DE102022120066A1

DE102022120066A1 - Power-generating component of a rotary electric machine, method for producing a power-generating component and rotary electric machine

Info

Publication number: DE102022120066A1
Application number: DE102022120066.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Marsetz; Wolfgang Haas; Johannes Hoffmann; Axel Lurk; Dénes Kiss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-08-09
Publication date: 2023-12-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine, ein Verfahren zur Herstellung der leistungserzeugenden Komponente und eine elektrische Rotationsmaschine mit der leistungserzeugenden Komponente.Die leistungserzeugende Komponente umfasst mehrere Nuten (10) und in zumindest einigen Nuten (10) jeweils wenigstens ein elektrisches Leitungselement (20) einer Wicklung (60), wobei das elektrische Leitungselement (20) mehrere Krümmungen (21) aufweist, die zusammen einen wellenförmigen Verlauf des elektrischen Leitungselements (20) ausbilden, so dass durch die Nuten (10) strömendes Kühlmittel (30) in von einem gewellten elektrischen Leitungselement (20) realisierte Kavitäten (22) gelangen kann.Mit der hier vorgeschlagenen leistungserzeugenden Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine, dem Verfahren zur Herstellung der leistungserzeugenden Komponente und der elektrischen Rotationsmaschine mit der leistungserzeugenden Komponente werden technische Lehren zur Verfügung gestellt, die in effizienter und kostengünstiger Weise die Kühlung der leistungserzeugenden Komponente ermöglichen.The invention relates to a power-generating component of an electric rotary machine, a method for producing the power-generating component and an electric rotary machine with the power-generating component. The power-generating component comprises a plurality of grooves (10) and at least one electrical conduction element (20) in at least some grooves (10). ) a winding (60), wherein the electrical line element (20) has a plurality of curvatures (21), which together form a wave-shaped course of the electrical line element (20), so that coolant (30) flowing through the grooves (10) in one corrugated electrical line element (20) realized cavities (22). With the power-generating component of an electrical rotating machine proposed here, the method for producing the power-generating component and the electrical rotating machine with the power-generating component, technical teachings are provided which are efficient and enable the power-generating component to be cooled in a cost-effective manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine, ein Verfahren zur Herstellung der leistungserzeugenden Komponente und eine elektrische Rotationsmaschine mit der leistungserzeugenden Komponente.The invention relates to a power-generating component of an electric rotary machine, a method for producing the power-generating component and an electric rotary machine with the power-generating component.

Der elektrische Antriebsstrang ist nach dem Stand der Technik bekannt. Dieser besteht aus Komponenten zur Energiespeicherung, Energiewandlung und Energieleitung. Zu den Komponenten der Energiewandlung gehören elektrische Maschinen. Elektrische Rotationsmaschinen umfassen als elektrische Leistungskomponenten einen Rotor und einen Stator.The electric drive train is known in the prior art. This consists of components for energy storage, energy conversion and energy transmission. The components of energy conversion include electrical machines. Electric rotary machines include a rotor and a stator as electrical power components.

Je nach Leistungsbereich bzw. Anwendungsfall ist es oftmals notwendig, in elektrischen Maschinen durch verschiedene Verluste entstehende Wärme durch eine effektive Kühlung abzuführen. Die Kühlung sorgt dafür, dass kritische Temperaturen, welche zu Beschädigungen an Materialien und Komponenten führen könnten, vermieden werden. Darüber hinaus trägt die Kühlung zur Verbesserung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine bei, da insbesondere der ohmsche Widerstand in elektrischen Leitern stark temperaturabhängig ist, wodurch bei höheren Temperaturen die Leistungsverluste zunehmen. Gegebenenfalls ist auch wärmebedingt eine Verminderung der Leistung der elektrischen Maschine notwendig. Insbesondere bei elektrischen Maschinen, welche eine hohe Drehmoment- bzw. Leistungsdichte aufweisen, reicht eine Oberflächenkühlung mit Wärmeabgabe an die umgebende Luft oftmals nicht aus, so dass eine Kühlung durch ein Kühlfluid erforderlich ist. Als Kühlfluide können prinzipiell Öle, Wasser bzw. Wassergemische wie z. B. Wasser-Glykol, aber auch dielektrische Flüssigkeiten zum Einsatz kommen. Es ist jedoch auch der Einsatz von gasförmigen Medien, wie zum Beispiel auch Luft, als Kühlmedium nicht ausgeschlossen.Depending on the power range or application, it is often necessary to dissipate heat generated by various losses in electrical machines through effective cooling. The cooling ensures that critical temperatures, which could lead to damage to materials and components, are avoided. In addition, the cooling contributes to improving the efficiency of the electrical machine, since the ohmic resistance in electrical conductors in particular is highly dependent on temperature, which means that power losses increase at higher temperatures. It may also be necessary to reduce the power of the electrical machine due to heat. Particularly in the case of electrical machines that have a high torque or power density, surface cooling with heat released into the surrounding air is often not sufficient, so that cooling by a cooling fluid is necessary. In principle, oils, water or water mixtures such as. B. water glycol, but also dielectric liquids are used. However, the use of gaseous media, such as air, as a cooling medium is not excluded.

Dabei besteht üblicherweise auch die Anforderung, dass das Kühlsystem bei geringem finanziellen sowie technologischen Aufwand einen möglichst geringen Bauraumbedarf aufweist und einen optimalen Wärmeübergang gewährleistet.There is also usually a requirement that the cooling system requires as little space as possible and ensures optimal heat transfer with little financial and technological effort.

Ein geringer Bauraumbedarf ist zudem auch unabhängig oftmals ein zentrales Anforderungskriterium, unabhängig von der realisierten Kühlung.A small installation space requirement is also often a central requirement criterion, regardless of the cooling implemented.

Des Weiteren ist es bekannt, in Nuten einer elektrischen Leistungskomponente wie z.B. eines Stators Nuteinsätze vorzusehen, in denen Kühlflüssigkeit geleitet werden kann. Dadurch können einen derartigen Nuteinsatz umgebenden Blechen des Blechpakets des Stators und/oder Wicklungen des Stators durch Wärmeübertragung auf die Kühlflüssigkeit Wärme entzogen werden.Furthermore, it is known to provide groove inserts in grooves of an electrical power component such as a stator, into which cooling liquid can be conducted. As a result, heat can be removed from the metal sheets of the laminated core of the stator and/or windings of the stator surrounding such a groove insert by heat transfer to the cooling liquid.

Für hohe Leistungsdichten muss die Wicklung einer elektrischen Maschine jedoch einen hohen Kupferfüllfaktor aufweisen, der in Anwendung eines Nuteinsatzes nicht gewährleistet werden kann. Dieser wird üblicherweise realisiert, indem Leiter aus massivem Wicklungsdraht verwendet werden. Diese Art von Wicklungen wird auch als Stabwicklung bezeichnet. Die Leiter werden als Stäbe bezeichnet. Oftmals werden Stäbe von größtenteils rechteckigem Querschnitt gewählt.However, for high power densities, the winding of an electrical machine must have a high copper filling factor, which cannot be guaranteed when using a slot insert. This is usually realized by using conductors made of solid winding wire. This type of winding is also known as bar winding. The conductors are called rods. Bars with a largely rectangular cross-section are often chosen.

Bei der Kühlung mittels Kühlflüssigkeit wird überwiegend versucht, durch Änderungen der Nutgeometrie, Drahtgeometrie und Einlegeteilen in der Nut Durchströmkanäle zu realisieren, die einen ausreichenden Volumenstrom des Kühlmittels ermöglichen bei gleichzeitig ausreichender Wärmeaufnahme durch das Kühlmittel.When cooling using coolant, attempts are mainly made to create flow channels by changing the groove geometry, wire geometry and insert parts in the groove, which enable a sufficient volume flow of the coolant while at the same time sufficient heat absorption by the coolant.

