DE102014215148A1

DE102014215148A1 - Heat transfer device, as well as including the same formed winding module

Info

Publication number: DE102014215148A1
Application number: DE102014215148.1A
Authority: DE
Inventors: Pierre-Yves Berthelemy; Dominik Ströhle; Dominik Hans
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2015-02-19
Also published as: DE112014003748A5; WO2015021977A3; WO2015021977A2

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf eine Wärmetransfereinrichtung zur Bewerkstelligung eines Wärmeabgriffs aus einem durch eine elektrische Wicklung gebildeten Wicklungsbereich, mit einem Kühlkörper der sich in verbautem Zustand entlang des Wicklungsbereiches erstreckt und der eine, einen Rohrquerschnitt definierende Rohrwandung aufweist, wobei der Kühlkörper zudem wenigstens eine Stegwandung umfasst, die an die Rohrwandung des Kühlkörpers angebunden ist und von der Rohrwandung nach außen derart abragt, dass die Stegwandung in verbautem Zustand in den von der Wicklung eingenommenen Raumbereich hinein eintaucht, oder sich entlang des Wicklungsbereiches erstreckt, zur Aufnahme eines Wärmestromes aus dem Wicklungsbereich und zur Leitung des Wärmestromes zu der Rohrwandung.The invention is directed to a heat transfer device for effecting a heat tapping from a winding region formed by an electrical winding, with a heat sink which extends in the installed state along the winding region and which has a pipe wall defining a pipe cross section, wherein the heat sink also comprises at least one web wall , which is connected to the pipe wall of the heat sink and protrudes from the pipe wall to the outside such that the web wall dipped in the installed state in the area occupied by the winding space area, or extends along the winding area, for receiving a heat flow from the winding area and Conduction of the heat flow to the pipe wall.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Wärmetransfereinrichtung zur Bewerkstelligung des Abgriffs von Abwärme aus dem Bereich einer Wicklung, insbesondere einer Rotor- oder Statorwicklung eines Elektromotors oder Generators. Weiterhin richtet sich die Erfindung auch auf ein unter Einschluss jener Wärmetransfereinrichtung gebildetes Wicklungsmodul, das als solches bei der Fertigung eines Elektromotors/Generators als vorgefertigte Baugruppe in den Rotor oder den Stator eingebunden werden kann.The invention is directed to a heat transfer device for effecting the tap of waste heat from the region of a winding, in particular a rotor or stator winding of an electric motor or generator. Furthermore, the invention is also directed to a winding module formed with the inclusion of that heat transfer device, which as such can be integrated into the rotor or the stator as a prefabricated assembly during the production of an electric motor / generator.

Wie allgemein bekannt wird im Bereich einer zur Generierung eines Magnetfeldes vorgesehenen Wicklung infolge des elektrischen Widerstands des Wicklungsdrahtes, sowie aufgrund von Wirbelstrominduktionen in einen die Wicklung tragenden Anker, Abwärme freigesetzt. Diese Abwärme wird insbesondere bei Elektromotoren überwiegend durch einen Luftstrom abgeführt der als solcher möglichst nahe an der Wicklung oder zumindest an dem die Wicklung tragenden Anker vorbeigeführt wird. Neben diesem Ansatz ist es auch bekannt, in die Wicklung eine Kühlleitung einzubinden die von einem Kühlmedium durchströmt wird und hierbei Wärme aus dem Bereich der Wicklung ableiten kann. Weiterhin ist es bekannt, die Wicklung selbst durch ein Rohrmaterial zu bilden das dann von einem Kühlmedium durchströmt werden kann.As is generally known, waste heat is released in the region of a winding provided for generating a magnetic field as a result of the electrical resistance of the winding wire, as well as due to eddy current inductions in an armature carrying the winding. This waste heat is dissipated in particular in electric motors predominantly by an air flow as such as close as possible to the winding or at least on the winding carrying the armature is passed. In addition to this approach, it is also known to incorporate into the winding a cooling line which is flowed through by a cooling medium and in this case can dissipate heat from the region of the winding. Furthermore, it is known to form the winding itself by a pipe material which can then be flowed through by a cooling medium.

Aus EP 2 182 570 A1 ist eine Wärmetransfereinrichtung für eine Wicklung bekannt, die eine Rohrschleife umfasst, die sich in einem Zwischenraum zwischen einem Wicklungsnutboden eines Ankers und einer in der Wicklungsnut sitzenden Wicklung erstreckt. Durch diese Rohrschleife wird ein Kühlmedium geführt.Out EP 2 182 570 A1 For example, there is known a heat transfer device for a winding comprising a pipe loop extending in a gap between a winding groove bottom of an armature and a winding seated in the winding groove. Through this pipe loop a cooling medium is passed.

Aus US 7,514,826 B2 ist ebenfalls eine Wärmetransfereinrichtung zur Ableitung der im Bereich einer Wicklung anfallenden Abwärme bekannt. Die Wärmetransfereinrichtung umfasst eine Rohrschleife die gemeinsam mit der zu kühlenden Wicklung in einen Harzkörper eingegossen ist. Der Harzkörper, sowie die darin aufgenommene Wicklung und die Rohrschleife bilden ein innen gekühltes Wicklungsmodul.Out US 7,514,826 B2 A heat transfer device for discharging the waste heat occurring in the region of a winding is also known. The heat transfer device comprises a pipe loop which is cast together with the winding to be cooled in a resin body. The resin body, as well as the winding received therein and the pipe loop form an internally cooled winding module.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetransfereinrichtung für eine Wicklungsanordnung zu schaffen, die unter fertigungstechnischen und montagetechnischen Gesichtspunkten Vorteile bietet und sich durch ein hohes und hinsichtlich der Temperaturverteilung innerhalb der Wicklung vorteilhaftes Wärmetransfervermögen auszeichnet.The invention has for its object to provide a heat transfer device for a winding assembly, which offers advantages in manufacturing and assembly technical aspects and is characterized by a high and advantageous in terms of temperature distribution within the winding heat transfer capacity.

Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wärmetransfereinrichtung zur Bewerkstelligung eines Wärmeabgriffs aus einem durch eine elektrische Wicklung gebildeten Wicklungsbereich, mit:

– einem Kühlkörper der sich in verbautem Zustand entlang des Wicklungsbereiches erstreckt und eine Rohrwandung aufweist die einen zum Durchtritt eines Kühlmediums vorgesehenen Rohrquerschnitt definiert, wobei der Kühlkörper zudem eine Stegwandung umfasst, die an die Rohrwandung des Kühlkörpers angebunden ist und von der Rohrwandung nach außen derart abragt, dass die Stegwandung in verbautem Zustand in den von der Wicklung eingenommenen Raumbereich hinein eintaucht, oder sich entlang des Wicklungsbereiches erstreckt, zur Aufnahme eines Wärmestromes aus dem Wicklungsbereich und zur Leitung des Wärmestromes zu der Rohrwandung.

The above-mentioned object is achieved according to the invention by a heat transfer device for effecting a heat removal from a winding region formed by an electrical winding, with:

- A heat sink which extends in the installed state along the winding region and a pipe wall which defines a passage for a cooling medium pipe cross-section, the heat sink also comprises a web wall which is connected to the pipe wall of the heat sink and protrudes from the pipe wall to the outside in that, when installed, the web wall dips into the space area occupied by the winding, or extends along the winding area, for receiving a heat flow from the winding area and for conducting the heat flow to the pipe wall.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine hocheffiziente Kühlung der Wicklung innerhalb einer Ankernut und insbesondere innerhalb des hier typischerweise vorgesehenen Isolierpapiers vorzunehmen, so dass der Abgriff des Wärmestroms aus der Wicklung unter einem gegenüber bisherigen Konzepten deutlich reduzierten thermischen Widerstand erfolgt.This makes it possible in an advantageous manner to carry out a highly efficient cooling of the winding within an anchor groove and in particular within the typically provided here insulating paper, so that the tapping of the heat flow from the winding takes place under a significantly reduced thermal resistance compared to previous concepts.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmetransfereinrichtung derart ausgebildet, dass die Stegwandung stromtragend ist. Bei dieser Ausgestaltung ist vorzugsweise der Kühlkörper in seinem Innenbereich mit einer elektrisch isolierenden Lage ausgestattet, die als solche den Kühlkörper gegenüber dem durch dessen Innenquerschnitt strömenden Kühlmedium elektrisch isoliert. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the heat transfer device is designed such that the web wall is current-carrying. In this embodiment, the heat sink is preferably equipped in its inner region with an electrically insulating layer, which as such, the heat sink electrically insulated from the flowing through the inner cross-section cooling medium.

