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Patent Searching and Data


Title:
WINDING PIECE AND ELECTRIC MACHINE HAVING SUCH A WINDING PIECE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/038139
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a winding piece (1), in particular in the form of a hairpin, which is provided to be inserted into the grooves (7) of an electric machine, comprising two limbs (2) and a curved transition region (3), which connects the two limbs (2) to one another. According to the invention, the limbs (2) each have a first section (4) having a profile that is adjusted to the cross section of the groove (7), and an end section (5), which has a round profile, wherein the winding piece (1) is designed as a waveguide, which has a continuous channel (9) through which a coolant can be led.

Inventors:
NADERER, Michael (Bäckerstrasse 5, 5020 Salzburg, 5020, AT)
SCHWEINERT, Nikolaus (Am Riederloh 8, Kaufbeuren, 87600, DE)
Application Number:
EP2018/072025
Publication Date:
February 28, 2019
Filing Date:
August 14, 2018
Export Citation:
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Assignee:
DYNAMIC E FLOW GMBH (Am Riederloh 8, Kaufbeuren, 87600, DE)
International Classes:
H02K3/12; H02K3/22; H02K3/02; H02K9/19
Domestic Patent References:
WO2016189192A12016-12-01
WO2015150556A92016-01-14
Foreign References:
GB1179553A1970-01-28
DE69830869T22006-05-24
GB1179553A1970-01-28
US9515530B22016-12-06
DE1128541B1962-04-26
Attorney, Agent or Firm:
KEILITZ, Wolfgang (Patentanwälte Keilitz & Partner, Nigerstr. 4, München Bayern, 81675, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Wicklungsstück (1 ), das dazu vorgesehen ist, in eine oder mehrere Nuten (7) einer elektrischen Maschine eingesetzt zu werden,

dadurch gekennzeichnet, dass

- das Wicklungsstück (1 ) einen ersten Abschnitt (4) mit einem Profil, das an den Querschnitt der Nut (7) angepasst ist, und zwei Endabschnitte (5) aufweist, die jeweils ein zweites, vorzugsweise rundes, Profil haben,

- und dass das Wicklungsstück (1 ) als Hohlleiter mit einem durchgehenden Kanal (9) ausgebildet ist, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann.

2. Wicklungsstück (1 ) in Form einer Haarnadel, das dazu vorgesehen ist, in Nuten (7) einer elektrischen Maschine eingesetzt zu werden, umfassend zwei Schenkel (2) und einen Übergangsbereich (3), der die beiden Schenkel (2) miteinander verbindet,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Schenkel (2) jeweils einen ersten Abschnitt (4) mit einem Profil, das an den Querschnitt der Nut (7) angepasst ist, und einen Endabschnitt (5) aufweisen, der ein zweites, vorzugsweise rundes Profil hat,

- und dass das Wicklungsstück (1 ) als Hohlleiter mit einem durchgehenden

Kanal (9) ausgebildet ist, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann.

3. Wicklungsstück (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wicklungsstück (1 ) am ersten Abschnitt jeweils ein rechteckiges Profil aufweist.

4. Wicklungsstück (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wicklungsstück (1 ) aus Kupfer, Aluminium oder einer Legierung eines der genannten Materialien hergestellt ist.

5. Elektrische Maschine, mit einer elektrischen Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung mehrere Wicklungsstücke (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstücke (1 ) über ein oder mehrere Verbindungselemente (6) miteinander verbunden sind.

7. Elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (6) rohrförmig gebildet sind und an ihren beiden Enden jeweils einen runden Innenquerschnitt aufweisen, der an das runde Profil der Endabschnitte (5) der Wicklungsstücke (1 ) angepasst ist.

8. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch

gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (6) bogenförmig gekrümmt sind.

9. Elektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (6) Anschlüsse für mehr als zwei Wicklungsstücke (1 ) aufweist.

10. Elektrische Maschine nach Ansprüche 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (6) einen internen Sammel- und/oder Verteilerkanal aufweist, der mit wenigsten drei der Anschlüsse für die Wicklungsstücke (1 ) in Verbindung steht.

