DE102013112086A1

DE102013112086A1 - Stator und drehende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102013112086A1
Application number: DE102013112086.5A
Authority: DE
Inventors: Yuki Takahashi; Masahiro Seguchi; Hideaki Suzuki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2014-05-08
Also published as: US9673674B2; CN103812239B; US20140125186A1; JP2014096858A; CN103812239A; JP5741556B2

Abstract

In einem Stator mit einem Statorkern und Drei-Phasen-Wicklungen sind im Statorkern Schlitze ausgebildet. Die Phasenwicklungen sind in Schichten aufgenommen, von einer Seite zu einer anderen Seite, im jeweils zugehörigen Schlitz entlang einer Radialrichtung des Statorkerns. Die Phasenwicklungen sind in Stern-Dreiecks-Verbindungsstruktur angebracht. Die Phasenwicklung in jeder Phase besteht aus Leitern, die in einem ersten Schlitz und einem zweiten Schlitz aufgenommen sind, die im Statorkern derart benachbart angebracht sind, dass der Leiter in der n-ten Schicht mit dem Leiter in der (n + 1)-ten Schicht in aufsteigender Reihenfolge je Schlitz elektrisch verbunden ist. Da jede Wicklung die gleiche Länge aufweist und keine Differenz im elektrischen Potenzial zwischen der Sternverbindung und der Dreiecksverbindung auftritt, unterdrückt diese Struktur das Erzeugen eines Betriebsgeräusches und einen Kreisstrom durch den Statorkern und verhindert somit einen Verlust aufgrund des Kreisstroms.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Statoren und drehende elektrische Maschinen, die aus einem Stator, welcher einen Statorkern enthält, und einer Mehrzahl von Phasenwicklungen bestehen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine herkömmliche Technik bzw. ein herkömmliches Verfahren, wie beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2002-281706 A dargestellt, offenbart eine drehende elektrische Maschine, die geeignet ist, ihre Ausgangskennwerte mit einer hohen Zuverlässigkeit einfach und flexibel zu verändern und bei der ein Anstieg der Herstellungskosten selbst dann vermieden werden kann, wenn eine starke Veränderung bezüglich der Produktionsanlagen vorgenommen wird. Bei der drehenden elektrischen Maschine, die in der JP 2002-281706 A offenbart wird, wird eine Verdrahtungsverbindung mit einer Mehrzahl von Phasenwicklungen gleichmäßig durchgeführt, wobei ein Endanschluss einer Phasenwicklung mit einem Knoten verbunden wird, der kein Endanschluss einer anderen bzw. weiteren Phasenwicklung ist.
Das herkömmliche Verfahren, das in der JP 2002-281706 A offenbart wird, stellt ein praktisches Verfahren mit einer starken Variation der Ausgangskennwerte der drehenden elektrischen Maschine durch das Verändern einer Verdrahtungsverbindung einer Stern-(Y)-Verbindung und einer Dreiecks-(Δ)-Verbindung im Detail dar. Eine derartig detaillierte Veränderung oder Justierung bzw. Einstellung der Verdrahtungsverbindung verursacht jedoch das Problem, dass eine Dreiecksverbindung 180° und eine Sternverbindung weitere 180° von insgesamt 360° eines Systems der drehenden elektrischen Maschine belegen. Dies kann ein Betriebsgeräusch sowie einen Kreisstrom in den Phasenverdrahtungen verursachen.
Kurzfassung der Erfindung.
Daher ist es erforderlich, einen Stator und eine drehende elektrische Maschine zu schaffen, wobei die Maschine mit dem Stator ausgestattet ist, der geeignet ist, die Erzeugung eines Betriebsgeräusches und eines Kreisstroms zu unterdrücken.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Stator angeordnet, der aus einem Statorkern und Phasenwicklungen einer Mehrzahl von Phasen besteht. Der Statorkern besteht aus einer Mehrzahl von Schlitzen, die im Statorkern ausgebildet und entlang einer Umfangsrichtung des Statorkerns angebracht sind. Die Phasenwicklungen von jeder Phase weisen Leiter auf. Die Leiter sind elektrisch miteinander verbunden und in den Schlitzen derart aufgenommen, dass die Leiter in einer Mehrzahl von Schichten von einer Seite zu einer anderen Seite in jedem der Schlitze entlang einer Radialrichtung des Statorkerns aufgenommen sind. Die Phasenwicklungen der Phasen weisen eine Stern-Y-Dreiecks-Δ-Verbindung auf. Die Leiter, welche die Phasenwicklungen von jeder Phase bilden, sind in einem ersten Schlitz und einem zweiten Schlitz aufgenommen. Der erste Schlitz und der zweite Schlitz sind derart nebeneinander angebracht, dass der Leiter, der in einer n-ten Schicht aufgenommen ist, mit dem Leiter, der in einer (n + 1)-ten Schicht aufgenommen ist, in aufsteigender Reihenfolge je Schlitz elektrisch verbunden ist.
Gemäß dem Aufbau des Stators sind eine Stern-(Y)-Verbindung in dem ersten Schlitz und eine Dreiecks-Δ-Verbindung in dem zweiten Schlitz ausgebildet, wobei der erste Schlitz und der zweite Schlitz im Statorkern benachbart angebracht sind. Daher ist es möglich, die Phasenwicklung in der Sternverbindung in einem 360°-System mit der Phasenwicklung in der Dreiecksverbindung in einem 360°-System in Reihe zu schalten bzw. entsprechend zu verbinden. Da kein Kreisstrom in jedem der Schlitze fließt, ist es möglich, das Erzeugen eines Betriebsgeräusches zu unterdrücken, wenn die drehende elektrische Maschine mit dem Stator läuft bzw. Arbeit verrichtet. Ferner verhindert dies einen Verlust aufgrund eines Kreisstroms, da es möglich ist, die Erzeugung eines solchen Kreisstroms durch den gesamten Stator zu unterdrücken.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Stator ferner eine Mehrzahl von ersten Anschlüssen auf, die an Endbereichen der Phasenwicklungen ausgebildet sind, und eine Mehrzahl von zweiten Anschlüssen, die an den Endbereichen der Phasenwicklungen bei jeder 2m-ten Schicht (wobei m eine positive Ganzzahl ist) von einer ersten Schicht zu einer letzten Schicht in jedem Schlitz, mit Ausnahme der letzten Schicht, ausgebildet sind. Diese Anordnung ermöglicht es, unterschiedliche Verbindungen auszubilden, wie beispielsweise eine Stern-Y-Verbindung und eine Dreiecks-Δ-Verbindung, auf einer Seite, zum Beispiel im inneren Bereich, und auf der anderen Seite, zum Beispiel im äußeren Bereich, in jedem Schlitz. Daher kann der Stator mit einer großen Vielfalt an elektrischen Verbindungen der Phasenwicklungen vorgesehen werden.
Gemäß eines weitern Aspekts der beispielhaften Ausführungsform ist eine drehende elektrische Maschine vorgesehen, die den Stator, der die vorstehend beschriebene Struktur aufweist, und darüber hinaus einen Rotor, der derart angeordnet ist, dass er dem Stator zugewandt ist, enthält. Bei diesem Aufbau des Stators kann die drehende elektrische Maschine vorgesehen werden, die mit dem Stator ausgestattet ist, der eine Erzeugung des Betriebsgeräusches und eine Erzeugung eines Kreisstroms unterdrücken kann.
Es ist möglich, eine Mehrzahl von Leitern mit einer vorbestimmten Form, wie beispielsweise einer „U”-Form elektrisch miteinander zu verbinden, und es ist auch denkbar, eine einzelne Verdrahtung zu verwenden, welche dieselbe Länge als die Leiter hat, wenn diese zusammen verbunden werden würden.
Ein schichtverbindender Leiter, welcher in einer ersten beispielhaften Ausführungsform erläutert wird, weist eine gekrümmte Form auf und verbindet den Leiter in der 2n-ten Schicht mit dem Leiter in der (2n + 1)-ten Schicht. Die schichtverbindenden Leiter können aus einem beliebigen Material und einer beliebigen Form bestehen, solange sie mit den Leitern, d. h., den Phasenwicklungen verbunden werden können. Es ist möglich, das Konzept des Stators gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine drehende elektrische Maschine zu übertragen, solange sie einen drehenden Bereich (z. B. eine Drehachse, eine Drehwelle, etc.) aufweist. Das heißt, es ist möglich, das Konzept des Stators bei verschiedenen Typen von elektrischen Maschinen, wie einem Generator, einem Elektromotor, oder einem Elektrogenerator anzuwenden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mittels eines Beispiels mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Ansicht, die einen schematischen Querschnitt einer Struktur einer drehenden elektrischen Maschine mit einem Stator gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 eine Draufsicht, die eine Struktur des Stators in der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 eine Ansicht, die eine detaillierte Struktur eines Teils des Stators in der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 eine perspektivische Ansicht, die einen Leiter darstellt, der in einem Schlitz aufgenommen ist, der in einem Statorkern des Stators in der drehenden elektrischen Maschine gemäß der erste Beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
5 eine Ansicht, die einen Querschnitt des Leiters darstellt, der in einem korrespondierenden Schlitz des Stators in der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einzubringen und aufzunehmen ist;
6 eine Ansicht, die eine Struktur eines schichtverbindenden Leiters 16d darstellt, um Leiter in der (2n + 1)-ten Schicht und der 2n-ten Schicht in einem Schlitz des Stators der drehende elektrische Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu verbinden;
7 eine Ansicht, die eine schematische Struktur von Wicklungen 161 und 162 darstellt, welche in zwei Schichtgruppen gewickelt sind, wie beispielsweise ersten und zweiten Schichten und dritten und vierten Schichten, in einem Schlitz des Stators der drehende elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Ansicht, die eine schematische Struktur eines Teils einer Wellenwicklung (oder einer Serienwicklung) darstellt, in welcher Leiter miteinander verbunden sind, um U-, V- und W-Phasenwicklungen in der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszubilden;
9 eine perspektivische Ansicht, die einen Teil des Windungsbereichs der Wicklungen darstellt, welche die Phasenwicklung im Stator der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausbilden;
10 eine Draufsicht, die eine Beziehung zwischen Zähnen, Schlitzen und Leitern im Stator der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
11 eine Ansicht, die einen Querschnitt der Leiter entlang der in 9 dargestellten XI-XI-Linie darstellt;
12 eine Ansicht, die eine schematische Schaltungsstruktur eines ersten Verbindungsbeispiels der Leiter darstellt, in welchem die Leiter in zwei parallele Verbindungen unterteilt sind, die parallel angebracht sind.
13 eine Draufsicht, die eine Phasenverbindung darstellt, in welcher die Leiter in den doppelten Schlitzen (der Multiplikator S der Schlitze ist 2 (S = 2)) im Stator der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht sind;
14 eine Draufsicht, welche eine Beziehung zwischen einem Reihenschaltungsabschnitt und den Leitern darstellt, die in den Schlitzen im Stator der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgenommen sind;
15 eine schematische Ansicht, die eine erste Drahtverbindungsstruktur (eine Sternverbindung) der Phasenwicklungen im Stator der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
16 zeigt eine schematische Ansicht, die eine zweite Drahtverbindungsstruktur (oder eine Dreiecksverbindung) der Phasenwicklungen im Stator der drehenden elektrischen Maschine der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
17 zeigt eine schematische Ansicht, die eine dritte Drahtverbindungsstruktur (eine Stern-Dreiecks-Verbindung) der Phasenwicklungen im Stator der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
18 zeigt eine Draufsicht, die eine schematische Struktur eines Drahtverbindungsteils der Phasenwicklungen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
19 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Struktur einer Umordnung der Drahtverbindung der Phasenwicklungen des Stators durch einen Umordnungsbereich 1B in der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 zeigt eine Ansicht, die eine schematische Schaltungsstruktur eines zweiten Verbindungsbeispiels der Leiter darstellt, bei welchem die Leiter in zwei parallele Verbindungen unterteilt sind, die in der drehenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung parallel angebracht sind;
21 eine Draufsicht, welche eine Beziehung zwischen einem Reihenschaltungsbereich und den Leitern, die in den Schlitzen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgenommen sind, darstellt;
22 eine schematische Ansicht, die eine vierte Drahtverbindungsstruktur (eine Sternverbindung) der Phasenwicklungen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
23 eine Ansicht, die eine schematische Schaltungsstruktur eines dritten Verbindungsbeispiels darstellt, bei welchem die Leiter in zwei parallele Verbindungen unterteilt sind, die in der drehenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung parallel angebracht sind;
24 eine Draufsicht, welche eine Beziehung zwischen einem Serienschaltungsbereich und den Leitern darstellt, die in den Schlitzen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgenommen sind;
25 eine schematische Ansicht, die eine fünfte Drahtverbindungsstruktur (eine Sternverbindung) der Phasenwicklungen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
26 eine Ansicht, die eine schematische Schaltungsstruktur eines Verbindungsbeispiels der Leiter darstellt, bei welchem die Leiter in vier parallele Verbindungen unterteilt sind, die in der drehenden elektrischen Maschine gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung parallel angebracht sind;
27 eine Draufsicht, welche eine Beziehung zwischen einem Reihenschaltungsbereich und den Leitern, die in den Schlitzen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der vierten Beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgenommen sind, schematisch darstellt;
28 eine schematische Ansicht, die eine sechste Drahtverbindungsstruktur (eine Sternverbindung) der Phasenwicklungen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
29 eine Ansicht, die eine schematische Schaltungsstruktur eines vierten Verbindungsbeispiels der Leiter in der drehenden elektrischen Maschine gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
30 eine Draufsicht, welche eine Beziehung zwischen einem Serienschaltungsbereicht und den Leitern, die in den Schlitzen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgenommen sind, schematisch darstellt;
31 eine schematische Ansicht, die eine siebte Drahtverbindungsstruktur (eine Stern-Dreiecks-Verbindung) der Phasenwicklungen im Stator der drehenden elektrischen Maschine gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
32 eine schematische Ansicht einer zweiten Struktur der Umordnung der Drahtverbindung der Phasenwicklungen des Stators durch einen Umordnungsbereich 1B in der drehenden elektrischen Maschine einer Modifikation der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Hiernach werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen sind gleiche oder ähnliche Komponenten in den verschiedenen Diagrammen durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Erste beispielhafte Ausführungsform.
