DE102019105583A1

DE102019105583A1 - Elektrische maschine mit haarnadelförmiger wicklung mit gestaffelten haarnadelverbindungen

Info

Publication number: DE102019105583A1
Application number: DE102019105583.0A
Authority: DE
Inventors: Franco Leonardi; Feng Liang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2019-09-19
Also published as: US20190288574A1; US10998787B2; CN110277841A

Abstract

Die Offenbarung stellt eine elektrische Maschine mit haarnadelförmiger Wicklung mit gestaffelten Haarnadelverbindungen bereit. Eine elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern, der Nuten definiert, und in den Nuten angeordnete Haarnadeln. Die Haarnadeln sind an Verbindungen selektiv zusammengefügt, um Wicklungen zu bilden, die mindestens eine erste und zweite radiale Schicht beinhalten. Jede Verbindung ist in einer der Schichten angeordnet. Die Verbindungen sind gestaffelt, sodass die Verbindungen der ersten Schicht in Umfangsrichtung von den Verbindungen der zweiten Schicht versetzt sind, um einen Freiraum für Werkzeug, das die Verbindungen bildet, zu vergrößern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft elektrische Maschinen und insbesondere elektrische Maschinen, die haarnadelförmige Wicklungen beinhalten.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge, wie etwa batteriebetriebene Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge, enthalten eine Antriebsbatteriebaugruppe, die als Energiequelle für das Fahrzeug fungiert. Die Antriebsbatterie kann Komponenten und Systeme beinhalten, um das Verwalten von Fahrzeugleistung und -betrieb zu unterstützen. Die Antriebsbatterie kann zudem Hochspannungskomponenten und ein Luft- oder Flüssigkeits-Wärmemanagementsystem beinhalten, um die Temperatur der Batterie zu steuern. Die Antriebsbatterie ist elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden, die Drehmoment für angetriebene Räder bereitstellt. Die elektrische Maschine beinhaltet typischerweise einen Stator und einen Rotor, die zusammenwirken, um elektrische Energie in mechanische Bewegung umzuwandeln oder umgekehrt.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine einen Statorkern, der Nuten definiert, und in den Nuten angeordnete Haarnadeln. Die Haarnadeln sind an Verbindungen selektiv zusammengefügt, um Wicklungen zu bilden, die mindestens eine erste und zweite radiale Schicht beinhalten. Jede Verbindung ist in einer der Schichten angeordnet. Die Verbindungen sind gestaffelt, sodass die Verbindungen der ersten Schicht in Umfangsrichtung von den Verbindungen der zweiten Schicht versetzt sind, um einen Freiraum für Werkzeug, das die Verbindungen bildet, zu vergrößern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine einen Statorkern, der Nuten definiert, und Wicklungen, die eine Vielzahl von Wicklungspfaden beinhaltet, die einer der drei Phasen der elektrischen Maschine entsprechen. Jeder Wicklungspfad beinhaltet miteinander verbundene Haarnadeln, die jeweils einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel, der länger als der erste Schenkel ist, aufweisen. Jede der Haarnadeln ist in den Nuten angeordnet, wobei sich der erste und zweite Schenkel durch entsprechende der Nuten erstrecken. Benachbarte Paare von ersten und zweiten der Haarnadeln sind miteinander verbunden, sodass der erste Schenkel der ersten Haarnadel mit dem zweiten Schenkel der zweiten Haarnadel an einer Verbindung zusammengefügt ist. Der erste Schenkel der ersten Haarnadel ist um eine Spannweite der Nuten in Umfangsrichtung von dem zweiten Schenkel der zweiten Haarnadel beabstandet und die Verbindung ist von einem Mittelpunkt der Spannweite versetzt, da der zweite Schenkel länger als der erste Schenkel ist.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines Stators Bereitstellen eine Statorkerns, der Nuten definiert, und Biegen einer Vielzahl von länglichen Rohlingen, die jeweils ein erstes und ein zweites Ende und einen Mittelpunkt aufweisen, um Haarnadeln zu bilden, die jeweils einen Scheitelpunkt an einer Stelle aufweisen, die von dem Mittelpunkt versetzt ist, wobei ein erster Schenkel zwischen dem ersten Ende und dem Scheitelpunkt definiert ist und ein zweiter Schenkel zwischen dem zweiten Ende und dem Scheitelpunkt definiert ist und länger als der erste Schenkel ist. Das Verfahren beinhaltet ferner Einbauen der Haarnadeln in dem Statorkern durch Einführen des ersten und zweiten Schenkels in entsprechende der Nuten und Zusammenfügen jedes der ersten Schenkel mit einem entsprechenden der zweiten Schenkel, um die Haarnadel miteinander zu verbinden, um einen Wicklungspfad zu bilden.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm einer elektrischen Maschine.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Endes eines Stators der elektrischen Maschine.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Stators.
4 ist eine perspektivische Teilansicht eines Stators nach dem Stand der Technik.
5 ist eine perspektivische Teilansicht des anderen Endes des Stators der 2.
6 ist ein schematisches Diagramm eines benachbarten Paars von miteinander verbundenen Nadeln.
