WO2020187525A1 - Maschinenkomponente mit joch und leiterwicklung - Google Patents

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WO2020187525A1
WO2020187525A1 PCT/EP2020/054529 EP2020054529W WO2020187525A1 WO 2020187525 A1 WO2020187525 A1 WO 2020187525A1 EP 2020054529 W EP2020054529 W EP 2020054529W WO 2020187525 A1 WO2020187525 A1 WO 2020187525A1
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WO
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waveguide
machine component
rods
rod
conductor
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Aristide SPAGNOLO
Otto Batz
Markus KLÖPZIG
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/22—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors consisting of hollow conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Definitions

  • the present invention relates to a machine component for an electrical machine with a central axis to summarize a yoke with a plurality of grooves and a Lei terwicklung.
  • the invention also relates to an electrical cal machine with such a machine component and a manufacturing method for such a machine component.
  • distributed windings are used in particular in the stators of electrical machines, in which the individual conductor segments of the winding are embedded in the slots of a stator yoke.
  • a distributed winding can also be embedded in the slots of a corresponding soft magnetic yoke of the rotor.
  • Such a distributed winding can in principle either be wound from a long coherent conductor or it can be built up by subsequent electrical connection of individual conductor segments.
  • comparatively rigid rods can be used, which can be placed in the axially extending grooves of the yoke and can be connected to one another later. These rigid rods are often shaped like hairpins, which is why such windings are also referred to as hairpin windings in the specialist field.
  • the hollow conductor bars described there are either straight or L-shaped tubes formed or as hairpin-shaped rod segments. Since such a hairpin always comprises two straight axial conductor segments, which are then inserted into two separate axial grooves at the same time in the manner of a clamp.
  • DE 102017204472 A1 also describes the concept of a fluidically encapsulated coolant chamber arranged in an axial end region, into which the open ends of the waveguide rods protrude on the open side of the hairpin shape. This ensures that the coolant can be fed from the coolant chamber simultaneously into several such hollow conductor bars.
  • the waveguide rods are each provided with at least one opening on the closed side of the hairpins. Such an outlet opening can be produced, for example, by making a bore on a waveguide rod bent in the shape of a hairpin.
  • the disadvantage of the hairpin-shaped hollow conductor rods described according to the prior art is that the making of the holes for the outlet opening is comparatively expensive and difficult.
  • making the hole requires a relatively complex additional process step, which can be implemented, for example, by electrical discharge machining or by mechanical drilling.
  • performing this process requires a high level of geometric precision, which is often difficult to achieve in practice: It has proven difficult to drill the hole so precisely that the internal coolant channel is hit so precisely that an outlet opening arises with a desired defined opening cross-section. This is particularly difficult in the area of the bending points of the conductor, but where such an opening should often be arranged in order to position it directly in the axial end region of the winding.
  • the object of the invention is therefore to provide a machine component with a conductor winding made of waveguide rods, wel che overcomes the disadvantages mentioned.
  • a machine component is to be made available whose conductor winding is easier to manufacture compared to the prior art. Further tasks are to drive an electrical machine with such a machine component and a method for producing such a machine component to admit.
  • the machine component according to the invention is designed for operation in an electrical machine with a central axis A from. It comprises a yoke with a plurality of slots and a conductor winding, the conductor winding having a plurality of individual waveguide rods that are electrically connected to one another.
  • Each waveguide rod consists of an axially inner inner section and two adjoining the axially outer outer sections.
  • the inner sections of the waveguide rods are each designed as straight, axially aligned conductor sections and embedded in the grooves of the yoke.
  • the individual waveguide rods each have two opposite axially terminal openings. In the case of each waveguide rod, the straight inner section merges into the adjacent outer conductor sections via two bending points.
  • the conductor winding of the machine component is thus composed of several individual waveguide rods, in particular it is subsequently made from individual prefabricated rods. ments composed. It is therefore not a question of a conductor winding from a superordinate coherent conductor, but a conductor winding that is composed of a plurality of individual rod elements.
  • Each individual waveguide rod should have only one axially inner section.
  • the term "axial” here generally refers to the direction of the central axis A of the machine, which incidentally also corresponds to the central axis A of the machine component.
  • the one inner section of each waveguide rod should be embedded in an associated groove in the yoke be straight and aligned in the axial direction.
  • each waveguide rod Adjacent to this straight inner section, each waveguide rod should have exactly two axially opposite outer sections. At least at each transition between the inner section and the adjoining outer section, there should be a bending point. These bending points should be part of the respective outer section.
  • the wording that each waveguide rod consists of an inner section and two outer sections is intended to mean in particular that the waveguide rod does not have a second straight, axially inner inner section n may.
  • the waveguide rod must therefore not be bent back in the shape of a hairpin, since it would then have two such axially in inner sections.
  • no more than two axially outer outer sections may be present, which axially flank one inner section. In the hairpin shape known from the prior art, however, there would be three such axially outer outer sections.
  • a single waveguide rod should only form a single axial forward conductor or return conductor of the winding and not a larger section of the winding extending beyond it as in the case of a hairpin conductor.
  • the individual outer sections nevertheless have a somewhat more complex shape, in particular with several bending points per outer section.
  • the outer sections can therefore optionally have one or more further bends in addition to the bending points described. It is only essential that there is a bend at least in the area of the transition between the inner section and the adjoining outer section.
  • This bending ensures that the inner sections of the individual waveguide rods can be arranged at different circumferential positions of the machine component and that the corresponding distances in the circumferential direction can be at least partially bridged by means of the outer sections.
  • the individual waveguide rods can be connected to a superordinate conductor winding despite the different circumferential positions of the inner sections, without the need for particularly long additional connecting elements.
  • the end regions of the waveguide rods to be electrically connected can be arranged at a comparatively short distance from one another.
  • an overlap can even be produced in the circumferential direction between the individual axial end regions of the waveguide rods to be connected, so that a distance of zero results when viewed in the circumferential direction.
  • the individual waveguide rods are each elongated commercialbil det and have a continuous réellelie lowing channel over their length.
  • the opposite axially terminal openings of the waveguide rods thus result as natural openings in that this channel extends into the end areas of the waveguide rods. So there is exactly one such opening in particular special for each outer section.
  • These openings allow fluid coolant to be introduced into the interior of the waveguide rods and coolant to be discharged from the interior of the rods.
  • no additional bores are required in the outer walls of the waveguide rods. Consequently the production of a conductor winding is made possible in a simple manner, in which the interior of the waveguide rods can be cooled by a coolant flowing through.
  • the electrical machine according to the invention has at least one machine component according to the invention. It can in particular be a rotor and / or a stator of the machine.
  • the advantages of the electrical machine arise analogously to the described advantages of the machine component, in particular with regard to the ease of manufacture and the possibility of fluid coolant flowing through the winding.
  • the method according to the invention is used to produce a machine component according to the invention.
  • a plurality of elongated individual waveguide rods are inserted into the grooves of the yoke.
  • the respective bending point is generated on these waveguide rods on at least one of the two axial Be th only after insertion into the grooves of the yoke.
  • the individual waveguide rods are each designed in one piece.
  • the individual rods should not be composed of separate subsegments.
  • the shape of a respective waveguide rod should emerge from a single originally straight one-piece rod, in particular by bending. This is also intended to clarify that any additional elements such as electrical connection elements or coolant connection hoses should not be viewed as parts of the respective waveguide rod.
  • the two outer sections of the individual waveguide rods can preferably each be designed symmetrically to one another. This is intended to mean in particular that the two opposite outer sections of a respective waveguide rod have the same shape and size as one another. In general and regardless of the precise configuration of the outer sections, it is advantageous if at least the opposite end openings of a waveguide rod have the same opening cross section. This results in advantages for a uniform flow through the rod with a fluid coolant.
  • the individual waveguide rods as a whole can each have either a plane of symmetry or a twofold axis of symmetry.
  • Such a symmetrical design of the waveguide rods advantageously also leads to a corresponding symmetry of the superordinate conductor winding and thus expediently to a symmetrical formation of the electromagnetic interactions during the operation of the corresponding electrical machine.
  • the two bending points of a respective waveguide rod can have oppositely aligned bending directions, so that the waveguide rod as a whole has a spread Z-shaped basic structure.
  • An advantage of this embodiment is that a wave winding can be implemented with it in a particularly simple manner. In such a wave winding he stretch the electrically interconnected conductor segments of the winding in an expanded zigzag-like pattern over the circumference of the machine component. There is therefore always an offset in the circumferential direction from one axially aligned inner section to the next Direction of this offset from inner section to réelleab section is maintained.
  • Such a wave winding can be implemented particularly well with spread Z-shaped conductor segments, since the axially opposite outer sections of a waveguide rod also extend in opposite directions when viewed azimuthally.
  • the two outer sections it is not absolutely necessary for the two outer sections to be exactly 180 ° opposite one another within a plane. Rather, it is sufficient if they are aligned in opposite directions such that they are arranged within of a cylinder jacket shell in opposite circumferential directions.
  • the term "spread Z-shaped" is to be understood here generally as meaning that the outer sections with the associated inner section each form an obtuse angle of more than 90 °.
  • the two bending points of a respective waveguide rod can, however, also have bending directions aligned on the same side, so that the waveguide rod as a whole has a spread U-shaped basic structure.
  • An advantage of this embodiment is that a loop winding can be implemented in a particularly simple manner. In such a loop winding, the entire winding extends over a plurality of overlapping loops, the position advancing from loop to loop along a predetermined circumferential direction.
  • Such a loop winding can be implemented particularly well with ge spread U-shaped conductor segments, since the axially opposite outer sections of a waveguide rod extend azimuthally in the same direction.
  • the term "spread U-shaped" should be understood here analogously to the above that the outer sections with the associated inner section each form an obtuse angle of more than 90 °.
  • the two opposite outer sections do not necessarily have to lie within one plane . They too can be shaped so that the waveguide rod can be arranged as a whole within a cylindrical shell.
  • the individual waveguide rods can each have a continuous internal channel with a cross section that is uniform over the length of the waveguide rod.