Anschließend wir ein Stator 12 und eine drehende elektrische Maschine 10, die gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform mit dem Stator 12 ausgestattet ist, mit Bezug auf die 1 bis 19 beschrieben.
1 zeigt eine Ansicht, die einen schematischen Querschnitt einer Struktur der drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt. Die drehende elektrische Maschine 10, die in 1 dargestellt ist, besteht aus dem Stator 12, einem Rotor 13, einer drehenden Welle 20 und einem Gehäuseelement 11. Der Stator 12, der Rotor 13 und die drehende Welle 20 sind im Gehäuseelement 11 aufgenommen. Die drehende elektrische Maschine 10 ist mit einer Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 durch Eingabe- und Ausgabekabel 17 etc. elektrisch verbunden. Das Gehäuseelement 11 der drehenden elektrischen Maschine 10 ist eigenständig angeordnet und dem Gehäuseelement der Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 durch ein Befestigungselement fixiert, oder sie sind zusammengebaut angeordnet. Das Gehäuseelement der Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 wird später erläutert.
Als Fixierelemente sind beispielsweise Schrauben und Mutter, männliche Schrauben und weibliche Schrauben, durch die Löcher und Splinte, Schweißungen, Abdichtungen, etc. vorgesehen. Es ist auch möglich, wenigstens zwei dieser Fixierelemente miteinander zu verbinden.
Die drehende Welle 20 ist durch das Gehäuseelement 11 durch ein Lager, etc. drehbar gelagert. Die drehende Welle 20 ist an einem zentralen Bereich des Rotors 13 durch das Fixierelement fixiert, oder die drehende Welle 20 und der Rotor 13 sind zusammengebaut ausgestaltet. Die drehende Welle 20 und der Rotor 13 drehen zusammen.
2 zeigt eine Draufsicht, die eine Struktur des Stators 12 in der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt. Der Stator 12 weist einen Statorkern 12a auf. 13 zeigt eine Ansicht, die eine detaillierte Struktur eines Teils des Stators 12 in der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
Wie in 2 und 3 dargestellt, ist der Stator 12, der in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, an der radialen äußeren Oberflächenseite des Rotors 13 angebracht. Eine Mehrzahl von Schlitzen 12b ist im Statorkern 12a entlang einer Umfangsrichtung des Statorkerns 12a ausgebildet. Der Stator 12 ist an dem Gehäuseelement 11 (siehe 1) durch die Fixierelemente fixiert. Der Abstand zwischen den benachbarten Schlitzen 12b kann eingestellt werden. Ausgehend davon, dass ein einheitlicher magnetischer Fluss vorliegt und sich ein Ausgangsdrehmoment der drehenden elektrischen Maschine 10 erhöht, ist es jedoch bevorzugt, die Schlitze 12b im Statorkern 12a längs der Umfangsrichtung des Rotors 11 bei einem gleichmäßigen Abstand auszubilden. Wie in 3 dargestellt, ist der Schlitz 12b zwischen den benachbarten Zähnen 12c ausgebildet.
Gemäß der Struktur des Stators 12, der in 2 dargestellt ist, ist der Multiplikator S der Schlitze 12b 'zwei', die Anzahl Mn der Magnetpole 'acht' und die Anzahl p der Phasen 'drei'. Daher wird die Anzahl Sn der Schlitze 12b durch die folgende Gleichung ausgedrückt Sn = S × Mn × p = 2 × 8 × 3 = 48, wobei S für den Multiplikator der Schlitze und eine positive Ganzzahl steht, Mn die Anzahl der Magnetpole darstellt und eine positive Ganzzahl ist, und p die Anzahl der Phasen anzeigt und eine positive Ganzzahl ist.
Die Leiter 16 sind in den Schlitzen 12b aufgenommen. Die Leiter 16 bilden die Phasenwicklungen des Stators 12. Wie beispielsweise in 3 dargestellt, sind die vier Leiter 16 in jedem Schlitz 12b derart aufgenommen, dass die vier Leiter 16 in Radialrichtung des Statorkerns 12a des Stators 12 zueinander ausgerichtet sind. Es ist möglich, eine Mehrzahl der Leiter 16 in jedem Schlitz 12b anzubringen. In der ersten beispielhaften Ausführungsform ist jeder Schlitz 12b in vier Schichten unterteilt, wie eine erste Schicht, eine zweite Schicht, eine dritte Schicht und eine vierte Schicht. Die erste Schicht, die zweite Schicht, die dritte Schicht und die vierte Schicht sind in jedem Schlitz 12b von einer Innendurchmesserseite zu einer Außendurchmesserseite des Stators 12 angebracht.
Ein Teil von jedem der Leiter 16, welcher in dem korrespondierenden Schlitz 12b aufgenommen ist, wird als der „aufgenommene Bereich 19 des Leiters 16” bezeichnet.
8 zeigt eine Ansicht, die eine schematische Struktur der Leiter 16 darstellt, die in einer Wellenwicklung (oder einer Reihenwicklung) angebracht sind, in welcher die Leiter 16 in Reihe verbunden sind, um die Phasenwicklung der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform auszubilden. Ein Bereich im Leiter 16, welcher exponiert ist und von der Innenseite des Schlitzes 12b hervorsteht, wird als der „Windungsbereich 14” bezeichnet. Der gesamte Windungsbereich 14 wird als „Spulenende” des Stators 12 bezeichnet. Ein Teil des Windungsbereichs 14 wird als Leitungsverdrahtungen genutzt. Zum Beispiel ist, wie in 1 dargestellt, die Leitungsverdrahtung mit der Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 verbunden.
Anschließend wird die Struktur der Leiter 16 mit Bezug auf 4 und 5 beschrieben.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den Leiter 16 darstellt, der im Schlitz 12a des Stators 12 in der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform aufgenommen ist. 5 zeigt eine Ansicht, die einen Querschnitt des Leiters 16 darstellt, der im Schlitz 12a des Stators 12 in der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform aufgenommen ist.
Wie in 4 dargestellt, weißt der Leiter 16 eine „U”-Form auf. Das heißt, der Leiter 16 besteht aus dem Windungsbereich 14, dem aufgenommenen Bereich 19 und einem Endbereich 16t. Der Windungsbereich 14 weist einen stufenförmigen Bereich 14s auf, der aus einer Mehrzahl von stufenförmigen Teilen besteht. Ein stufenförmiger Teil im stufenförmigen Bereich 14s weißt eine Höhe H auf, welche für verschiedene Anwendungen auf eine gewünschte Höhe einstellbar ist. Es ist möglich, die Leiter 16 einfach in Axialrichtung des Stators 12 zu stapeln, wenn die Höhe H des einen stufenförmigen Teils in dem stufenförmigen Bereich 14s circa gleich der Höhe (oder einer Dicke „Th”) des Leiters 16 ausgebildet ist. Es ist möglich, die Anzahl der gestuften Teile in dem stufenförmigen Bereich 14s im Leiter 16 einzustellen. Beispielsweise ist es möglich, die Anzahl der stufenförmigen Teile in dem stufenförmigen Bereich 14s auf Basis der Lücke zwischen den benachbarten aufgenommenen Bereichen 19 im Leiter 16 zu bestimmen.
Ein gekrümmter Bereich 14c ist an einem zentralen Teil des stufenförmigen Bereichs 14s ausgebildet. Der gekrümmte Bereich 14c wird durch die Biegung eines Leiters 16 in einer gekrümmten Form erhalten, um den Leiter 16 in Richtung einer Radialrichtung des Stators 12 zu versetzen. Der gekrümmte Bereich 14c weist eine maximale Höhe auf, die von einer Endoberfläche des Statorkerns 12a aus gemessen wird. Es ist möglich, den gekrümmten Bereich 14c optional in Radialrichtung des Stators 12 zu biegen. Wenn der gekrümmte Bereich 14c um eine Weite Wd des Leiters 16 gebogen wird, ist es möglich, den Leiter 16 einfach in Richtung der Radialrichtung des Stators 12 zu versetzen.
7 zeigt eine Ansicht, die eine schematische Struktur von Wicklungen 161 und 162 in U-Phasenwicklungen im Stator 12 der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt. Die Wicklungen 161 und 162 sind in zwei Schichtgruppen gewickelt, das heißt, ersten und zweiten Schichten und dritten und vierten Schichten.
Der Endbereich 16t mancher Leiter 16 weist einen Anschlussbereich T auf, zum Beispiel die Endbereiche der Wicklungen 161 und 162, dargestellt in 7, welche später beschrieben werden. Der Anschlussbereich T wird durch die abwechselnd lang gestrichelte und doppelpunktierte Linie, dargestellt in 4, gekennzeichnet.
Die Endbereiche 16t sind durch Löten oder Schweißen verbunden. Ähnlich ist der Endbereich 16t mit dem Anschlussbereich T durch Löten oder Schweißen elektrisch verbunden.
Der technische Begriff „Schweißen” steht für ein Verbindungsschweißen wie Gasschweißen, Lichtbogenschweißen, Elektrodenschweißen, Elektroschlackeschweißen, Laserschweißen, etc., und für Druckschweißen wie beispielsweise Widerstandsschweißen, Feuerschweißen, etc.
5 stellt einen Querschnitt des Leiters 16 entlang der in 4 dargestellten V-V-Linie dar. Der Windungsbereich 14 und die aufgenommenen Bereiche 19 im Leiter 16 sind mit einem Isolationsfilm 16r, beispielsweise einem Harzfilm, etc. bedeckt. Das heißt, der Windungsbereich 14 besteht aus einem Metallelement 16m, wie beispielsweise einem Kupferdraht, etc., und die aufgenommenen Bereiche 19 sind mit dem Isolationsfilm 16r bedeckt. Andererseits ist, da der Endbereich 16t im Leiter 16 nicht durch den Isolationsfilm bedeckt ist, das Metallelement 16m im Endbereich 16t nach außen exponiert und der Endbereich 16t ist mit dem Anschluss T oder dem Endbereich von anderen Leitern 16 elektrisch verbunden.
6 zeigt eine Ansicht, die eine Struktur eines schichtverbindenden Leiters 16d im Stator 12 der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt. Der schichtverbindende Leiter 16d weist eine gekrümmte Form auf und verbindet die 2n-te Schicht (zum Beispiel Wicklung 161) mit der (2n + 1)-ten Schicht (zum Beispiel Wicklung 162). Der schichtverbindende Leiter 16d ist an einer Vorderseite angeordnet und ein weiterer Leiter 16 ist an einer Hinterseite (oder einer hinteren Seite), dargestellt in 6, angeordnet. Da der schichtverbindende Leiter 16b an dem horizontalen Bereich Hr angeordnet ist, der an dem zentralen Bereich eines anderen bzw. weiteren Leiters 16 ausgebildet ist, tritt keine Interferenz zwischen dem schichtverbindenden Leiter 16d und dem weiteren Leiter 16 auf, wie in 6, 9, 10 und 11 dargestellt. Die Struktur der Leiter, die in 9, 10 und 11 dargestellt ist, wird später beschrieben.
