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Title:
COMPRESSED STRAND, STATOR OR ROTOR OF AN ELECTRICAL MACHINE, AND ELECTRICAL MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/089322
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a compressed strand (F) comprising a wire pack consisting of at least two wires, wherein at least one head end of the compressed strand (F), preferably both head ends, has/have a contact-making section (11) and a heat-exchange section (12), and to a stator (S) or rotor of an electric motor, wherein the rotor or stator (S) is equipped with at least one compressed strand (F).

Inventors:
HUSER PASCAL (CH)
STÖCK MARTIN (CH)
LOSCH FABIAN (CH)
Application Number:
PCT/EP2019/079710
Publication Date:
May 07, 2020
Filing Date:
October 30, 2019
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP AG (DE)
International Classes:
H02K3/14; H02K3/34; H02K9/19; H02K15/00; H02K15/04; H02K15/10
Domestic Patent References:
WO1999030405A11999-06-17
Foreign References:
US6969939B12005-11-29
DE102016119841A12018-04-19
EP3051669A12016-08-03
DE112015001994A
DE102017107165A12017-10-26
US4321497A1982-03-23
US20140070639A12014-03-13
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Formlitze (F), umfassend ein Drahtpaket (3) aus mindestens zwei Drähten (31) zur Leitung von elektrischem Strom, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kopfende der Formlitze einen elektrischen Kontaktierungsabschnitt (11) und einen Wärmeaustauschabschnitt (12) aufweist.

2. Formlitze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtpaket (3) und insbesondere die Drähte (31) des Drahtpaketes mit einer elektrischen Isolation (32 bzw. 311) umgeben sind.

3. Formlitze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktierungsabschnitt (11) aus einer die mindestens zwei Drähte (31) endseitig umgebenden Hülse, insbesondere Metallhülse, oder einer endseitigen Verschweißung der mindestens zwei Drähte (31) gebildet ist.

4. Formlitze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauschabschnitt (12) als Drahtbüschel ausgestaltet ist, insbesondere als Drahtbüschel, welches aus den Drähten (31) der Formlitze (3) gebildet ist.

5. Formlitze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (31) im Wärmeaustauschabschnitt (12) vorzugsweise bereichsweise entdrillt und/oder aufgespleißt sind.

6. Formlitze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (31) in dem Wärmeaustauschabschnitt (12) nicht isoliert sind.

7. Formlitze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauschabschnitt (12) als Verlängerung der Formlitze (3) über den Kontaktierungsbereich (11) ausgebildet ist.

8. Formlitze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauschabschnitt (12) in einer zur Lenkung und/oder Verwirbelung eines Kühlmediums geeigneten Form ausgestaltet ist.

9. Stator (S) oder Rotor (R) einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors und/oder elektrischen Generators, gekennzeichnet dadurch, dass Rotor (R) bzw. Stator (S) mit mindestens einer Formlitze gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen ausgestattet ist.

10. Stator oder Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Formlitzen (F) über den Kontaktierungsabschnitt (11) miteinander verbunden sind.

11. Stator oder Rotor gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Formlitzen (F) mittels Verschweißung (5) oder mittels Verschaltungssteg (4) miteinander verbunden sind.

12. Elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor und/oder elektrischer Generator, umfassend einen Stator (S) und einen Rotor (R), gekennzeichnet durch einen Stator (S) und/oder Rotor (R) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.

13. Elektrische Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor mit einer Kühleinrichtung (4) zur Kühlung des mindestens einen Wärmeaustauschabschnittes (12) ausgestattet ist.

14. Elektrische Maschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (4) mit einem Fluid, insbesondere einem Öl, beaufschlagt ist.

