WO2016078933A2 - Wickelkopfträger - Google Patents

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WO2016078933A2
WO2016078933A2 PCT/EP2015/075891 EP2015075891W WO2016078933A2 WO 2016078933 A2 WO2016078933 A2 WO 2016078933A2 EP 2015075891 W EP2015075891 W EP 2015075891W WO 2016078933 A2 WO2016078933 A2 WO 2016078933A2
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WO
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structural component
winding head
connecting web
winding
head support
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PCT/EP2015/075891
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English (en)
French (fr)
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WO2016078933A3 (de
Inventor
Yves Burkhardt
Markus KLÖPZIG
Aristide SPAGNOLO
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/223—Heat bridges

Definitions

  • Winding head carrier The invention relates to a winding head carrier for an electric machine, in particular for an electric motor.
  • the windings of electrical machines such as tooth coil windings or single-tooth windings, arranged on winding head carriers, which in turn are attached to the stator of the electric machine.
  • the winding carrier of plastics are high, which usually have a poor thermal conductivity aufwei ⁇ sen, so is present between the windings and the stator, in particular between the winding heads of the windings and the stator, an insufficient thermal contact.
  • not enough heat can be dissipated from the windings or the winding head carriers, so that temperature peaks (English hot spots) are formed, in particular at the winding head carriers. If no further measures to cool the winding carrier has been taken, in particular, the continuous current carrying capacity of the coils or electrical ⁇ rule engine is significantly and adversely affected.
  • the present invention has for its object to improve the heat dissipation of a winding head carrier and / or a Wickelkop ⁇ fes an electrical machine.
  • An inventive winding head support for a stator of an electric machine which is provided for a tooth coil winding, has a head region, a foot region and at least one connecting web, wherein the connecting web on a first end face with the head portion and on a first end face facing away from the second end face connected to the foot area.
  • at least one side surface of the connecting web is at least partially positively and / or non-positively enclosed by a thermally conductive structural component, wherein the structural component is in mechanical contact with the at least one side surface of the connecting web and the foot region and the structural component has a greater thermal conductivity than the connecting web having.
  • the winding head according to the invention is generally in electrical machines, such as in electric motors for electrically powered vehicles and / or generators used.
  • the connecting web is thermally coupled via the thermally conductive, in particular thermally highly conductive structural component to the foot region of the winding head carrier, wherein the structural component has a greater thermal conductivity than the connecting web.
  • heat for example heat loss, which is produced during operation of the electric machine within the tooth coil winding and is at least partially transmitted to the winding head carrier , is at least partially diverted to the base region of the winding head carrier by means of the structural component.
  • the foot region of the winding head carrier is arranged on a stator, in particular on stator plates, of the electric machine.
  • the thermally conductive structural component has a greater heat conductivity than the connecting web .
  • the winding head carrier is multi-part, in particular two-part, formed, wherein the thermal properties of the winding head carrier are improved by the structural component.
  • the head area, foot area and connecting bar should essentially meet the mechanical requirements of the winding head carrier. Due to the at least two-part design of the winding head carrier, this has a relation to the prior art improved gaugeleitfä ⁇ ability. As a result, temperature excesses (English hot spots) can be reduced or avoided at the winding head carrier.
  • the electric machine can be used more thermally better , that is to say, for example, that the continuous current carrying capacity of the electric machine is opposite that of FIG
  • the winding head carrier enables a manufacturing technical Op Timing, whereby a cost-saving series production of the winding head carrier and / or the electric machine is made ⁇ light.
  • the mechanical configuration of the winding head carrier can be independent of its thermal configuration.
  • the header, footer, and / or the connecting web of the winding head carrier may have a kom ⁇ complexes geometry, wherein the thermal residual sheep ⁇ th of the head portion, foot portion and / or the connection ⁇ web play a subordinate role.
  • at least partially heat dissipation of the coil, of a winding head and / or the winding carrier by the structural ⁇ is turbauteil having a greater thermal conductivity than the connecting web is ensured.
  • the Thermal conductivity ⁇ ness of the structural component may be greater than the Thermal conductivity ⁇ ness of the head region and / or foot region.
  • the structural component has a groove which forms a positive and / or non-positive tongue-and-groove connection with the connecting web.
  • the structural component thereby form- and / or force fit on the connecting arm of the Wickelkopfträ ⁇ gers, for example during its production, infected ⁇ the (engl. Snap-in connection).
  • a tongue and groove connection advantageously only small demands must be made in terms of dimensional tolerances or manufacturing tolerances.
  • connection ⁇ elements between the connecting web and the structural component can be omitted.
  • a winding in particular a tooth coil winding
  • the tongue and groove connection is formed by a pressure load, which is caused by the load cell arranged on the winding head carrier and on the structural component. mentation is additionally supported.
  • the structural component can be held almost completely by the pressure load on the connecting web . In other words, the structural component is pressed or through the winding, in particular by Zahnspu ⁇ lenwicklung to the connecting web pressed.
