DE102015207767A1

DE102015207767A1 - Spulenwicklungsanordnung für eine elektrische Maschine mit integrierter Spulenwicklungskühlung

Info

Publication number: DE102015207767A1
Application number: DE102015207767.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Dassler; Philipp Storner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2016-11-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spulenwicklungsanordnung (01) für eine elektrische Maschine umfassend eine Spulenwicklung (02) und ein Kühlelement (03) zur Kühlung der Spulenwicklung (02). Das Kühlelement (03) besitzt mindestens einen, von einem Kühlmedium durchströmten Kanal (03) aus einem flexiblen Material. Die erfindungsgemäße Spulenwicklungsanordnung (01) zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Spulenwicklung (02) um den mindestens einen Kanal (03) gewickelt und an diesem fixiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spulenwicklungsanordnung für eine elektrische Maschine umfassend eine Spulenwicklung und ein Kühlelement zur Kühlung der Spulenwicklung. Das Kühlelement umfasst mindestens einen, von einem Kühlmedium durchströmten Kanal aus einem flexiblen Material.
Aus der DE 10 2012 221 325 A1 ist eine elektrische Maschine für ein Transportmittel bekannt, welche einen Stator mit einer Spulenwicklung und mindestens einen Wickelkopf aufweist. Zur Kühlung der Spulenwicklung dient eine erste Kühlkreislaufkomponente. An die erste Kühlkreislaufkomponente ist eine zweite Kühlkreislaufkomponente zur Kühlung des Wickelkopfes anschließbar. Die Kühlung erfolgt mittels einer Kühlflüssigkeit. Die zweite Kühlkreislaufkomponente und der Wickelkopf sind vorzugsweise in einem wärmeleitfähigen Vergussmaterial vergossen, wodurch eine thermische Anbindung des Wickelkopfes an die Kühlkreislaufkomponente erfolgt und Wärme vom Wickelkopf abgeführt werden kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine verbesserte und technologisch vereinfachte Spulenwicklungsanordnung für eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, wobei ein Kühlelement zur Kühlung einer Spulenwicklung vorgesehen ist. Das Kühlelement soll beim Betrieb der elektrischen Maschine seine eigentliche Kühlfunktion erfüllen und zusätzlich als Montagehilfsmittel fungieren, während der Herstellung der Spulenwicklung.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient eine Spulenwicklungsanordnung gemäß Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße Spulenwicklungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spulenwicklung um den vom Kühlmedium durchströmten Kanal gewickelt und an diesem fixiert ist.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Spulenwicklungsanordnung besteht darin, dass der Kanal nicht nur als Kühlelement sondern zuvor auch als Montagehilfsmittel beim Wickelprozess dient. Dadurch, dass die Spulenwicklung am Kanal fixiert ist, erleichtert sich deren Montage. Der Kanal selber kann in einem Gestell entsprechend positioniert werden Der erfindungsgemäß verwendete Kanal verbessert somit das Handling während des automatisierten Wickelprozesses.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt der Kanal eine strukturierte Oberfläche. Die Oberfläche kann beispielsweise Rippen oder ähnliche Strukturen aufweisen. Hierdurch vergrößert sich die Oberfläche des Kanals, sodass die in der Spulenwicklung entstehende Wärme noch effektiver abgeführt werden kann. Der Kanal kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen und in unterschiedlichen Formen ausgeführt sein.
Die Spulenwicklung kann auf unterschiedliche Art und Weise am Kanal fixiert sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform verwendet einen Kanal, welcher Einkerbungen zur Fixierung der Spulenwicklung aufweist. Eine Fixierung kann auch über die Form des Kanals erfolgen.
Das im Kanal befindliche Kühlmedium ist vorzugsweise ein dielektrisches Fluid. Bei Verwendung eines dielektrischen Fluids kann der Kanal auch im Betrieb der elektrischen Maschine als stromführendes Element, beispielsweise als Phasenspirale oder Stromschiene zur Phasenverkabelung zwischen Wicklung und Steckverbinder genutzt werden. Der Kanal kann auch als Aufnahme für die Kontaktierung des Sternpunktes dienen. Somit übernimmt der Kanal neben seiner Funktion als Kühlmittel und Montagehilfsmittel eine weitere elektrische Funktion als Kontaktierungselement.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie deren Vorteile und Einzelheiten werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spulenwicklungsanordnung;