Eine bekannte Ausführungsform sieht vor, den Spalt, der durch ein Fügespiel zwischen Draht und Nut existiert, derart zu gestalten, dass Kühlflüssigkeit hier ungehindert entlang der Wicklung strömen kann. Nachteilig an dieser Ausführungsform ist jedoch, dass keine gezielte Kühlungswirkung an definierten Positionen realisierbar ist, da Drähte in den Nuten weitestgehend zufällig aneinander anliegen. Bei dichter Beabstandung der Drähte zueinander kann es zu einem Wärmestau kommen, da das Kühlmittel nicht zwischen die Drähte zu den sogenannten Hotspots gelangen kann.A known embodiment provides for the gap, which exists due to a joint play between the wire and the groove, to be designed in such a way that coolant can flow unhindered along the winding. However, the disadvantage of this embodiment is that no targeted cooling effect can be achieved at defined positions, since wires in the grooves lie against each other largely randomly. If the wires are close to one another, heat can build up because the coolant cannot get between the wires to the so-called hotspots.

Eine technische Lösung zur Verminderung dieses Problems liegt in der Profilierung der Drähte der Wicklung. Allerdings sind derartig profilierte Drähte mit einer aufwendigen Herstellung verbunden und zudem stellt die Isolation dieser Drähte eine technologische Herausforderung dar, da die Schichtdicke der Isolation nicht gleichmäßig aufgetragen werden kann und es zu Materialanhäufungen kommt. A technical solution to reduce this problem lies in profiling the winding wires. However, wires profiled in this way require complex production and the insulation of these wires also represents a technological challenge since the layer thickness of the insulation cannot be applied evenly and material accumulations occur.

Weiterhin besteht das Risiko, dass durch eine profilierte Drahtgeometrie die Wickeldrähte selber elektrisch gesättigt werden und es dadurch innerhalb der Drähte zu stärkerer Hotspot-Bildung kommt.There is also the risk that the winding wires themselves become electrically saturated due to a profiled wire geometry and this leads to increased hotspot formation within the wires.

Ein weiterer Ansatz besteht in der speziellen Formung der Nutwände, die zwar ebenfalls einen definierten Kühlmittel-Kanal erzeugen, jedoch dadurch die Verluste durch das Eisen erhöht werden und das in den Zähnen verlaufende elektromagnetische Feld nicht ideal ist. Einer Hotspot-Bildung zwischen den Drähten wird mit dieser Maßnahme ebenfalls nicht entgegengewirkt. Die bereits erwähnten Einlegeteile bzw. Einsätze in den Nuten erzeugen auf ähnliche Weise definierte Kanäle, jedoch ist hier ein extrem hoher Bauraumbedarf in der Nut notwendig, sodass somit weniger Wicklung in den Nuten untergebracht werden kann, oder aber, dass das die Nuten aufweisende Blechpaket einen großen Bauraumbedarf aufweist und/oder die damit ausgestattete elektrische Maschine einen geringeren Wirkungsgrad aufweist. Außerdem sind dadurch zusätzliche Bauteile notwendig, welche die Kosten und Prozesszeit erhöhen.Another approach consists in the special shaping of the groove walls, which also create a defined coolant channel, but this increases the losses due to the iron and the electromagnetic field running in the teeth is not ideal. This measure also does not counteract the formation of hotspots between the wires. The already mentioned inserts or inserts in the grooves create defined channels in a similar way, but here an extremely high space requirement in the groove is necessary, so that less winding can be accommodated in the slots, or that the laminated core having the grooves has a large space requirement and / or the electrical machine equipped with it has a lower efficiency. This also requires additional components, which increase costs and process time.

1 zeigt eine Teilansicht einer herkömmlich ausgestalteten leistungserzeugenden Komponente mit linearen elektrischen Leitungselementen. Von der leistungserzeugenden Komponente sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nur 2 Zähne 1 dargestellt, die zwischen sich eine Nut 10 ausbilden. 1 shows a partial view of a conventionally designed power-generating component with linear electrical line elements. For reasons of clarity, only two teeth 1 of the power-generating component are shown here, which form a groove 10 between them.

Beispielsweise kann die Nut 10 an einer radialen Innenseite eines Stators einer Innenläufermaschine ausgebildet sein, so dass sie sich zwischen den Zähnen 1 entlang der dargestellten Umfangsrichtung 13 erstreckt. In der Nut 10 sind mehrere elektrische Leitungselemente 20 angeordnet, die jeweils gerade bzw. linear ausgebildet sind. Diese elektrische Leitungselemente 20 liegen eng aneinander sowie an Seitenwänden 11 der Nut an.For example, the groove 10 can be formed on a radial inside of a stator of an internal rotor machine, so that it extends between the teeth 1 along the circumferential direction 13 shown. A plurality of electrical line elements 20 are arranged in the groove 10, each of which is straight or linear. These electrical line elements 20 rest closely against one another and on side walls 11 of the groove.

Kühlmittel 30 kann zwischen den Seitenwänden 11 der Nut 10 und dazu benachbart angeordneten elektrischen Leitungselementen 20 strömen, und/oder zwischen einander benachbarten elektrischen Leitungselementen 20 strömen. Es kann jedoch in dieser Ausführungsform nicht ausgeschlossen werden, dass Strömungskanäle für das Kühlmittel 30 durch leichte Abweichungen der Seitenwände 11 und insbesondere der elektrischen Leitungselemente 20 von der dargestellten Form blockiert werden, sodass Kühlmittel 30 nicht alle Oberflächen der elektrischen Leitungselemente 20 erreicht, und entsprechend an diesen Stellen sogenannte Hotspots entstehen können. Weitere Ansätze sind aus unterschiedlichen Dokumenten des Standes der Technik bekannt.Coolant 30 can flow between the side walls 11 of the groove 10 and electrical line elements 20 arranged adjacent thereto, and/or flow between electrical line elements 20 adjacent to one another. However, in this embodiment it cannot be ruled out that flow channels for the coolant 30 are blocked by slight deviations of the side walls 11 and in particular of the electrical line elements 20 from the shape shown, so that coolant 30 does not reach all surfaces of the electrical line elements 20, and accordingly So-called hotspots can arise in these places. Further approaches are known from various prior art documents.

Die DE 10 2013 205 418 A1 lehrt eine elektrische Maschine mit einem Rotor, einem Stator und einer Hohlleiter aufweisenden Kühleinrichtung, wobei der Stator als Hohlleiter für eine Kühlflüssigkeit ausgebildete Zahnspulen umfasst.The DE 10 2013 205 418 A1 teaches an electrical machine with a rotor, a stator and a cooling device having a waveguide, the stator comprising toothed coils designed as a waveguide for a cooling liquid.

DE 10 2019 112 389 A1 lehrt die Verwendung von Hohlleitern und betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine mit direkt gekühlten Wicklungen und eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator mit mehreren durch Nuten voneinander getrennten Zähnen, die von Spulenwicklungen in den Nuten zur Bildung von Spulen umwickelt sind, wobei die Spulenwicklungen der jeweiligen Spule aus jeweils einem Hohlleiter ausgeführt sind, der in mehreren Wicklungen aufeinander um den jeweiligen Zahn geführt ist und beide Enden eines jeden Hohlleiters über geeignete Anschlussstücke simultan und reversibel mit einem Sammler verbunden sind, damit die jeweiligen Hohlleiter mit einem Kühlmittel durchströmt werden können. DE 10 2019 112 389 A1 teaches the use of waveguides and relates to a stator for an electrical machine with directly cooled windings and an electrical machine with such a stator with a plurality of teeth separated from one another by grooves, which are wrapped by coil windings in the slots to form coils, the coil windings being the respective coils are each made of a waveguide, which is guided in several windings around the respective tooth and both ends of each waveguide are simultaneously and reversibly connected to a collector via suitable connecting pieces so that the respective waveguide can be flowed through with a coolant.

