WICKLUNGSANORDNUNG MIT SPULENWICKLUNGEN UND EINEM KÜHLKANALSYSTEM

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung mit Spulenwicklungen und einem Kühlkanalsystem für einen elektrischen Apparat, vorzugsweise für eine ölgefüllte Drossel oder einen Transformator.

[0002] Die Strömung des Kühlmittels wird in solchen Wicklungen entweder durch eine Pumpe erzwungen (OD/OF-Kühlung) oder erfolgt selbständig auf Grund der thermisch bedingten Dichteänderung der Kühlflüssigkeit (ON-Kühlung). Die in der Wicklung erwärmte Kühlflüssigkeit steigt auf Grund des geringeren spezifischen Raumgewichts gegenüber der umgebenden Flüssigkeitsmenge auf und wird durch von unten zuströmende Kühlflüssigkeit ersetzt.

[0003] Solche Wicklungen werden vorzugsweise als Spulen- oder Scheibenwicklungen ausgeführt bei denen die Kühlkanäle radial angeordnet sind.

[0004] In einer Vielzahl von Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, solche Wicklungen mit radial angeordneten Kühlkanälen liegend (Wicklungsachse parallel zum Boden) einzusetzen.

[0005] Das Problem dabei ist, dass ab einer bestimmten radialen Breite der Wicklung in radial verlaufenden weitgehend horizontal angeordneten Kühlkanälen keine ausreichende natürliche Ölzirkulation mehr sichergestellt werden kann.

[0006] CH 297561 A offenbart einen flüssigkeitsgekühlten Transformator, dessen Wicklungen in Kunstharz eingegossen sind, wobei diese Kunstharzisolation mit Wasser gekühlt wird.

[0007] GB 937161 A offenbart eine flüssigkeitsgekühlte Vorrichtung, z. B einen Öltransformator, der eine Kühlkanalstruktur aufweist, welche Kühlflüssigkeitswege definiert und mehrere übereinander angeordnete Zellen umfasst.

[0008] US 4000482 A offenbart einen flüssigkeitsgekühlten elektrischen Transformator mit einer Scheiben- oder Flachspulen-Transformatorwicklung und einer Kühlkanalstruktur zur Erzeugung vertikal und radial gerichteter Kühlflüssigkeitsströmungen.

[0009] US 2002/0024262 A1 offenbart eine Wicklungsstruktur einer zwischen zwei koaxialen Zylindern angeordneten Wicklung einer elektrischen Induktionsvorrichtung. Die Wicklung umfasst mehrere in einer axialen Richtung hintereinander angeordnete Scheibenwindungen, die zueinander und von den Zylindern beabstandet zur Erzeugung vertikal und axial gerichteter Kühlmittelströmungen zwischen den Zylindern angeordnet sind.

[0010] EP 0040262 A1 offenbart eine elektrische Spulenanordnung mit radial beabstandeten Spulenwindungen zur Erzeugung radial zwischen den Spulenwindungen verlaufenden Kühlmittelströmungen.

[0011] EP 0582218 A1 offenbart eine Drosselspule für einen Stromrichter mit zwei parallel und unmittelbar nebeneinander angeordneten, rohrförmigen Wicklungsträgern, die eine aus zwei Teilwicklungen bestehende Wicklung tragen, wobei die Wicklungsträger als Kühlkörper zur Innenkühlung der Drosselspule mit einer elektrisch leitfähigen Kühlflüssigkeit dienen.

[0012] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Wicklungsanordnung mit Spulenwicklungen und einem Kühlkanalsystem zu deren Kühlung anzugeben.

[0013] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0014] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0015] Die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung umfasst wenigstens eine Spulenwicklung und ein Kühlkanalsystem zur Aufnahme eines Kühlmittels zur Kühlung der Spulenwicklung. Dabei sind die Spulenwicklungen um eine in einer x-Richtung verlaufende x-Achse gewickelt. Zwischen Windungen der Spulenwicklung sind Kühlkanäle des Kühlkanalsystems angeordnet. Das Kühlkanalsystem ist derart ausgebildet, dass bei geeigneter Ausrichtung der Wicklungsanordnung im Erdschwerefeld und Befüllung des Kühlkanalsystems mit dem Kühlmittel eine durch einen Stromfluss erzeugte Erwärmung der Spulenwicklungen eine Konvektionsströmung des Kühlmittels durch sämtliche Kühlkanäle des Kühlkanalsystems bewirkt.

[0016] Mit dem Begriff Spulenwicklungen werden hier nicht nur Spulenwicklungen im wörtlichen Sinne bezeichnet, sondern auch Scheibenwicklungen.

