EP3895286A1 - Cooling channel for a winding overhang of an electrical machine - Google Patents

Cooling channel for a winding overhang of an electrical machine

Info

Publication number
EP3895286A1
EP3895286A1 EP19828236.0A EP19828236A EP3895286A1 EP 3895286 A1 EP3895286 A1 EP 3895286A1 EP 19828236 A EP19828236 A EP 19828236A EP 3895286 A1 EP3895286 A1 EP 3895286A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
stator
cooling channel
inflow
interconnection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19828236.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Michael
Martin STÖCK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jheeco eDrive AG Liechtenstein
Original Assignee
Jheeco eDrive AG Liechtenstein
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jheeco eDrive AG Liechtenstein filed Critical Jheeco eDrive AG Liechtenstein
Publication of EP3895286A1 publication Critical patent/EP3895286A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets

Definitions

  • the invention relates to a cooling channel for a winding head of an electrical machine and a stator with such a cooling channel.
  • electrical machine is essentially to be understood as an electrical motor or an electrical generator with a stator and a rotor, the rotor being common to the stator
  • the stator comprises a laminated stator core and a current-carrying winding.
  • the winding is preferably arranged in axially extending grooves of the stator lamination stack distributed over the circumference.
  • the winding forms a plurality of coils / half-coils, one of which
  • Winding which electrically connect the active lengths at the ends of the laminated core, torque-blind; this part lying axially outside the laminated core is also referred to as a winding head.
  • a winding end can consequently be regarded as the part of a winding which projects axially over a stator laminated core.
  • DE 10 2015 220 112 A1 describes a cover unit for a winding head of an electrical machine, the cover unit having a cooling channel which extends along the circumferential direction of the stator.
  • a winding can also be composed of rod conductors which are inserted or drawn into the slots in a laminated core.
  • the rod conductors are connected in pairs to form half coils. This can be done directly, for example by bending one another and welding the rod conductors directly, or indirectly, for example by connecting bars bridging the distance between two rod conductors (synonym forehead connector).
  • Rod conductors can be in one piece (solid conductor) or in multiple pieces (wire strands) and can be designed, for example, in the form of hairpins or I-shaped (I-pins). Bar conductors can in particular also be designed as compression-molded and twisted wire strands.
  • the winding head is used to arrange them inside the stator
  • Segment conductors or rod conductors interconnected at their ends and according to a predetermined pattern are segment conductors or rod conductors interconnected at their ends and according to a predetermined pattern.
  • winding head cooling is easy to do by fitting a cooling cap
  • connection bars for mobile applications are usually placed directly on top of one another and potted with resin. This ensures the electrical contact from an interruption, for example
  • Vibration-induced fatigue fracture in a welding point has disadvantages in cooling the winding head. It is therefore an object of the present invention to provide direct and improved cooling for an electrical machine or its winding head, in particular a winding head equipped with connecting webs.
  • a cooling duct according to claim 1 is provided according to the invention.
  • a cooling duct for a winding head of an electrical machine is provided, the cooling duct for guiding a cooling fluid with at least one inflow and at least one outflow and for arranging it around the
  • Winding head is annular.
  • the cooling duct has a multiplicity of partition walls which are arranged such that parallel subchannels are formed between the at least one inflow and the at least one outflow, the inflow being arranged radially on the outside, with respect to the cooling duct, and the outflow being arranged radially on the inside or the inflow are arranged radially inside and the drain radially outside.
  • This has the advantage that defined channels are formed by means of the partition walls and thus the flow of the cooling fluid describes defined paths. This ensures that all segment conductors are cooled, preferably cooled to the same degree, and thus the efficiency of the electrical machine is increased. Hotspots due to unequal
  • Coolant distribution can be avoided or reduced.
  • Cooling flow amount can be influenced. This allows the cooling effect of the
  • Winding head can be improved.
  • Parallel subchannels are understood to mean a fluidic parallel connection, not a geometric parallelism of the subchannels.
  • the partitions also allow or are preferably designed to serve as a fastening or holder for the connecting webs of the end winding.
  • One or more connection bars between the partitions are preferably designed to serve as a fastening or holder for the connecting webs of the end winding.
  • Partitions arranged or held in a predetermined place and prevented from slipping or moving. This ensures the electrical contact between the connection bars and the stator ladders and protects them against an interruption, for example due to vibrations.
  • the fluid flow preferably flows from radially outside to radially inside.
  • the fluid outlet can optionally be hollow with a cooling outlet
  • Rotor shaft which is flowed through by a cooling fluid, are united.
  • the inflow and / or the outflow are preferably each formed as an annular gap, the inflow and the outflow being formed by an annular
  • Ceiling section of the cooling channel are separated from each other. This preferred embodiment has the advantage that a steady and constant inflow and outflow of the cooling fluid for the winding head is made possible.
  • At least part of the plurality of partitions is
  • the partitions form planes that are parallel to the central axis of the stator. This has the advantage that the interconnection bars can be individually separated from one another and can be held more securely. This is particularly the case if the
  • Interconnection bars are formed from an arc and two radial bars and the bars are / are arranged between two partitions.
  • Partitions are formed in a circular arc and are arranged in groups concentrically to one another in particular. This is especially true for the
  • Interconnection bars are advantageous if they have an interconnection arch or are arch-shaped. As a result, the interconnection bars can be arranged and held at a predetermined location.
  • the plurality of partition walls have and / or form insulating rings arranged concentrically and parallel to one another - in the geometric sense.
  • These insulation rings can be understood as annular disk-shaped base plates for the connecting webs and are in particular arranged perpendicular to the central axis of the stator or horizontally.
  • these partitions can alternatively have a conical outer surface. They help to fluidically and / or electrically separate different interconnection levels and to hold interconnection bridges.
  • the radial insulation rings can be understood as annular disk-shaped base plates for the connecting webs and are in particular arranged perpendicular to the central axis of the stator or horizontally.
  • these partitions can alternatively have a conical outer surface. They help to fluidically and / or electrically separate different interconnection levels and to hold interconnection bridges.
  • the radial insulation rings can be understood as annular disk-shaped base plates for the connecting webs and are in particular arranged perpendicular to the central axis of the stator or horizontally.
  • Partitions also referred to as insulation rings
  • Partitions always or at least partially, be arranged perpendicular to each other. This helps the cooling channel to provide more mechanical stability and more orderly flow paths for the
  • these partition walls have fastening elements, in particular
  • Clamping elements or knobs These fastening elements make it possible to use the cooling channel for different shapes or thicknesses
  • the cooling fluid can flow through unhindered by the spacing or space generated by the fastening elements between the partition wall and the connecting web and can cool the connecting webs better.
  • the connecting webs can also be positioned loosely, that is to say with play, within the partition walls. So game stands for
  • the plurality of partition walls is preferably formed from an elastic and / or electrically insulating material. This can in particular
  • the partitions can be connected to one another in the form of tongue and groove connections for sealing the cooling duct or parts of the cooling duct.
  • the partition walls can alternatively or additionally have sealing means such as sealing lips for the fluidic sealing of touching
  • Sealants can be designed as independent components, such as O-rings, or as molded components of a multi-component partition. In particular, sealants can be between horizontal
  • Partition walls or insulation rings lying one above the other can be provided.
  • the cooling duct is formed in one or more parts. A multi-part channel allows the entire
  • the cooling duct has a sealing element, in particular a sealing mat, as the base component and a stator cooling housing as the outer side wall.
  • a sealing element in particular a sealing mat
  • stator cooling housing as the outer side wall.
  • a stator according to claim 11 is provided.
  • This stator which is provided in particular for an electric motor, is designed with a plurality of rod conductors, the stator having at least one cooling duct according to the present invention and the partition walls of the cooling duct being arranged between at least some of the rod conductors.
  • the rod conductors extend into the cooling channel and are electrically connected to the interconnection webs arranged in the cooling channel.
  • the connecting webs can protrude from the cooling channel and can be electrically connected to the rod conductors outside the cooling channel.
  • the stator preferably has a plurality of interconnection bars which correspond or correspond to the bar conductors.
  • Fig. 1 is a perspective view of a stator
  • FIG. 2 shows a side view of the stator according to FIG. 1;
  • FIGS. 1 and 2 shows a basic form of winding head cooling for a stator according to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4A shows a cross section of a stator half according to FIG. 3 on a
  • Fig. 4B is a schematic plan view of a stator half according to
  • FIG. 5A shows a top view of a stator according to FIG. 3 in a
  • 5B shows a cross section along the axis of the stator of FIG.
  • FIG. 6A shows a plan view of a stator according to FIG. 3 in a second embodiment variant with a step cut according to FIG. 6B with fluidically connected in parallel
  • FIG. 6B shows a cross section along the axis of the stator of FIG.
  • FIG. 7 shows a plan view of a stator according to FIG. 3 for a
  • Connection webs and cooling channel 8A and 8B are perspective views of a cover unit for a winding head of a stator according to FIG. 7;
  • 9A is an exploded view of an insulation ring
  • Fig. 9B is a top view of the isolation ring shown in Fig. 9A;
  • FIGS. 10A and 10B shows the assembled insulation rings according to FIGS. 10A and 10B with connecting webs;
  • FIGS. 12A and 12B show the assembled insulation rings according to FIGS. 10A and 10B with a cover unit or cover;
  • FIG. 13 shows a stator with a cooling channel according to the present
  • FIG. 14 shows a longitudinal section through an upper part of a stator according to the preferred embodiment variant, in particular its winding head with a cooling channel according to the invention, fluid flows being shown;
  • 15 shows an exploded view of a stator according to the invention with two winding heads and cooling channels according to the preferred embodiment variant; and 16 shows four different design variations of the
  • Fig. 17 shows a construction variant for the arrangement of
  • Fig. 18 shows a variant of a cover part with an extended
  • FIGS. 1 and 2 show a stator with one made of bar conductors
  • stator 1 shows a stator 1 with a cylindrical stator jacket or
  • Stator laminated core 2 in which the elongated stator bar conductors 6 are arranged concentrically around the axis of the stator or stator jacket and in corresponding grooves or grooves in the stator jacket 2.
  • a first end winding 3 (on side A) and a second end winding 4 (on side B) are formed at the end of stator 1, starting from the top and bottom of stator sheath 2.
  • Both winding heads 3, 4 each have interconnection levels 5, which are formed from interconnection bars 9.
  • a connecting web 9 connects two rod conductors 6, which extend from the stator jacket 2 into the winding head 3, 4.
  • the winding head 4 differs from the winding head 3 in that an interconnection level 7 with three phase connections 8 is additionally installed in the winding head 4.
  • the connecting webs 9 are arcuate rod conductors with additional rod conductors running radially to the axis of the stator, the function of which is to electrically connect the rod conductors 6 in pairs.
  • Bar conductors 6 are connected to one another according to a predetermined pattern, for which reason the distance and the number of connecting webs 9 designed as bar conductors between the paired bar conductors 6 are predetermined.
  • Winding heads 3 and 4 are ring-shaped or cylindrical-shaped and are essentially formed by the interconnection levels 5, which are arranged concentrically and parallel to one another.
  • the phase connection 8 in the designated interconnection level 7 consists of three contacts, preferably for one
  • the bar conductors 6 are designed such that they extend up to a certain interconnection level 5 in the winding head 3 and in the Extend winding head 4. As a result, these rod conductors 6 are assigned to the same or different interconnection levels 5 and thus to certain interconnection webs 9 in order to implement a specific interconnection pattern.
  • FIG. 2 shows a side view of the stator from FIG. 1. The first
  • Winding head 3 has four interconnection levels 5 and second winding head 4 has four interconnection levels 5 and an interconnection level 7 with phase connection 8.
  • the interconnection levels 5 and 7 are all arranged perpendicular to the central axis 23 of the stator 1, while the bar conductors 6 are arranged parallel to this axis.
  • the central axis 23 describes the axis of a rotor (not shown) that can be inserted into the stator 1 and at the same time serves to determine the geometric properties of the elements of the stator 1, such as e.g.