  • the rod is then formed over its entire length as a hollow rod, in particular the shape and area of the channel cross-section are constant over the length.
  • the entire rod cross-section (including the shape and size of the rod on its outside) can be constant over the entire length.
  • the cross-sectional shape can in principle be selected as desired and independently of one another, both for the shape of the inner channel and for the outer shape of the waveguide rod.
  • inner and / or outer cross-sectional shapes can be designed as polygonal or round, in particular special rectangular or circular cross-sectional shapes.
  • each waveguide rod has a total of only two bending points and is therefore easier to manufacture compared to more complex shapes.
  • the electrical connection of neighboring waveguide rods can be achieved by an X-shaped crossing and subsequent electrical contacting of the outer sections to be connected. In other words, there is then, seen in the circumferential direction, an overlap of the end areas of the outer sections.
  • first bending points each have a further curved rod segment.
  • first bending point can be followed by a straight rod segment and then a second bending point A straight rod segment can then follow the second bending point.
  • An advantage of this embodiment with a further kink on each side is that in the end areas of the outer sections, an alignment along the central machine axis A can be achieved.
  • the outer sections of the to be connected waveguide rods are guided in their end areas parallel to each other, which allows electrical contact with a larger contact area than with a simp chen X-crossing.
  • the coolant can be steered by such a bend in the direction of the machine axis so that, for example, an internal rotor of a rotating machine can be cooled with the exiting coolant.
  • the respective outer sections may be implemented as a whole as curved conductor sections, in contrast to the above-described change from straight sections to smaller-scale bending points.
  • each waveguide rod is electrically connected via at least one of its outer sections to an outer section of an adjacent waveguide rod in such a way that a distributed conductor winding is formed overall by the plurality of waveguide rods.
  • a distributed conductor winding can, if necessary, also consist of individual winding groups. which do not have to be electrically connected to each other. Within such a winding group, there can in particular be an electrical series connection of the waveguide rods located therein.
  • a superordinate distributed winding is expediently formed from all waveguide rods, which in particular can be designed either as a wave winding or as a loop winding.
  • the conductor winding can be distributed over the entire circumference of the machine component. It is generally also possible here for only some of the conductors to be designed in the manner according to the invention.
  • the electrical connection of the individual hollow conductor rods can advantageously be formed by a welding point, a soldering point and / or by clamping and / or screwing with an electrically conductive element. Regardless of the exact configuration of the electrical connection, it can generally advantageously be attached close to the axial end region of the individual waveguide rods, although the terminal opening of the rods is not closed when the electrical connection is established. This can advantageously be achieved by the methods for electrical connection described above.
  • the machine component can have a first axial end region which is designed as a cooling center inlet side for all waveguide rods.
  • the machine component can be provided with a device for circulating fluid coolant, the direction of flow for this coolant within the inner channels of the waveguide rods being the same for all waveguide rods.
  • the waveguide rods then all have a uniform axial flow direction.
  • the machine component is opposite in at least one of the two axial end regions its surroundings have fluidly encapsulated first coolant chamber.
  • This first coolant chamber can in particular jointly surround part of the outer sections of the waveguide rods lying in this axial end area, so that a fluid coolant from the coolant chamber can be simultaneously introduced into the interior cavities of the waveguide rods and / or can be conducted out from the interior cavities into the coolant chamber. This introduction or discharge of liquid coolant takes place in turn via the terminal openings of the waveguide rods.
  • the machine component in the second axial end region, can have a second coolant chamber that is fluidically encapsulated from its surroundings.
  • This second coolant chamber can reverse at least part of the outer sections of the waveguide rods located in this second axial end area, so that a fluid coolant from the second coolant chamber is simultaneously introduced into the interior cavities of the waveguide rods and / or conducted from the interior cavities into the second coolant chamber can be.
  • the winding heads of the conductor winding are arranged in both axial end regions within encapsulated winding head chambers. The coolant escaping from the internal channels is also collected here on the outlet side directly in the area of the end windings within an encapsulated chamber, which facilitates the return to a superordinate closed coolant circuit.
  • the machine component can be designed as a stator for an electrical machine.
  • the implementation of the inventive concept for the configuration of the conductor winding is particularly advantageous in the case of a stator winding, since distributed windings are used particularly frequently in the stator.
  • the configuration with one or more fluidically encapsulated end winding chambers is much easier to implement in the stationary part of the electrical machine.
  • the machine component can also be designed as a rotor for an electrical specific machine.
  • Corresponding distributed conductor windings can also be used for the rotor winding and here, too, the use of one or more fluidically encapsulated end winding chambers for joint introduction (and / or discharge) of coolant into the waveguide rods is possible.
  • the waveguide rods can initially be inserted into the grooves of the yoke as straight rods. With this variant, they are only bent after being inserted on the axial sides. The bending points are therefore only created on both axial sides after they have been inserted into the grooves of the yoke.
  • One advantage of this embodiment is that the production of the final shape on both axial sides of the machine component can be carried out using the same process and thus the superordinate conductor winding can be designed to be particularly symmetrical.
  • the electrical connection of the individual waveguide rods only takes place after the bending points have been produced on both axial sides of the winding. This has the effect that the electrical connection can also be configured symmetrically on both axial sides.
  • the bending points can, however, also initially be generated on an axial side of the waveguide rods. Following the one-sided bending, the waveguide rods are then inserted into the grooves of the yoke. Following the insertion, the bending point is then created on the opposite axial side.
  • the electrical connection it is possible, on the one hand, for the electrical connection to take place on both axial sides only after the production of the final geometric shape.
  • Figure 1 shows a schematic perspective partial illustration of a machine component according to the prior art
  • Figure 2 shows a schematic perspective illustration of a hairpin-shaped conductor bar according to the prior art
  • Figure 3 shows two individual waveguide rods from a machine component according to a first example of the invention
  • Figure 4 shows two individual waveguide rods from a machine component according to a second example of the invention.
  • Figure 5 shows an electrical machine in a schematic longitudinal
  • FIG 1 is a schematic perspective partial representation of a machine component according to the prior art. shows how it is described in DE 102017204472 A1.
  • This machine component can be modified in particular as shown in FIGS. 3 and 4 by the concept of the present invention.
  • the machine component here is a Sta tor 3, which can radially surround an inner rotor, not shown here, within an electrical machine.
  • the stator 3 has a central axis A, which in the electrical machine also corresponds to the central machine axis.
  • the stator 3 shown here has a yoke 5 with a large number of slots 7.
  • the stator winding in the form of a distributed conductor winding 4 is inserted into these slots 7.
  • This conductor winding 4 is composed of individual hairpin-shaped Hohllei terstäben 8 and forms a wave winding.
  • a small part of the distributed conductor winding 4 is shown in FIG. 1, namely a complete hairpin-shaped waveguide rod 8 and partial areas of two similar waveguide rods adjoining it.
  • all the grooves (for example in two or more layers) are filled with such hairpin-shaped waveguide rods 8 which are electrically connected to one another to form a higher-level winding.
  • This winding can also be electrically divided into individual winding groups.
  • the conductor winding 4 has an axially inner area 26 and two adjacent axially end areas 25 and 27.
  • the hairpin-shaped waveguide rods 8 each have straight conductor segments which lie in the grooves 7 of the yoke 5 and in the axial direction A are aligned. These straight conductor segments are responsible for the main part of the electromagnetic interactions in the electrical machine.
  • a clamp-shaped connecting segment is present for this purpose, which is an integral part of the hairpin-shaped waveguide rod 8. So here no electrical contacts have to be added later.
  • the end pieces of the adjacent hairpin-shaped conductor bars must only be connected subsequently.
  • the outermost end pieces of the conductors to be connected are laid on top of one another running parallel to a second bend and are electrically connected to one another there.
  • An annular, encapsulated first coolant chamber 23 is present in this first axial end region 25. From this first coolant chamber 23, a fluid coolant can be fed into the terminal openings 10 of the hairpin-shaped conductor bars 8 at a comparatively high pressure. These openings 10 result as natural terminal openings of the Haarna deliform waveguide rods.
  • the hairpin-shaped conductor rods 8 are also provided with openings 10 on this side. These openings were made subsequently by making appropriate holes in the area of the hairpin bends in the conductor bars. These holes 10 are marked in the left part of Figure 1 by two ent speaking points. The subsequent attachment of these holes in the kink area of the waveguide rod brings the disadvantages described above with it, especially with regard to the additional manufacturing step and the difficulties in complying with predetermined geometric tolerances for the outlet opening.
  • FIG 2 is a schematic perspective illustration of a single hairpin-shaped conductor bar 8 according to State of the art shown.
  • a single such conductor bar 8 has two straight axially inner inner sections 11 and a total of three right and left adjoining end outer sections 12.
  • the outer section 12 shown on the left bridges the distance between the two inner sections like a bracket 11.
  • the conductor bar is provided with the holes 10 already described above, which serve as coolant telaustrittsö réelleen.
  • the two outer sections 12 form the ends of the waveguide rod, so that here the two openings 10 result as natural openings in the internal coolant channel.
  • the flow direction of the coolant through this conductor bar is indicated in Figure 2 by corresponding arrows.
  • FIG. 3 shows two individual waveguide rods 9, as they can be used in egg ner machine component 3 according to a first example of the invention.
  • This machine component 3 can for example correspond to the stator 3 shown in FIG. 1, although the conventional hairpin-shaped waveguide rods 8 present there are each replaced by two of the simpler waveguide rods 9 shown in FIG.
  • the machine component 3 according to the first example of the invention should correspond exactly to the machine component 3 shown in FIG. It should therefore be a stator of an electrical machine's rule, this stator 3 is provided with two end constant coolant chambers 23 and 24 to introduce fluid coolant on the first side 25 simultaneously into the openings 10 of the waveguide rods and on the opposite Page 27 at the same time to lei out of these.
  • each of these waveguide rods 9 has exactly one straight axi al inner section 11. In addition, it has exactly two oppositely adjacent outer sections 12. Each of these outer sections 12 has a first bending point 13 in the region of the transition to the straight inner section 11.