Description:
Formlitze, Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine, sowie elektrische Maschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formlitze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Rotor und/oder Stator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9, sowie eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Ein Elektromotor weist gewöhnlich einen Rotor (Läufer) und einen Stator (Ständer) auf, wobei der Rotor gegenüber dem Stator um eine Mittelachse drehbar gelagert ist. Zur Ausbildung von magnetischen Kräften sind Wicklungen im Stator vorgesehen, die entsprechend bestromt werden. Zur Ausbildung des Stator-Erregerfelds sind im Blechpaket des Stators häufig über den Umfang verteilten axial verlaufenden Nuten zur Aufnahme einer stromführenden Wicklung eingebracht, wobei nur der axial innerhalb der Nut verlaufende Teil einer Spule drehmomentenbeitragend ist. Er wird auch als aktive Länge bezeichnet. In einer Nut können mehrere Spulen platziert sein. Demgegenüber sind die Teile der Spule, welche die aktiven Längen an den Stirnenden des Blechpakets verbinden drehmomentenblind. Dieser axial außerhalb des Blechpakets liegende Teil der Wicklung wird auch als Wickelkopf bezeichnet.

Spulen bestehen im Regelfall aus einer Vielzahl gegeneinander isolierter (dünner) Drähte (Lackdraht), die direkt in einem Nutenpaar gewickelt oder als vorgefertige Spule eingesetzt werden. Um den Nutenquerschnitt mit mehr Kupfer zu füllen (höherer Nutfüllungsgrad zur Erhöhung der Stromdichte), sind auch Spulen mit nur einem (dicken) , Draht 1 (Massivleiter) gebräuchlich, wobei dann gewöhnlich mehrere (4-8) Spulen je Nut eingesetzt werden.

Zur Vereinfachung von Herstellung und Montage ist es bekannt, aus einzelnen Segmenten (Segmentleiter) zusammengesetzte Spulen zu verwenden. Hierbei werden im Wesentlichen der Nutenform entsprechende Segmentleiter (Stableiter) vorzugsweise axial in Nuten eingesetzt; Der Wickelkopf kann erst nach Einsetzen der Segmentleiter fertiggestellt werden, indem die Kopfenden von zwei Segmentleitern jeweils paarweise verbunden werden. Dabei können Segmentleiter über Wicklungsköpfe kontaktiert werden. Segmentleiter sind u.a. I-förmige (Stableiter) und U-förmige (Haarnadelleiter), die oft als einteilige Massivleiter ausgeführt sind.

Mehrteilige Segmentleiter (Formlitzen) stellen einen Sonderfall dar. Formlitzen sind aus einer Vielzahl von vorzugsweise gegeneinander elektrisch isolierten Einzeldrähten (Litze) aufgebaute Leiter, wobei der Querschnitt in eine gewünschte Form verpresst bzw. kompaktiert ist. Litzen können auch als Drahtpakete betrachtet werden. Nur in den zur weiteren Kontaktierung vorgesehenen Kopfenden einer Formlitze sind die Einzeldrähte elektrisch und mechanisch miteinander verbunden, wobei allfällige vorhandene Isolation im Kopfbereich vorteilhafterweise entfernt ist bzw. wird. Dies erfolgt beispielsweise über Fleißvercrimpen/Elektrodenschweißen des Kopfendes mit einer Hülse. Die Litze insgesamt oder einzelne Stränge der Litze können gegeneinander verdrillt sein. Derlei Formlitzen sind z.B. in DE112015001994A5 bekannt geworden. In mit (hochfrequentem) Wechselstrom betriebenen Elektromotoren können sie vorteilhaft eingesetzt werden, um parasitäre Effekte wie Wirbelströme und Skin-Effekte zu reduzieren.

Die Wicklungsköpfe von E-Motoren werden sehr heiß. Um thermisches Versagen zu verhindern, werden diese daher oftmals gekühlt. Als Kühlmedium kommt ein dielektrisches Fluid zum Einsatz (in aller Regel ein Öl). Die Ölkühlung ist zumeist über eine„Kühlkappe“ realisiert, welche einen den Wickelkopf umgebenden Ringkanal ausbildet, in dem ein Kühlmedium strömt. Eine derartige Kühlung ist beispielsweise in der DE102017107165A1 dargestellt.