7 ist ein schematisches Diagramm eines benachbarten Paars von miteinander verbundenen Nadeln gemäß einer weiteren Ausführungsform.
8 ist ein schematisches Diagramm eines benachbarten Paars von miteinander verbundenen Nadeln gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Stators veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich werden hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sollen hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend ausgelegt werden, sondern lediglich als repräsentative Grundlage der Lehre für den Fachmann, die vorliegende Erfindung auf unterschiedliche Weise einzusetzen.
Unter Bezugnahme auf 1 kann eine elektrische Maschine 20 in einem Fahrzeug, wie etwa einem rein elektrischen Fahrzeug oder einem Hybridelektrofahrzeug, verwendet werden. Die elektrische Maschine 20 kann als ein Elektromotor, ein Traktionsmotor, ein Generator oder dergleichen bezeichnet werden. Die elektrische Maschine 20 kann eine Dauermagnetmaschine, eine Induktionsmaschine, eine synchrone Maschine oder dergleichen sein. Die elektrische Maschine 20 ist in der Lage, sowohl als ein Motor zum Antreiben des Fahrzeugs als auch als ein Generator, etwa beim regenerativen Bremsen, zu fungieren.
Die elektrische Maschine 20 kann durch eine Antriebsbatterie des Fahrzeugs mit Strom versorgt werden. Die Antriebsbatterie kann einen Hochspannungsgleichstrom-(DC)-Ausgang aus einem oder mehreren Batteriezellenarrays, mitunter als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Antriebsbatterie bereitstellen. Die Batteriezellenarrays können eine oder mehrere Batteriezellen beinhalten, die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Die Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt ermöglicht, dass sich Ionen während der Entladung zwischen der Anode und Kathode bewegen und dann während der Aufladung zurückkehren. Klemmen ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus den Batteriezellen fließt.
Die Antriebsbatterie kann elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen verbunden sein. Die Leistungselektronikmodule können elektrisch mit den elektrischen Maschinen 20 verbunden sein und können die Fähigkeit bereitstellen, elektrische Energie bidirektional zwischen der Antriebsbatterie und der elektrischen Maschine zu übertragen.
Beispielsweise kann eine typische Antriebsbatterie eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrische Maschine 20 eine Dreiphasenwechselstrom-(AC)-Spannung erfordern kann, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul kann einen Wechselrichter beinhalten, der die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandelt, wie durch die elektrische Maschine 20 erfordert. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul die Dreiphasenwechselspannung aus den elektrischen Maschinen 20, die als Generatoren fungieren, in die Gleichspannung umwandeln, die durch die Antriebsbatterie erfordert wird.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beinhaltet die elektrische Maschine 20 ein Gehäuse 21, das den Stator 22 und den Rotor 24 umschließt. Der Stator 22 ist an dem Gehäuse 21 fixiert und beinhaltet einen zylindrischen Statorkern 32 mit einem Innendurchmesser 28, der ein Loch 30 definiert, und einen Außendurchmesser 29. Der Rotor 24 ist zur Drehung innerhalb des Lochs 30 gelagert. Der Rotor 24 kann Wicklungen oder Dauermagnete beinhalten, die mit der Wicklung des Stators 22 interagieren, um die Drehung des Rotors 24 zu erzeugen, wenn die elektrische Maschine 20 erregt wird. Der Rotor 24 kann an einer Antriebswelle 26 gelagert sein, die sich durch das Gehäuse 21 erstreckt. Die Antriebswelle 26 ist dazu konfiguriert, mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekoppelt zu sein.
Der Statorkern 32 definiert Nuten 34, die in Umfangsrichtung um den Kern 32 angeordnet sind und sich von dem Innendurchmesser 28 nach außen erstrecken. Die Nuten 34 können um den Umfang gleichmäßig beabstandet sein und sich axial von einem ersten Ende 36 des Kerns 32 zu einem zweiten Ende 38 erstrecken. In der veranschaulichten Ausführungsform definiert der Kern 32 zweiundsiebzig Nuten und weist acht Pole auf, aber der Kern 32 kann in anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Nuten und/oder Pole beinhalten. Zum Beispiel kann der Kern 32 sechsunddreißig Nuten definieren und vier Pole aufweisen.
Die Nuten 34 sind um einen Umfangsabstand, gemessen zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Nuten, beabstandet. Dieser Abstand kann als eine Abstandseinheit verwendet werden (nachfolgend „eine Nut“), um andere Komponenten des Stators 22 in Beziehung zu setzen und zu messen. Die Abstandseinheit „Nut“ (manchmal auch als „Nutteilung“) bezeichnet, kann in weitere in Bruchteile heruntergebrochen werden, z. B. können zwei Komponenten um eine halbe Nut beabstandet sein.
Die elektrische Maschine 20 kann Haarnadelwicklungen 40 beinhalten, die sich durch die Nuten 34 des Kerns 32 erstrecken. Haarnadelwicklungen sind eine aufkommende Technologie, die den Wirkungsgrad für elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen verwendet werden, verbessert. Die Haarnadelwicklungen 40 verbessern den Wirkungsgrad durch Bereitstellen einer größeren Masse von Statorleitern, um den Widerstand der Wicklungen 40 zu reduzieren, ohne in den Raum einzudringen, der für den elektrischen Stahl und den Magnetflusspfad reserviert ist. Die Haarnadelwicklungen 40 können gewellte Wicklungen sein, bei denen sich die Wicklungen 40 von Pol zu Pol in einem wellenartigen Muster schlängeln.