Die CN202110119423 bezieht sich auf einen ölgekühlten Motorstator mit abgestuften Leitern aus Flachkupferdraht. Der ölgekühlte Motorstator umfasst einen Statoreisenkernblock und Flachdrahtleiter, die in dem Statoreisenkernblock angeordnet sind, wobei der Statoreisenkernblock mit einer Vielzahl von Schlitzen entlang des Umfangs versehen ist. Es sind Kühlkanäle außerhalb der Nuten im aus einem Stapel aus Elektroblechen ausgeführten Statorkörper realisiert.The CN202110119423 refers to an oil-cooled motor stator with stepped conductors made of flat copper wire. The oil-cooled motor stator includes a stator iron core block and flat wire conductors arranged in the stator iron core block, the stator iron core block being provided with a plurality of slots along the circumference. Cooling channels are realized outside the grooves in the stator body made from a stack of electrical sheets.

Die US4994700 A lehrt eine Möglichkeit der Kühlung, bei der Fertigungsräume innerhalb von Statorschlitzen für den Fluss von Ölkühlmittel verwendet werden. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine, ein Verfahren zur Herstellung einer leistungserzeugenden Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine sowie die elektrische Rotationsmaschine selbst zur Verfügung zu stellen, die in effizienter und kostengünstiger Weise die Kühlung der leistungserzeugenden Komponente ermöglichen.The US4994700 A teaches an approach to cooling that utilizes manufacturing spaces within stator slots for the flow of oil coolant. Proceeding from this, the present invention is based on the object of providing a power-generating component of an electric rotary machine, a method for producing a power-generating component of an electric rotary machine and the electric rotary machine itself, which enable the power-generating component to be cooled in an efficient and cost-effective manner.

Diese Aufgabe wird durch die leistungserzeugende Komponente gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren zur Herstellung einer leistungserzeugenden Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß Anspruch 9 und durch die elektrische Rotationsmaschine gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der leistungserzeugenden Komponente sind in den Unteransprüchen 2-8 angegeben.This object is achieved by the power-generating component according to claim 1 and by the method for producing a power-generating component of an electric rotary machine according to claim 9 and by the electric rotary machine according to claim 10. Advantageous embodiments of the power-generating component are specified in subclaims 2-8.

Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.The features of the claims can be combined in any technically sensible manner, for which the explanations from the following description and features from the figures, which include additional embodiments of the invention, can also be consulted.

Die Erfindung betrifft eine leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend mehrere Nuten und in zumindest einigen Nuten jeweils wenigstens ein elektrisches Leitungselement einer Wicklung, wobei das elektrische Leitungselement mehrere Krümmungen aufweist, die zusammen einen wellenförmigen Verlauf des elektrischen Leitungselements ausbilden, so dass durch die Nuten strömendes Kühlmittel in von einem gewellten elektrischen Leitungselement realisierte Kavitäten gelangen kann.The invention relates to a power-generating component of an electrical rotary machine, comprising a plurality of slots and in at least some slots at least one electrical conduction element of a winding, the electrical conduction element having a plurality of curvatures which together form a wave-shaped course of the electrical conduction element, so that flowing through the grooves Coolant can get into cavities realized by a corrugated electrical line element.

Die leistungserzeugende Komponente kann ein Rotor oder auch ein Stator einer elektrischen Rotationsmaschine sein, der mit Nuten zur Aufnahme wenigstens einer Wicklung ausgestaltet ist. Die Wicklung ist eine zumindest abschnittsweise in den Nuten der leistungserzeugenden Komponente geführte Wicklung, wobei diese Wicklung eine sogenannte Hairpin-Wicklung oder Wellenwicklung sein kann, und entsprechend das elektrische Leitungselement ein bis auf die Wellung linearer Abschnitt der Hairpin-Wicklung oder Wellenwicklung sein kann. Das elektrisches Leitungselement ist der Abschnitt der Wicklung, der in der Nut platziert ist. Das elektrische Leitungselement ist in dieser Ausführungsform entsprechend aus Vollmaterial realisiert. Es kann einen eckigen, wie zum Beispiel rechteckigen, oder auch runden Querschnitt haben. Die Nuten können durch die Abstände zwischen Zähnen, wie z.B. zwischen Statorzähnen, ausgebildet sein. Die elektrischen Leitungselemente können in Form von Abschnitten bzw. Schenkeln U-förmiger Steckspulen zur Realisierung einer sogenannten Hairpin-Wicklung oder Wellenwicklung ausgestaltet sein.The power-generating component can be a rotor or a stator of an electrical rotating machine, which is designed with grooves for receiving at least one winding. The winding is a winding that is guided at least in sections in the slots of the power-generating component, whereby this winding can be a so-called hairpin winding or wave winding, and accordingly the electrical line element can be a section of the hairpin winding or wave winding that is linear except for the corrugation. The electrical conduction element is the section of the winding that is placed in the slot. In this embodiment, the electrical conduction element is made from solid material. It can have an angular, such as rectangular, or even round cross-section. The grooves may be formed by the spaces between teeth, such as between stator teeth. The electrical line elements can be designed in the form of sections or legs of U-shaped plug-in coils to realize a so-called hairpin winding or wave winding.

Aufgrund des wellenförmigen Verlaufs weist das betreffende elektrische Leitungselement Abschnitte auf, die winklig bzw. schräg oder auch gekrümmt in Bezug zur Längsrichtung der jeweiligen Nut verlaufen. Durch die Wellenform realisierte Kavitäten sind einseitig durch das betreffende elektrische Leitungselement und gegenüberliegend durch die Nutwandung und/ oder ein benachbart angeordnetes elektrisches Leitungselement begrenzt. Entsprechend realisieren die Kavitäten Abstände zwischen dem betreffenden elektrischen Leitungselement und einem benachbarten Körper und ermöglichen somit die Aufnahme eines jeweils relativ großen Kühlmittel-Volumens und derart eine effiziente Wärmeübertragung vom elektrischen Leitungselement und/oder vom Körper der leistungserzeugenden Komponente, wie zum Beispiel einem Blechpaket, in welchen die Nuten ausgebildet sind, auf das Kühlmittel. Die Wellenform des elektrischen Leitungselements ist dabei insbesondere derart ausgeführt, dass diese in der Ebene des Wellenverlaufs auf beiden Seiten des elektrischen Leitungselements vorliegt.Due to the wave-shaped course, the electrical line element in question has sections that are angled or oblique or curved in relation to the longitudinal direction of the respective groove. Cavities realized by the wave shape are delimited on one side by the relevant electrical conduction element and on the opposite side by the groove wall and/or an adjacent electrical conduction element. Accordingly, the cavities realize distances between the relevant electrical line element and an adjacent body and thus enable the accommodation of a relatively large volume of coolant and thus efficient heat transfer from the electrical line element and / or from the body of the power-generating component, such as a laminated core which the grooves are formed on the coolant. The wave shape of the electrical line element is in particular designed such that it is present in the plane of the wave path on both sides of the electrical line element.

Ein jeweiliges elektrisches Leitungselement kann dabei mit einer isolierenden Beschichtung vorhanden sein. Alternativ oder hinzukommend können die Wandungen der Nuten ebenfalls eine Isolationsbeschichtung aufweisen.A respective electrical conduction element can be present with an insulating coating. Alternatively or additionally, the walls of the grooves can also have an insulating coating.

Durch die Wellenform der elektrischen Leitungselemente bzw. Drähte, die als sogenannte Hairpins oder Wellenwicklungsdrähte vorliegen können, werden gezielt Spalte bzw. Freiräume in den Nuten erzeugt, sodass dort Kühlmittel hingelangen kann. Entsprechend lassen sich dadurch Wickeldrähte innerhalb der Nut an definierten Stellen kühlen, und zwar an großen und verteilt angeordneten Oberflächen der Drähte.The wave shape of the electrical line elements or wires, which can be present as so-called hairpins or wave winding wires, specifically creates gaps or free spaces in the grooves so that coolant can reach there. Accordingly, winding wires can be cooled at defined points within the groove, namely on large and distributed surfaces of the wires.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist kostengünstig realisierbar und bewirkt einen hohen Kupferfüllfaktor in der Nut.The design according to the invention can be implemented cost-effectively and results in a high copper filling factor in the groove.

Der wellenförmige Verlauf kann in einer Ebene realisiert sein, die durch die Tiefe und die Länge der betreffenden Nut definiert ist.The wavy course can be realized in a plane that is defined by the depth and length of the relevant groove.