Auch bei zusammengesetzten Wicklungen - d.h. Segmentleitern, welche in Statornuten eingeschoben werden und anschließend mittel- oder unmittelbar miteinander verbunden werden, ist diese Art der Wickelkopfkühlung bekannt. Unmittelbar meint z.B. dabei das Aufeinanderzubiegen der Stableiter und direktes Verschweißen; mittelbar meint den Einsatz von Verschaltungsstegen, welche die Distanz zwischen zwei Stableitern überbrückt. Für ein Beispiel zu Verschaltungsstegen vgl. z.B. US4321497A; für ein Beispiel zum Zueinanderbiegen vgl. z.B. US2014070639A1.

Für eine effektive Kühlung ist es vorteilhaft, diejenigen Stellen zu kühlen, bei denen ein hoher Wärmeübergangskoeffizient erreicht werden kann. Dies sind besonders jene Stellen, an denen keine Isolation (Hauptisolation und bei einer Formlitze auch die Einzeldrahtisolation) den Wärmeübergang zwischen Kühlmedium und elektrischem Leiter hindert. Zugleich muss aber zwischen den einzelnen Leitern eine ausreichende elektrische Isolierung bzw. eine ausreichend lange Kriechstrecke zur Vermeidung von Kurzschlüssen und Überschlägen gewährleistet sein.

Aus diesem Grund sind a) gesamte Wickelköpfe vollständig mit Harz vergossen oder b) die Verbindungszonen einzeln mit Isolationsharz oder Isolationskappen überzogen. Beides ist nachteilig, weil es den thermischen Wärmeübergang behindert. Alternativ sind die Abstände zwischen den Kontaktierungsstellen so groß gewählt, dass eine separate Isolierung nicht mehr notwendig ist. Eine weitere Möglichkeit ist das Einlegen von Streifen von Isolationspapier. Analog sollten bei Verwendung von Verschaltungsstegen auch diese gegeneinander isoliert sein. Hierfür sind Verschaltungsstege z.B. von einem Isolationsharz überzogen, Isolationspapier eingelegt, oder isolierende Abstandshalter eingefügt.