Eine Herausforderung bei den Haarnadelwicklungen ist das Angleichen der Auslegung der elektrischen Maschine an die gewünschte Drehmoment-Drehzahl-Kurve. Ein wesentlicher Schritt bei der Auslegung einer elektrischen Maschine ist das Auswählen der Phasendrehungszahl, sodass die Drehmoment-Drehzahl-Kurve alle erforderlichen Betriebspunkte abdeckt. Für herkömmliche verseilte Wicklungen aus flexiblen dünnen Kupferleitern, die parallel verbunden sind, wird die gewünschte Phasendrehungszahl durch Wählen der Anzahl von Drehungen pro Spule, der Anzahl der parallelen Pfade, der Anzahl der Pole, der Anzahl der Nuten pro Pol und der Anzahl der Schichten ausgewählt. Auch wenn diese Faktoren für Haarnadelwicklungen ebenfalls verfügbar sind, unterscheiden sich die einschränkenden Faktoren stark, was zu weniger machbaren Auswahlen führt.
Während zum Beispiel die mögliche Anzahl der Pole, der Nuten pro Pol und der Schichten bei beiden Technologien identisch sind, ist es bei einer Haarnadelwicklung nicht praktikabel, so viele Drehungen pro Spule wie in einer geseilten Wicklung zu haben. Jede Haarnadel muss mittels Schweißen, Löten oder dergleichen mit der nächsten Haarnadel verbunden sein und muss gemäß einer spezifischen Form gebogen sein, um die Verbindung möglich zu machen. Dies begrenzt die Anzahl und Größe der Leiter, die in eine einzelne Nut eingepasst werden können. Eine weitere Herausforderung ist das Erzeugen paralleler Schaltungen, die ausgeglichen sind (d. h. keine großen Ausgleichsströme wegen Asymmetrie in der Schleife verursachen, die durch die parallelen Schaltungen gebildet wird) und halbwegs komplexe Verbindungen aufweisen. Eine dritte Herausforderung ist das Herstellen der Verbindungen, z. B. Schweißnähte, zwischen einzelnen Haarnadeln wegen eines kleinen Werkzeugfreiraums. Dies wird noch mehr zum Problem, wenn die Anzahl der Haarnadeln pro Nut größer wird.
Die elektrische Maschine 20 löst diese und andere Probleme. Die elektrische Maschine 20 kann eine Dreiphasenmaschine sein, in der die Haarnadelwicklungen 40 angeordnet sind, um eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase aufzuweisen. Jede Phase beinhaltet zugehörige Haarnadelleiter (auch als Nadel-, Haarnadel- und Stromschienenverbinder bekannt), die in einem oder mehreren parallelen Pfaden von Wicklungen angeordnet sind. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jede Phase drei parallele Pfade, aber andere Anordnungen sind angedacht. Die Haarnadeln sind allgemein U-förmig und beinhalten ein Paar von Schenkeln, die an einem Scheitelpunkt zusammengefügt sind. Die Haarnadeln werden in den Statorkern 32 eingebaut, indem die Schenkel durch entsprechende der Nuten 34 eingeführt werden. Alle Haarnadeln können von dem gleichen Ende des Statorkerns 32, z. B. Ende 36, eingebaut werden, sodass alle Scheitelpunkte an einem Ende des Stators, z. B. Ende 36, liegen und die Enden der Schenkel an dem anderen Ende, z. B. Ende 38, liegen. Sobald sie eingebaut sind, werden die Schenkel jeder Haarnadel voneinander weg gebogen, um mit den Schenkeln anderer Haarnadeln verbunden zu werden. Die Enden der entsprechenden Haarnadeln werden durch eine Verbindung zusammengefügt.
In einer Ausführungsform kann die U-Phase eine Vielzahl von Haarnadeln 42 beinhalten, die selektiv verbunden ist, um einen ersten Pfad 44, einen zweiten Pfad 46 und einen dritten Pfad 48 zu bilden. Jeder der Pfade beinhaltet ein erstes Ende, das an einer Klemme startet, und ein zweites Ende, das an einer neutralen Verbindung endet. Die Pfade 44, 46, 48 sind an der Klemme und an der neutralen Verbindung miteinander verbunden, ansonsten aber elektrisch voneinander isoliert. Jeder der Pfade umzingelt den Statorkern 32, indem er sich in eine entsprechende der Nuten 34 und aus dieser heraus schlängelt.
Die V-Phase kann eine Vielzahl von Haarnadeln 56 beinhalten, die selektiv verbunden ist, um einen ersten Pfad 58, einen zweiten Pfad 60 bzw. einen dritten Pfad 62 zu bilden. Jeder der Pfade beinhaltet ein erstes Ende, das an einer Klemme startet, und ein zweites Ende, das an einer neutralen Verbindung endet. Die Pfade 58, 60, 62 sind an der Klemme und an der neutralen Verbindung miteinander verbunden, ansonsten aber elektrisch voneinander isoliert. Jeder der Pfade umzingelt den Statorkern 32, indem er sich in ausgewählte der Nuten 34 und aus diesen heraus schlängelt.