Bei einer Radialflussmaschine ist das elektrische Leitungselement somit entlang der radialen Richtung gewellt. Bei einer Axialflussmaschine ist das elektrisches Leitungselement somit entlang der axialen Richtung gewellt.In a radial flux machine, the electrical line element is therefore corrugated along the radial direction. In an axial flux machine, the electrical conduction element is therefore corrugated along the axial direction.

Diese Art des wellenförmigen Verlaufs kann derart ausgeführt sein, dass das betreffende elektrische Leitungselement mit Amplituden-Bereichen des wellenförmigen Verlaufs an in derselben Nut benachbart angeordneten elektrischen Leitungselementen anliegt.This type of wave-shaped course can be designed in such a way that the relevant electrical line element with amplitude ranges of the wave-shaped course rests on electrical line elements arranged adjacently in the same groove.

In alternativer Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei dieser Ausgestaltung des wellenförmigen Verlaufs das betreffende elektrische Leitungselement mit Amplituden-Bereichen des wellenförmigen Verlaufs an in derselben Nut benachbart angeordneten elektrischen Leitungselementen nicht anliegt, sondern hier jeweils einen Durchlass für den Kühlmittel-Volumenstrom ausbildet. Durch diese Art des wellenförmigen Verlaufs ist keine Vergrößerung der Nut in tangentialer Richtung notwendig, sodass sich dadurch keine zusätzlichen Eisenverluste ergeben.In an alternative embodiment, it is provided that in this configuration of the wave-shaped course, the relevant electrical line element with amplitude ranges of the wave-shaped course does not rest on electrical line elements arranged adjacently in the same groove, but rather forms a passage for the coolant volume flow here. This type of wave-shaped course means that the groove does not need to be enlarged in the tangential direction, meaning that there are no additional iron losses.

Der wellenförmige Verlauf kann parallel zur Umfangsrichtung der leistungserzeugenden Komponente realisiert sein.The wave-shaped course can be realized parallel to the circumferential direction of the power-generating component.

Das bedeutet, dass der wellenförmige Verlauf bzw. die Amplitude der Wellenform parallel zur Richtung einer Tangente realisiert ist, die am Umfang der leistungserzeugenden Komponente anliegt. In dem Fall, dass die leistungserzeugende Komponente der Stator einer Innenläufermaschine ist, liegt diese Tangente an der radialen Innenseite eines Blechpakets, welches die Nuten ausbildet, an. In dem Fall, dass die leistungserzeugende Komponente der Stator einer Ausläufermaschine ist, liegt diese Tangente an der radialen Außenseite eines Blechpakets, welches die Nuten ausbildet, an. In einer Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente ist vorgesehen, dass benachbart angeordnete elektrische Leitungselemente in alternierender Weise gewellt ausgeführt sind, sodass elektrische Leitungselemente vorhanden sind, bei denen der wellenförmige Verlauf in einer Ebene realisiert ist, die durch die Tiefe und die Länge der betreffenden Nut definiert ist, und elektrische Leitungselemente vorhanden sind, bei denen der wellenförmige Verlauf parallel zur Umfangsrichtung der leistungserzeugenden Komponente realisiert ist, wobei sich diese beiden Wellungs-Arten entlang der Richtung der Nebeneinander-Anordnung der elektrischen Leitungselemente abwechseln. Diese Art des wellenförmigen Verlaufs kann derart ausgeführt sein, dass das betreffende elektrische Leitungselement mit Amplituden-Bereichen des wellenförmigen Verlaufs an den Seitenwänden der betreffenden Nut anliegt.This means that the wavy course or the amplitude of the waveform is realized parallel to the direction of a tangent that lies on the circumference of the power-generating component. In the case that the power-generating component is the stator of an internal rotor machine, this tangent lies on the radial inside of a laminated core which forms the grooves. In the case that the power-generating component is the stator of a runner machine, this tangent lies on the radial outside of a laminated core which forms the grooves. In one embodiment of the power-generating component it is provided that adjacently arranged electrical line elements are designed to be corrugated in an alternating manner, so that there are electrical line elements in which the wave-shaped course is realized in a plane which is determined by the depth and the length of the respective the groove is defined, and electrical line elements are present in which the wave-shaped course is realized parallel to the circumferential direction of the power-generating component, these two types of corrugation alternating along the direction of the side-by-side arrangement of the electrical line elements. This type of wave-shaped course can be designed in such a way that the relevant electrical line element rests on the side walls of the relevant groove with amplitude ranges of the wave-shaped course.

Eine Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente sieht vor, dass in wenigstens einer Nut mehrere elektrische Leitungselemente nebeneinander in der Ebene angeordnet sind, die durch die Tiefe und die Länge der betreffenden Nut definiert ist, wobei im selben Längsabschnitt der Nut angeordnete, von der Längsrichtung der Nut abweichende Abschnitte einander benachbarter elektrischer Leitungselemente winklig zueinander verlaufen.One embodiment of the power-generating component provides that in at least one groove a plurality of electrical conduction elements are arranged next to one another in the plane which is defined by the depth and length of the relevant groove, with elements arranged in the same longitudinal section of the groove deviating from the longitudinal direction of the groove Sections of adjacent electrical line elements run at an angle to one another.

Das bedeutet, dass diese Abschnitte der elektrischen Leitungselemente nicht parallel zueinander verlaufen. Entsprechend haben die Wellenformen der einander benachbarten elektrischen Leitungselemente zueinander eine Phasenverschiebung. Dabei können in der Ebene, die durch die Tiefe und die Länge der betreffenden Nut definiert ist, benachbart angeordnete Leitungselemente alternierend mit einem linearen Verlauf und mit Krümmungen bzw. einem wellenförmigen Verlauf ausgestaltet sein.This means that these sections of the electrical line elements do not run parallel to one another. Accordingly, the waveforms of the adjacent electrical line elements have a phase shift relative to one another. In this case, in the plane that is defined by the depth and length of the groove in question, line elements arranged adjacently can be designed alternately with a linear course and with curvatures or a wave-shaped course.

Das bedeutet, dass in einer Nut nicht nur gewellte elektrische Leitungselemente, sondern auch gerade Leitungselemente vorhanden sein können, und dass in der Ebene, die durch die Tiefe und die Länge der betreffenden Nut definiert ist, nur jedes zweite elektrische Leitungselement mit einem wellenförmigen Verlauf ausgestaltet ist, und die anderen elektrischen Leitungselemente in derselben Nut einen linearen Verlauf aufweisen. Durch die beiden vorgenannten Ausführungsformen wird ermöglicht, dass ein Kühlmittel-Volumenstrom mehrere Kavitäten entlang der Längsrichtung der Nut passieren kann. Die Querschnitte einer betreffenden Nut sowie des dort angeordneten elektrischen Leitungselements bzw. der dort angeordneten elektrischen Leitungselemente sind derart dimensioniert, dass ein Kühlmittel-Volumenstrom entlang der Längsrichtung der Nut durch diese realisiert werden kann. Das bedeutet, dass bei einer Wellenform eines elektrischen Leitungselements in einer Ebene, die durch die Tiefe und die Länge der betreffenden Nut definiert ist, parallel zur Umfangsrichtung der leistungserzeugenden Komponente zumindest seitlich des betreffenden elektrischen Leitungselements noch genügend Platz vorhanden sein kann, um Kühlmittel an den Krümmungen, die die Wellenform ausbilden, vorbei zu leiten. Bei einer Wellenform eines elektrischen Leitungselements in einer Ebene, die parallel zur Umfangsrichtung der leistungserzeugenden Komponente verläuft, kann zumindest entlang der Tiefe der Nut am betreffenden elektrischen Leitungselement noch genügend Platz vorhanden sein, um Kühlmittel an den Krümmungen, die die Wellenform ausbilden, vorbei zu leiten.This means that not only corrugated electrical line elements, but also straight line elements can be present in a groove, and that in the plane that is defined by the depth and length of the relevant groove, only every second electrical line element is designed with a wave-shaped course is, and the other electrical line elements in the same groove have a linear course. The two aforementioned embodiments make it possible for a coolant volume flow to pass through several cavities along the longitudinal direction of the groove. The cross sections of a respective groove and of the electrical line element or the electrical line elements arranged there are dimensioned such that a coolant volume flow along the longitudinal direction of the groove can be realized through it. This means that with a waveform of an electrical line element in a plane that is defined by the depth and the length of the relevant groove, parallel to the circumferential direction of the power-generating component, there can still be enough space at least on the side of the relevant electrical line element to allow coolant to reach the To pass the curvatures that form the waveform. With a waveform of an electrical line element in a plane that runs parallel to the circumferential direction of the power-generating component, there can still be enough space at least along the depth of the groove on the relevant electrical line element to direct coolant past the curvatures that form the waveform .