Wenngleich die bereits bekannt gewordenen Kühlungen des Wickelkopfbereiches recht gute Ergebnisse erzielen, so besteht dennoch ein Bedarf an Verbesserung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt entsprechend darin, eine Formlitze vorzuschlagen, welche eine bessere Kühlung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Formlitze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass mindestens ein Kopfende der Formlitze, die ein in Form gebrachtes Drahtpaket (Litze) zur Leitung elektrischen Stroms aufweist, vorzugsweise beide Kopfenden, einen elektrischen Kontaktierungsabschnitt und einen Wärmeaustauschabschnitt aufweist, kann eine wesentlich effektiverer Kühlung der Formlitze im Bereich der Kopfenden erzielt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Drahtpaket und insbesondere die Drähte des Drahtpaketes mit einer elektrischen Isolation umgeben sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der elektrische Kontaktierungsabschnitt aus einer die mindestens zwei Drähte umgebenden Hülse, insbesondere Metallhülse, oder eine Verschweißung der mindestens zwei Drähte gebildet ist. Die beiden Möglichkeiten stellen produktionstechnisch vorteilhafte zur Herstellung des Kontaktierungsbereiches dar. Vorzugsweise sind die Drähte im Kontaktierungsabschnitt abisoliert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wärmeaustauschabschnitt als Drahtbüschel ausgestaltet ist, insbesondere als Drahtbüschel, welches aus den Einzeldrähten der Formlitze gebildet ist. Unter Drahtbüschel ist ein aufgefächerter Abschnitt eines Drahtpakets bzw. einer Litze zu verstehen, bei welchem die Einzeldrähte des Drahtpakets nicht mehr streng geordnet und in umittelbarem Kontakt nebeneinander liegen. Ein Drahtbüschel lässt sich aus den in der Regel verdrillten Drähten der Formlitze relativ einfach hersteilen. Zudem können die Drähte des Drahtbüschels allseitig von einem Kühlmedium umspült werden, so dass eine große Wärmeaustauschfläche vorliegt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Drähte im Wärmeaustauschabschnitt vorzugsweise bereichsweise entdrillt und/oder aufgespleißt sind. Diese Maßnahmen dienen vornehmlich der Vergrößerung der bereitgestellten Wärmeaustauschfläche.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Drähte in dem Wärmeaustauschabschnitt nicht isoliert sind. Auch diese Maßnahme dient der Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem Draht bzw. den Drähten und dem jeweiligen Kühlmedium.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wärmeaustauschabschnitt als Verlängerung der Formlitze über den Kontaktierungsbereich ausgebildet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wärmeaustauschabschnitt in einer zur Lenkung und/oder Verwirbelung des Kühlmediums geeigneten Form ausgestaltet ist. Diese Fluidstromleitelemente können für eine zusätzliche Verwirbelung der Kühlströmung sorgen und damit den Wärmeübergang insgesamt erhöhen, da weniger quasistatische Grenzschichten ausgebildet werden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen verbesserten Rotor und/oder Stator für einen Elektromotor vorzuschlagen, insbesondere einen Rotor und/oder Stator vorzuschlagen, welcher besser gekühlt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Rotor und/oder Stator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Formlitze können entsprechend für den Rotor und/oder Stator nutzbar gemacht werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Formlitzen über den Kontaktierungsabschnitt miteinander verbunden sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das die Verbindung der mindestens zwei Formlitzen mittels Verschweißung oder mittels Verschaltungsstegs elektrisch miteinander verbunden sind. Mittels Verschweißung meint insbesondere die unmittelbare Verschweißung zweier Kontaktierungsabschnitte zweier Formlitzen. Mittels Verschaltungssteg meint insbesondere die mittelbare Verbindung zweier Kontaktierungsabschnitte von Formlitzen über einen Verschaltungssteg. Die Kontaktierungsabschnitte von Formlitze und Verschaltungsstegen können verschweißt sein.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine verbesserte elektrische Maschine, insbesondere einen verbesserten Elektromotor, vorzuschlagen, insbesondere eine elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor, vorzuschlagen, welche besser gekühlt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektrische Maschine, insbesondere Elektromotor, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Rotors und/oder Stators können entsprechend für die elektrische Maschine nutzbar gemacht werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung der Wärmeaustauschabschnitte ausgestattet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung zur Kühlung mittels eines Fluids, insbesondere eines Öls, beaufschlagt ist. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen

Fig. 1 eine Formlitze gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Darstellung eines Elektromotors mit einer Kühleinrichtung für die Wickelköpfe in einer Querschnittdarstellung (oberer Teil);

Fig. 3 ein Stator eines Elektromotors in einer Querschnittdarstellung;

Fig. 4 ein schematischer Herstellprozess einer erfindungsgemäßen Formlitze, sowie Ende einer erfindungsgemäßen Formlitze;

Fig. 5 ein schematischer Herstellprozess einer erfindungsgemäßen Formlitze, sowie Ende einer erfindungsgemäßen Formlitze;

Fig. 6 ein schematischer Herstellprozess einer erfindungsgemäßen Formlitze, sowie Ende einer erfindungsgemäßen Formlitze;

Fig. 7 ein schematischer Herstellprozess einer erfindungsgemäßen Formlitze, sowie Ende einer erfindungsgemäßen Formlitze;

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Verbindungsprozesses zwischen Formlitze und

Verschaltungssteg mittels Schweißen;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Formlitze bzgl. einer

Anströmung mittels Kühlmittel;

Fig. 10 ein erfindungsgemäßer Rotor mit mehreren Formlitzen, die über die

Kontaktierungsbereiche miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt, sind.

