DE102020114563A1

DE102020114563A1 - Elektrische haarnadelwicklungsmaschine

Info

Publication number: DE102020114563A1
Application number: DE102020114563.2A
Authority: DE
Inventors: Adeeb Ahmed; Jacob Krizan
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2020-12-03
Also published as: US20200381969A1; CN112018911A; US11081922B2

Abstract

Die Offenbarung stellt eine elektrische Haarnadelwicklungsmaschine bereit. Eine elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Schlitze definiert, die jeweils radiale Stiftpositionen aufweisen, die angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren, und eine Haarnadelwicklung, die einen ersten Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, die in dem Statorkern angeordnet sind. Die Haarnadeln sind derart angeordnet, dass ein Schenkelabschnitt jeder Haarnadel durch eine radiale Stiftposition jedes Schlitzes geführt wird, wobei zumindest eine Haarnadel mit einer einzigartigen Steigung entlang des ersten Pfades bereitgestellt ist, um eine erste Verschiebung in einem hinteren Abschnitt des ersten Pfades zu induzieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft elektrische Maschinen und insbesondere elektrische Maschinen, die Haarnadelwicklungen beinhalten.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge, wie etwa batteriebetriebene Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge, enthalten eine Traktionsbatteriebaugruppe, um als Energiequelle für das Fahrzeug zu wirken. Die Traktionsbatterie kann Komponenten und Systeme beinhalten, um das Verwalten einer Fahrzeugleistung sowie von Fahrzeugvorgängen zu unterstützen. Die Traktionsbatterie kann außerdem Hochspannungskomponenten und ein Luft- oder Flüssigkeits-Wärmeverwaltungssystem beinhalten, um die Temperatur der Batterie zu steuern. Die Traktionsbatterie ist elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden, die Drehmoment für angetriebene Räder bereitstellt. Die elektrische Maschine beinhaltet üblicherweise einen Stator und einen Rotor, die zusammenwirken, um elektrische Energie in mechanische Bewegung umzuwandeln oder umgekehrt.
KURZDARSTELLUNG
Eine elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Schlitze definiert, die jeweils radiale Stiftpositionen aufweisen, die angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren, und eine Haarnadelwicklung, die einen ersten Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, die in dem Statorkern angeordnet sind. Die Haarnadeln sind derart angeordnet, dass ein Schenkelabschnitt jeder Haarnadel durch eine radiale Stiftposition jedes Schlitzes geführt wird, wobei zumindest eine Haarnadel mit einer einzigartigen Steigung entlang des ersten Pfades bereitgestellt ist, um eine erste Verschiebung in einem hinteren Abschnitt des ersten Pfades zu induzieren.
Eine elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Schlitze definiert, wobei jeder Schlitz radiale Stiftpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren, und eine erste elektrische Phase einer Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von ersten Haarnadeln beinhaltet, die in Reihe um zwei radiale Innenschichten miteinander verbunden sind. Die erste elektrische Phase beinhaltet außerdem eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln, die in Reihe um zwei radiale Außenschichten miteinander verbunden sind, wobei die zweiten Haarnadeln an einer vorderen Kante über eine Haarnadel mit einer einzigartigen Steigung mit den ersten Haarnadeln verbunden sind.
Eine elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Schlitze definiert, wobei jeder Schlitz radiale Stiftpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren. Die elektrische Maschine beinhaltet außerdem eine erste Phase einer Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von ersten Haarnadeln, die in Reihe miteinander verbunden und in zumindest einer radialen Innenschicht positioniert sind, und eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln aufweist, die in Reihe miteinander verbunden und durch eine Haarnadel mit einer einzigartigen Steigung mit einer hinteren Kante der ersten Haarnadeln verbunden und in zumindest einer radialen Außenschicht positioniert sind. Die elektrische Maschine beinhaltet ferner eine zweite Phase der Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von dritten Haarnadeln, die in Reihe miteinander verbunden und in zumindest einer radialen Innenschicht positioniert sind, und eine Vielzahl von vierten Haarnadeln aufweist, die in Reihe miteinander verbunden und durch eine Haarnadel mit einer einzigartigen Steigung mit einer hinteren Kante der dritten Haarnadeln verbunden und in zumindest einer radialen Außenschicht positioniert sind. Die elektrische Maschine beinhaltet ferner eine dritte Phase der Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von fünften Haarnadeln, die in Reihe miteinander verbunden und in zumindest einer radialen Innenschicht positioniert sind, und eine Vielzahl von sechsten Haarnadeln aufweist, die in Reihe miteinander verbunden und durch eine Haarnadel mit einer einzigartigen Steigung mit einer hinteren Kante der fünften Haarnadeln verbunden und in zumindest einer radialen Außenschicht positioniert sind. Jede von der ersten Phase, der zweiten Phase und der dritten Phase überlappt sich derart, dass eine Vielzahl der Schlitze einen Haarnadelschenkelabschnitt von sowohl der ersten als auch der zweiten elektrischen Phase innerhalb eines einzigen Schlitzes beinhaltet.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm einer elektrischen Maschine.
2 ist eine Querschnittsendansicht eines Stators der elektrischen Maschine.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts aus 2.
4A ist eine Vorderansicht einer gleichmäßigen Haarnadel.
4B ist eine Vorderansicht einer Haarnadel mit kurzer Steigung.
5 ist ein Wicklungsdiagramm einer U-Phase einer einschichtigen Wicklung, von einer Schweißseite des Stators gesehen.
6 ist ein Wicklungsdiagramm einer U-Phase einer doppelschichtigen Wicklung, von einer Schweißseite des Stators gesehen.
7 ist eine schematische Ansicht ausgewählter Haarnadelverbindungen eines doppelschichtigen ersten Pfades der U-Phase.
8 ist ein Wicklungsdiagramm einer V-Phase einer doppelschichtigen Wicklung, von einer Schweißseite des Stators gesehen.
9 ist ein Wicklungsdiagramm einer W-Phase einer doppelschichtigen Wicklung, von einer Schweißseite des Stators gesehen.
10 ist eine perspektivische Ansicht ausgewählter Haarnadeln eines ersten Pfades, der für eine doppelschichtige Wicklungskonfiguration angeordnet ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in dieser Schrift beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind die in der vorliegenden Schrift offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Gebrauch der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen veranschaulichter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für übliche Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Doppelschichtige Wicklungen können für Statorspulen elektrischer Maschinen aufgrund einer verbesserten Drehmomentwelligkeit sowie von verbessertem Noise, Vibration and Harshness (NVH) wünschenswert sein. Eine doppelschichtige Wicklung kann außerdem eine erhöhte Anzahl an Spulen (im Vergleich zu einer einschichtigen Wicklung) ermöglichen, ohne die Anzahl an Schlitzen in dem Stator zu erhöhen, was dazu führen kann, dass die Breite der Statorzähne verringert werden muss. Im Allgemeinen handelt es sich bei doppelschichtigen Wicklungen um Wicklungen, die derart angeordnet sind, dass zwei verschiedene elektrische Phasen dieselbe Schlitzlage innerhalb des Stators teilen. Gleichzeitig kann die Haarnadelwicklungstechnologie in Bezug auf die Kompaktheit, den hohen Füllfaktor, die überlegene Wärmeleistung, die automatisierte Herstellbarkeit sowie andere Vorteile wünschenswert sein. Trotz dieser Vorteile kann die Haarnadeltechnologie die verfügbaren Optionen zum Herstellen von Verbindungen zwischen den Leitern einschränken. Ein Erzeugen einer doppelschichtigen Wicklung mit einer Haarnadelwicklungskonfiguration kann dazu führen, dass komplizierte Haarnadelformationen erforderlich werden, was zu einer Erhöhung der Kosten und einer Verringerung der Kompaktheit führt.