[0017] Erfindungsgemäß wird eine Strömung des Kühlmittels somit allein durch dessen Erwärmung durch die Spulenwicklungen erzeugt. Dies wird durch die Ausbildung des Kühlkanalsystems erreicht. Dies hat den Vorteil, dass keine weiteren Vorrichtungen zur Erzeugung einer Strömung des Kühlmittels erforderlich sind. Insbesondere sind keine Pumpen zur Erzeugung einer Kühlmittelströmung erforderlich.

[0018] Dadurch wird die Konstruktion der Wicklungsanordnung gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Wicklungsanordnungen mit gekühlten Spulenwicklungen erheblich vereinfacht und verbilligt. Außerdem wird die Betriebs-sicherheit der Wicklungsanordnung erhöht, da der Wegfall von separaten Vorrichtungen zur Erzeugung einer Kühlmittel-strömung auch die Gefahr eines Ausfalls derartiger Vorrichtungen beseitigt.

[0019] Die Auslegung des Kühlkanalsystems zur Durchströmung sämtlicher Kühlkanäle des Kühlkanalsystems vermeidet vorteilhaft lokale Überhitzungen von Spulenwicklungen und reduziert somit die Gefahr von Beschädigungen und Funktionseinbußen der Wicklungsanordnung durch derartige Überhitzungen.

[0020] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Wicklungsanordnung sind die Kühlkanäle an einem Trägerkörper angeordnet. Ferner weist das Kühlkanalsystem wenigstens eine im Inneren des Trägerkörpers angeordnete Speicherkammer auf und jede Speicherkammer ist über Verbindungskanäle mit Kühlkanälen verbunden.

[0021] In den Speicherkammern kann ausreichend Kühlmittel zur Kühlung der Spulenwicklungen zur Verfügung gestellt werden. Über die Verbindungskanäle kann das Kühlmittel aus den Speicherkammern den Kühlkanälen zugeführt bzw. auf diese verteilt und aus ihnen abgeführt werden. Dadurch wird eine Kühlmittelzirkulation innerhalb des Kühlkanalsystems ermöglicht, die eine erfindungsgemäße Kühlung der Spulenwicklungen bewirkt.

[0022] Vorzugsweise ist dabei jeder Kühlkanal an einer Außenseite des Trägerkörpers angeordnet. Dadurch kann einerseits die Kühlung der Spulenwicklungen durch einen thermischen Kontakt der Kühlkanäle mit der Umgebung der Wicklungsanordnung vorteilhaft verbessert werden. Andererseits können die Kühlkanäle in einfacher und effizienter Weise um die Speicherkammern im Inneren des Trägerkörpers herum angeordnet und mit diesen verbunden werden.

[0023] Von jeder Speicherkammer gehen vorzugsweise wenigstens ein erster Verbindungskanal, der wenigstens näherungsweise in einer z-Richtung verläuft, und wenigstens ein zweiter Verbindungskanal, der wenigstens näherungsweise in einer zu der z-Richtung und der x-Richtung orthogonalen y-Richtung verläuft, aus. Diese geometrische Anordnung der von den Speicherkammern ausgehenden Verbindungskanäle ermöglicht es vorteilhaft, den durch Erwärmung der Spulenwicklungen entstehenden Auftrieb innerhalb des Kühlmittels zur Durchströmung sämtlicher Kühlkanäle des Kühlkanalsystems zu nutzen, indem die Wicklungsanordnung im Erdschwerefeld mit der z-Richtung in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet wird.

[0024] Dabei verlaufen alle von Speicherkammern ausgehenden zweiten Verbindungskanäle vorzugsweise wenigstens näherungsweise in der y-Richtung. Dies ermöglicht eine geometrisch einfache und zweckmäßige Gestaltung der Verbindungskanäle zur Durchströmung der Kühlkanäle mit dem Kühlmittel.

[0025] In einer bevorzugten Ausgestaltung des Kühlkanalsystems sind dabei erste und zweite Verbindungskanäle über in der x-Richtung verlaufende dritte Verbindungskanäle mit den Kühlkanälen verbunden. Die dritten Verbindungskanäle unterstützen dabei vorteilhaft die Verteilung des Kühlmittels auf die Kühlkanäle, insbesondere in der x-Richtung.

[0026] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist das Kühlkanalsystem wenigstens zwei Speicherkammern auf und die Speicherkammern sind entlang der x-Richtung hintereinander angeordnet. Durch eine Mehrzahl hintereinander angeordneter Speicherkammern wird die Strömung von Kühlmittel durch das Kühlkanalsystem verbessert, indem das Kühlkanalsystem vorteilhaft segmentiert wird.