  • the individual waveguide rods 9 each have a second bending point 15 in their axial end regions.
  • the axially terminal conductor segments which follow this second bending point can, as shown in the left-hand part of FIG. 3, be arranged parallel to and one above the other for the waveguide rods 9 to be connected.
  • the two adjacent waveguide rods 9 can be conductively connected to one another, for example by welding or soldering or by some other type of electrical contact.
  • the inner sections 11 should also be embedded in the grooves 7 of the yoke 5 here.
  • the starting element for producing the final shape of the individual waveguide rods is in each case a straight rod, as shown in FIG. 3 by the dashed lines is indicated.
  • the procedure can either be that these straight bars are first inserted into the grooves in the yoke and only then are bent on both sides in similar process steps.
  • the bending points 13 and 15 are initially generated on one axial side, the rods are then inserted into the grooves and only then are the necessary bending points 13 and 15 generated on the opposite axial side.
  • the finished shaped waveguide rods 9 each have the shape of an extended Z, with the end pieces lying on the very outside being provided with an additional kink.
  • the individual waveguide rods are expediently shaped essentially symmetrically, the Z-shaped geometry shown here having a twofold axis of symmetry.
  • the waveguide rods 9 of FIG. 3 have natural openings 10 in both axial end regions which result as continuations of the inner channel of the respective waveguide rod.
  • One advantage of this is that the difficult process step for the subsequent drilling of holes on the waveguide rods is no longer necessary.
  • the conductor bars have openings 10 with a comparable opening cross-section on both axial sides.
  • FIG. 4 two individual waveguide rods from a machine component Ma are shown according to a second example of the invention.
  • the machine component is constructed essentially as shown in FIG. 1, although the conventional hair-needle-shaped waveguide rods 8 present there are each replaced by two of the simpler waveguide rods 9 shown in FIG.
  • the individual waveguide rods 9 have also been produced here by subsequent bending of originally straight waveguide rods.
  • each waveguide rod 9 has only two first kinks 13.
  • Kinks are each part of the outer sections 12 and are located in the area of the transition to the adjacent inner section 11.
  • the additional second kinks 15 are therefore omitted in the example of FIG. 4, so that the outer sections are designed as straight conductor sections following the described first kinks are.
  • the individual waveguide rods 9 thus each have the shape of an elongated Z without additional kinks.
  • This simpler shape leads to a simplified manufacturing process.
  • an electrical connection area 17 can also be created here by a corresponding crossing of the terminal conductor sections.
  • the advantages in terms of ease of manufacture, the symmetry of the openings 10 and also in terms of the symmetry of the conductor winding 4 overall are therefore similar in both exemplary embodiments.
  • an electrical machine 51 is shown according to an exemplary embodiment of the invention in a schematic longitudinal section.
  • This electrical machine 51 comprises a rotor 57 and a stator 3.
  • the rotor 57 is rotatably supported by means of a rotor shaft 59 about an axis of rotation A, this axis of rotation being the central axis of the machine and thus also of the stator.
  • the rotor shaft 59 is supported against the machine housing 61 via the bearings 60.
  • the electrical machine can in principle be a motor or a generator, or a machine that can be operated in both modes.
  • the stator 3 is designed as a Maschinenkomponen based on the concept of the present invention.
  • This stator 3 has a stator winding 4 with a plurality of conductor turns which are arranged in the form of a distributed winding over the circumference of the stator 3.
  • the stator winding 4 can also be divided into several complete circumferential segments.
  • the stator winding 4 is embedded in slots of a laminated stator core, which is arranged in an axially inner region 16 of the stator 3 and acts as a yoke 5.
  • the arranged in the axially inner region 26 parts of the stator winding 4 occur when the electrical machine 51 is in electromagnetic interaction with a field of the rotor.
  • the rotor 57 is equipped with a field excitation, not shown here for the sake of clarity. This interaction takes place across an air gap 56 which lies radially between the rotor 57 and the stator 3.
  • the stator winding 4 is composed of individual waveguide rods 9, which can be designed, for example, similar to the Figu Ren 3 or 4.
  • the arrangement of these waveguide rods 9 in the yoke 5 can be configured similarly to that shown in FIG. 1, but with correspondingly modified waveguide rods.
  • the stator in FIG. 5 only has a first encapsulated coolant chamber 23, which is arranged in the first axial end region 25.
  • the end windings 4a of the conductor winding 4 are encapsulated here unge.
  • the coolant 61 emerging here is, however, collected in a collecting area 63 and from here fed back into the coolant circuit.
  • stator 3 is designed as a machine component according to the concept of the present invention.
  • rotor 57 it is also possible for the rotor 57 to be designed according to the concept of the present invention.
  • the advantages of the invention also apply analogously to a corresponding de rotor winding and its cooling with a liquid coolant.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Es wird eine Maschinenkomponente (3) für eine elektrische Maschine mit einer zentralen Achse (A) angegeben. Die Maschinenkomponente umfasst - ein Joch (5) mit einer Mehrzahl von Nuten (7) - und eine Leiterwicklung (4), - wobei die Leiterwicklung (4) eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verbundenen einzelnen Hohlleiterstäben (9) aufweist, - wobei jeder Hohlleiterstab (9) aus einem axial innenliegenden Innenabschnitt (11) und zwei daran angrenzenden axial außenliegenden Außenabschnitten (12) besteht, - wobei die Innenabschnitte (11) der Hohlleiterstäbe (9) jeweils als gerade, axial ausgerichtete Leiterabschnitte ausgebildet sind und in die Nuten (7) des Jochs (5) eingebettet sind, - wobei die einzelnen Hohlleiterstäbe (9) jeweils zwei gegenüberliegende axial endständige Öffnungen (10) aufweisen, - wobei bei jedem Hohlleiterstab (9) der gerade Innenabschnitt (11) über zwei Biegestellen (13) in die benachbarten Außenabschnitte (12) übergeht. Weiterhin wird eine elektrische Maschine (51) mit einer solchen Maschinenkomponente (3) sowie ein Verfahren zu Herstellung einer solchen Maschinenkomponente (3) angegeben.

Description

Beschreibung
Maschinenkomponente mit Joch und Leiterwicklung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenkomponente für eine elektrische Maschine mit einer zentralen Achse, um fassend ein Joch mit einer Mehrzahl von Nuten und eine Lei terwicklung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektri sche Maschine mit einer derartigen Maschinenkomponente sowie ein Herstellungsverfahren für eine derartige Maschinenkompo nente .
Nach dem Stand der Technik werden insbesondere bei den Stato ren von elektrischen Maschinen verteilte Wicklungen einge setzt, bei denen die einzelnen Leitersegmente der Wicklung in die Nuten eines Statorjochs eingebettet sind. Aber auch im Rotor einer elektrischen Maschine kann eine solche verteilte Wicklung in die Nuten eines entsprechenden weichmagnetischen Jochs des Rotors eingebettet sein. Eine solche verteilte Wicklung kann grundsätzlich entweder aus einem langen zusam menhängenden Leiter gewickelt werden oder sie kann durch nachträgliches elektrisches Verbinden von einzelnen Leiter segmenten aufgebaut werden. Bei der letztgenannten Variante können insbesondere vergleichsweise starre Stäbe zum Einsatz kommen, welche in die axial verlaufenden Nuten des Jochs ein gelegt werden können und nachträglich miteinander verbunden werden können. Diese starren Stäbe sind häufig haarnadelartig geformt, weshalb solche Wicklungen in der Fachwelt auch als Hairpin-Wicklungen bezeichnet werden.
Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, stabför mige Leitersegmente einer solchen Leiterwicklung als Hohllei ter auszuführen und die Wicklung dadurch zu kühlen, dass ein fluides Kühlmittel durch die innenliegenden Kanäle des Hohl leiters geleitet wird. Der Einsatz solcher Hohlleiterstäbe in einer verteilten Wicklung wird beispielsweise in der
DE 102017204472 Al beschrieben. Die dort beschriebenen Hohl leiterstäbe sind entweder als gerade oder als L-förmige Rohre ausgebildet oder aber als haarnadelförmige Stabsegmente. Da bei umfasst eine solche Haarnadel immer jeweils zwei gerade axiale Leitersegmente, welche dann nach Art einer Klammer gleichzeitig in zwei separate axiale Nuten eingelegt werden.
In der DE 102017204472 Al wird weiterhin das Konzept einer in einem axialen Endbereich angeordneten fluidisch gekapselten Kühlmittelkammer beschrieben, in welche die offenen Enden der Hohlleiterstäbe auf der offenen Seite der Haarnadelform hin einragen. Hierdurch wird erreicht, dass aus der Kühlmittel kammer das Kühlmittel gleichzeitig in mehrere solche Hohllei terstäbe hineingeleitet werden kann. Um das eingespeiste Kühlmittel auf der axial gegenüberliegenden Seite wieder aus der Wicklung herauslassen zu können, sind die Hohlleiterstäbe auf der geschlossenen Seite der Haarnadeln jeweils mit we nigstens einer Öffnung versehen. Eine solche Auslassöffnung kann beispielsweise durch Anbringen einer Bohrung an einem haarnadelförmig gebogenen Hohlleiterstab erzeugt werden.