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE

beim Internationalen Büro am 7. Januar 2019 (07.01.2019) eingegangen

Wicklungsstück (1 ), das dazu vorgesehen ist, in eine oder mehrere Nuten (7) einer elektrischen Maschine eingesetzt zu werden, wobei das

Wicklungsstück (1 ) als Hohlleiter mit einem durchgehenden Kanal (9) ausgebildet ist, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Wicklungsstück (1 ) einen ersten Abschnitt (4) mit einem rechteckigen Profil und zwei Endabschnitte (5) mit einem runden Profil aufweist.

Wicklungsstück (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es in Form einer Haarnadel gebildet ist.

Wicklungsstück (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wicklungsstück (1 ) aus Kupfer, Aluminium oder einer Legierung eines der genannten Materialien hergestellt ist.

Elektrische Maschine, mit einer elektrischen Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung mehrere Wicklungsstücke (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.

Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstücke (1 ) über ein oder mehrere Verbindungselemente (6) miteinander verbunden sind.

Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (6) rohrformig gebildet sind und an ihren beiden Enden jeweils einen runden Innenquerschnitt aufweisen, der an das runde Profil der Endabschnitte (5) der Wicklungsstücke (1 ) angepasst ist.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (6) bogenförmig gekrümmt sind.

Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (6) Anschlüsse für mehr als zwei Wicklungsstücke (1 ) aufweist.

Elektrische Maschine nach Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (6) einen internen Sammel- und/oder Verteilerkanal aufweist, der mit wenigsten drei der Anschlüsse für die Wicklungsstücke (1 ) in Verbindung steht.

GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

Description:
Wicklunqsstück und elektrische Maschine mit einem solchen

Wicklunqsstück

Die Erfindung betrifft ein Wicklungsstück, insbesondere in Form einer Haarnadel, das dazu vorgesehen ist, in die Nuten eines Elektromotors eingesetzt zu werden, sowie eine elektrische Maschine mit solchen Wicklungsstücken.

Hintergrund der Erfindung

Aus dem Stand der Technik sind innengekühlte elektrische Maschinen mit einer Wicklung bekannt, die aus einem elektrisch leitfähigen Hohldraht hergestellt ist. Der Hohldraht ist üblicherweise ein Runddraht mit einem in Längsrichtung durchgehenden Kanal, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann, um die elektrische Maschine zu kühlen. Dadurch lässt sich die Nennleitung solcher elektrischer Maschinen gegenüber herkömmlichen elektrischen Maschinen um ein Vielfaches steigern. Ein typischer innengekühlter Elektromotor mit einer

Hohldrahtwicklung ist z. B. aus der WO 2015/150556 A9 bekannt.

Neben elektrischen Maschinen mit einer Wicklung aus Runddraht gibt es auch elektrische Maschinen, deren Wicklung in der sogenannten Pin- oder Hairpin- Technologie hergestellt ist. Pins oder Hairpins sind meist aus Kupfer hergestellte, starre Wicklungsstücke, die in die Nuten einer elektrischen Maschine eingesetzt werden. Im eingesetzten Zustand ragt an der Kopfseite des Stators ein Stück der Pins bzw. Haarnadeln aus den Nuten heraus. Die heraus ragenden Enden werden dann üblicherweise verschränkt und miteinander verschweißt, so dass eine vollständige Spule entsteht.

Aus dem Stand der Technik bekannte Pins sind meist stabförmige, starre

Elemente, die ein rechteckiges Profil aufweisen. Haarnadeln umfassen in der Regel zwei Schenkel und einen gekrümmten Übergangsbereich, der die beiden Schenkel miteinander verbindet. Die Schenkel haben ein rechteckiges Profil, das an den Querschnitt der Nut angepasst ist. Ein Elektromotor mit einem Wicklungsstück, das dazu vorgesehen ist, in eine Nut des Elektromotors eingesetzt zu werden, ist beispielsweise aus der GB 1 179 553 A, der US 9 515 530 B2 oder der DE 1 1 28 541 A bekannt. Die Verbindung mehrerer solcher Wicklungsstücke zu einer ganzen Wicklung ist jedoch technisch relativ schwierig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wicklungsstück zu schaffen, mit dem eine innengekühlte Wicklung für eine elektrische Maschine einfach hergestellt werden kann. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der