In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Ebene, die durch die Tiefe und die Länge der betreffenden Nut definiert ist, benachbart angeordnete Leitungselemente jeweils mit einem wellenförmigen Verlauf ausgestaltet sind.In an alternative embodiment it is provided that in the plane that is defined by the depth and length of the groove in question, line elements arranged adjacently are each designed with a wave-shaped course.

Die Krümmungen des wellenförmigen Verlaufs der benachbart angeordneten elektrischen Leitungselemente verlaufen in selben Längsabschnitten der Nut jedoch nicht parallel zueinander. Auch in diesen Ausführungsformen benachbarter, gewellter elektrischer Leitungselemente bewirken die Krümmungen Abstände bzw. Kavitäten zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit.However, the curvatures of the wave-shaped course of the electrical line elements arranged adjacently do not run parallel to one another in the same longitudinal sections of the groove. In these embodiments of adjacent, corrugated electrical line elements, the curvatures also create gaps or cavities for receiving coolant.

Der Radius einer Krümmung Rk eines elektrischen Leitungselements im wellenförmigen Verlauf kann in Bezug zur Länge der Nut Ln, in dem das betreffende elektrische Leitungselement angeordnet ist, im folgenden Verhältnis stehen: $Rk/Ln < 2,25.$

The radius of a curvature Rk of an electrical line element in a wave-shaped course can have the following ratio in relation to the length of the groove Ln in which the relevant electrical line element is arranged:

Rk/Ln < 2.25.

Das genannte Verhältnis bezieht sich dabei auf die Nut, in der sich das elektrische Leitungselement mit der Krümmung befindet, dessen Radius mit der Länge der Nut ins Verhältnis gesetzt wird.The ratio mentioned refers to the groove in which the electrical conduction element with the curvature is located, the radius of which is related to the length of the groove.

Weiterhin kann die leistungserzeugende Komponente zumindest einen Kühlmittelanschluss zur Zuführung von Kühlmittel in wenigstens eine Nut aufweisen. Dieser Kühlmittelanschluss ist dazu eingerichtet, Kühlmittel in eine oder mehrere Nuten zu führen, in denen wellenförmige elektrische Leitungselemente angeordnet sind. Des Weiteren kann die leistungserzeugende Komponente auch eine Kühlmittelabführungseinrichtung aufweisen, die ebenfalls an einer oder mehreren Nuten angeschlossen ist, und mit der Kühlmittel aus mehreren Nuten herausgeführt werden kann.Furthermore, the power-generating component can have at least one coolant connection for supplying coolant into at least one groove. This coolant connection is designed to guide coolant into one or more grooves in which wave-shaped electrical line elements are arranged. Furthermore, the power-generating component can also have a coolant removal device, which is also connected to one or more grooves and with which coolant can be led out of several grooves.

Der Kühlmittelanschluss und / oder die Kühlmittelabführungseinrichtung kann jeweils durch ein Bauteil oder eine Baueinheit realisiert sein, die alle an einer Seite der leistungserzeugenden Komponente angeordnete Wickelköpfe umfasst und hier die Kühlflüssigkeit den Nuten zuführt, bzw. die Kühlflüssigkeit aus den Nuten ableitet. Der Kühlmittelanschluss bzw. die Kühlmittelabführungseinrichtung kann mit elektrischen Anschlüssen ausgestattet sein, um durch den Kühlmittelanschluss bzw. durch die Kühlmittelabführungseinrichtung den elektrischen Kontakt an dem betreffenden Wickelkopf realisieren zu können.The coolant connection and/or the coolant discharge device can each be implemented by a component or a structural unit, which includes all winding heads arranged on one side of the power-generating component and here supplies the coolant to the slots or drains the coolant from the slots. The coolant connection or the coolant discharge device can be equipped with electrical connections in order to be able to realize the electrical contact on the winding head in question through the coolant connection or through the coolant discharge device.

Die erfindungsgemäße elektrische Leistungskomponente ermöglicht die Durchströmung von Nuten entlang elektrischer Leitungselemente mit einem Kühlmittel und somit an den Orten der größten Wärmeentstehung eine effiziente Wärmeabfuhr. Es sind in einer vorteilhaften Ausführungsform keine weiteren zusätzlichen Einbauteile in den Nuten vorhanden, um die Kühlflüssigkeit durch die Nuten zu leiten.The electrical power component according to the invention enables coolant to flow through grooves along electrical line elements and thus efficient heat dissipation at the locations of greatest heat generation. In an advantageous embodiment, there are no further additional built-in parts in the grooves in order to guide the cooling liquid through the grooves.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen leistungserzeugenden Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine, bei dem mehrere U-förmige Steckspulenelemente zur Verfügung gestellt werden, wenigstens ein Schenkel eines jeweiligen Steckspulenelements in eine Wellenform verformt wird, und dann mehrere in Wellenform verformte Steckspulenelemente derart angeordnet werden, dass ihre Schenkel in Nuten der leistungserzeugenden Komponente verlaufen.A further aspect of the present invention is a method for producing a power-generating component according to the invention of an electrical rotary machine, in which a plurality of U-shaped plug-in coil elements are provided, at least one leg of a respective plug-in coil element is deformed into a wave shape, and then a plurality of plug-in coil elements deformed into a wave shape be arranged in such a way that their legs run in grooves of the power-generating component.

Die elektrischen Leitungselemente sind in Form von Abschnitten bzw. Schenkeln von Steckspulenelementen zur Realisierung einer sogenannten Hairpin-Wicklung ausgestaltet. Es kommt jedoch auch eine Wellenwikclung in Frage.The electrical line elements are designed in the form of sections or legs of plug-in coil elements to realize a so-called hairpin winding. However, wave winding is also possible.

Die genannte U-Form bezieht sich dabei auf die Form einer senkrechten Projektion auf das Steckspulenelement.The U-shape mentioned refers to the shape of a vertical projection onto the plug-in coil element.

Dabei kann ein jeweiliges Steckspulenelement einen gewellten Schenkel und einen geraden Schenkel aufweisen, oder aber auch zwei gewellte Schenkel. Gegebenenfalls weist ein jeweiliges Steckspulenelement dabei einen sogenannten Lagensprung auf, der bewirkt, dass einer der beiden Schenkel in Bezug zum jeweils anderen Schenkel versetzt angeordnet ist, und zwar senkrecht zur Ebene der U-Form. Dies ermöglicht es, den Lagensprung zusammen mit einem wellenförmigen Verlauf wenigstens eines Schenkels zu realisieren, dessen Amplituden ebenfalls senkrecht zur Ebene der U-Form verlaufen, wie zum Beispiel durch eine gemeinsame Umform-Operation in einem Gesenk.A respective plug-in coil element can have a corrugated leg and a straight leg, or even two corrugated legs. If necessary, a respective plug-in coil element has a so-called layer jump, which causes one of the two legs to be arranged offset in relation to the other leg, namely perpendicular to the plane of the U-shape. This makes it possible to realize the layer jump together with a wave-shaped course of at least one leg, the amplitudes of which also run perpendicular to the plane of the U-shape, for example through a joint forming operation in a die.

Die Realisierung eines gewellten Schenkels und eines geraden Schenkels der U-Form des Steckspulenelements ermöglicht eine alternierende Überlagerung eines gewellten Schenkels und eines geraden Schenkels in der Gesamt-Wicklung der elektrischen Leistungskomponente.The realization of a corrugated leg and a straight leg of the U-shape of the plug-in coil element enables an alternating superimposition of a corrugated leg and a straight leg in the overall winding of the electrical power component.