Die W-Phase kann eine Vielzahl von Haarnadeln 70 beinhalten, die selektiv verbunden ist, um einen ersten Pfad 72, einen zweiten Pfad 74 bzw. einen dritten Pfad 76 zu bilden. Jeder der Pfade beinhaltet ein erstes Ende, das an einer Klemme startet, und ein zweites Ende, das an einer neutralen Verbindung endet. Drei neutrale Verbindungen (eine für jede Phase) oder eine einzelne neutrale Verbindung können verwendet werden, um alle neun Pfade zu verbinden. Die Pfade 72, 74, 76 sind an der Klemme und an der neutralen Verbindung miteinander verbunden, ansonsten aber elektrisch voneinander isoliert. Jeder der Pfade umzingelt den Statorkern 32, indem er sich in ausgewählte der Nuten 34 und aus diesen heraus schlängelt.
Die Klemmen sind mit dem Wechselrichter verbunden und empfangen Spannung von dem Wechselrichter, wodurch drehmomenterzeugender Strom in den Wicklungen 40 erzeugt wird, der den Rotor 24 veranlasst, innerhalb des Stators 22 zu drehen. In anderen Ausführungsformen kann jede Phase mehr oder weniger als drei Pfade beinhalten. Beispielsweise kann jede Phase einen einzelnen Pfad oder zwei parallele Pfade beinhalten.
Bezugnehmend auf die 2 und 3 sind die Nuten 34 von 1 bis 72 im Uhrzeigersinn angeordnet, wobei die Nuten 1-9 mit ungerader Zahl des Pols 1 der Einfachheit halber beschriftet sind. (Die Zahlen befinden sich rechts von der Nut). Jede der zwei Endwicklungen 41 der Wicklungen 40 kann in drei radialen Schichten angeordnet sein: eine Innenschicht 80, eine Mittelschicht 82 und eine Außenschicht 84. Die radialen Schichten 80, 82, 84 umzirkeln ihre entsprechenden der Enden 36, 38 des Statorkerns 32 und können im Wesentlichen konzentrisch zum Statorkern 32 sein.
Die Nuten 34 können radiale Positionen beinhalten. Die Positionen können aufeinanderfolgend und in einer linearen 1-zu-n-Anordnung sein. In der veranschaulichten Ausführungsform weist jede Nut 34 sechs Positionen auf: eine erste Position 86, eine zweite Position 88, eine dritte Position 90, eine vierte Position 92, eine fünfte Position 94 und eine sechste Position 96. Die erste Position 86 ist dem Innendurchmesser 28 am nächsten und die sechste Position 96 ist dem Außendurchmesser 29 am nächsten. Die erste und zweite Position 86, 88 sind den Innenschichten 80 zugeordnet, die dritte und vierte Position 90, 92 sind den Mittelschichten 82 zugeordnet und die fünfte und sechste Position 94, 96 sind den Außenschichten 84 zugeordnet. Jede der Schichten besteht aus zugehörigen Haarnadeln, die Schenkel aufweisen, die in den Nutpositionen, die dieser Schicht zugeordnet sind, angeordnet sind. Zum Beispiel sind die Haarnadeln, die der Innenschicht 80 zugeordnet sind, innerhalb der ersten und/oder zweiten Nutposition 86, 88 angeordnet.
Die elektrische Maschine 20 kann ausgeglichen sein, wobei jeder der Pfade dazu konfiguriert ist, eine gleiche Menge an Strom zu führen. Die Phasen U, V, W können in Gruppen angeordnet sein, um aufeinanderfolgende Nuten in jedem der Pole zu belegen. In Pol 1 (Nuten 1-9) beispielsweise belegt die U-Phase die Nuten 1-3, belegt die V-Phase die Nuten 4-6 und belegt die W-Phase die Nuten 7-9. Die Pfade können die gleiche Anzahl von Haarnadeln in jeder der Schichten 80, 82, 84 enthalten.
Jeder der Wicklungspfade kann aus einer einzelnen Art von Haarnadel oder mehreren Arten von Haarnadeln bestehen. Jeder der Pfade kann zudem eine Klemmenhaarnadel und eine Haarnadel für die neutrale Verbindung beinhalten. In Ausführungsformen mit mehreren Arten von Haarnadeln können die Pfade regelmäßige Haarnadeln, Wendehaarnadeln, Übertraghaarnadeln und Haarnadeln mit kurzer Schlaglänge beinhalten. Es kann sein, dass nicht jeder der Pfade alle Arten von Haarnadeln beinhaltet. Die ebenfalls anhängige US-Anmeldung der Anmelderin, Anmeldenummer 15/871,615, eingereicht am 15. Januar 2018, deren Inhalt hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird, beinhaltet eine genauere Erörterung einer beispielhaften elektrischen Maschine, die mehrere Arten von Haarnadeln beinhaltet.