Weiterhin ist es in vorteilhafter Weise möglich, den Kühlkörper in seinem Außenbereich mit einer elektrisch isolierenden Lage zu versehen. Diese isolierende Lager kann als Eloxal- oder anderweitige durch chemische Behandlung des Rohrmaterial gebildete Schicht insbesondere AL2O3-Schicht gefertigt werden. Diese chemisch gebildete Schicht kann dann zusätzlich noch mit einer anderweitigen isolierenden Beschichtung, insbesondere einem isolierenden duroplastischen Lack überzogen werden. Die isolierende Schicht kann auf jene Furthermore, it is advantageously possible to provide the heat sink in its outer region with an electrically insulating layer. These insulating bearings can be manufactured as anodized or otherwise formed by chemical treatment of the pipe material layer, in particular AL2O3 layer. This chemically formed layer can then additionally be coated with an otherwise insulating coating, in particular an insulating thermosetting lacquer. The insulating layer can on those

Wandungsabschnitte beschränkt werden, welche sich in enger Nachbarschaft zu der zu kühlenden Wicklung oder der Nutwandung des Ankers erstrecken.Wall sections are limited, which extend in close proximity to the winding to be cooled or the groove wall of the armature.

Insgesamt wird die erfindungsgemäße Wärmetransfereinrichtung vorzugsweise so gestaltet, dass die Stegwandung derart ausgerichtet ist, dass diese im wesentlichen parallel zur N/S-Achse des Wicklungsbereiches verläuft. Hierdurch wird erreicht, dass die Feldlinien des durch die Wicklung generierten Feldes im wesentlichen parallel zur Stegwandung verlaufen und in diese Stegwandung damit allenfalls geringe Wirbelströme induziert werden. Overall, the heat transfer device according to the invention is preferably designed so that the web wall is oriented such that it runs substantially parallel to the N / S axis of the winding region. This ensures that the field lines of the field generated by the winding substantially parallel to the web wall run and thus at most low eddy currents are induced in this web wall.

Das Kühlelement ist vorzugsweise so dimensioniert, dass die in Richtung der N/S-Achse gemessene Höhe der Stegwandung gleich oder größer ist, als die quer zur N/S-Achse gemessene Breite der Wicklung. Hierdurch wird es möglich, den Flächenanteil der Rohrwandung welche z. T. senkrecht von den Feldlinien der Wicklung durchquert wird zu reduzieren. Die quer zur N/S-Achse gemessene Breite des Rohrquerschnitts ist dabei vorzugsweise so abgestimmt, dass diese in etwa der ebenfalls quer zur N/S-Achse gemessenen Breite (b) der Wicklung entspricht.The cooling element is preferably dimensioned such that the height of the web wall measured in the direction of the N / S axis is equal to or greater than the width of the winding measured transversely to the N / S axis. This makes it possible, the area ratio of the pipe wall which z. T. is traversed vertically by the field lines of the winding to reduce. The width of the tube cross section measured transversely to the N / S axis is preferably adjusted so that it corresponds approximately to the width (b) of the winding, which is also measured transversely to the N / S axis.

Der Kühlkörper ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so gestaltet, dass dieser in der Draufsicht, also aus Richtung der Wicklungsachse eine U-förmige Struktur bildet die einen ersten Kühlschenkel, einen Umlenkabschnitt und einen zweiten Kühlschenkel aufweist. Die beiden Kühlschenkel sind vorzugsweise in ihrem dem Umlenkabschnitt abgewandten Endbereich jeweils mit einem Anschlussabschnitt ausgestattet, zur Anbindung des Rohrinnenraumes an ein Fluidführungsorgan. The heat sink is designed according to a particularly preferred embodiment of the invention so that it in the plan view, ie from the direction of the winding axis forms a U-shaped structure having a first cooling leg, a deflection section and a second cooling leg. The two cooling limbs are preferably equipped in each case in their end region facing away from the deflection section with a connection section for connecting the interior of the tube to a fluid guidance element.

Weiterhin ist der Kühlkörper vorzugsweise so gestaltet, dass die Rohrseele einen unrunden Querschnitt aufweist. Der Kühlkörper ist vorzugsweise aus einem duktilen Werkstoff mit hohem Wärmeleitvermögen und geringer Permeabilität gefertigt. Insbesondere ist der Kühlkörper aus einem Kupfer-, Messing-, oder Aluminiummaterial gefertigt. Der Kühlkörper ist gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als Strangpressprofil gefertigt ist. Dieses Strangpressprofil wird in vorteilhafter Weise presstechnisch, schneidtechnisch und/oder spanabhebend überarbeitet und einer Biegeumformung unterzogen. Im Rahmen der Biegeumformung kann der Innenraum mit einem Druckmedium beaufschlagt werden, so dass sich im Rahmen der Biegumformung, insbesondere im Rahmen der Herbeiführung der U-förmigen Gestalt keine ungünstigen Querschnittsverengungen in der Biegezone ergeben. Furthermore, the heat sink is preferably designed so that the tube core has a non-circular cross-section. The heat sink is preferably made of a ductile material with high thermal conductivity and low permeability. In particular, the heat sink is made of a copper, brass, or aluminum material. The heat sink is preferably made according to a particular aspect of the present invention as an extruded profile. This extruded profile is advantageously overdosed prescreening, cutting technology and / or machined and subjected to a bending deformation. In the context of bending deformation of the interior can be acted upon with a pressure medium, so that there are no unfavorable cross-sectional constrictions in the bending zone in the context of bending deformation, especially in the context of bringing about the U-shaped configuration.

Insbesondere an der Stegwandung können Ausklinkungen, Ausschnitte, oder Aussparungen ausgebildet werden, so dass beispielsweise im Bereich der Biegezone oder der Anschlussendabschnitte der Schenkel die Rohrwandung von der Stegwandung befreit ist. Notches, cutouts or recesses may be formed in particular on the web wall so that, for example, in the region of the bending zone or the terminal end sections of the legs, the pipe wall is freed from the web wall.

An der erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung können auf umformtechnischem Wege, insbesondere unter Rückgriffnahme auf Zonen der Stegwandung Fixiermittel ausgebildet werden, die als solche eine Fixierung des Kühlelements in einem Anker ermöglichen. Über entsprechende Abschnitte der Stegwandung können auch Anschlusszungen realisiert werden, die eine elektrische Kontaktierung der Wärmetransfereinrichtung und eine Einbindung in einen Stromkreis ermöglichen.At the heat transfer device according to the invention fixing means can be formed on Umformtechnischem ways, in particular taking recourse to zones of the web wall, which allow as such a fixation of the cooling element in an anchor. By means of corresponding sections of the web wall it is also possible to realize connection tongues which enable an electrical contacting of the heat transfer device and an integration into a circuit.

Die erfindungsgemäße Wärmetransfereinrichtung bildet eine von einem Kühlmedium, z.B. Wasser, Glykol, oder Gas durchströmte "Lanze" oder "U-Rohr" das sowohl der Kühlung, dem el. Stromfluss, ggf. der Wicklungsverschaltung, und ggf. als Unterbaugruppenträger dient, und sich direkt in der Nut eines Ankers, Rotors oder Stators befindet oder in diese einsetzen lässt.The heat transfer device according to the invention forms one of a cooling medium, e.g. Water, glycol, or gas flowed through "lance" or "U-tube" which serves both the cooling, el. Current flow, possibly the winding interconnection, and possibly as a sub-carrier, and directly in the groove of an armature, rotor or stator is or can be inserted into this.