Nachteilig bei den beschriebenen haarnadelförmigen Hohllei terstäben nach dem Stand der Technik ist, dass das Anbringen der Bohrungen für die Auslassöffnung vergleichsweise aufwen dig und schwierig ist. Zum einen erfordert das Anbringen der Bohrung einen relativ aufwendigen zusätzlichen Prozess schritt, der beispielsweise durch Elektroerosion oder durch eine mechanische Bohrung umgesetzt werden kann. Zum anderen ist beim Durchführen dieses Prozesses eine hohe geometrische Präzision notwendig, welche in der Praxis oft schwer zu er reichen ist: Es hat sich als schwierig herausgestellt, die Bohrung so präzise durchzuführen, dass der innenliegende Kühlmittelkanal so genau getroffen wird, dass eine Auslass öffnung mit einem gewünschten definierten Öffnungsquerschnitt entsteht. Dies ist besonders schwierig im Bereich der Biege stellen des Leiters, wo eine solche Öffnung aber häufig ange ordnet werden soll, um sie direkt im axialen Endbereich der Wicklung zu positionieren. Insbesondere durch die Biegung des Leiters können große Abweichungen bei der genauen Lage des inneren Kühlmittelkanals von einer idealen Geometrie auftre- ten. Durch diese Schwierigkeiten kann bei der Herstellung der Auslassöffnungen derzeit kein automatisierter Bohrprozess an gewendet werden, da die Fehleranfälligkeit zu hoch ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Maschinenkomponente mit einer Leiterwicklung aus Hohlleiterstäben anzugeben, wel che die genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll ei ne Maschinenkomponente zur Verfügung gestellt werden, deren Leiterwicklung im Vergleich zum Stand der Technik einfacher herzustellen ist. Weitere Aufgaben sind es, eine elektrische Maschine mit einer solchen Maschinenkomponente und ein Ver fahren zur Herstellung einer solchen Maschinenkomponente an zugeben .
Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene Maschinenkomponente, die in Anspruch 14 beschriebene elektri sche Maschine und das in Anspruch 15 beschriebene Verfahren gelöst .
Die erfindungsgemäße Maschinenkomponente ist zum Betrieb in einer elektrischen Maschine mit einer zentralen Achse A aus gelegt. Sie umfasst ein Joch mit einer Mehrzahl von Nuten und eine Leiterwicklung, wobei die Leiterwicklung eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verbundenen einzelnen Hohlleiter stäben aufweist. Dabei besteht jeder Hohlleiterstab aus einem axial innenliegenden Innenabschnitt und zwei daran angrenzen den axial außenliegenden Außenabschnitten. Die Innenabschnit te der Hohlleiterstäbe sind dabei jeweils als gerade, axial ausgerichtete Leiterabschnitte ausgebildet und in die Nuten des Jochs eingebettet. Die einzelnen Hohlleiterstäbe weisen jeweils zwei gegenüberliegende axial endständige Öffnungen auf. Bei jedem Hohlleiterstab geht der gerade Innenabschnitt über zwei Biegestellen in die benachbarten außenliegenden Leiterabschnitte über.
Die Leiterwicklung der Maschinenkomponente ist also aus meh reren einzelnen Hohlleiterstäben zusammengesetzt, insbesonde re ist sie nachträglich aus einzelnen vorgefertigten Stabele- menten zusammengesetzt. Es handelt sich also hier nicht um eine Leiterwicklung aus einem übergeordneten zusammenhängen den Leiter, sondern um eine Leiterwicklung, die aus einer Mehrzahl einzelner Stabelemente zusammengesetzt ist. Jeder einzelne Hohlleiterstab soll dabei nur einen axial innenlie genden Innenabschnitt aufweisen. Der Begriff „axial" bezieht sich hier generell auf die Richtung der zentralen Achse A der Maschine, welche im Übrigen auch der zentralen Achse A der Maschinenkomponente entspricht. Der eine Innenabschnitt eines jeden Hohlleiterstabs soll dabei in eine zugehörige Nut des Jochs eingebettet sein. Er soll gerade ausgebildet sein und in axialer Richtung ausgerichtet sein. An diesen geraden In nenabschnitt angrenzend soll jeder Hohlleiterstab genau zwei axial gegenüberliegende Außenabschnitte aufweisen. Zumindest an jedem Übergang zwischen Innenabschnitt und angrenzendem Außenabschnitt soll dabei eine Biegestelle vorliegen. Diese Biegestellen sollen dabei als Teile der jeweiligen Außenab schnitte angesehen werden, da die Innenabschnitte ja insge samt gerade sein sollen. Die Formulierung, dass jeder Hohl leiterstab aus einem Innenabschnitt und zwei Außenabschnitten besteht, soll insbesondere bedeuten, dass der Hohlleiterstab keinen zweiten geraden, axial innenliegenden Innenabschnitt aufweisen darf. Der Hohlleiterstab darf also nicht haarnadel förmig zurückgebogen sein, da er dann zwei solche axial in nenliegende Innenabschnitte aufweisen würde. Ebenso dürfen nicht mehr als zwei axial außenliegende Außenabschnitte vor liegen, welche den einen Innenabschnitt axial flankieren. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Haarnadel-Form würden dagegen drei solche axial außenliegenden Außenabschnitte vor liegen. Kurz gesagt soll also ein einzelner Hohlleiterstab nur einen einzelnen axialen Hinleiter oder Rückleiter der Wicklung ausbilden und keinen darüber hinausgehenden größeren Abschnitt der Wicklung wie beim Haarnadel-Leiter. Dabei soll allerdings nicht ausgeschlossen sein, dass die einzelnen Au ßenabschnitte trotzdem in sich eine etwas komplexere Form aufweisen, insbesondere mit mehreren Biegestellen pro Außen abschnitt . Die Außenabschnitte können also optional zusätzlich zu den beschriebenen Biegestellen noch eine oder mehrere weitere Biegungen aufweisen. Wesentlich ist nur, dass zumindest im Bereich des Übergangs zwischen Innenabschnitt und jeweils an grenzendem Außenabschnitt eine Biegung vorliegt. Durch diese Biegung wird erreicht, dass die Innenabschnitte der einzelnen Hohlleiterstäbe an unterschiedlichen Umfangspositionen der Maschinenkomponente angeordnet werden können und dass mittels der Außenabschnitte die entsprechenden Abstände in Umfangs richtung zumindest teilweise überbrückt werden können. Auf diese Weise können die einzelnen Hohlleiterstäbe trotz der unterschiedlichen Umfangspositionen der Innenabschnitte zu einer übergeordneten Leiterwicklung verbunden werden, ohne dass hierzu besonders lange zusätzliche Verbindungselemente nötig sind. Mit anderen Worten können durch die Biegung der Außenabschnitte die Endbereiche der elektrisch zu verbinden den Hohlleiterstäbe mit einem vergleichsweise kurzen Abstand zueinander angeordnet werden. Insbesondere kann in Umfangs richtung sogar ein Überlapp zwischen den einzelnen axialen Endbereichen der zu verbindenden Hohlleiterstäbe erzeugt wer den, sodass sich in Umfangsrichtung gesehen ein Abstand von Null ergibt. Durch die Biegung der Leiterstäbe wird also auf einfache Weise eine Verbindung zu einer übergeordneten Lei terwicklung ermöglicht.
Die einzelnen Hohlleiterstäbe sind jeweils länglich ausgebil det und weisen einen über ihre Länge durchgehenden innenlie genden Kanal auf. Die gegenüberliegenden axial endständigen Öffnungen der Hohlleiterstäbe ergeben sich also als natürli che Öffnungen dadurch, dass sich dieser Kanal bis in die End bereiche der Hohlleiterstäbe erstreckt. Es liegt also insbe sondere für jeden Außenabschnitt genau eine solche Öffnung vor. Diese Öffnungen ermöglichen ein Einleiten von fluidem Kühlmittel in das Innere der Hohlleiterstäbe und ein Auslei ten von Kühlmittel aus dem Inneren der Stäbe heraus. Durch die Nutzung der natürlichen Öffnungen der Stabenden für die sen Zweck sind hier insbesondere keine zusätzlichen Bohrungen in den Außenwänden der Hohlleiterstäbe erforderlich. Somit wird auf einfache Weise die Herstellung einer Leiterwicklung ermöglicht, bei der das Innere der Hohlleiterstäbe durch ein hindurchfließendes Kühlmittel gekühlt werden kann.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist zumindest eine erfindungsgemäße Maschinenkomponente auf. Es kann sich dabei insbesondere um einen Rotor und/oder um einen Stator der Maschine handeln. Die Vorteile der elektrischen Maschine ergeben sich analog zu den beschriebenen Vorteilen der Ma schinenkomponente, insbesondere in Bezug auf die einfache Herstellbarkeit und die Möglichkeit einer Durchströmung der Wicklung mit fluidem Kühlmittel.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Maschinenkomponente. Bei dem Verfahren wird eine Mehrzahl von länglich geformten einzelnen Hohlleiterstä ben in die Nuten des Jochs eingeführt. Dabei wird an diesen Hohlleiterstäben zumindest auf einer der beiden axialen Sei ten erst nach dem Einführen in die Nuten des Jochs die jewei lige Biegestelle erzeugt. Auch die Vorteile des Verfahrens ergeben sich analog zu den oben beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Maschinenkomponente. Insbesondere ist die Herstellung vergleichsweise einfach.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschrie benen Ausgestaltungen der Maschinenkomponente, der Maschine und des Herstellungsverfahrens allgemein vorteilhaft mitei nander kombiniert werden.
Allgemein vorteilhaft sollen die einzelnen Hohlleiterstäbe jeweils einstückig ausgebildet sein. So sollen die einzelnen Stäbe wiederum nicht ihrerseits aus separaten Teilsegmenten zusammengesetzt sein. Stattdessen soll die Form eines jewei ligen Hohlleiterstabs insbesondere durch Biegen aus einem einzelnen ursprünglich geraden einstückigen Stab hervorgegan gen sein. Damit soll klarstellend auch zum Ausdruck gebracht werden, dass eventuelle zusätzliche Elemente wie beispiels weise elektrische Verbindungselemente oder Kühlmittelan schlussschläuche nicht als Teile des jeweiligen Hohlleiter stabs angesehen werden sollen.
Bevorzugt können die beiden Außenabschnitte der einzelnen Hohlleiterstäbe jeweils symmetrisch zueinander ausgebildet sein. Dies soll insbesondere bedeuten, dass die beiden gegen überliegenden Außenabschnitte eines jeweiligen Hohlleiter stabs untereinander die gleiche Form und die gleiche Größe aufweisen. Allgemein und unabhängig von der genauen Ausge staltung der Außenabschnitte ist es vorteilhaft, wenn zumin dest die gegenüberliegenden endständigen Öffnungen eines Hohlleiterstabs den gleichen Öffnungsquerschnitt aufweisen. Hieraus ergeben sich Vorteile für eine gleichmäßige Durch strömung des Stabs mit einem fluiden Kühlmittel.