  • Stator sheath 2 Rod conductor 6, interconnection levels 5, etc., to describe and relate to each other.
  • FIGS. 3 and 4 show a winding head cooling for a stator from FIGS. 1 and 2 in a basic variant with an annular gap-shaped fluid inlet 25 and
  • FIG. 3 shows a cross section through a stator 1 along the central axis 23, the stator 1 now shown additionally having a cylindrical cooling housing / sleeve 20 in comparison to FIGS. 1 and 2.
  • the cooling housing 20 is in one piece and has a thread-shaped in its central outer section
  • Cooling fins 44 on which a cooling fluid such as water can flow, and on the two end sections on outer rings 28.
  • the stator casing 2 lies against the inside of the cooling housing 20 and has essentially the same length as this
  • the stator can be cooled indirectly, ie without direct fluid contact, via the cooling housing.
  • the winding head has direct cooling, i.e. a cooling fluid such as a dielectric oil can be passed through the winding head.
  • Winding heads 3 and 4 lie within the two outer rings 28 formed by the cooling housing.
  • the winding heads 3 and 4 or their outermost interconnection level 5 are / are each protected from access to the housing 20 by an annular cover unit or cover ring 21 with an inner ring 22.
  • the cover ring 21 forms with the outer ring 28 an annular gap 25, which acts as an inflow for a cooling fluid serves.
  • the cover ring 21 forms together with the inner ring 22 an annular gap 26 which serves as a drain for a cooling fluid.
  • Both winding heads 3 and 4 thus each have an annular cover 21 with an inner ring 22 as a cover for the interconnection levels 5 and 7 with respect to the outside.
  • the cross section of the stator 1 can be clearly seen that the rod conductors 6 and 6a are formed concentrically around the central axis 23 of the stator 1.
  • the rod conductors 6 and 6a lie in pairs in the same grooves in the stator jacket 2.
  • the rod conductors 6a arranged inside or closer to the axis 23 are longer in comparison to the rod conductors 6 arranged outside and preferably extend to the outermost interconnection levels of the winding heads 3 and 4
  • the housing 20 is at least partially made of metal in order to enable a better cooling effect for a cooling fluid and the other elements of the stator 1.
  • FIG. 4A shows a section on the stator 1 according to section A-A from FIG. 3, the bar conductors 6, which are located between the inner ring 22 and the outer ring 28 and are connected in pairs via connecting webs, in particular being recognizable.
  • FIG. 4B schematically shows four ring-shaped areas or circular rings which result between the inner ring 22 and outer ring 28 of the stator according to FIGS. 3 and 4a.
  • the ring areas are introduced for easy reference so that they can be referred to below.
  • the inner and outer areas represent annular gaps 25, 26 for the inflow or outflow of the cooling fluid.
  • the annular area 30 indicates the area in which the arcuate part of the connecting webs 9 runs. It can be used as a bridging area 30
  • the ring area 29 shows the ring area in which the rod conductor 6; 6a are arranged in the stator slots and with the
  • Wiring webs 9 are connected. It can also be addressed as a groove area 29 or contact area 29.
  • FIGS. 5A, 5B show a first exemplary embodiment of a winding head cooling with exclusively radially arranged partition walls 31.
  • the winding consists of rod conductors 6, 6a, which are arranged in two layers in the grooves of a laminated core 2 (not shown in FIG. 6A) and via connecting webs arranged in multiple layers 9 (only shown in part).
  • the connection webs 9 are attached by or in regularly over the circumference
  • the retaining clips also form the radial partitions 31.
  • the interconnection webs 9 of the individual interconnection levels 5 are - with the exception of the radially extending ones
  • the cooling fluid is introduced evenly through an annular gap 25 into the winding head over and over the entire height of the winding head, is deflected in the direction of the central axis 23 by means of the radial partition walls 31, and leaves the latter
  • the same connecting web sections are thereby exposed to approximately the same amount of coolant and thus approximately the same cooling.
  • FIG. 5A shows a stator analogous to FIG. 3 with a section B-B according to FIG. 5B. with a partial cross section, on the one hand on a cover element 21 and on the other hand on the vertically arranged partition walls 31 of the cooling channel.
  • the inner ring 22 and the outer ring 28 form the lateral boundaries of the cooling channel.
  • the vertically arranged partition walls 31 are arranged in a radial manner.
  • An annular gap 25 is formed between the cover ring 21 and the outer ring 28 as an inflow for a cooling fluid.
  • An annular gap 26 is formed as a drain between the cover ring 21 and the inner ring 22, the inner annular gap 26 being interrupted by webs of the cover part 21.
  • the partition walls 31 are designed radially and in particular axially symmetrically to the central axis 23. By means of the partition walls 31 and the cover 21 channels are formed, which are laminar
  • FIG. 5B shows a cross section along the axis of the stator of FIG. 5A, which explains the view of and into the cooling channel.
  • the cover ring 21 is arranged on the winding head or on its top interconnection level 5.
  • the annular gap drain 26 is formed between the inner ring 22 and the cover ring 21.
  • the annular gap inflow 25 is formed between the outer ring 28 and the cover ring 21. Corresponding arrows are on the left side of the
  • FIGS. 6A and 6B show a second exemplary embodiment with cooling ducts of a winding head connected in parallel in a manner analogous to FIG. 3. The individual ones
  • Interconnection levels 5 are separated by horizontal insulation disks 32, on which the interconnection webs 9 are positioned.
  • Interconnection level 5 the interconnection webs are combined into interconnection web groups 40, with individual interconnection web groups being separated from one another by radial partition walls 42. Through arcuate partitions 34,
  • a cooling fluid flowing in or flowing out via an annular gap 25 or 26 is brought to tracks along the longitudinal axis of the connecting web.
  • FIG. 6A shows a plan view of the stator 1 according to FIG. 3 with a partial cross section (see section B-B in FIG. 6B), on the one hand
  • the connecting webs 9 are arranged in groups 40 of five, each in a ring sector, which are formed by radial partition walls 42.
  • Inlet area 43 can be designed as a throttle element, advantageously as a bore in the outer wall 35, in order to achieve a uniform fluid distribution between the different groups 40.
  • FIG. 6B shows a cross section along the axis of the stator 1 from FIG. 6A, which explains the view of and into the cooling channel.
  • the rod conductors 6 and 6A can be seen, which are connected to the connecting webs 9.
  • a fluid flow is also shown on the left-hand side, which flows through from the annular gap inflow 25 the cooling channel flows to the annular gap drain 26.
  • the cooling channel itself is ring-shaped and is essentially formed by the cover ring 21, the inner ring 22, the outer ring 28 and the lowest insulation ring 32.
  • FIG. 7 and 8 show a configuration option for the groove area 29 of an embodiment according to the invention for a stator 1, in which radial partition walls of a cooling duct according to the invention are formed only in the groove area 29.
  • Bridging area is subject to change.
  • FIG. 7 shows a top view of a stator 1 with housing 20 and outer ring 28 and inner ring 22, but without a rod conductor.
  • connecting webs 9 for forming a composite winding are arranged in the end region of the stator laminated core 2.
  • Radial partitions 31 are integrally formed with the inner ring.
  • FIGS. 8A and 8B show perspective views of a cover unit 21, for a winding head of a stator, with an integrally connected inner ring 22, radially arranged partition walls 31 and annular gap drain 26.
  • the cover unit has an annular projection with an O-ring. When assembled, the projection separates the inflow area from the outflow area, cf. Fig. 13.
  • FIG. 9 to 11 show an embodiment of the
  • Bridging area 30 of an embodiment according to the invention Individual interconnection webs 9 are received in insulation disks or insulation rings 32 and separated from one another by arcuate partition walls 41 in such a way that a well-defined cooling channel is formed for each individual interconnection web 9. This means that a comparable cooling capacity can be guaranteed for each connection web.
  • 9A shows an exploded view of an insulation ring 32 of a cooling channel with an interconnection level 5 of three
  • Interconnection web groups 40 each with five interconnection webs 9, which in particular on the insulation ring 32 or the horizontal partition wall 32
  • the insulation ring 32 has three fluid inlets 38, that is to say a separate one for each connecting web group Inlet, as well as two fluid outlets 39 for each connecting web 9, ie ten outlets per connecting web group 40 and thirty outlets 39 for the insulation ring 32. All outlets 39 are directed towards the center of the ring 32.
  • the interconnection web groups 40 are separated from one another by radial partition walls 42. As a result, a fluid flow can be divided into parallel partial flows for each interconnection land group and, in addition, each partial flow into further parallel partial flows for one each
  • FIG. 9B shows a plan view of the insulation ring 32 shown in FIG. 9A.
  • no connecting webs 9 are arranged in order to better show the channels or grooves which are formed by the intermediate walls 41.
  • Each groove is connected to the outside through a triangular inlet extending from the inlet region 38 to an inner wall 34 and can thus be supplied with a cooling fluid.
  • the cooling fluid flowing in through an inlet area 38 can flow out of ten different outlets 39 in the direction of the central axis 23.
  • the intermediate walls 41 and the outer wall 35 can also not be interrupted and each have a radial bore as a fluid inlet. By designing the bore, a pressure drop across each inlet area can be set, e.g.
  • Uneven distribution of cooling fluid over a plurality of interconnection land groups 40 and / or a plurality of interconnection levels 5 can be achieved.
  • 10A and 10B each show perspective views of assembled insulation rings 32 from a cooling duct without connecting webs.
  • the four insulation rings 32 arranged one on top of the other each have three inlets 38 and thirty outlets 39.
  • 11 shows the assembled insulation rings 32 according to FIGS. 10A and 10B with connecting webs 9.
  • FIGS. 12A and 12B show a combination of the design options shown in FIGS. 9 to 11 and 7 to 8.
  • the assembled insulation rings 32 according to FIGS. 10A and 10B are provided with a cover unit or cover 21 analogous to FIG. 8.
  • the lid unit 21 is equipped with an inner ring 22 and vertical partitions 31. The connection bars used cannot be seen in these two cases.
  • Figures 13 to 15 show a preferred embodiment for a
  • FIG. 13 shows a perspective view of a stator 1 with a cooling channel according to the present invention and with the fluid flows shown.
  • the stator 1 has a cooling housing 20 and cooling fins or a turn 44
  • FIG. 14 shows a longitudinal section through an upper part of a stator 1, in particular its winding head with a cooling duct according to the invention, with fluid flows being shown on the right-hand side.
  • this exemplary embodiment is equipped with a fluid housing 48.
  • the fluid housing 48 has a cylindrical outer wall 50 and an annular cover 51, for example a bearing plate.
  • the outer wall 50 bears directly against the cooling housing 20.
  • the cover 51 is fastened to the outer wall 50 and has a plurality of openings for a fluid inflow and an opening for a fluid outflow as well as for a rotor.
  • Fluid inflow is directed onto the cover unit 21 and presses it downwards or onto the stator jacket 2.
  • the cover unit 21 is axially displaceably mounted.
  • the lid unit separates the inflow and outflow areas by means of an annular projection with a framed O-ring.
  • the webs 9 and the conductors 6, 6a are fastened to one another at the contact points 33, in particular welded.
  • FIG. 15 shows an exploded view of a stator 1 according to the invention with two winding heads 3 and 4 and cooling channels.
  • the stator 1 is with a
  • Stator sheath 2 equipped, in the inside grooves or
  • the rod conductors 6 and 6a are arranged concentrically around the central axis 23.
  • the winding head 3 is arranged on one side in order to connect the rod conductors 6 and 6a at one end to the corresponding connecting webs 9.
  • On the other side of the stator shell 2 is the other
  • Arranged winding head 4 which differs from the first winding head 3 in that it has an additional interconnection level 7 with a
  • Both winding heads 3 and 4 are arranged one above the other with a sealing mat 45, an adapter piece 47, four interconnection levels 5 with the corresponding interconnection webs 9 or with three interconnection web groups 40.
  • a cover element 21 is provided, which has an inner ring 22 and vertical radial partition walls 31.
  • 16 shows four different construction variations of the insulation rings 32, in particular their intermediate walls 41, within a cooling channel with interconnection webs 9 arranged therein.
  • Insulation rings 32 can have holding elements 46 in the form of knobs or the like.
  • the elements 46 are formed on the intermediate walls 41.
  • the elements 46 are arranged on an intermediate wall 41 and on the underside of a ring 32.
  • the elements 46 are simultaneously on the underside of the upper ring 32 and on the underside of the same upper ring 32 formed.
  • Example d) are the elements 46 on both
  • Isolation ring 32 formed, the side elements 46 and the
  • Ceiling / floor elements 46 not at the same height, but along the
  • FIG. 17 shows, schematically and in detail, a connection web 9 held between two partition walls 41.
  • the connection web is held by mutually arranged knobs 46.
  • the knobs 46 make it possible to mount the connecting web 9, in which it is subjected to bending and is clamped.
  • FIG. 18 shows a variant of a stator according to the invention in a plan view with a cover part 17 with an enlarged inflow opening 25 '.
  • the expanded inflow opening 25 ′ is designed as a recess on the cover 21.
  • Inflow opening 25 ' is attached to the top of the stator, the stator being operated in a lying arrangement. Gravity acts in the
  • the fluid With only a low fluid pressure, the fluid first collects at the lowest point in the anteroom. There it can because of the high flow resistance of the