Die vorliegende Offenbarung, die nachfolgend ausführlicher beschrieben ist, stellt eine einzigartige Verbindungsanordnung dar, um eine doppelschichtige Wicklung mit minimalen Änderungen der grundlegenden Haarnadelgeometrie, die von ihrem einlagigen Gegenstück eingesetzt wird, unter Verwendung von Haarnadeltechnologie zu bilden. Bei einer begrenzten Anzahl an Verbindungen werden minimale Änderungen vorgenommen, wobei der Großteil der Haarnadelgeometrie unverändert bleibt. Die modifizierten Verbindungen machen außerdem keine zusätzlichen Überbrückungen oder zusätzliches Schweißen erforderlich. Da die Geometrie weitgehend unverändert ist, bleibt die kronenseitige Formation jeder Haarnadel einfach und wird die Notwendigkeit eines starken Biegens des Haarnadelleiters während des Formens vermieden.
Unter Bezugnahme auf 1 kann eine elektrische Maschine 20 in einem Fahrzeug, wie etwa einem vollständig elektrischen Fahrzeug oder einem hybridelektrischen Fahrzeug, verwendet werden. Die elektrische Maschine 20 kann als ein Elektromotor, ein Antriebsmotor, ein Generator oder dergleichen bezeichnet werden. Die elektrische Maschine 20 kann eine Dauermagnetmaschine, eine Induktionsmaschine oder dergleichen sein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die elektrische Maschine 20 eine Dreiphasenwechselstrommaschine (three-phase alternating current machine - Dreiphasen-AC-Maschine). Die elektrische Maschine 20 ist in der Lage, sowohl als ein Motor zum Antreiben des Fahrzeugs als auch als ein Generator, wie etwa beim regenerativen Bremsen, zu fungieren.
Die elektrische Maschine 20 kann durch eine elektrische Leistungsquelle, wie etwa eine Traktionsbatterie des Fahrzeugs, mit Leistung versorgt werden. Die Traktionsbatterie kann eine Hochspannungsgleichstromausgabe (high-voltage direct currect output - Hochspannungs-DC-Ausgabe) von einem oder mehreren Batteriezellenarrays, mitunter als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Traktionsbatterie abgeben. Die Batteriezellenarrays können eine oder mehrere Batteriezellen beinhalten, die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Die Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt ermöglicht, dass sich Ionen während der Entladung zwischen der Anode und Kathode bewegen und dann während der Aufladung zurückkehren. Anschlüsse ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus den Zellen fließt.
Die Traktionsbatterie kann elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen verbunden sein. Die Leistungselektronikmodule können elektrisch mit den elektrischen Maschinen 20 verbunden sein und können die Möglichkeit bereitstellen, elektrische Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie und der elektrischen Maschine 20 zu übertragen. Beispielsweise kann eine geeignete Traktionsbatterie eine DC-Spannung bereitstellen, während die elektrische Maschine 20 unter Umständen eine Dreiphasen-(AC)-Spannung benötigt. Das Leistungselektronikmodul kann einen Wechselrichter beinhalten, der die DC-Spannung in eine Dreiphasen-AC-Spannung umwandelt, wie durch die elektrische Maschine 20 benötigt. In einem regenerativen Modus kann das Leistungselektronikmodul die Dreiphasen-AC-Spannung aus der elektrischen Maschine 20, die als Generator fungiert, in die DC-Spannung umwandeln, die von der Traktionsbatterie benötigt wird.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 beinhaltet die elektrische Maschine 20 ein Gehäuse 21, das den Stator 22 und den Rotor 24 umschließt. Der Stator 22 ist an dem Gehäuse 21 fixiert und beinhaltet einen zylindrischen Statorkern 32, der einen Innendurchmesser (inner diameter - ID) 28, der ein Loch 30 definiert, und einen Außendurchmesser (outer diameter - OD) 29 aufweist. Der Statorkern 32 kann aus einer Vielzahl von gestapelten Lamellen gebildet sein.
Der Rotor 24 ist zur Rotation innerhalb des Loches 30 gelagert. Der Rotor 24 kann Wicklungen oder Dauermagnete beinhalten, die mit den Wicklungen des Stators 22 interagieren, um die Rotation des Rotors 24 zu erzeugen, wenn die elektrische Maschine 20 erregt wird. Der Rotor 24 kann auf einer Welle 26 gelagert sein, die sich durch das Gehäuse 21 erstreckt. Die Welle 26 ist konfiguriert, um an einen Antriebsstrang des Fahrzeugs gekoppelt zu werden, um Drehmoment für den Fahrzeugantrieb auszugeben oder mechanische regenerative Energie aus der Fahrzeugbewegung zu erhalten.
Der Statorkern 32 definiert in Umfangsrichtung angeordnete Schlitze 34 (siehe z. B. 2) um den Statorkern 32, die sich von dem Innendurchmesser 28 nach außen erstrecken. Die Schlitze 34 können gleichmäßig um den Umfang beabstandet sein und sich axial von einem ersten Ende 36 des Statorkerns 32 zu einem zweiten Ende 38 erstrecken. In der veranschaulichten Ausführungsform definiert der Statorkern 32 achtundvierzig Schlitze und weist acht Pole auf; der Statorkern 32 kann jedoch in anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Schlitze und/oder Pole beinhalten. Beispielsweise kann der Statorkern 32 zweiundsiebzig Schlitze definieren und acht Pole aufweisen.
Die Schlitze 34 sind durch eine Umgangsentfernung, gemessen zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Schlitzen, beabstandet. Diese Entfernung kann als eine Entfernungseinheit verwendet werden (nachfolgend „ein Schlitz“), um einen Bezug zu anderen Komponenten des Stators 22 herzustellen und diese zu messen. Die Entfernungseinheit „Schlitz“ wird gelegentlich auch als „Schlitzsteigung“ oder „Schlitzspanne“ bezeichnet. Auf die Schlitze 34 wird außerdem durch die Zahlen 1 bis 48 in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn Bezug genommen, wobei die Schlitze mit ungeraden Zahlen der Einfachheit halber gekennzeichnet sind. Die Schlitze können als ungerade Schlitze (d. h. die Schlitze 1, 3, 5 usw.) und gerade Schlitze (d. h. die Schlitze 2, 4, 6 usw.) gekennzeichnet sein. Die ungerade und gerade Bezeichnung dient zur leichteren Beschreibung bei der Erläuterung der Anordnung der Wicklungen 40 und die Struktur der ungeraden und geraden Schlitze kann gleich sein.
Die elektrische Maschine 20 beinhaltet Haarnadelwicklungen 40, die durch die Schlitze 34 des Statorkerns 32 geleitet sind. Haarnadelwicklungskonfigurationen können die Effizienz für elektrische Maschinen verbessern, die in Fahrzeugen und anderen Anwendungen verwendet werden. Die Haarnadelwicklungen 40 verbessern die Effizienz durch Bereitstellen einer größeren Menge von Statorleitern, um den Widerstand der Wicklung 40 zu verringern, ohne in den Raum einzudringen, der für den Elektrostahl und den Magnetflusspfad reserviert ist. Die Haarnadelwicklungen 40 können als Wellenwicklungen angeordnet sein, bei denen die Wicklungen 40 von Pol zu Pol in einem wellenähnlichen Muster verwoben sind.