Besonders vorteilhaft können die einzelnen Hohlleiterstäbe als Ganzes jeweils entweder eine Symmetrieebene oder eine zweizählige Symmetrieachse aufweisen. Eine solche symmetri sche Ausgestaltung der Hohlleiterstäbe führt vorteilhaft auch zu einer entsprechenden Symmetrie der übergeordneten Leiter wicklung und damit zweckmäßig zu einer symmetrischen Ausbil dung der elektromagnetischen Wechselwirkungen beim Betrieb der entsprechenden elektrischen Maschine.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform können die beiden Biegestellen eines jeweiligen Hohlleiterstabs entge gengesetzt ausgerichtete Biegerichtungen aufweisen, sodass der Hohlleiterstab insgesamt eine gespreizt Z-förmige Grund struktur aufweist. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass damit auf besonders einfache Weise eine Wellenwicklung realisiert werden kann. Bei solch einer Wellenwicklung er strecken sich die elektrisch miteinander verbundenen Leiter segmente der Wicklung in einem auseinandergezogenen zickzack artigen Muster über den Umfang der Maschinenkomponente. Es liegt also von einem axial ausgerichteten Innenabschnitt zum nächsten immer ein Versatz in Umfangsrichtung vor, wobei die Richtung dieses Versatzes von Innenabschnitt zu Innenab schnitt beibehalten wird. Eine solche Wellenwicklung kann mit gespreizt Z-förmigen Leitersegmenten besonders gut realisiert werden, da sich die axial gegenüberliegenden Außenabschnitte eines Hohlleiterstabs auch azimutal gesehen in gegenüberlie gende Richtungen erstrecken. Für die genannte „entgegenge setzte" Ausrichtung der Biegerichtungen ist es dabei nicht unbedingt erforderlich, dass sich die beiden Außenabschnitte innerhalb einer Ebene exakt um 180° gegenüberstehen. Es reicht vielmehr aus, wenn sie derart entgegengesetzt ausge richtet sind, dass sie bei einer Anordnung innerhalb einer Zylindermantelschale in entgegengesetzte Umfangsrichtungen zeigen. Unter dem Merkmal „gespreizt Z-förmig" soll hier all gemein verstanden werden, dass die Außenabschnitte mit dem zugehörigen Innenabschnitts jeweils einen stumpfen Winkel von mehr als 90° ausbilden.
Gemäß einer alternativen, zweiten bevorzugten Ausführungsform können die beiden Biegestellen eines jeweiligen Hohlleiter stabs aber auch gleichseitig ausgerichtete Biegerichtungen aufweisen, sodass der Hohlleiterstab insgesamt eine gespreizt U-förmige Grundstruktur aufweist. Ein Vorteil dieser Ausfüh rungsform ist, dass damit auf besonders einfache Weise eine Schleifenwicklung realisiert werden kann. Bei solch einer Schleifenwicklung erstreckt sich die gesamte Wicklung über eine Vielzahl von überlappenden Schleifen, wobei die Position entlang einer vorgegebenen Umfangsrichtung von Schleife zu Schleife vorrückt. Eine solche Schleifenwicklung kann mit ge spreizt U-förmigen Leitersegmenten besonders gut realisiert werden, da sich die axial gegenüberliegenden Außenabschnitte eines Hohlleiterstabs azimutal gesehen in die gleiche Rich tung erstrecken. Unter dem Merkmal „gespreizt U-förmig" soll hier analog zu oben verstanden werden, dass die Außenab schnitte mit dem zugehörigen Innenabschnitts jeweils einen stumpfen Winkel von mehr als 90° ausbilden. Auch hier müssen die beiden gegenüberliegenden Außenabschnitte nicht notwendi gerweise innerhalb einer Ebene liegen. Auch sie können so ge- formt sein, dass sich der Hohlleiterstab als Ganzes innerhalb einer Zylindermantelschale anordnen lässt.
Allgemein und unabhängig von der sonstigen geometrischen Aus gestaltung können die einzelnen Hohlleiterstäbe jeweils einen durchgehenden innenliegenden Kanal mit einem über die Länge des Hohlleiterstabs einheitlichen Querschnitt aufweisen. Der Stab ist dann also über seine ganze Länge als Hohlstab ausge bildet, wobei insbesondere Form und Fläche des Kanalquer schnitts über die Länge konstant sind. Vorteilhaft kann dabei sogar der gesamte Stabquerschnitt (also auch Form und Größe des Stabs auf seiner Außenseite) über die ganze Länge kon stant sein. Die Querschnittsform sind dabei sowohl für die Form des innenliegenden Kanals als auch für die äußere Form des Hohlleiterstabs grundsätzlich beliebig und unabhängig voneinander wählbar. Beispielsweise können innere und/oder äußere als polygonale oder runde Querschnittsformen, insbe sondere als rechteckige oder kreisförmige Querschnittsformen ausgestaltet sein.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante für die Form der Au ßenabschnitte können diese neben ihren bereits beschriebenen Biegestellen jeweils ausschließlich gerade Stabsegmente auf weisen. Mit anderen Worten liegt dann im Bereich des Über gangs zum zugeordneten Innensegment ein Knick vor, abgesehen davon ist jeder Außenabschnitt jedoch gerade geformt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass jeder Hohlleiterstab insgesamt nur zwei Biegestellen aufweist und somit im Ver gleich zu komplexeren Formen leichter herzustellen ist. Bei dieser Ausführungsform kann die elektrische Verbindung be nachbarter Hohlleiterstäbe durch eine X-förmige Überkreuzung und anschließende elektrische Kontaktierung der zu verbinden den Außenabschnitte erreicht werden. Mit anderen Worten liegt dann in Umfangsrichtung gesehen eine Überlappung der endstän digen Bereiche der Außenabschnitte vor.
Gemäß einer alternativen, zweiten Ausführungsvariante für die Form der Außenabschnitte können diese neben ihren bereits be- schriebenen Biegestellen (die im Folgenden auch als „erste Biegestellen" bezeichnet werden) jeweils ein weiteres geboge nes Stabsegment aufweisen. Beispielsweise kann sich im An schluss an die erste Biegestelle zunächst ein gerades Stab segment und im Anschluss daran eine zweite Biegestelle an schließen. Im Anschluss an die zweite Biegestelle kann dann jeweils wieder ein gerades Stabsegment folgen. Ein Vorteil dieser Ausführungsform mit einem weiteren Knick auf jeder Seite ist, dass in den Endbereichen der Außenabschnitte wie derum eine Ausrichtung entlang der zentralen Maschinenachse A erreicht werden kann. Somit können die Außenabschnitte der zu verbindenden Hohlleiterstäbe in ihren Endbereichen parallel zueinander geführt werden, was eine elektrische Kontaktierung mit einer größeren Kontaktfläche erlaubt als bei einer einfa chen X-Kreuzung.
Unabhängig davon, ob die Außenabschnitte in ihren Endberei chen gekreuzt oder parallel geführt werden, kann es insbeson dere vorteilhaft sein, hier eine Biegung vorzusehen, durch die das durch die Öffnung austretende Kühlmittel in eine be stimmte bevorzugte Richtung gelenkt wird. Beispielsweise kann das Kühlmittel durch eine solche Biegung in Richtung der Ma schinenachse gelenkt werden, so dass beispielsweise ein in nenliegender Rotor einer rotierenden Maschine mit dem austre tenden Kühlmittel gekühlt werden kann.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die jeweiligen Außenabschnitte insgesamt als gebogene Leiterabschnitte rea lisiert sind, im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Wechsel von geraden Abschnitten und kleinräumigeren Biegestellen.
Gemäß einer allgemein bevorzugten Ausführungsform ist jeder Hohlleiterstab über wenigstens einen seiner Außenabschnitte mit einem Außenabschnitt eines benachbarten Hohlleiterstabs derart elektrisch verbunden, dass insgesamt durch die Mehr zahl von Hohlleiterstäben eine verteilte Leiterwicklung aus gebildet wird. Eine solche verteilte Leiterwicklung kann ge gebenenfalls auch aus einzelnen Wicklungsgruppen zusammenge- setzt sein, welche elektrisch nicht miteinander verbunden sein müssen. Innerhalb einer solchen Wicklungsgruppe kann insbesondere eine elektrische Serienschaltung der darin vor liegenden Hohlleiterstäbe vorliegen. Zweckmäßig wird aus al len Hohlleiterstäben eine übergeordnete verteilte Wicklung gebildet, welche insbesondere entweder als Wellenwicklung o- der als Schleifenwicklung ausgebildet sein kann. Allgemein vorteilhaft und unabhängig von der genauen Ausgestaltung kann die Leiterwicklung über den gesamten Umfang der Maschinenkom ponente verteilt sein. Dabei ist es allgemein auch möglich, dass nur ein Teil der Leiter auf die erfindungsgemäße Weise ausgestaltet ist.
Allgemein kann die elektrische Verbindung der einzelnen Hohl leiterstäbe vorteilhaft durch eine Schweißstelle, eine Löt stelle und/oder durch Klemmung und/oder Verschraubung mit ei nem elektrisch leitenden Element gebildet sein. Unabhängig von der genauen Ausgestaltung der elektrischen Verbindung kann diese allgemein vorteilhaft nahe am axialen Endbereich der einzelnen Hohlleiterstäbe angebracht sein, wobei trotzdem die endständige Öffnung der Stäbe bei der Schaffung der elektrischen Verbindung nicht geschlossen wird. Dies kann durch die oben beschriebenen Verfahren zur elektrischen Ver bindung vorteilhaft erreicht werden.