Das erfindungsgemäße Kühlelement besitzt einen Strömungsraum, durch den Kühlmedium gefördert wird, und einen Wandanteil der stromtragend ist, und besonders vorteilhaft einen Kragen, der wärmestromtragend ist. Die Höhe des Kragens ist besonders vorteilhaft etwa gleich oder größer als die Breite des Kühlelements. Das Kühlelement ist innen und/oder außen elektrisch isoliert (z.B. mit 0.03–0.3mm dick, durch Tauchen in Lack, ggf. als Mehrschichtsystem mit Haftvermittlern, Diffusionsbarrieren, und/oder Oxid/Passivierschicht. Das Kühlelement besitzt bevorzugt an den Enden ein Kontaktiermittel, z.B. einen Schlitz in den eine Wicklungslitze eingelegt und kontaktiert wird, oder ein Fähnchen, auf/um das herum elektrisch kontaktiert werden kann (z.B. durch Krimpen, Reibschweißen, Löten etc.). Das Kühlelement weist vorzugsweise Knicke oder Formmerkmale (z.B. U-Form, Profil mit Schnappnasen) auf, durch die eine Positionierung beim Montieren im Elektromotor bewirkt wird. Das Kühlelement weist Öffnungen zum Zu- und Abfluss von Kühlmedium auf, so dass mehrere Kühlelemente hydrodynamisch mit einem Verteiler und Sammler (seriell oder parallel) verbunden werden können. The cooling element according to the invention has a flow space, is conveyed through the cooling medium, and a wall portion of the current-carrying, and particularly advantageous a collar which is heat-carrying. The height of the collar is particularly advantageous about equal to or greater than the width of the cooling element. The cooling element is electrically insulated on the inside and / or outside (eg with 0.03-0.3 mm thick, by dipping in paint, possibly as a multilayer system with adhesion promoters, diffusion barriers, and / or oxide / passivation layer.) The cooling element preferably has a contacting agent at the ends. For example, a slot in which a winding strand is inserted and contacted, or a flag can be electrically contacted on / around it (eg, by crimping, friction welding, soldering, etc.) The cooling element preferably has kinks or shape features (eg U-shape, The cooling element has openings for inflow and outflow of cooling medium so that several cooling elements can be hydrodynamically connected to a manifold and manifold (serial or parallel).

Das Kühlelement und die Zahnform des Blechpaketes sind weiterhin vorzugsweise durch Verrundungen und/oder Freischnitte so angepasst, dass wenige magnetische Feldlinien das Kühlelement kreuzen. D.h. die Randflächen des Kühlelements werden den Feldlinien zumindest örtlich in der Form tangential angeglichen. Dadurch entstehen weniger Wirbelstromverluste bei Hochfrequenzbetrieb (d.h. hohen Drehzahlen). Die Konstruktion erlaubt eine optimierte Herstellung, indem das Kühlelement zunächst zusammen mit der Wicklung (und ggf. Papier- oder Lackisolation) eine Unterbaugruppe bildet. Bezogen auf den Gesamtmotor kann der Kühlmantel entfallen, was eine Ersparnis an Bauraum, Gewicht, Kosten und Anforderungen bewirkt (z.B. kann eine kostenintensive, momententragende Passung am Kühlmantel entfallen).The cooling element and the tooth shape of the laminated core are further preferably adapted by rounding and / or cut-outs so that a few magnetic field lines intersect the cooling element. That the edge surfaces of the cooling element are aligned tangentially to the field lines at least locally in the form. This results in less eddy current losses during high frequency operation (i.e., high speeds). The design allows optimized production by the cooling element initially forms a subassembly together with the winding (and possibly paper or paint insulation). Based on the overall engine, the cooling jacket can be omitted, resulting in savings in installation space, weight, costs and requirements (for example, a costly, torque-bearing fit on the cooling jacket can be omitted).

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings.

Es zeigen: Show it:

1 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer in einen Stator eingebundenen erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung zur Kühlung einer aus Litzengängen gefertigten Wicklung; 1 a simplified cross-sectional view for illustrating the structure of an integrated into a stator heat transfer device according to the invention for cooling a made of stranded windings winding;

2 eine weitere Querschnittsdarstellung wiederum zur Veranschaulichung des Aufbaus einer in einen Stator eingebundenen erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung zur Kühlung einer aus isolierten Flachleitern gefertigten Wicklung; 2 a further cross-sectional view again to illustrate the structure of an integrated into a stator heat transfer device according to the invention for cooling a made of insulated flat conductors winding;

3 eine dritte Querschnittsdarstellung wiederum zur Veranschaulichung einer in einen Stator eingebundenen erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung zur Kühlung einer aus isolierten Flachleitern gefertigten Wicklung, wobei die Flachquerschnitte so ausgerichtet sind, das sich die längeren Seiten in N/S-Richtung erstrecken; 3 a third cross-sectional view in turn to illustrate an integrated into a stator heat transfer device according to the invention for cooling a made of insulated flat conductors winding, wherein the flat cross-sections are aligned so that the longer sides in N / S direction extend;

4 eine vierte Querschnittsdarstellung wiederum zur Veranschaulichung einer in einen Stator eingebundenen erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung zur Kühlung einer aus isolierten Flachleitern gefertigten Wicklung, wobei die Flachquerschnitte so ausgerichtet sind, das sich die Flachseiten im wesentlichen quer zur N/S-Richtung und dabei zu dieser um etwa 10° bis 30° geneigt erstrecken; 4 a fourth cross-sectional view again to illustrate a incorporated in a stator heat transfer device according to the invention for cooling a made of insulated flat conductors winding, wherein the flat cross-sections are aligned so that the flat sides substantially transverse to the N / S direction and thereby to this by about 10 ° extend inclined to 30 °;

5 eine fünfte Querschnittsdarstellung zur Veranschaulichung des Wärmestroms bei einer erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung zur Kühlung einer in einem Stator sitzenden Wicklung; 5 a fifth cross-sectional view illustrating the heat flow in a heat transfer device according to the invention for cooling a winding sitting in a stator winding;

6a bis 6f eine Serie unterschiedlicher Varianten des Kühlkörpers einer erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung; 6a to 6f a series of different variants of the heat sink of a heat transfer device according to the invention;

7 eine perspektivische Darstellung des zu einer U-förmigen Schleife gebogenen Kühlkörpers einer erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung; 7 a perspective view of the bent to a U-shaped loop heat sink of a heat transfer device according to the invention;

8 eine perspektivische Darstellung einer unter Einschluss des Kühlkörpers nach 7 gefertigten Wicklungsmoduls mit integriertem Kühlkanal; 8th a perspective view of an inclusion of the heat sink after 7 manufactured winding module with integrated cooling channel;

9 eine Querschnittsdarstellung zur Erläuterung bevorzugter Dimensionierungsverhältnisse; 9 a cross-sectional view for explaining preferred dimensioning ratios;

10 eine Querschnittsdarstellung zur Veranschaulichung des Feldlinienverlaufes bei einer durch eine erfindungsgemäße Wärmetransfereinrichtung gekühlten, in einem Stator sitzenden Wicklung; 10 a cross-sectional view for illustrating the field line course in a cooled by a heat transfer device according to the invention, sitting in a stator winding;

11a eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Einbauzustandes einer erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung in einem Stator; 11a a perspective view for illustrating the installation state of a heat transfer device according to the invention in a stator;

11b eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Anschlusses einer erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung an einen Anschlussring mit zwei separaten Kühlkanälen; 11b a perspective view for illustrating the connection of a heat transfer device according to the invention to a connection ring with two separate cooling channels;

12 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung, nunmehr mit einem von schmalen Schlitzen durchsetzten Kühlkragen zur Reduktion von Wirbelstromverlusten. 12 a perspective view of another variant of the heat transfer device according to the invention, now with a penetrated by narrow slots cooling collar to reduce eddy current losses.