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

The invention relates to a cooling channel for a winding overhang of an electrical machine, wherein, in order to conduct a cooling fluid, said cooling channel is designed with at least one inflow (25) and at least one outflow (26) and is annular for provision around the winding overhang. The cooling channel has a plurality of partitions (31; 32) arranged such that parallel sub-channels are formed between the at least one inflow (25) and at least one outflow (26), and the inflow (25) is arranged radially outwardly, relative to the cooling channel, and the outflow (26) radially inwardly, or vice versa.

Description

Kühlkanal für einen Wickelkopf einer elektrischen Maschine Cooling channel for a winding head of an electrical machine
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft einen Kühlkanal für einen Wickelkopf einer elektrischen Maschine sowie einen Stator mit einem derartigen Kühlkanal. The invention relates to a cooling channel for a winding head of an electrical machine and a stator with such a cooling channel.
Unter dem Begriff„elektrische Maschine" ist im Wesentlichen ein elektrischer Motor oder ein elektrischer Generator mit einem Stator und einem Rotor zu verstehen, wobei der Rotor gegenüber dem Stator um eine gemeinsame The term “electrical machine” is essentially to be understood as an electrical motor or an electrical generator with a stator and a rotor, the rotor being common to the stator
Mittelachse drehbar gelagert ist. Der Stator umfasst ein Statorblechpaket und eine stromführende Wicklung. Die Wicklung ist dabei bevorzugt in über den Umfang verteilten axial verlaufenden Nuten des Statorblechpakets angeordnet. Die Wicklung bildet eine Vielzahl von Spulen/Halbspulen aus, wobei eine Center axis is rotatably mounted. The stator comprises a laminated stator core and a current-carrying winding. The winding is preferably arranged in axially extending grooves of the stator lamination stack distributed over the circumference. The winding forms a plurality of coils / half-coils, one of which
Spule/Halbspule zwei in unterschiedlichen Nuten verlaufenden Coil / half-coil two running in different slots
Stromleiterabschnitte und zwei/eine diese Stromleiterabschnitte endseitig des Statorblechpakets verbindenden Verbindungsabschnitt umfasst. Nur der axial innerhalb einer Nut verlaufende Wicklungsanteil ist drehmomentenbeitragend; er wird auch als aktive Länge bezeichnet. Demgegenüber sind die Teile der Current conductor sections and two / one connecting section connecting these current conductor sections at the end of the stator laminate core. Only the winding portion running axially within a slot contributes to the torque; it is also called the active length. In contrast, the parts of the
Wicklung, welche die aktiven Längen an den Stirnenden des Blechpakets elektrisch verbinden drehmomentenblind; dieser axial außerhalb des Blechpakets liegende Teil wird auch als Wickelkopf bezeichnet. Ein Wickelkopf kann folglich als der ein Statorblechpaket axial überragende Teil einer Wicklung angesehen werden. Winding, which electrically connect the active lengths at the ends of the laminated core, torque-blind; this part lying axially outside the laminated core is also referred to as a winding head. A winding end can consequently be regarded as the part of a winding which projects axially over a stator laminated core.
In einer Nut können mehrere Leiterabschnitte platziert sein (Mehrlagen-System). Several conductor sections can be placed in a slot (multi-layer system).
Mit steigender Temperatur sinkt der Wirkungsgrad von elektrischen Maschinen, insbesondere von Traktionsmotoren für elektrische Fahrzeuge, weshalb die elektrischen Maschinen bekannterweise mittels eines Kühlfluids gekühlt werden. Dies erfolgt z.B. über eine von Wasser durchflossene Kühlhülse/-kanal oder Kühlmantel, welche einen Stator bzw. dessen Statormantel indirekt kühlt. Eine indirekte Kühlung bedeutet, dass das Kühlfluid und die Hitzequelle keinen direkten Kontakt haben. Um den Wirkungsgrad zu steigern, ist es weiterhin bekannt, Wickelköpfe direkt zu kühlen. Hierbei kommt zumeist dielektrisches Öl zum Einsatz, welches durch den Wickelkopf gepumpt wird. US 2017 310 189 beschreibt eine Wickelkopfkühlung in Form einer Kühlkappe für elektrische Motoren. With increasing temperature, the efficiency of electrical machines, in particular traction motors for electric vehicles, decreases, which is why the electrical machines are known to be cooled by means of a cooling fluid. This takes place, for example, via a cooling sleeve / channel through which water flows or a cooling jacket which indirectly cools a stator or its stator jacket. Indirect cooling means that the cooling fluid and the heat source have no direct contact. In order to increase the efficiency, it is also known to cool winding heads directly. Dielectric oil, which is pumped through the winding head, is mostly used here. US 2017 310 189 describes a winding head cooling in the form of a cooling cap for electric motors.
DE 10 2015 220 112 Al beschreibt eine Abdeckeinheit für einen Wickelkopf einer elektrischen Maschine, wobei die Abdeckeinheit einen Kühlkanal aufweist, welcher sich entlang der Umfangsrichtung des Stators erstreckt. DE 10 2015 220 112 A1 describes a cover unit for a winding head of an electrical machine, the cover unit having a cooling channel which extends along the circumferential direction of the stator.
Weiterhin ist bekannt, dass eine Wicklung auch aus Stableitern zusammengesetzt sein kann, welche in Nuten eines Blechpakets eingesetzt bzw. eingezogen sind.Furthermore, it is known that a winding can also be composed of rod conductors which are inserted or drawn into the slots in a laminated core.
Die Stableiter sind paarweise zu Halbspulen verbunden. Dies kann unmittelbar, etwa durch Aufeinanderzubiegen und direktes Verschweißen der Stableiter, oder auch mittelbar, etwa durch die Distanz zwischen zwei Stableitern überbrückende Verschaltungsstegen (synonym Stirnverbinder), erfolgen. The rod conductors are connected in pairs to form half coils. This can be done directly, for example by bending one another and welding the rod conductors directly, or indirectly, for example by connecting bars bridging the distance between two rod conductors (synonym forehead connector).
Stableiter können einteilig (Massivleiter) oder mehrteilig (Drahtlitzen) sein und beispielsweise in Form von Haarnadeln (Hairpins) oder I-förmig (I-Pins) ausgebildet sein. Stableiter können insbesondere auch als formverpresste und verdrillte Drahtlitzen ausgestaltet sein. Rod conductors can be in one piece (solid conductor) or in multiple pieces (wire strands) and can be designed, for example, in the form of hairpins or I-shaped (I-pins). Bar conductors can in particular also be designed as compression-molded and twisted wire strands.
Mittels des Wickelkopfs werden die innerhalb des Stators angeordneten The winding head is used to arrange them inside the stator
Segmentleiter oder Stableiter an ihren Enden miteinander und nach einem vorbestimmten Muster verschaltet. Segment conductors or rod conductors interconnected at their ends and according to a predetermined pattern.
Für unmittelbar verschaltete Stableiter, beispielsweise Hairpinwicklungen, ist eine Wickelkopfkühlung durch das Aufsetzen einer Kühlkappe problemlos zu For directly connected rod conductors, for example hairpin windings, winding head cooling is easy to do by fitting a cooling cap
realisieren. Für mit Verschaltungsstegen ausgestattete Wickelköpfe ist eine direkte Kühlung schwer umsetzbar, da die einzelnen Verschaltungsstege durch Halter gehalten werden müssen. Insbesondere für mobile Anwendungen, bei denen starke Vibrationen auftreten, ist der sichere Halt von Verschaltungsstegen gefährdet. Daher werden Verschaltungsstege für mobile Anwendungen zumeist unmittelbar aufeinander platziert und durch Harz vergossen. Dies sichert den elektrischen Kontakt vor einer Unterbrechung durch beispielsweise realize. Direct cooling is difficult to implement for winding heads equipped with connection bars, since the individual connection bars must be held by holders. In particular for mobile applications in which strong vibrations occur, the secure hold of connection bars is endangered. For this reason, connection bars for mobile applications are usually placed directly on top of one another and potted with resin. This ensures the electrical contact from an interruption, for example
vibrationsbedingten Ermüdungsbruch in einer Schweißstelle, bringt allerdings Nachteile bei der Kühlung des Wickelkopfs. Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine direkte und verbesserte Kühlung für eine elektrische Maschine bzw. deren Wickelkopf, insbesondere einen mit Verschaltungsstegen ausgestatteten Wickelkopf, bereitzustellen. Vibration-induced fatigue fracture in a welding point, however, has disadvantages in cooling the winding head. It is therefore an object of the present invention to provide direct and improved cooling for an electrical machine or its winding head, in particular a winding head equipped with connecting webs.
Hierzu ist erfindungsgemäß ein Kühlkanal gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Im Detail wird ein Kühlkanal für einen Wickelkopf einer elektrischen Maschine bereitgestellt, wobei der Kühlkanal zum Führen eines Kühlfluids mit mindestens einem Zufluss und mindestens einem Abfluss und zur Anordnung um den For this purpose, a cooling duct according to claim 1 is provided according to the invention. In detail, a cooling duct for a winding head of an electrical machine is provided, the cooling duct for guiding a cooling fluid with at least one inflow and at least one outflow and for arranging it around the
Wickelkopf ringförmig ausgebildet ist. Der Kühlkanal weist eine Vielzahl von Trennwänden auf, die derart angeordnet sind, dass parallele Teilkanäle zwischen dem mindestens einen Zufluss und dem mindestens einen Abfluss ausgebildet werden, wobei der Zufluss radial außen, bezüglich des Kühlkanals, und der Abfluss radial innen angeordnet sind oder der Zufluss radial innen und der Abfluss radial außen angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass definierte Kanäle mittels der Trennwände ausgebildet werden und somit der Fluss des Kühlfluids definierte Wege beschreibt. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Segmentleiter gekühlt, bevorzugt gleich stark gekühlt, werden und somit der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht wird. Hotspots aufgrund ungleicher Winding head is annular. The cooling duct has a multiplicity of partition walls which are arranged such that parallel subchannels are formed between the at least one inflow and the at least one outflow, the inflow being arranged radially on the outside, with respect to the cooling duct, and the outflow being arranged radially on the inside or the inflow are arranged radially inside and the drain radially outside. This has the advantage that defined channels are formed by means of the partition walls and thus the flow of the cooling fluid describes defined paths. This ensures that all segment conductors are cooled, preferably cooled to the same degree, and thus the efficiency of the electrical machine is increased. Hotspots due to unequal
Kühlmittelverteilung können vermieden bzw. verringert werden. Ebenso Coolant distribution can be avoided or reduced. As well
erlaubendefinierte Kühlkanäle eine technisch vorteilhafte Ausgestaltung der Strömung. So kann beispielsweise eine Reduzierung oder eine Erhöhung von Verwirbelungen des Kühlstroms und/oder eine Reduzierung oder Erhöhung der Kühlflussgeschwindigkeit und/oder eine Reduzierung oder Erhöhung der allow defined cooling channels a technically advantageous design of the flow. For example, a reduction or an increase in eddies of the cooling flow and / or a reduction or increase in the cooling flow rate and / or a reduction or increase in the
Kühlflussmenge beeinflusst werden. Dadurch kann die Kühlwirkung des Cooling flow amount can be influenced. This allows the cooling effect of the
Wickelkopfes verbessert werden. Winding head can be improved.
Unter parallele Teilkanäle ist eine fluidische Parallelschaltung, nicht eine geometrische Parallelität der Teilkanäle, zu verstehen. Parallel subchannels are understood to mean a fluidic parallel connection, not a geometric parallelism of the subchannels.
Die Trennwände erlauben es ebenfalls oder sind vorzugsweise derart ausgebildet, als Befestigung bzw. Halterung für die Verschaltungsstege des Wickelkopfs zu dienen. Dabei werden ein oder mehrere Verschaltungsstege zwischen den The partitions also allow or are preferably designed to serve as a fastening or holder for the connecting webs of the end winding. One or more connection bars between the
Trennwänden an einem vorbestimmten Platz angeordnet bzw. gehalten und an einem Verrutschen bzw. Verschieben gehindert. Der elektrische Kontakt zwischen den Verschaltungsstegen und den Stableitern des Stators wird dadurch gesichert und vor einer Unterbrechung z.B. bei Vibrationen geschützt. Vorzugsweise fließt der Fluidstrom von radial außen nach radial innen. Dadurch kann der Fluidauslass gegebenenfalls mit einem Kühlauslass einer hohlen Partitions arranged or held in a predetermined place and prevented from slipping or moving. This ensures the electrical contact between the connection bars and the stator ladders and protects them against an interruption, for example due to vibrations. The fluid flow preferably flows from radially outside to radially inside. As a result, the fluid outlet can optionally be hollow with a cooling outlet
Rotorwelle, welche von einem Kühlfluid durchströmt wird, vereint werden. Rotor shaft, which is flowed through by a cooling fluid, are united.
Vorzugsweise sind der Zufluss und/oder der Abfluss jeweils als ringförmiger Spalt ausgebildet, wobei der Zufluss und der Abfluss durch einen ringförmigen The inflow and / or the outflow are preferably each formed as an annular gap, the inflow and the outflow being formed by an annular
Deckenabschnitt des Kühlkanals voneinander getrennt sind. Diese bevorzugte Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein gleichmäßiger und überall stetiger Zufluss als auch Abfluss des Kühlfluids für den Wickelkopf ermöglicht wird. Ceiling section of the cooling channel are separated from each other. This preferred embodiment has the advantage that a steady and constant inflow and outflow of the cooling fluid for the winding head is made possible.
Vorzugsweise ist mindestens ein Teil der Vielzahl von Trennwänden Preferably at least part of the plurality of partitions is
strahlenförmig angeordnet und bilden radiale Trennwände. Dabei bilden die Trennwände Ebenen, die parallel zur Mittelachse des Stators sind. Dies hat den Vorteil, dass die Verschaltungsstege einzeln voneinander getrennt und sicherer gehalten werden können. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die arranged radially and form radial partitions. The partitions form planes that are parallel to the central axis of the stator. This has the advantage that the interconnection bars can be individually separated from one another and can be held more securely. This is particularly the case if the
Verschaltungsstege aus einem Bogen sowie zwei radialen Stegen gebildet und die Stege jeweils zwischen zwei Trennwänden angeordnet sind/werden. Interconnection bars are formed from an arc and two radial bars and the bars are / are arranged between two partitions.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn mindestens ein Teil der Vielzahl von It is also advantageous if at least part of the large number of