Eine besondere Herausforderung bei der Haarnadelwicklung ist das Angleichen der Auslegung der elektrischen Maschine an die erwünschte Drehmoment-Drehzahl-Kurve. Ein wichtiger Schritt beim Konfigurieren einer elektrischen Maschine ist das Auswählen der Phasendrehungszahl, sodass die Drehmoment-Drehzahl-Kurve alle erforderlichen Betriebspunkte abdeckt. Für herkömmliche verseilte Wicklungen aus langen Drähten, die parallel verbunden sind, wird die erwünschte Phasendrehungszahl durch Auswählen der Anzahl an Drehungen pro Spule, der Anzahl an parallelen Pfaden, der Anzahl an Polen, der Anzahl an Schlitzen pro Pol und der Anzahl an Schichten ausgewählt. Während solche Anordnungen auch für Haarnadelwicklungen verfügbar sein können, sind die begrenzenden Faktoren für vorgeformte Haarnadeln sehr unterschiedlich, was zu einer kleineren Auswahl möglicher Optionen führt. Während insbesondere die mögliche Anzahl an Polen, an Schlitzen pro Pol und an Schichten bei beiden Technologien gleich sein können, ist es bei Verwendung einer Haarnadelwicklung nicht praktikabel, so viele Drehungen pro Spule wie in einer geseilten Wicklung zu haben. Jede Haarnadel muss durch Schweißen, Löten oder eine andere geeignete elektrische Verbindung mit der nächsten Haarnadel verbunden sein und muss gemäß einer spezifischen Form gebogen sein, um die Verbindung möglich zu machen. Hierdurch werden die Anzahl und Größe der Leiter, die sich innerhalb eines einzigen Schlitzes befinden können, begrenzt. Eine weitere Herausforderung besteht in dem Erzeugen paralleler Schaltungen, die ausgeglichen sind (d. h. keine großen Kreisströme in der Schleife, die durch die parallelen Schaltungen gebildet wird, aufgrund von Asymmetrie verursachen) und halbwegs komplexe Verbindungen aufweisen.
Die elektrische Maschine 20 der vorliegenden Offenbarung löst diese und andere Probleme. Die elektrische Maschine 20 kann eine elektrische Dreiphasenstrommaschine sein, bei der die Haarnadelwicklungen 40 in einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase angeordnet sind. In den Beispielen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet jede Phase eine Vielzahl von einzelnen Haarnadelleitern, die in parallelen Wicklungspfaden angeordnet sind.
Unter Bezugnahme auf 3 können die Schlitze 34 eine radiale Innenschicht 170 mit Haarnadeln, eine innere radiale Mittelschicht 172 mit Haarnadeln, eine äußere radiale Mittelschicht 174 mit Haarnadeln und eine radiale Außenschicht 176 mit Haarnadeln beinhalten. Jede der Schichten kann zumindest zwei radiale Stiftpositionen beinhalten, die zueinander benachbart sind. In der veranschaulichten Ausführungsform weist jeder Schlitz 34 acht aufeinanderfolgende Stiftpositionen (d. h. L1 bis L8) in einer linearen Eins-zu-Acht-Anordnung auf; andere Anordnungen werden jedoch in Erwägung gezogen. Die erste Position L1 ist dem OD 29 des Statorkerns 32 am nächsten und die achte Position L8 ist dem ID 28 des Statorkerns 32 am nächsten. Die innerste radiale Schicht 170 beinhaltet sowohl die siebte Position L7 als auch die achte Position L8. Die innere radiale Mittelschicht 172 beinhaltet sowohl die fünfte Position L5 als auch die sechste Position L6. Die äußere radiale Mittelschicht 174 beinhaltet sowohl die dritte Position L3 als auch die vierte Position L4. Die äußerste radiale Schicht 176 beinhaltet sowohl die erste Position L1 als auch die zweite Position L2.
In einigen Beispielen enthält jeder der Schlitze 34 Wicklungen, die einer einzelnen elektrischen Phase entsprechen (siehe z. B. 5: Schlitz 1 enthält lediglich die U-Phase). In weiteren Beispielen und wie nachfolgend ausführlicher erläutert sind doppelschichtige Wicklungen derart angeordnet, dass bestimmte Schlitze Wicklungen enthalten, die zumindest zwei elektrischen Phasen in einem einzigen Schlitz entsprechen (siehe z. B. 6 und 9: Schlitz 2 enthält die U-Phase in Position L5 bis L8 und enthält außerdem die W-Phase in Position L1 bis L4). Die Phasen sind in Gruppen angeordnet, um benachbarte Schlitze in jedem der Pole einzunehmen (z. B. enthalten Abschnitte von Schlitz 1 und 2 die U-Phase, wobei Abschnitte von Schlitz 3 und 4 die V-Phase enthalten und Abschnitte von Schlitz 6 und 7 die W-Phase enthalten).
Unter gemeinsamer Bezugnahme auf 4A und 4B sind die Haarnadeln schematisch dargestellt, um die allgemeine Konfiguration zu zeigen. Die Haarnadeln sind im Allgemeinen U-förmig und beinhalten ein Paar von Schenkeln, die durch eine Krone zusammengefügt sind. Jede einer Vielzahl von Haarnadeln wird in den Statorkern 32 eingebaut, indem jeder Schenkelabschnitt durch einen entsprechenden der Schlitze 34 geführt wird. Jede Haarnadel kann von demselben Ende des Statorkerns 32 eingebaut werden (z. B. von Ende 36), sodass sich alle Kronen an einem Ende des Stators befinden und sich die Enden der Schenkel an dem gegenüberliegenden Ende befinden (z. B. an Ende 38) befinden, sobald die Haarnadel eingebaut ist. Im Allgemeinen kann das Ende 36 als das Kronenende bezeichnet werden und kann das Ende 38 als das Schweißende bezeichnet werden. Sobald sie eingebaut sind, werden die Schenkel der Haarnadeln voneinander weg gebogen, um Verwindungen zu bilden, die mit den Verwindungen anderer Haarnadeln verbunden werden. Die Enden der entsprechenden Haarnadeln werden durch eine elektrisch leitende Verbindung, wie etwa eine Schweißnaht, zusammengefügt. Die Verbindungen können in Reihen angeordnet sein. Die Wicklungen 40 können ohne Überbrückung vorliegen (d. h. jede Haarnadel ist direkt mit einer anderen Haarnadel verbunden). Eine Überbrückung ist ein Leiter, der üblicherweise an einem der Enden des Statorkerns angeordnet ist, d. h. sich nicht durch einen Schlitz erstreckt, und Haarnadeln verbindet, die so weit voneinander beabstandet sind, dass sie nicht direkt miteinander verbunden werden können. Überbrückungen fügen den Wicklungen Material hinzu und machen eine zusätzliche Fertigung erforderlich. Durch ein Ausbilden von Wicklungen, für die keine Überbrückungen erforderlich sind, können Kosten verringert und die Herstellungseffizienz gesteigert werden.
Jede Anordnung kann eine oder mehrere Arten von Haarnadeln beinhalten, die sich in Form oder Größe unterscheiden. Eine gleichmäßige Haarnadel 90 kann aus einem einzelnen Stück Metall gebildet sein, wie etwa Kupfer, Aluminium, Silber oder einem beliebigen anderen, elektrisch leitenden Material. Die Haarnadel 90 kann einen ersten Schenkel 98 beinhalten, der an einem Scheitelpunkt 102 mit einem zweiten Schenkel 100 zusammengefügt ist. Der erste Schenkel 98 ist innerhalb eines der Schlitze 34 angeordnet und der zweite Schenkel 100 ist innerhalb eines weiteren der Schlitze 34 angeordnet, der um eine Spannweite der Schlitze beabstandet ist. Die gleichmäßige Haarnadel 90 kann eine Spannweite aufweisen, die gleich der Anzahl an Schlitzen pro Pol ist, was in dem hierin dargestellten Beispiel sechs Schlitzen entspricht. Wenn sich somit der erste Schenkel 98 in Schlitz 1 befindet, befindet sich der zweite Schenkel 100 in Schlitz 7. Der erste Schenkel 98 beinhaltet einen geraden Abschnitt 99, der innerhalb eines Schlitzes 34 angeordnet ist, und einen ersten abgewinkelten Abschnitt 104, der sich zwischen dem Scheitelpunkt 102 und dem geraden Abschnitt 99 erstreckt. Der gerade Abschnitt 99 und der abgewinkelte Abschnitt 104 sind an einer ersten Biegung 106 zusammengefügt. Der erste Schenkel 98 beinhaltet außerdem ein Verwindungsabschnitt 110, der an einer zweiten Biegung 108 nach außen abgewinkelt ist. Der zweite Schenkel 100 beinhaltet einen geraden Abschnitt 101, der innerhalb eines Schlitzes 34 angeordnet ist, und einen ersten abgewinkelten Abschnitt 112, der sich zwischen dem Scheitelpunkt 102 und dem geraden Abschnitt 101 erstreckt. Der erste und der zweite abgewinkelte Abschnitt 104, 112 und der Scheitelpunkt werden zusammen als Krone bezeichnet. Der gerade Abschnitt 101 und der abgewinkelte Abschnitt 112 sind an einer ersten Biegung 114 zusammengefügt. Der erste Schenkel 100 beinhaltet außerdem eine Verwindung 120, die an einer zweiten Biegung 118 nach außen abgewinkelt ist. Die Verwindungen 110, 120 sind in entgegengesetzte Richtungen abgewinkelt, um sich von der Haarnadel 90 weg zu erstrecken und mit benachbarten Stiften der Leiterbahn verbunden zu werden. Bei anderen beispielhaften Arten von Stiften können sich die Verwindungen in die gleiche Richtung erstrecken. Die Verwindungen 110, 120 können eine Steigungsspanne aufweisen, die gleich der Stiftspanne geteilt durch 2 ist, was in dem Beispiel aus 4A in der veranschaulichten Ausführungsform drei (6/2) beträgt. Somit weisen die gleichmäßigen Stifte 90 eine Gesamtsteigungsspanne von zwölf Schlitzen auf.
