21 adjacent second storage chamber 22 runs. Shown are also the directions of the convection flow of the cooling oil through the first and second connection channels 51 . 52 in the two storage chambers 21 . 22 offset from one another.

Die 8 bis 10 zeigen jeweils eine Draufsicht auf einen entlang einer x-Richtung aufgeschnittenen und in eine xy-Ebene abgewickelten zylinderförmigen Trägerkörper 2 von Ausführungsbeispielen von Wicklungsanordnungen A, die sich durch die Anzahl von Speicherkammern 21, 22, 23, 24 und die Anzahl und/oder Verteilung von ersten und zweiten Verbindungskanälen 51, 52 unterscheiden, im Übrigen aber jeweils dem in den 5 bis 7 dargestellten Ausführungs-beispiel entsprechen. Dargestellt ist jeweils auch die Lage der Trennscheiben 5, die die Speicherkammern 21, 22, 23, 24 voneinander trennen. Wie in dem in den 5 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 benachbarter Speicherkammern 21, 22, 23, 24 versetzt zueinander angeordnet. The 8th to 10 each show a plan view of a cut along an x-direction and unwound in an xy plane cylindrical support body 2 of embodiments of winding arrangements A, which are characterized by the number of storage chambers 21 . 22 . 23 . 24 and the number and / or distribution of first and second connection channels 51 . 52 different, but otherwise in each case in the 5 to 7 illustrated embodiment example correspond. Also shown is the location of the cutting discs 5 that the storage chambers 21 . 22 . 23 . 24 separate each other. As in the in the 5 to 7 embodiment shown are the first and second connection channels 51 . 52 adjacent storage chambers 21 . 22 . 23 . 24 staggered to each other.

Die 11 und 12 zeigen jeweils einen Querschnitt in einer yz-Ebene durch eine Wicklungsanordnung A gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den in den 5 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen dadurch, dass die Wicklungsanordnung A keine dritten Verbindungs-kanäle 53 aufweist, sondern die ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 direkt mit den Kühlkanälen 40 verbunden sind. Abgesehen davon ist die Wicklungsanordnung A analog zu den in den 5 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispielen ausgebildet. Insbesondere weist sie mehrere Speicherkammern 21, 22, 23, 24 auf, wobei die von benachbarten Speicherkammern 21, 22, 23, 24 ausgehenden ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 versetzt zueinander angeordnet sind. 11 zeigt einen Querschnitt, dessen Schnittebene durch eine erste Speicherkammer 21 verläuft. 12 zeigt einen Querschnitt, dessen Schnittebene durch eine der ersten Speicherkammer 21 benachbarte zweite Speicherkammer 22 verläuft. The 11 and 12 each show a cross section in a yz plane through a winding arrangement A according to a further embodiment. This embodiment differs from that in the 5 to 10 illustrated embodiments essentially in that the winding assembly A no third connection channels 53 but the first and second connection channels 51 . 52 directly with the cooling channels 40 are connected. Apart from that, the winding arrangement A is analogous to that in the 5 to 10 formed embodiments illustrated. In particular, it has several storage chambers 21 . 22 . 23 . 24 on, with those of adjacent storage chambers 21 . 22 . 23 . 24 outgoing first and second connection channels 51 . 52 offset from one another. 11 shows a cross section, the sectional plane through a first storage chamber 21 runs. 12 shows a cross section, the sectional plane through one of the first storage chamber 21 adjacent second storage chamber 22 runs.

Die 13 und 14 zeigen jeweils einen Querschnitt in einer yz-Ebene durch eine Wicklungsanordnung A gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Wie das in den 11 und 12 dargestellte Ausführungsbeispiel weist auch dieses Ausführungsbeispiel keine dritten Verbindungskanäle 53 auf. Der Unterschied zu dem in den 11 und 12 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht in der Ausbildung der Speicherkammern 21, 22, 23, 24. Innerhalb des Trägerkörpers 2 ist ein zylinderförmiger Innenkörper 8 angeordnet, dessen Zylinderachse mit der Zylinderachse des Trägerkörpers 2 zusammenfällt. Die Speicherkammern 21, 22, 23, 24 werden in diesem Ausführungsbeispiel von Zwischenräumen zwischen dem Trägerkörper 2 und dem Innenkörper 8 gebildet, die voneinander durch ringförmige Trennscheiben 5 voneinander getrennt sind. Abgesehen davon ist die Wicklungsanordnung A analog zu dem in den 11 und 12 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet. 13 zeigt einen Querschnitt, dessen Schnittebene durch eine erste Speicher-kammer 21 verläuft. 14 zeigt einen Querschnitt, dessen Schnittebene durch eine der ersten Speicherkammer 21 benachbarte zweite Speicherkammer 22 verläuft. The 13 and 14 each show a cross section in a yz plane through a winding arrangement A according to a further embodiment. Like that in the 11 and 12 illustrated embodiment also has this embodiment no third connection channels 53 on. The difference to that in the 11 and 12 illustrated embodiment consists in the formation of the storage chambers 21 . 22 . 23 . 24 , Inside the carrier body 2 is a cylindrical inner body 8th arranged, the cylinder axis with the cylinder axis of the carrier body 2 coincides. The storage chambers 21 . 22 . 23 . 24 be in this embodiment of spaces between the carrier body 2 and the inner body 8th formed from each other by annular cutting discs 5 are separated from each other. Apart from that, the winding arrangement A is analogous to that in the 11 and 12 illustrated embodiment formed. 13 shows a cross section whose sectional plane through a first storage chamber 21 runs. 14 shows a cross section, the sectional plane through one of the first storage chamber 21 adjacent second storage chamber 22 runs.