Trennwänden kreisbogenförmig ausgebildet sind und insbesondere gruppenweise konzentrisch zueinander angeordnet sind. Dies ist insbesondere für die Partitions are formed in a circular arc and are arranged in groups concentrically to one another in particular. This is especially true for the
Verschaltungsstege von Vorteil, wenn sie einen Verschaltungsbogen aufweisen bzw. bogenförmig ausgebildet sind. Dadurch können die Verschaltungsstege an einem vorbestimmten Platz angeordnet und gehalten werden. Interconnection bars are advantageous if they have an interconnection arch or are arch-shaped. As a result, the interconnection bars can be arranged and held at a predetermined location.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn mindestens ein Teil der Vielzahl von Trennwänden konzentrisch und parallel - im geometrischen Sinne - zueinander angeordnete Isolationsringe aufweisen und/oder bilden. Diese Isolationsringe können als kreisringscheibenförmige Bodenplatten für die Verschaltungsstege verstanden werden und sind insbesondere senkrecht zur Mittelachse des Stators bzw. waagrecht angeordnet. Ebenso können diese Trennwände alternativ eine kegelförmige Mantelfläche haben. Sie helfen, verschiedene Verschaltungsebenen voneinander fluidisch und/oder elektrisch zu trennen sowie Verschaltungsstege zu halten. Um Kanäle um die Verschaltungsstege auszubilden, können die radialen Furthermore, it is advantageous if at least some of the plurality of partition walls have and / or form insulating rings arranged concentrically and parallel to one another - in the geometric sense. These insulation rings can be understood as annular disk-shaped base plates for the connecting webs and are in particular arranged perpendicular to the central axis of the stator or horizontally. Alternatively, these partitions can alternatively have a conical outer surface. They help to fluidically and / or electrically separate different interconnection levels and to hold interconnection bridges. In order to form channels around the interconnection bars, the radial
Trennwände, die bogenförmigen Trennwände und/oder die waagrechten Partitions, the arched partitions and / or the horizontal
Trennwände (auch als Isolationsringe bezeichnet), stets oder zumindest teilweise, senkrecht zueinander angeordnet sein. Dies verhilft dem Kühlkanal zu mehr mechanischer Stabilität und besser geordneten Strömungspfaden für das Partitions (also referred to as insulation rings), always or at least partially, be arranged perpendicular to each other. This helps the cooling channel to provide more mechanical stability and more orderly flow paths for the
Kühlfluid. Cooling fluid.
Um die Verschaltungsstege innerhalb der Trennwände zu befestigen bzw. zu halten, weisen diese Trennwände Befestigungselemente, insbesondere In order to fasten or hold the connecting webs within the partition walls, these partition walls have fastening elements, in particular
Klemmelemente oder Noppen, auf. Diese Befestigungselemente erlauben es, den Einsatzbereich des Kühlkanals für unterschiedlich geformte bzw. dicke Clamping elements or knobs. These fastening elements make it possible to use the cooling channel for different shapes or thicknesses
Verschaltungsstege zu ermöglichen und somit flexibler zu gestalten. Außerdem kann das Kühlfluid durch den von den Befestigungselementen erzeugten Abstand bzw. Raum zwischen Trennwand und Verschaltungssteg ungehindert durchfließen und die Verschaltungsstege besser kühlen. Enable interconnection bridges and thus make them more flexible. In addition, the cooling fluid can flow through unhindered by the spacing or space generated by the fastening elements between the partition wall and the connecting web and can cool the connecting webs better.
Alternativ können die Verschaltungsstege jedoch auch lose, dies heißt mit Spiel innerhalb der Trennwände positioniert sein. Dadurch steht Spiel für die Alternatively, however, the connecting webs can also be positioned loosely, that is to say with play, within the partition walls. So game stands for
Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen Verschaltungsstegen und Stableitern zur Verfügung. Toleranzabhängigkeiten können dadurch reduziert werden. Establishment of the electrical connection between interconnection bars and wire ladders. This can reduce tolerance dependencies.
Vorzugsweise ist die Vielzahl von Trennwänden aus einem elastischen und/oder elektrisch isolierenden Material gebildet. Dadurch können insbesondere The plurality of partition walls is preferably formed from an elastic and / or electrically insulating material. This can in particular
Konstruktionstoleranzen besser ausgeglichen werden und der Kühlkanal insgesamt einfacher auf dem Wickelkopf angebracht werden. Design tolerances can be better balanced and the cooling channel can be attached to the winding head more easily.
Die Trennwände können in Form von Nut-Feder-Verbindungen miteinander verbunden sein zum Dichten des Kühlkanals oder Teilen des Kühlkanals. Die Trennwände können alternativ oder zusätzlich Dichtmittel wie beispielsweise Dichtlippen aufweisen zum fluidischen Dichten von sich berührenden The partitions can be connected to one another in the form of tongue and groove connections for sealing the cooling duct or parts of the cooling duct. The partition walls can alternatively or additionally have sealing means such as sealing lips for the fluidic sealing of touching
Trennwänden. Dabei können Dichtmittel als eigenständige Bauteile, etwa als O- Ringe, oder auch als angespritzte Bauteile einer Mehrkomponenten-Trennwand ausgeführt sein. Insbesondere können Dichtmittel zwischen horizontal Partitions. Sealants can be designed as independent components, such as O-rings, or as molded components of a multi-component partition. In particular, sealants can be between horizontal
übereinander liegenden Trennwänden bzw. Isolationsringen vorgesehen sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Kühlkanal ein- oder mehrteilig ausgebildet. Ein mehrteiliger Kanal ermöglicht es, die gesamte Partition walls or insulation rings lying one above the other can be provided. In a further advantageous embodiment, the cooling duct is formed in one or more parts. A multi-part channel allows the entire
Ausgestaltung je nach Bedarf flexibel zu gestalten; so kann die Anzahl der Trenn- und/oder Außenwände je nach Wickelkopf angepasst und variieren. Design flexibly as required; the number of partitions and / or outer walls can be adjusted and varied depending on the end winding.
Ebenso von Vorteil ist es, wenn der Kühlkanal ein Dichtelement, insbesondere eine Dichtmatte, als Bodenkomponente und ein Statorkühlgehäuse als äußere Seitenwand aufweist. Diese besondere Ausführungsform zeigt, dass bereits vorhandene Komponenten des Stators für den Kühlkanal verwendet und somit zusätzliche Bauteile für den Kanal eingespart werden können. It is also advantageous if the cooling duct has a sealing element, in particular a sealing mat, as the base component and a stator cooling housing as the outer side wall. This particular embodiment shows that already existing components of the stator are used for the cooling channel and additional components for the channel can thus be saved.
Erfindungsgemäß ist ein Stator gemäß Anspruch 11 vorgesehen. Dieser Stator, der insbesondere für einen Elektromotor vorgesehen ist, ist mit einer Vielzahl von Stableitern ausgebildet, wobei der Stator wenigstens einen Kühlkanal gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist und die Trennwände des Kühlkanals zwischen mindestens einem Teil der Stableiter angeordnet sind. In dieser Ausführungsform reichen die Stableiter in den Kühlkanal hinein und sind mit den in dem Kühlkanal angeordneten Verschaltungsstegen elektrisch verbunden. In einer weiteren Ausführungsform können die Verschaltungsstege aus dem Kühlkanal herausragen und außerhalb des Kühlkanals mit den Stableitern elektrisch verbunden sein. According to the invention, a stator according to claim 11 is provided. This stator, which is provided in particular for an electric motor, is designed with a plurality of rod conductors, the stator having at least one cooling duct according to the present invention and the partition walls of the cooling duct being arranged between at least some of the rod conductors. In this embodiment, the rod conductors extend into the cooling channel and are electrically connected to the interconnection webs arranged in the cooling channel. In a further embodiment, the connecting webs can protrude from the cooling channel and can be electrically connected to the rod conductors outside the cooling channel.
Vorzugsweise weist der Stator eine mit den Stableitern korrespondierende oder entsprechende Vielzahl von Verschaltungsstegen auf. The stator preferably has a plurality of interconnection bars which correspond or correspond to the bar conductors.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß eine elektrische Maschine mit einem Kühlkanal gemäß der vorliegenden Erfindung oder einem Stator wie zuvor offenbart vorgesehen. Furthermore, an electrical machine with a cooling duct according to the present invention or a stator as previously disclosed is provided according to the invention.
Die nachfolgend beschriebenen Figuren beziehen sich auf bevorzugte The figures described below refer to preferred ones
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kühlkanals als auch des Embodiments of the cooling duct according to the invention as well as the
erfindungsgemäßen Stators, wobei diese Figuren nicht als Einschränkung, sondern im Wesentlichen der Veranschaulichung der Erfindung dienen. Elemente aus unterschiedlichen Figuren, aber mit denselben Bezugszeichen sind identisch; daher ist die Beschreibung eines Elements aus einer Figur für gleich bezeichnete bzw. gleich nummerierte Elemente aus anderen Figuren auch gültig. Es zeigen: Stator according to the invention, these figures not being used as a limitation, but essentially to illustrate the invention. Elements from different figures, but with the same reference numerals are identical; therefore, the description of an element from a figure is also valid for elements from other figures with the same designation or numbering. Show it:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf einen Stator mit Fig. 1 is a perspective view of a stator
zusammengesetzter Wicklung; composite winding;
Fig. 2 eine Seitenansicht auf den Stator gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a side view of the stator according to FIG. 1;
Fig. 3 eine Grundform einer Wickelkopfkühlung für einen Stator gemäß Fig. 1 und 2. 3 shows a basic form of winding head cooling for a stator according to FIGS. 1 and 2.
Fig. 4A einen Querschnitt einer Statorhälfte gemäß Fig. 3 auf eine 4A shows a cross section of a stator half according to FIG. 3 on a
Verschaltungsebene; Interconnection level;
Fig. 4B eine schematische Draufsicht auf eine Statorhälfte gemäß Fig. 4B is a schematic plan view of a stator half according to
Fig. 3 mit unterschiedlichen Ringbereichen. Fig. 3 with different ring areas.
Fig. 5A eine Draufsicht auf einen Stator gemäß Fig. 3 in einer FIG. 5A shows a top view of a stator according to FIG. 3 in a
Ausführungsvariante mit ausschließlich radialen Version with only radial
Trennwänden mit einem Stufenschnitt nach Fig. 5B. Partitions with a step cut according to Fig. 5B.
Fig. 5B einen Querschnitt entlang der Achse des Stators von Fig. 5B shows a cross section along the axis of the stator of FIG.
5A, der den Blick auf und in den Kühlkanal erklärt; 5A, which explains the view of and into the cooling duct;
Fig. 6A eine Draufsicht auf einen Stator gemäß Fig. 3 in einer zweiten Ausführungsvariante mit einem Stufenschnitt nach Fig. 6B mit fluidisch parallel geschalteten 6A shows a plan view of a stator according to FIG. 3 in a second embodiment variant with a step cut according to FIG. 6B with fluidically connected in parallel
Verschaltungsebenen und Verschaltungssteggruppen; Interconnection levels and interconnection web groups;
Fig. 6B einen Querschnitt entlang der Achse des Stators von Fig. 6B shows a cross section along the axis of the stator of FIG.
6A, der den Blick auf und in den Kühlkanal erklärt; 6A, which explains the view of and into the cooling duct;
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Stator gemäß Fig. 3 für eine FIG. 7 shows a plan view of a stator according to FIG. 3 for a
Ausgestaltung der Fluidströmung nur in einem Nutbereich mit radialen Trennwänden, ohne Stableiter, Design of the fluid flow only in a groove area with radial partition walls, without a rod conductor,
Verschaltungsstege und Kühlkanal; Fig. 8A und 8B perspektivische Ansichten auf eine Abdeckeinheit für einen Wickelkopf eines Stators gemäß Fig. 7; Connection webs and cooling channel; 8A and 8B are perspective views of a cover unit for a winding head of a stator according to FIG. 7;
Fig. 9A eine Explosionsansicht auf einen Isolationsring eines 9A is an exploded view of an insulation ring
Kühlkanals mit Verschaltungssteggruppen für eine Cooling channel with connection web groups for one
Ausgestaltung der Fluidströmung für eine Design of the fluid flow for a
Wickelkopfkühlung eines Stators gemäß Fig. 3 in einer weiteren Ausführungsvariante nur für den 3 in a further embodiment variant only for the winding head cooling of a stator
Überbrückungsbereich; Bridging area;
Fig. 9B eine Draufsicht auf den in Fig. 9A gezeigten Isolationsring; Fig. 9B is a top view of the isolation ring shown in Fig. 9A;
Fig. 10A und 10B jeweils perspektivische Ansichten auf zusammengesetzte 10A and 10B are perspective views of assembled
Isolationsringe aus einem Kühlkanal ohne Isolation rings from a cooling channel without
Verschaltungsstege für eine Wickelkopfkühlung für einen Stator aus Fig. 3 nach einer bevorzugten Interconnection bars for winding head cooling for a stator from FIG. 3 according to a preferred one
Ausführungsvariante; Design variant;
Fig. 11 die zusammengesetzten Isolationsringe gemäß Fig. 10A bzw. 10B mit Verschaltungsstegen; 11 shows the assembled insulation rings according to FIGS. 10A and 10B with connecting webs;
Fig. 12A und 12B die zusammengesetzten Isolationsringe gemäß Fig. 10A bzw. 10B mit einer Abdeckeinheit bzw. Deckel; FIGS. 12A and 12B show the assembled insulation rings according to FIGS. 10A and 10B with a cover unit or cover;
Fig. 13 ein Stator mit einem Kühlkanal gemäß der vorliegenden 13 shows a stator with a cooling channel according to the present
Erfindung und mit eingezeichneten Fluidströmen nach der bevorzugten Ausführungsvariante; Invention and with drawn fluid flows according to the preferred embodiment;
Fig. 14 einen Längsschnitt durch einen oberen Teil eines Stators nach der bevorzugten Ausführungsvariante, insbesondere dessen Wickelkopf mit erfindungsgemäßen Kühlkanal, wobei Fluidströme eingezeichnet sind; 14 shows a longitudinal section through an upper part of a stator according to the preferred embodiment variant, in particular its winding head with a cooling channel according to the invention, fluid flows being shown;
Fig. 15 eine Explosionsansicht auf einen erfindungsgemäßen Stator mit zwei Wickelköpfen und Kühlkanälen nach der bevorzugten Ausführungsvariante; und Fig. 16 vier verschiedene Konstruktionsvariationen der 15 shows an exploded view of a stator according to the invention with two winding heads and cooling channels according to the preferred embodiment variant; and 16 shows four different design variations of the
Trennwände innerhalb eines Kühlkanals mit darin angeordneten Verschaltungsstegen. Partition walls within a cooling channel with interconnection bars arranged therein.
Fig. 17 eine Konstruktionsvariante für die Anordnung von Fig. 17 shows a construction variant for the arrangement of
Flalteelementen an Trennwänden Folded elements on partitions
Fig. 18 eine Variante eines Deckelteils mit erweiterter Fig. 18 shows a variant of a cover part with an extended