7 stellt eine schematische Verbindung der Leiter 16 dar, welche zu einer Phasenwicklung, zum Beispiel der U-Phase, gehören. Die Wicklung 161 ist durch sequenzielles Verbinden der Leiter 16 in der ersten Schicht und der zweiten Schicht ausgebildet. Ein Endbereich der Phasenwicklung 161 ist mit einem Anschluss D1 elektrisch verbunden und der andere Endbereich der Phasenwicklung 161 ist mit einem Anschluss G2 elektrischen verbunden. Die Wicklung 162 ist durch sequenzielles Verbinden der Leiter 16 in der dritten Schicht und der vierten Schicht ausgebildet. Ein Endbereich der Wicklung 162 ist mit einem Anschluss T3 elektrisch verbunden und der andere Endbereich der Wicklung 162 ist mit einem Anschluss T4 elektrisch verbunden. Jeder der Anschlüsse T1, T2, T3 und T4 entspricht dem in 4 dargestellten Anschluss T des Leiters 16. Die Wicklung 161 und die Phase und die Wicklung 162 sind durch Verbinden der Leiter 16 in den zwei Schichten ausgebildet, welche radial benachbart zueinander sind. Da die drehende elektrische Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform drei Phasen aufweist (zum Beispiel eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase), weist jede der drei Phasen die Wicklungen 161 und 162 auf. Es ist nicht erforderlich, dass jede der Wicklungen 161 und 162 mit dem Anschluss T ausgestattet ist.
8 stellt ein Beispiel einer Verbindung der Wicklungen 161 und 162 in drei Phasen dar. Das heißt, die Wicklung 161 realisiert die U-Phasenwicklung 16U. Die Wicklung 161 realisiert die V-Phasenwicklung 16V. Die Wicklung 161 realisiert die W-Phasenwicklung 16W. Ähnlich realisiert die Wicklung 162 die U-Phasenwicklung 16U. Die Wicklung 162 realisiert die V-Phasenwicklung 16V. Die Wicklung 162 realisiert die W-Phasenwicklung 16W. Es ist möglich, die Anzahl der Wicklungen 161 und 162, die in jeder der drei Phasen U, V und W zu verwenden sind, zu bestimmen.
Der Stator 12, der in 8 dargestellt ist, besteht aus der U-Phasenwicklung 16U, der V-Phasenwicklung 16V und der W-Phasenwicklung 16W. Mit Bezug auf die Struktur des Stators 12 und die erste beispielhafte Ausführungsform wird jede Phase gemäß einem Paar der Schlitze 12b ausgebildet. Jeder der Leiter 16, die in 8 dargestellt sind, ist durch ein Bezugszeichen gekennzeichnet, welches die Zahl des entsprechenden Schlitzes anzeigt, in welchem der Leiter 16 in der U-Phasenwicklung 16U, der V-Phasenwicklung 16V und der W-Phasenwicklung 16W aufgenommen ist. Der Leiter 16, der durch das Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, ist zum Beispiel in Schlitz 12b mit der Schlitznummer 1 eingebracht und aufgenommen.
Die U-Phasenwicklung 16U, als eine der drei Phasenwicklungen U, V und W, besteht aus den Leitern 16, welche in Reihe verbunden und in den Schlitzen 12b aufgenommen sind, die jeweils durch die Schlitznummern 1, 7, 13, 19, 25, 31, 37 und 43 gekennzeichnet sind. Da es nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, besteht die U-Phasenwicklung 16U aus den Leitern 16, welche in Reihe verbunden und in den Schlitzen 12b aufgenommen sind, die jeweils durch die Schlitznummern 2, 8, 14, 20, 26, 32, 38 und 43 gekennzeichnet sind. Eine U-Phasenwicklung 16U ist mit der anderen U-Phasenwicklung 16U an dem Verbindungsbereich Un elektrisch verbunden.
Die V-Phasenwicklungen 16V und die W-Phasenwicklungen 16W weisen dieselbe Struktur wie die U-Phasenwicklungen 16U auf. Das heißt, eine V-Phasenwicklung 16V besteht aus den Leitern 16, welche in Reihe verbunden und in den Schlitzen 12b aufgenommen sind, die jeweils durch die Schlitznummern 3, 9, 15, 21, 27, 33, 39 und 45 gekennzeichnet sind. Ähnlich wie die Struktur der U-Phasenwicklungen 16U ist eine V-Phasenwicklung 16V mit der anderen V-Phasenwicklung 16V bei dem Verbindungsbereich Vn elektrisch verbunden. Die W-Phasenwicklung 16W besteht aus den Leitern 16, welche in Reihe verbunden und in den Schlitzen 12b aufgenommen sind, die jeweils durch die Schlitznummern 5, 11, 17, 23, 29, 35, 41, und 47 gekennzeichnet sind. Ähnlich wie die Struktur der U-Phasenwicklungen 16U und 16V ist auch die W-Phasenwicklung 16W mit der anderen W-Phasenwicklung 16W bei dem Verbindungsbereich Wn elektrisch verbunden.
Wie vorstehend beschrieben sind die U-Phasenwicklungen 16U, die V-Phasenwicklungen 16V und die W-Phasenwicklungen 16W durch Wickeln der Leiter 16 in den korrespondierenden Schlitzen 12b ausgebildet. Ein Teil von jedem der Verbindungsbereiche Un, Vn und Wn ist mit einem entsprechenden Anschluss T (einem der ersten Anschlüsse T1 und T4, oder der zweiten Anschlüsse T2 und T3) ausgestattet.
Anschließend wird ein Teil der Phasenwicklungen, insbesondere der Windungsbereich 14 in jeder der Phasenwicklungen, mit Bezug auf 9, 10 und 11 beschrieben.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen Teil der Windungsbereiche der Wicklungen darstellt, welche die Phasenwicklungen im Stator 12 der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform bilden. 10 zeigt eine Draufsicht, die eine Beziehung zwischen Zähnen 12c, den Schlitzen 12b, den Leitern 16x (16) und 16y (16) und dem schichtverbindenden Leiter 16d (16) im Stator 12 der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt. 11 zeigt eine Ansicht, die einen Querschnitt der Leiter 16 entlang der in 9 dargestellten XI-XI-Linie darstellt.
Das heißt, 9, 10 und 11 stellen den Leiter 16x in der 2n-ten Schicht, den Leiter 16y in der (2n + 1)-ten Schicht und die Windungsbereiche 16d, durch welche der Leiter 16x in der 2n-ten Schicht zum Leiter 16y in der (2n + 1)-ten Schicht gewechselt wird, dar.
10 stellt den Leiter als den schichtverbindenden Leiter 16d dar, welcher in dem horizontalen Bereich Hr gebogen ist, der an dem zentralen Bereich der Leiter 16x (16) und 16y (16) ausgebildet ist. Wie in 11 dargestellt, ist eine Lücke „G” zwischen dem schichtverbindenden Leiter 16d, dem Leiter 16x und dem Leiter 16y ausgebildet. Deshalb gibt es eine Interferenz zwischen dem schichtverbindenden Leiter 16, dem Leiter 16x und dem Leiter 16y.
Als nächstes wird mit Bezug auf 12 bis 17 ein Verfahren zum Verbinden der Wicklungen 161 und 162 (der U-Phasenwicklung 16U, der V-Phasenwicklung 16V und der W-Phasenwicklung 16W) beschrieben.
12 zeigt eine Ansicht, die eine schematische Schaltungsstruktur eines ersten Verbindungsbeispiels der Leiter darstellt, in welchem die Leiter in zwei parallele Verbindungen unterteilt sind, die parallel angebracht sind. 13 zeigt eine Draufsicht, die eine Phasenverbindung darstellt, in welcher die Leiter in den Schlitzen angebracht sind, wenn der Multiplikator S der Schlitze zwei ist (S = 2), und zwar in dem Stator 12 der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Bei der Wicklungsverbindung, die in 12 bis 17 dargestellt ist, sind zwei Serienschaltungsbereiche je Phasenwicklung parallel verbunden. Das heißt, 12 bis 17 stellen ein Beispiel einer Parallelverbindung von zwei der Phasenwicklungen dar. Die Gesamtanzahl der Serienschaltungsbereiche, die parallel verbunden sind, wird als „Parallelnummer” bezeichnet. Im Stator 12 ist die Parallelnummer gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform 'zwei'.
Der obere Teil in 12 stellt ein Beispiel einer Wicklungsverbindung dar, die aus Wicklungen A1, a2, B3, b4, B1, b2, A3 und a4 besteht, welche in Reihe verbunden sind.
Wie in 13 dargestellt, ist die Wicklung A1 gewickelt, das heißt, in der ersten Schicht des Schlitzes A in den doppelten Schlitzen bzw. Doppelschlitzen 12b aufgenommen. Die Wicklung a2 ist gewickelt, das heißt, in der zweiten Schicht des Schlitzes a in den Doppelschlitzen 12b aufgenommen. Ferner ist die Wicklung B1, wie in 13 dargestellt, gewickelt, das heißt, in der ersten Schicht des Schlitzes B in den Doppelschlitzen 12b aufgenommen. Die Wicklung b2 ist gewickelt, das heißt, in der zweiten Schicht des Schlitzes b in den Doppelschlitzen 12b aufgenommen. Andere Wicklungen B3, b4, A3, und a4 sind mittels der gleichen Struktur gewickelt.
Die Wicklungen 161 und 162, dargestellt in 7, sind durch die schichtverbindenden Bereiche 16d zweimal um den Stator 12 gewickelt. Die Duplexwicklungen A1-a2 bestehen aus der Wicklung A1 und der Wicklung a2, die durch den Verbindungsleiter A1a2 verbunden sind. Die Duplexwicklungen B3-b4 bestehen aus der Wicklung B3 und der Wicklung b4, verbunden durch den Verbindungsleiter B3b4. Die Duplexwicklungen B1-b2 bestehen aus der Wicklung B1 und der Wicklung b2, verbunden durch den Verbindungsleiter b2A3. Die Duplexwicklungen A3-a4 bestehen aus der Wicklung A3 und der Wicklung a4, verbunden durch den Verbindungsleiter A3a4. Die Bodenseite von 12 stellt ein Beispiel einer vereinfachten Struktur der Wicklungsverbindungen an der oberen Seite von 12 dar. Eine Beschreibung wird anschließend mit Bezug auf verschiedene Beispiele der Wicklungsverbindung unter Verwendung der doppelten Wicklungen gegeben, welche um den Stator 12 der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform gewickelt sind.
13 stellt ein Beispiel des Verbindungszustands des schichtverbindenden Leiters dar, durch welchen die Wicklungen in verschiedenen Schichten verbunden sind. Gemäß der Struktur des Stators 12 mit der Doppelschlitzstruktur (das heißt, der Multiplikator S der Schlitze 12b ist zwei (S = 2)), verwendet die eine Phasenwicklung zwei benachbarte Schlitze. Jede von der U-Phasenwicklung, der V-Phasenwicklung und der W-Phasenwicklung ist benachbarten zwei Schlitzen 12b zugeordnet und eine Gruppe der U-Phasenwicklung, der V-Phasenwicklung und der W-Phasenwicklung verwendet alle sechs Schlitze 12b. Zur kurzen Erläuterung, wie in 13 dargestellt, ist ein Schlitz auf der linken Seite in einem Paar der benachbarten Schlitze 12b als der Doppelschlitz durch Bezugszeichen „A” gekennzeichnet, und der Schlitz auf der rechten Seite darin ist durch Bezugszeichen „B” gekennzeichnet. Wenn die Wicklung in einer Phase über die Wicklung in einer anderen Phase verläuft, ist ein Schlitz auf der linken Seite in einem Paar der benachbarten Schlitze 12b als die Doppelschlitze mit Bezugszeichen „a” gekennzeichnet, und der Schlitz auf der rechten Seite darin ist durch Bezugszeichen „b” gekennzeichnet, und ein Schlitz auf der linken Seite in einem Paar der benachbarten Schlitze 12d ist durch Bezugszeichen „α” gekennzeichnet, und ein Schlitz auf der rechten Seite darin ist durch Bezugszeichen „β” gekennzeichnet. Der Schlitz A, der Schlitz a und der Schlitz α sind auf der linken Seite in dem entsprechenden Paar der Schlitze angebracht. Der Schlitz B, der Schlitz b und der Schlitz β sind hingegen auf der rechten Seite des korrespondierenden Paars der Schlitze als die Doppelschlitze angebracht. Das heißt, der Schlitz A, der Schlitz a und der Schlitz α sind auf derselben Seite in dem Paar der benachbarten Schlitze wie die Doppelschlitze (A = a = α). Ähnlich sind der Schlitz B, der Schlitz b und der Schlitz β auf derselben Seite in dem Paar der benachbarten Schlitze als die Doppelschlitze (B = b = β). Zudem zeigt 13 für eine bessere Erläuterung, dass der Stator 12 eine rechteckige Form aufweist, obwohl ein tatsächlicher Stator eine Bogenform oder eine Ringform aufweist.
Wie in 13 dargestellt, verbindet der Verbindungsleiter A1a2 den Leiter A1, der in der ersten Schicht in Schlitz A aufgenommen ist, mit dem Leiter a2 in der zweiten Schicht in Schlitz a. Ähnlich verbindet der Verbindungsleiter B1b2 den Leiter B1, der in der ersten Schicht in Schlitz B aufgenommen ist, mit dem Leiter b2 in der zweiten Schicht in Schlitz b. Der Verbindungsleiter A2b3 verbindet den Leiter A2, der in der zweiten Schicht in Schlitz A aufgenommen ist, mit dem Leiter b3 in der dritten Schicht in Schlitz b. Der Verbindungsleiter B2a3 verbindet den Leiter B2, der in der zweiten Schicht in Schlitz B aufgenommen ist, mit dem Leiter a3 in der dritten Schicht in Schlitz a.