Die gleichmäßige Haarnadel 90 kann hergestellt werden, indem zuerst der Scheitelpunkt 102, die ersten abgewinkelten Abschnitte 104, 112 und zwei verlängerte gerade Abschnitte gebildet werden. Dann wird die Haarnadel 90 in den Stator 22 eingebaut, indem die verlängerten geraden Abschnitte in die Schlitze 34 des Stators 22 eingeführt werden. Die zweiten Biegungen 108, 118 und die Verwindungen 110, 120 können gebildet werden, nachdem die Haarnadel 90 durch die Schlitze eingebaut wurde, indem die verlängerten Schenkel wie gewünscht gebogen werden. Der erste und der letzte gleichmäßige Stift einer Leiterbahn können eine längere oder kürzere Verwindung aufweisen, um eine Verbindung mit den Anschlussleitungen oder Nullleiteranschlüssen zu erleichtern.
Unter Bezugnahme auf 4B ist eine alternativer Art von Haarnadel ein Stift 92 mit kurzer Steigung. Die Haarnadel 92 mit kurzer Steigung weist eine kürzere Schlitzspanne auf als die gleichmäßigen Stifte 90 (z. B. definiert die gleichmäßige Haarnadel eine Steigungsspanne von N Schlitzen). In dem Beispiel aus 4B ist die Haarnadel 92 mit kurzer Steigung um einen Schlitz kürzer (z. B. eine Steigungsspanne von N-1 Schlitzen). Die Konstruktion der Haarnadel 92 mit kurzer Steigung ähnelt der von gleichmäßigen Haarnadeln 90, jedoch mit einer modifizierten Verwindung 140, die mit einer verringerten Steigungsspanne angeordnet ist. In dem Beispiel aus 4B ist die Haarnadel 92 mit kurzer Steigung mit einer Gesamtsteigungsspanne von elf Schlitzen bereitgestellt, während die Spannweite zwischen dem ersten Schenkel 98 und dem zweiten Schenkel 100 bei 6 Schlitzen verbleibt. Die verringerte Spannweite der Verwindung 140, die nachfolgend ausführlicher erörtert ist, ermöglicht, dass der zweite Schenkel 100 5 Schlitze von einem ersten Schenkel 100 einer benachbarten Haarnadel beabstandet ist, wodurch ein angepasster Abstand bereitgestellt wird.
Ein Nullleiteranschluss 52 kann einen Körper beinhalten, wie etwa einen Streifen aus leitendem Metall oder einem anderen Material. Der Nullleiteranschluss 52 beinhaltet Öffnungen, die mit Haarnadeln verbunden sind. In den Beispielen der vorliegenden Offenbarung definiert der Nullleiteranschluss sechs Öffnungen, die in Zweierpaaren gruppiert sind. Jede der Gruppierungen ist einer der Phasen zugeordnet, sodass jeder von der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase zwei Öffnungen zugewiesen sind. Ein Schweißabschnitt nahe einer Verwindung eines entsprechenden Stiftes wird in einer der Öffnungen des Nullleiteranschlusses 52 aufgenommen. Die Verwindungen, die mit dem Nullleiteranschluss 52 verbunden sind, können verlängert werden, um den Schweißabschnitt aufzunehmen und Spiel für den Nullleiteranschluss 52 bereitzustellen, der außerhalb der Hauptabschnitte der Wicklungen 40 angebracht werden soll.
Eine doppelschichtige Wicklung wird durch selektives Lokalisieren von zumindest einer Haarnadel mit einzigartiger Steigung gebildet, die eine modifizierte Schweißnaht auf der Verwindungsseite aufweist. Die Kronenseite aller Haarnadeln ist mit einer Standardsteigungsspanne konstruiert. Der Großteil der Verwindungsseiten ist mit der gleichen Steigung konstruiert, wobei lediglich eine ausgewählte Anzahl an Haarnadeln die kleinere Steigung des Stiftes mit kürzerer Steigung beinhaltet. Wie vorangehend erörtert, kann eine Statorgeometrie mit 48 Schlitzen Haarnadeln beinhalten, die eine Kronenseitensteigung von 6 und eine Verwindungsseitensteigung von 3 für die meisten Stifte aufweist, während bestimmte Haarnadeln mit einzigartiger Steigung eine Verwindungsseitensteigung von 2 aufweisen. Durch Einführen einer einzigen Schlitzverschiebung in der Verbindung kann eine doppelschichtige Wicklung gebildet werden. Die Wicklung kann als zwei einschichtige Wicklungen behandelt werden, die in Reihe verbunden sind, wobei eine einzige Schlitzverschiebung in der Verbindung zwischen den beiden vorliegt.
Unter Bezugnahme auf 5 stellt ein Wicklungsdiagramm 500 eine U-Phase einer einschichtigen Wicklung, von einer Schweißseite des Stators gesehen, dar. Jede Spalte stellt eine Schlitzlage der Statorstapelsegmente dar, die Referenznummern von 1 bis 48 aufweisen. Jede Reihe stellt eine radiale Schicht dar, die innerhalb jedes entsprechenden Schlitzes positioniert ist und die Referenzen L1 in Richtung der Außendurchmesserseite bis L8 in Richtung der Innendurchmesserseite aufweist. Wie vorangehend erörtert, sind die Positionen innerhalb der Schlitze im Allgemeinen als gepaarte radiale Schichten angeordnet, welche die Referenzen H1 bis H8 aufweisen. Die äußerste radiale Schicht H1 beinhaltet sowohl die erste Position L1 als auch die zweite Position L2. Die äußere radiale Mittelschicht H2 beinhaltet sowohl die dritte Position L3 als auch die vierte Position L4. Die innere radiale Mittelschicht H3 beinhaltet sowohl die fünfte Position L5 als auch die sechste Position L6. Die innerste radiale Schicht H4 beinhaltet sowohl die siebte Position L7 als auch die achte Position L8.
Die U-Phase kann einen ersten Pfad (U1) 44, einen zweiten Pfad (U2) 46, einen dritten Pfad (U3) 47 und einen vierten Pfad (U4) 49 beinhalten. Die Pfade sind durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Haarnadeln gebildet, die durch die Schlitze um den Umfang des Stators angeordnet sind. In den Beispielen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet jeder der Pfade mit miteinander verbundenen Haarnadeln sechzehn Stifte, die von einem Ende zum anderen verbunden sind, um einen durchgehenden Leiter zwischen einem Anschluss (nicht gezeigt) und dem Nullleiteranschluss 52 zu bilden. Der erste Pfad 44 und zweite Pfad 46 beinhalten jeweils ein erstes Ende, das an dem U-Phasen-Anschluss an der Innendurchmesserseite des Stators beginnt, und ein zweites Ende, das an der Außendurchmesserseite des Stators endet. Der erste Pfad 44 und der zweite Pfad 46 können sich ungefähr viermal um den Statorkern wickeln. Wenn die Stifte in Umfangsrichtung um den Stator herum geführt sind, indizieren ausgewählte Lagen Schicht H4 bis H1, sodass die Pfade auf der Außendurchmesserseite enden.