Ein wellenförmiger Verlauf eines Schenkels in der Ebene der U-Form lässt sich mit demselben Gesenk, welches zur Herstellung des Lagensprungs genutzt wird, herstellen, wobei jedoch hierfür das Steckspulenelement bezüglich der Herstellung des Lagensprung um 90° gedreht zu bearbeiten ist.A wave-shaped course of a leg in the plane of the U-shape can be produced with the same die that is used to produce the layer jump, but for this purpose the plug-in coil element has to be machined rotated by 90° with respect to the production of the layer jump.

Gegebenenfalls kann ein derartiger wellenförmiger Verlauf zusammen mit der Herstellung der U-Form des Steckspulenelements realisiert werden.If necessary, such a wave-shaped course can be realized together with the production of the U-shape of the plug-in coil element.

Durch die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der leistungserzeugenden Komponente sowie dessen Verfahren zur Herstellung wird eine optimale Kühlung der Wicklung in den Nuten durch axiales Durchströmen mit Kühlmittel realisiert.The inventive configurations of the power-generating component and its method of production ensure optimal cooling of the winding in the slots by axial flow of coolant.

Es können dabei unterschiedliche Querschnitte des elektrischen Leitungselements genutzt werden, wie zum Beispiel rechteckig oder rund. Die Nuten können kostengünstig ohne weitere Formelemente oder auch Einsätze zur Verfügung gestellt werden, so dass durch die innere Form der Nuten keine Störung der elektromagnetischen Feldlinien zu verzeichnen ist und die Nut-Herstellung kostengünstig erfolgen kann.Different cross sections of the electrical line element can be used, such as rectangular or round. The grooves can be provided cost-effectively without additional shaped elements or inserts, so that the internal shape of the grooves does not cause any disruption to the electromagnetic field lines and the groove production can be carried out cost-effectively.

Ergänzend wird eine elektrische Rotationsmaschine zur Verfügung gestellt, die zumindest eine erfindungsgemäße leistungserzeugende Komponente aufweist.In addition, an electric rotary machine is provided which has at least one power-generating component according to the invention.

Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

1: eine Teilansicht einer herkömmlich ausgestalteten leistungserzeugenden Komponente mit linearen elektrischen Leitungselementen,
2: eine Teilansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten leistungserzeugenden Komponente,
3: eine weitere Teilansicht der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform,
4: die in der ersten Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente verwendete Steckspule in einer ersten perspektivischen Ansicht,
5: die in der ersten Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente verwendete Steckspule in einer zweiten perspektivischen Ansicht,
6: die in der ersten Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente verwendete Steckspule vor der Formung in einem Gesenk,
7: die in der ersten Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente verwendete Steckspule bei der Formung in einem Gesenk,
8: die in der ersten Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente verwendete Steckspule nach der Formung in einem Gesenk,
9: eine Teilansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten leistungserzeugenden Komponente,
10: eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten leistungserzeugenden Komponente,
11: eine perspektivische Ansicht der dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten leistungserzeugenden Komponente,
12: die in der dritten Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente verwendete Steckspule in einer ersten perspektivischen Ansicht,
13: die in der dritten Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente verwendete Steckspule in einer zweiten perspektivischen Ansicht,
14: die in der dritten Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente verwendete Steckspule in einer dritten perspektivischen Ansicht, und
15: eine Wicklung in perspektivischer Ansicht.

The invention described above is explained in detail below against the relevant technical background with reference to the associated drawings, which show preferred embodiments. The invention is in no way limited by the purely schematic drawings, although it should be noted that the exemplary embodiments shown in the drawings are not limited to the dimensions shown. It is shown in

1 : a partial view of a conventionally designed power-generating component with linear electrical line elements,
2 : a partial view of a first embodiment of a power-generating component designed according to the invention,
3 : another partial view of the in 2 illustrated first embodiment,
4 : the plug-in coil used in the first embodiment of the power-generating component in a first perspective view,
5 : the plug-in coil used in the first embodiment of the power-generating component in a second perspective view,
6 : the plug-in coil used in the first embodiment of the power generating component before being formed in a die,
7 : the plug-in coil used in the first embodiment of the power generating component when formed in a die,
8th : the plug-in coil used in the first embodiment of the power generating component after being formed in a die,
9 : a partial view of a second embodiment of a power-generating component designed according to the invention,
10 : a side view of a third embodiment of a power-generating component designed according to the invention,
11 : a perspective view of the third embodiment of a power-generating component designed according to the invention,
12 : the plug-in coil used in the third embodiment of the power-generating component in a first perspective view,
13 : the plug-in coil used in the third embodiment of the power-generating component in a second perspective view,
14 : the plug-in coil used in the third embodiment of the power-generating component in a third perspective view, and
15 : a winding in perspective view.

Auf 1 wurde bereits zur Erläuterung des Standes der Technik eingegangen.On 1 has already been discussed to explain the state of the art.

2 zeigt eine Teilansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten leistungserzeugenden Komponente. 2 shows a partial view of a first embodiment of a power-generating component designed according to the invention.

Der hier dargestellte Ausschnitt einer leistungserzeugenden Komponente zeigt zwei Zähne 1, zwischen denen eine Nut 10 ausgebildet ist.The section of a power-generating component shown here shows two teeth 1, between which a groove 10 is formed.

Beispielsweise kann die Nut 10 an einer radialen Innenseite eines Stators einer Innenläufermaschine ausgebildet sein, so dass sie sich zwischen den Zähnen 1 entlang der dargestellten Umfangsrichtung 13 erstreckt.For example, the groove 10 can be formed on a radial inside of a stator of an internal rotor machine, so that it extends between the teeth 1 along the circumferential direction 13 shown.

In der Nut 10 und somit zwischen deren Seitenwänden 11 verlaufen mehrere elektrische Leitungselemente 20. Dabei sind elektrische Leitungselemente 20 mit Krümmungen 21 und elektrische Leitungselemente mit linearem Verlauf 24 entlang der Umfangsrichtung 13 alternierend angeordnet, sodass diese unterschiedlich geformten elektrischen Leitungselemente 20 zueinander benachbarte elektrische Leitungselemente 25 ausbilden.A number of electrical line elements 20 run in the groove 10 and thus between its side walls 11. Electrical line elements 20 with curves 21 and electrical line elements with a linear course 24 are arranged alternately along the circumferential direction 13, so that these differently shaped electrical line elements 20 are adjacent to one another electrical line elements 25 form.

Durch die Krümmungen 21 werden jeweils Kavitäten 22 gebildet, die einerseits durch eine jeweilige Krümmung 21 begrenzt sind und andererseits durch ein elektrisches Leitungselement 20 mit linearem Verlauf 24 begrenzt sind.The curvatures 21 each form cavities 22, which on the one hand are delimited by a respective curvature 21 and on the other hand are delimited by an electrical line element 20 with a linear course 24.

Die mit Krümmungen 21 ausgeführten elektrischen Leitungselemente 20 können dabei einen derartigen Abstand zu den elektrischen Leitungselemente 20 mit linearem Verlauf 24 haben, dass die Amplituden-Bereiche 23 der Krümmungen 21 an den elektrischen Leitungselemente 20 mit linearem Verlauf 24 anliegen, oder aber auch einen Abstand zu diesen elektrischen Leitungselemente aufweisen. Insbesondere die letztgenannte Variante ermöglicht einen relativ großen Kühlmittel-Volumenstrom zwischen benachbarten elektrischen Leitungselementen 25. Derart kann hier der Bildung von Hotspots entgegengewirkt werden.The electrical line elements 20 designed with curvatures 21 can be at such a distance from the electrical line elements 20 with a linear course 24 that the amplitude ranges 23 of the curvatures 21 rest on the electrical line elements 20 with a linear course 24, or else at a distance too have these electrical line elements. In particular, the last-mentioned variant enables a relatively large coolant volume flow between adjacent electrical line elements 25. In this way, the formation of hotspots can be counteracted.