[0027] In dieser Ausgestaltung sind die von benachbarten Speicherkammern ausgehenden ersten und zweiten Verbindungs-kanäle vorzugsweise versetzt zueinander angeordnet. Dadurch ergänzen sich die Strömungen aus und zu benachbarten Speicherkammern vorteilhaft, indem Kühlkanäle, die von einer Speicherkammer weniger versorgt werden, umso besser von einer benachbarten Speicherkammer versorgt werden.

[0028] Der Trägerkörper ist vorzugsweise zylinderförmig mit einer in der x-Richtung verlaufenden Zylinderachse ausgebildet. Dies ermöglicht vorteilhaft eine geometrisch einfache Konstruktion einer erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung.

[0029] Ferner umfasst der Trägerkörper vorzugsweise mehrere Hohlzylindersegmente, deren Hohlräume jeweils eine Speicher-kammer bilden und durch Trennscheiben voneinander getrennt sind, wobei die von den Speicherkammern ausgehenden ersten und zweiten Verbindungskanäle Öffnungen in den Hohlzylinder-wänden der Hohlzylindersegmente sind. Auf diese Weise kann in einfacher Weise die oben beschriebene besonders bevorzugte Ausgestaltung der Wicklungsanordnung mit mehreren hintereinander angeordneten Speicherkammern realisiert werden.

[0030] Alternativ ist innerhalb des Trägerkörpers ein Innenkörper angeordnet und die Speicherkammern sind durch Trennscheiben voneinander getrennte Zwischenräume zwischen dem Trägerkörper und dem Innenkörper. Auch diese Ausgestaltung realisiert die besonders bevorzugte Ausgestaltung der Wicklungsanordnung mit mehreren hintereinander angeordneten Speicherkammern. Diese Ausgestaltung kann insbesondere vorteilhaft, beispielsweise als Wicklungsanordnung für Transformatoren, insbesondere Fahrzeugtransformatoren, verwendet werden. Als Trägerkörper oder Innenkörper eignen sich beispielsweise elektrische Barriereanordnungen zur Hochspannungsisolation. Wenn hochspannungstechnisch nur eine Hochspannungsbarriere erforderlich ist, kann als Innenkörper beispielsweise vorteilhaft ein Transformatorkern genutzt werden.

[0031] Der Innenkörper ist dabei beispielsweise zylinderförmig ausgebildet. Dies ist besonders in Verbindung mit einem ebenfalls zylinderförmig ausgebildeten Trägerkörper vorteilhaft, da dann gleichmäßig geformte Speicherkammern in den Zwischenräumen zwischen beiden Körpern entstehen.

[0032] Erfindungsgemäß wird somit eine Wicklungsanordnung vorgeschlagen, in der durch Kombination verschieden ausgerichteter Kanäle (Kühlkanäle, Verbindungskanäle) und anderer Kühlmittelräume (Speicherkammern) jeweils Kanäle mit starkem Strömungsantrieb (weitgehend vertikale Kanäle) und Kanäle mit ungünstigem Kühlmittelantrieb (weitgehend horizontale Kanäle) zu einem Strömungskanal zusammengefasst werden. Durch diese Verkettung von Kanälen wird die Strömung des Kühlmittels durch die Wicklungsanordnung vergleichmäßigt und eine übermäßige Erwärmung von Teilen der Wicklung vermieden, indem ein Stagnieren der Strömung in den weitgehend horizontalen Kanälen vermieden wird.

[0033] Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit einer Zeichnung näher erläutert wird.

[0034] Dabei zeigen:

FIG 1

eine perspektivische Darstellung einer Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper,

FIG 2

eine perspektivische Teildarstellung einer Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper,

FIG 3

eine perspektivische Darstellung eines zylinderförmigen Trägerkörpers mit Axialleisten,

FIG 4

eine perspektivische Darstellung einer Trennscheibe und deren Befestigung zur Aufteilung eines zylindrischen Hohlraumes in zwei Speicherkammern,

FIG 5

einen Längsschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper und drei Speicherkammern,

FIG 6

einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper in einer Schnittebene durch eine erste Speicherkammer,

FIG 7

einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper in einer Schnittebene durch eine zweite Speicherkammer,

FIG 8

eine Draufsicht auf einen in eine Ebene abgewickelten zylinderförmigen Trägerkörper mit zwei Speicherkammern,

FIG 9

eine Draufsicht auf einen in eine Ebene abgewickelten zylinderförmigen Trägerkörper mit drei Speicherkammern,

FIG 10

eine Draufsicht auf einen in eine Ebene abgewickelten zylinderförmigen Trägerkörper mit vier Speicherkammern,

FIG 11

einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper ohne dritte Verbindungskanäle in einer Schnittebene durch eine erste Speicherkammer,

FIG 12

einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper ohne dritte Verbindungskanäle in einer Schnittebene durch eine zweite Speicherkammer,

FIG 13

einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper und einem Innenkörper in einer Schnittebene durch eine erste Speicherkammer, und

FIG 14

einen Querschnitt durch eine Wicklungsanordnung mit einem zylinderförmigen Trägerkörper und einem Innenkörper in einer Schnittebene durch eine zweite Speicherkammer.