  • a material and / or material connection between the structural component and the connecting web can be provided.
  • the structural component can be fastened to the connecting web by means of an adhesive (adhesive).
  • the connecting web is formed cuboid, wherein the structural component at least three of the four side surfaces of the cuboid connecting web at least teilwei ⁇ se positively and / or non-positively encloses.
  • the structural component is additionally in mechanical contact with the head area.
  • the heat introduced in the head region of the winding head carrier is dissipated via the structural component which is in mechanical contact with the head region and guided to the base region of the winding head carrier.
  • the dissipation of heat that is, the heat dissipation of the winding head carrier, takes place from the base of the winding head carrier by the release of the heat to the stator or to the stator laminations.
  • the structural component is an electrical insulator. This will advantageously flows, in particular eddy currents avoided within the winding carrier and / or intra ⁇ half of the structural component.
  • the structural component preferably has a thermal conductivity of at least 10 W / (m-K).
  • this further improves the heat dissipation of the winding head carrier.
  • the structural component comprises a ceramic material. Ceramics advantageously have a sufficient and good thermal conductivity.
  • the structure ⁇ component may be a sintering and / or pressing member made of ceramic, at ⁇ game as alumina, be.
  • aluminum ⁇ miniumoxid is electrically insulating, so that the structural component forms an electrical isolator. It is particularly advantageous if the structural component is formed by means of a ceramic.
  • the structural component preferably comprises a sintered component or a pressed component.
  • the structural component is preferably produced by means of a Sin ⁇ tervons or a pressing process. Before ⁇ geous enough, thereby allowing position of the structural component and thus of the winding head support, a suitable for mass manufacturing.
  • the sintered or pressed structural component can be inserted into an injection or casting mold and encapsulated or encapsulated with a plastic. This allows a technically advantageous and cost-saving production method for the winding head carrier.
  • the winding head carrier comprises at least two connecting webs, wherein the two connecting webs are spaced such that in a gap between the two connecting webs, the structural component is at least partially positive and / or force ⁇ conclusively arranged.
  • the structural component can advantageously be arranged by means of a positive and / or non-positive connection (for example during the production of the winding head carrier) on the connecting webs and thus on the wiper head carrier.
  • the structural component is inserted between the two connecting webs.
  • the structural member at least ei ⁇ NEN fold, in particular two folds on.
  • an engagement of the fold or the folds with the connecting web or the connecting webs is provided.
  • the winding head can carrier as well as the structural framework ⁇ some additional rounding, springs and / or grooves, and in particular for forming or improve the snap-in connection, having.
  • Figure 1 shows a three-dimensional view of a winding head ⁇ carrier with a thermally well conductive structural component
  • Figure 2 is a three-dimensional illustration of a head ⁇ area and the foot area of the connecting web of the winding head carrier of Figure 1
  • Figure 3 is a three-dimensional representation of the Strukturbau ⁇ part of Figure 1;
  • Figure 4 shows a three-dimensional representation of a winding head ⁇ carrier with a thermally well conductive structural component and two connecting webs;
  • FIG. 5 shows a three-dimensional illustration of a head ⁇ range foot area and the two connection ⁇ webs of the winding head carrier of Figure 4;
  • FIG. 6 shows a three-dimensional representation of the structural framework ⁇ part of FIG. 4
  • FIG. 1 shows a winding head carrier 1 which has a head region 2, a foot region 4, a connecting web 6 and a structural component 42.
  • the structural member 42 is positively and / or non-positively arranged on the connecting web 6 of the Wi ⁇ ckelkopfmiks 1 by means of a tongue and groove connection. Furthermore, the structural ⁇ component 42 has a thermal conductivity which is greater than that of the connecting web 6. In particular is the heat conductivity of the structural component 42 ⁇ at least 10 W / (mK). Furthermore, the structural component 42 is connected to the foot region 4 in me ⁇ chanischem contact and with this example, positive and / or non-positive.
  • the connecting web 6 of the winding head carrier 1 is formed cuberför ⁇ mig, wherein at least three side surfaces of the qua ⁇ derförmig formed connecting web 6 of the structural component 42 are at least partially enclosed. At least one of said three side faces of the cuboid connecting web 6 is almost entirely enclosed by the structure ⁇ component 42nd Furthermore, the head region 2 is arranged on a first end face 101 of the connecting web 6, and the foot region is arranged on a second end face 102 facing away from the first end face 101.
  • a tooth coil winding, not shown, of an electric machine can be arranged on the structural component 42 of the winding head carrier 1.
  • the winding head carrier 1 is in this case arranged on a stator, in particular on stator laminations, of an electrical machine.
  • Structural component 42 is advantageously heat, which is generated at the winding head carrier 1 or at a winding head of the winding by energizing the tooth coil winding, transmitted to the foot region 4 of the winding head carrier 1. From the foot area 4, the heat is dissipated to the stator, in particular to the stator laminations. The cooling of the tooth coil winding is improved or assisted by the mechanical contact between the structural component 42 and the foot region 4.