Der dritte Pfad 47 beginnt an dem zweiten Ende des zweiten Pfades 46 und der vierte Pfad 49 beginnt an dem zweiten Ende des ersten Pfades 46. Auf Grundlage der Schlitzlagen des Beispiels aus 5 wird die Verbindung zwischen dem ersten Pfad 44 und dem vierten Pfad 49 über eine Überbrückungsverbindung 54 hergestellt und wird die Verbindung zwischen dem zweiten Pfad 46 und dem dritten Pfad 47 direkt ohne eine Überbrückung hergestellt. Der dritte Pfad 47 und vierte Pfad 49 beinhalten ebenfalls eine Vielzahl von miteinander verbundenen Stiften, die in Umfangsrichtung um den Stator herum geführt sind und ausgewählte Lagen aufweisen, die über Schicht H1 bis H4 indexieren, sodass die Pfade auf der Innendurchmesserseite enden. Der dritte und vierte Pfad 47, 49 können sich ungefähr viermal um den Statorkern wickeln und enden nahe dem ID 28 an dem inneren Nullleiteranschluss 52. Jeder von dem dritten Pfad 47 und dem vierten Pfad 49 ist mit einem inneren Nullleiteranschluss 52 auf der Innendurchmesserseite verbunden. Während die Lage des Nullleiteranschlusses beispielhaft bereitgestellt ist, sollte beachtet werden, dass andere Lagen auf Grundlage der bestimmten Anwendung geeignet sein können. Durch die Verbindung von zwei der Pfade in Reihe werden effektiv zwei parallele Pfade der U-Phase erzeugt.
Die Pfade können außerdem paarweise angeordnet sein, wobei gemäß der Führung der Haarnadeln der erste Pfad 44 und zweite Pfad 46 ein Paar sind und der dritte Pfad 47 und der vierte Pfad 49 ein Paar sind. Die Pfade können als Paar bezeichnet werden, da sich diese Pfade in derselben Richtung und benachbart zueinander durch den Statorkern 32 winden.
Das Diagramm 500 stellt eine einschichtige Konfiguration dar, bei der lediglich eine Phase durch jeden entsprechenden Statorschlitz verläuft. Regionen 502, 504, 506, 508, 510, 512, 514 und 516 geben die acht Paare von Schlitzpositionen an, durch welche die U1-Haarnadelwicklungen geführt werden. Wie in dem Diagramm 500 zu sehen ist, weist jeder der entsprechenden Schlitze von Region 502 bis 516 alle acht Positionen L1 bis L8 auf, die durch die einzige U-Phase eingenommen werden. In einer einschichtigen Konfiguration die V-Phasen- und W-Phasenwicklungen mit Regionen, die Schlitze aufweisen, die jeweils jeder einzelnen Phase zugeordnet sind.
Unter Bezugnahme auf 6 stellt ein Wicklungsdiagramm 600 eine U-Phase einer doppelschichtigen Wicklung, von einer Schweißseite des Stators gesehen, dar. Wie vorangehend beschrieben, handelt es sich bei einer doppelschichtigen Wicklung um eine Wicklung, bei der zwei verschiedene Verdrahtungsphasen unterschiedliche Abschnitte eines einzigen gemeinsamen Schlitzes einnehmen. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird eine doppelschichtige Haarnadelwicklung durch selektives Einführen von Haarnadeln mit einer einzigartigen Steigung an ausgewählten Lagen konfiguriert, um ein einzigartiges Verbindungsmuster mit weitgehend denselben Haarnadelkomponenten zu erzeugen. Insbesondere werden vier einzigartige Verbindungen an der Verwindungsseite (mit einem gepunkteten Rechteck markiert) ausgewählter Haarnadeln umgesetzt. Gemäß einigen Beispielen wird eine Haarnadel mit kurzer Steigung an diesen Lagen eingesetzt, die auf einer der Verwindungsseiten im Gegensatz zu der Standardsteigung von 3 eine einzigartige Steigung von 2 aufweist. Die Wirkung besteht darin, eine Verschiebung des relativen Abstands zwischen den Schenkeln benachbarter Haarnadeln von 6 auf 5 zu induzieren, um die Führung der U-Phase entlang jedes Pfades anzupassen.
Ähnlich wie in dem einschichtigen Beispiel, das vorangehend in Bezug auf das Diagramm 500 erörtert wurde, beinhaltet die doppelschichtige U-Phase, die in Diagramm 600 gezeigt ist, einen ersten Pfad (U1) 644, einen zweiten Pfad (U2) 646, einen dritten Pfad (U3) 647 und einen vierten Pfad (U4) 649, wobei jeder Pfad durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Stiften gebildet ist. Ebenfalls ähnlich zu vorangehenden Beispielen ist der erste Pfad 644 in Reihe mit dem vierten Pfad 649 verbunden und ist der zweite Pfad 646 mit dem dritten Pfad 647 nahe dem Außendurchmesser des Stators verbunden. Der dritte Pfad 647 und vierte Pfad 649 enden jeweils in dem ersten und zweiten Knoten der neutralen Brücke 52.
Die inneren Positionen L5 bis L8 (und somit Region 602, 604, 606, 608, 610, 612, 614 und 616) sind bezogen auf die einschichtige Konfiguration unverändert. Durch das Einfügen der Haarnadeln mit kurzer Steigung in jeden Pfad wird jedoch das Muster der Statorschlitze verschoben, durch welche die Stifte geführt werden. Beim Umschalten aus Position L5 in L4 für jeden Pfad erhält die entsprechende Haarnadel eine kürzere Steigung von 2 anstelle von 3 auf der Verwindungsseite. Diese einzige Modifikation ermöglicht eine doppelschichtige Wicklungskonfiguration, da die Schlitzverschiebung für die äußeren Schichten L1 bis L4 Platz zum Führen von Haarnadelwicklungen einer anderen Phase in denselben Schlitz schafft. Die Region 620, 622, 624, 626, 628, 630, 632 und 634 sind für die äußeren Schichten um einen Schlitz verschoben. Mehrere Schlitze bleiben der einzigen U-Phase zugewiesen (d. h. Schlitz 1, 7, 13, 19, 25, 31, 37 und 43 beinhalten alle lediglich U-Phasenwicklungen). Die benachbarten Schlitze auf beiden Seiten der Einphasenschlitze haben jetzt Platz, um Wicklungen einer anderen Phase (entweder der V-Phase oder der W-Phase) aufzunehmen. Durch die Region 636 wird die Verschiebung für den ersten Pfad 644 und den zweiten Pfad 646 hervorgehoben. Ebenso wird durch die Region 638 die Verschiebung für den dritten Pfad 647 und vierten Pfad 649 hervorgehoben.
Unter Bezugnahme auf 7 stellt ein Haarnadelverbindungsdiagramm 700 eine weitere Visualisierung der doppelschichtigen Konfiguration der vorliegenden Offenbarung dar. Der erste Pfad 644 ist schematisch durch eine Reihe von miteinander verbundenen Haarnadeln P01 bis P16 dargestellt. Die Haarnadeln P01 bis P04 entsprechen der innersten radialen Schicht H4. Die Haarnadeln P05 bis P08 entsprechen einer inneren radialen Mittelschicht H3. Die Haarnadeln P09 bis P12 entsprechen einer äußeren radialen Mittelschicht H2. Die Haarnadeln P13 bis P16 entsprechen der innersten radialen Schicht H1. Der erste Pfad 644 beginnt mit einem Stift P01, der einen hinteren Schenkel in Schlitz 1 und einen vorderen Schenkel aufweist, der innerhalb von Schlitz 7 angeordnet ist. Der hintere Schenkel eines Stiftes P01 ist durch eine Anschlussleitung an dem Verwindungsende H4-I ebenfalls mit dem Anschluss verbunden. Der erste Pfad 644 führt von dem Schweißende 38 gesehen, das sich in 7 rechts befindet, in eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn. Die Begriffe „vorderer Schenkel“ und „hinterer Schenkel“ beziehen sich auf die Position der Schenkel bezogen auf die Richtung, in die der Pfad führt.