Erfindung, eine innengekühlte elektrische Maschine zu schaffen, die eine

Wicklung mit mehreren solcher Wicklungsstücke aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmale. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird ein Wicklungsstück vorgeschlagen, das einen ersten Abschnitt mit einem ersten Profil, das an den Querschnitt einer Nut einer elektrischen Maschine angepasst ist, und zwei Endabschnitte aufweist, die jeweils ein zweites, insbesondere rundes Profil haben. Das erfindungsgemäße

Wicklungsstück ist außerdem als Hohlleiter mit einem durchgehenden Kanal ausgebildet, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann. Aufgrund des speziellen Profils der Endabschnitte lassen sich die Wicklungsstücke wesentlich einfacher hydraulisch miteinander verbinden. Außerdem wird es dadurch möglich, ein hierfür erforderliches Verbindungselement an die Enden anzulöten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Enden des Wicklungsstücks jeweils ein rundes Profil.

Das Wicklungsstück kann beispielsweise die Form eines Stabes aufweisen. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat das Wicklungsstück die Form einer Haarnadel, wobei das Wicklungsstück zwei Schenkel und einen gekrümmten Übergangsbereich umfasst, der die beiden Schenkel miteinander verbindet. Jeder der Schenkel umfasst einen ersten Abschnitt mit einem Profil, das an den Querschnitt der zugehörigen Nut angepasst ist, sowie einen Endabschnitt, der ein rundes Profil aufweist. Die Enden der einzelnen Wicklungsstücke lassen sich dadurch wesentlich einfacher über Verbindungselemente mit anderen

Wicklungsstücken mechanisch und hydraulisch verbinden. Das erfindungsgemäße Wicklungsstück ist ferner als Hohlleiter ausgebildet, der einen durchgehenden Kanal aufweist, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann.

Ein erfindungsgemäßes Wicklungsstück kann prinzipiell so dimensioniert sein, dass es eine Nut allein oder zusammen mit einem oder mehreren weiteren

Wicklungsstücken, die in derselben Nut angeordnet sind, ausfüllt. Im Falle eines einzelnen Wicklungsstücks pro Nut ist das Profil des in der Nut verlaufenden (ersten) Abschnitts vorzugsweise so ausgelegt, dass der Abschnitt im

Wesentlichen spielfrei in der Nut liegt. Im Falle mehrerer Wicklungsstücke pro Nut ist das Profil der in der Nut verlaufenden Abschnitte vorzugsweise so ausgelegt, das alle Wicklungsstücke gemeinsam die Nut im Wesentlichen spielfrei ausfüllen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der erste Abschnitt bzw. haben die Schenkel an ihrem ersten Abschnitt vorzugsweise ein

rechteckiges, insbesondere quadratisches Profil, das an den Innenquerschnitt der zugehörigen Nut angepasst ist. Ein erfindungsgemäßes Wicklungsstück ist vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium oder einer Legierung eines der genannten Materialien hergestellt.

An seiner Außenfläche ist das erfindungsgemäße Wicklungsstück mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen.

Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Maschine mit einer elektrischen Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, die mehrere der vorstehend beschriebenen Wicklungsstücke umfasst. Dabei sind mehrere der Wicklungsstücke elektrisch miteinander zu einer Spule verbunden.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst vorzugsweise auch mehrere rohrförmige Verbindungselemente, die an den offenen Enden der Wicklungsstücke angeordnet sind, um die Wicklungsstücke fluidtechnisch miteinander zu verbinden. Die Verbindungselemente sind vorzugsweise rohrförmig gebildet und haben an ihren beiden Enden jeweils einen runden Innenquerschnitt, der so dimensioniert ist, dass die Verbindungselemente jeweils auf die runden Endabschnitte der Wicklungsstücke aufgesteckt werden können.