  • a thermal paste may be provided for further improvement of the heat transfer.
  • FIG. 2 shows the winding head carrier 1 from FIG. 1 for better illustration of the head region 2, foot region 4 and connecting web 6 without the structural component 42.
  • the connecting web 6 forms a cuboid out ⁇ and has a side surface 100 which is almost completely enclosed by the structural component 42nd
  • the cuboidal design of the connecting web 6 allows an advantageous tongue and groove connection between the connecting web 6 and the structural component 42.
  • the structural member 42 has a groove 103 (see Figure 3).
  • the head portion 2, the foot region 4 and 6 are connecting web as a component, formed for example with ⁇ means of a plastic material.
  • a spraying and / or casting process for the head area 2, the foot area 4 and the connecting web 6 can be provided.
  • the head portion 2 of the winding head carrier 1 is annular ⁇ formed. In this case, corners or edges of the head area 2 can be bevelled or rounded.
  • the foot region 4 of the winding head carrier 1 has on a connecting web 6 to ⁇ facing page a curvature or rounding, which is adapted to a curvature or rounding of the stator or the stator laminations of the electric machine. As a result, the winding head carrier 1 can be arranged in a form-locking manner on the stator of the electric machine.
  • a multi-part design of Wi ⁇ ckelkopfdungs 1 without structural component 42 may be provided.
  • the head region 2, the foot region 4 and the connecting web 6 are separated from each other individually Herge ⁇ presents and then connected to the winding head carrier 1 to ⁇ sammendress.
  • the structural component 42 is three-dimensional Darge ⁇ represents.
  • the structural member 42, the groove 103 which forms a positive and / or non-positive tongue and groove connection in connection with the connecting web 6 of the winding ⁇ head carrier 1. Facing away from one of the groove 103 outer side of the structural member 42, the structural component 42 is formed with ⁇ means of rounded edges.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a winding head support fiction, modern ⁇ 1.
  • the winding head carrier 1 is shown three ⁇ dimensional and includes a head portion 2, a foot portion 4 and two connecting webs. 6
  • FIG. 5 shows the winding head carrier 1 from FIG. 4 without the structural component 42 in three dimensions.
  • the connecting webs 6 are each connected at a first Stirnsei ⁇ ten Chemistry 101 with the head portion and at a second end face side surface 102 which faces away from the first end surface with the foot region. 4 In each case a soflä ⁇ che 100 of the connecting webs 6 is approximately completely enclosed by the structural component 42 (see Figure 4).
  • Structural component 42 has two folds 104, tendonss partially for a GR receiving the cuboid connecting ⁇ webs 6 are provided (see Figure 5). Thereby, the structural member 42 at least partially in a gap 8, which is formed between the two connecting webs 6, are arranged.
  • the engagement of the connecting webs 6 with the folds 104 may be positive and / or non-positive.
  • Figure 6 shows a three-dimensional representation of the structure ⁇ member 42 of Figure 4.
  • each one of the folds 104 is disposed on two longitudinal sides of the structural framework ⁇ part 42 .
  • the pawls 104 enable a positive engagement with the cuboid connecting webs 6.
  • the longitudinal sides of the structural component 42 are at least partially rounded off, so that the structural member 42 has a mushroom shape in its cross section.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Es wird ein Wickelkopfträger (1) für einen Stator einer elektrischen Maschine, der für eine Zahnspulenwicklung vorgesehen ist, vorgeschlagen, wobei der Wickelkopfträger (1) einen Kopfbereich (2), einen Fußbereich (4) und wenigstens einen Verbindungssteg (6) aufweist und der Verbindungssteg (6) an einer ersten Stirnseitenfläche (101) mit dem Kopfbereich (2) und an einer der ersten Stirnseitenfläche (101) abgewandten zweiten Stirnseitenfläche (102) mit dem Fußbereich (4) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist eine Seitenfläche (100) des Verbindungssteges (6) teilweise von einem thermisch leitenden Strukturbauteil (42) form- und/oder kraftschlüssig umschlossen, wobei das Strukturbauteil (42) mit der wenigstens einen Seitenfläche (100) des Verbindungssteges (6) und dem Fußbereich (4) in mechanischem Kontakt ist und das Strukturbauteil (42) eine größere Wärmeleitfähigkeit als der Verbindungssteg (6) aufweist.

Description

Beschreibung
Wickelköpfträger Die Erfindung betrifft einen Wickelkopfträger für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor.
In elektrischen Maschinen, die Wicklungen aufweisen, beispielsweise in Elektromotoren, erfolgt durch ohmsche Verluste eine Erwärmung der Wicklungen (Verlustwärme) . Nach dem Stand der Technik kann ein Teil der Wärme beziehungsweise Verlust¬ wärme von den Wicklungen über einen Stator der elektrischen Maschine, an welchem die Wicklungen angeordnet sind, abge¬ führt werden.