Eine erfindungsgemäße Formlitze F umfasst im Wesentlichen ein erstes Kopfende 1, sowie ein zweites Kopfende 2. Zwischen diesen Kopfenden 1, 2 ist ein Drahtpaket 3 angeordnet.

Das Drahtpaket 3 besteht aus einer Anzahl von Drähten 31, mindestens aber zwei Drähten, die in der Regel miteinander verdrillt sind und als Drahtpaket vorzugsweise von einer Hauptisolationsschicht 32 umgeben sind. Die Formlitze ist zudem kompaktiert und weist vorzugsweise eine rechteckförmige oder trapezförmige Querschnittsfläche auf. Die Drähte 31, vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, als solches können ebenfalls einzeln mit einer Isolation 311 ausgestattet sein, aber auch nicht isoliert bzw. teilweise, insbesondere an den Kopfenden, abisoliert sein.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Kopfende 1 oder 2 der Formlitze, vorzugsweise beide Kopfenden 1 und 2, einen Kontaktierungsabschnitt 11 und einen Wärmeaustauschabschnitt 12 aufweist.

Im Bereich des Kontaktierungsabschnitts 11 sind die dort befindlichen Drahtabschnitte elektrisch und mechanisch untereinander verbunden, wobei dies mithilfe von Hülsen aus Metall oder auch Verschweißung der Einzeldrähte 31 in diesem Bereich erfolgen kann.

Der Wärmeaustauschabschnitt 12 ist vorzugsweise als Drahtbüschel ausgestaltet, insbesondere wird das Drahtbüschel aus den Einzeldrähten 31 der Formlitze gebildet, wobei die Einzeldrähte im Wärmeaustauschabschnitt vorzugsweise bereichsweise entdrillt und/oder aufgespleißt sind.

Die Einzeldrähte 31 sind in dem Wärmeaustauschabschnitt 12 vorzugsweise abisoliert, insbesondere nicht nur von der gemeinsamen Hauptisolation 32, sondern auch von der gegebenenfalls vorhandenen Einzeldrahtisolation 311. Die durch den Wärmeaustauschabschnitt 12 gebildete zusätzliche Kühloberfläche kann als Verlängerung der Formlitze F über den Kontaktierungsbereich 11 ausgebildet sein. Sie dient dann nicht der Stromführung, sondern besitzt primär die Funktion einer Wärmebrücke. Der Bereich kann in verschiedenen Querschnittsformen ausgebildet sein, insbesondere zur Lenkung und/oder Verwirbelung des Kühlmediums. Im Ergebnis wird hiermit eine im Vergleich zum Querschnitt der Formlitze vergrößerte Kühloberfläche, gebildet durch Einzeldrahtoberflächen, vorgeschlagen.

Der Wärmeaustauschabschnitt 12 kann, im Hinblick auf das Drahtpaket 3, zwischen Drahtpaket 3 und Kontaktierungsabschnitt 11 oder neben dem Kontaktierungsabschnitt 11, also endseitig der Formlitze angeordnet sein. Im ersten Fall ergibt sich eine Abfolge Drahtpaket 3, Wärmeaustauschabschnitt 12, Kontaktierungsabschnitt 11, während sich im zweiten Fall eine Abfolge Drahtpaket 3, Kontaktierungsabschnitt 11 und Wärmeaustauschabschnitt 12 in Längsrichtung der Formlitze ergibt. Der Wärmeaustauschabschnitt 12 und Kontaktierungsabschnitt 11 sind in der Regel voneinander separate Bereiche. Das Vorsehen eines Wärmeaustauschabschnitts 12 weist zahlreiche Vorteile auf.