Die Darstellung nach 1 veranschaulicht in Form einer Querschnittsdarstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung 1. Diese Wärmetransfereinrichtung 1 dient der Bewerkstelligung eines Wärmeabgriffs aus einem durch eine elektrische Wicklung 2 gebildeten Wicklungsbereich 4. Die Wicklung 2 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus mehreren Wicklungen eines Wicklungsdrahtes 2a und sitzt in einer Wicklungsnut 3a in einem Stator 3. The representation after 1 illustrates in the form of a cross-sectional view of the structure of a heat transfer device according to the invention 1 , This heat transfer device 1 serves to accomplish a Wärmeabgriffs from a by an electrical winding 2 formed winding area 4 , The winding 2 consists in this embodiment of several windings of a winding wire 2a and sits in a winding groove 3a in a stator 3 ,

Die Wärmetransfereinrichtung 1 besteht aus einem Kühlkörper 5 der sich in verbautem Zustand entlang des Wicklungsbereiches 4 erstreckt und der eine Rohrseele 6 und eine diese umgreifende Rohrwandung 7 aufweist. Erfindungsgemäß umfasst der Kühlkörper 5 eine Stegwandung 8, die einstückig mit der die Rohrseele 6 umgreifenden Rohrwandung 7 des Kühlkörpers 5 ausgebildet ist und von der Rohrwandung 7 nach außen derart abragt, dass die Stegwandung 8 in verbautem Zustand in den von der Wicklung 2 eingenommenen Raumbereich hinein eintaucht, – oder wie hier gezeigt – sich entlang des Wicklungsbereiches 4 erstreckt, zur Aufnahme eines Wärmestromes aus dem Wicklungsbereich 4 und zur Leitung des Wärmestromes zu der Rohrwandung 7. The heat transfer device 1 consists of a heat sink 5 in the installed state along the winding area 4 extends and a tube core 6 and a pipe wall embracing this 7 having. According to the invention, the heat sink comprises 5 a bridge wall 8th that is integral with the tube core 6 encompassing pipe wall 7 of the heat sink 5 is formed and from the pipe wall 7 protrudes outwards in such a way that the web wall 8th in installed condition in the of the winding 2 immersed space area immersed in - or as shown here - along the winding area 4 extends, for receiving a heat flow from the winding area 4 and for directing the heat flow to the pipe wall 7 ,

Die Stegwandung 8 ist stromtragend und zudem derart ausgerichtet, dass diese im wesentlichen parallel zur N/S-Achse des bei Spannungsbeaufschlagung des Wicklungsdrahtes 2a durch den Wicklungsbereich 4 generierten magnetischen Feldes verläuft. Die in Richtung der N/S-Achse gemessene Höhe der Stegwandung ist bei diesem Ausführungsbeispiel größer als die quer zur N/S-Achse gemessene Breite der Wicklung. Die quer zur N/S-Achse gemessene Breite des Rohrinnenquerschnitts entspricht in etwa der ebenfalls quer zur N/S-Achse gemessenen Breite der Wicklung abzüglich der Wanddicke der Stegwandung 8.The bridge wall 8th is current carrying and also aligned so that these are substantially parallel to the N / S axis of the voltage applied to the winding wire 2a through the winding area 4 generated magnetic field passes. The height of the web wall measured in the direction of the N / S axis is greater in this embodiment than the width of the winding measured transversely to the N / S axis. The width of the tube inner cross section, measured transversely to the N / S axis, corresponds approximately to the width of the winding, also measured transversely to the N / S axis, minus the wall thickness of the web wall 8th ,

Obgleich in dieser Darstellung nicht näher erkennbar, ist der Kühlkörper 5 in seinem Außenbereich mit einer elektrisch isolierenden Lage versehen, die als solche die zu kühlende Wicklung 2 gegenüber dem Kühlkörper 5 elektrisch isoliert. Die Rohrseele 6 hat einen unrunden Querschnitt und ist dabei quer zur N/S-Achse gemessen etwas breiter als in Richtung der N/S-Achse. Konkret ist die Breite der Rohrseele quer zur N/S-Achse hier etwa doppelt so groß wie die in Richtung der N/S-Achse gemessene Tiefe der Rohrseele 6. Der Kühlkörper 5 ist als Strangpressprofil gefertigt.Although not obvious in this illustration, the heat sink is 5 provided in its outer region with an electrically insulating layer, as such, the winding to be cooled 2 opposite the heat sink 5 electrically isolated. The tube soul 6 has a non-circular cross-section and is measured across the N / S axis slightly wider than in the direction of the N / S axis. Specifically, the width of the tube core transverse to the N / S axis here is about twice as large as the depth of the tube core measured in the direction of the N / S axis 6 , The heat sink 5 is manufactured as an extruded profile.

Die Wicklung 2 sitzt in einer in dem Stator 3 gebildeten Nut 3a. Zwischen der Nutwandung und der Wicklung 2, sowie zwischen der Nutwandung und dem Kühlkörper 5 ist eine Isolierpapierlage 9 eingefügt. Der Wärmeabgriff durch die erfindungsgemäße Wärmetransfereinrichtung 1 erfolgt damit innerhalb der Isolierpapierlage 9.The winding 2 sits in one in the stator 3 formed groove 3a , Between the groove wall and the winding 2 , as well as between the groove wall and the heat sink 5 is an insulating paper layer 9 inserted. The heat removal by the heat transfer device according to the invention 1 takes place within the insulating paper layer 9 ,

Für das Ausführungsbeispiel nach 2 gelten die vorangegangenen Ausführungen sinngemäß. Der Hauptunterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 besteht in der Gestaltung der Wicklung 2, die hier aus einem zu einer Wicklung gewundenen isolierten Flachleiter 2b gefertigt ist. Der Flachleiter 2b ist hier derart ausgerichtet gewickelt, dass die Flachseiten 2c des Flachleiters 2b im wesentlichen parallel zu einer zur N/S-Achse radialen Ebene E1 bzw. im wesentlichen parallel zum Nutboden 3b der Nut 3a ausgerichtet sind. Diese Anordnung ergibt eine mechanisch hochfeste Wicklung 2 mit einem hohen Wicklungsfüllungsgrad, sowie eine gute thermische Koppelung der Wicklung 2 mit der Wärmetransfereinrichtung 1 und zwar sowohl im Auflagebereich der Wicklung 2 auf der Rohrwandung 5, als auch im Anlagebereich der Wicklung 2 an der Stegwandung 8. Die Flachleiter 2b sind auch hier als außenseitig isolierte Leiter ausgebildet und gegenüber der Rohrwandung 5 und der Stegwandung 8 elektrisch isoliert. Die aus der Wärmetransfereinrichtung 1 und der Wicklung 2 gebildete Einheit ist unter Zwischenlage von Isolierpapier 9 in die Nut 3a des Stators 3 eingesetzt.For the embodiment according to 2 the previous statements apply mutatis mutandis. The main difference to the embodiment according to 1 consists in the design of the winding 2 here from an insulated flat conductor wound into a winding 2 B is made. The flat conductor 2 B here is wrapped so aligned that the flat sides 2c of the flat conductor 2 B essentially parallel to a plane E1 radial to the N / S axis or substantially parallel to the groove bottom 3b the groove 3a are aligned. This arrangement results in a mechanically high-strength winding 2 with a high degree of winding fill, as well as a good thermal coupling of the winding 2 with the heat transfer device 1 both in the contact area of the winding 2 on the pipe wall 5 , as well as in the investment area of the winding 2 at the bridge wall 8th , The flat conductor 2 B are also formed here as outside insulated conductors and opposite the pipe wall 5 and the wall 8th electrically isolated. The from the heat transfer device 1 and the winding 2 formed unit is under liner of insulating paper 9 in the groove 3a of the stator 3 used.

In 3 ist eine weitere Variante einer unter Einschluss einer erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung 1 gebildeten Statorwicklung dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wicklung 2 aus Flachleitern 2b gebildet die so ausgerichtet angeordnet sind, dass deren Flachseiten 2c (d.h. die Seiten mit der quer zur Leitererstreckung größeren Breite) im wesentlichen parallel zur N/S-Achse, bzw. parallel zur Stegwandung 8 ausgerichtet sind. Diese Anordnung ergibt einen hohen Füllgrad, eine hochsteife Wicklung 2, sowie einen geringen elektrischen Widerstand der Wicklung 2. Für die Querschnittsgestaltung der Wärmetransfereinrichtung 1 gelten die Ausführungen zu 1 sinngemäß.In 3 is a further variant of including a heat transfer device according to the invention 1 formed stator winding. In this embodiment, the winding is 2 made of flat conductors 2 B formed are arranged aligned so that their flat sides 2c (ie, the sides with the width greater than the width of the conductor) substantially parallel to the N / S axis, or parallel to the web wall 8th are aligned. This arrangement results in a high degree of filling, a high-stiffness winding 2 , as well as a low electrical resistance of the winding 2 , For the cross-sectional design of the heat transfer device 1 the comments apply to 1 analogous.