[0035] Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0036] Figur 1 und Figur 2 zeigen eine perspektivische Darstellung bzw. Teildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung A. Die Wicklungsanordnung A umfasst eine Spulenwicklung 1, einen hohlzylinderförmigen Trägerkörper 2 und ein Kühlkanalsystem, das mit einem Kühlöl als Kühlmittel zur Kühlung der Spulenwicklungen 1 befüllt wird.

[0037] Die Spulenwicklung 1 verläuft helikal um eine Längsachse (Zylinderachse) des Trägerkörpers 2 an dessen Außenseite.

[0038] Das Kühlkanalsystem umfasst Kühlkanäle 40, die jeweils zwischen benachbarten Windungen der Spulenwicklung 1 angeordnet sind, eine Speicherkammer 20, die durch den Hohlraum im Inneren des Trägerkörpers 2 gebildet wird, und Verbindungskanäle 51, 52, 53, über die die Speicherkammer 20 mit den Kühlkanälen 40 verbunden ist.

[0039] Erste Verbindungskanäle 51 und zweite Verbindungskanäle 52 sind Öffnungen in der Hohlzylinderwand des Trägerkörpers 2. Dabei verlaufen die ersten Verbindungskanäle 51 wenigstens näherungsweise in einer z-Richtung, die orthogonal zu einer x-Richtung ist, welche durch die Längsachse (Zylinderachse) des Trägerkörpers 2 definiert wird. Die zweiten Verbindungskanäle 52 verlaufen wenigstens näherungsweise in einer y-Richtung, welche orthogonal zu der x-Richtung und der z-Richtung ist. Die ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 führen von der Speicherkammer 20 durch die Hohlzylinderwand des Trägerkörpers 2 zu dritten Verbindungskanälen 53, die an der Außenoberfläche des Trägerkörpers 2 in x-Richtung verlaufen.

[0040] Die dritten Verbindungskanäle 53 sind voneinander durch an der Außenoberfläche des Trägerkörpers 2 anliegende, in x-Richtung verlaufende Axialleisten 3 getrennt und regelmäßig über die gesamte Außenoberfläche des Trägerkörpers 2 verteilt.

[0041] Die Kühlkanäle 40 schließen sich jeweils an einen dritten Verbindungskanal 53 an und sind durch diesen von der Außenoberfläche des Trägerkörpers 2 beabstandet. Sie verlaufen in einer yz-Ebene jeweils radial von einem dritten Verbindungskanal 53 nach außen. In der yz-Ebene sind die Kühlkanäle 40 durch Trennungsleisten 4 voneinander getrennt, die jeweils auf einer Axialleiste 3 aufliegen und sich von dieser zwischen benachbarten Windungen der Spulenwicklung 1 radial nach außen erstrecken.

[0042] Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Trägerkörpers 2 der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Wicklungsanordnung A mit an dem Trägerkörper 2 angeordneten Axialleisten 3.

[0043] Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Wicklungsanordnung A ist dazu vorgesehen, im Erdschwerefeld mit der z-Richtung in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet zu werden. Das Kühlkanalsystem ist so konzipiert, dass bei einer derartigen Ausrichtung eine Erwärmung der Spulenwicklung 1, die durch einen Stromfluss durch die Spulenwicklung 1 erzeugt wird, eine Konvektionsströmung des Kühlöls durch sämtliche Kühlkanäle 40 des Kühlkanalsystems bewirkt. Die Konvektions-strömung wird dabei durch einen Auftrieb erzeugt, der durch die Erwärmung der Spulenwicklung 1 in dem Kühlöl entsteht. Die Anordnung insbesondere der ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 und deren näherungsweiser Verlauf in z- bzw. y-Richtung bewirken dabei, dass alle Kühlkanäle 40 in die Strömung des Kühlöls einbezogen werden. Um eine solche Strömung zu fördern, werden die zweiten Verbindungskanäle 52 vorzugsweise nicht exakt in y-Richtung verlaufend ausgeführt, sondern leicht davon abweichend, so dass sie jeweils eine aufwärts gerichtete Komponente der Strömung zulassen.

[0044] Eine Ausgestaltung des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels sieht anstelle einer Spulenwicklung 1 mehrere derartige Spulenwicklungen 1 vor, deren Windungen beispielsweise gegeneinander versetzt oder miteinander verflochten sind.