Zuflussöffnung. Inflow opening.
Figuren 1 und 2 zeigen einen Stator mit einer aus Stableitern und FIGS. 1 and 2 show a stator with one made of bar conductors and
Verschaltungsstegen zusammengesetzten Wicklung. Compound winding interconnection bars.
Fig. 1 zeigt einen Stator 1 mit einem zylinderförmigen Statormantel bzw. 1 shows a stator 1 with a cylindrical stator jacket or
Statorblechpaket 2, in denen die länglichen Statorstableiter 6 konzentrisch um die Achse des Stators bzw. Statormantels und in entsprechenden Rillen bzw. Nuten des Statormantels 2 angeordnet sind. Jeweils am Ende des Stators 1, beginnend ab der Oberseite bzw. Unterseite des Statormantels 2, ist ein erster Wickelkopf 3 (auf Seite A) und ein zweiter Wickelkopf 4 (auf Seite B) ausgebildet. Stator laminated core 2, in which the elongated stator bar conductors 6 are arranged concentrically around the axis of the stator or stator jacket and in corresponding grooves or grooves in the stator jacket 2. A first end winding 3 (on side A) and a second end winding 4 (on side B) are formed at the end of stator 1, starting from the top and bottom of stator sheath 2.
Beide Wickelköpfe 3, 4 weisen jeweils Verschaltungsebenen 5 auf, die aus Verschaltungsstegen 9 ausgebildet sind. Dabei verbindet ein Verschaltungssteg 9 jeweils zwei Stableiter 6, die sich aus dem Statormantel 2 in den Wickelkopf 3, 4 erstrecken. Der Wickelkopf 4 unterscheidet sich vom Wickelkopf 3 darin, dass in Wickelkopf 4 eine Verschaltungsebene 7 mit drei Phasenanschlüssen 8 zusätzlich eingebaut ist. Die Verschaltungsstege 9 sind bogenförmige Stableiter mit zusätzlich radial zur Achse des Stators verlaufenden Stableitern, deren Funktion es ist, die Stableiter 6 paarweise elektrisch zu verbinden. Dabei sind die Both winding heads 3, 4 each have interconnection levels 5, which are formed from interconnection bars 9. A connecting web 9 connects two rod conductors 6, which extend from the stator jacket 2 into the winding head 3, 4. The winding head 4 differs from the winding head 3 in that an interconnection level 7 with three phase connections 8 is additionally installed in the winding head 4. The connecting webs 9 are arcuate rod conductors with additional rod conductors running radially to the axis of the stator, the function of which is to electrically connect the rod conductors 6 in pairs. Here are the
Stableiter 6 nach einem vorbestimmten Muster miteinander verbunden, weshalb der Abstand sowie die Anzahl der als Stableiter ausgebildeten Verschaltungsstege 9 zwischen den paarweise verbundenen Stableitern 6 vorbestimmt ist. Die Bar conductors 6 are connected to one another according to a predetermined pattern, for which reason the distance and the number of connecting webs 9 designed as bar conductors between the paired bar conductors 6 are predetermined. The
Wickelköpfe 3 und 4 sind ring- bzw. zylinderförmig ausgebildet und werden im Wesentlichen durch die Verschaltungsebenen 5 gebildet, die konzentrisch und parallel zueinander angeordnet sind. Der Phasenanschluss 8 in der bezeichneten Verschaltungsebene 7 besteht aus drei Kontakten, vorzugsweise für einen Winding heads 3 and 4 are ring-shaped or cylindrical-shaped and are essentially formed by the interconnection levels 5, which are arranged concentrically and parallel to one another. The phase connection 8 in the designated interconnection level 7 consists of three contacts, preferably for one
Drehstromanschluss. Die Stableiter 6 sind derart ausgebildet, dass sie sich bis zu einer bestimmten Verschaltungsebene 5 in dem Wickelkopf 3 sowie in dem Wickelkopf 4 erstrecken. Dadurch werden diese Stableiter 6 gleichen oder verschiedenen Verschaltungsebenen 5 und somit bestimmten Verschaltungsstegen 9 zugeordnet, um ein bestimmtes Verschaltungsmuster zu realisieren. Three-phase connection. The bar conductors 6 are designed such that they extend up to a certain interconnection level 5 in the winding head 3 and in the Extend winding head 4. As a result, these rod conductors 6 are assigned to the same or different interconnection levels 5 and thus to certain interconnection webs 9 in order to implement a specific interconnection pattern.
Fig. 2 zeigt eine seitliche Ansicht auf den Stator aus Fig. 1. Der erste FIG. 2 shows a side view of the stator from FIG. 1. The first
Wickelkopf 3 weist vier Verschaltungsebenen 5 auf und der zweite Wickelkopf 4 weist vier Verschaltungsebenen 5 sowie eine Verschaltungsebene 7 mit dem Phasenanschluss 8 auf. Die Verschaltungsebenen 5 bzw. 7 sind alle senkrecht zur Mittelachse 23 des Stators 1 angeordnet, während die Stableiter 6 parallel zu dieser Achse angeordnet sind. Die Mittelachse 23 beschreibt die Achse eines in den Stator 1 einsetzbaren Rotors (nicht dargestellt) und dient gleichzeitig dazu, die geometrischen Eigenschaften der Elemente des Stators 1, wie z.B. Winding head 3 has four interconnection levels 5 and second winding head 4 has four interconnection levels 5 and an interconnection level 7 with phase connection 8. The interconnection levels 5 and 7 are all arranged perpendicular to the central axis 23 of the stator 1, while the bar conductors 6 are arranged parallel to this axis. The central axis 23 describes the axis of a rotor (not shown) that can be inserted into the stator 1 and at the same time serves to determine the geometric properties of the elements of the stator 1, such as e.g.
Statormantel 2, Stableiter 6, Verschaltungsebenen 5, etc., zu beschreiben und in Beziehung zueinander zu setzen. Stator sheath 2, rod conductor 6, interconnection levels 5, etc., to describe and relate to each other.
Figuren 3 und 4 zeigen eine Wickelkopfkühlung für einen Stator aus Fig. 1 bzw. 2 in einer Grundvariante mit ringspaltförmigen Fluid-Einlass 25 und FIGS. 3 and 4 show a winding head cooling for a stator from FIGS. 1 and 2 in a basic variant with an annular gap-shaped fluid inlet 25 and
ringspaltförmigen Fluid-Auslass 26. annular gap fluid outlet 26.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Stator 1 entlang der Mittelachse 23, wobei, im Vergleich zu den Fig. 1 und 2, der nun gezeigte Stator 1 zusätzlich ein zylinderförmiges Kühlgehäuse/-hülse 20 aufweist. Das Kühlgehäuse 20 ist einstückig und weist in seinem mittleren Außenabschnitt gewindeförmige 3 shows a cross section through a stator 1 along the central axis 23, the stator 1 now shown additionally having a cylindrical cooling housing / sleeve 20 in comparison to FIGS. 1 and 2. The cooling housing 20 is in one piece and has a thread-shaped in its central outer section
Kühlrippen 44, an welchem ein Kühlfluid wie etwa Wasser strömen kann, und an den beiden Endabschnitten Außenringe 28 auf. Der Statormantel 2 liegt innen am Kühlgehäuse 20 an und hat im Wesentlichen die gleiche Länge wie dieser Cooling fins 44, on which a cooling fluid such as water can flow, and on the two end sections on outer rings 28. The stator casing 2 lies against the inside of the cooling housing 20 and has essentially the same length as this
Abschnitt. Über das Kühlgehäuse kann der Stator indirekt, das heißt ohne unmittelbaren Fluidkontakt, gekühlt werden. Section. The stator can be cooled indirectly, ie without direct fluid contact, via the cooling housing.
Der Wickelkopf weist eine direkte Kühlung auf, d.h. durch den Wickelkopf kann ein Kühlfluid wie etwa ein dielektrisches Öl geleitet werden. Die beiden The winding head has direct cooling, i.e. a cooling fluid such as a dielectric oil can be passed through the winding head. The two
Wickelköpfe 3 und 4 liegen innerhalb der beiden vom Kühlgehäuse gebildeten Außenringe 28. Die Wickelköpfe 3 und 4 bzw. deren äußerste Verschaltungsebene 5 sind/ist jeweils durch eine ringförmige Abdeckeinheit bzw. Deckelring 21 mit Innenring 22 vor Zugriffen in das Gehäuse 20 geschützt. Der Deckelring 21 bildet mit dem Außenring 28 einen Ringspalt 25 aus, der als Zufluss für ein Kühlfluid dient. Der Deckelring 21 bildet gemeinsam mit dem Innenring 22 einen Ringspalt 26 aus, der als Abfluss für ein Kühlfluid dient. Somit weisen beide Wickelköpfe 3 und 4 jeweils einen ringförmigen Deckel 21 mit Innenring 22 als Abdeckung für die Verschaltungsebenen 5 bzw. 7 gegenüber der Außenseite auf. Aus dem Winding heads 3 and 4 lie within the two outer rings 28 formed by the cooling housing. The winding heads 3 and 4 or their outermost interconnection level 5 are / are each protected from access to the housing 20 by an annular cover unit or cover ring 21 with an inner ring 22. The cover ring 21 forms with the outer ring 28 an annular gap 25, which acts as an inflow for a cooling fluid serves. The cover ring 21 forms together with the inner ring 22 an annular gap 26 which serves as a drain for a cooling fluid. Both winding heads 3 and 4 thus each have an annular cover 21 with an inner ring 22 as a cover for the interconnection levels 5 and 7 with respect to the outside. From the
Querschnitt des Stators 1 ist gut erkennbar, dass die Stableiter 6 und 6a konzentrisch um die Mittelachse 23 des Stators 1 ausgebildet sind. Dabei liegen die Stableiter 6 und 6a paarweise in den gleichen Rillen des Statormantels 2. Die innen bzw. näher zu Achse 23 angeordneten Stableiter 6a sind im Vergleich zu den außen angeordneten Stableitern 6 länger und reichen vorzugsweise bis zu den äußersten Verschaltungsebenen der Wickelköpfe 3 und 4. Das Gehäuse 20 ist zumindest teilweise aus Metall gebildet, um eine bessere Kühlwirkung für ein Kühlfluid und die übrigen Elemente des Stators 1 zu ermöglichen. The cross section of the stator 1 can be clearly seen that the rod conductors 6 and 6a are formed concentrically around the central axis 23 of the stator 1. The rod conductors 6 and 6a lie in pairs in the same grooves in the stator jacket 2. The rod conductors 6a arranged inside or closer to the axis 23 are longer in comparison to the rod conductors 6 arranged outside and preferably extend to the outermost interconnection levels of the winding heads 3 and 4 The housing 20 is at least partially made of metal in order to enable a better cooling effect for a cooling fluid and the other elements of the stator 1.
Fig. 4A zeigt einen Schnitt auf den Stator 1 gemäß Schnitt A-A aus Fig. 3, wobei insbesondere die zwischen Innenring 22 und Außenring 28 befindlichen über Verschaltungsstege paarweise verbundenen Stableiter 6 erkennbar sind. 4A shows a section on the stator 1 according to section A-A from FIG. 3, the bar conductors 6, which are located between the inner ring 22 and the outer ring 28 and are connected in pairs via connecting webs, in particular being recognizable.
Fig. 4B zeigt schematisch vier ringförmige Bereiche bzw. Kreisringe, die sich zwischen Innenring 22 und Außenring 28 des Stators gemäß Fig. 3 bzw. 4a ergeben. Die Ringbereiche werden für eine einfache Bezugnahme eingeführt, so dass auf diese nachfolgend Bezug genommen werden kann. Dabei stellen innerer und äußerer Bereich Ringspalte 25, 26 für Zufluss bzw. Abfluss des Kühlfluids dar. Der Ringbereich 30 zeigt den Bereich an, in welchem der bogenförmige Teil der Verschaltungsstege 9 verläuft. Er kann als Überbrückungsbereich 30 FIG. 4B schematically shows four ring-shaped areas or circular rings which result between the inner ring 22 and outer ring 28 of the stator according to FIGS. 3 and 4a. The ring areas are introduced for easy reference so that they can be referred to below. The inner and outer areas represent annular gaps 25, 26 for the inflow or outflow of the cooling fluid. The annular area 30 indicates the area in which the arcuate part of the connecting webs 9 runs. It can be used as a bridging area 30
angesprochen werden. Der Ringbereich 29 zeigt den Ringbereich an, in welchem die Stableiter 6; 6a in den Statornuten angeordnet sind und mit den be addressed. The ring area 29 shows the ring area in which the rod conductor 6; 6a are arranged in the stator slots and with the
Verschaltungsstegen 9 verbunden sind. Er kann auch als Nutbereich 29 oder Kontaktierungsbereich 29 angesprochen werden. Wiring webs 9 are connected. It can also be addressed as a groove area 29 or contact area 29.
Mit den Figuren 5A,B bzw. 6A,B werden nachfolgend zwei unterschiedliche Figures 5A, B and 6A, B are two different below
Variationen einer Wickelkopfkühlung nach Fig. 3 ausgeführt. Variations of a winding head cooling according to Fig. 3 executed.
Figuren 5A, 5B zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Wickelkopfkühlung mit ausschließlich radial angeordneten Trennwänden 31. Die Wicklung besteht aus Stableitern 6, 6a, die zweilagig in Nuten eines Blechpakets 2 angeordnet sind (in Fig. 6A nicht dargestellt) und über mehrlagig angeordnete Verschaltungsstege 9 (nur ansatzweise dargestellt) verbunden sind. Die Verschaltungsstege 9 werden durch bzw. in regelmäßig über den Umfang angebrachten FIGS. 5A, 5B show a first exemplary embodiment of a winding head cooling with exclusively radially arranged partition walls 31. The winding consists of rod conductors 6, 6a, which are arranged in two layers in the grooves of a laminated core 2 (not shown in FIG. 6A) and via connecting webs arranged in multiple layers 9 (only shown in part). The connection webs 9 are attached by or in regularly over the circumference
Haltestegen/Halteklammern 31a gehalten. Die Halteklammern bilden zugleich auch die radialen Trennwände 31 aus. Die Verschaltungsstege 9 der einzelnen Verschaltungsebenen 5 sind - unter Absehung der radial verlaufenden Retaining bars / retaining clips 31a held. The retaining clips also form the radial partitions 31. The interconnection webs 9 of the individual interconnection levels 5 are - with the exception of the radially extending ones
Halteklammern - in horizontaler Weise fluidisch nicht voneinander getrennt. Retaining clips - fluidically not separated horizontally.
Das Kühlfluid wird über einen Ringspalt 25 in den Wickelkopf über und über die gesamte Höhe des Wickelkopfes gleichmäßig eingeleitet, wird anhand der radialen Trennwände 31 in Richtung Mittelachse 23 umgelenkt, und verlässt den The cooling fluid is introduced evenly through an annular gap 25 into the winding head over and over the entire height of the winding head, is deflected in the direction of the central axis 23 by means of the radial partition walls 31, and leaves the latter
Wickelkopf anschließend über den teilweise unterbrochenen Ringspalt 26. Gleiche Verschaltungsstegabschnitte erfahren dadurch eine näherungsweise gleiche Kühlmittelbeaufschlagung und damit eine annähernd gleiche Kühlung. Winding head then over the partially interrupted annular gap 26. The same connecting web sections are thereby exposed to approximately the same amount of coolant and thus approximately the same cooling.
Im Einzelnen zeigt Fig. 5A zeigt auf einen Stator analog Fig. 3 mit einen Schnitt B-B gemäß Fig. 5B. mit einem Teilquerschnitt, zum einen auf ein Abdeckelement 21 sowie zum anderen auf die senkrecht angeordneten Trennwände 31 des Kühlkanals. Auf der Oberseite des Kühlkanals ist die Abdeckeinheit 21 bzw. 5A shows a stator analogous to FIG. 3 with a section B-B according to FIG. 5B. with a partial cross section, on the one hand on a cover element 21 and on the other hand on the vertically arranged partition walls 31 of the cooling channel. On the top of the cooling channel, the cover unit 21 or