Bezugnehmend auf 4 (Stand der Technik) werden die Enden 102 der Nadeln 100 an einer Verbindung 104 zusammengefügt. Die Verbindung 104 wird typischerweise durch Schweißen, wie etwa Laserschweißen, gebildet und erfordert, dass die Enden 102 der Haarnadeln 100 mit einem Werkzeug zusammengehalten werden, während die Enden 102 aneinandergeschweißt werden. Die Verbindungen 104 sind in radial verlaufenden Reihen 106 zueinander ausgerichtet, d. h. die Verbindungen 104 der Innenschicht 108, der Mittelschicht 109 und der Außenschicht 110 liegen in radialer Ausrichtung. Die Reihen 106 sind um 1 Nut beabstandet. Die ausgerichtete Anordnung lässt wenig Freiraum für das Schweißwerkzeug. Dies gilt insbesondere für Statoren, die sechsunddreißig oder mehr Nuten und/oder drei oder mehr radiale Schichten aufweisen.
Bezugnehmend auf 5 werden die Pfade durch Zusammenfügen der Enden 119 ausgewählter Haarnadeln an einer Verbindung 118 gebildet. Die Verbindung 118 kann durch Schweißen, Löten oder dergleichen gebildet werden. Laserschweißen ist das häufigste Verbindungsverfahren und deshalb werden die Verbindungen häufig Schweißnähte genannt. Innerhalb jeder Schicht 80, 82, 84 sind die Verbindungen 118 so ausgelegt, dass sie in Umfangsrichtung mit einer konstanten Beabstandung zwischen den Verbindungen zueinander ausgerichtet sind. In der veranschaulichten Ausführungsform beträgt die Beabstandung 1 Nut.
Der Stator 22 weist gestaffelte Verbindungen 118 auf, um den Freiraum zum Verbinden der Enden 119 der Haarnadeln zu vergrößern. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Verbindungen 118 der Innen- und Außenschicht 80, 84 radial zueinander ausgerichtet und sind die Verbindungen 118 der Mittelschicht 82 versetzt. Andere Kombinationen sind möglich. Im veranschaulichten Beispiel können die Innen- und Außenschicht 80, 84 um eine viertel Nut im Uhrzeigersinn verschoben sein und kann die Mittelschicht 82 um eine viertel Nut gegen den Uhrzeigersinn verschoben sein, verglichen mit der herkömmlichen Auslegung, die in 4 gezeigt ist. Dies versetzt die Verbindungen 118 der Innen- und Außenschicht 80, 84 von den Verbindungen 118 der Mittelschicht 82 um eine halbe Nut. Die Anmelderin hat herausgefunden, dass das Verschieben der Verbindungen 118 um eine viertel Nut den Freiraum zwischen den Verbindungen 118 optimiert. Die gestaffelte Anordnung stellt zusätzlichen Freiraum für Werkzeug bereit, um die Haarnadeln zusammenzufügen, wodurch die Herstellbarkeit der elektrischen Maschine 20 verbessert wird. Auch wenn sich herausgestellt hat, dass eine Viertel-Nut-Verschiebung optimal ist, können in anderen Ausführungsformen andere Verschiebungen verwendet werden. In einer alternativen Ausführungsform können die Verbindungen der Innen- und Außenschicht zentriert bleiben und sind die Verbindungen der Mittelschicht verschoben.
Bezugnehmend auf 6 können die gestaffelten Verbindungen durch Modifizieren der Auslegung der Haarnadeln erzeugt werden, sodass die Verbindungen 118 nicht am Mittelpunkt der Nadelspannweiten liegen. Diese Modifikation wird unter Bezugnahme auf die regelmäßigen Haarnadeln 120 beschrieben, die Modifikation kann aber auch bei den anderen Arten von Haarnadeln vorhanden sein, wenn die elektrische Maschine mehrere Arten von Haarnadeln beinhaltet.
Die regelmäßigen Haarnadeln 120 können einen ersten Schenkel 122 beinhalten, der an einem Scheitelpunkt 126 mit einem zweiten Schenkel 124 zusammengefügt ist. Die Haarnadeln 120 können aus einem einzelnen Stück aus Metall gebildet sein, wie etwa Kupfer, Aluminium oder Silber, oder aus einem beliebigen anderen, elektrisch leitfähigen Material. Der Scheitelpunkt 126 kann die Schenkel 122, 124 radial versetzen, sodass die Schenkel in unterschiedlichen Nutpositionen angeordnet sind, wenn z. B. die Haarnadel 120 in der Innenschicht 80 ist, kann der erste Schenkel 122 in der ersten Position 86 sein und kann der zweite Schenkel in der zweiten Position 88 sein. Der Scheitelpunkt 126 kann durch eine Verdrehung gebildet sein, die die Schenkel radial um ungefähr die Abmessung einer Nadel in der radialen Richtung versetzt.
Der erste Schenkel 122 beinhaltet einen geraden Abschnitt 128, der in einer der Nuten 34 angeordnet ist, und einen ersten angewinkelten Abschnitt 130, der sich zwischen dem Scheitelpunkt 126 und dem geraden Abschnitt 128 erstreckt. Der gerade Abschnitt 128 und der angewinkelte Abschnitt 130 sind an einer ersten Biegung 132 zusammengefügt. Der erste Schenkel 122 beinhaltet zudem ein Verbindungssegment 136, das an einer zweiten Biegung 134 nach außen abgewinkelt ist.