2 ist zudem entnehmbar, dass ein jeweiliger Radius Rk einer Krümmung 21 im Verhältnis zur Länge der Nut Ln relativ groß ist. 2 It can also be seen that a respective radius Rk of a curvature 21 is relatively large in relation to the length of the groove Ln.

3 zeigt eine perspektivische Teilansicht der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform, wobei hier ersichtlich ist, dass Kühlmittel 30 aus den Kavitäten 22 winklig zur Umfangsrichtung 13 austreten kann und derart die elektrischen Leitungselemente 20 auch seitlich umspülen kann. 3 shows a partial perspective view of the in 2 illustrated first embodiment, whereby it can be seen here that coolant 30 can emerge from the cavities 22 at an angle to the circumferential direction 13 and can thus also wash around the electrical line elements 20 laterally.

4 zeigt die in der ersten Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente verwendete Steckspule 40 in einer ersten perspektivischen Ansicht, und 5 die in der ersten Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente verwendete Steckspule 40 in einer zweiten perspektivischen Ansicht. Den beiden 4 und 5 ist entnehmbar, dass die Steckspule 40 im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und einen gewellten Schenkel 41 sowie einen geraden Schenkel 42 aufweist, an die sich jeweils ein Anschlusselement 44 anschließt. Zwischen dem gewellten Schenkel 41 und dem geraden Schenkel 42 befindet sich ein so genannter Lagensprung 43, der es in einer unter Verwendung mehrerer Steckspulen 40 ausgebildeten Wicklung ermöglicht, dass je Nut in radialer Richtung ein jeweiliger gewellter Schenkel und ein jeweiliger gerader Schenkel alternierend angeordnet sind. 4 shows the plug-in coil 40 used in the first embodiment of the power-generating component in a first perspective view, and 5 the plug-in coil 40 used in the first embodiment of the power-generating component in a second perspective view. The two 4 and 5 It can be seen that the plug-in coil 40 is essentially U-shaped and has a corrugated leg 41 and a straight leg 42, each of which is followed by a connecting element 44. Between the corrugated leg 41 and the straight leg 42 there is a so-called layer jump 43, which enables a respective corrugated leg and a respective straight leg to be arranged alternately per groove in the radial direction in a winding formed using several plug-in coils 40.

Der Lagensprung 43 versetzt somit die beiden Schenkel 41,42 in Bezug zur Ebene der U-Form der Steckspule 40 um einen geringen Betrag in parallele Ebenen.The layer jump 43 thus shifts the two legs 41, 42 into parallel planes by a small amount in relation to the plane of the U-shape of the plug-in coil 40.

Wie insbesondere in 5 ersichtlich ist, weist der gewellte Schenkel 41 einen Wellenverlauf senkrecht zur Ebene der U-Form der Steckspule 40 auf.Like in particular 5 As can be seen, the corrugated leg 41 has a wave pattern perpendicular to the plane of the U-shape of the plug-in coil 40.

Die 6-8 zeigen einen möglichen Herstellungsprozess der in den 4 und 5 dargestellten Steckspule 40. Es ist ersichtlich, dass hier zwei Teile eines Gesenks 50 an einem der Schenkel der Steckspule 40 angesetzt werden. Durch eine Umformung dieses Schenkels wird eine Profilierung des Schenkels gemäß dem Profil des Gesenks 50 erreicht, sodass ein Schenkel der Steckspule 40 als ein gewellter Schenkel 41 ausgeführt wird.The 6-8 show a possible manufacturing process in the 4 and 5 plug-in coil 40 shown. It can be seen that here two parts of a die 50 are attached to one of the legs of the plug-in coil 40. By reshaping this leg, a profiling of the leg is achieved according to the profile of the die 50, so that one leg of the plug-in coil 40 is designed as a corrugated leg 41.

9 zeigt eine Teilansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten leistungserzeugenden Komponente. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in den 2 und 3 dargestellten ersten Ausführungsform darin, dass benachbarte elektrische Leitungselemente 25 einen unterschiedlichen Wellenverlauf aufweisen, nämlich in alternierender Anordnung einen Wellenverlauf entlang der Umfangsrichtung 13, sowie einen Wellenverlauf in einer durch Tiefe und Länge der betreffenden Nut 10 definierten Ebene 12. Entsprechend verlaufen die Krümmungen 21 dieser elektrischen Leitungselemente 20 nicht parallel zueinander. Mit dieser Ausführung ergeben sich an allen Seiten des betreffenden elektrischen Leitungselements definierte Durchflusszonen für das Kühlmittel und es wird dem einströmenden Kühlmittel noch mehr Möglichkeiten einer Umströmung der elektrischen Leitungselemente 20 gegeben. 9 shows a partial view of a second embodiment of a power-generating component designed according to the invention. This second embodiment differs from that in the 2 and 3 illustrated first embodiment in that adjacent electrical line elements 25 have a different wave shape, namely in an alternating arrangement a wave shape along the circumferential direction 13, as well as a wave shape in a plane 12 defined by the depth and length of the relevant groove 10. The curvatures 21 of these electrical ones run accordingly Line elements 20 not parallel to each other. With this design, defined flow zones for the coolant result on all sides of the relevant electrical line element and the inflowing coolant is given even more opportunities to flow around the electrical line elements 20.

10 zeigt eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgestalteten leistungserzeugenden Komponente, bei der entgegen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform die elektrischen Leitungselemente 20 nebeneinander nicht entlang der Umfangsrichtung 13 angeordnet sind, sondern in der durch Tiefe und Länge der betreffenden Nut definierten Ebene 12. Entsprechend schmal ist hier die Nut 10 ausgeführt. 10 shows a side view of a third embodiment of a power-generating component designed according to the invention, in which, contrary to the first embodiment and the second embodiment, the electrical line elements 20 are arranged next to one another not along the circumferential direction 13, but in the plane 12 defined by the depth and length of the relevant groove. Correspondingly The groove 10 is narrow here.

In der hier dargestellten Ausführungsform weisen benachbarte elektrische Leitungselemente 25 Krümmungen 21 in unterschiedliche Richtungen auf, nämlich in alternierender Weise Krümmungen 21 entlang der durch Tiefe und Länge der betreffenden Nut definierten Ebene 12, sowie senkrecht zu der durch Tiefe und Länge der betreffenden Nut definierten Ebene 12.In the embodiment shown here, adjacent electrical line elements 25 have curves 21 in different directions, namely alternating curves 21 along the plane 12 defined by the depth and length of the relevant groove, and perpendicular to the plane 12 defined by the depth and length of the relevant groove .

Dieser Krümmungsverlauf ist auch in 11 ersichtlich. Sämtliche der hier dargestellten Nuten 10 können an ihren Außenseiten geschlossen sein, wie zum Beispiel mit einem jeweiligen Dichtelement oder einer jeweiligen Dichtmasse, die jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht dargestellt sind.This curvature is also in 11 visible. All of the grooves 10 shown here can be closed on their outer sides, for example with a respective sealing element or a respective sealing compound, which, however, are not shown in the figures for reasons of clarity.

Die 12-14 zeigen die in der dritten Ausführungsform der leistungserzeugenden Komponente verwendete Steckspule 40 in unterschiedlichen Ansichten.The 12-14 show the plug-in coil 40 used in the third embodiment of the power-generating component in different views.

Ersichtlich ist hier, dass die Steckspule 40 gewellte Schenkel 41 aufweist, die durch einen Lagen Sprung 43 miteinander verbunden sind. Die gewellten Schenkel 41 weisen jeweils ein Anschlusselement 44 zur elektrischen Kontaktierung auf.It can be seen here that the plug-in coil 40 has corrugated legs 41, which are connected to one another by a layer jump 43. The corrugated legs 41 each have a connection element 44 for electrical contacting.

Dabei sind die Wellenverläufe in den beiden gewellten Schenkeln 41 in unterschiedlichen Ebenen ausgebildet, wie insbesondere 14 zeigt.The wave profiles in the two corrugated legs 41 are formed in different planes, as in particular 14 shows.