Deckel angeordnet. Der Innenring 22 und der Außenring 28 bilden die seitlichen Begrenzungen des Kühlkanals. Anliegend am Innenring 22 und am Deckel 21 sind die senkrecht angeordneten Trennwände 31 strahlenförmig angeordnet. Zwischen dem Deckelring 21 und dem Außenring 28 ist ein Ringspalt 25 als Zufluss für ein Kühlfluid ausgebildet. Zwischen dem Deckelring 21 und dem Innenring 22 ist ein Ringspalt 26 als Abfluss ausgebildet, wobei der innere Ringspalt 26 durch Stege des Abdeckteils 21 unterbrochen wird. Die Trennwände 31 sind radial und insbesondere achsensymmetrisch zur Mittelachse 23 ausgebildet. Mittels der Trennwände 31 und des Deckels 21 werden Kanäle gebildet, die laminare Lid arranged. The inner ring 22 and the outer ring 28 form the lateral boundaries of the cooling channel. Bearing against the inner ring 22 and the cover 21, the vertically arranged partition walls 31 are arranged in a radial manner. An annular gap 25 is formed between the cover ring 21 and the outer ring 28 as an inflow for a cooling fluid. An annular gap 26 is formed as a drain between the cover ring 21 and the inner ring 22, the inner annular gap 26 being interrupted by webs of the cover part 21. The partition walls 31 are designed radially and in particular axially symmetrically to the central axis 23. By means of the partition walls 31 and the cover 21 channels are formed, which are laminar
Fluidströmungen zwischen dem Ringspalt 25 und dem Ringspalt 26 ermöglichen. Allow fluid flows between the annular gap 25 and the annular gap 26.
Fig. 5B zeigt einen Querschnitt entlang der Achse des Stators von Fig. 5A, der den Blick auf und in den Kühlkanal erläutert. Der Deckelring 21 ist auf dem Wickelkopf oder auf dessen oberster Verschaltungsebene 5 angeordnet. Zwischen dem Innenring 22 und dem Deckelring 21 ist der Ringspaltabfluss 26 ausgebildet. Zwischen dem Außenring 28 und dem Deckelring 21 ist der Ringspaltzufluss 25 ausgebildet. Entsprechende Pfeile sind hierzu auf der linken Seite des FIG. 5B shows a cross section along the axis of the stator of FIG. 5A, which explains the view of and into the cooling channel. The cover ring 21 is arranged on the winding head or on its top interconnection level 5. The annular gap drain 26 is formed between the inner ring 22 and the cover ring 21. The annular gap inflow 25 is formed between the outer ring 28 and the cover ring 21. Corresponding arrows are on the left side of the
Querschnitts eingezeichnet, die den Strömungsfluss beschreiben. Während in der Fig. 5A die senkrechten Trennwände 31 zu sehen sind, sind in der Fig. 5B die zur Mittelachse 23 senkrecht angeordneten Trennwände angezeigt. Neben den Stableitern 6 und 6a sind die Verbindungspunkte mit den Verschaltungsstegen 9 gut zu erkennen, an denen die beiden Elemente miteinander verschaltet sind. Cross-section drawn, which describe the flow flow. While in the 5A the vertical partitions 31 can be seen, the partitions arranged perpendicular to the central axis 23 are shown in FIG. 5B. In addition to the bar conductors 6 and 6a, the connection points with the connecting webs 9, at which the two elements are connected to one another, can be clearly seen.
Figuren 6A und 6B zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel mit doppelt parallel geschalteten Kühlkanälen eines Wickelkopfes analog Fig. 3. Die einzelnen FIGS. 6A and 6B show a second exemplary embodiment with cooling ducts of a winding head connected in parallel in a manner analogous to FIG. 3. The individual ones
Verschaltungsebenen 5 sind durch waagrechte Isolationsscheiben 32 getrennt, auf welchen die Verschaltungsstege 9 positioniert sind. Innerhalb jeder Interconnection levels 5 are separated by horizontal insulation disks 32, on which the interconnection webs 9 are positioned. Within everyone
Verschaltungsebene 5 sind die Verschaltungsstege zu Verschaltungssteggruppen 40 zusammengefasst, wobei einzelne Verschaltungssteggruppen durch radiale Trennwände 42 voneinander getrennt sind. Durch bogenförmige Trennwände 34,Interconnection level 5, the interconnection webs are combined into interconnection web groups 40, with individual interconnection web groups being separated from one another by radial partition walls 42. Through arcuate partitions 34,
35 wird ein über ein Ringspalt 25, bzw. 26 einströmendes bzw. ausströmendes Kühlfluid auf Bahnen entlang der Verschaltungssteg-Längsachsen gebracht. 35, a cooling fluid flowing in or flowing out via an annular gap 25 or 26 is brought to tracks along the longitudinal axis of the connecting web.
Im Einzelnen zeigt Fig. 6A eine Draufsicht auf den Stator 1 gemäß Fig. 3 mit einem Teilquerschnitt (vgl. Schnitt B-B in Fig. 6B), zum einen auf ein 6A shows a plan view of the stator 1 according to FIG. 3 with a partial cross section (see section B-B in FIG. 6B), on the one hand
Abdeckelement 21 sowie zum anderen auf eine Verschaltungsebene mit Cover element 21 as well as on an interconnection level
Verschaltungsstegen 9 Außerdem sind in diesem Fall keine radial ausgebildeten Trennwände 31 zu sehen, sondern die bogenförmigen Innenwände und Interconnection webs 9 In addition, in this case, no radially formed partition walls 31 can be seen, but rather the arcuate inner walls and
Außenwände 34 und 35. Auf der linken Seite ist zwischen dem Innenring 22 und dem Abdeckelement 21 radiale Elemente bzw. Stege zu sehen, die den Ring 22 und den Deckel 21 miteinander befestigen und im Bereich des Ringspaltabflusses 26 angeordnet sind. Zwischen dem Einlassbereich 43 und den AuslassbereichenOuter walls 34 and 35. On the left side, between the inner ring 22 and the cover element 21, radial elements or webs can be seen, which fasten the ring 22 and the cover 21 together and are arranged in the region of the annular gap drain 26. Between the inlet area 43 and the outlet areas
36 innerhalb des Kühlkanals bildet sich zwischen diesen genannten Wänden ein aufgespaltener Fluidstrom. Wie man aus der Draufsicht des Stators 1 erkennt, sind die Verschaltungsstege 9 in Gruppen 40 von fünf in jeweils einem Ringsektor angeordnet, der durch radiale Trennwände 42 ausgebildet werden. Der 36 within the cooling channel, a split fluid flow forms between these walls. As can be seen from the top view of the stator 1, the connecting webs 9 are arranged in groups 40 of five, each in a ring sector, which are formed by radial partition walls 42. Of the
Einlassbereich 43 kann als Drosselelement ausgestaltet sein, vorteilhaft als Bohrung in der Außenwand 35, um eine gleichmäßige Fluid-Verteilung zwischen den verschiedenen Gruppen 40 zu erreichen. Inlet area 43 can be designed as a throttle element, advantageously as a bore in the outer wall 35, in order to achieve a uniform fluid distribution between the different groups 40.
Fig. 6B zeigt einen Querschnitt entlang der Achse des Stators 1 von Fig. 6A, der den Blick auf und in den Kühlkanal erklärt. Wiederum sind die Stableiter 6 und 6A erkennbar, die mit den Verschaltungsstegen 9 verbunden sind. Ebenso ist ein Fluidstrom auf der linken Seite eingezeichnet, der vom Ringspaltzufluss 25 durch den Kühlkanal zum Ringspaltabfluss 26 strömt. Der Kühlkanal selbst ist ringförmig und wird im Wesentlichen durch den Abdeckring 21, den Innenring 22, den Außenring 28 sowie den untersten Isolationsring 32 gebildet. FIG. 6B shows a cross section along the axis of the stator 1 from FIG. 6A, which explains the view of and into the cooling channel. Again, the rod conductors 6 and 6A can be seen, which are connected to the connecting webs 9. A fluid flow is also shown on the left-hand side, which flows through from the annular gap inflow 25 the cooling channel flows to the annular gap drain 26. The cooling channel itself is ring-shaped and is essentially formed by the cover ring 21, the inner ring 22, the outer ring 28 and the lowest insulation ring 32.
Fig. 7 und 8 zeigen eine Ausgestaltungsmöglichkeit für den Nutbereich 29 einer erfindungsgemäßen Ausführungsform für einen Stator 1 , bei welcher radiale Trennwände eines erfindungsgemäßen Kühlkanals nur im Nutbereich 29 ausgebildet sind. Die Gestaltung des Fluidkanals im Bereich des 7 and 8 show a configuration option for the groove area 29 of an embodiment according to the invention for a stator 1, in which radial partition walls of a cooling duct according to the invention are formed only in the groove area 29. The design of the fluid channel in the area of
Überbrückungsbereichs ist freibleibend. Bridging area is subject to change.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf einen Stator 1 mit Gehäuse 20 und Außenring 28 und Innenring 22, aber ohne Stableiter. Analog vorhergehenden Beispielen sind Verschaltungsstege 9 zur Ausbildung einer zusammengesetzten Wicklung im Stirnbereich des Statorblechpakets 2 angeordnet. Radiale Trennwände 31 sind integral mit dem Innenring ausgebildet. FIG. 7 shows a top view of a stator 1 with housing 20 and outer ring 28 and inner ring 22, but without a rod conductor. Analogous to the previous examples, connecting webs 9 for forming a composite winding are arranged in the end region of the stator laminated core 2. Radial partitions 31 are integrally formed with the inner ring.
Fig. 8A und 8B zeigen perspektivische Ansichten auf eine Abdeckeinheit 21, für einen Wickelkopf eines Stators, mit integral verbundenem Innenring 22, radial angeordneten Trennwänden 31 und Ringspaltabfluss 26. Die Abdeckeinheit weist einen ringförmigen Vorsprung mit einem O-Ring auf. Der Vorsprung trennt in montiertem Zustand den Zuflussbereich vom Abflussbereich, vgl. Fig. 13. 8A and 8B show perspective views of a cover unit 21, for a winding head of a stator, with an integrally connected inner ring 22, radially arranged partition walls 31 and annular gap drain 26. The cover unit has an annular projection with an O-ring. When assembled, the projection separates the inflow area from the outflow area, cf. Fig. 13.
Figuren 9 bis 11 zeigen eine Ausgestaltungsmöglichkeit für den Figures 9 to 11 show an embodiment of the
Überbrückungsbereich 30 einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dabei sind einzelne Verschaltungsstege 9 derart in Isolationsscheiben bzw. Isolationsringen 32 aufgenommen und durch bogenförmige Trennwände 41 voneinander getrennt, dass für jeden einzelnen Verschaltungssteg 9 ein wohldefinierten Kühlkanal ausgebildet wird. Dadurch ist für jeden Verschaltungssteg eine vergleichbare Kühlleistung gewährleistbar. Bridging area 30 of an embodiment according to the invention. Individual interconnection webs 9 are received in insulation disks or insulation rings 32 and separated from one another by arcuate partition walls 41 in such a way that a well-defined cooling channel is formed for each individual interconnection web 9. This means that a comparable cooling capacity can be guaranteed for each connection web.
Im einzelnen zeigt Fig. 9A eine Explosionsansicht auf einen Isolationsring 32 eines Kühlkanals mit einer Verschaltungsebene 5 aus drei 9A shows an exploded view of an insulation ring 32 of a cooling channel with an interconnection level 5 of three
Verschaltungssteggruppen 40 mit jeweils fünf Verschaltungsstegen 9, die auf dem Isolationsring 32 bzw. der waagrechten Trennwand 32 in insbesondere Interconnection web groups 40, each with five interconnection webs 9, which in particular on the insulation ring 32 or the horizontal partition wall 32
vorgefertigten Rillen bzw. Aussparungen anordbar sind. Der Isolationsring 32 weist drei Fluideinlässe 38, d.h. für jede Verschaltungssteggruppe einen eigenen Einlass, sowie für jeden Verschaltungssteg 9 zwei Fluidauslässe 39 auf, d.h. zehn Auslässe pro Verschaltungssteggruppe 40 und dreißig Auslässe 39 für den Isolationsring 32. Alle Auslässe 39 sind auf die Mitte des Rings 32 gerichtet.prefabricated grooves or recesses can be arranged. The insulation ring 32 has three fluid inlets 38, that is to say a separate one for each connecting web group Inlet, as well as two fluid outlets 39 for each connecting web 9, ie ten outlets per connecting web group 40 and thirty outlets 39 for the insulation ring 32. All outlets 39 are directed towards the center of the ring 32.
Damit die Verschaltungsstege 9 in der jeweiligen Verschaltungssteggruppe 40 passend angeordnet werden, sind Zwischenwände 41 zwischen den So that the interconnection webs 9 are arranged appropriately in the respective interconnection web group 40, intermediate walls 41 are between the
Verschaltungsstegen 9 bzw. auf dem Isolationsring 32 ausgebildet, die die genannten Rillen bilden. Zusätzlich sind die Verschaltungssteggruppen 40 durch radiale Trennungswände 42 voneinander getrennt. Dadurch kann ein Fluidstrom in parallele Teilströme für jede Verschaltungssteggruppe aufgeteilt werden und zusätzlich jeder Teilstrom in weitere parallele Teilströme für jeweils eine Connection webs 9 or formed on the insulation ring 32, which form the aforementioned grooves. In addition, the interconnection web groups 40 are separated from one another by radial partition walls 42. As a result, a fluid flow can be divided into parallel partial flows for each interconnection land group and, in addition, each partial flow into further parallel partial flows for one each
Verschaltungssteghälfte. Half of the connecting web.
Fig. 9B zeigt eine Draufsicht auf den in Fig. 9A gezeigten Isolationsring 32. In dieser Figur sind keine Verschaltungsstege 9 angeordnet, um die Kanäle bzw. Rillen, die durch die Zwischenwände 41 ausgebildet werden, besser zu zeigen. Jede Rille wird durch einen dreiecksförmigen Einlass, der sich vom Einlassbereich 38 bis zu einer Innenwand 34 erstreckt, mit der Außenseite verbunden und kann somit mit einem Kühlfluid versorgt werden. Das durch einen Einlassbereich 38 hineingeflossene Kühlfluid kann aus zehn verschiedenen Auslässen 39 in Richtung Mittelachse 23 ausfließen. Dies gilt für jeden Ringsektor eines Rings 32 bzw. jede Verschaltungssteggruppe 40 einer Verschaltungsebene 5. Anstelle eines durchgehenden Einlassbereiches 38 können die Zwischenwände 41 und die Außenwand 35 jedoch auch nicht unterbrochen ausgeführt sein und jeweils eine radiale Bohrung als Fluideinlass aufweisen. Durch die Auslegung der Bohrung kann ein Druckabfall über jeden Einlassbereich gezielt eingestellt werden, z.B.FIG. 9B shows a plan view of the insulation ring 32 shown in FIG. 9A. In this figure, no connecting webs 9 are arranged in order to better show the channels or grooves which are formed by the intermediate walls 41. Each groove is connected to the outside through a triangular inlet extending from the inlet region 38 to an inner wall 34 and can thus be supplied with a cooling fluid. The cooling fluid flowing in through an inlet area 38 can flow out of ten different outlets 39 in the direction of the central axis 23. This applies to each ring sector of a ring 32 or each interconnection web group 40 of an interconnection level 5. Instead of a continuous inlet area 38, however, the intermediate walls 41 and the outer wall 35 can also not be interrupted and each have a radial bore as a fluid inlet. By designing the bore, a pressure drop across each inlet area can be set, e.g.
100 mbar über die Außenwand und lOmbar über jede Zwischenwand. 100 mbar over the outer wall and lOmbar over each partition.
Insbesondere bei liegendem Betrieb des Stators kann dadurch eine Particularly when the stator is in a lying position, this can result in a
Ungleichverteilung von Kühlfluid über mehrerer Verschaltungssteggruppen 40 und/oder mehrere Verschaltungsebenen 5 erreicht werden. Uneven distribution of cooling fluid over a plurality of interconnection land groups 40 and / or a plurality of interconnection levels 5 can be achieved.
Fig. 10A und 10B zeigen jeweils perspektivische Ansichten auf zusammengesetzte Isolationsringe 32 aus einem Kühlkanal ohne Verschaltungsstege. Die vier aufeinander angeordnete Isolationsringe 32 weisen jeweils drei Einlässe 38 und dreißig Auslässe 39 auf. Fig. 11 zeigt die zusammengesetzten Isolationsringe 32 gemäß Fig. 10A bzw. 10B mit Verschaltungsstegen 9. 10A and 10B each show perspective views of assembled insulation rings 32 from a cooling duct without connecting webs. The four insulation rings 32 arranged one on top of the other each have three inlets 38 and thirty outlets 39. 11 shows the assembled insulation rings 32 according to FIGS. 10A and 10B with connecting webs 9.