Gemäß einer weiteren allgemein bevorzugten Ausführungsform kann die Maschinenkomponente einen ersten axialen Endbereich aufweisen, welcher für alle Hohlleiterstäbe als Kühlmitte leintrittsseite ausgebildet ist. Dazu kann die Maschinenkom ponente insgesamt mit einer Einrichtung zur Zirkulation von fluidem Kühlmittel versehen sein, wobei die Flussrichtung für dieses Kühlmittel innerhalb der innenliegenden Kanäle der Hohlleiterstäbe für alle Hohlleiterstäbe gleich ausgerichtet ist. Mit anderen Worten weisen dann die Hohlleiterstäbe alle eine einheitliche axiale Strömungsrichtung auf.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Maschinenkomponente in wenigstens einem der beiden axialen Endbereiche eine gegen ihre Umgebung fluidisch gekapselte erste Kühlmittelkammer aufweist. Diese erste Kühlmittelkammer kann insbesondere einen Teil der in diesem axialen Endbereich liegenden Außen abschnitte der Hohlleiterstäbe gemeinsam umgeben, sodass ein fluides Kühlmittel aus der Kühlmittelkammer gleichzeitig in die innenliegenden Hohlräume der Hohlleiterstäbe eingeleitet und/oder von den innenliegenden Hohlräumen in die Kühlmittel kammer ausgeleitet werden kann. Diese Einleitung beziehungs weise Ausleitung von flüssigem Kühlmittel erfolgt wiederum über die endständigen Öffnungen der Hohlleiterstäbe.
Optional kann die Maschinenkomponente im zweiten axialen End bereich eine gegen ihre Umgebung fluidisch gekapselte zweite Kühlmittelkammer aufweisen. Diese zweite Kühlmittelkammer kann zumindest einen Teil der in diesem zweiten axialen End bereich liegenden Außenabschnitte der Hohlleiterstäbe umge ben, sodass ein fluides Kühlmittel aus der zweiten Kühlmit telkammer gleichzeitig in die innenliegenden Hohlräume der Hohlleiterstäbe eingeleitet und/oder von den innenliegenden Hohlräumen in die zweite Kühlmittelkammer ausgeleitet werden kann. Mit anderen Worten sind bei dieser Ausführungsform der Maschinenkomponente die Wickelköpfe der Leiterwicklung in beiden axialen Endbereichen innerhalb gekapselter Wickelkopf kammern angeordnet. Hier wird also auch auf der Austrittssei te das aus den innenliegenden Kanälen austretende Kühlmittel direkt im Bereich der Wickelköpfe innerhalb einer gekapselten Kammer aufgefangen, was die Rückführung in einen übergeordne ten geschlossenen Kühlmittelkreislauf erleichtert.
Allgemein vorteilhaft kann die Maschinenkomponente als Stator für eine elektrische Maschine ausgebildet sein. Die Umsetzung des erfindungsgemäßen Konzepts für die Ausgestaltung der Lei terwicklung ist bei einer Statorwicklung besonders vorteil haft, da im Stator besonders häufig verteilte Wicklungen zum Einsatz kommen. Weiterhin ist im feststehenden Teil der elek trischen Maschine die Ausgestaltung mit einem oder mehreren fluidisch gekapselten Wickelkopfkammern deutlich leichter zu realisieren . Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform kann die Maschinenkomponente aber auch als Rotor für eine elektri sche Maschine ausgebildet sein. Auch bei der Rotorwicklung können entsprechende verteilte Leiterwicklungen zum Einsatz kommen und auch hier ist der Einsatz von einer oder mehreren fluidisch gekapselten Wickelkopfkammern zum gemeinsamen Ein leiten (und/oder Ausleiten) von Kühlmittel in die Hohlleiter stäbe möglich.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Variante des Herstellungs verfahrens können die Hohlleiterstäbe zunächst als gerade Stäbe in die Nuten des Jochs eingelegt werden. Bei dieser Va riante werden sie erst im Anschluss an das Einlegen auf bei den axialen Seiten gebogen. Die Biegestellen werden also auf beiden axialen Seiten erst nach dem Einführen in die Nuten des Jochs erzeugt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Herstellung der endgültigen Form auf beiden axialen Seiten der Maschinenkomponente mit dem gleichen Prozess er folgen kann und somit die übergeordnete Leiterwicklung beson ders symmetrisch ausgestaltet werden kann.
Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ist es zweckmäßig, wenn die elektrische Verbindung der einzelnen Hohlleiterstäbe erst erfolgt, nachdem die Biegestellen auf beiden axialen Seiten der Wicklung erzeugt worden sind. Dies bewirkt, dass auch die elektrische Verbindung auf beiden axialen Seiten symmetrisch ausgestaltet werden kann.
Gemäß einer alternativen, zweiten vorteilhaften Variante des Herstellungsverfahrens können die Biegestellen aber auch zu nächst auf einer axialen Seite der Hohlleiterstäbe erzeugt werden. Im Anschluss an das einseitige Biegen werden die Hohlleiterstäbe dann in die Nuten des Jochs eingelegt. Im An schluss an das Einlegen erfolgt dann die Erzeugung der Biege stelle auf der gegenüberliegenden axialen Seite. Ein Vorteil dieser Ausführungsform kann darin gesehen werden, dass die Herstellung der Biegestellen auf der ersten axialen Seite un- ter Umständen leichter ist, wenn die Stäbe noch nicht in die Nuten eingelegt worden sind.
Bei dieser zweiten Ausführungsform des Verfahrens ist es zum einen möglich, dass die elektrische Verbindung auf beiden axialen Seiten erst nach dem Erzeugen der endgültigen geomet rischen Form erfolgt. Alternativ ist es aber auch möglich, die elektrischen Verbindungen (vor oder nach dem Einlegen in die Nuten) zunächst nur auf einer axialen Seite der Wicklung herzustellen, anschließend auf der gegenüberliegenden axialen Seite die Biegestellen hinzuzufügen und dann im Anschluss da ran auf dieser Seite auch die elektrischen Verbindungen zu erzeugen .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine schematische perspektivische Teildarstellung ei ner Maschinenkomponente nach dem Stand der Technik zeigt,
Figur 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines haarnadelförmigen Leiterstabs nach dem Stand der Technik zeigt,
Figur 3 zwei einzelne Hohlleiterstäbe aus einer Maschinenkom ponente nach einem ersten Beispiel der Erfindung zeigt,
Figur 4 zwei einzelne Hohlleiterstäbe aus einer Maschinenkom ponente nach einem zweiten Beispiel der Erfindung zeigt und
Figur 5 eine elektrische Maschine im schematischen Längs
schnitt zeigt.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist eine schematische perspektivische Teildarstel lung einer Maschinenkomponente nach dem Stand der Technik ge- zeigt, wie er in der DE 102017204472 Al beschrieben ist. Die se Maschinenkomponente kann insbesondere wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt durch das Konzept der vorliegenden Erfindung modifiziert werden. Die Maschinenkomponente ist hier ein Sta tor 3, welcher innerhalb einer elektrischen Maschine einen hier nicht dargestellten innenliegenden Rotor radial umgeben kann. Der Stator 3 weist eine zentrale Achse A auf, welche in der elektrischen Maschine auch der zentralen Maschinenachse entspricht .
Der hier gezeigte Stator 3 weist ein Joch 5 mit einer Viel zahl von Nuten 7 auf. In diese Nuten 7 ist die Statorwicklung in Form einer verteilten Leiterwicklung 4 eingelegt. Diese Leiterwicklung 4 ist aus einzelnen haarnadelförmigen Hohllei terstäben 8 zusammengesetzt und bildet eine Wellenwicklung. Der Übersichtlichkeit halber ist in Figur 1 nur ein kleiner Teil der verteilten Leiterwicklung 4 gezeigt, nämlich ein vollständiger haarnadelförmiger Hohlleiterstab 8 und Teilbe reiche von zwei daran angrenzenden ähnlichen Hohlleiterstä ben. In der vollständigen Leiterwicklung 4 sind aber in Wirk lichkeit alle Nuten (beispielsweise in zwei oder mehr Lagen) mit solchen haarnadelförmigen Hohlleiterstäben 8 gefüllt, welche elektrisch miteinander zu einer übergeordneten Wick lung verbunden sind. Diese Wicklung kann auch elektrisch in einzelne Wicklungsgruppen aufgeteilt sein.
Die Leiterwicklung 4 weist einen axial innenliegenden Bereich 26 auf und zwei daran angrenzende axial endständige Bereiche 25 und 27. Im axial innenliegenden Bereich 26 weisen die haarnadelförmigen Hohlleiterstäbe 8 jeweils gerade Leiterseg mente auf, welche in den Nuten 7 des Jochs 5 liegen und in axialer Richtung A ausgerichtet sind. Diese geraden Leiter segmente sind für den Hauptteil der elektromagnetischen Wech selwirkung in der elektrischen Maschine ursächlich. Dagegen liegen in den beiden axialen Endbereichen 25 und 27 gebogene Teilstücke des Leiterstabs 8 vor, da hier die unterschiedli chen Umfangspositionen der geraden innenliegenden Leiterseg mente zu überbrücken sind, um insgesamt eine übergeordnete Leiterwicklung 4 zu bilden. Im links dargestellten axialen Endbereich 27 liegt hierzu ein klammerförmiges Verbindungs segment vor, welches ein einstückiges Teil des haarnadelför migen Hohlleiterstabs 8 ist. Hier müssen also keine elektri schen Kontaktierungen nachträglich eingefügt werden. Im rechts dargestellten axialen Endbereichs 25 müssen die End stücke der benachbarten haarnadelförmigen Leiterstäbe dagegen erst nachträglich verbunden werden. Hierzu werden die äußers ten Endstücke der zu verbindenden Leiter im Anschluss an einen zweiten Knick parallel verlaufend übereinandergelegt und dort elektrisch miteinander verbunden. In diesem ersten axialen Endbereich 25 liegt eine ringförmige und gekapselte erste Kühlmittelkammer 23 vor. Aus dieser ersten Kühlmittel kammer 23 kann ein fluides Kühlmittel bei vergleichsweise ho hem Druck in die endständigen Öffnungen 10 der haarnadelför migen Leiterstäbe 8 eingespeist werden. Diese Öffnungen 10 ergeben sich als natürliche endständige Öffnungen der haarna delförmigen Hohlleiterstäbe.