Nach dem Stand der Technik sind die Wicklungen von elektrischen Maschinen, beispielsweise Zahnspulenwicklungen oder Einzelzahnwicklungen, an Wickelkopfträgern angeordnet, die wiederum am Stator der elektrischen Maschine befestigt sind. Typischerweise werden die Wickelkopfträger aus Kunstoffen gefertigt, die meist eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufwei¬ sen, sodass zwischen den Wicklungen und dem Stator, insbesondere zwischen Wickelköpfen der Wicklungen und dem Stator, ein ungenügender thermischer Kontakt vorhanden ist. Dadurch kann gegebenenfalls nicht genügend Wärme von den Wicklungen oder den Wickelkopfträgern abgeführt werden, sodass sich insbesondere an den Wickelkopfträgern Temperaturüberhöhungen (engl. Hot-Spots) ausbilden. Werden keine weiteren Maßnahmen zur Kühlung der Wickelkopfträger getroffen, so wird insbesondere die Dauerstromtragfähigkeit der Wicklungen oder der elektri¬ schen Maschine maßgeblich und negativ beeinflusst.
Bekannte Lösungsansätze zur Entwärmung beziehungsweise Küh¬ lung der Wicklungen und/oder Wickelkopfträger verwenden typi- scherweise eine zusätzliche Kühlung, beispielsweise eine Öl- sprühnebelkühlung . Der Einbau einer zusätzlichen Kühlung ist jedoch technisch aufwendig und zudem anfällig für Verschleiß. Alternativ können die Wickelköpfe vergossen werden, wodurch ihre Entwärmung ebenfalls verbessert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entwärmung eines Wickelkopfträgers und/oder eines Wickelkop¬ fes einer elektrischen Maschine zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch einen Wickelkopfträger mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. In den abhän- gigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Ein erfindungsgemäßer Wickelkopfträger für einen Stator einer elektrischen Maschine, der für eine Zahnspulenwicklung vorge- sehen ist, weist einen Kopfbereich, einen Fußbereich und wenigstens einen Verbindungssteg auf, wobei der Verbindungssteg an einer ersten Stirnseitenfläche mit dem Kopfbereich und an einer der ersten Stirnseitenfläche abgewandten zweiten Stirnseitenfläche mit dem Fußbereich verbunden ist. Erfindungsge- mäß ist wenigstens eine Seitenfläche des Verbindungssteges wenigstens teilweise von einem thermisch leitenden Strukturbauteil form- und/oder kraftschlüssig umschlossen, wobei das Strukturbauteil mit der wenigstens einen Seitenfläche des Verbindungssteges und dem Fußbereich in mechanischem Kontakt ist und das Strukturbauteil eine größere Wärmeleitfähigkeit als der Verbindungssteg aufweist.
Der erfindungsgemäße Wickelkopfträger ist allgemein in elektrischen Maschinen, wie beispielsweise in Elektromotoren für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge und/oder Generatoren, einsetzbar .
Erfindungsgemäß ist der Verbindungssteg über das thermisch leitende, insbesondere thermisch gut leitende Strukturbauteil mit dem Fußbereich des Wickelkopfträgers thermisch gekoppelt, wobei das Strukturbauteil eine größere Wärmeleitfähigkeit als der Verbindungssteg aufweist. Durch die gegenüber dem Verbin¬ dungssteg vergrößerte Wärmeleitfähigkeit des Strukturbauteils wird Wärme, beispielsweise Verlustwärme, welche beim Betrieb der elektrischen Maschine innerhalb der Zahnspulenwicklung entsteht und wenigstens teilweise an den Wickelkopfträger ab¬ gegeben wird, mittels des Strukturbauteils wenigstens teil- weise zum Fußbereich des Wickelkopfträgers abgeleitet.
Typischerweise ist der Fußbereich des Wickelkopfträgers an einem Stator, insbesondere an Statorblechen, der elektrischen Maschine angeordnet. Dadurch wird vorteilhafterweise wenigs- tens ein Teil der Wärme über das thermisch leitende Strukturbauteil und über den Fußbereich des Wickelkopfträgers an den Stator, insbesondere an die Statorbleche, abgeführt. Hierzu weist das Strukturbauteil erfindungsgemäß eine größere Wärme¬ leitfähigkeit als der Verbindungssteg auf.
Mit anderen Worten ist der Wickelkopfträger mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet, wobei die thermischen Eigenschaften des Wickelkopfträgers durch das Strukturbauteil verbessert werden. Der Kopfbereich, Fußbereich und Verbin- dungssteg sollten im Wesentlichen den mechanischen Anforderungen an den Wickelkopfträger genügen. Durch die wenigstens zweiteilige Ausgestaltung des Wickelkopfträgers weist dieser eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Wärmeleitfä¬ higkeit auf. Dadurch können Temperaturüberhöhungen (engl. Hot-Spots) am Wickelkopfträger verringert oder vermieden werden .