Der zweite Schenkel 124 beinhaltet einen geraden Abschnitt 138, der in einer der Nuten 34 angeordnet ist, und einen ersten angewinkelten Abschnitt 140, der sich zwischen dem Scheitelpunkt 126 und dem geraden Abschnitt 138 erstreckt. Der gerade Abschnitt 138 und der angewinkelte Abschnitt 140 sind an einer ersten Biegung 142 zusammengefügt. Der zweite Schenkel 124 beinhaltet zudem ein Verbindungssegment 146, das an einer zweiten Biegung 144 nach außen abgewinkelt ist. Die Verbindungssegmente 136, 146 sind in entgegengesetzte Richtungen abgewinkelt, um sich von der Nadel 120 weg zu erstrecken, um eine Verbindung mit anderen Haarnadeln eines gleichen Pfads herzustellen.
Der erste Schenkel 122 ist in einer der Nuten 34 angeordnet und der zweite Schenkel 124 ist in einer anderen der Nuten 34, die um eine Spannweite der Nuten beabstandet ist, angeordnet. Die regelmäßigen Haarnadeln 120 können eine Spannweite der Nuten aufweisen, die gleich der Anzahl der Nuten pro Pol ist, die in der veranschaulichten Ausführungsform neun Nuten ist. Wenn sich der erste Schenkel 122 in Nut 1 befindet, wäre somit der zweite Schenkel 124 in Nut 10.
Die Verbindungen 118 können verschoben sein, indem einer der Schenkel 122, 124 länger als der andere ist. Die Schenkel können eine ungleiche Länge erzielen, indem der Scheitelpunkt 126 an einem Nichtmittelpunkt eines Nadelrohlings gebildet wird. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der zweite Schenkel 124 länger als der erste Schenkel 122. Genauer ist das Schweißsegment 136 des ersten Schenkels 122 kürzer als das Schweißsegment 146 des zweiten Schenkels 124, während die geraden Abschnitte die gleiche Länge beibehalten. Der Winkel (alpha) an der Biegung 144 des zweiten Schenkels 124 ist kleiner als der Winkel (beta) der Biegung 134 des ersten Schenkels 122, sodass die Enden 119 an dem gleichen axialen Versatz von dem Scheitelpunkt 126 liegen.
Wie oben erläutert, werden die Pfade durch Zusammenfügen ausgewählter Paare der Haarnadeln, z.B. durch Schweißen der Enden 119 aneinander, gebildet. 6 zeigt ein benachbartes Paar von Haarnadeln (120a und 120b) des Pfads 44, die sich in der Innenschicht 80 befinden, und ein benachbartes Paar von Haarnadeln (120c und 120d) des Pfads 46, die sich in der Mittelschicht 82 befinden. Der erste Schenkel 122 der Haarnadel 120a ist in der ersten Position 86 der Nut 1 angeordnet und der zweite Schenkel 124 ist in der zweiten Position 88 der Nut 10 angeordnet. Der erste Schenkel 122 der Haarnadel 120b ist in der ersten Position 86 der Nut 19 angeordnet und der zweite Schenkel 124 ist in der zweiten Position 88 der Nut 28 angeordnet. Der zweite Schenkel 124 der Haarnadel 120a ist an der Verbindung 118' mit dem ersten Schenkel 122 der Haarnadel 120b zusammengefügt. Die Verbindung 118' ist wegen der ungleich langen Schenkel und der unterschiedlichen Biegungswinkeln alpha und beta nach rechts verschoben. In der herkömmlichen Auslegung, die in 4 gezeigt ist, sind die Schenkel der Haarnadeln gleich, wodurch die Verbindungen in der Mitte der Spannweite, z. B. 4,5 Nuten, platziert sind. Hier ist jedoch liegt Verbindung 118' 4,75 Nuten von der Nut 10 und 4,25 Nuten von der Nut 19, wodurch die Verbindung 118' eine viertel Nut nach rechts vom Mittelpunkt 148 der Spannweite 149 verschoben ist. (Anmerkung: die Figuren zeigen die Verschiebung zur Veranschaulichung stark vergrößert.)
Der zweite Schenkel 124 der Haarnadel 120c ist in der dritten Position 90 der Nut 1 angeordnet und der erste Schenkel 122 ist in der vierten Position 92 der Nut 10 angeordnet. Der zweite Schenkel 124 der Haarnadel 120d ist in der dritten Position 90 der Nut 19 angeordnet und der erste Schenkel 122 ist in der vierten Position 92 der Nut 28 angeordnet. Der zweite Schenkel 124 der Haarnadel 120d ist an der Verbindung 118" mit dem ersten Schenkel 122 der Haarnadel 120c zusammengefügt. Die Verbindung 118" ist wegen der ungleich langen Schenkel und der unterschiedlichen Biegungswinkeln alpha und beta nach links verschoben. Die Verbindung 118' liegt 4,25 Nuten von der Nut 10 und 4,75 Nuten von der Nut 19, wodurch die Verbindung 118' eine viertel Nut nach links vom Mittelpunkt 150 der Spannweite 151 verschoben ist.