Bei dem in den 13 und 14 dargestellten Ausführungsbeispiel eignen sich als Trägerkörper 2 und/oder Innenkörper 8 beispielsweise elektrische Barriereanordnungen zur Hochspannungsisolation. Dieses Ausführungsbeispiel kann insbesondere vorteilhaft als Wicklungsanordnung für Fahrzeugtransformatoren verwendet werden. Wenn hochspannungstechnisch nur eine Hochspannungsbarriere erforderlich ist, kann als Innenkörper 8 beispielsweise vorteilhaft der Kern eines Transformators genutzt werden. In the in the 13 and 14 illustrated embodiment are suitable as a carrier body 2 and / or inner body 8th For example, electrical barrier arrangements for high voltage insulation. This embodiment can be used particularly advantageously as a winding arrangement for vehicle transformers. If high-voltage only a high-voltage barrier is required, as the inner body 8th for example, advantageously the core of a transformer can be used.

In allen beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ein Außenbereich um die Kühlkanäle 40 und Spulenwicklungen 1 herum ebenfalls als mit Kühlmittel befüllbarer und mit den Kühlkanälen 40 verbundener Bereich des Kühlkanalsystems ausgebildet sein. In all described embodiments, an outer area around the cooling channels 40 and coil windings 1 around also as fillable with coolant and with the cooling channels 40 be formed connected area of the cooling channel system.

Obwohl die Erfindung im Detail durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by way of a preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Winding arrangement (A) having at least one coil winding wound around an x-axis extending in an x-direction ( 1 ) and a cooling channel system for receiving a coolant for cooling the coil winding ( 1 ), between windings of the coil winding ( 1 ) Cooling channels ( 40 ) of the cooling channel system are arranged and the cooling channel system is designed such that, with suitable alignment of the winding arrangement (A) in the earth's gravity field and filling of the cooling channel system with the coolant, a heating of the coil winding generated by a current flow ( 1 ) a convection flow of the coolant through all the cooling channels ( 40 ) causes the cooling channel system.

Winding arrangement (A) according to claim 1, characterized in that the cooling channels ( 40 ) on a carrier body ( 2 ) are arranged, the cooling channel system at least one in the interior of the carrier body ( 2 ) arranged storage chamber ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) and each storage chamber ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) via connection channels ( 51 . 52 . 53 ) with cooling channels ( 40 ) connected is.

Winding arrangement (A) according to claim 2, characterized in that each coil winding ( 1 ) and the cooling channels ( 40 ) on an outer side of the carrier body ( 2 ) are arranged.

Winding arrangement (A) according to claim 2 or 3, characterized in that of each storage chamber ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) at least one first connection channel ( 51 ) which extends at least approximately in a z-direction orthogonal to the x-direction, and at least one second connection channel ( 52 ) extending at least approximately orthogonal to the z-direction and the x-direction.

Winding arrangement (A) according to claim 4, characterized in that first and second connection channels ( 51 . 52 ) in the x-direction extending third connection channels ( 53 ) with cooling channels ( 40 ) are connected.

Winding arrangement (A) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the cooling channel system at least two storage chambers ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) and the storage chambers ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) are arranged one behind the other along the x-direction.

Winding arrangement (A) according to claim 6, characterized in that the of adjacent storage chambers ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) outgoing first and second connection channels ( 51 . 52 ) are offset from one another.

Winding arrangement (A) according to one of claims 2 to 7, characterized in that the carrier body ( 2 ) Is formed cylindrical with a cylinder axis extending in the x-direction.

Winding arrangement (A) according to claim 8, characterized in that the carrier body ( 2 ) comprises a plurality of hollow cylinder segments whose cavities each have a storage chamber ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) and by cutting discs ( 5 ) are separated from each other and that of the storage chambers ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) outgoing first and second connection channels ( 51 . 52 ) Are openings in the hollow cylinder walls of the hollow cylinder segments.

Winding arrangement (A) according to one of claims 2 to 9, characterized in that within the carrier body ( 2 ) an inner body ( 8th ) and the storage chambers ( 20 . 21 . 22 . 23 . 24 ) separated by separating discs between spaces between the carrier body ( 2 ) and the inner body ( 8th ) are.

Winding arrangement (A) according to claim 10, characterized in that the inner body ( 8th ) is cylindrical.