[0045] Hinsichtlich der Ausgestaltung des Kühlkanalsystems trifft Entsprechendes auch für die im Folgenden anhand der Figuren 4 bis 14 beschriebenen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Wicklungsanordnungen A zu. Auch diese weisen näherungsweise in z- bzw. y-Richtung verlaufende erste und zweite Verbindungskanäle 51, 52 auf, die eine Konvektionsströmung durch sämtliche Kühlkanäle 40 ermöglichen, wenn die Spulenwicklungen 1 von elektrischem Strom durchflossen werden und die jeweilige Wicklungsanordnung A im Erdschwerefeld mit der z-Richtung in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist. Die Wicklungsanordnungen A dieser Ausführungsbeispiele weisen ebenfalls jeweils einen zylinderförmigen Trägerkörper 2 auf. Sie unterscheiden sich aber von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass im Inneren des Trägerkörpers 2 zur weiteren Verbesserung der Konvektionsströmung des Kühlöls mehrere Speicherkammern 21, 22, 23, 24 entlang der Längsachse (Zylinderachse) des Trägerkörpers 2 hintereinander angeordnet sind. Die Längsachse des Trägerkörpers 2 definiert dabei jeweils wiederum eine x-Richtung. Die y- und die z-Richtung bezeichnen zu der x-Richtung und zueinander orthogonale Richtungen.

[0046] Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Trennscheibe 5 zur Aufteilung eines zylindrischen Hohlraumes innerhalb eines hier nicht dargestellten zylindrischen Trägerkörpers 2 in zwei Speicherkammern 21, 22. Die Trenn-scheibe 5 ist dabei mittels einer entlang der Längsachse des Trägerkörpers 2 angeordneten Befestigungsstange 6 an einer Tragevorrichtung 7 des Trägerkörpers 2 befestigt. Die Befestigungsstange 6 kann entfallen, wenn die Trennscheibe 5 an ihrem Außenrand mit der Innenoberfläche des Trägerkörpers 2 verbunden ist.

[0047] Figur 5 zeigt einen Längsschnitt in einer xz-Ebene durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wicklungsanordnung A. Die Wicklungsanordnung A weist einen zylinderförmigen Trägerkörper 2 mit drei Speicherkammern 21, 22, 23 auf, die jeweils als ein Hohlraum eines Hohlzylindersegmentes innerhalb des Trägerkörpers 2 ausgebildet sind. Benachbarte Speicherkammern 21, 22, 23 sind jeweils durch eine Trennscheibe 5 voneinander getrennt.

[0048] Von jeder Speicherkammer 21, 22, 23 gehen mehrere wenigstens annähernd in z-Richtung verlaufende erste Verbindungskanäle 51 und mehrere wenigstens annähernd in y-Richtung verlaufende zweite Verbindungskanäle 52 aus, die jeweils als eine Öffnung in der Hohlzylinderwand des jeweiligen Hohlzylindersegmentes ausgebildet sind. Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 jeweils mit einem dritten Verbindungskanal 53 verbunden. Ebenfalls wie im ersten Ausführungsbeispiel verlaufen die dritten Verbindungs-kanäle 53 in x-Richtung an der Außenoberfläche des Trägerkörpers 2 und sind mit sich nach außen anschließenden Kühlkanälen 40 verbunden, in denen Spulenwicklungen 1 angeordnet sind.

[0049] Die ersten Verbindungskanäle 51 und die zweiten Verbindungskanäle 52 benachbarter Speicherkammern 21, 22, 23 sind jeweils versetzt zueinander angeordnet. Dadurch wird die Konvektionsströmung des Kühlöls vorteilhaft weiter verbessert.

[0050] Die Figuren 6 und 7 zeigen jeweils einen Querschnitt in einer yz-Ebene durch die in Figur 5 dargestellte Wicklungsanordnung A, wobei die Schnittebene in Figur 6 durch eine erste Speicherkammer 21 verläuft und die Schnittebene in Figur 7 durch eine der ersten Speicherkammer 21 benachbarte zweite Speicherkammer 22 verläuft. Dargestellt sind außerdem die Richtungen der Konvektionsströmung des Kühlöls durch die ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52, die in den beiden Speicherkammern 21, 22 versetzt zueinander angeordnet sind.

[0051] Die Figuren 8 bis 10 zeigen jeweils eine Draufsicht auf einen entlang einer x-Richtung aufgeschnittenen und in eine xy-Ebene abgewickelten zylinderförmigen Trägerkörper 2 von Ausführungsbeispielen von Wicklungsanordnungen A, die sich durch die Anzahl von Speicherkammern 21, 22, 23, 24 und die Anzahl und/oder Verteilung von ersten und zweiten Verbindungskanälen 51, 52 unterscheiden, im Übrigen aber jeweils dem in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Ausführungs-beispiel entsprechen. Dargestellt ist jeweils auch die Lage der Trennscheiben 5, die die Speicherkammern 21, 22, 23, 24 voneinander trennen. Wie in dem in den Figuren 5 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 benachbarter Speicherkammern 21, 22, 23, 24 versetzt zueinander angeordnet.