Die Verbindungen 118' und 118" sind in entgegengesetzte Richtungen verschoben, indem die Haarnadeln 120 in unterschiedlichen Ausrichtungen in den unterschiedlichen Schichten 80, 82 eingebaut sind. In dem veranschaulichten Beispiel sind die Verbindungen 118' nach rechts verschoben, indem die Haarnadeln so eingebaut sind, dass der zweite Schenkel 124 rechts liegt. Die Haarnadeln der Schicht 82 sind in der entgegengesetzten Richtung eingebaut, wobei die zweiten Schenkel 124 links liegen. Dies kann als eine umgeklappte Ausrichtung bezeichnet werden. Die Viertel-Nut-Verschiebungen der Verbindungen 118' und 118" erzeugen einen Umfangsversatz von einer halben Nut zwischen den Verbindungen 118' und 118". Diese Offenbarung ist nicht auf die veranschaulichte Viertel-Nut-Verschiebung beschränkt. Auch wenn dies nicht veranschaulicht ist, können die Haarnadeln der Außenschicht 84 ähnlich zu der Innenschicht 80 angeordnet sein, sodass die Verbindungen der Innen- und Außenschicht radial zueinander ausgerichtet sind, wie in 5 gezeigt ist.
In einer alternativen Ausführungsform können die Schenkel 122 und 124 die gleiche Länge aufweisen, aber in unterschiedlichen Winkeln (alpha und beta) gebogen sein, sodass die Schenkel 122 und 124 sich an einer Stelle verschoben von dem Mittelpunkt 148 oder 150 schneiden. Der zweite Schenkel 124 kann dann zugeschnitten werden, sodass die Enden 119 benachbart zueinander sind. Die zweiten Schenkel 124 können vor oder nach dem Zusammenfügen zugeschnitten werden.
7 veranschaulicht Haarnadeln 160 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die ähnlich den Haarnadeln 120 der 6 ist. Die Haarnadeln 160 haben gleich lange Schenkel 162, 164. Die Schenkel 164 können die gleichen wie die oben beschriebenen Schenkel 124 sein. Die Schenkel 162 können die gleiche Form wie die oben beschriebenen Schenkel 122 aufweisen, haben aber ein Endsegment 166, das länger ist. Ähnlich wie die Haarnadeln 120 verschieben die Winkel alpha und beta an den Biegungen 168 und 170 die Verbindung 172, sodass sie von einem Mittelpunkt der Spannweite 174 um z. B. eine viertel Nut nach rechts versetzt ist. Die Verbindung 172 unterscheidet sich von der Verbindung 118 und beinhaltet ein Falten eines Abschnitts des Endsegments 166 über das Endsegment 176 des zweiten Schenkels 164. Der gefaltete Abschnitt des Schenkels 162 kann an den Schenkel 164 gekrimpt werden. Die Schenkel 162 und 164 können zusätzlich durch Schweißen, Löten oder dergleichen zusammengefügt werden. In einigen Ausführungsformen sind die Schenkel nur geschweißt oder gekrimpt.
8 veranschaulicht Haarnadeln 180 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform. Jede Haarnadel 180 beinhaltet einen ersten Schenkel 182 und einen zweiten Schenkel 184. Die Schenkel 182 und 184 können eine gleiche Länge oder eine unterschiedliche Länge aufweisen. Die Schenkel 182, 184 sind an einem Scheitelpunkt 186 zusammengefügt. Der erste Schenkel 182 beinhaltet einen geraden Abschnitt 188 und einen ersten angewinkelten Abschnitt 190, der sich zwischen dem Scheitelpunkt 186 und dem geraden Abschnitt 188 erstreckt. Der gerade Abschnitt 188 und der angewinkelte Abschnitt 190 sind an einer ersten Biegung 192 zusammengefügt. Der erste Schenkel 182 beinhaltet zudem einen zweiten abgewinkelten Abschnitt 196, der an einer zweiten Biegung 194 mit dem geraden Abschnitt 188 zusammengefügt ist. Ein Verbindungssegment 198 beinhaltet das Ende des Schenkels 182 und erstreckt sich von dem zweiten abgewinkelten Abschnitt 196 zurück in Richtung Stator 22. Der zweite Schenkel 184 beinhaltet einen geraden Abschnitt 200 und einen ersten angewinkelten Abschnitt 202, der sich zwischen dem Scheitelpunkt 186 und dem geraden Abschnitt 200 erstreckt. Der gerade Abschnitt 200 und der angewinkelte Abschnitt 202 sind an einer ersten Biegung 204 zusammengefügt. Der zweite Schenkel 184 beinhaltet zudem ein Verbindungssegment 208, das an einer zweiten Biegung 206 nach außen abgewinkelt ist.