In 4 ist eine vierte Variante einer unter Einschluss einer erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung 1 gebildeten Statorwicklung dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wicklung 2 aus Flachleitern 2b gebildet die so ausgerichtet angeordnet sind, dass deren Flachseiten 2c (d.h. die Seiten mit der quer zur Leitererstreckung größeren Breite) zu einer zur N/S-Achse radial ausgerichteten Ebene E1 „schräg angestellt“ sind. Die Flachseiten 2c sind dabei so ausgerichtet, dass diese auch zur seitlichen Wandung 3c der Nut 3a geneigt verlaufen, wobei der Neigungswinkel gegenüber der Wandung 3c hier etwa 30° beträgt. Die Flachleiter 2b haben einen Parallelogrammquerschnitt der derart abgestimmt ist, dass die Schmalseiten 2d, 2e der Flachleiter 2b im wesentlichen parallel zu der Nutwandung 3c bzw. der der Innenfläche zugewandten Wärmeaufnahmefläche 8a der Stegwandung 8 ausgerichtet sind. Die Rohrwandung 5 ist so gestaltet, dass diese in ihrem der Wicklung 2 benachbarten Bereich parallel zu den geneigt ausgerichteten Flachseiten 2c der Flachleiter 2b verläuft und damit die erste Lage flächig (elektrisch isoliert) thermisch kontaktiert. Bei der Herstellung der hier gezeigten Wicklung kann diese zunächst an einem Formkern gewickelt und zur Herbeiführung der Schräglagen der Flachleiterquerschnitte gepresst werden. Die so gebildete Wicklung kann dann dem Formwerkzeug entnommen und leicht elastisch axial aufgezogen werden. In diesem Zustand kann dann die Wicklung ggf. nochmals einer Eloxalbehandlung zur Ausbildung einer isolierenden Oxydschicht unterzogen und zudem mit einer Lackschicht beschichtet werden. Die so zuverlässig isolierten Wicklungslagen können dann wieder leicht gestaucht werden, wobei bei dieser Stauchung keine für die Qualität der Isolierung kritischen Umformgrade erreicht werden. Die so gebildete Wicklung kann mit der erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung 1 zu einer Baugruppe vereinigt, insbesondere verklebt werden und dann unter Einlage von Isolierpapier 9 in die Nut 3a des Stators 3 eingesetzt werden.In 4 is a fourth variant of a including a heat transfer device according to the invention 1 formed stator winding. In this embodiment, the winding is 2 made of flat conductors 2 B formed are arranged aligned so that their flat sides 2c (ie, the sides with the width greater than the width of the conductor) to a N / S-axis radially oriented plane E1 "obliquely" are. The flat sides 2c are aligned so that they also to the side wall 3c the groove 3a inclined, with the angle of inclination to the wall 3c here is about 30 °. The flat conductor 2 B have a parallelogram cross-section which is tuned such that the narrow sides 2d . 2e the flat conductor 2 B substantially parallel to the groove wall 3c or the inner surface facing the heat receiving surface 8a the web wall 8th are aligned. The pipe wall 5 is designed so that this in their the winding 2 adjacent area parallel to the inclined aligned flat sides 2c the flat conductor 2 B runs and thus the first layer surface (electrically isolated) thermally contacted. In the production of the winding shown here, this can first be wound on a mandrel and pressed to bring about the inclinations of the flat conductor cross-sections. The winding thus formed can then be removed from the mold and slightly elastic axially raised. In this state, the winding can then optionally again subjected to an anodizing treatment to form an insulating oxide layer and also coated with a lacquer layer. The so reliably insulated winding layers can then be easily compressed again, with this compression no critical for the quality of insulation deformation levels can be achieved. The winding thus formed can with the heat transfer device according to the invention 1 combined to form an assembly, in particular glued and then with the inclusion of insulating paper 9 in the groove 3a of the stator 3 be used.

In 5 ist in Form einer Querschnittsskizze der Abgriff der Abwärme aus der Wicklung 2 durch die erfindungsgemäße Wärmetransfereinrichtung 1 veranschaulicht. Ein Teil der in der Wicklung 2 anfallenden Wärme wird direkt von der Rohrwandung 5 abgegriffen. Ein weiterer Teil der Abwärme wird durch die Stegwandung 8 aus dem Seitenbereich der Wicklung 2 abgegriffen und der Rohrwandung 5 zugeführt. Die Rohrwandung 5 wird innenseitig durch das durch die Rohrseele bzw. den Rohrinnenquerschnitt 6 geführte Kühlmedium gekühlt. Über die Rohrwandung 5 wird weiterhin auch der Stator 3 selbst gekühlt. Dieser gekühlte Stator 3 kann dabei selbst auf der der Stegwandung 8 abgewandten Seite einen Wärmstrom aus der Wicklung 2 abgreifen.In 5 is in the form of a cross-sectional sketch of the tap of the waste heat from the winding 2 by the heat transfer device according to the invention 1 illustrated. Part of the winding 2 accumulating heat is directly from the pipe wall 5 tapped. Another part of the waste heat is through the web wall 8th from the side area of the winding 2 tapped and the pipe wall 5 fed. The pipe wall 5 is on the inside by the through the pipe core or the pipe inner cross-section 6 cooled cooling medium cooled. Over the pipe wall 5 will continue to be the stator 3 even cooled. This cooled stator 3 can do it yourself on the web wall 8th side facing away from a heat flow from the winding 2 tap.

In den 6a bis 6f sind vorteilhafte Querschnittsvarianten der erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung dargestellt. In the 6a to 6f Advantageous cross-sectional variants of the heat transfer device according to the invention are shown.

Bei der Variante nach 6a ist die Stegwandung 8 derart an die Rohrwandung 5 angebunden, dass die Stegwandung 8 in den Mittenbereich einer zugeordneten Wicklung eintaucht. Die Rohrwandung 5 bildet einen Flachabschnitt 5a der ebenfalls dem Abgriff von Wärme aus der Wicklung dient. Der Querschnitt der Rohrwandung 5 ist so gestaltet, dass dessen quer zur Stegwandung 8 gemessene Breite größer ist als dessen in der Stegwandungsebene gemessene Höhe h. Die Rohrwandung 5 bildet einen Radiusabschnitt 5b der als solcher eine Verrundung der Innenkante einer Statornut ermöglicht und damit zu einer besseren Feldlinienführung führt. Im Innenbereich der Rohrwandung 5 ist im Bereich der Anbindungszone der Stegwandung 8 eine Innenrippe 5d ausgebildet, die den Wärmeübergang von der Stegwandung 8 auf das Kühlmedium noch weiter verbessert. In the variant after 6a is the bridge wall 8th so to the pipe wall 5 Tailored that the web wall 8th immersed in the center region of an associated winding. The pipe wall 5 forms a flat section 5a which also serves to tap heat from the winding. The cross section of the pipe wall 5 is designed so that its transverse to the web wall 8th measured width is greater than its measured height h in the web wall level. The pipe wall 5 forms a radius section 5b as such allows a rounding of the inner edge of a stator and thus leads to a better field line guidance. Inside the pipe wall 5 is in the area of the connection zone of the web wall 8th an inner rib 5d formed, which the heat transfer from the web wall 8th on the cooling medium even further improved.

In 6b ist der Querschnitt der bereits in Verbindung mit 4 beschriebenen Wärmetransfereinrichtung dargestellt. Die Rohrwandung 5 bildet eine zur flachen Anlage an der Wicklung vorgesehene Flachseite 5a sowie einen zur Optimierung der Feldlinienführung im Anker gerundet ausgeführten Wandungsabschnitt 5b. Insgesamt ist der Querschnitt der Rohrwandung 5 so gestaltet, dass dessen quer zur Stegwandung 8 gemessene Breite b größer ist als dessen in Stegrichtung gemessene Höhe h.In 6b is the cross section of already in conjunction with 4 described heat transfer device shown. The pipe wall 5 forms a plan flat to the winding on the flat side provided 5a and a wall section designed to optimize the field line guidance in the armature rounded 5b , Overall, the cross section of the pipe wall 5 designed so that its transverse to the web wall 8th measured width b is greater than its measured height h in the web direction.