Die erfindungsgemäßen Verbindungselemente sind vorzugsweise bogenförmig gekrümmt und können beispielsweise hufeisenförmig bzw. U-förmig ausgebildet sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann auch ein

Verbindungselement vorgesehen sein, das mehr als zwei Wicklungsstücke miteinander verbindet. Ein solches Verbindungselement umfasst vorzugsweise Anschlüsse für mehr als zwei Wicklungsstücke. Gemäß einer speziellen

Ausführungsform der Erfindung kann das Verbindungselement einen internen Sammel- oder Verteilerkanal aufweisen, der mit mehr als zwei Wicklungsstücken in Verbindung steht. Ein solches Verbindungselement mit einem Sammel- oder Verteilerkanal kann so dimensioniert sein, dass alle Wicklungsstücke einer elektrischen Maschine daran angeschlossen werden können. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Wicklungsstücks für eine elektrische Maschine in Form einer Haarnadel; Fig. 2 eine Detailansicht eines Stators einer elektrischen Maschine mit mehreren haarnadelförmigen Wicklungsstücken; und

Fig. 3 eine Ansicht eines stabförmigen Wicklungsstücks für eine elektrische

Maschine.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines haarnadelförmigen

Wicklungsstücks für die Wicklung einer elektrischen Maschine. Derartige

Wicklungsstücke 1 werden auch als Hairpins bezeichnet, da sie die Form einer Haarnadel aufweisen.

Zum Herstellen einer elektromagnetischen Wicklung einer elektrischen Maschine werden mehrere Hairpins in die Nuten eines Stators der elektrischen Maschine eingesetzt und elektrisch miteinander verbunden, um eine oder mehrere Spulen zu bilden.

Das in Fig. 1 dargestellte Wicklungsstück 1 umfasst zwei Schenkel 2 und einen gekrümmten Übergangsbereich 3, der die beiden Schenkel 2 miteinander verbindet. Die Schenkel 2 haben dabei jeweils einen ersten Abschnitt 4 mit einem Profil, welches an den Querschnitt der Nuten der elektrischen Maschine angepasst ist, so dass sie im Wesentlichen spielfrei in der betreffenden Nut angeordnet sind. Das Profil des ersten Abschnitts 4 der Schenkel 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen quadratisch, könnte beispielsweise aber auch rechteckig sein oder eine andere Form aufweisen. An ihren freien Endabschnitten 5 haben die Schenkel 2 jeweils ein rundes Profil. Dies hat den Vorteil, dass die Endabschnitte 5 einfach und sicher über rohrförmige Verbindungselemente 6, wie sie beispielhaft in Fig. 2 dargestellt sind,

fluidtechnisch miteinander verbunden werden können.

Das haarnadelförmige Wicklungsstück 1 von Fig. 1 umfasst ferner einen durchgehenden Kanal 9, durch den ein Kühlmittel leitbar ist, um die Wicklung der elektrischen Maschine im Betrieb zu kühlen. Das in Fig. 1 dargestellte Wicklungsstück 1 kann beispielsweise aus Kupfer hergestellt sein. An seiner Außenfläche ist es vorzugsweise mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen. Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Kopfabschnitts eines Stators 8, wobei die aus den Nuten 7 heraus ragenden Endabschnitte 5 der Wicklungsstücke 1 gut zu erkennen sind. Um einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf zu erhalten, sind die freien Enden bzw. Endabschnitte 5 der Wicklungsstücke 1 über mehrere rohrförmige Verbindungselemente 6 hydraulisch miteinander verbunden. Die Verbindungselemente 6 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel U-förmig gebildet und haben an ihren offenen Enden jeweils einen runden

Innendurchmesser, so dass sie auf die runden Endabschnitte 5 der

Wicklungsstücke 1 aufgesteckt werden können. Die runde Ausführung hat dabei den Vorteil, dass die Verbindungselemente 6 in beliebiger Ausrichtung aufgesteckt werden können, wodurch sich der Prozess relativ einfach automatisieren lässt.

Fig. 3 zeigt schließlich noch eine Ansicht eines stabförmigen Wicklungsstücks 1 für eine elektrische Maschine. Das stabförmige Wicklungsstück 1 hat wiederum einen mitteleren Abschnitt 4 mit einem rechteckigen Profil und zwei Endabschnitte 5 mit einem runden Profil.

Hinweis: Das Projekt, das zu dieser Anmeldung geführt hat, wurde im Rahmen des Förderprogramms Horizon 2020 für Forschung und Innovation der EU im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 804219 gefördert.