So ist die Kühlwirkung durch die vergrößerte Kühloberfläche hoch. Dies kann an einem Rechenbeispiel verdeutlicht werden. Ein normaler Formlitzkopf erzeugt mit etwa 3*6*10mm=150mm 2 Wärmeaustauschfläche. Bei 15 Drähten mit 1mm 2 Durchmesser erzeugt ein erfindungsgemäßer Wärmeaustauschabschnitt 12 etwa (d*pi)*h = l*3, 14*10=314mm 2 Wärmeaustauschfläche.

Der Wärmeaustauschabschnitt 12 bietet für ein durchströmendes Kühlmedium eine zusätzliche Aufprallfläche. Der Wärmeübergang kann damit lokal erhöht werden.

Der Wärmeaustauschabschnitt 12 kann Fluidstromleitelemente (nicht dargestellt) ausbilden, welche für eine zusätzliche Verwirbelung der Kühlströmung sorgen und damit den Wärmeübergang insgesamt erhöhen, da weniger quasistatische Grenzschichten ausgebildet werden.

Mindestens eine der oben beschriebenen Formlitze F kann in dem Stator S und/oder Rotor R einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors, verbaut sein. Als elektrische Maschine kommt ein Elektromotor und/oder elektrischer Generator, beispielsweise auch in einer Einheit, in Frage. Zur Erzielung einer größtmöglichen Wärmeaustauschfläche handelt es sich vorzugsweise bei jeder oder einer großen Anzahl der verwendeten Formlitze um erfindungsgemäße Formlitzen F mit den entsprechenden Wärmeaustauschabschnitten 12.

In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei Formlitzen F über ihren Kontaktierungsabschnitt 11 mindestens elektrisch, vorzugsweise elektrisch und mechanisch, miteinander verbunden sind. Dies kann beispielsweise über eine Verschweißung 6 der Kontaktierungsbereiche 11, als auch über eine Verbindung der Kontaktierungsbereiche mittels Verschaltungssteg 5 erreicht werden. Auch die Verbindung von Verschaltungssteg und Formlitze kann als Verschweißung ausgeführt sein. Die Erfindung kann gleichermaßen für unmittelbare Verschaltungen wie auch mittelbare Verschaltungen mit Verschaltungsstegen Einsatz finden.

Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, insbesondere ein Elektromotor, wiederum umfasst einen erfindungsgemäßen Rotor R und/oder Stator S mit mindestens einer erfindungsgemäßen Formlitze F. Vorzugsweise ist eine derartige elektrische Maschine mit einer Kühleinrichtung 4 zur Kühlung der Wärmeaustauschabschnitte ausgestattet. Die Kühleinrichtung 4 kann beispielsweise eine Kühlkappe umfassen, welche um die Formlitzenenden, insbesondere aber die Wärmeaustauschabschnitte 12, angeordnet ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung 4 zur Kühlung mittels eines Fluids, insbesondere eines Öls, ausgestaltet ist. Hierzu kann eine Ölversorgung in die Kühlkappe eingebaut sein.

Zu den Figuren im Einzelnen:

In der Fig. 1 ist eine Formlitze gemäß dem Stand der Technik mit lediglich Kontaktierungsbereichen 11 in Form von Hülsen dargestellt. Zwischen den Kontaktierungsbereichen 11 ist das Drahtpaket 3 angeordnet. Im Querschnitt sind die einzelnen Drähte 31 zu erkennen.

In der Fig. 2 ist ein Querschnitt einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors, umfassend den Rotor R und Stator S dargestellt (oberer Teil) mit einer Achse X. Ferner sind die wesentlichen Elemente der Kühleinrichtung, insbesondere die Kühlkappe 4 und die Ölversorgung (ohne Bezugszeichen), erkennbar.

In der Fig. 3 ist der Stator S der elektrischen Maschine, insbesondere des Elektromotors, in einer Querschnittdarstellung abgebildet. Angedeutet sind die Flussrichtung eines Kühlmediums, beispielsweise Öl, sowie exemplarisch zwei Verschaltungsstege 5. Es sind zwei erfindungsgemäße Formlitzen F pro Nut vorgesehen.