In 6c ist eine Querschnittsgestaltung veranschaulicht bei welcher die Rohrwandung 5 einen Bauchabschnitt 5e aufweist der als solcher ein elastisches Einschnappen der Wärmetransfereinrichtung in eine entsprechende Komplementärgeometrie des Ankers/Stators ermöglicht. Die Stegwandung 8 dient hier dem seitlichen Wärmeabgriff aus einem Wicklungsbereich und bildet zudem eine Schutzwandung für den durch diese Stegwandung 8 abgedeckten Wicklungsbereich. Hinsichtlich der Verhältnisse der Höhe h und der Breite B des Rohrquerschnitts gelten die Ausführungen zu den 6a und 6b wiederum sinngemäß.In 6c is a cross-sectional design illustrates in which the pipe wall 5 a belly section 5e has as such an elastic snap the heat transfer device into a corresponding complementary geometry of the armature / stator allows. The bridge wall 8th serves here the lateral heat tap from a winding area and also forms a protective wall for through this web wall 8th covered winding area. With regard to the ratios of the height h and the width B of the pipe cross-section, the statements on the 6a and 6b again, mutatis mutandis.

In 6d ist eine Doppelkühlschenkel-Variante einer erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung 1 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind an die Rohrwandung 5 insgesamt zwei als Kühlschenkel fungierende Stegwandungen 81, 82 integral angebunden. Diese beiden Stegwandungen 81, 82 dienen dem Wärmeabgriff aus dem Seitenbereich eines in einem zwischen den Stegwandungen 81, 82 liegenden Wicklungsbereiches. Die Wicklung kann als Flachleiter, als Draht, oder als Litzenwicklung ausgeführt und in den zwischen den Stegwandungen 81, 82 liegenden Bereich eingesetzt und dann gemeinsam mit der Wärmetransfereinrichtung 1 montiert werden. Die Rohrwandung 5 ist hinsichtlich ihres Querschnitts so gestaltet, dass sich wiederum eine größere Breite als Höhe ergibt.In 6d is a Doppelkühlschenkel variant of a heat transfer device according to the invention 1 shown. In this embodiment, the pipe wall 5 a total of two acting as a cooling leg web walls 81 . 82 integrally connected. These two web walls 81 . 82 serve the Wärmeabgriff from the side area of a in between the web walls 81 . 82 lying winding area. The winding can be designed as a flat conductor, as a wire, or as a strand winding and in between the web walls 81 . 82 used area and then together with the heat transfer device 1 to be assembled. The pipe wall 5 is designed in terms of their cross section so that in turn results in a greater width than height.

In 6e ist eine Querschnittsgestaltung der Wärmetransfereinrichtung veranschaulicht, bei welcher die Rohrwandung 5 seitlich in den Wicklungsbereich eintaucht. Die beiden an die Rohrwandung 5 angebundenen Stegwandungen 81, 82 greifen die im Wicklungsbereich anfallende Abwärme aus dem verbleibenden Seitenbereich der Wicklung ab. Die Stegwandung 81 weist einen Bodenabschnitt auf der als solcher die an der Wärmetransfereinrichtung 1 anliegende (hier nicht näher dargestellte Wicklung) im Bereich des Nutbodens einer Ankernut zumindest teilweise untergreift.In 6e FIG. 2 illustrates a cross-sectional configuration of the heat transfer device in which the pipe wall. FIG 5 immersed laterally in the winding area. The two to the pipe wall 5 tailed web walls 81 . 82 The waste heat generated in the winding area is removed from the remaining side area of the winding. The bridge wall 81 has a bottom portion on the as such at the heat transfer device 1 adjacent (not shown here winding) in the region of the groove bottom of an anchoring groove at least partially engages.

In 6f ist eine Variante dargestellt, bei welcher die Rohrwandung 5 einen Eckkanal bildet der einen Wärmeabgriff aus dem, dem Nutboden benachbarten Eckbereich einer Wicklung ermöglicht. An diese Rohrwandung schließen sich die Kühlschenkel 81, 82 unter Bildung eines Eckprofils an. Der Kühlschenkel 82 ist hinsichtlich seiner Wanddicke gestuft ausgebildet, so dass in der Nähe der Rohrwandung 5 eine etwas größere Wanddicke und damit mehr Material zur Bewerkstelligung des Wärmetransfers zur Verfügung steht. In 6f is shown a variant in which the pipe wall 5 a corner channel forms a heat sink from the, the groove bottom adjacent corner region of a winding allows. At this pipe wall close the cooling legs 81 . 82 forming a corner profile. The cooling leg 82 is stepped in terms of its wall thickness, so that in the vicinity of the pipe wall 5 a slightly larger wall thickness and thus more material is available to accomplish the heat transfer.

In 7 ist in Form einer perspektivischen Darstellung 5 die Gesamtgeometrie einer erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung zur Ableitung von Abwärme aus einer Wicklung dargestellt. Der Kühlkörper 5 bildet eine U-förmige Struktur und weist einen ersten Kühlschenkel 51, einen Umlenkabschnitt 53 und einen zweiten Kühlschenkel 52 auf. Die beiden Kühlschenkel 51, 52 sind in ihrem dem Umlenkabschnitt 53 abgewandten Endbereich jeweils mit einem Anschlussabschnitt 54, 55 ausgestattet zur Anbindung des Rohrinnenraumes an ein Fluidführungsorgan (vgl. 11b). Die Anschlussabschnitte 54, 55 sind umformtechnisch durch plastische Umformung des ursprünglich als Strangpressstruktur gefertigten Ausgangsprofils gefertigt. Dieses Ausgangsprofil entspricht hinsichtlich seines Querschnitts im wesentlichen dem Profil nach 6d.In 7 is in the form of a perspective view 5 the overall geometry of a heat transfer device according to the invention for the removal of waste heat from a winding shown. The heat sink 5 forms a U-shaped structure and has a first cooling leg 51 , a deflection section 53 and a second cooling leg 52 on. The two cooling legs 51 . 52 are in their the diverting section 53 remote end region in each case with a connection section 54 . 55 equipped for connecting the pipe interior to a fluid guide member (see. 11b ). The connection sections 54 . 55 are made by forming the plastic deformation of the originally manufactured as an extruded structure initial profile. In terms of its cross-section, this initial profile corresponds essentially to the profile 6d ,

Von dem Ausgangsprofil werden bestimmte Bereiche der zunächst mit dem Ausgangsprofil integralen Stegwandungen entfernt, so dass nur die hier erkennbaren Abschnitte der Stegwandungen 81, 82 verbleiben. Diese können dann weiter ausgespart und umgeformt werden. Die bei dieser U-förmigen Gestaltung innere Stegwandung 82 bildet eine nahezu geschlossene Spulenstützwand und erstreckt sich durchgängig entlang des Umlenkabschnitts 53. Die Stegwandung 81 ist in diesem Bereich ausgespart. Diese Aussparung erleichtert die Umformung des Ausgangsprofils und erleichtert zudem auch die Einbringung der Wicklung. From the initial profile certain areas of the first integral with the output profile web walls are removed, so that only the recognizable here sections of the web walls 81 . 82 remain. These can then be further cut out and reshaped. The inner web wall in this U-shaped design 82 forms a nearly closed coil support wall and extends continuously along the deflection 53 , The bridge wall 81 is left out in this area. This recess facilitates the transformation of the initial profile and also facilitates the introduction of the winding.

An der Wärmetransfereinrichtung 1 sind wie dargestellt weiterhin Kontaktflügel 56, 57 ausgebildet die als solche die elektrische Einbindung der Wärmetransfereinrichtung und Nutzung derselben als elektrischen Leiterabschnitt ermöglichen. Die den Anschlussabschnitten 54, 55 benachbarten, von der Rohrwandung 5 aufeinander zu kreisbogenartig abgebogenen Flanken 58, 59 sind so gestaltet, dass sich diese nicht elektrisch kontaktieren, d.h. sich nicht kurzschließen. At the heat transfer device 1 are as shown continue contact wings 56 . 57 designed as such the electrical integration of Allow heat transfer device and use of the same as electrical conductor section. The connecting sections 54 . 55 adjacent, from the pipe wall 5 towards one another arc-like bent flanks 58 . 59 are designed so that they do not contact electrically, ie do not short-circuit.