Die Fig. 12A und 12B zeigen schließlich eine Kombination der in Figuren 9 bis 11 und 7 bis 8 dargestellten Ausgestaltungsmöglichkeiten. Die zusammengesetzten Isolationsringe 32 gemäß Fig. 10A bzw. 10B sind mit einer Abdeckeinheit bzw. Deckel 21 analog Fig. 8 versehen. Die Deckeleinheit 21 ist mit Innenring 22 und senkrechten Trennwänden 31 ausgestattet. Die eingesetzten Verschaltungsstege sind in diesen beiden Fällen nicht zu erkennen. Finally, FIGS. 12A and 12B show a combination of the design options shown in FIGS. 9 to 11 and 7 to 8. The assembled insulation rings 32 according to FIGS. 10A and 10B are provided with a cover unit or cover 21 analogous to FIG. 8. The lid unit 21 is equipped with an inner ring 22 and vertical partitions 31. The connection bars used cannot be seen in these two cases.
Die Figuren 13 bis 15 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Figures 13 to 15 show a preferred embodiment for a
Statorkühlung mit einem erfindungsgemäßen Kühlkanal. Stator cooling with a cooling duct according to the invention.
Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen Stator 1 mit einem Kühlkanal gemäß der vorliegenden Erfindung und mit eingezeichneten Fluidströmen. Der Stator 1 ist mit Kühlgehäuse 20 und Kühlrippen bzw. einer Windung 44 13 shows a perspective view of a stator 1 with a cooling channel according to the present invention and with the fluid flows shown. The stator 1 has a cooling housing 20 and cooling fins or a turn 44
ausgebildet. Auf der Oberseite ist die Deckeleinheit 21 mit dem Innenring 22 zu sehen, die in Verbindung mit dem Außenring des Kühlgehäuses 20 den educated. On the upper side, the cover unit 21 with the inner ring 22 can be seen, which in connection with the outer ring of the cooling housing 20
Ringspaltzufluss 25 und den Ringspaltabfluss 26 bilden. Form annular gap inflow 25 and annular gap outflow 26.
Fig. 14 zeigt einen Längsschnitt durch einen oberen Teil eines Stators 1, insbesondere dessen Wickelkopf mit erfindungsgemäßen Kühlkanal, wobei Fluidströme auf der rechten Seite eingezeichnet sind. Im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Statoren, ist dieses Ausführungsbeispiel mit einem Fluidgehäuse 48 ausgestattet. Das Fluidgehäuse 48 weist eine zylinderförmige Außenwand 50 sowie eine ringförmige Abdeckung 51, zum Beispiel ein Lagerschild, auf. Die Außenwand 50 liegt an dem Kühlgehäuse 20 direkt an. Die Abdeckung 51 ist mit der Außenwand 50 befestigt und weist mehrere Öffnungen für einen Fluidzufluss und eine Öffnung für einen Fluidabfluss sowie für einen Rotor auf. Der 14 shows a longitudinal section through an upper part of a stator 1, in particular its winding head with a cooling duct according to the invention, with fluid flows being shown on the right-hand side. In comparison to the stators described above, this exemplary embodiment is equipped with a fluid housing 48. The fluid housing 48 has a cylindrical outer wall 50 and an annular cover 51, for example a bearing plate. The outer wall 50 bears directly against the cooling housing 20. The cover 51 is fastened to the outer wall 50 and has a plurality of openings for a fluid inflow and an opening for a fluid outflow as well as for a rotor. Of the
Fluidzufluss ist auf die Deckeleinheit 21 gerichtet und drückt diese nach unten bzw. auf den Statormantel 2. Die Deckeleinheit 21 ist axial verschieblich gelagert. Die Deckeleinheit trennt Zufluss- und Abflussbereich durch einen ringförmigen Vorsprung mit eingefasstem O-Ring. Indem der Strömungswiderstand für das Kühlfluid durch Ausgestaltung der einzelnen Zuflüsse und Fluidpassagen, insbesondere im Zufluss zu Verschaltungssteggruppen, in großen Bereichen eingestellt werden kann, kann eine Anpresskraft der Deckleinheit angepasst werden, z.B. in einem Bereich von 150 bis 250 mbar. Mittels des vergrößerten Querschnitts entlang der Längsachse bzw. Mittelachse 23 des Stators 1 sind der Statormantel 2 mit den Stableitern 6 und 6a, als auch der Wickelkopf mit den verschiedenen Verschaltungsstegen 9, Isolationsringen 32 der Deckeleinheit 21 mit Innenring 22 und die dadurch ausgebildeten Ringspalte für Zufluss und Abfluss 25 und 26 gut zu erkennen. Die Stege 9 und die Leiter 6, 6a sind an den Kontaktpunkten 33 miteinander befestigt, insbesondere verschweißt. Fluid inflow is directed onto the cover unit 21 and presses it downwards or onto the stator jacket 2. The cover unit 21 is axially displaceably mounted. The lid unit separates the inflow and outflow areas by means of an annular projection with a framed O-ring. By adjusting the flow resistance for the cooling fluid in large areas by designing the individual inflows and fluid passages, in particular in the inflow to connection web groups, a contact pressure of the cover unit can be adjusted be, for example in a range of 150 to 250 mbar. By means of the enlarged cross-section along the longitudinal axis or central axis 23 of the stator 1, the stator casing 2 with the bar conductors 6 and 6a, as well as the winding head with the various connecting webs 9, insulation rings 32 of the cover unit 21 with the inner ring 22 and the annular gaps formed thereby for inflow and drain 25 and 26 clearly visible. The webs 9 and the conductors 6, 6a are fastened to one another at the contact points 33, in particular welded.
Insgesamt ergibt sich damit eine mehrfach parallel geschalteter Fluidströmung. Durch den Ringspalt-Zufluss sind die einzelnen Verschaltungsebenen fluidisch parallel geschaltet. Durch die Isolationsscheiben sind die einzelnen Overall, this results in a fluid flow connected several times in parallel. The individual interconnection levels are fluidically connected in parallel due to the inflow of the annular gap. Through the insulation washers are the individual
Verschaltungsstege bzw. Verschaltungshalbstege fluidisch parallel geschaltet. Wiring webs or half webs connected fluidically in parallel.
Fig. 15 zeigt eine Explosionsansicht auf einen erfindungsgemäßen Stator 1 mit zwei Wickelköpfen 3 und 4 und Kühlkanälen. Der Stator 1 ist mit einem 15 shows an exploded view of a stator 1 according to the invention with two winding heads 3 and 4 and cooling channels. The stator 1 is with a
Statormantel 2 ausgestattet, in dessen innenseitig ausgebildeten Rillen bzw. Stator sheath 2 equipped, in the inside grooves or
Nutbereich 29 die Stableiter 6 und 6a konzentrisch um die Mittelachse 23 angeordnet sind. Auf der einen Seite ist der Wickelkopf 3 angeordnet, um die Stableiter 6 und 6a an einem Ende mit den entsprechenden Verschaltungsstegen 9 zu verbinden. Auf der anderen Seite des Statormantels 2 ist der andere Groove region 29, the rod conductors 6 and 6a are arranged concentrically around the central axis 23. The winding head 3 is arranged on one side in order to connect the rod conductors 6 and 6a at one end to the corresponding connecting webs 9. On the other side of the stator shell 2 is the other
Wickelkopf 4 angeordnet, der sich im Vergleich zum ersten Wickelkopf 3 darin unterscheidet, dass er eine zusätzliche Verschaltungsebene 7 mit einem Arranged winding head 4, which differs from the first winding head 3 in that it has an additional interconnection level 7 with a
Phasenanschluss 8 aufweist. Beide Wickelköpfe 3 und 4 sind mit einer Dichtmatte 45, einem Adapterstück 47, vier Verschaltungsebenen 5 mit den entsprechenden Verschaltungsstegen 9 bzw. mit jeweils drei Verschaltungssteggruppen 40 übereinander angeordnet. Als Abschluss ist ein Deckelelement 21 vorgesehen, das einen Innenring 22 und senkrecht angeordnete radiale Trennwände 31 aufweist. Has phase connection 8. Both winding heads 3 and 4 are arranged one above the other with a sealing mat 45, an adapter piece 47, four interconnection levels 5 with the corresponding interconnection webs 9 or with three interconnection web groups 40. Finally, a cover element 21 is provided, which has an inner ring 22 and vertical radial partition walls 31.
Fig. 16 zeigt vier verschiedene Konstruktionsvariationen der Isolationsringe 32, insbesondere deren Zwischenwände 41, innerhalb eines Kühlkanals mit darin angeordneten Verschaltungsstegen 9. Die Zwischenwände 41 und die 16 shows four different construction variations of the insulation rings 32, in particular their intermediate walls 41, within a cooling channel with interconnection webs 9 arranged therein. The intermediate walls 41 and
Isolationsringe 32 können Halteelemente 46 in Form von Noppen oder ähnlichem aufweisen. In Beispiel a) sind die Elemente 46 an den Zwischenwänden 41 ausgebildet. In Beispiel b) sind die Elemente 46 an einer Zwischenwand 41 und an der Unterseite eines Rings 32 angeordnet. In Beispiel c) sind die Elemente 46 gleichzeitig an der Unterseite des oberen Rings 32 und an der Unterseitedes oberen Rings 32 ausgebildet. Beispiel d) sind die Elemente 46 an beiden Insulation rings 32 can have holding elements 46 in the form of knobs or the like. In example a), the elements 46 are formed on the intermediate walls 41. In example b) the elements 46 are arranged on an intermediate wall 41 and on the underside of a ring 32. In example c) the elements 46 are simultaneously on the underside of the upper ring 32 and on the underside of the same upper ring 32 formed. Example d) are the elements 46 on both
Zwischenwänden sowie Ober- und Unterseite von oberem bzw. unterem Partitions and top and bottom of the top and bottom
Isolationsring 32 ausgeformt, wobei die seitlichen Elemente 46 und die Isolation ring 32 formed, the side elements 46 and the
Decken/Bodenelemente 46 nicht auf gleicher Höhe, sondern entlang der Ceiling / floor elements 46 not at the same height, but along the
Längsachse des Verschaltungsstegs 9 abwechselnd ausgebildet sind, vgl. Fig. 17. Longitudinal axis of the connecting web 9 are alternately formed, cf. Fig. 17.
Figur 17 zeigt schematisch und ausschnitthaft einen zwischen zwei Trennwänden 41 gehaltenen Versschaltungssteg 9. Der Verschaltungssteg wird dabei von wechselseitig angeordneten Noppen 46 gehalten. Durch die Noppen 46 ist eine Montage des Verschaltungssteges 9 möglich, bei welcher dieser auf Biegung beansprucht wird und festgeklemmt wird. FIG. 17 shows, schematically and in detail, a connection web 9 held between two partition walls 41. The connection web is held by mutually arranged knobs 46. The knobs 46 make it possible to mount the connecting web 9, in which it is subjected to bending and is clamped.
Figur 18 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen Stators in einer Draufsicht mit einem Deckelteil 17 mit erweiterter Zuflussöffnung 25'. Die erweiterte Zuflussöffnung 25' ist als Aussparung am Deckel 21 ausgebildet. Die FIG. 18 shows a variant of a stator according to the invention in a plan view with a cover part 17 with an enlarged inflow opening 25 '. The expanded inflow opening 25 ′ is designed as a recess on the cover 21. The
Zuflussöffnung 25' ist oben am Stator angebracht, wobei der Stator in einer liegenden Anordnung betrieben wird. Die Schwerkraft wirkt in der Inflow opening 25 'is attached to the top of the stator, the stator being operated in a lying arrangement. Gravity acts in the
Zeichnungsebene entsprechend von oben nach unten. Dadurch kann eine gleichmäßige Fluidzufuhr über den gesamten Statorumfang erreicht werden. Insbesondere kann der Strömungswiderstand im Zulauf im oberen Bereich des Wickelkopfes gesenkt werden. Dadurch kann eine Fluidungleichverteilung, wie sie infolge eines im Vorraum des Wickelkopfs (zwischen Deckel 21 Drawing level accordingly from top to bottom. As a result, a uniform fluid supply can be achieved over the entire circumference of the stator. In particular, the flow resistance in the inlet in the upper area of the winding head can be reduced. This can result in an uneven distribution of fluids, as occurs as a result of an in the antechamber of the end winding (between cover 21
Gehäuseabdeckung 51, vgl. Fig. 14) sich anstauenden Fluids, und der durch den hydrostatischen Druck resultierenden ungleichen Druckverteilung entsteht, vermieden bzw. verringert werden. Vorteilhaft kann dadurch selbst bei sehr geringen Drücken und/oder bei sehr geringem Volumenstrom eine gleichmäßige Kühlung des gesamten Wickelkopfs erreicht werden. Housing cover 51, cf. Fig. 14) accumulating fluid, and the uneven pressure distribution resulting from the hydrostatic pressure can be avoided or reduced. As a result, uniform cooling of the entire winding overhang can advantageously be achieved even at very low pressures and / or at a very low volume flow.
Bei nur geringem Fluiddruck sammelt sich das Fluid zuerst an unterster Stelle des Vorraums. Dort kann es wegen des hohen Strömungswiderstandes des With only a low fluid pressure, the fluid first collects at the lowest point in the anteroom. There it can because of the high flow resistance of the
Ringspaltes nicht so schnell abfließen wie es zugefördert wird. Das Fluidspiegel im Vorraum steigt entsprechend an bis auf Höhe der erweiterten Zuflussöffnung 25'. Von dort kann es praktisch ohne Strömungswiderstand in den Do not drain the annular gap as quickly as it is fed. The fluid level in the anteroom rises accordingly up to the level of the enlarged inflow opening 25 '. From there it can be practically without flow resistance in the
dahinterliegenden Ringspalt 25 eindringen, wo es gleichmäßig an beispielsweise dem Außenumfang von Isolationsscheiben 32 entlangfließt und durch einzelne Einlassöffnungen 38 zu Verschaltungssteggruppen 40 bzw. Verschaltungsstegen 9 strömt, vgl. Fig. 12b. Der Fluid-Zufluss zum Vorraum kann dabei an beliebiger Stelle angebracht sein. penetrate the annular gap 25 behind it, where it flows evenly along, for example, the outer circumference of insulation disks 32 and through individual inlet openings 38 to interconnection web groups 40 or interconnection webs 9 flows, cf. Fig. 12b. The fluid inflow to the anteroom can be attached at any point.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
1 Stator 1 stator
2 Statormantel bzw. Statorblechpaket 2 stator jacket or stator laminated core
3 Wickelkopf Seite A 3 end winding side A
4 Wickelkopf Seite B 4 end winding side B
5 Verschaltungsebene 5 interconnection level
6 Stableiter 6 rod ladders
6a Stableiter 6a rod ladder
7 Verschaltungsebene mit Phasenanschluss 7 interconnection level with phase connection
8 Phasenanschluss 8 phase connection
9 Verschaltungsstege/Stirnverbinder 9 connection bars / end connectors
20 Kühlgehäuse/-hülse 20 cooling housing / sleeve
21 Deckel 21 lid
22 Innenring 22 inner ring
23 Mittelachse 23 central axis
25 Ringspalt Zufluss 25 Inflow annular gap
25' erweiterte Zufluss-Öffnung 25 'enlarged inlet opening
26 Ringspalt Abfluss 26 Annular gap drain
28 Außenring 28 outer ring
29 Nutbereich/Verbindungsbereich 29 Groove area / connection area
30 Überbrückungsbereich 30 bridging area
31 Trennwand, senkrecht 31 partition, vertical
32 Trennwand, waagrecht bzw. Isolationsring/-scheibe 32 partition, horizontal or insulation ring / washer
33 Kontakt/Verschweißung von Stableiter mit Verschaltungssteg 33 Contact / welding of rod conductors with connecting web
34 Trennwand, bogenförmige Innenwand 34 partition, arched inner wall
35 Trennwand, bogenförmige Außenwand 35 partition, arched outer wall
36 Auslassbereiche 36 outlet areas
37 Deckel 37 cover
38 Einlass 38 inlet
39 Auslass 39 outlet
40 Verschaltungssteggruppe 40 interconnection bridge group
41 Zwischenwände Trennungswand zwischen Verschaltungssteggruppe Einlassbereich 41 partitions Partition wall between interconnection web group inlet area
Windung/Kühlrippen Swirl / cooling fins
Dichtmatte Sealing mat
Noppen/Halteelement Studs / holding element
Adapterstück/-ring Adapter piece / ring
Fluidgehäuse Fluid housing
Außenwand des Fluidgehäuses Outer wall of the fluid housing
Abdeckung des Fluidgehäuses Cover of the fluid housing