Erfindungsgemäß kann die elektrische Maschine thermisch bes¬ ser genutzt werden, das heißt beispielsweise, dass die Dauer- Stromtragfähigkeit der elektrischen Maschine gegenüber dem
Stand der Technik gesteigert wird. Weiterhin kann die Lebens¬ dauer der elektrischen Maschine, die den erfindungsgemäßen Wickelkopfträger umfasst, insbesondere in Bezug auf eine elektrische Isolation der Zahnspulenwicklung, verlängert wer- den.
Ferner ermöglicht die zweiteilige Ausgestaltung des erfin¬ dungsgemäßen Wickelkopfträger eine herstellungstechnische Op- timierung, wodurch eine kostensparende Serienherstellung des Wickelkopfträgers und/oder der elektrischen Maschine ermög¬ licht wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wickelkopfträgers ist, dass die mechanische Ausgestaltung des Wickelkopfträgers unabhängig von seiner thermischen Ausgestaltung erfolgen kann. Beispielsweise können der Kopfbereich, Fußbereich und/oder der Verbindungssteg des Wickelkopfträgers eine kom¬ plexe Geometrie aufweisen, wobei die thermischen Eigenschaf¬ ten des Kopfbereiches , Fußbereiches und/oder des Verbindungs¬ steges eine untergeordnete Rolle spielen. Erfindungsgemäß wird die wenigstens teilweise Entwärmung der Wicklung, eines Wickelkopfes und/oder des Wickelkopfträgers durch das Struk¬ turbauteil, welches eine größere Wärmeleitfähigkeit als der Verbindungssteg aufweist, sichergestellt. Die Wärmeleitfähig¬ keit des Strukturbauteils kann größer als die Wärmeleitfähig¬ keit des Kopfbereiches und/oder Fußbereiches sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Strukturbauteil eine Nut auf, die mit dem Verbindungssteg eine form- und/oder kraftschlüssige Nut-Feder-Verbindung aus- bildet . Vorteilhafterweise kann dadurch das Strukturbauteil form- und/oder kraftschlüssig am Verbindungssteg des Wickelkopfträ¬ gers, beispielsweise bei dessen Herstellung, angesteckt wer¬ den (engl. Snap-In-Connection) . An eine Nut-Feder-Verbindung müssen vorteilhafterweise nur geringe Anforderungen bezüglich der Maßtoleranzen oder Herstellungstoleranzen gestellt werden .
Weiterhin können vorteilhaftweise zusätzlichen Verbindungs¬ elemente zwischen dem Verbindungssteg und dem Strukturbauteil entfallen. Wird am Wickelkopfträger eine Wicklung, insbesondere eine Zahnspulenwicklung angeordnet, so wird die Nut- Feder-Verbindung durch eine Druckbelastung, welche durch die am Wickelkopfträger und am Strukturbauteil angeordnete Wiek- lung verursacht ist, zusätzlich unterstützt. Bei einer form¬ schlüssigen Nut-Feder-Verbindung kann das Strukturbauteil annähernd vollständig durch die Druckbelastung am Verbindungs¬ steg gehalten werden. Mit anderen Worten wird das Struktur- bauteil durch die Wicklung, insbesondere durch die Zahnspu¬ lenwicklung, an den Verbindungssteg gedrückt oder gepresst.
Eine Stoff- und/oder materialschlüssige Verbindung zwischen dem Strukturbauteil und dem Verbindungssteg kann vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Strukturbauteil mittels eines Klebstoffes (Kleber) am Verbindungssteg befestigt sein.
Bevorzugt ist der Verbindungssteg quaderförmig ausgebildet, wobei das Strukturbauteil wenigstens drei der vier Seitenflä- chen des quaderförmigen Verbindungssteges wenigstens teilwei¬ se form- und/oder kraftschlüssig umschließt.
Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch ein geometrisch einfa¬ cher Verbindungssteg, sodass der Herstellungsaufwand für den Verbindungssteg und das Strukturbauteil verringert werden kann .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Strukturbauteil zusätzlich mit dem Kopfbereich in mechani- schem Kontakt.
Dadurch wird vorteilhafterweise eine verbesserte Entwärmung der Zahnspulenwicklung ermöglicht. Die im Kopfbereich des Wickelkopfträgers eingebrachte Wärme wird über das mit dem Kopfbereich in mechanischem Kontakt stehende Strukturbauteil abgeleitet und zum Fußbereich des Wickelkopfträgers geführt. Vom Fußbereich des Wickelkopfträgers erfolgt die Ableitung der Wärme, das heißt die Entwärmung des Wickelkopfträgers , durch die Abgabe der Wärme an den Stator oder an die Stator- bleche.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Strukturbauteil ein elektrischer Isolator. Dadurch werden vorteilhafterweise Stromflüsse, insbesondere Wirbelströme, innerhalb des Wickelkopfträgers und/oder inner¬ halb des Strukturbauteils vermieden.
Bevorzugt weist das Strukturbauteil eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 10 W/ (m-K) auf.