Der Verbindungsleiter A3a4 verbindet den Leiter A3, der in der dritten Schicht in Schlitz A aufgenommen ist, mit dem Leiter a4 in der vierten Schicht in Schlitz a. Der Verbindungsleiter B3b4 verbindet den Leiter B3, der in der dritten Schicht in Schlitz B aufgenommen ist mit dem Leiter b4 in der vierten Schicht in Schlitz b.
Wie anhand der in 12 und 13 dargestellten Beispiele bezüglich der Wicklungsverbindung zu verstehen, ist es möglich, die Wicklungsverbindung durch Verwenden des Paares des Schlitzes A und des Schlitzes B, dargestellt in 14, darzustellen. 14 zeigt eine Draufsicht, welche eine Beziehung zwischen dem Reihenschaltungsbereich und den Leitern, die in den Schlitzen A und B des Stators 12 der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform aufgenommen sind, schematisch darstellt.
Diese Serienschaltung C11, die durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in dem unteren Teil von 12 gekennzeichnet ist, besteht aus der Reihenschaltung, die aus der Wicklung A1, dem Verbindungsleiter A1a2, der Wicklung a2 dem Verbindungsleiter a2B3, der Wicklung B3, dem Verbindungsleiter B3b4 und der Wicklung b4 besteht. Ähnlich besteht der Reihenschaltungsbereich C12, der durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie im unteren Teil von 12 gekennzeichnet ist, aus der Reihenschaltung, die aus der Wicklung B1, dem Verbindungsleiter B1b2, der Wicklung b2, dem Verbindungsleiter b2A3, der Wicklung A3, dem Verbindungsleiter A3a4 und der Wicklung a4 besteht. Die Leiter 16 (das heißt, die Wicklung 161 und die Wicklung 162) sind in n Schichten (n = 4 in der ersten beispielhaften Ausführungsform) verbunden, um die Verbindung in jedem der Reihenschaltungsbereiche C11 und C12 herzustellen.
Gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform bestehen die Reihenschaltung C11 und die Reihenschaltung C12, wie vorstehend beschrieben, aus derselben Anzahl an Leitern in dem Schlitz 12B, gekennzeichnet durch die Bezugszeichen „A” auf der linken Seite, und dem Schlitz 12b, gekennzeichnet durch Bezugszeichen „B” auf der linken Seite, in dem Paar der benachbarten Schlitze. Der Verbindungsleiter a2B3 in der Reihenschaltung C11 und der Verbindungsleiter b2A3 in der Reihenschaltung C12 verbinden die Leiter in den verschiedenen Schlitzen. Da jede dieser Phasenwicklung in dieser Verbindungsstruktur dieselbe länge aufweist, wird eine Differenz des elektrischen Potenzials zwischen den Phasenwicklungen verringert. Da es möglich ist, verschiedene elektrische Verbindungen zwischen den Phasenwicklungen optional auszuwählen, ist es möglich, verschiedene Typen von Phasenwicklungsverbindungen bereit zu stellen.
Wenn das Verbindungsbeispiel der einen Phasenwicklung, das in 12, 13 und 14 dargestellt ist, bei den Drei-Phasen-Wicklungen, die in 15, 16 und 17 dargestellt sind, angewandt wird, sind alle Wicklungen, die in 15, 16 und 17 dargestellt sind, parallel verbunden. Gleiche Verbindungen sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
15 zeigt eine schematische Ansicht, die eine erste Verdrahtungsverbindungsstruktur als eine Stern-(Y)-Verbindung darstellt, die aus der U-Phasenwicklung 16U, der V-Phasenwicklung 16V und der W-Phasenwicklung 16W im Stator 12 der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform besteht. 16 ist eine schematische Ansicht, die eine zweite Drahtverbindungsstruktur (oder eine Dreiecks-(Δ)-Verbindung) darstellt, die aus der U-Phasenwicklung 16U, der V-Phasenwicklung 16V und der W-Phasenwicklung 16W im Stator 12 der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform besteht. 17 zeigt eine schematische Ansicht, die eine dritte Drahtverbindungsstruktur darstellt, die aus der Sternverbindung, die in 15 dargestellt ist, und der Dreiecksverbindung, die in 16 dargestellt ist, als eine Y-Dreiecks-(Δ)-Verbindung im Stator 12 der drehenden elektrischen Maschine 12 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform besteht. Es ist möglich, den Endteil der Wicklungen 161 und 162, die Anschlüsse T (T1, T2, T3, und T4), oder die Eingangs- und Ausgangskabel 17, dargestellt in 1, als die Anschlüsse Tu, Tv und Tw, dargestellt in 15, 16 und 17, zu verwenden.
Wenn die Endbereiche der Wicklungen 161 und 162, die Anschlüsse Tu, Tv und Tw als der Anschluss T, und die Eingangs- und Ausgangskabel 17 im Stator 12 an einem zentralen Ort angebracht werden, ist es möglich, sie einfach miteinander zu verbinden.
18 zeigt eine Draufsicht, die eine schematische Struktur eines Drahtverbindungsteils der Phasenwicklungen im Stator 12 der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
Wie in 18 dargestellt, ist der Verbindungsbereich 1A an einem zentralen Ort des Stators 12 ausgebildet. Der Verbindungsbereich 1A umfasst einen Ort bzw. einen Abschnitt um den Stator 12, das heißt, mit einem Winkel θ (0° < θ < 360°) im Stator 12. Es ist möglich, den Anschlussblock als den Verbindungsbereich 1A zu verwenden.
15, 16 und 17 stellen ein Beispiel der Wicklungsverbindung dar. Es ist jedoch auch möglich, die Sternverbindung, die Dreieckverbindung und eine Kombination der Sternverbindung und der Dreiecksverbindung gemäß verschiedener Anwendungen miteinander zu verbinden bzw. zu kombinieren. Die Struktur, die in 19 dargestellt ist, verwendet einen Umordnungsbereich 1B, mit welchem die Verbindung auf Basis eines Umordnungssignals SW gewechselt wird, dass von der Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 übertragen wird. Die Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 überträgt außerdem zusätzlich zu dem Umordnungssignal SW ein elektrisches Leistungskonvertierungssignal Es. Der Umordnungsbereich 1B wird unter Verwendung einer Relaisvorrichtung (welche ein Halbleiterrelais enthält) realisiert. Die U-Phasenwicklungsschaltungen U1, U2, die Y-Phasenwicklungsschaltungen V1, V2 und die W-Phasenwicklungsschaltungen W1 und W2 sind jeweils mit dem Umordnungsbereich 1B elektrisch verbunden. Genauer gesagt sind die ersten Anschlüsse T1 und T4 von den jeweiligen Phasenwicklungsschaltungen mit dem Umordnungsbereich 1B elektrisch verbunden.
19 zeigt eine schematische Ansicht der ersten Struktur zum Umordnen der Drahtverbindung der Phasenwicklungen des Stators 12 durch den Umordnungsbereich 1B in der drehenden elektrischen Maschine 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
19 stellt die zwölf Verbindungsbereiche (mit den zwölf Paaren der Anschlüsse T1 und T4) der Drei-Phasen-Wicklungsstruktur dar, die aus den Schlitzen A und den Schlitzen B, dargestellt in 13, besteht. Wie in 19 dargestellt, sind die 24 Verbindungsbereiche der Drei-Phasen-Wicklungen nur durch die ersten Anschlüsse T1 und die vierten Anschlüsse mit dem Umordnungsbereich 1B elektrisch verbunden.
Wenn das Umordnungssignal Sw empfangen wird, das von der Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 übertragen wird, wählt der Umordnungsbereich 1B die Sternverbindung, die Dreiecksverbindung oder die Stern-Dreiecks-Verbindung der Phasenwicklungen auf Basis des empfangenen Umordnungssignals W aus, das von der Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 übertragen wird. Die Struktur mit dem Umordnungsbereich 1B, die in 19 dargestellt ist, kann zum Beispiel eine optimale Verbindung gemäß verschiedenen Anwendungen auswählen, zum Beispiel, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist und das Fahrzeug ein großes Drehmoment benötigt, oder wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist und es für das Fahrzeug ausreichend ist, wenn ein niedriges Drehmoment vorliegt.
Anschließend wird die drehende elektrische Maschine gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform mit der vorstehend beschriebenen Struktur beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, wenn das elektrische Leistungskonvertierungssignal Es, das von der Leistungskonvertierungsvorrichtung 3 übertragen wird, empfangen wird, wird der Stator 12 erregt. Wenn der Stator 12 erregt ist, wird ein Rotationsdrehmoment durch erregen des Stators 12 erzeugt und der Rotor 13 wird dadurch gedreht. In diesem Fall funktioniert die drehende elektrische Maschine 12 als Elektromotor. Es ist möglich, das erzeugte Drehmoment, das in der drehenden elektrischen Maschine 10 erzeugt wurde, durch den Rotor 13 an Rotationsvorrichtungen wie Fahrzeugräder und Drehvorrichtungen auszugeben. Es ist auch möglich, einen Leistungsübertragungsmechanismus zwischen dem Rotor 13 und den Drehvorrichtungen (nicht dargestellt) vorzusehen. Der Leistungsübertragungsmechanismus ist eine Drehwelle, eine Nocke, eine Zahnstange, ein Kolben, ein Getriebe, etc.
Da sich der Rotor 13 durch eine Umdrehungsleistung der Umdrehungsvorrichtung dreht, wenn die Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 kein elektrisches Leistungskonvertierungssignal Es ausgibt und die Umdrehungsvorrichtung die Umdrehungsleistung (welche eine motorische Leistung enthält) erzeugt, wird im Stator 12 eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt (genauer gesagt in den Wicklungen 161 und 162). Die erzeugte gegenelektromotorische Kraft (eine Regenerationskraft) kann eine Batterie (die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist) über die Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 laden. In diesem Fall ist die drehende elektrische Maschine 10 ein elektrischer Leistungsgenerator oder Generator.
Selbst wenn die Umdrehungsvorrichtung eine Umdrehungsleistung erzeugt, erzeugt der Stator 12 ein Drehmoment und der Rotor 13 gibt das erzeugte Drehmoment an die Umdrehungsvorrichtung aus, wenn die Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 das elektrische Leistungskonvertierungssignal Es überträgt. Dies ermöglicht es, die Umdrehungsbewegung der Umdrehungsvorrichtung zu unterstützen und zu fördern. In diesem Fall ist die drehende elektrische Maschine 10 ein Elektromotor.
Zweite beispielhafte Ausführungsform
Hiernach wird mit Bezug auf 20, 21 und 22 die drehende elektrische Maschine gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Die drehende elektrische Maschine gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform weist grundsätzlich dieselbe Struktur wie die der ersten beispielhaften Ausführungsform auf. Die Verbindungsstruktur der Wicklungen und die Verbindungsleiter unterscheiden sich bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform und der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Bei der folgenden Erläuterung werden gleiche Komponenten in der zweiten beispielhaften Ausführungsform und der ersten beispielhaften Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen und Nummern versehen.
Bei der drehenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist die Anzahl der Wicklungen, welche jeweils die Reihenschaltungsbereiche C21 und C22 bilden, anders als die Anzahl der Wicklungen, welche jeweils die Reihenschaltungsbereiche in der ersten beispielhaften Ausführungsform bilden.
20 zeigt eine Ansicht, die eine schematische Schaltungsstruktur eines zweiten Verbindungsbeispiels der Leiter darstellt, in welchem die Leiter in zwei parallele Verbindungen unterteilt sind, die gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform zur drehenden elektrischen Maschine parallel angebracht sind. Das Verbindungsbeispiel, das in 20 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem, das in 12 dargestellt ist. 21 zeigt eine Draufsicht, die eine Beziehung zwischen dem Reihenschaltungsbereich und den Leitern, die in den Schlitzen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform aufgenommen sind, schematisch darstellt. Das Verbindungsbeispiel, das in 21 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem, das in 14 dargestellt ist. 22 zeigt eine schematische Ansicht, die eine vierte Drahtverbindungsstruktur (eine Y-Verbindung oder Sternverbindung) der Phasenwicklungen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellt. Das Verbindungsbeispiel, das in 22 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem, das in 15 dargestellt ist.
Der Reihenschaltungsbereich C21, der in 20 dargestellt ist, besteht aus den Duplexwicklungen A1-a2, den Duplexwicklungen B3-b4, den Duplexwicklungen B1-b2 und den Duplexwicklungen A3-a4, welche in Reihe verbunden sind. Das heißt, die Duplexwicklungen A1-a2, die Duplexwicklungen B3-b4, die Duplexwicklungen B1-b2 und die Duplexwicklungen A3-a4 sind durch den Verbindungsleiter a2B3, den Verbindungsleiter b4B1 und den Verbindungsleiter b2A3 verbunden. Ähnlich besteht der Reihenschaltungsbereich C22 aus den Duplexwicklungen a1-α2, den Duplexwicklungen b3-β4, den Duplexwicklungen b1-β2 und den Duplexwicklungen a3-α4, welche in Reihe verbunden sind. Die Duplexwicklungen a1-α2, die Duplexwicklungen b3-β4, die Duplexwicklungen b1-β2 und die Duplexwicklungen a3-α4 sind durch den Verbindungsleiter α2b3, den Verbindungsleiter β4b1 und den Verbindungsleiter β2a3 verbunden.