In 8 ist eine unter Einschluss der Wärmetransfereinrichtung nach 7 gebildete Spulenanordnung dargestellt. In die Wärmetransfereinrichtung 1 ist hierbei eine aus Flachleitern 2b gebildete Wicklung 2 eingesetzt. Die als Kühlelement fungierende Wärmetransfereinrichtung 1, die darin sitzende Wicklung 2 und auch das Isolationspapier werden als Modul oder Baugruppe vormontiert und ggf. sogar vorher noch als Baugruppe auf Dichtigkeit, Widerstand und Isolation getestet.In 8th is one including the heat transfer device according to 7 formed coil assembly shown. In the heat transfer device 1 Here is one of flat conductors 2 B formed winding 2 used. The functioning as a cooling element heat transfer device 1 , the winding sitting in it 2 and also the insulation paper are pre-assembled as a module or module and possibly even previously tested as a module for leaks, resistance and insulation.

In 9 ist nochmals der Querschnitt des Wicklungsmoduls nach 1 veranschaulicht. Die Wicklung ist in Richtung der Feldachse gestreckt und der durch die Stegwandung 8 definierte Kragen hat eine Höhe h die größer ist als die Breite b der Wicklung 2. Die Isolation I1, I2 (I1 gegenüber der Wicklung, I2 gegenüber dem Kühlmedium) kann aus Lack oder Passivierung (z.B. Al2O3) bestehen und ggf. durch weitere Funktionen oder Funktionsschichten ergänzt werden (z.B. Haftvermittler, Diffusionsbarrieren, Klebeschichten) Als mechanisch robuste Schicht nach Außen kann Isolierpapier 9 oder Kunststoff dienen und vorteilhaft aufgebracht werden. In 9 is again the cross section of the winding module after 1 illustrated. The winding is stretched in the direction of the field axis and through the web wall 8th defined collar has a height h which is greater than the width b of the winding 2 , The insulation I1, I2 (I1 with respect to the winding, I2 with respect to the cooling medium) may consist of lacquer or passivation (eg Al2O3) and may be supplemented by other functions or functional layers (eg adhesion promoters, diffusion barriers, adhesive layers) As a mechanically robust layer to the outside can be insulating paper 9 or plastic and are advantageously applied.

In 10 ist beispielhaft der Verlauf der Feldlinien bei einem unter Einsatz der Erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung innen gekühlten Stator 3 veranschaulicht. Wie in der Darstellung angegeben, kann der Verlauf der Feldlinien durch Verrundung des Übergangsbereichs zwischen der Nutwand 3a und dem Nutboden 3b optimiert werden. Der Querschnitt der Rohrwandung 5 der Wärmetransfereinrichtung 1 ist an diese optimierte Nutgeometrie angepasst. In 10 is an example of the course of the field lines in a case of using the heat transfer device according to the invention internally cooled stator 3 illustrated. As indicated in the illustration, the course of the field lines can be achieved by rounding off the transition region between the groove wall 3a and the groove bottom 3b be optimized. The cross section of the pipe wall 5 the heat transfer device 1 is adapted to this optimized groove geometry.

In den 11a und 11b ist dargestellt, wie die erfindungsgemäße Wärmetransfereinrichtung 1 an ein Fluidführungssystem angebunden werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Anschlussabschnitte 54, 55 als Hohlzylinderzapfen ausgebildet die in abdichtender Weise in ein Ringelement 60 mit innen liegenden Kühlkanälen 61, 62 eingesetzt sind. Über den Kühlkanal 61 wird Kühlmedium in den Anschlussabschnitt 54 eingespeist, über den Kühlkanal 62 wird das Kühlmedium aus dem Anschlussabschnitt 55 abgeleitet. Die hier erkennbaren Kühlkanäle 61, 62 werden bei funktionsfertigem Zusammenbau des Ringelementes 60 durch einen Ringdeckel abgedeckt. Das Ringelement 60 und der dieses bedeckende, hier nicht weiter gezeigte Ringdeckel können so ausgestaltet sein, dass diese bereits eine signifikante Abgabe der Wärme des in diesen Bauteilen geführten Mediums an die Umgebung ermöglichen, insbesondere in dem diese Bauteil durch einen erzwungenen Luftstrom überströmt werden. In the 11a and 11b is shown as the heat transfer device according to the invention 1 can be connected to a fluid guide system. In this embodiment, the terminal portions 54 . 55 designed as a hollow cylinder pin in a sealing manner in a ring member 60 with internal cooling channels 61 . 62 are used. Over the cooling channel 61 Cooling medium is in the connection section 54 fed, via the cooling channel 62 the cooling medium is out of the connection section 55 derived. The here recognizable cooling channels 61 . 62 be in functionfertigigem assembly of the ring element 60 covered by a ring lid. The ring element 60 and this covering, not shown here ring cover may be designed so that they already allow a significant release of the heat of the guided in these components medium to the environment, in particular in which these component are overflowed by a forced air flow.

Die vorliegende Erfindung kann wie ausgeführt in besonders vorteilhafter Weise zur Kühlung der Wicklungen bei einem Stator eines Elektromotors oder Generators, insbesondere bei einem Elektromotor für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz in einem Stator beschränkt, die erfindungsgemäße Kühleinrichtung kann insbesondere auch in einen Rotor eingebunden werden und dabei die im Rotor sitzenden Wicklungen, oder ggf. auch etwaige dort sitzende Permanentmagnete kühlen.The present invention can be used as described in a particularly advantageous manner for cooling the windings in a stator of an electric motor or generator, in particular in an electric motor for an electrically operated motor vehicle. However, the invention is not limited to use in a stator, the cooling device according to the invention can in particular also be incorporated into a rotor and thereby cool the windings sitting in the rotor, or possibly also any permanent magnets sitting there.

Anstelle der Ausbildung des erfindungsgemäßen Wärmetransferelementes aus einem Strangpressprofil ist es auch möglich, dieses beispielsweise aus mehreren Blechbauteilen zusammenzusetzen und diese Bauteile zu verlöten, zu verkleben, oder zu verschweißen. Es ist auch möglich das Wärmetransferelement auf elektrochemischem Wege, insbesondere als galvanoplastische Struktur zu fertigen, indem beispielsweise auf einem entsprechend geformten ggf. später durch Ausschmelzen oder Auflösen entfernten „verlorenen Kern“ elektrochemisch eine mechanisch hinreichend tragfähige metallische Schicht abgeschieden wird.Instead of the formation of the heat transfer element according to the invention from an extruded profile, it is also possible to assemble this example of a plurality of sheet metal components and to solder these components, to glue, or to weld. It is also possible to manufacture the heat transfer element by electrochemical means, in particular as a galvanoplastic structure, by electrochemically depositing, for example, on a correspondingly shaped "lost core", which is later removed by melting or dissolving, a mechanically sufficiently stable metallic layer.