15 zeigt eine Wicklung 60 bzw. einen Wickelkorb in perspektivischer Ansicht, die bzw. der aus mehreren Steckspulen 40 gemäß der in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsform gebildet ist. Hier ist ersichtlich, dass die in der Wicklung 60 verwendeten Steckspulen 40 derart angeordnet sind, dass jeweils ein gewellter Schenkel 41 einen geraden Schenkel 42 überlagert. 15 shows a winding 60 or a winding basket in a perspective view, which consists of several plug-in coils 40 according to the in the 4 and 5 illustrated embodiment is formed. Here it can be seen that the plug-in coils 40 used in the winding 60 are arranged in such a way that a corrugated leg 41 is superimposed on a straight leg 42.

Dadurch wechseln sich innerhalb einer Nut immer ein gerades elektrisches Leitungselement und ein gewelltes elektrisches Leitungselement ab, wodurch definierte Stellen zwischen den elektrischen Leitungselementen offen für Kühlmittel sind.As a result, a straight electrical line element and a corrugated electrical line element always alternate within a groove, as a result of which defined points between the electrical line elements are open to coolant.

Mit der hier vorgeschlagenen leistungserzeugenden Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine, dem Verfahren zur Herstellung der leistungserzeugenden Komponente und der elektrischen Rotationsmaschine mit der leistungserzeugenden Komponente werden technische Lehren zur Verfügung gestellt, die in effizienter und kostengünstiger Weise die Kühlung der leistungserzeugenden Komponente ermöglichen.With the power-generating component of an electric rotary machine proposed here, the method for producing the power-generating component and the electric rotary machine with the power-generating component, technical teachings are provided which enable the power-generating component to be cooled in an efficient and cost-effective manner.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: ZahnTooth
1010: NutNut
1111: Seitenwand (der Nutside wall (the groove
1212: durch Tiefe und Länge der betreffenden Nut definierte Ebeneplane defined by the depth and length of the relevant groove
1313: UmfangsrichtungCircumferential direction
2020: elektrisches Leitungselementelectrical conduction element
2121: Krümmungcurvature
2222: Kavitätcavity
2323: Amplituden-BereichAmplitude range
2424: linearer Verlauflinear progression
2525: benachbarte elektrische Leitungselementeadjacent electrical line elements
3030: Kühlmittelcoolant
4040: Steckspule (U-förmigerPlug-in coil (U-shaped
4141: gewellter Schenkelwavy thigh
4242: gerader Schenkelstraight leg
4343: LagensprungLayer jump
4444: AnschlusselementConnection element
5050: Gesenkdie
6060: Wicklungwinding
RkRk: Radius der KrümmungRadius of curvature
LnLn: Länge der NutLength of the groove

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013205418 A1 [0016]DE 102013205418 A1 [0016]
DE 102019112389 A1 [0017]DE 102019112389 A1 [0017]
CN 202110119423 [0018]CN 202110119423 [0018]
US 4994700 A [0019]US 4994700 A [0019]

Claims

Leistungserzeugende Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine, umfassend mehrere Nuten (10) und in zumindest einigen Nuten (10) jeweils wenigstens ein elektrisches Leitungselement (20) einer Wicklung (60), wobei das elektrische Leitungselement (20) mehrere Krümmungen (21) aufweist, die zusammen einen wellenförmigen Verlauf des elektrischen Leitungselements (20) ausbilden, so dass durch die Nuten (10) strömendes Kühlmittel (30) in von einem gewellten elektrischen Leitungselement (20) realisierte Kavitäten (22) gelangen kann.Power-generating component of an electrical rotary machine, comprising a plurality of slots (10) and in at least some slots (10) at least one electrical line element (20) of a winding (60), the electrical line element (20) having a plurality of curvatures (21) which together form a wave-shaped course of the electrical line element (20), so that coolant (30) flowing through the grooves (10) can reach cavities (22) realized by a corrugated electrical line element (20).

Leistungserzeugende Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wellenförmige Verlauf in einer Ebene (12) realisiert ist, die durch die Tiefe und die Länge der betreffenden Nut (10) definiert ist.Power generating component Claim 1 , characterized in that the wave-shaped course is realized in a plane (12) which is defined by the depth and length of the relevant groove (10).

Leistungserzeugende Komponente nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wellenförmige Verlauf parallel zur Umfangsrichtung (13) der leistungserzeugenden Komponente realisiert ist.Power generating component according to one of the Claims 1 and 2 , characterized in that the wave-shaped course is realized parallel to the circumferential direction (13) of the power-generating component.

Leistungserzeugende Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Nut (10) mehrere elektrische Leitungselemente (20) nebeneinander in der Ebene (12) angeordnet sind, die durch die Tiefe und die Länge der betreffenden Nut definiert ist, wobei im selben Längsabschnitt der Nut (10) angeordnete, von der Längsrichtung der Nut (10) abweichende Abschnitte einander benachbarter elektrischer Leitungselemente (25) winklig zueinander verlaufen.Power-generating component according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one groove (10) a plurality of electrical conduction elements (20) are arranged next to one another in the plane (12) which is defined by the depth and the length of the groove in question, wherein in Sections of adjacent electrical line elements (25) which are arranged in the same longitudinal section of the groove (10) and deviate from the longitudinal direction of the groove (10) run at an angle to one another.

Leistungserzeugende Komponente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ebene (12), die durch die Tiefe und die Länge der betreffenden Nut (10) definiert ist, benachbart angeordnete Leitungselemente (25) alternierend mit einem linearen Verlauf (24) und mit Krümmungen (21) ausgestaltet sind.Power generating component Claim 4 , characterized in that in the plane (12), which is defined by the depth and length of the relevant groove (10), adjacently arranged line elements (25) are designed alternately with a linear course (24) and with curvatures (21). .

Leistungserzeugende Komponente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ebene (12), die durch die Tiefe und die Länge der betreffenden Nut (10) definiert ist, benachbart angeordnete Leitungselemente (25) jeweils mit einem wellenförmigen Verlauf ausgestaltet sind.Power generating component Claim 4 , characterized in that in the plane (12), which is defined by the depth and length of the relevant groove (10), adjacently arranged line elements (25) are each designed with a wave-shaped course.

Leistungserzeugende Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius einer Krümmung Rk eines elektrischen Leitungselements (20) im wellenförmigen Verlauf in Bezug zur Länge der Nut Ln, in dem das betreffende elektrische Leitungselement (20) angeordnet ist, im folgenden Verhältnis steht: Rk/Ln <2,25.Power-generating component according to one of the preceding claims, characterized in that the radius of a curvature Rk of an electrical line element (20) in the wave-shaped course has the following ratio in relation to the length of the groove Ln in which the relevant electrical line element (20) is arranged : Rk/Ln <2.25.

Leistungserzeugende Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leistungserzeugende Komponente zumindest einen Kühlmittelanschluss zur Zuführung von Kühlmittel (30) in wenigstes eine Nut (10) aufweist.Power-generating component according to one of the preceding claims, characterized in that the power-generating component has at least one coolant connection for supplying coolant (30) into at least one groove (10).

Verfahren zur Herstellung einer leistungserzeugenden Komponente einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem mehrere U-förmige Steckspulenelemente (40) zur Verfügung gestellt werden, wenigstens ein Schenkel eines jeweiligen Steckspulenelements (40) in eine Wellenform verformt wird, und dann mehrere in Wellenform verformte Steckspulenelemente (40) derart angeordnet werden, dass ihre Schenkel (41,42) in Nuten (10) der leistungserzeugenden Komponente verlaufen.Method for producing a power-generating component of an electric rotary machine according to one of Claims 1 until 8th , in which a plurality of U-shaped plug-in coil elements (40) are provided, at least one leg of a respective plug-in coil element (40) is deformed into a wave shape, and then a plurality of plug-in coil elements (40) deformed into a wave shape are arranged in such a way that their legs (41 ,42) run in grooves (10) of the power-generating component.

Elektrische Rotationsmaschine, umfassend zumindest eine leistungserzeugende Komponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.Electric rotary machine, comprising at least one power-generating component according to one of Claims 1 until 8th .