In den Fig. 4 bis 7 sind verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Formlitze F bzw. deren Kopfenden 1 dargestellt. Ferner sind einzelne Herstellungsschritte schematisch angedeutet.

In der Fig. 4a ist beispielsweise ein Formlitzrohling mit isolierten Einzeldrahtenden 31 und 311, sowie dessen Hauptisolierung 32 dargestellt. In Fig. 4b ist der Wärmeaustauschabschnitt 12 und der Kontaktierungsabschnitt 11 in Form einer Hülse erkennbar. Die Hülse wird beispielsweise mittels Elektrodenschweißen aufgebracht. Der Wärmeaustauschabschnitt 12 wird beispielsweise als vorgehaltener Überstand ausgebildet. Das Aufspleißen wird beispielsweise automatisch beim Aufbringen bzw. Verpressen der Hülse vorgenommen. In der Fig. 5b ist ein möglicher Zwischenschritt bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Formlitze dargestellt, insbesondere das Abisolieren des Isolationslacks 311 von den Einzeldrähten 31 für einen besseren Wärmeübergang.

In der Fig. 6b ist eine dreiecksförmige Gestaltung des Wärmeaustauschabschnittendes dargestellt.

In den Fig. 7 ist ein Beispiel für einen endseitigen Kontaktierungsbereich und einen zwischen Drahtpaket 3 und Kontaktierungsbereich 11 angeordneten Wärmeaustauschabschnitt 12 dargestellt.

In der Fig. 7b ist ein partielles Abisolieren der Einzeldrähte 31 im Kopfbereich der Formlitze F dargestellt, wobei dies sowohl den Kontaktierungsabschnitt als auch den

Wärmeaustauschabschnitt betrifft. In der Fig. 7c ist das Schaffen eines Kontaktierungsabschnitts 11 durch Aufbringen einer Hülse am Ende der abisolierten Einzeldrähte 31 dargestellt.

Das Entdrillen, dargestellt in der Fig. 7d, führt zu einem Aufbauchen eines

Wärmeaustauschabschnitts 12 zwischen dem Drahtpaket 3 und dem Kontaktierungsbereich 11.

In der Fig. 8a ist ein Verschweißen einer Formlitze 3, insbesondere des Kontaktierungsbereiches 11, mit einem Verschaltungssteg 5 dargestellt. In der Fig. 8a ist ein beispielhafter Überstand des Wärmeaustauschabschnitts 12 dargestellt.

In der Fig. 9a bzw. 9b ist schematisch dargestellt, wie das Kühlmedium den Wärmeaustauschabschnitt 12 durchströmt. Dabei durchströmt das Kühlmedium das gesamte Drahtbüschel und nicht etwa nur eine Außenkontur.

In der Fig. 10 ist eine Abwicklung eines erfindungsgemäßen Stators S bzw. Statorblechpakets B abschnittsweise dargestellt, wobei die Formlitzen paarweise aufeinander zugebogen sind. Die Kontaktbereiche 11 der Formlitzen F sind unmittelbar miteinander verschweißt, weisen also eine Verschweißung 6 auf. Der Wickelkopf wird durch eine Kühlkappe umschlossen und von einem Öl durchströmt. Durch die als Überstand ausgebildeteten Wärmeaustauschabschnitte 12 kann der Wärmeübergang der sonst von einer Hauptisolation umgebenen Formlitzen F verbessert werden. Es gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:

R Rotor

S Stator

B Blechpaket (Stator)

F Formlitze

X Achse

1 erstes Kopfende

2 zweites Kopfende

3 Drahtpaket

4 Kühleinrichtung (Kühlkappe)

5 Verschaltungssteg

6 Verschweißung

11 Kontaktierungsabschnitt (Hülse)

12 Wärmeaustauschabschnitt

31 Draht

32 Isolation (Hauptisolation)

311 Isolation (Drahtisolation)