Vorteilhafterweise wird dadurch die Entwärmung des Wickel- köpfträgers weiter verbessert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Strukturbauteil einen keramischen Werkstoff. Vorteilhafterweise weisen Keramiken eine ausreichende und gu¬ te Wärmeleitfähigkeit auf. Beispielsweise kann das Struktur¬ bauteil ein Sinter- und/oder Pressbauteil aus Keramik, bei¬ spielsweise Aluminiumoxid, sein. Vorteilhafterweise ist Alu¬ miniumoxid elektrisch isolierend, sodass das Strukturbauteil einen elektrischen Isolator ausbildet. Besonders vorteilhaft ist, wenn das Strukturbauteil mittels einer Keramik gebildet ist .
Vorzugsweise umfasst das Strukturbauteil ein Sinterbauteil oder ein Pressbauteil.
Hierbei wird das Strukturbauteil bevorzugt mittels eines Sin¬ terverfahrens oder eines Pressverfahrens hergestellt. Vor¬ teilhafterweise wird dadurch eine großserientaugliche Her- Stellung des Strukturbauteils und somit des Wickelkopfträgers ermöglicht. Beispielsweise kann das gesinterte oder gepresste Strukturbauteil in eine Spritz- oder Gussform eingelegt und mit einem Kunststoff umspritzt oder umgössen werden. Dadurch wird ein technisch vorteilhaftes und kostensparendes Herstel- lungsverfahren für den Wickelkopfträger ermöglicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Wickelkopfträger wenigstens zwei Verbindungsstege, wobei die zwei Verbindungsstege derart beabstandet sind, dass in einem Zwischenraum zwischen den zwei Verbindungsstegen das Strukturbauteil wenigstens teilweise form- und/oder kraft¬ schlüssig angeordnet ist.
Dadurch kann das Strukturbauteil vorteilhafterweise mittels einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung (engl. Snap- In-Connection) , beispielsweise bei der Herstellung des Wickelkopfträgers, an den Verbindungsstegen und somit am Wi- ckelkopfträger angeordnet werden. Mit anderen Worten wird das Strukturbauteil zwischen die zwei Verbindungsstege eingelegt.
Besonders bevorzugt weist das Strukturbauteil wenigstens ei¬ nen Falz, insbesondere zwei Falze, auf.
Hierbei ist ein Eingriff des Falzes oder der Falze mit dem Verbindungssteg oder den Verbindungsstegen vorgesehen. Dadurch kann vorteilhafterweise die Nut des Strukturbauteils entfallen. Vorteilhafterweise ergeben sich dadurch geringere Anforderungen an Maßtoleranzen oder Herstellungstoleranzen des Strukturbauteils und/oder des Wickelkopfträgers .
Allerdings können der Wickelkopfträger sowie das Strukturbau¬ teil zusätzliche Abrundungen, Federn und/oder Nuten, insbe- sondere zur Ausbildung oder Verbesserung der Snap-In- Connection, aufweisen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei- spielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert :
Figur 1 eine dreidimensionale Darstellung eines Wickelkopf¬ trägers mit einem thermisch gut leitenden Strukturbauteil; Figur 2 eine dreidimensionale Veranschaulichung eines Kopf¬ bereiches, Fußbereiches und des Verbindungssteges des Wickelkopfträgers aus Figur 1 ; Figur 3 eine dreidimensionale Darstellung des Strukturbau¬ teils aus Figur 1 ;
Figur 4 eine dreidimensionale Darstellung eines Wickelkopf¬ trägers mit einem thermisch gut leitenden Struktur- bauteil und zwei Verbindungsstegen;
Figur 5 eine dreidimensionale Veranschaulichung eines Kopf¬ bereiches, Fußbereiches und der zwei Verbindungs¬ stege des Wickelkopfträgers aus Figur 4; und
Figur 6 eine dreidimensionale Darstellung des Strukturbau¬ teils aus Figur 4.
Gleichartige oder äquivalente Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
Figur 1 zeigt einen Wickelkopfträger 1, der einen Kopfbereich 2, einen Fußbereich 4, einen Verbindungssteg 6 und ein Strukturbauteil 42 aufweist.
Das Strukturbauteil 42 ist mittels einer Nut-Feder-Verbindung form- und/oder kraftschlüssig am Verbindungssteg 6 des Wi¬ ckelkopfträgers 1 angeordnet. Weiterhin weist das Struktur¬ bauteil 42 eine Wärmeleitfähigkeit auf, welche größer als die des Verbindungssteges 6 ist. Insbesondere beträgt die Wärme¬ leitfähigkeit des Strukturbauteils 42 wenigstens 10 W/ (m-K) . Ferner ist das Strukturbauteil 42 mit dem Fußbereich 4 in me¬ chanischem Kontakt und mit diesem beispielsweise form- und/oder kraftschlüssig verbunden.