Wie in 13 dargestellt, werden der Verbindungsleiter a1α2, der Verbindungsleiter b1β2, der Verbindungsleiter a2β3, der Verbindungsleiter b2α3, der Verbindungsleiter b3β4 und der Verbindungsleiter a3α4 von dem Verbindungsleiter A1a2, dem Verbindungsleiter B1b2, dem Verbindungsleiter a2B3, dem Verbindungsleiter B2a3, dem Verbindungsleiter A3a4 und dem Verbindungsleiter B3b4 jeweils um sechs Schlitze versetzt.
Auf Basis der in 20 und 13 dargestellten Verbindungsstrukturen ist es möglich, die Verbindungsstruktur zwischen dem Schlitz A, dem Schlitz B, dem Schlitz a und dem Schlitz b darzustellen.
Der Reihenschaltungsbereich, der durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie im oberen Teil von 20 gekennzeichnet ist, wird durch die Reihenschaltung, die in 21 dargestellt ist, realisiert, welche aus der Wicklung A1, dem Verbindungsleiter A1a2, der Wicklung a2, dem Verbindungsleiter a2B3, der Wicklung B3, dem Verbindungsleiter B3b4, der Wicklung b4, dem Verbindungsleiter b4b1, der Wicklung B1, dem Verbindungsleiter B1b2, der Wicklung b2, dem Verbindungsleiter b2A3, der Wicklung A3, dem Verbindungsleiter A3a4 und der Wicklung a4 besteht.
Ähnlich besteht bei der Verbindungsstruktur des Reihenschaltungsbereichs C21 der Reihenschaltungsbereich C22, der durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie im unteren Teil von 20 gekennzeichnet ist, aus den Wicklungen in den Schlitzen a und b und dem Verbindungsleiter.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Verbindungsbeispielen nehmen die Schlitze a und die Schlitze b in den Reihenschaltungsbereichen C21 und C22 jeweils dieselbe Anzahl an Leitern auf. Das heißt, die Verbindungsleiter A2b3 und b2A3 in dem Reihenschaltungsbereich C21 verbinden die Leiter, die in den verschiedenen Schlitzen aufgenommen sind. Ähnlich verbinden die Verbindungsleiter α2b3 und β2a3 in dem Reihenschaltungsbereich C22 die Leiter, die in verschiedenen Schlitzen aufgenommen sind. Entsprechend ist es bei jeder der Phasenwicklungen möglich, dass Sie die gleiche Länge aufweisen und eine Differenz eines elektrischen Potenzials zwischen den Phasenwicklungen verringert wird. Da die Phasenwicklungen mit verschiedenen elektrischen Verbindungen zwischen den Phasenwicklungen elektrisch miteinander verbunden sind, ist es bei dem Stator möglich, dass eine Vielzahl an elektrischen Verbindungen der Phasenwicklungen möglich ist.
20 und 21 stellen ein Beispiel einer Phasenwicklungsverbindung dar. Es ist möglich, dass das Verbindungsbeispiel, das in 20 und 21 dargestellt ist, bei einem Drei-Phasen-Sternverbindungsbeispiel angewandt wird. Ähnlich der Struktur der ersten beispielhaften Ausführungsform sind die Wicklungen und die Verbindungsleiter, die in 20 und 21 dargestellt sind, parallel zueinander verbunden. 22 stellt ein Beispiel einer Drei-Phasen-Sternverbindung dar. Beispiele einer Dreiecksverbindung und einer Stern-Dreiecks-Verbindung werden in den Zeichnungen nicht dargestellt. Es ist möglich, eine Dreiecksverbindung und einer Stern-Dreiecksverbindung auf Basis des Verbindungsbeispiels, das in 22 dargestellt wird, zu ermöglichen, ähnlich dem Verbindungsbeispiel, das in 15 dargestellt ist, dem Beispiel der Dreiecksverbindung, das in 16 dargestellt ist und dem Beispiel der Stern-Drecks-Verbindung, das in 17 dargestellt ist.
Dritte beispielhafte Ausführungsform
Hiernach wird mit Bezug auf 23, 24 und 25 die drehende elektrische Maschine gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Die drehende elektrische Maschine gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform weist grundsätzlich dieselbe Struktur wie die der ersten beispielhaften Ausführungsform auf. Die Verbindungsstruktur der Wicklungen und die Verbindungsleiter gemäß der dritten Beispielhaften Ausführungsform unterscheiden sich von der Verbindungsstruktur der ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsformen.
Bei der folgenden Erläuterung sind gleiche Komponenten zwischen der dritten beispielhaften Ausführungsform und der ersten beispielhaften Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen und Nummern versehen.
Die Verbindungsstruktur oder der Verbindungspfad der dritten beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von der bzw. dem der zweiten beispielhaften Ausführungsform und auch von der bzw. dem der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Bei der Verbindungsstruktur der vorstehend beschriebenen zweiten beispielhaften Ausführungsform werden die Wicklungen bei jedem der Reihenschaltungsbereiche C21 und C22 unter Verwendung von zwei Schlitzen miteinander verbunden.
Bei der Verbindungsstruktur der dritten beispielhaften Ausführungsform werden die Wicklungen in jedem der Reihenschaltungsbereiche C31 und C32 unter Verwendung von vier Schlitzen miteinander verbunden.
23 zeigt eine Ansicht, die eine schematische Schaltungsstruktur eines dritten Verbindungsbeispiels der Leiter darstellt, bei welchem die Leiter in zwei parallele Verbindungen unterteilt werden, die in der drehenden elektrischen Maschine gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform parallel angebracht sind.
24 zeigt eine Draufsicht, welche eine Beziehung zwischen einem Reihenschaltungsbereich und den Leitern, die in den Schlitzen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform aufgenommen sind, schematisch darstellt. 25 zeigt eine schematische Ansicht, die eine fünfte Drahtverbindungsstruktur (eine Stern-(Y)-Verbindung) der Phasenwicklungen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
23 stellt das Verbindungsbeispiel dar, welches dem Verbindungsbeispiel, das in 12 dargestellt wird, und dem Verbindungsbeispiel, das in 20 dargestellt wird, entspricht. 24 stellt das Verbindungsbeispiel dar, welches dem Verbindungsbeispiel, das in 14 dargestellt wird, und dem Verbindungsbeispiel, das in 21 dargestellt wird, entspricht. 25 stellt das Verbindungsbeispiel dar, welches dem Verbindungsbeispiel, das in 15 dargestellt wird, und dem Verbindungsbeispiel, dass in 22 dargestellt wird, entspricht.
Der Reihenschaltungsbereich C31, der in 23 dargestellt wird, besteht aus den Duplexwicklungen A1-a2, den Duplexwicklungen B3-b4 und den Duplexwicklungen b1-β2, und den Duplexwicklungen a3-α4, welche in Reihe verbunden sind. Die Duplexwicklungen A1-a2 sind durch den Verbindungsleiter a2B3 mit den Duplexwicklungen B3-b4 verbunden. Die Duplexwicklungen B3-b4 sind durch den Verbindungsleiter b4b1 mit den Duplexwicklungen b1-β2 verbunden. Die Duplexwicklungen b1-β2 sind durch den Verbindungsleiter β2A3 mit den Duplexwicklungen a3-α4 verbunden.
Ähnlich besteht der Reihenschaltungsbereich C32, der in 23 dargestellt ist, aus den Duplexwicklungen a1-α2, den Duplexwicklungen b3-β4 und den Duplexwicklungen B1-b2, und den Duplexwicklungen A3-a4, welche in Reihe verbunden sind. Die Duplexwicklungen a1-α2 sind durch den Verbindungsleiter α2b3 mit den Duplexwicklungen b3-β4 verbunden. Die Duplexwicklungen b3-β4 sind durch den Verbindungsleiter b4b1 mit den Duplexwicklungen B1-b2 verbunden. Die Duplexwicklungen B1-b2 sind durch den Verbindungsleiter b2A3 mit den Duplexwicklungen A3-a4 verbunden.
Auf Basis der Verbindungsstrukturen, die in 22 und 13 dargestellt sind, ist es möglich, dass der Schlitz A, der Schlitz B, der Schlitz a und der Schlitz b die Verbindungsstruktur aufweisen, die in 24 dargestellt ist.
Der Reihenschaltungsbereich C31, der durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie im unteren Teil von 23 gekennzeichnet ist, ist durch die Reihenschaltung, die in 24 dargestellt ist, realisiert, welche aus der Wicklung A1, dem Verbindungsleiter A1a2, der Wicklung a2, dem Verbindungsleiter A2b3, der Wicklung B3, dem Verbindungsleiter B3b4, der Wicklung b4, dem Verbindungsleiter b4b1, der Wicklung b1, dem Verbindungsleiter b1β2, der Wicklung β2, dem Verbindungsleiter β2a3, der Wicklung a3, dem Verbindungsleiter a3a4 und der Wicklung a4 besteht.
Ähnlich der Verbindungsstruktur des Reihenschaltungsbereichs C31 ist der Reihenschaltungsbereich C32, der durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie im unteren Teil von 23 gekennzeichnet ist, durch die Reihenschaltung realisiert, die in 24 dargestellt ist, welche aus der Wicklung a1, dem Verbindungsleiter a1α2, der Wicklung α2, dem Verbindungsleiter α2b3, der Wicklung b3, dem Verbindungsleiter b3β4, der Wicklung β4, dem Verbindungsleiter β4B1, der Wicklung B1, dem Verbindungsleiter B1b2, der Wicklung b2, dem Verbindungsleiter b2A3, der Wicklung A3, dem Verbindungsleiter A3a4 und der Wicklung a4 besteht.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Verbindungsbeispielen nehmen die Schlitze A, die Schlitze a, die Schlitze B und die Schlitze b in den Reihenschaltungsbereichen C31 und C32 dieselbe Anzahl an Leitern jeweilig auf. Das heißt, die Verbindungsleiter a2B3 und β2a3 im Reihenschaltungsbereich C31 verbinden die Leiter, die in verschiedenen Schlitzen aufgenommen sind. Ähnlich verbinden die Verbindungsleiter α2b3 und b2A3 im Reihenschaltungsbereich C32 die Leiter, die in den verschiedenen Schlitzen aufgenommen sind. Entsprechend ist es bei jeder der Phasenwicklungen möglich, dass sie die gleichen Längen aufweisen und dass eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen den Phasenwicklungen reduziert wird. Da die Phasenwicklungen in verschiedenen elektrischen Verbindungen zwischen den Phasenwicklungen elektrisch miteinander verbunden sind, ist es möglich, dass der Stator eine Vielzahl an elektrischen Verbindungen der Phasenwicklungen aufweist.
23 und 24 zeigen ein Beispiel einer Phasenwicklungsverbindung, wie sie vorstehend beschrieben wird. Es ist möglich, dass das Verbindungsbeispiel, das in 23 und 24 dargestellt ist, bei einem dreiphasigen Sternverbindungsbeispiel angewandt wird. Ähnlich der Struktur der ersten beispielhaften Ausführungsform sind die Wicklungen und die Verbindungsleiter, die in 23 und 24 dargestellt sind, parallel verbunden. 25 stellt ein Beispiel einer dreiphasigen Sternverbindung dar. Beispiele einer Dreiecksverbindung einer Stern-Dreiecks-Verbindung werden in den Zeichnungen nicht dargestellt. Es ist möglich, eine Dreiecksverbindung und eine Stern-Dreiecks-Verbindung auf Basis des in 25 dargestellten Verbindungsbeispiels zu realisieren, ähnlich zu dem Verbindungsbeispiel, das in 25 dargestellt ist, dem Beispiel der Dreiecksverbindung, die in 16 dargestellt ist, und dem Beispiel der Stern-Dreiecks-Verbindung, die in 17 dargestellt ist.
Obwohl sich die dritte beispielhafte Ausführungsform bezüglich des Verbindungspfads der Wicklungen von den ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsformen unterscheidet, ist es bei der drehenden elektrischen Maschine gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform möglich, dass die gleichen Funktionen und Effekte der drehenden elektrischen Maschine gemäß den ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsformen realisierbar sind.
Vierte beispielhafte Ausführungsform
Anschließend wird mit Bezug auf 26, 27 und 28 die drehende elektrische Maschine gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
Die drehende elektrische Maschine gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform weist grundsätzlich die gleiche Struktur wie die erste beispielhafte Ausführungsform auf. Die Verbindungsstruktur der Wicklungen und die Verbindungsleiter gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden sich von der Verbindungsstruktur der ersten, zweiten und dritten beispielhaften Ausführungsformen.