Im gegenüberliegenden zweiten axialen Endbereich 27 liegt ebenfalls eine ringförmige und gekapselte zweite Kühlmittel kammer 24 vor, welche der Niederdruck-Seite des Kühlkreis laufs entspricht. Um das Kühlmittel auf dieser Seite aus den Hohlleiterstäben austreten zu lassen, sind die haarnadelför migen Leiterstäbe 8 auf dieser Seite ebenfalls mit Öffnungen 10 versehen. Diese Öffnungen wurden nachträglich durch das Anbringen von entsprechenden Bohrungen im Bereich der haarna delförmigen Knickstellen der Leiterstäbe angebracht. Diese Bohrungen 10 sind im linken Teil der Figur 1 durch zwei ent sprechende Punkte markiert. Das nachträgliche Anbringen die ser Bohrungen im Knickbereich des Hohlleiterstabs bringt die weiter oben beschriebenen Nachteile mit sich, insbesondere in Bezug auf den zusätzlichen Fertigungsschritt und die Schwie rigkeiten bei der Einhaltung vorgegebener geometrischer Tole ranzen für die Austrittsöffnung.
In Figur 2 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines einzelnen haarnadelförmigen Leiterstabs 8 nach dem Stand der Technik gezeigt. Insbesondere handelt es sich hier um einen herkömmlichen Leiterstabs 8, wie er in der Maschi nenkomponente 3 der Figur 1 zum Einsatz kommt. Wie in Figur 2 dargestellt, weist ein einzelner solcher Leiterstab 8 zwei gerade axial innenliegende Innenabschnitte 11 auf und insge samt drei rechts und links daran angrenzende endständige Au ßenabschnitte 12. Der links dargestellte Außenabschnitt 12 überbrückt dabei nach Art einer Klammer den Abstand zwischen den beiden Innenabschnitten 11. Am äußersten Klick dieses Klammersegments ist der Leiterstab mit den bereits weiter oben beschriebenen Bohrungen 10 versehen, welche als Kühlmit telaustrittsöffnungen dienen. Auf der rechts dargestellten Seite bilden die beiden Außenabschnitte 12 die Enden des Hohlleiterstabes, sodass sich hier die beiden Öffnungen 10 als natürliche Öffnungen des innenliegenden Kühlmittelkanals ergeben. Die Durchflussrichtung des Kühlmittels durch diesen Leiterstab ist in Figur 2 durch entsprechende Pfeile angedeu tet .
Figur 3 zeigt zwei einzelne Hohlleiterstäbe 9, wie sie in ei ner Maschinenkomponente 3 nach einem ersten Beispiel der Er findung zum Einsatz kommen können. Diese Maschinenkomponente 3 kann dabei beispielsweise dem in Figur 1 gezeigten Stator 3 entsprechen, wobei allerdings die dort vorliegenden herkömm lichen haarnadelförmigen Hohlleiterstäbe 8 jeweils durch zwei der in Figur 3 gezeigten einfacheren Hohlleiterstäbe 9 er setzt sind. Abgesehen von dieser Modifikation soll jedoch die Maschinenkomponente 3 nach dem ersten Beispiel der Erfindung genau der in Figur 1 dargestellten Maschinenkomponente 3 ent sprechen. Es soll sich also um einen Stator einer elektri schen Maschine handeln, wobei dieser Stator 3 mit zwei end ständigen Kühlmittelkammer 23 und 24 versehen ist, um fluides Kühlmittel auf der ersten Seite 25 gleichzeitig in die Öff nungen 10 der Hohlleiterstäbe einzuleiten und auf der gegen überliegenden Seite 27 gleichzeitig aus diesen hinaus zu lei ten. Ebenso sollen auch hier die axial innenliegenden Innen abschnitte 11 der einzelnen Hohlleiterstäbe in die Nuten 7 des Jochs 5 eingebettet sein. Im Unterschied zur herkömmlichen Ausführung der Leiterwick lung 4 ist diese beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfin dung nicht aus haarnadelförmigen Hohlleiterstäben, sondern aus einer doppelt so großen Anzahl von einfacheren Hohllei terstäben 9 zusammengesetzt. Wie in Figur 3 dargestellt, weist jeder dieser Hohlleiterstäbe 9 genau einen geraden axi al innenliegenden Innenabschnitt 11 auf. Zusätzlich weist er genau zwei gegenüberliegend daran angrenzende Außenabschnitte 12 auf. Jeder dieser Außenabschnitte 12 weist im Bereich des Übergangs zum geraden Innenabschnitt 11 eine erste Biegestel le 13 auf. Durch diese Biegungen wird eine Überbrückung der unterschiedlichen Umfangspositionen der Innenabschnitte 11 ermöglicht, sodass die einzelnen Hohlleiterstäbe elektrisch zu einer übergeordneten Leiterwicklung 4 verbunden werden können. Diese Verbindung wird bei dem ersten Ausführungsbei spiel der Erfindung auf beiden axialen Seiten der Maschinen komponente erst durch nachträgliche elektrische Verbindung der vorgefertigten Hohlleiterstäbe 9 geschaffen. Um dies zu erleichtern weisen beim Beispiel der Figur 3 die einzelnen Hohlleiterstäbe 9 in ihren axialen Endbereichen jeweils noch eine zweite Biegestelle 15 auf. Die axial endständigen Lei tersegmente, welche im Anschluss an diese zweite Biegestelle folgen, können wie im linken Teil der Figur 3 gezeigt für die jeweils zu verbindenden Hohlleiterstäbe 9 parallel zueinander und übereinanderliegend angeordnet werden. Hierdurch wird ein elektrischer Verbindungsbereich 17 gebildet, in welchem eine vergleichsweise große Kontaktfläche vorliegt. In diesem elek trischen Verbindungsbereich 17 können die beiden benachbarten Hohlleiterstäbe 9 beispielsweise durch Schweißen oder Löten oder aber auch durch eine andere Art der elektrischen Kontak tierung miteinander leitend verbunden werden.
Analog zu dem in Figur 1 dargestellten Aufbau sollen auch hier die Innenabschnitte 11 in die Nuten 7 des Jochs 5 einge bettet sein. Ausgangselement für die Herstellung der endgül tigen Form der einzelnen Hohlleiterstäbe ist jeweils ein ge rader Stab, wie er in Figur 3 durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Bei der Herstellung kann entweder so vorge gangen werden, dass diese geraden Stäbe zunächst in die Nuten des Jochs eingelegt werden und erst anschließend daran auf beiden Seiten in ähnlichen Prozessschritten gebogen werden. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Biegestellen 13 und 15 zunächst auf einer axialen Seite erzeugt werden, die Stäbe dann in die Nuten eingelegt werden und erst im An schluss daran auf der gegenüberliegenden axialen Seite die dort nötigen Biegestellen 13 und 15 erzeugt werden.
Den verschiedenen möglichen Varianten ist gemeinsam, dass die fertig geformten Hohlleiterstäbe 9 jeweils die Form eines auseinandergezogenen Z aufweisen, wobei die ganz außenliegen den Endstücke noch mit einem zusätzlichen Knick versehen sind. Die einzelnen Hohlleiterstäbe sind dabei zweckmäßig im Wesentlichen symmetrisch geformt, wobei die hier dargestellte Z-förmige Geometrie eine zweizählige Symmetrieachse aufweist.
Statt der hier dargestellten Z-förmigen Geometrie ist es aber auch möglich und unter Umständen vorteilhaft, wenn sich die Außenabschnitte 12 in Abwandlung des Beispiels der Figur 3 jeweils in gleiche Richtungen von dem zugehörigen Innenab schnitt 11 wegbiegen, so dass insgesamt eine gestreckt U-för mige Geometrie gebildet wird. Eine solche Formgebung kann beispielsweise für die Bildung einer verteilten Schleifen wicklung vorteilhaft sein.
Im Unterschied zu dem in Figur 2 dargestellten Stand der Technik weisen die Hohlleiterstäbe 9 der Figur 3 in beiden axialen Endbereichen natürliche Öffnungen 10 auf, welche sich als Fortsetzungen des innenliegenden Kanals des jeweiligen Hohlleiterstabs ergeben. Ein Vorteil hiervon ist, dass der schwierige Verfahrensschritt für die nachträgliche Anbringung von Bohrungen an den Hohlleiterstäben entfällt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Leiterstäbe auf beiden axialen Seiten Öffnungen 10 mit vergleichbarem Öffnungsquerschnitt aufwei- sen . In Figur 4 sind zwei einzelne Hohlleiterstäbe aus einer Ma schinenkomponente nach einem zweiten Beispiel der Erfindung gezeigt. Auch bei diesem Beispiel ist die Maschinenkomponente im Wesentlichen wie in Figur 1 dargestellt aufgebaut, wobei allerdings wiederum die dort vorliegenden herkömmlichen haar nadelförmigen Hohlleiterstäbe 8 jeweils durch zwei der in Fi gur 4 gezeigten einfacheren Hohlleiterstäbe 9 ersetzt sind. Ähnlich wie beim Beispiel der Figur 3 sind auch hier die ein zelnen Hohlleiterstäbe 9 durch nachträgliches Biegen von ur sprünglich geraden Hohlleiterstäben erzeugt worden. Im Unter schied zum Beispiel der Figur 3 weist jeder Hohlleiterstab 9 jedoch nur zwei erste Knickstellen 13 auf. Diese ersten
Knickstellen sind jeweils Teil der Außenabschnitte 12 und liegen jeweils im Bereich des Übergangs zum benachbarten In nenabschnitt 11. Die zusätzlichen zweiten Knickstellen 15 entfallen also beim Beispiel der Figur 4, sodass die Außenab schnitte im Anschluss an die beschriebenen ersten Knickstel len jeweils als gerade Leiterabschnitte ausgebildet sind. Die einzelnen Hohlleiterstäbe 9 weisen also jeweils die Form ei nes auseinander gestreckten Z, ohne zusätzliche Knickstellen auf. Diese einfachere Formgebung führt zu einem vereinfachten Herstellungsprozess. Trotz der einfacheren Form kann auch hier ein elektrischer Verbindungsbereich 17 durch eine ent sprechende Kreuzung der endständigen Leiterabschnitte ge schaffen werden. Es liegt also auch hier eine ausreichende elektrische Kontaktfläche vor, um durch Schweißen oder Löten oder eine andere Art der Verbindung einen elektrischen Kon takt zu schaffen. Die Vorteile im Hinblick auf die einfache Herstellung, die Symmetrie der Öffnungen 10 und auch im Hin blick auf die Symmetrie der Leiterwicklung 4 insgesamt sind also bei beiden Ausführungsbeispielen ähnlich.