In 12 ist in Form einer weiteren perspektivischen Darstellung eine Variante der erfindungsgemäßen Wärmetransfereinrichtung dargestellt. Diese Wärmetransfereinrichtung 1 besteht wiederum aus einem U-förmig ausgebildeten Kühlkörper 5 der sich in verbautem Zustand entlang eines Wicklungsbereiches 4 eines Rotors oder Stators oder anderweitigen Wicklungsträgers erstreckt und der einen von einer Rohrwandung 7 definierten Rohrquerschnitt aufweist. Der Kühlkörper 5 umfasst eine Stegwandung 8, die einstückig mit der Rohrwandung 7 des Kühlkörpers 5 ausgebildet ist und von der Rohrwandung 7 nach außen derart abragt, dass die Stegwandung 8 in verbautem Zustand in den von der Wicklung 2 eingenommenen Raumbereich hinein eintaucht, – oder wie hier gezeigt – sich entlang des Wicklungsbereiches erstreckt, zur Aufnahme eines Wärmestromes aus dem Wicklungsbereich und zur Leitung des Wärmestromes zu der innenseitig flüssigkeitsgekühlten Rohrwandung 7. In 12 is shown in the form of a further perspective view of a variant of the heat transfer device according to the invention. This heat transfer device 1 in turn consists of a U-shaped heat sink 5 in the installed state along a winding area 4 a rotor or stator or other winding support extends and the one of a pipe wall 7 having defined pipe cross-section. The heat sink 5 includes a web wall 8th that is integral with the pipe wall 7 of the heat sink 5 is formed and from the pipe wall 7 protrudes outwards in such a way that the web wall 8th in installed condition in the of the winding 2 immersed space immersed in it, - or as shown here - extends along the winding area, for receiving a heat flow from the winding area and to direct the heat flow to the inside liquid-cooled pipe wall 7 ,

Die gezeigte Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die dem Wärmeaufgriff dienende Stegwandung 8 von einer Vielzahl an kleinen Schlitzen 80 durchbrochen ist. Diese Schlitze 80 führen für den Fall, dass die Stegwandung 8 quer von magnetischen Feldlinien (mit alternierender Feldstärke) durchdrungen wird zu einer Reduktion der Wirbelstrominduktion in die Stegwandung 8. Die Schlitze 80 sind so ausgerichtet, dass sich diese im wesentlichen senkrecht zur Rohrachse der Rohrwandung 8 erstrecken. Die Schlitze 80 erstrecken sich hierbei von dem der Rohrwandung 7 abgewandten Randbereich bis an die Rohrwandung 7 heran. Die Schlitze 80 können auch von der dargestellten Form abweichende Verläufe aufweisen. Bei der hier gezeigten Gestaltung wird durch die Schlitze 80 das Wärmetransfervermögen der Stegwandung 80 nur geringfügig reduziert, da die Schlitze 80 in Richtung des Wärmestromes kaum eine Querschnittsreduktion verursachen. Der Abstand zwischen zwei abfolgenden Schlitzen 80 ist kleiner als die quer zur Rohrachse gemessene Breite der Stegwandung 8. An dem Kühlkörper 5 sind ähnlich wie bezüglich 7 ausgeführt, Kontaktflügel 56, 57 ausgebildet. The variant shown is characterized in that serving the heat attack web wall 8th from a variety of small slits 80 is broken. These slots 80 lead in the event that the web wall 8th transversely of magnetic field lines (with alternating field strength) is penetrated to a reduction of Eddy current induction in the web wall 8th , The slots 80 are aligned so that they are substantially perpendicular to the tube axis of the pipe wall 8th extend. The slots 80 in this case extend from the pipe wall 7 facing away edge area up to the pipe wall 7 approach. The slots 80 can also have deviating from the illustrated form gradients. In the design shown here is through the slots 80 the heat transfer capacity of the web wall 80 only slightly reduced, as the slots 80 hardly cause a cross-sectional reduction in the direction of the heat flow. The distance between two consecutive slots 80 is smaller than the transverse width measured to the tube axis of the web wall 8th , On the heat sink 5 are similar as regards 7 executed, contact blades 56 . 57 educated.

Das hier gezeigte Konzept zur Reduktion der Wirbelstromverluste eignet sich insbesondere auch für Ausführungsformen mit zwei von der Rohrwandung abragenden Stegwandungen 8 wie dies auf die Variante nach 7 zutrifft. Der Abstand zwischen den Schlitzen kann über die Länge des Kühlkörpers variieren. Die Ausbildung der Schlitze 80 kann auf jene Zonen der Stegwandung 8 beschränkt sein die wicklungsbedingt stärkeren quer zur Wandung 8 gerichteten wechselnden B-Feldern ausgesetzt sind. Die Schlitze 80 können auch durch isolierende Verguss- oder Verpressmittel geschlossen oder von Isolierpapier durchwebt sein. The concept shown here for reducing the eddy current losses is particularly suitable for embodiments with two projecting from the pipe wall web walls 8th like this on the variant after 7 true. The distance between the slots may vary over the length of the heat sink. The formation of the slots 80 can on those zones of the web wall 8th be limited due to the winding stronger transverse to the wall 8th directed changing B-fields are exposed. The slots 80 can also be closed by insulating potting or Verpressmittel or durchwebt of insulating paper.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Wärmetransfereinrichtung Heat transfer device
22: Wicklung winding
2a 2a: Wicklungsdrahtes winding wire
2b 2 B: Flachleiter flat Head
2c 2c: Flachseiten flat sides
33: Stator stator
3a 3a: Wicklungsnut winding groove
3b 3b: Nutboden groove bottom
3c 3c: Wandung wall
44: Wicklungsbereich winding region
55: Kühlkörper heatsink
5a 5a: Flachseite flat side
5b 5b: Wandungsabschnitt wall section
66: Rohrseele / Rohrinnenquerschnitt Pipe core / pipe inner cross-section
7 7: Rohrwandung pipe wall
88th: Stegwandung web wall
8a 8a: WärmeaufnahmeflächeHeat absorbing surface
99: Isolierpapierlage Isolierpapierlage
5151: Kühlschenkel cooling leg
5252: Kühlschenkel cooling leg
53 53: Umlenkabschnitt deflecting
5454: Anschlussabschnitte, Terminal portions,
5555: Anschlussabschnitte terminal portions
5656: Kontaktflügel Contact wings
5757: Kontaktflügel Contact wings
6161: Kühlkanal cooling channel
6262: Kühlkanal cooling channel
8181: Stegwandung / Kühlschenkel Web wall / cooling leg
8282: Stegwandung / Kühlschenkel Web wall / cooling leg
b b: Breite width
h H: Höhe height

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2182570 A1 [0003]
US 7514826 B2 [0004]

Claims

Heat transfer device for effecting a heat removal from an electrical winding ( 2 ), comprising: a heat sink ( 7 ) which extends in the installed state along the winding region and the one, a pipe cross-section ( 6 ) defining pipe wall ( 5 ), wherein the heat sink ( 7 ) at least one web wall ( 8th . 81 . 82 ), which is connected to the tube wall of the heat sink and from the pipe wall ( 5 ) protrudes outwards in such a way that the web wall ( 8th . 81 . 82 ) in the installed state in the of the winding ( 2 ) immersed in space, or extends along the winding area, for receiving a heat flow from the winding area and for directing the heat flow to the pipe wall ( 5 ).

Heat transfer device according to claim 1, characterized in that the web wall ( 8th ) is current-carrying.

Heat transfer device according to claim 1 or 2, characterized in that the web wall ( 8th ) in one piece with the aforementioned pipe wall ( 5 ) of the heat sink ( 7 ) is trained

Heat transfer device according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the web wall ( 8th ) is oriented such that it is substantially parallel to the N / S axis of the winding region.

Heat transfer device according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that measured in the direction of the N / S axis height (h) of the web wall ( 8th ) is equal to or greater than the width (b) of the winding measured transversely to the N / S axis ( 2 ).

Heat transfer device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the width of the tube cross section measured transversely to the N / S axis corresponds approximately to the width (b), which is also measured transversely to the N / S axis, of the winding.

Heat transfer device according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the heat sink ( 7 ) in its outer region with an electrically insulating layer (I1) is equipped as such the winding to be cooled ( 2 ) opposite the heat sink ( 7 ) electrically isolated, and / or that the heat sink ( 7 ) is provided in its interior with an electrically insulating layer (I2) is as such the heat sink ( 7 ) electrically isolated from the cooling medium.

Heat transfer device according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the heat sink ( 7 ) is formed as a U-shaped structure and a first cooling leg ( 51 ), a deflection section ( 53 ) and a second cooling leg ( 52 ), wherein the two cooling limbs ( 51 . 52 ) in its the deflection section ( 53 ) end region each with a connection portion ( 54 . 55 ), for connecting the tube interior to a fluid guiding member ( 60 ).

Heat transfer device according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the tube core has a non-circular cross-section, and / or that the heat sink ( 7 ) is manufactured as an extruded profile.

Heat transfer device according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the heat transfer device ( 1 ) Fixative ( 56 . 57 ), for fixing the cooling element in an anchor.