Bei der folgenden Erläuterung werden gleiche Komponenten in der vierten beispielhaften Ausführungsform und der ersten beispielhaften Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen und Nummern versehen.
Die vierte beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform durch die Anzahl an Parallelverbindungen.
Die erste beispielhafte Ausführungsform offenbart zwei Parallelverbindungen. Die vierte beispielhafte Ausführungsform offenbart hingegen vier Parallelverbindungen.
26 zeigt eine Ansicht, die eine Schaltungsstruktur des Verbindungsbeispiels der Leiter schematisch darstellt, in welchem die Leiter in vier Parallelverbindungen unterteilt sind, die im Stator der drehenden elektrischen Maschine gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform parallel angebracht sind. 27 zeigt eine Draufsicht, welche eine Beziehung zwischen einem Reihenschaltungsbereich und den Leitern, die in den Schlitzen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform aufgenommen sind, schematisch darstellt. 28 zeigt eine schematische Ansicht, die eine sechste Drahtverbindungsstruktur (eine Stern-(Y)-Verbindung) der Phasenwicklungen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
26 stellt z. B. das Beispiel der vier Parallelverbindungen dar, welches mit dem Beispiel der zwei Parallelverbindungen, das in 12 dargestellt ist, korrespondiert. 27 stellt das Verbindungsbeispiel dar, welches mit dem Verbindungsbeispiel, das in 14 dargestellt ist, korrespondiert. 28 stellt ein Beispiel mit vier parallelen Sternverbindungen dar, welches mit dem Beispiel der zwei parallelen Sternverbindungen, das in 15 dargestellt ist, korrespondiert.
Der Reihenschaltungsbereich C41, der in 26 dargestellt ist, besteht aus den Duplexwicklungen A1-a2 und den Duplexwicklungen B3-b4, welche in Reihe verbunden sind. Die Duplexwicklungen A1-a2 sind mit den Duplexwicklungen B3-b4 durch den Verbindungsleiter a2B3 verbunden. Der Reihenschaltungsbereich C42, der in 26 dargestellt ist, besteht aus den Duplexwicklungen B1-b2 und den Duplexwicklungen A3-a4. Die Duplexwicklungen B1-b2 sind mit den Duplexwicklungen A3-a4 durch den Verbindungsleiter b2A3 verbunden. Der Reihenschaltungsbereich C43, der in 26 dargestellt ist, besteht aus den Duplexwicklungen a1-α2 und den Duplexwicklungen b3-β4. Die Duplexwicklungen a1-α2 sind mit den Duplexwicklungen b3-β4 durch den Verbindungsleiter α2b3 verbunden. Der Reihenschaltungsbereich C44, der in 26 dargestellt ist, besteht aus den Duplexwicklungen b1-β2 und den Duplexwicklungen a2-α4, welche in Reihe verbunden sind. Die Duplexwicklungen b1-β2 sind durch den Verbindungsleiter β2a3 mit den Duplexwicklungen a2-α4 verbunden.
Auf Basis der Verbindungsstrukturen, die in 26 und 13 dargestellt sind, ist es möglich, die Verbindungsstrukturen zwischen dem Schlitz A, dem Schlitz B, dem Schlitz a und dem Schlitz b, dargestellt in 27, darzustellen.
Die Reihenschaltungsbereiche C41 und C42, dargestellt in 26, weisen die gleiche Verbindungsstruktur wie die in 14 dargestellten Reihenschaltungsbereiche C11 und C12 auf.
Der Reihenschaltungsbereich C43, der in 26 durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie gekennzeichnet ist, wird durch die Reihenschaltung, die in 27 dargestellt ist, realisiert, welche aus der Wicklung a1, dem Verbindungsleiter a1α2, der Wicklung α2, dem Verbindungsleiter α2b3, der Wicklung b3, dem Verbindungsleiter b3β4 und der Wicklung β4 besteht.
Der Reihenschaltungsbereich C44, der in 26 durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie gekennzeichnet ist, wird durch die Reihenschaltung, die in 27 dargestellt ist, realisiert, welche aus der Wicklung b1, dem Verbindungsleiter b1β2, der Wicklung β2, dem Verbindungsleiter β2a3, der Wicklung a3, dem Verbindungsleiter a3α4 und der Wicklung α4 besteht.
26 und 27 stellen ein Beispiel einer Phasenwicklungsverbindung dar, wie sie vorstehend beschrieben wird. Es ist möglich, das Verbindungsbeispiel, das in 26 und 27 dargestellt ist, bei einem dreiphasigen Sternverbindungsbeispiel anzuwenden. Ähnlich der Struktur der ersten, zweiten und dritten beispielhaften Ausführungsformen sind die Wicklungen und die Verbindungsleiter, die in 26 und 27 dargestellt sind, parallel verbunden. 28 stellt ein Beispiel einer dreiphasigen Sternverbindung dar. Beispiele einer Dreiecksverbindung und einer Stern-Dreiecks-Verbindung werden in den Zeichnungen nicht dargestellt. Es ist möglich, eine Dreiecksverbindung und eine Stern-Dreiecks-Verbindung auf Basis des Verbindungsbeispiels, das in 28 dargestellt wird, zu realisieren, ähnlich dem Verbindungsbeispiel, das in 15 dargestellt ist, dem Beispiel der Dreiecksverbindung, die in 16 dargestellt ist, und dem Beispiel der Stern-Dreiecks-Verbindung, die in 17 dargestellt ist.
Fünfte beispielhafte Ausführungsform
Anschließend wird mit Bezug auf 29, 30 und 31 die drehende elektrische Maschine gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
Die drehende elektrische Maschine gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform weist grundsätzlich die gleiche Struktur wie die erste beispielhafte Ausführungsform auf. In der folgenden Erläuterung werden gleiche Komponenten in der vierten beispielhaften Ausführungsform und der ersten beispielhaften Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen und Nummern versehen.
Die Verbindungsstruktur des Reihenschaltungsbereichs gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von der Verbindungsstruktur des Reihenschaltungsbereichs gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Wie vorstehend erläutert, verwendet die Verbindungsstruktur des Reihenschaltungsbereichs in der ersten beispielhaften Ausführungsform zwei Schlitze, um die Phasenwicklung von jedem der Reihenschaltungsbereiche C11 und C12 zu wickeln.
Die Verbindungsstruktur des Reihenschaltungsbereichs in der fünften beispielhaften Ausführungsform verwendet hingegen einen Schlitz, um die Phasenwicklung für jeden der Reihenschaltungsbereiche C51 und C52 zu wickeln.
29 zeigt eine Ansicht, die eine schematische Schaltungsstruktur des vierten Verbindungsbeispiels der Leiter in der drehenden elektrischen Maschine gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform darstellt. 30 zeigt eine Draufsicht, welche eine Beziehung zwischen dem Reihenschaltungsbereich und den Leitern, die in den Schlitzen des Stators der drehenden elektrischen Maschine gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform aufgenommen sind, schematisch darstellt. 31 zeigt eine schematische Ansicht, die eine siebte Drahtverbindungsstruktur (eine Stern-Dreiecks-Verbindung) der Phasenwicklungen im Stator der drehenden elektrischen Maschine gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform darstellt.
Der Reihenschaltungsbereich C51, der in 29 dargestellt ist, besteht aus den Duplexwicklungen A1-a2 und den Duplexwicklungen A3-a4, welche in Reihe verbunden sind. Die Duplexwicklungen A1-a2 sind durch den Verbindungsleiter a2-A3 mit den Duplexwicklungen A3-a4 verbunden. Ähnlich besteht der Reihenschaltungsbereich C52, der in 29 dargestellt ist, aus den Duplexwicklungen B1-b2 und den Duplexwicklungen B3-b4, welche in Reihe verbunden sind. Die Duplexwicklungen B1-b2 sind durch die Verbindungsleiter b2B3 mit den Duplexwicklungen B3-b4 verbunden.
Auf Basis der Verbindungsstrukturen, die in 26 und 13 dargestellt sind, ist es möglich, die Verbindungsstruktur zwischen dem Schlitz A und dem Schlitz B, dargestellt in 30, darzustellen.
Der Reihenschaltungsbereich C51, der durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie, die in 29 dargestellt ist, gekennzeichnet ist, wird durch die Reihenschaltung realisiert, die in 30 dargestellt ist, welche aus der Wicklung A1, dem Verbindungsleiter A1a2, der Wicklung a2, dem Verbindungsleiter a2A3, der Wicklung A3, dem Verbindungsleiter A3a4 und der Wicklung a4, welche nacheinander verbunden werden, besteht.
Der Reihenschaltungsbereich C52, der durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie, die in 29 dargestellt ist, gekennzeichnet ist, wird durch die Reihenschaltung realisiert, die in 30 dargestellt ist, welche aus der Wicklung B1, dem Verbindungsleiter B1b2, der Wicklung b2, dem Verbindungsleiter b2B3, der Wicklung B3, dem Verbindungsleiter B3b4 und der Wicklung b4, welche nacheinander verbunden werden, besteht.
In der fünften beispielhaften Ausführungsform bilden die Wicklungen 161 und 162, welche aus den Leitern 16 bestehen, die in dem Schlitz 12b (auf der Seite A, dargestellt in 30) aufgenommen sind, nur eine Stern-(Y)-Verbindung.
Ferner bilden die Wicklungen 161 und 162, welche aus den Leitern 16 bestehen, die in dem Schlitz 12b (auf der Seite B, dargestellt in 30) aufgenommen sind, nur eine Dreiecks-(Δ)-Verbindung.
Die Phasenwicklung im Schlitz 12b auf der Seite A und die Phasenwicklung im Schlitz 12b auf der Seite B sind in Reihe verbunden. Es ist möglich, die Wicklung, die im Schlitz 12b auf der Seite A ausgebildet ist, durch die Wicklung, die im Schlitz 12b auf der Seite B ausgebildet ist, zu ersetzen.
29 und 30 stellen die Verbindungsstruktur von nur einer Phase dar. 31 stellt die Verbindungsstruktur der Phasenwicklungen einer dreiphasigen Stern-Dreiecks-(Y-Δ)-Verbindung dar. Ähnlich den ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsformen sind die Wicklungen, die in 29 und 39 dargestellt sind, in einer dreiphasigen Wicklungsstruktur verbunden.
Da die Wicklungen, die im Schlitz 12b auf der Seite A aufgenommen sind, und die Wicklungen, die im Schlitz 12b auf der Seite B aufgenommen sind, verschiedene Verbindungssysteme sind, gibt es zwischen der Wicklung im Schlitz 12b auf der Seite A und der Wicklung im Schlitz 12b auf der Seite B, dargestellt in 29, keinen Unterschied im elektrischen Potenzial.
Wenn die Wicklung im Schlitz 12b auf der Seite A mit der Wicklung im Schlitz 12b auf der Seite B verbunden wird, um eine Stern-(Y)-Verbindung oder eine Dreiecks-(Δ)-Verbindung auszubilden, tritt eine elektrische Potenzialdifferenz auf.
Eine Stern-(Y)-Verbindung wird jedoch nur unter Verwendung der Wicklung, die im Schlitz 12b auf der Seite A aufgenommen ist, ausgebildet, und eine Dreiecks-(Δ)-Verbindung wird nur unter Verwendung der Wicklung, die im Schlitz 12b auf der Seite B aufgenommen ist, ausgebildet, wodurch zwischen den Wicklungen keine elektrische Potenzialdifferenz erzeugt wird.
Da die Verbindungsstruktur, die in 31 dargestellt ist, eine Phasendifferenz zwischen der Wicklung, die in einem Schlitz aufgenommen ist, und der Wicklung, die in dem anderen Schlitz aufgenommen ist, erzeugt, wird durch die Phasendifferenz eine kleine magnetomotorische Kraft verändert, im Vergleich zu einem Fall der vorstehend beschriebenen Stern-Dreiecks-(Y-Δ)-Verbindung. Die drehende elektrische Maschine, die mit der Struktur, die in 31 dargestellt ist, einen Stator aufweist, weist eine erhöhte Leistungsfähigkeit auf, die durch eine Phasendifferenz verursacht wird, im Vergleich zu der Leistungsfähigkeit der drehenden elektrischen Maschine mit der Struktur einer Stern-Dreiecks-(Y-Δ)-Verbindung. Daher ist bei dem Stator denkbar, dass die Struktur, die in 31 dargestellt ist, eine Vielzahl der elektrischen Verbindungen der Phasenwicklungen aufweist.
Wie vorstehend beschrieben, besteht jeder der Reihenschaltungsbereiche C51 und C52 aus den zwei Duplexwicklungen, die in Reihe verbunden sind. Anstelle dieser Struktur ist es möglich, die zwei Duplexwicklungen parallel zu schalten bzw. zu verbinden. In diesem Fall besteht der Reihenschaltungsbereich C51 aus der Duplexwicklung A1-a2 und der Duplexwicklung A3-a4, die parallel verbunden sind, und der Reihenschaltungsbereich C52 besteht aus der Duplexwicklung B1-b2 und der Duplexwicklung B3-b4, die parallel verbunden sind. Diese Verbindungsstruktur erfordert nicht den Verbindungsleiter a2A3 und dem Verbindungsleiter b2B3, und verwendet einen von den zweiten Anschlüssen T2 und T3, um die Stern-(Y)-Verbindung mit der Dreiecks-(Δ)-Verbindung zu verbinden.