In Figur 5 ist eine elektrische Maschine 51 nach einem Aus führungsbeispiel der Erfindung im schematischen Längsschnitt gezeigt. Diese elektrische Maschine 51 umfasst einen Rotor 57 und einen Stator 3. Der Rotor 57 ist mittels einer Rotorwelle 59 um eine Rotationsachse A drehbar gelagert, wobei diese Ro tationsachse der zentralen Achse der Maschine und somit auch des Stators entspricht. Hierzu ist die Rotorwelle 59 über die Lager 60 gegen das Maschinengehäuse 61 abgestützt. Bei der elektrischen Maschine kann es sich grundsätzlich um einen Mo tor oder einen Generator handeln oder auch um eine Maschine, die in beiden Modi betrieben werden kann.
Im gezeigten Beispiel ist der Stator 3 als Maschinenkomponen te nach dem Konzept der vorliegenden Erfindung ausgestaltet. Dieser Stator 3 weist eine Statorwicklung 4 mit einer Mehr zahl von Leiterwindungen auf, die in Form einer verteilten Wicklung über den Umfang des Stators 3 angeordnet sind. Dabei kann die Statorwicklung 4 auch in mehrere abgeschlossene Um fangssegmente unterteilt sein. Die Statorwicklung 4 ist in Nuten eines Statorblechpakets eingebettet, welches in einem axial innenliegenden Bereich 16 des Stators 3 angeordnet ist und als Joch 5 wirkt. Vor allem die im axial innenliegenden Bereich 26 angeordneten Teile der Statorwicklung 4 treten beim Betrieb der elektrischen Maschine 51 in elektromagneti sche Wechselwirkung mit einem Feld des Rotors. Dazu ist der Rotor 57 mit einer hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Felderregung ausgestattet. Diese Wechselwirkung findet über einen Luftspalt 56 hinweg statt, der radial zwi schen Rotor 57 und Stator 3 liegt.
Die Statorwicklung 4 ist aus einzelnen Hohlleiterstäben 9 zu sammengesetzt, welche beispielsweise ähnlich wie in den Figu ren 3 oder 4 ausgestaltet sein können. Die Anordnung dieser Hohlleiterstäbe 9 in dem Joch 5 kann dabei ähnlich ausgestal tet sein wie in Figur 1 gezeigt, allerdings mit entsprechend modifizierten Hohlleiterstäben. Im Unterschied zum Stator 3 der Figur 1 weist der Stator der Figur 5 allerdings nur eine erste gekapselte Kühlmittelkammer 23 auf, welche im ersten axialen Endbereich 25 angeordnet ist. Am gegenüberliegenden axialen Endbereichs 27, also auf der Kühlmittelaustrittssei te, sind die Wickelköpfe 4a der Leiterwicklung 4 hier unge kapselt. Das hier austretende Kühlmittel 61 wird jedoch in einem Sammelbereich 63 aufgefangen und von hier wieder dem Kühlmittelkreislauf zugeführt. Bei der Maschine der Figur 5 ist also nur der Stator 3 als Maschinenkomponente nach dem Konzept der vorliegenden Erfin dung ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, dass der Rotor 57 nach dem Konzept der vorlie genden Erfindung ausgestaltet ist. Auch für eine entsprechen de Rotorwicklung und deren Kühlung mit einem flüssigen Kühl mittel kommen die Vorteile der Erfindung analog zum Tragen.
Bezugs zeichenliste
3 Stator
4 Leiterwicklung
4a Wickelköpfe
4b axial innenliegender Wicklungsabschnitt
5 Joch
7 Nut
8 haarnadelförmiger Leiterstab
9 Hohlleiterstab
10 Öffnung
11 Innenabschnitt
12 Außenabschnnitt
13 erste Biegestelle
15 zweite Biegestelle
16 gerader Endabschnitt
17 elektrischer Verbindungsbereich
23 erste Kühlmittelkammer
24 zweite Kühlmittelkammer
25 erster axialer Endbereich
26 axial innenliegender Bereich
27 zweiter axialer Endbereich
51 elektrische Maschine
56 Luftspalt
57 Rotor
59 Rotorwelle
60 Lager
61 Maschinengehäuse
61 Kühlmittel
63 Sammelbereich
A zentrale Achse
r radiale Richtung

Claims

Patentansprüche
1. Maschinenkomponente (3) für eine elektrische Maschine mit einer zentralen Achse (A) , umfassend,
- ein Joch (5) mit einer Mehrzahl von Nuten (7)
- und eine Leiterwicklung (4),
- wobei die Leiterwicklung (4) eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verbundenen einzelnen Hohlleiterstäben (9) auf weist,
- wobei jeder Hohlleiterstab (9) aus einem axial innenliegen den Innenabschnitt (11) und zwei daran angrenzenden axial außenliegenden Außenabschnitten (12) besteht,
- wobei die Innenabschnitte (11) der Hohlleiterstäbe (9) je weils als gerade, axial ausgerichtete Leiterabschnitte aus gebildet sind und in die Nuten (7) des Jochs (5) eingebet tet sind,
- wobei die einzelnen Hohlleiterstäbe (9) jeweils zwei gegen überliegende axial endständige Öffnungen (10) aufweisen,
- wobei bei jedem Hohlleiterstab (9) der gerade Innenab
schnitt (11) über zwei Biegestellen (13) in die benachbar ten Außenabschnitte (12) übergeht.
2. Maschinenkomponente (3) nach Anspruch 1, bei welcher die einzelnen Hohlleiterstäbe (9) jeweils einstückig ausgebildet sind .
3. Maschinenkomponente (3) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welcher die beiden Außenabschnitte (12) der einzelnen Hohlleiterstäbe (9) jeweils symmetrisch zueinander ausgebil det sind.
4. Maschinenkomponente (3) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welcher die beiden Biegestellen (13) eines je weiligen Hohlleiterstabs (9) entgegengesetzt ausgerichtete Biegerichtungen aufweisen, so dass der Hohlleiterstab (9) insgesamt eine gespreizt Z-förmige Grundstruktur aufweist.
5. Maschinenkomponente (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die beiden Biegestellen (13) eines jeweiligen Hohlleiterstabs (9) gleichseitig ausgerichtete Biegerichtun gen aufweisen, so dass der Hohlleiterstab (9) insgesamt eine gespreizt U-förmige Grundstruktur aufweist.
6. Maschinenkomponente (3) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welcher die einzelnen Hohlleiterstäbe (9) je weils einen durchgehenden innenliegenden Kanal mit einem über die Länge einheitlichen Querschnitt aufweisen.
7. Maschinenkomponente (3) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welcher die Außenabschnitte (12) der einzelnen Hohlleiterstäbe (9) neben ihren jeweiligen Biegestellen (13) jeweils ausschließlich gerade Stabsegmente aufweisen.
8. Maschinenkomponente (3) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welcher die Außenabschnitte (12) der einzelnen Hohlleiterstäbe (9) neben ihren jeweiligen Biegestellen (13) jeweils ein weiteres gebogenes Stabsegment aufweisen.
9. Maschinenkomponente (3) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welcher jeder Hohlleiterstab (9) über wenigstens einen seiner Außenabschnitte (12) mit einem Außenabschnitt (12) eines benachbarten Hohlleiterstabs (9) derart elektrisch verbunden ist, dass insgesamt durch die Mehrzahl von Hohllei terstäben (9) eine verteilte Leiterwicklung (4) ausgebildet wird .
10. Maschinenkomponente (3) nach einem der vorhergehenden An sprüche, bei welcher die elektrische Verbindung (17) der ein zelnen Hohlleiterstäbe (9) durch eine Schweißstelle, eine Lötstelle, und/oder durch eine Klemmung und/oder Verschrau bung mit einem elektrisch leitenden Element gebildet ist.
11. Maschinenkomponente (3) nach einem der vorhergehenden An sprüche, - welche einen ersten axialen Endbereich (25) aufweist, der für alle Hohlleiterstäbe (9) als Kühlmitteleintrittsseite ausgebildet ist,
- und welche einen gegenüberliegenden zweiten axialen Endbe reich (27) aufweist, der für alle Hohlleiterstäbe (9) als Kühlmittelaustrittsseite ausgebildet ist.
12. Maschinenkomponente (3) nach Anspruch 11, welche wenigs tens in einem der beiden axialen Endbereiche (25) der Maschi nenkomponente eine gegen ihre Umgebung fluidisch gekapselte erste Kühlmittelkammer (23) aufweist, welche zumindest einen Teil der in diesem axialen Endbereich (25) liegenden Außenab schnitte (12) der Hohlleiterstäbe (9) gemeinsam umgibt,
- so dass ein fluides Kühlmittel (61) aus der Kühlmittelkam mer (23) über die Öffnungen (10) in die Hohlleiterstäbe (9) eingeleitet und/oder von den Hohlleiterstäben (9) in die Kühlmittelkammer (23) ausgeleitet werden kann.
13. Maschinenkomponente (3) nach einem der vorhergehenden An sprüche, welche als Stator (3) für eine elektrische Maschine (51) ausgebildet ist.
14. Elektrische Maschine (51) mit einer Maschinenkomponente (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Verfahren zur Herstellung einer Maschinenkomponente (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
- bei welchem eine Mehrzahl von länglich geformten einzelnen Hohlleiterstäben (9) in die Nuten (7) des Jochs (5) einge führt werden
- und bei welchem an diesen Hohlleiterstäben (9) zumindest auf einer der beiden axialen Seiten erst nach dem Einführen in die Nuten (7) des Jochs (5) die jeweilige Biegestelle (13) erzeugt wird.
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