[0052] Die Figuren 11 und 12 zeigen jeweils einen Querschnitt in einer yz-Ebene durch eine Wicklungsanordnung A gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den in den Figuren 5 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen dadurch, dass die Wicklungsanordnung A keine dritten Verbindungs-kanäle 53 aufweist, sondern die ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 direkt mit den Kühlkanälen 40 verbunden sind. Abgesehen davon ist die Wicklungsanordnung A analog zu den in den Figuren 5 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispielen ausgebildet. Insbesondere weist sie mehrere Speicherkammern 21, 22, 23, 24 auf, wobei die von benachbarten Speicherkammern 21, 22, 23, 24 ausgehenden ersten und zweiten Verbindungskanäle 51, 52 versetzt zueinander angeordnet sind. Figur 11 zeigt einen Querschnitt, dessen Schnittebene durch eine erste Speicherkammer 21 verläuft. Figur 12 zeigt einen Querschnitt, dessen Schnittebene durch eine der ersten Speicherkammer 21 benachbarte zweite Speicherkammer 22 verläuft.

[0053] Die Figuren 13 und 14 zeigen jeweils einen Querschnitt in einer yz-Ebene durch eine Wicklungsanordnung A gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Wie das in den Figuren 11 und 12 dargestellte Ausführungsbeispiel weist auch dieses Ausführungsbeispiel keine dritten Verbindungskanäle 53 auf. Der Unterschied zu dem in den Figuren 11 und 12 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht in der Ausbildung der Speicherkammern 21, 22, 23, 24. Innerhalb des Trägerkörpers 2 ist ein zylinderförmiger Innenkörper 8 angeordnet, dessen Zylinderachse mit der Zylinderachse des Trägerkörpers 2 zusammenfällt. Die Speicherkammern 21, 22, 23, 24 werden in diesem Ausführungsbeispiel von Zwischenräumen zwischen dem Trägerkörper 2 und dem Innenkörper 8 gebildet, die voneinander durch ringförmige Trennscheiben 5 voneinander getrennt sind. Abgesehen davon ist die Wicklungsanordnung A analog zu dem in den Figuren 11 und 12 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Figur 13 zeigt einen Querschnitt, dessen Schnittebene durch eine erste Speicher-kammer 21 verläuft. Figur 14 zeigt einen Querschnitt, dessen Schnittebene durch eine der ersten Speicherkammer 21 benachbarte zweite Speicherkammer 22 verläuft.

[0054] Bei dem in den Figuren 13 und 14 dargestellten Ausführungsbeispiel eignen sich als Trägerkörper 2 und/oder Innenkörper 8 beispielsweise elektrische Barriereanordnungen zur Hochspannungsisolation. Dieses Ausführungsbeispiel kann insbesondere vorteilhaft als Wicklungsanordnung für Fahrzeugtransformatoren verwendet werden. Wenn hochspannungstechnisch nur eine Hochspannungsbarriere erforderlich ist, kann als Innenkörper 8 beispielsweise vorteilhaft der Kern eines Transformators genutzt werden.

[0055] In allen beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ein Außenbereich um die Kühlkanäle 40 und Spulenwicklungen 1 herum ebenfalls als mit Kühlmittel befüllbarer und mit den Kühlkanälen 40 verbundener Bereich des Kühlkanalsystems ausgebildet sein.

[0056] Obwohl die Erfindung im Detail durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Ansprüche

1. Wicklungsanordnung (A) mit wenigstens einer um eine in einer x-Richtung verlaufende x-Achse gewickelte Spulenwicklung (1) und einem Kühlkanalsystem zur Aufnahme eines Kühlmittels zur Kühlung der Spulenwicklung (1), wobei

- zwischen Windungen der Spulenwicklung (1) Kühlkanäle (40) des Kühlkanalsystems angeordnet sind und das Kühlkanalsystem derart ausgebildet ist, dass bei geeigneter Ausrichtung der Wicklungsanordnung (A) im Erdschwerefeld und Befüllung des Kühlkanalsystems mit dem Kühlmittel eine durch einen Stromfluss erzeugte Erwärmung der Spulenwicklung (1) eine Konvektionsströmung des Kühlmittels durch sämtliche Kühlkanäle (40) des Kühlkanalsystems bewirkt,

- jede Spulenwicklung (1) und die Kühlkanäle (40) an einer Außenseite eines Trägerkörpers (2) angeordnet sind,

- das Kühlkanalsystem wenigstens eine im Inneren des Trägerkörpers (2) angeordnete Speicherkammer (20, 21, 22, 23, 24) aufweist

- und jede Speicherkammer (20, 21, 22, 23, 24) über Verbindungskanäle (51, 52, 53) mit Kühlkanälen (40) verbunden ist.