Außerdem ist es möglich, die vier Duplexwicklungen in Reihe zu schalten, wie in 20 und 23 dargestellt. Ferner ist es möglich, dass die vier Reihenschaltungsbereiche parallel verbunden sind, wie in 26 dargestellt. Daher ist es möglich, die Anzahl der Duplexwicklungen, die in Reihe zu schalten sind, optional auszuwählen, und die Anzahl der Reihenschaltungen, die parallel verbunden sind, entsprechend den Anforderungen einzustellen bzw. auszuwählen.
Die drehenden elektrischen Maschinen gemäß den vorstehend beschriebenen ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen weisen die folgenden Effekte auf.

(1) Gemäß den ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen besteht der Stator 12 aus dem Statorkern 12a und den Wicklungen 161 und 162 der mehreren Phasenteile. Die Schlitze 12b sind im Statorkern 12a entlang einer Umfangsrichtung des Statorkerns 12a ausgebildet und angebracht. Jeder Schlitz 12b weist eine Mehrzahl von Schichten auf, in welchen die Leiter 16 entlang einer Radialrichtung von einer Seite zu einer anderen Seite sequentiell aufgenommen sind, wie in 3, 14, 27 und 30 dargestellt.

Die Wicklungen 161 und 162 (die Duplexwicklung A1-a2, die Duplexwicklung A3-a4, die Duplexwicklung B1-b2 und die Duplexwicklung B3-b4) von jeder Phase in der Stern-(Y)-Dreiecks-(Δ)-Verbindung bestehen aus den Leitern 16, welche in den ersten Schlitzen 12b (wie die Schlitze A, a und α, welche eines von einem Paar der benachbarten Schlitze 12b sind, welche im Statorkern 12a benachbart angeordnet sind) aufgenommen sind, und den Leitern 16, welche in den zweiten Schlitzen 12b (wie die Schlitze B, b und β, welche eines von einem Paar der benachbarten Schlitze 12b sind, welche im Statorkern 12a benachbart angeordnet sind) aufgenommen sind.
Ferner sind die Wicklungen 161 und 162 um den Statorkern 12 durch Verbinden der Leiter 16, die in der n-ten Schicht und der (n + 1)-ten Schicht in aufsteigender Reihenfolge in jedem Schlitz, wie in 30 und 31 dargestellt, aufgenommen sind, gewickelt.
Da diese Verbindungsstruktur keine elektrische Potenzialdifferenz in der Stern-(Y)-Dreiecks-(Δ)-Verbindung erzeugt, ist es möglich, die Erzeugung eines Betriebsgeräusches zu unterdrücken, wenn die drehende elektrische Maschine arbeitet. Ferner ermöglicht es die Verbindungsstruktur, die Erzeugung eines Kreisstroms zu unterdrücken, der durch den gesamten Stator 12 fließt, wodurch ein Verlust aufgrund des Kreisstroms verhindert werden kann.

(2) Die drehende elektrische Maschine 10 gemäß den ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen weist die Struktur mit einer Mehrzahl der ersten Anschlüsse T1 und T4 auf, die an dem Endbereich 16t (dargestellt in 4) der Wicklungen 161 und 162 angebracht sind, und eine Mehrzahl der zweiten Anschlüsse T2 und T3, die an dem Endbereich 16t bei jeder 2m-ten Schicht zwischen der ersten Schicht und der letzten Schicht angebracht sind, ausgenommen der letzten Schicht, und zwar je Schlitz 12b, wie in 7, 13, 18 und 32 dargestellt. Bei dieser Struktur kann die Stern-(Y)-Verbindung auf einer Seite (z. B. bei einem radial inneren Teil) in Radialrichtung, und die Dreiecks-(Δ)-Verbindung auf der anderen Seite (z. B. bei einem radial äußeren Teil) in Radialrichtung sein. Da es durch diese Struktur ermöglicht wird, die Anzahl der Windungen einfach zu verändern, ist es auch möglich, die Drehzahl und die Drehmomentkennwerte der drehenden elektrischen Maschine 10 einzustellen.
(3) Gemäß den ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen beträgt die Anzahl der ersten Anschlüsse T1 und T4 24 und die Anzahl der zweiten Anschlüsse T2 und T3 12, wenn die Anzahl der Phasenwicklungen 3 ist (bei einer dreiphasigen Wicklungsstruktur) und die vier Leiter 16 in jedem Schlitz 12b aufgenommen sind, wie in 19 und 32 dargestellt. Diese Struktur ermöglicht es, die Gesamtanzahl der Anschlüsse zu verringern und eine unterschiedliche bzw. andere Verbindungsstruktur der Wicklungen auf der einen Seite und der anderen Seite in den Schlitzen entlang einer Radialrichtung des Rotorkerns aufzuweisen. Bei dieser Struktur liegt in der jeweiligen Verbindung der Wicklungen keine elektrische Potenzialdifferenz vor.
(4) Gemäß den ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen ist die Stern-(Y)-Verbindung in einem Paar des ersten Schlitzes 12b (Seite A, Seite a und Seite α) und des zweiten Schlitzes 12b (Seite B, Seite b und Seite β) unter Verwendung der Wicklungen 161 und 162, welche durch Verbinden der Leiter ausgebildet sind, die in einem Schlitz 12b aufgenommen sind, ausgebildet, und eine Dreiecks-(Δ)-Verbindung ist unter Verwendung der Wicklungen 161 und 162, welche durch Verbinden der Leiter 16 ausgebildet sind, die in dem anderen Schlitz 12b aufgenommen sind (siehe 30), ausgebildet. Gemäß dieser Verbindungsstruktur der Wicklungen ist es dadurch möglich, für den einen Schlitz und den anderen Schlitz eine unterschiedliche Verbindungsstruktur der Wicklungen ohne Phasendifferenz in der Sternverbindung und der Dreiecksverbindung aufzuweisen. Da eine Phasendifferenz zwischen den Wicklungen in dem einen Schlitz 12b und Wicklungen in dem anderen Schlitz 12b vorliegt, weist die drehende elektrische Maschine mit der in 31 dargestellten Struktur eine erhöhte Leistungsfähigkeit auf, die durch eine Phasendifferenz verursacht wird, im Vergleich zu der Leistungsfähigkeit der drehenden elektrischen Maschine, welche eine Struktur einer Stern-(Y)-Dreiecks-(Δ)-Verbindung aufweist. Daher ist es möglich, dass der Stator mit der in 31 dargestellten Struktur eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen der Phasenwicklungen aufweisen kann.
(5) Gemäß den ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen ist der in 4 dargestellte gekrümmte Bereich 14c bei dem zentralen Bereich des stufenförmigen Bereichs 14s im Leiter 16 ausgebildet. Der gekrümmte Bereich 14c ist in eine gekrümmte Form gebogen, um den Leiter 16 in Richtung eines Durchmessers des Stators 12 zu versetzen. Der gekrümmte Bereich 14c weist eine maximale Höhe auf, gemessen von der Endoberfläche des Statorkerns 12a. Diese Struktur ermöglicht es, dass sich die Windungsbereiche 14 mit der Stufenform jeweils kreuzen und die Wicklungen 161 und 162 unter Verwendung der n-ten Schicht und der (n + 1)-ten Schicht in den Schlitzen zweimal um den Stator 12 angebracht sind.
(6) Gemäß der ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen ist der Verbindungsbereich 1A (dargestellt in 18) mit einem Winkel θ (welcher einen Bereich von 0° < θ < 360°) im Stator 12 ausgebildet, wie in 18 dargestellt. Diese Struktur ermöglicht es, die Wicklungen 161 und 162 einfach miteinander zu verbinden, da der Verbindungsbereich 1A bei dem zentralen Bereich ausgebildet ist, der durch Bezugszeichen θ im Stator 12 wie in 18 dargestellt gekennzeichnet ist.
(7) Gemäß den ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen weist der Leiter 16 den gekrümmten Bereich 14c auf, welcher in gekrümmter Form gebogen ist, um den Leiter 16 in Richtung eines Durchmessers des Stators 12 wie in 4 dargestellt zu versetzen. Diese Struktur ermöglicht es, eine Mehrzahl der Leiter 16 einfach in Richtung eines Durchmessers des Stators 12 zu versetzen.
(8) Gemäß den ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen besteht der Leiter 16, wie in 5 dargestellt, aus dem Metallelement 16m und dem Isolationsfilm 16r. Das Metallelement 16m ist mit dem Isolationsfilm 16r bedeckt. Da es nicht erforderlich ist, dass jeder der Leiter 16 mit dem Isolationselement bedeckt ist, sind die Leiter 16 einfach in den Schlitzen 12b aufgenommen.
(9) Gemäß den ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen besteht die drehende elektrische Maschine 10, wie in 1 dargestellt, aus dem Stator 12 und dem Rotor 13, welcher dem Stator 12 drehbar zugewandt angebracht ist. Diese Struktur ermöglicht es, eine Erzeugung eines Betriebsgeräusches und die Erzeugung eines Kreisstroms selbst dann zu unterdrücken, wenn die Wicklungen 161 und 162 mehrfach parallel verbunden sind.

(Andere Modifikationen)
Das Konzept des Stators und der drehenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nicht beschränkt. Bei der vorliegenden Erfindung sind die folgenden Modifikationen möglich.
Die ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen offenbarten in 19 dargestellte Strukturen, in welchen die U-Phasenwicklungsschaltungen U1 und U2, die V-Phasenwicklungsschaltungen V1 und V2 und die W-Phasenwicklungsschaltungen W1 und W2 mit dem Umordnungsbereich 1B durch die ersten Anschlüsse T1 und T4 davon elektrisch verbunden sind.
32 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Struktur einer Umordnung der Drahtverbindung der Phasenwicklungen des Stators durch den Umordnungsbereich 1B in der drehenden elektrischen Maschine gemäß einer Modifikation der beispielhaften Ausführungsformen.
Wie in 32 dargestellt, ist es möglich, dass die Verbindungsstruktur, in welcher die U-Phasenwicklungen U1 und U2, die V-Phasenwicklungen V1 und V2 und die W-Phasenwicklungen W1 und W2 mit dem Umordnungsbereich 1B zusätzlich zu den ersten Anschlüssen T1 und T4 durch die zweiten Anschlüsse T2 und T3 elektrisch verbunden sind. Das heißt, wie in 32 dargestellt, sind die zweiten Anschlüsse T2 und T3 mit dem Verbindungsknoten zwischen der Duplexwicklung A1-a2 und der Duplexwicklung A3-a4 und dem Verbindungsknoten zwischen der Duplexwicklung B1-b2 und der Wicklung B3-b4 elektrisch verbunden.
Bei der Verbindungsstruktur, die in 32 dargestellt ist, ist die Wicklung bei dem Verbindungsknoten in der 2n-ten Schicht und der (2n + 1)-ten Schicht mit dem Umordnungsbereich 1B elektrisch verbunden.
Diese Struktur ermöglicht es, eine Stern-(Y)-Verbindung bei einer bzw. der einen Seite (z. B. einem radial inneren Teil) in Radialrichtung auszubilden, und eine Dreiecks-(Δ)-Verbindung bei der anderen Seite (z. B. einem radial äußeren Teil) in Radialrichtung auszubilden. Da die Anzahl der Windungen der Wicklungen einfach eingestellt wird, ist es möglich, die Drehzahl und die Drehmomentkennwerte der drehenden elektrischen Maschine 10 einfach auszuwählen.
Gemäß den vorstehend beschriebenen ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen werden die Stern-(Y)-Verbindung und die Dreiecks-(Δ)-Verbindung mit derselben Anzahl der Wicklungen kombiniert, um die Stern-Dreiecks-Verbindung herzustellen, beispielhaft dargestellt in 17 und 30. Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist möglich, die Stern-Dreiecks-Verbindung unter Verwendung der Sternverbindung und der Dreiecksverbindung mit einer unterschiedlichen Wicklungsanzahl vorzusehen. Zum Beispiel ist es möglich, eine Stern-Dreiecks-Verbindung auszubilden, die aus einer Sternverbindung mit den Wicklungen, die in zwei Parallelverbindungen angebracht sind, und einer Dreiecksverbindung mit den Wicklungen, die in vier Parallelverbindungen angebracht sind, besteht. Ähnlich ist es möglich, eine Stern-Dreiecks-Verbindung auszubilden, die aus einer Sternverbindung mit den Wicklungen, die in vier Parallelverbindungen angebracht sind, und einer Dreiecksverbindung mit den Wicklungen, die in zwei Parallelverbindungen angebracht sind, besteht. Es ist möglich, die Anzahl der Wicklungen, die parallel angebracht sind, auch in einem anderen Verbindungstyp einzustellen. Genauer gesagt ist es möglich, dass der Umordnungsbereich 1B, dargestellt in 19, eine der Stern-Dreiecks-Verbindungen auswählt, in welcher die eine Sternverbindung und die Dreiecksverbindung die gleiche Anzahl an Wicklungen, die parallel angebracht sind, aufweisen, und die andere Stern-Dreiecks-Verbindung eine andere Anzahl an Wicklungen, die parallel angebracht sind, aufweist. Dies ermöglicht es, die Drehzahl und die Drehmomentkennwerte der drehenden elektrischen Maschine 10 einfach und präzise einzustellen.