Der Verbindungssteg 6 des Wickelkopfträgers 1 ist quaderför¬ mig ausgebildet, wobei wenigstens drei Seitenflächen des qua¬ derförmig ausgebildeten Verbindungssteges 6 von dem Struktur- bauteil 42 wenigstens teilweise umschlossen sind. Wenigstens eine der genannten drei Seitenflächen des quaderförmigen Verbindungssteges 6 ist annähernd vollständig von dem Struktur¬ bauteil 42 umschlossen. Weiterhin ist an einer ersten Stirn- Seitenfläche 101 des Verbindungssteges 6 der Kopfbereich 2 und an einer der ersten Stirnseitenfläche 101 abgewandten zweiten Stirnseitenfläche 102 der Fußbereich angeordnet.
Eine nicht dargestellte Zahnspulenwicklung einer elektrischen Maschine kann am Strukturbauteil 42 des Wickelkopfträgers 1 angeordnet werden. Der Wickelkopfträger 1 wird hierbei an einem Stator, insbesondere an Statorblechen, einer elektrischen Maschine angeordnet. Durch das thermisch leitende
Strukturbauteil 42 wird vorteilhafterweise Wärme, welche am Wickelkopfträger 1 oder an einem Wickelkopf der Wicklung durch eine Bestromung der Zahnspulenwicklung erzeugt wird, an den Fußbereich 4 des Wickelkopfträgers 1 übertragen. Vom Fußbereich 4 wird die Wärme an den Stator, insbesondere an die Statorbleche, abgeführt. Die Entwärmung der Zahnspulenwick- lung wird durch den mechanischen Kontakt zwischen dem Strukturbauteil 42 und dem Fußbereich 4 verbessert oder unterstützt .
Weiterhin kann zwischen dem Fußbereich 4 und dem nicht darge- stellten Stator oder Statorblechen der elektrischen Maschine eine Wärmeleitpaste zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs vorgesehen sein.
In Figur 2 ist der Wickelkopfträger 1 aus Figur 1 zur besse- ren Veranschaulichung des Kopfbereiches 2, Fußbereiches 4 und Verbindungssteges 6 ohne das Strukturbauteil 42 dargestellt.
Wie in Figur 1 ist der Verbindungssteg 6 quaderförmig ausge¬ bildet und weist eine Seitenfläche 100 auf, die annähernd vollständig von dem Strukturbauteil 42 umschlossen wird. Die quaderförmige Ausbildung des Verbindungssteges 6 ermöglicht eine vorteilhafte Nut-Feder-Verbindung zwischen dem Verbindungssteg 6 und dem Strukturbauteil 42. Zur Ausbildung der Nut-Feder-Verbindung weist das Strukturbauteil 42 eine Nut 103 (siehe Figur 3) auf. Der Kopfbereich 2, Fußbereich 4 und Verbindungssteg 6 sind als ein Bauteil, beispielsweise mit¬ tels eines Kunststoffes, ausgebildet. Insbesondere kann ein Spritz- und/oder Gussverfahren für den Kopfbereich 2, den Fußbereich 4 und den Verbindungssteg 6 vorgesehen sein.
Der Kopfbereich 2 des Wickelkopfträgers 1 ist ringförmig aus¬ gebildet. Hierbei können Ecken oder Kanten des Kopfbereiches 2 abgeschrägt oder abgerundet sein. Der Fußbereich 4 des Wickelkopfträgers 1 weist auf einer dem Verbindungssteg 6 abge¬ wandten Seite eine Wölbung oder Rundung auf, die einer Wölbung oder Rundung des Stators oder der Statorbleche der elektrischen Maschine angepasst ist. Dadurch kann der Wickel- kopfträger 1 formschlüssig am Stator der elektrischen Maschine angeordnet werden.
Vorzugsweise kann auch eine mehrteilige Ausbildung des Wi¬ ckelkopfträgers 1 ohne Strukturbauteil 42 vorgesehen sein. Mit anderen Worten werden der Kopfbereich 2, der Fußbereich 4 und der Verbindungssteg 6 getrennt voneinander einzeln herge¬ stellt und anschließend zum Wickelkopfträger 1 verbindend zu¬ sammengeführt . In Figur 3 ist das Strukturbauteil 42 dreidimensional darge¬ stellt. Hierbei weist das Strukturbauteil 42 die Nut 103 auf, welche in Verbindung mit dem Verbindungssteg 6 des Wickel¬ kopfträgers 1 eine form- und/oder kraftschlüssige Nut-Feder- Verbindung ausbildet. An einer der Nut 103 abgewandten Außen- seite des Strukturbauteils 42 ist das Strukturbauteil 42 mit¬ tels abgerundeter Kanten ausgebildet. Dadurch kann die Zahnspulenwicklung am Strukturbauteil 42 verbessert angeordnet werden. Ferner wird die Wärmeübertragung von der Zahnspulenwicklung der elektrischen Maschine zum Strukturbauteil 42 verbessert, da die Kontaktfläche zwischen der Zahnspulenwick¬ lung und dem Strukturbauteil 42 durch die abgerundeten Kanten vergrößert wird. Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungs¬ gemäßen Wickelkopfträgers 1. Der Wickelkopfträger 1 ist drei¬ dimensional dargestellt und umfasst einen Kopfbereich 2, einen Fußbereich 4 und zwei Verbindungsstege 6.