2 eine Querschnittansicht der in einem Stator angeordneten erfindungsgemäßen Spulenwicklungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 eine Querschnittansicht der im Stator angeordneten erfindungsgemäßen Spulenwicklungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spulenwicklungsanordnung 01. Die Spulenwicklungsanordnung 01 umfasst eine Spulenwicklung 02 und Kanäle 03, welche als Kühlelement fungieren. Die Kanäle 03 bestehen vorzugsweise aus einem flexiblen Material. Sie sind von einem Kühlmedium durchströmt. Die Verwendung eines dielektrischen Fluids als Kühlmedium hat sich als günstig erwiesen. Die Spulenwicklung 02 ist um die Kanäle 03 gewickelt und an diesen auf geeignete Art und Weise befestigt, wobei auf einen geringen Wärmeübergangswiderstand zwischen der Spulenwicklung 02 und den Kanälen 03 zu achten ist. Zur Fixierung der Spulenwicklung 02 können die Kanäle 03 beispielsweise Einkerbungen aufweisen. Alternativ kann die Befestigung der Spulenwicklung 02 auch über die Form der Kanäle 03 erfolgen. Die Spulenwicklung 02 kann beispielsweise auch an der Innenseite der Kanäle 03 befestigt werden. Die Oberfläche der Kanäle 03 ist vorzugsweise strukturiert ausführt. Sie kann zum Beispiel Rippen oder ähnliche Strukturen aufweisen. Durch die Verwendung derartiger Strukturen vergrößert sich die Oberfläche der Kanäle 03, wodurch die in der Spulenwicklung 02 entstehende Wärme noch effektiver abgeführt werden kann. Die vom Kühlmittel durchströmten Kanäle 03 ermöglichen insbesondere eine wickelkopfnahe Kühlung.
Zur Herstellung der Spulenwicklungsanordnung 01 wird ein elektrischer Leiter, beispielsweise Kupferdraht, in einer vorbestimmten Art und Weise auf mindestens einen Kanal 03 gewickelt. Anschließend kann die Spulenwicklungsanordnung 01 über eine Rolle 04 geführt in einen Stator 05 einer elektrischen Maschine umlaufend eingelegt bzw. eingedrückt werden. Eine entsprechende Fixierung kann über den Kanal 03, welcher beispielsweise in einem Gestell positioniert ist, erfolgen. Hierdurch „hängen” die Wickelköpfe nicht lose im Raum sondern sind hinreichend fixiert. Bei der Zuführung zum Stator wird die Spulenwicklungsanordnung 01 zu einem günstigen Zeitpunkt von der Rolle 04 getrennt. Der Kanal 03 dient als Hilfsmittel zum Fixieren und automatisierten Einlegen der zuvor gewickelten elektrischen Leiter und erleichtert somit die automatisierte Montage.
Nach dem Einlegen der Spulenwicklung 01 kann der Kanal 03 an der elektrischen Maschine befestigt werden bzw. innerhalb des die Spulenwicklung 02 umschließenden Vergusses fixiert werden. Es erfolgt außerdem eine Anbindung des Kanals 03 an das Kühlsystem bzw. den Kühlkreislauf der elektrischen Maschine. Falls der Kanal 03 eingegossen wird, sollte der Kanal 03 während des Vergießens vorzugsweise mit Druck beaufschlagt werden, um eine bessere Positionierung des Kanals 03 zu ermöglichen. Hierdurch erhöht sich auch die Vergussgüte bzw. Vergussdichte. Außerdem wird eine nachteilige Verformung des flexiblen Kanals 03 vermieden sowie eine bessere Fixierung unter Einhaltung definierter Abstände erreicht.
2 und 3 zeigen jeweils eine in einen Stator 05 eingelegte Spulenwicklungsanordnung 01. Die beiden Ausführungsformen unterscheiden sich durch den unterschiedlichen Verlauf des Kanals 03. Während gemäß 2 der Kanal 03 die Wicklungspakete der Spulenwicklung durchläuft und somit radial beidseitig der Spulenwicklung verläuft, wird bei der Ausführungsform nach 3 der Kanal 03 nur radial außen der Spulenwicklung sowie innerhalb dieser angeordnet.
Bezugszeichenliste

01: Spulenwicklungsanordnung
02: Spulenwicklung
03: Kanal
04: Rolle
05: Stator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012221325 A1 [0002]

Claims

Spulenwicklungsanordnung (01) für eine elektrische Maschine umfassend eine Spulenwicklung (02) und ein Kühlelement (03) zur Kühlung der Spulenwicklung (02), wobei das Kühlelement (03) mindestens einen, von einem Kühlmedium durchströmten Kanal (03) aus einem flexiblen Material umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung (02) partiell um den mindestens einen Kanal (03) gewickelt und abschnittsweise an diesem fixiert ist.
Spulenwicklungsanordnung (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (03) eine strukturierte Oberfläche aufweist.
Spulenwicklungsanordnung (01) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (03) Einkerbungen zur Fixierung der Spulenwicklung (02) aufweist.
Spulenwicklungsanordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium ein dielektrisches Fluid ist.