Gemäß den vorstehend beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsformen weist der Stator 12 die Doppelschlitzstruktur auf, die aus den zwölf Schlitzen 12b besteht und bei welcher der Multiplikator S der Schlitze 12b 'zwei' ist (S = 2). Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht durch diese Struktur beschränkt. Es ist auch möglich, dass der Stator 12 einen Multiplikator S von wenigstens 'drei' hat (S ≥ 3).
Bei der Verbindungsstruktur, die in 13 dargestellt ist, ist ein Paar der zwei Schlitze 12b zu jeder der U-Phasenwicklungen, der V-Phasenwicklungen und der W-Phasenwicklungen zugeordnet. Es ist außerdem möglich, jede der U-Phasenwicklungen, der V-Phasenwicklungen und der W-Phasenwicklungen zu den Schlitzen mit einem anderen Multiplikator S zuzuordnen. Bei diesen Modifikationen ist es möglich, dass diese Modifikationen die gleichen Effekte und Wirkungen wie die ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsformen aufweisen, da nur der Multiplikator S verändert wird.
Gemäß den vorstehend beschriebenen ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen besteht die Wicklung 161 aus den Leitern 16, die von der ersten Schicht und der zweiten Schicht in Reihe verbunden sind, und die Wicklung 162 besteht aus den Leitern 16, die von der dritten Schicht und der vierten Schicht in Reihe verbunden sind, wie in 7 dargestellt.
Anstelle dieser Verbindungsstruktur ist es möglich, wenn wenigstens fünf Leiter 16 in jedem Schlitz 12b angebracht sind, die Leiter 16 in Reihe in der (2n – 1)-ten Schicht zur 2n-ten Schicht im Schlitz 12b zu verbinden, wobei n wenigstens 3 ist. Das heißt, die Leiter 16 sind von der fünften Schicht und der sechsten Schicht in korrespondierenden Schlitzen in Reihe verbunden, und die Leiter 16 sind beispielsweise von der siebten Schicht und der achten Schicht in korrespondierenden Schlitzen in Reihe verbunden.
Da die Schichtanzahl nur in diesen Fällen verändert wird und die Leiter 16 zweimal gewickelt sind und in Reihe verbunden sind, ist es bei diesen Modifikationen möglich, dass dieselben Wirkungen und Effekte der ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsformen auftreten.
Gemäß den vorstehend beschriebenen ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen ist der Anschluss T (T1, T2, T3 und T4) mit dem Endbereich 16t von jeder der Wicklungen 161 und 162 bei jeder zweiten Schicht verbunden, wie in 13 dargestellt. Anstelle dieser Verbindungsstruktur ist es, wenn wenigstens vier Leiter 16 in Radialrichtung in jedem Schlitz 12b angebracht sind, möglich, den Anschluss T des Endbereichs 16t der Wicklungen 161 und 162 bei jeder 2m-ten Schicht zu verbinden, wobei m wenigstens 2 ist. Das heißt, es ist denkbar, den Anschluss T mit dem Endbereich 16t der Wicklung 161 und 162 bei jeder vierten oder sechsten Schicht zu verbinden. Da die Anzahl der Anschlüsse T nur in diesen Fällen verändert wird, ist es bei diesen Modifikationen möglich, dass dieselben Wirkungen und Effekte wie bei den ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsformen auftreten.
Gemäß den vorstehend beschriebenen ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen besteht der Stator 12 aus den drei Phasenwicklungen 161 und 162, d. h., den U-Phasenwicklungen 16U, den V-Phasenwicklungen 16V und den W-Phasenwicklungen 16W, wie in 8 bis 16 dargestellt. Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf diese Struktur beschränkt. Es ist auch möglich, den Stator 12 unter Verwendung von Phasenwicklungen auszubilden, die keine Drei-Phasen-Wicklungen sind. Beispielsweise ist es möglich, den Stator unter Verwendung von Sechs-Phasen-Wicklungen auszubilden, die aus X-Phasenwicklungen, Y-Phasenwicklungen und Z-Phasenwicklungen zusätzlich zu den U-Phasenwicklungen, den V-Phasenwicklungen und den W-Phasenwicklungen bestehen. Die Wicklungsverbindung, welche die V-Phasenwicklungen 16V und die W-Phasenwicklungen 16W verwendet, wird als „UVW-Wicklungsverbindung” bezeichnet. Die Wicklungsverbindung, welche die X-Phasenwicklungen, die Y-Phasenwicklungen und die Z-Phasenwicklungen verwendet, wird als „XYZ-Wicklungsverbindung” bezeichnet. Es ist möglich, die UVW-Wicklungsverbindung und die XYZ-Wicklungsverbindung auf Basis einer der Verbindungen, die in 14, 15 und 16 dargestellt werden, zu verbinden.
Es ist erforderlich, jede Wicklungsverbindung durch die entsprechende Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 zu erregen, wenn die UVW-Wicklungsverbindung nicht mit der XYZ-Wicklungsverbindung im Stator 12 verbunden ist. Wenn die UVW-Wicklungsverbindung jedoch mit der XYZ-Wicklungsverbindung im Stator 12 elektrisch verbunden ist, kann sie die Leistungskonvertierungsvorrichtung 30 simultan erregen. Der vorstehende Fall stellt die Sechs-Phasen-Wicklungsverbindung dar. Es ist möglich, dass der Stator aus einer anderen Phasenwicklungsverbindung besteht, wie sie vorstehend beschrieben wurde. Da die Phasenanzahl nur in diesen Fällen verändert wird, ist es bei diesen Modifikationen möglich, dass sie die gleichen Auswirkungen und Effekte wie die ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsformen aufweisen.
Gemäß den vorstehend beschriebenen ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen besteht jeder Schlitz 12b aus der ersten Schicht, der zweiten Schicht, der dritten Schicht, der vierten Schicht, ..., welche von der Innendurchmesserseite zur Außendurchmesserseite, wie in 3 und 12 dargestellt, nacheinander angebracht sind. Anstelle dieser Struktur ist es auch möglich, dass jeder Schlitz 12b aus der ersten Schicht, der zweiten Schicht, der dritten Schicht und der vierten Schicht besteht, welche nacheinander von der Außendurchmesserseite zur Innendurchmesserseite angebracht sind. Da diese Schichtstrukturen die gleichen Merkmale bzw. Effekte zum Erhöhen der Schichtanzahl von einer Seite zur anderen Seite in jedem Schlitz 12b aufweisen, ist es bei diesen Modifikationen möglich, dass sie die gleichen Wirkungen und Effekte wie die ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsformen aufweisen.
Gemäß den vorstehend beschriebenen ersten bis fünften beispielhaften Ausführungsformen wird das Konzept der vorliegenden Erfindung bei der drehenden elektrischen Maschine 10 eines Innenrotortyps angewandt, in welchem der Rotor 13, wie in 1 dargestellt, auf der Innendurchmesserseite und der Stator 12 auf der Außendurchmesserseite der drehenden elektrischen Maschine angebracht sind. Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht dadurch beschränkt. Zum Beispiel ist es auch möglich, das Konzept der vorliegenden Erfindung bei einem Elektromotor eines Innenrotortyps oder bei einem Generator eines Innenrotortyps anzuwenden. Ferner ist es möglich, das Konzept der vorliegenden Erfindung bei einer drehenden elektrischen Maschine eines Außenrotortyps anzuwenden, in welchem der Rotor 13 an der Außendurchmesserseite und der Stator 12 an der Innendurchmesserseite angebracht sind. Das heißt, es ist möglich, das Konzept der vorliegenden Erfindung bei einem Motorgenerator eines Außenrotortyps, einem Elektromotor eines Außenrotortyps und einem Generator eines Außenrotortyps anzuwenden. Da sich diese Vorrichtungen nur in der Struktur des Rotors unterscheiden, ist es bei diesen Modifikationen möglich, die gleichen Wirkungen und Effekte wie bei den ersten bis vierten beispielhaften Ausführungsformen zu erhalten.
Während spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, ist es für einen Fachmann klar, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu den jeweiligen Details im Lichte der Lehre der Offenbarung denkbar sind. Daher sind vorliegend offenbarte spezielle Anordnungen als illustrativ und nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränken anzusehen, deren Schutzumfang durch die zugehörigen Ansprüchen und die entsprechenden Äquivalenten definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002-281706 A [0002, 0002, 0003]

Claims

Stator (12), aufweisend einen Statorkern (12a) und Phasenwicklungen (161, 162) einer Mehrzahl von Phasen, wobei der Statorkern (12a) aus einer Mehrzahl von Schlitzen (121)) besteht, die im Statorkern (12a) ausgebildet und entlang einer Umfangsrichtung des Statorkerns (12a) angebracht sind, die Phasenwicklungen (161, 162) von jeder Phase Leiter (16, 16x, 16y) aufweisen, die elektrisch miteinander verbunden sind, und die Leiter (16, 16x, 16y) in den Schlitzen (12b) derart aufgenommen sind, dass die Leiter (16, 16x, 16y) in einer Mehrzahl von Schichten von einer Seite zu einer anderen Seite in jedem der Schlitze (12b) entlang einer Radialrichtung des Statorkerns (12a) aufgenommen sind, die Phasenwicklungen (161, 162) der Phasen in einer Stern-(Y)-Dreiecks-(Δ)-Kombinationsverbindung angebracht sind und die Leiter (16, 16x, 16y), welche die Phasenwicklungen (161, 162) von jeder Phase bilden, in einem ersten Schlitz (12b) und einem zweiten Schlitz (12b) aufgenommen sind, welche derart nebeneinander angebracht sind, dass der Leiter (16, 16x, 16y), der in einer n-ten Schicht aufgenommen ist, mit dem Leiter (16, 16x, 16y), der in einer (n + 1)-ten Schicht aufgenommen ist, in aufsteigender Reihenfolge je Schlitz (12b) elektrisch verbunden ist.
Stator (12) nach Anspruch 1 ferner aufweisend: eine Mehrzahl von ersten Anschlüssen (T1, T4), die an Endbereichen (16t) der Phasenwicklungen (161, 162) ausgebildet sind; und eine Mehrzahl von zweiten Anschlüssen (T2, T3), die an den Endbereichen (16t) der Phasenwicklungen (161, 162) bei jeder 2m-ten Schicht ausgebildet sind, wobei m eine positive Ganzzahl ist, und zwar von einer ersten Schicht zu einer letzten Schicht in jedem Schlitz (12b), ausgenommen der letzten Schicht.
Stator (12) nach Anspruch 2, wobei die Anzahl der ersten Anschlüsse 24 ist und die Anzahl der zweiten Anschlüsse (T2, T3) 12 ist, wenn die Anzahl der Phasen drei ist und vier Leiter (16, 16x, 16y) je Schlitz (12b) aufgenommen sind.
Stator (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Stern-(Y)-Verbindung unter Verwendung der Phasenwicklungen (161, 162), die aus den Leitern (16, 16x, 16y) bestehen, die elektrisch miteinander verbunden sind und in dem ersten Schlitz (12b) aufgenommen sind, ausgebildet ist, und eine Dreiecks-(Δ)-Verbindung unter Verwendung der Phasenwicklungen (161, 162), welche aus den Leitern (16, 16x, 16y) bestehen, die elektrisch miteinander verbunden sind und in dem zweiten Schlitz (12b) aufgenommen sind, ausgebildet ist.
Stator (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Leiter (16, 16x, 16y) eine Struktur aufweisen, in welcher jeder der Leiter (16, 16x, 16y) eine Stufenform aufweist, und ein zentraler Abschnitt von jedem der Leiter (16, 16x, 16y) eine maximale Höhe aufweist, die von einer Endoberfläche des Statorkerns (12a) gemessen wird.
Stator (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leiter (16, 16x, 16y) nicht ganz um den Stator (12) herum elektrisch verbunden sind.
Stator (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jeder der Leiter (16, 16x, 16y) einen gekrümmten Bereich (14c) mit einer gekrümmten Form aufweist.
Stator (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jeder der Leiter (16, 16x, 16y) ein Metallelement (16m) mit einem Querschnitt einer rechteckigen Form und einen Isolationsfilm (16r), mit welchem das Metallelement (16m) bedeckt ist, aufweist.
Drehende elektrische Maschine (10), aufweisend: den Stator (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8; und einen Rotor (13), der dem Stator (12) zugewandt angebracht ist.