Claims

Ansprüche Expectations
1. Kühlkanal für einen Wickelkopf einer elektrischen Maschine, wobei der Kühlkanal zum Führen eines Kühlfluids mit mindestens einem Zufluss (25) und mindestens einem Abfluss (26) und zur Anordnung um den 1. Cooling channel for a winding head of an electrical machine, the cooling channel for guiding a cooling fluid with at least one inflow (25) and at least one outflow (26) and for arrangement around the
Wickelkopf ringförmig ausgebildet ist, Winding head is annular,
dad u rch geken nzeich net, dass That means that
der Kühlkanal eine Vielzahl von Trennwänden (31; 32; 41; 42) aufweist, die derart angeordnet sind, dass parallele Teilkanäle zwischen dem mindestens einen Zufluss (25) und dem mindestens einen Abfluss (26) ausgebildet werden, wobei der Zufluss (25) radial außen, bezüglich des Kühlkanals, und der Abfluss (26) radial innen angeordnet sind oder der Zufluss radial innen und der Abfluss radial außen angeordnet sind. the cooling channel has a plurality of partition walls (31; 32; 41; 42) which are arranged such that parallel subchannels are formed between the at least one inflow (25) and the at least one outflow (26), the inflow (25) radially outside, with respect to the cooling channel, and the outflow (26) are arranged radially inside or the inflow is arranged radially inside and the outflow is arranged radially outside.
2. Kühlkanal nach Anspruch 1, 2. Cooling duct according to claim 1,
dad u rch geken nzeich net, dass That means that
der Zufluss (25) und/oder der Abfluss (26) als ringförmiger Spalt ausgebildet sind, wobei der Zufluss und der Abfluss durch einen ringförmigen Deckenabschnitt (21) des Kühlkanals voneinander getrennt sind. the inflow (25) and / or the outflow (26) are designed as an annular gap, the inflow and the outflow being separated from one another by an annular ceiling section (21) of the cooling channel.
3. Kühlkanal nach Anspruch 1 oder 2, 3. Cooling channel according to claim 1 or 2,
dad u rch geken nzeich net, dass That means that
mindestens ein Teil der Vielzahl von Trennwänden strahlenförmig angeordnet sind und radiale Trennwände (31) bilden. at least a part of the plurality of partitions are arranged in a radial shape and form radial partitions (31).
4. Kühlkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Cooling duct according to one of claims 1 to 3,
dad u rch geken nzeich net, dass That means that
mindestens ein Teil der Vielzahl von Trennwänden kreisbogenförmig (34; 35; 41) ausgebildet sind und insbesondere gruppenweise konzentrisch zueinander angeordnet sind. at least a part of the plurality of partition walls are designed in the shape of a circular arc (34; 35; 41) and in particular are arranged concentrically to one another in groups.
5. Kühlkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Cooling duct according to one of claims 1 to 4,
dad u rch geken nzeich net, dass That means that
mindestens ein Teil der Vielzahl von Trennwänden konzentrisch und parallel zueinander angeordnete Isolationsringe (32) aufweist. has at least a part of the plurality of partition walls concentrically and parallel to each other arranged insulation rings (32).
6. Kühlkanal nach Anspruch 4 und 5, 6. cooling channel according to claim 4 and 5,
dad u rch geken nzeich net, dass That means that
die radialen Trennwände (31) und die Isolationsringe (32) senkrecht zueinander angeordnet sind. the radial partitions (31) and the insulation rings (32) are arranged perpendicular to each other.
7. Kühlkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. Cooling duct according to one of claims 1 to 6,
dad u rch geken nzeich net, dass That means that
die Trennwände Befestigungselemente (46), insbesondere Klemmelemente oder Noppen, aufweisen. the partitions have fastening elements (46), in particular clamping elements or knobs.
8. Kühlkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. Cooling duct according to one of claims 1 to 7,
dad u rch geken nzeich net, dass That means that
die Vielzahl von Trennwänden aus einem elastischen Material gebildet ist. the plurality of partitions are formed from an elastic material.
9. Kühlkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. Cooling duct according to one of claims 1 to 8,
dad u rch geken nzeich net, dass That means that
der Kühlkanal mehrteilig ausgebildet ist. the cooling channel is constructed in several parts.
10. Kühlkanal nach Anspruch 9, 10. cooling channel according to claim 9,
dad u rch geken nzeich net, dass That means that
der Kühlkanal ein Dichtelement (45) als Bodenkomponente und ein Statorkühlgehäuse (20) als äußere Seitenwand aufweist. the cooling duct has a sealing element (45) as the base component and a stator cooling housing (20) as the outer side wall.
11. Stator (1), insbesondere für einen Elektromotor, mit einer Vielzahl von Stableitern (6, 6a), wobei der Stator (1) wenigstens einen Kühlkanal nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist und die Trennwände (31; 32) des Kühlkanals zwischen mindestens einem Teil der Stableiter (6, 6a) angeordnet sind. 11. stator (1), in particular for an electric motor, with a plurality of rod conductors (6, 6a), the stator (1) having at least one cooling duct according to one of the preceding claims and the partition walls (31; 32) of the cooling duct between at least some of the rod conductors (6, 6a) are arranged.
12. Stator (1) nach Anspruch 11, 12. stator (1) according to claim 11,
dad u rch geken nzeich net, dass That means that
der Stator (1) eine mit den Stableitern (6, 6a) korrespondierende Vielzahl von Verbindungsstegen (9) aufweist. the stator (1) has a plurality of connecting webs (9) corresponding to the bar conductors (6, 6a).
13. Elektrische Maschine mit einem Kühlkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einem Stator (1) nach Anspruch 10 oder 11. 13. Electrical machine with a cooling channel according to one of claims 1 to 9 or a stator (1) according to claim 10 or 11.
EP19828236.0A 2018-12-12 2019-12-11 Cooling channel for a winding overhang of an electrical machine Pending EP3895286A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018131961.4A DE102018131961A1 (en) 2018-12-12 2018-12-12 Cooling channel for a winding head of an electrical machine
PCT/EP2019/084748 WO2020120622A1 (en) 2018-12-12 2019-12-11 Cooling channel for a winding overhang of an electrical machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3895286A1 true EP3895286A1 (en) 2021-10-20

Family

ID=69024249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19828236.0A Pending EP3895286A1 (en) 2018-12-12 2019-12-11 Cooling channel for a winding overhang of an electrical machine

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220037946A1 (en)
EP (1) EP3895286A1 (en)
CN (1) CN113196624A (en)
DE (1) DE102018131961A1 (en)
WO (1) WO2020120622A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113675966B (en) * 2021-09-14 2023-11-24 无锡星驱科技有限公司 Stator assembly, motor and motor cooling system
DE102022129626A1 (en) 2022-11-09 2024-05-16 Schaeffler Technologies AG & Co. KG stator

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5579650A (en) * 1978-12-13 1980-06-16 Hitachi Ltd Rotor cooling device of rotary electric machine
DE50105131D1 (en) * 2001-08-09 2005-02-24 Siemens Ag Arrangement of internally cooled electrical conductors, in particular for a generator rotor
JP3774862B2 (en) * 2002-03-15 2006-05-17 株式会社デンソー Rotating electric machine
DE102008033959B4 (en) * 2008-07-21 2010-07-15 Siemens Aktiengesellschaft Electric machine with radial dividing plates for cooling air flow
JP4670942B2 (en) * 2008-11-21 2011-04-13 トヨタ自動車株式会社 Rotating electric machine
WO2013054811A1 (en) * 2011-10-13 2013-04-18 三菱電機株式会社 Dynamo-electric machine
JP2013141334A (en) * 2011-12-28 2013-07-18 Denso Corp Rotary electric machine
EP2852036A1 (en) * 2013-09-16 2015-03-25 ALSTOM Renewable Technologies Electric machine with closed circuit air cooling
JP6604711B2 (en) * 2014-08-20 2019-11-13 Ntn株式会社 Breather structure of in-wheel motor drive device and in-wheel motor drive device having this breather structure
FR3032568B1 (en) * 2015-02-06 2018-10-26 Alstom Transport Technologies ELECTRIC MOTOR WITH EXTERNAL RADIATOR AND TWO SEPARATE COOLING CIRCUITS
DE102015011863B4 (en) * 2015-09-10 2017-10-05 Audi Ag Electric machine
DE102015220112A1 (en) 2015-10-15 2017-04-20 Continental Automotive Gmbh Electric machine comprising a stator with reduced winding overhang
US20170310189A1 (en) 2016-04-25 2017-10-26 Ford Global Technologies, Llc Stator Cooling For Electric Machines
CN108512363B (en) * 2018-04-10 2020-08-18 浙江兴轮电驱动有限公司 Oil-cooled motor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018131961A1 (en) 2020-06-18
WO2020120622A1 (en) 2020-06-18
CN113196624A (en) 2021-07-30
US20220037946A1 (en) 2022-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018219219B4 (en) Stator for an electric machine
EP3157138A1 (en) Method for cooling a stack of metal sheets, stack of metal sheets, rotor, stator and electric machine
EP3895282B1 (en) Stator, connection component, and electric machine
EP0894358B1 (en) Rotor winding for an electric machine
DE112015004235T5 (en) Cooling arrangement for an end turn of an electric machine
DE102005018777A1 (en) Stator coil with concentrated winding for a rotating electrical machine
DE102017222635A1 (en) Stator and electric machine with cooling system
DE112010004084T5 (en) Cooling structure for a stator
EP3895287A1 (en) Cooling channel for a winding overhang of a stator, and stator comprising a cooling channel of this type
DE102015215762A1 (en) Laminated core and method for its production
EP3895286A1 (en) Cooling channel for a winding overhang of an electrical machine
EP3338346A1 (en) Cooling system for an electric machine
WO2020120626A1 (en) Isolating ring, stator and electric machine
EP2076956B1 (en) Cooling system for highly utilized rotating electrical machines
DE102018219539A1 (en) Circuit arrangement for an electrical machine
DE102014117264A1 (en) Rotor with cooling distributors
DE102012204197A1 (en) Electric machine with phase separator
DE102021107454B4 (en) Stator device for an electrical machine and method of manufacture
DE102012211501A1 (en) Electric machine with a stator lamella pack provided with vortex generators for an integrated cooling arrangement
DE2526290A1 (en) DYNAMOMACHINE WITH COOLANT ROTOR
DE4032944A1 (en) Gas-cooled electric machine e.g. turbogenerator - has immediate connections to coolers from exits of gas outflow chambers closed from winding head spaces
EP3813237B1 (en) Coil module for an electric machine
WO2022033620A1 (en) Electric motor having a cooling device for active cooling of the winding portions within groove regions of a main body
DE202011106998U1 (en) End plate for windings
DE102014213506A1 (en) Winding element for an axial flow machine, stator unit for an axial flow machine and method for producing a stator unit for an axial flow machine

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210303

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)