2. Wicklungsanordnung (A) nach Anspruch 1, wobei von jeder Speicherkammer (20, 21, 22, 23, 24) wenigstens ein erster Verbindungskanal (51), der wenigstens näherungsweise in einer zu der x-Richtung orthogonalen z-Richtung verläuft, und wenigstens ein zweiter Verbindungskanal (52), der wenigstens näherungsweise orthogonal zu der z-Richtung und der x-Richtung verläuft, ausgehen.

3. Wicklungsanordnung (A) nach Anspruch 2, wobei erste und zweite Verbindungskanäle (51, 52) über in der x-Richtung verlaufende dritte Verbindungskanäle (53) mit Kühlkanälen (40) verbunden sind.

4. Wicklungsanordnung (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlkanalsystem wenigstens zwei Speicherkammern (20, 21, 22, 23, 24) aufweist und die Speicherkammern (20, 21, 22, 23, 24) entlang der x-Richtung hintereinander angeordnet sind.

5. Wicklungsanordnung (A) nach Anspruch 4, wobei die von benachbarten Speicherkammern (20, 21, 22, 23, 24) ausgehenden ersten und zweiten Verbindungskanäle (51, 52) versetzt zueinander angeordnet sind.

6. Wicklungsanordnung (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Trägerkörper (2) zylinderförmig mit einer in der x-Richtung verlaufenden Zylinderachse ausgebildet ist.

7. Wicklungsanordnung (A) nach Anspruch 6, wobei der Trägerkörper (2) mehrere Hohlzylindersegmente umfasst, deren Hohlräume jeweils eine Speicherkammer (20, 21, 22, 23, 24) bilden und durch Trennscheiben (5) voneinander getrennt sind, und dass die von den Speicherkammern (20, 21, 22, 23, 24) ausgehenden ersten und zweiten Verbindungskanäle (51, 52) Öffnungen in den Hohlzylinderwänden der Hohlzylindersegmente sind.

8. Wicklungsanordnung (A) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb des Trägerkörpers (2) ein Innenkörper (8) angeordnet ist und die Speicherkammern (20, 21, 22, 23, 24) durch Trennscheiben voneinander getrennte Zwischenräume zwischen dem Trägerkörper (2) und dem Innenkörper (8) sind.

9. Wicklungsanordnung (A) nach Anspruch 8, wobei der Innenkörper (8) zylinderförmig ausgebildet ist.

Claims

1. Winding arrangement (a) having at least one coil winding (1) which is wound about an x axis running in an x direction, and a cooling duct system for receiving a coolant for cooling the coil winding (1), wherein

- cooling ducts (40) of the cooling duct system are arranged between turns of the coil winding (1), and the cooling duct system is embodied in such a way that given the suitable orientation of the winding arrangement (A) in the Earth's gravitational field and filling of the cooling duct system with the coolant, heating of the coil winding (1) which is generated by a current flow brings about a convection flow of the coolant through all the cooling ducts (40) of the cooling duct system,

- each coil winding (1) and the cooling ducts (40) are arranged on an outer side of a carrier body (2),

- the cooling duct system has at least one storage chamber (20, 21, 22, 23, 24) which is arranged in the interior of the carrier body (2),

- and each storage chamber (20, 21, 22, 23, 24) is connected to cooling ducts (40) by connecting ducts (51, 52, 53).

2. Winding arrangement (A) according to Claim 1,
wherein at least a first connecting duct (51), which runs at least approximately in a z direction which is orthogonal with respect to the x direction, and at least a second connecting duct (52), which runs at least approximately orthogonally with respect to the z direction and the x direction, proceeds from each storage chamber (20, 21, 22, 23, 24).

3. Winding arrangement (A) according to Claim 2,
wherein first and second connecting ducts (51, 52) are connected to cooling ducts (40) via third connecting ducts (53) which run in the x direction.

4. Winding arrangement (A) according to one of the preceding claims,
wherein the cooling duct system has at least two storage chambers (20, 21, 22, 23, 24), and the storage chambers (20, 21, 22, 23, 24) are arranged one behind the other along the x direction.

5. Winding arrangement (A) according to Claim 4,
wherein the first and second connecting ducts (51, 52) which proceed from adjacent storage chambers (20, 21, 22, 23, 24) are arranged offset with respect to one another.