Ein Stift P02, ein gleichmäßiger Stift, weist einen hinteren Schenkel, der in Schlitz 13 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel auf, der in Schlitz 19 angeordnet ist, wodurch eine Standardsteigungsspanne von sechs Schlitzen bereitgestellt wird. Der Verwindungsabschnitt des vorderen Schenkels von P01 ist durch eine Verbindung 212 nahe Schlitz 10 an dem Verwindungsabschnitt des hinteren Schenkels von P02 angebracht. Die Verbindung kann eine Schweißnaht sein, wie etwa eine Laserschweißnaht. P03, ebenfalls ein gleichmäßiger Stift 90, weist einen hinteren Schenkel, der in Schlitz 25 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel auf, der in Schlitz 31 angeordnet ist. Gleichermaßen ist der Verwindungsabschnitt des vorderen Schenkels von P02 durch eine Verbindung nahe Schlitz 22 an dem Verwindungsabschnitt des hinteren Schenkels von P03 angebracht. Der Stift P03 und ein Stift P04 sind auf ähnliche Weise verbunden und wickeln sich um beinahe 360 Grad um den Statorumfang, sodass die innerste radiale Schicht H4 an einem Verwindungsabschnitt des vorderen Schenkels von P04 um den Schlitz 46 endet.
Die innere Mittelschicht H3 verläuft auf die gleiche Weise wie die innerste radiale Schicht H4 und nimmt die gleichen Schlitze um den Umfang des Stators ein. Insbesondere sind die Haarnadeln P05 bis P08 in Reihe verbunden und endet die innerste radiale Schicht H4 um die Schlitzposition 46. Die Region 702 beinhaltet wiederholte Darstellungen bestimmter Haarnadeln, die sich in die nächste Zeile des Verbindungsdiagramms 700 wickeln, um die Verbindungen zwischen jeder der Schichten zu zeigen. In dem Beispiel sind die Haarnadeln P05 und P06 jeweils zweimal gezeigt, um eine Abbildung der Verbindung zwischen der innersten Schicht H4 und der inneren Mittelschicht H3 zu veranschaulichen.
Die äußere Mittelschicht H2 beginnt mit einer einzigartig beabstandeten Haarnadel P09 mit kurzer Steigung, die bewirkt, dass sich die äußere Mittelschicht H2 bezogen auf den Standardstiftabstand der Schichten H4 und H3 nach vorne bewegt. Dies bedeutet, dass die hintere Kantenseite von P09 eine Steigung von 2 Schlitzen aufweist, wodurch der Abstand zwischen dem vorderen Schenkel von P08 und der hinteren Kante von P09 5 Schlitze beträgt. Der Abschnitt mit verringertem Abstand wird durch die Region 636 angegeben, wie vorangehend erörtert. Durch diese einzelne Modifikation kann eine doppelschichtige Wicklung erzeugt werden. Die verbleibenden Haarnadeln der äußeren Mittelschicht H2 (d.h. Haarnadel P10, P11 und P12) sind regelmäßige Haarnadeln, die eine Standardschlitzsteigung von 6 Schlitzen aufweisen. Sowohl die V-Phase als auch die W-Phase können auf ähnliche Weise einen modifizierten Abstand in ausgewählten Haarnadeln beinhalten, um ein Vorrücken von einer oder mehreren Schichten zu verursachen, um eine doppelschichtige Wicklung zu verursachen. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung beinhaltet jeder der Pfade der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase 16 Haarnadeln mit einer Haarnadel mit einzigartiger Steigung, die entlang des entsprechenden Pfades bereitgestellt ist.
Unter Bezugnahme auf 8 stellt ein Wicklungsdiagramm 800 eine V-Phase einer doppelschichtigen Wicklung, von einer Schweißseite des Stators gesehen, dar. Die V-Phase kann einen ersten Pfad (V1) 656, einen zweiten Pfad (V2) 658, einen dritten Pfad (V3) 660 und einen vierten Pfad (V4) 662 beinhalten. Ähnlich wie bei der vorangehend beschriebenen U-Phase sind die Pfade durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Stiften gebildet. Jeder von dem ersten Pfad 656 und dem zweiten Pfad 658 beinhaltet ein erstes Ende, das an dem V-Phasenanschluss beginnt, und ein zweites Ende, das jeweils mit dem vierten Pfad 662 und dem dritten Pfad 660 verbunden ist. Jedes gegenüberliegende Ende des dritten Pfades 660 und vierten Pfades 662 ist jeweils mit dem dritten und vierten Knoten des Nullleiteranschlusses 52 verbunden. Die Pfade 656, 658, 660, 662 sind paarweise angeordnet und jeweils in Reihe verbunden, um effektiv eine Anordnung mit zwei Pfaden in einer doppelschichtigen Konfiguration zu erzeugen.
Die inneren Positionen L5 bis L8 (und somit Region 802, 804, 806, 808, 810, 812, 814 und 816) sind bezogen auf eine einschichtige Konfiguration unverändert. Durch das Einfügen der Haarnadeln mit kurzer Steigung in jeden Pfad wird jedoch das Muster der Statorschlitze verschoben, durch welche die Stifte geführt werden. Beim Umschalten aus Position L5 in L4 für jeden Pfad erhält die entsprechende Haarnadel eine kürzere Steigung von 2 anstelle von 3 auf der Verwindungsseite. Diese einzige Modifikation ermöglicht eine doppelschichtige Wicklungskonfiguration, da die Schlitzverschiebung für die äußeren Schichten L1 bis L4 Platz zum Führen von Haarnadelwicklungen einer anderen Phase in denselben Schlitz schafft. Die Region 820, 822, 824, 826, 828, 830, 832 und 834 sind für die äußeren Schichten um einen Schlitz verschoben. Mehrere Schlitze bleiben der einzigen V-Phase zugewiesen (d. h. Schlitz 5, 11, 17, 23, 29, 35, 41 und 47 beinhalten alle lediglich V-Phasenwicklungen). Die benachbarten Schlitze auf beiden Seiten der Einphasenschlitze haben jetzt Platz, um Wicklungen einer anderen Phase (entweder der U-Phase oder der W-Phase) aufzunehmen. Durch die Region 836 wird die Verschiebung für den ersten Pfad 656 und den zweiten Pfad 658 hervorgehoben. Ebenso wird durch die Region 838 die Verschiebung für den dritten Pfad 660 und vierten Pfad 662 hervorgehoben.
Unter Bezugnahme auf 9 stellt ein Wicklungsdiagramm 900 eine W-Phase einer doppelschichtigen Wicklung, von einer Schweißseite des Stators gesehen, dar. Die W-Phase kann einen ersten Pfad (W1) 670, einen zweiten Pfad (W2) 672, einen dritten Pfad (W3) 674 und einen vierten Pfad (W4) 676 beinhalten. Ähnlich wie bei der vorangehend beschriebenen U-Phase und V-Phase sind die Pfade durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Stiften gebildet. Jeder von dem ersten Pfad 670 und dem zweiten Pfad 672 beinhaltet ein erstes Ende, das an dem W-Phasenanschluss beginnt, und ein zweites Ende, das jeweils mit dem vierten Pfad 676 und dem dritten Pfad 674 verbunden ist. Jedes gegenüberliegende Ende des dritten Pfades 674 und vierten Pfades 676 ist jeweils mit dem fünften und sechsten Knoten des Nullleiteranschlusses 52 verbunden. Die Pfade 670, 672, 674, 676 sind paarweise angeordnet und jeweils in Reihe verbunden, um effektiv eine Anordnung mit zwei Pfaden in einer doppelschichtigen Konfiguration zu erzeugen.