Ein Strukturbauteil 42, das eine größere Wärmeleitfähigkeit als die zwei Verbindungsstege 6 aufweist, ist an den Verbin¬ dungsstegen 6 angeordnet. Hierbei sind die zwei Verbindungs¬ stege 6 in mechanischem Kontakt mit dem Fußbereich 4. Dadurch kann erfindungsgemäß Wärme, welche beispielsweise in einer nicht dargestellten Wicklung, insbesondere in einem Wickelkopf, bei einem Betrieb einer elektrischen Maschine entsteht, verbessert abgeführt werden. In Figur 5 ist der Wickelkopfträger 1 aus Figur 4 ohne das Strukturbauteil 42 dreidimensional dargestellt.
Die Verbindungsstege 6 sind jeweils an einer ersten Stirnsei¬ tenfläche 101 mit dem Kopfbereich und an einer zweiten Stirn- Seitenfläche 102, die der ersten Stirnseitenfläche abgewandt ist, mit dem Fußbereich 4 verbunden. Jeweils eine Seitenflä¬ che 100 der Verbindungsstege 6 ist annähernd vollständig von dem Strukturbauteil 42 umschlossen (siehe Figur 4) . Das
Strukturbauteil 42 weist zwei Falze 104 auf, die für eine we- nigstens teilweise Aufnahme der quaderförmigen Verbindungs¬ stege 6 vorgesehen sind (siehe Figur 5) . Dadurch kann das Strukturbauteil 42 wenigstens teilweise in einem Zwischenraum 8, welcher zwischen den zwei Verbindungsstegen 6 ausgebildet ist, angeordnet werden. Der Eingriff der Verbindungsstege 6 mit den Falzen 104 kann form- und/oder kraftschlüssig sein.
Figur 6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Struktur¬ bauteils 42 aus Figur 4. An zwei Längsseiten des Strukturbau¬ teils 42 ist jeweils einer der Falze 104 angeordnet. Die Fal- ze 104 ermöglichen einen formschlüssigen Eingriff mit den quaderförmigen Verbindungsstegen 6. Ferner sind die Längsseiten des Strukturbauteils 42 wenigstens teilweise abgerundet, sodass das Strukturbauteil 42 in seinem Querschnitt eine Pilzform aufweist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Wickelkopfträger (1) für einen Stator einer elektrischen Maschine, der für eine Zahnspulenwicklung vorgesehen ist und einen Kopfbereich (2), einen Fußbereich (4) und wenigstens einen Verbindungssteg (6) aufweist, wobei der Verbindungssteg (6) an einer ersten Stirnseitenfläche (101) mit dem Kopfbe¬ reich (2) und an einer der ersten Stirnseitenfläche (101) ab¬ gewandten zweiten Stirnseitenfläche (102) mit dem Fußbereich (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seitenfläche (100) des Verbindungssteges (6) teilweise von einem thermisch leitenden Strukturbauteil (42) form- und/oder kraftschlüssig umschlossen ist, wobei das Strukturbauteil (42) mit der wenigstens einen Seitenfläche (100) des Verbindungssteges (42) und dem Fußbereich (4) in mechanischem Kontakt ist und das Strukturbauteil (42) eine größere Wärme¬ leitfähigkeit als der Verbindungssteg (6) aufweist.
2. Wickelkopfträger (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Strukturbauteil (42) eine Nut (103) auf¬ weist, die mit dem Verbindungssteg (6) eine form- und/oder kraftschlüssige Nut-Feder-Verbindung ausbildet.
3. Wickelkopfträger (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Verbindungssteg (6) quaderförmig aus¬ gebildet ist und das Strukturbauteil (42) wenigstens drei der vier Seitenflächen (100) des quaderförmigen Verbindungssteges (6) wenigstens teilweise form- und/oder kraftschlüssig um¬ schließt .
4. Wickelkopfträger (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (42) mit dem Kopfbereich (2) in mechanischem Kontakt ist.
5. Wickelkopfträger (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (42) ein elektrischer Isolator ist.
6. Wickelkopfträger (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (42) eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 10 W/(m-K) aufweist.
7. Wickelkopfträger (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (42) einen keramischen Werkstoff umfasst.
8. Wickelkopfträger (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (42) ein Sinterbauteil oder Pressbauteil umfasst.
9. Wickelkopfträger (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, mit wenigstens zwei Verbindungsstegen (6), wobei die zwei Verbindungsstege (6) derart beabstandet sind, dass in einem Zwischenraum (8) zwischen den zwei Verbindungsstegen (6) das Strukturbauteil (42) wenigstens teilweise form- und/oder kraftschlüssig angeordnet ist.
10. Wickelkopfträger (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (42) wenigstens einen Falz (104) umfasst.
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