Het Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) heeft een gietproces ontwikkeld voor wikkelingen voor hoge vermogens, met een hoger rendement en met verbeterde warmteafvoer. De spoelen kunnen worden gebruikt in tractiemachines (vooral in elektromobiliteit), industriële aandrijvingen of energieopwekking.
Het spoelontwerp maakt een wikkelfactor tot 90% mogelijk door een verbeterde benutting van de bestaande constructieruimte. Ten opzichte van de gewikkelde spoel in dezelfde ruimte daalt de elektrische weerstand en daarmee het warmteverlies door de stroom tot wel 50%.
Behalve een hogere vulfactor biedt de platte opstelling van de wikkelingen ook elektromagnetische en thermische voordelen. Ten opzichte van gewikkelde draad met dezelfde doorsnede wordt het thermische gedrag belangrijk verbeterd en is de negatieve invloed op de weerstand minimaal.
Afhankelijk van de grootte van de spoel kan in watergekoelde toepassingen op deze manier continu een stroomdichtheid tussen 18 A/mm² en 24 A/mm² worden gerealiseerd. In combinatie met de verhoogde vulfactor kan de maatgevende stroomdichtheid in de groef ten opzichte van conventioneel geproduceerde spoelen worden verdrievoudigd.
Veel toepassingspotentieel
De combinatie van een hoge vulfactor, sterk thermisch gedrag en geringe verliezen door stroomverdringing kan in de machinebouw op veel manieren worden gebruikt. Bij hetzelfde volume kan met gegoten spoelen een belangrijke stijging van het draaimoment en de vermogensdichtheid worden bereikt. Alternatief kan met behoud van draaimoment een vermindering van volume en gewicht worden bereikt.
De verhoging van de vulfactor maakt ook de toepassing van aluminium als geleidermateriaal mogelijk. Het nadeel van aluminium voor de elektrische geleiding wordt gecompenseerd door de hogere vulfactor, waarbij het gewicht van de wikkeling daalt met 50% en de materiaalkosten met 85%.
Andere toepassingsmogelijkheden zouden kunnen worden verkregen als de geometrische vormgeving kan worden benut voor de ontwikkeling van innovatieve koelconcepten. Door een gerichte verhoging van de doorsnede van geleider kan in thermisch zwaarbelaste gebieden (voorzijde van de wikkeling) de vorming van thermische pieken worden vermeden.
Gegoten spoel
Door verschillende gietprocessen kunnen de spoelen in verschillende groottes en willekeurige aantallen worden geproduceerd. Bij het fijne gieten kan de hoogte van de geleider een tiental millimeters zijn bij een spoellengte tussen 10 mm en 200 mm. In het verloren schuim proces (lost foam) kunnen spoelen voor grote machines lengtes tot 1 m krijgen. Voor grote aantallen zorgt de productie van de spoelen in vaste vormen met drukgieten of ND-gieten voor de geringste kosten per stuk.
De keuze voor het juiste gietproces volgt uit de specifieke toepassing, het beoogde aantal stuks en de kwaliteitseisen. Daarna volgt een isolatie coating op maat. De optimalisatiedoelstellingen hierbij, behalve garantie voor isolatiekwaliteit en minimale laagdikte, zijn de verhoging van de temperatuurbestendigheid en het vermijden van verouderingsverschijnselen.