Die inneren Positionen L5 bis L8 (und somit Region 902, 904, 906, 908, 910, 912, 914 und 916) sind bezogen auf eine einschichtige Konfiguration unverändert. Durch das Einfügen der Haarnadeln mit kurzer Steigung in jeden Pfad wird jedoch das Muster der Statorschlitze verschoben, durch welche die Stifte geführt werden. Beim Umschalten aus Position L5 in L4 für jeden Pfad erhält die entsprechende Haarnadel eine kürzere Steigung von 2 anstelle von 3 auf der Verwindungsseite. Diese einzige Modifikation ermöglicht eine doppelschichtige Wicklungskonfiguration, da die Schlitzverschiebung für die äußeren Schichten L1 bis L4 Platz zum Führen von Haarnadelwicklungen einer anderen Phase in denselben Schlitz schafft. Die Region 920, 922, 924, 926, 928, 930, 932 und 934 sind für die äußeren Schichten um einen Schlitz verschoben. Mehrere Schlitze bleiben der einzigen W-Phase zugewiesen (d. h. Schlitz 3, 9, 15, 21, 27, 33, 39 und 45 beinhalten alle lediglich W-Phasenwicklungen). Die benachbarten Schlitze auf beiden Seiten der Einphasenschlitze haben jetzt Platz, um Wicklungen einer anderen Phase (entweder der U-Phase oder der V-Phase) aufzunehmen. Durch die Region 936 wird die Verschiebung für den ersten Pfad 670 und den zweiten Pfad 672 hervorgehoben. Ebenso wird durch die Region 938 die Verschiebung für den dritten Pfad 674 und vierten Pfad 676 hervorgehoben.
Unter gemeinsamer Bezugnahme auf 6, 8 und 9 wird die Kombination aller drei Phasenwicklungen in einer doppelschichtigen Konfiguration wie vorangehend beschrieben bereitgestellt, wobei jeder der geradzahligen Schlitze des Stators Wicklungen zweier verschiedener elektrischer Phasen (d. h. U und V, U und W oder V und W) in einem einzigen Schlitz beinhaltet. Umgekehrt beinhaltet jeder zweite Schlitz des Stators (d. h. jeder der ungeradzahligen Schlitze) Wicklungen einer einzigen elektrischen Phase (d. h. U, V oder W).
10 stellt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften 3D-Haarnadelanordnung des ersten Pfades (U1) 644 der U-Phase gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Die Haarnadeln sind in der Figur mit der Kronenseite nach unten und der Schweißseite nach oben angeordnet. Jedes der Segmente des ersten Pfades 644, das der radialen Schicht H1, H2, H3 und H4 entspricht, ist in 10 veranschaulicht. Wie vorangehend beschrieben, entsprechen die Haarnadeln P01 bis P04 der innersten radialen Schicht H4. Die Haarnadeln P05 bis P08 entsprechen einer inneren radialen Mittelschicht H3. Die Haarnadeln P09 bis P12 entsprechen einer äußeren radialen Mittelschicht H2. Die Haarnadeln P13 bis P16 entsprechen der innersten radialen Schicht H1. Die Schlitznummern werden in der 3D-Figur überlagert, um die Schlitzlagen zu veranschaulichen, durch welche die Schenkel der verschiedenen Haarnadeln verlaufen. Wie beschrieben, ist die vorangehende Haarnadel P09 als Stift mit kurzer Steigung mit einem einzigartigen Abstand bereitgestellt, um eine Vorwärtsverschiebung D der äußeren Schichten H1, H2 zu induzieren. Ähnliche Anordnungen können auf jeden der Pfade der verschiedenen Phasen angewendet werden, sodass sich die Haarnadeln überlappen, um eine doppelschichtige Wicklungskonfiguration bereitzustellen. Es versteht sich, dass, während hierin beispielhaft eine Verschiebung eines Schlitzes dargestellt ist, abhängig von der Anwendung und den erwünschten elektromagnetischen Eigenschaften des Stators ein anderes Ausmaß an Verschiebung zur Bereitstellung von doppelschichtigen Wicklungen geeignet sein können.
Wenngleich vorangehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorangehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen so beschrieben sein können, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, welche von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Folgendes beinhalten: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Somit liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Standes der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Schlitze definiert, die jeweils radiale Stiftpositionen aufweisen, die angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren; und eine Haarnadelwicklung, die einen ersten Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, die derart in dem Statorkern angeordnet sind, dass ein Schenkelabschnitt jeder Haarnadel durch eine radiale Stiftposition jedes Schlitzes geführt wird, wobei zumindest eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung entlang des ersten Pfades bereitgestellt ist, um eine erste Verschiebung in einem hinteren Abschnitt des ersten Pfades zu induzieren.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht der erste Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln einer ersten elektrischen Phase und beinhaltet die Haarnadelwicklung ferner eine zweiten Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln, der einer zweiten elektrischen Phase entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der zweite Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln zumindest eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung entlang des zweiten Pfades, um eine zweite Verschiebung in einem hinteren Abschnitt des zweiten Pfades zu induzieren, die der ersten Verschiebung des ersten Pfades entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform nimmt zumindest ein Schenkelabschnitt einer Haarnadel des ersten Pfades einen gemeinsamen Schlitz mit zumindest einem Schenkelabschnitt einer Haarnadel des zweiten Pfades ein.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Haarnadelwicklung ferner einen dritten Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln, der einer dritten elektrischen Phase entspricht, und überlappt sich jeder von dem ersten Pfad, zweiten Pfad und dritten Pfad derart, dass eine Vielzahl von Schlitzen Schenkelabschnitte beinhaltet, die zumindest zwei der elektrischen Phasen entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jeder zweite Schlitz des Statorkerns Haarnadelwicklungen, die einer einzigen elektrischen Phase entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jeder von dem ersten Pfad, dem zweiten Pfad und dem dritten Pfade 16 Haarnadeln mit einer Haarnadel mit einzigartiger Steigung, die entlang des jedes entsprechenden Pfades bereitgestellt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der erste Pfad der Haarnadelwicklung eine Vielzahl von gleichmäßigen Haarnadeln, die eine Steigungsspannung von N Schlitzen definieren, und zumindest eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung, die eine Steigungsspannung von N-1 Schlitzen definiert.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Statorkern achtundvierzig Schlitze, acht Pole, acht radiale Stiftpositionen innerhalb jedes Schlitzes und vier radiale Schichten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Schlitze definiert, wobei jeder Schlitz radiale Stiftpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren; und eine erste elektrische Phase einer Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von ersten Haarnadeln, die in Reihe um zwei radiale Innenschichten miteinander verbunden sind, und eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln beinhaltet, die in Reihe um zwei radiale Außenschichten miteinander verbunden sind, wobei die zweiten Haarnadeln an einer vorderen Kante über eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung mit den ersten Haarnadeln verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform induziert die Haarnadel mit einzigartiger Steigung eine erste Verschiebung in einem hinteren Abschnitt der ersten elektrischen Phase der Haarnadelwicklung.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Vielzahl von ersten Haarnadeln gleichmäßige Haarnadeln, die eine Steigungsspanne von N Schlitzen definieren, und definiert die Haarnadel mit einzigartiger Steigung eine Steigungsspanne von N-1 Schlitzen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine zweite elektrische Phase der Haarnadelwicklung gekennzeichnet, die sich derart mit der ersten elektrischen Phase überlappt, dass ein Vielzahl der Schlitze einen Haarnadelschenkelabschnitt sowohl von der ersten als auch der zweiten elektrischen Phase innerhalb eines einzigen Schlitzes beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten zwei radiale Innenschichten des einzelnen Schlitzes einen Haarnadelschenkelabschnitt von der ersten elektrischen Phase und beinhalten zwei radiale Außenschichten des einzelnen Schlitzes einen Haarnadelschenkelabschnitt von der zweiten elektrischen Phase.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine dritte elektrische Phase der Haarnadelwicklung gekennzeichnet, die sich derart mit der ersten elektrischen Phase und der zweiten elektrischen Phase überlappt, dass eine Vielzahl von Schlitzen Haarnadelschenkelabschnitte beinhaltet, die zumindest zwei der elektrischen Phasen entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jeder zweite Schlitz des Statorkerns Haarnadelwicklungen, die einer einzigen elektrischen Phase entsprechen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Schlitze definiert, wobei jeder Schlitz radiale Stiftpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren; eine erste Phase einer Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von ersten Haarnadeln, die in Reihe miteinander verbunden und in zumindest einer radialen Innenschicht positioniert sind, und eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln aufweist, die in Reihe miteinander verbunden und durch eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung mit einer hinteren Kante der ersten Haarnadeln verbunden und in zumindest einer radialen Außenschicht positioniert sind; eine zweite Phase der Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von dritten Haarnadeln, die in Reihe miteinander verbunden und in zumindest einer radialen Innenschicht positioniert sind, und eine Vielzahl von vierten Haarnadeln aufweist, die in Reihe miteinander verbunden und durch eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung mit einer hinteren Kante der dritten Haarnadeln verbunden und in zumindest einer radialen Außenschicht positioniert sind; eine dritte Phase der Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von fünften Haarnadeln, die in Reihe miteinander verbunden und in zumindest einer radialen Innenschicht positioniert sind, und eine Vielzahl von sechsten Haarnadeln aufweist, die in Reihe miteinander verbunden und durch eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung mit einer hinteren Kante der fünften Haarnadeln verbunden und in zumindest einer radialen Außenschicht positioniert sind, wobei sich jede von der ersten Phase, der zweiten Phase und der dritten Phase derart überlappt, dass eine Vielzahl der Schlitze einen Haarnadelschenkelabschnitt von sowohl der ersten als auch der zweiten elektrischen Phase innerhalb eines einzigen Schlitzes beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform induziert jede Haarnadel mit einzigartiger Steigung eine Verschiebung in einem hinteren Abschnitt der ersten Phase, der zweiten Phase und der dritten Phase.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jeder zweite Schlitz des Statorkerns Haarnadelwicklungen, die einer einzigen elektrischen Phase entsprechen.