6. Winding arrangement (A) according to one of the preceding claims,
wherein the carrier body (2) is embodied in a cylindrical shape with a cylinder axis which runs in the x direction.

7. Winding arrangement (A) according to Claim 6,
wherein the carrier body (2) comprises a plurality of hollow cylinder segments, the cavities of which each form a storage chamber (20, 21, 22, 23, 24) and are separated from one another by separating disks (5), and in that the first and second connecting ducts (51, 52) which proceed from the storage chambers (20, 21, 22, 23, 24) are openings in the hollow cylinder walls of the hollow cylinder segments.

8. Winding arrangement (A) according to one of the preceding claims,
wherein an internal body (8) is arranged inside the carrier body (2), and the storage chambers (20, 21, 22, 23, 24) are intermediate spaces, separated from one another by separating disks, between the carrier body (2) and the internal body (8).

9. Winding arrangement (A) according to Claim 8,
wherein the internal body (8) is embodied in the form of a cylinder.

Revendications

1. Agencement (A) d'enroulement ayant au moins un enroulement (1) de bobine, enroulé autour d'un axe x s'étendant dans une direction x, et un système de conduits de refroidissement pour recevoir un fluide de refroidissement de l'enroulement (1) de bobine, dans lequel

- des conduits (40) de refroidissement du système de conduits de refroidissement sont disposés entre des spires de l'enroulement (1) de bobine et le système de conduits de refroidissement est constitué de manière à ce que, lorsque l'agencement (A) d'enroulement est bien orienté dans le champ de la gravité terrestre et lorsque le système de conduits de refroidissement est rempli du fluide de refroidissement, un échauffement, produit par un flux de courant électrique de l'enroulement (1) de bobine, provoque un écoulement par convection du fluide de refroidissement dans tous les conduits (40) de refroidissement du système de conduits de refroidissement,

- chaque enroulement (1) de bobine et les conduits (40) de refroidissement sont disposés sur un côté extérieur d'un corps (2) support,

- le système de conduits de refroidissement a au moins une chambre (20, 21, 22, 23, 24) d'accumulation disposée à l'intérieur du corps (2) support

- et chaque chambre (20, 21, 22, 23, 24) d'accumulation communique avec des conduits (40) de refroidissement par des conduits (51, 52, 53) de liaison.

2. Agencement (A) d'enroulement suivant la revendication 1,
dans lequel,
de chaque chambre (20, 21, 22, 23, 24) d'accumulation, part au moins un premier conduit (51) de liaison, qui s'étend au moins à peu près dans une direction z orthogonale à la direction x, et au moins un deuxième conduit (52) de liaison, qui s'étend au moins à peu près orthogonalement à la direction z et à la direction x.

3. Agencement (A) d'enroulement suivant la revendication 2,
dans lequel
les premier et deuxième conduits (51, 52) de liaison communiquent avec des conduits (40) de refroidissement par des troisième conduits (53) de liaison s'étendant dans la direction x.

4. Agencement (A) d'enroulement suivant l'une des revendications précédentes,
dans lequel
le système de conduits de refroidissement a au moins deux chambres (20, 21, 22, 23, 24) d'accumulation et les chambres (20, 21, 22, 23, 24) d'accumulation sont disposées les unes derrière les autres dans la direction x.

5. Agencement (A) d'enroulement suivant la revendication 4,
dans lequel
les premier et deuxième conduits (51, 52) de liaison, partant de chambres (20, 21, 22, 23, 24) d'accumulation voisines, sont décalés les uns par rapport aux autres.

6. Agencement (A) d'enroulement suivant l'une des revendications précédentes,
dans lequel
le corps (2) support est de forme cylindrique en ayant un axe de cylindre s'étendant dans la direction x.

7. Agencement (A) d'enroulement suivant la revendication 6,
dans lequel
le corps (2) support comprend plusieurs segments de cylindre creux, dont les cavités forment respectivement une chambre (20, 21, 22, 23, 24) d'accumulation et sont séparés les uns des autres par des disques (5) de séparation et en ce que les premier et deuxième conduits (51, 52) de liaison, partant des chambres (20, 21, 22, 23, 24) d'accumulation, sont des ouvertures dans les parois des segments du cylindre creux.

8. Agencement (A) d'enroulement suivant l'une des revendications précédentes,
dans lequel,
à l'intérieur du corps (2) support, est disposé un corps (8) intérieur et les chambres (20, 21, 22, 23, 24) d'accumulation sont des espaces intermédiaires, entre le corps (2) support et le corps (8) intérieur, séparés les uns des autres par des disques de séparation.

9. Agencement (A) d'enroulement suivant la revendication 8,
dans lequel
le corps (8) intérieur est en forme de cylindre.

Zeichnung