Claims

Elektrische Maschine, umfassend: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Schlitze definiert, die jeweils radiale Stiftpositionen aufweisen, die angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren; und eine Haarnadelwicklung, die einen ersten Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, die derart in dem Statorkern angeordnet sind, dass ein Schenkelabschnitt jeder Haarnadel durch eine radiale Stiftposition jedes Schlitzes geführt wird, wobei zumindest eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung entlang des ersten Pfades bereitgestellt ist, um eine erste Verschiebung in einem hinteren Abschnitt des ersten Pfades zu induzieren.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der erste Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln einer ersten elektrischen Phase entspricht und die Haarnadelwicklung ferner einen zweiten Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, der einer zweiten elektrischen Phase entspricht.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, wobei der zweite Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln zumindest eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung entlang des zweiten Pfades beinhaltet, um eine zweite Verschiebung in einem hinteren Abschnitt des zweiten Pfades zu induzieren, die der ersten Verschiebung des ersten Pfades entspricht.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, wobei zumindest ein Schenkelabschnitt einer Haarnadel des ersten Pfades einen gemeinsamen Schlitz mit zumindest einem Schenkelabschnitt einer Haarnadel des zweiten Pfades einnimmt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, wobei die Haarnadelwicklung ferner einen dritten Pfad mit miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, der einer dritten elektrischen Phase entspricht, und sich jeder von dem ersten Pfad, zweiten Pfad und dritten Pfad derart überlappt, dass eine Vielzahl von Schlitzen Schenkelabschnitte beinhaltet, die zumindest zwei der elektrischen Phasen entsprechen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der erste Pfad der Haarnadelwicklung eine Vielzahl von gleichmäßigen Haarnadeln, die eine Steigungsspannung von N Schlitzen definieren, und zumindest eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung beinhaltet, die eine Steigungsspannung von N-1 Schlitzen definieren.
Elektrische Maschine, umfassend: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Schlitze definiert, wobei jeder Schlitz radiale Stiftpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren, und eine erste elektrische Phase einer Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von ersten Haarnadeln, die in Reihe um zwei radiale Innenschichten miteinander verbunden sind, und eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln beinhaltet, die in Reihe um zwei radiale Außenschichten miteinander verbunden sind, wobei die zweiten Haarnadeln an einer vorderen Kante über eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung mit den ersten Haarnadeln verbunden sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei die Haarnadel mit einzigartiger Steigung eine erste Verschiebung in einem hinteren Abschnitt der ersten elektrischen Phase der Haarnadelwicklung induziert.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von ersten Haarnadeln gleichmäßige Haarnadeln sind, die eine Steigungsspanne von N Schlitzen definieren, und die Haarnadel mit einzigartiger Steigung eine Steigungsspanne von N-1 Schlitzen definiert.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, ferner umfassend eine zweite elektrische Phase der Haarnadelwicklung, die sich derart mit der ersten elektrischen Phase überlappt, dass ein Vielzahl der Schlitze einen Haarnadelschenkelabschnitt sowohl von der ersten als auch der zweiten elektrischen Phase innerhalb eines einzigen Schlitzes beinhaltet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, ferner umfassend eine dritte elektrische Phase der Haarnadelwicklung, die sich derart mit der ersten elektrischen Phase und der zweiten elektrischen Phase überlappt, dass eine Vielzahl von Schlitzen Haarnadelschenkelabschnitte beinhaltet, die zumindest zwei der elektrischen Phasen entsprechen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 11, wobei jeder zweite Schlitz des Statorkerns Haarnadelwicklungen beinhaltet, die einer einzigen elektrischen Phase entsprechen.
Elektrische Maschine, umfassend: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Schlitze definiert, wobei jeder Schlitz radiale Stiftpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren, eine erste Phase einer Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von ersten Haarnadeln, die in Reihe miteinander verbunden und in zumindest einer radialen Innenschicht positioniert sind, und eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln aufweist, die in Reihe miteinander verbunden und durch eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung mit einer hinteren Kante der ersten Haarnadeln verbunden und in zumindest einer radialen Außenschicht positioniert sind; eine zweite Phase der Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von dritten Haarnadeln, die in Reihe miteinander verbunden und in zumindest einer radialen Innenschicht positioniert sind, und eine Vielzahl von vierten Haarnadeln aufweist, die in Reihe miteinander verbunden und durch eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung mit einer hinteren Kante der dritten Haarnadeln verbunden und in zumindest einer radialen Außenschicht positioniert sind; eine dritte Phase der Haarnadelwicklung, die eine Vielzahl von fünften Haarnadeln, die in Reihe miteinander verbunden und in zumindest einer radialen Innenschicht positioniert sind, und eine Vielzahl von sechsten Haarnadeln aufweist, die in Reihe miteinander verbunden und durch eine Haarnadel mit einzigartiger Steigung mit einer hinteren Kante der fünften Haarnadeln verbunden und in zumindest einer radialen Außenschicht positioniert sind, wobei sich jede von der ersten Phase, der zweiten Phase und der dritten Phase derart überlappt, dass eine Vielzahl der Schlitze einen Haarnadelschenkelabschnitt von sowohl der ersten als auch der zweiten elektrischen Phase innerhalb eines einzigen Schlitzes beinhaltet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 13, wobei jede Haarnadel mit einzigartiger Steigung eine Verschiebung in einem hinteren Abschnitt der ersten Phase, der zweiten Phase und der dritten Phase induziert.
Elektrische Maschine nach Anspruch 13, wobei jeder zweite Schlitz des Statorkerns Haarnadelwicklungen beinhaltet, die einer einzigen elektrischen Phase entsprechen.