Benachbarte Paare der Haarnadeln 180 sind durch eine Verbindung 210 zusammengefügt. In dieser Ausführungsform liegt das Verbindungssegment 198 über dem Verbindungssegment 208, um die Schnittfläche zwischen den Haarnadeln 180 zu vergrößern. Die Verbindungssegmente 198 und 208 können durch Schweißen, Löten oder dergleichen zusammengefügt werden. Ähnlich wie die anderen beschriebenen Ausführungsformen sind der erste und zweite Schenkel in Winkeln alpha und beta gebogen, sodass die Verbindung 210 nach rechts oder links vom Mittelpunkt der Nutspannweite 212 verschoben ist, um gestaffelte Verbindungen in den Wicklungen zu erzeugen.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Stators veranschaulicht. Bei Schritt 252 wird ein Statorkern bereitgestellt. Der Statorkern kann der gleiche oder ein ähnlicher wie der oben beschriebene Statorkern 32 sein. Bei Schritt 254 werden die Haarnadeln hergestellt. Die Haarnadeln können aus einem Rohling hergestellt werden, der ein gerader Metallstreifen mit einem ersten und zweiten Ende und einem Mittelpunkt sein kann. Der Rohling kann zuerst gebogen und verdreht werden, um einen Scheitelpunkt an einer Stelle zu bilden, die von dem Mittelpunkt des Rohlings versetzt ist, um den ersten und zweiten Schenkel mit unterschiedlichen Längen zu bilden. Alternativ kann sich der Scheitelpunkt an dem Mittelpunkt des Rohlings befinden. Zusätzliches Biegen und Verdrehen kann dann durchgeführt werden, um die ersten Biegungen, z. B. 132 und 142, gezeigt in 6, herzustellen.
Bei Schritt 256 werden die Haarnadeln in den Statorkern eingebaut, indem der erste und zweite Schenkel durch entsprechende der Nuten eingeführt werden. Alle Haarnadeln können von dem gleichen Ende eingebaut werden, sodass alle Scheitelpunkte an einem Ende des Stators liegen und die Verbindungen am anderen Ende des Stators liegen. Die Haarnadeln der verschiedenen Schichten können in unterschiedlichen Ausrichtungen eingebaut werden, sodass die Verbindungen in unterschiedliche Richtungen in den unterschiedlichen Schichten verschoben sind. Zum Beispiel können die Haarnadeln in der Innen- und Außenschicht in einer anderen Ausrichtung eingebaut sein als die Haarnadeln in der Mittelschicht. In einer Ausführungsform werden die Haarnadeln der Innen- und Außenschicht so eingebaut, dass der längere zweite Schenkel in die Richtung im Uhrzeigersinn weist, und die Haarnadeln der Mittelschicht sind so eingebaut, dass der längere zweite Schenkel in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn weist. Somit weisen die Haarnadeln der Mittelschicht eine umgeklappte Ausrichtung im Vergleich zu den Haarnadeln der Innen- und Außenschicht auf. Sobald sie eingeführt sind, werden die Schenkel der Haarnadeln gebogen und verdreht, um die Verbindungssegmente zu bilden. Wie oben beschrieben, sind der erste und zweite Schenkel jeder Haarnadel gebogen, um einen anderen Winkel aufzuweisen, z. B. alpha and beta, sodass die Verbindungen von einem Mittelpunkt der Spannweite versetzt sind.
Bei Schritt 258 werden die Enden der zugehörigen Haarnadeln an einer Verbindung zusammengefügt. Die Verbindung kann durch Schweißen, Löten oder dergleichen gebildet werden. Bei Schritt 260 werden die Pfade jeder Phase zusammengefügt und bilden eine Klemme. In dem Beispiel der dreiphasigen elektrischen Maschine 20 werden drei Klemmen gebildet, wobei eine jeder Phase entspricht. Die Klemmen werden verwendet, um die elektrische Maschine 20 mit dem Wechselrichter zu verbinden. Bei Schritt 262 werden die neutralen Verbindungen gebildet. Die neutralen Verbindungen können Streifen aus Metall sein, die eine Verbindung zu jedem der Pfade herstellen. Die ebenfalls anhängige US-Anmeldung der Anmelderin, Anmeldenummer 15/871,615, eingereicht am 15. Januar 2018, beschreibt beispielhafte Klemmen und neutrale Verbindungen genauer.
Wenngleich vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Ansprüche eingeschlossen sind. Stattdessen sind die in der Beschreibung verwendeten Worte eher Worte der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder dargestellt werden können. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Folgendes umfassen: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, bequeme Montage usw. Daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Statorkern, der Nuten definiert, und Haarnadeln, die in den Nuten angeordnet und an Verbindungen selektiv zusammengefügt sind, um Wicklungen zu bilden, die mindestens eine erste und zweite radiale Schicht beinhalten, wobei jede Verbindung in einer der Schichten angeordnet ist, wobei die Verbindungen gestaffelt sind, sodass die Verbindungen der ersten Schicht in Umfangsrichtung von den Verbindungen der zweiten Schicht versetzt sind, um einen Freiraum für Werkzeug, das die Verbindungen bildet, zu vergrößern.
Gemäß einer Ausführungsform liegt die zweite Schicht radial auswärts der ersten Schicht.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Versatz eine Hälfte einer Nut.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Schicht eine Innenschicht, ist die zweite Schicht eine Mittelschicht und beinhaltet die Wicklung ferner eine Außenschicht und sind die Verbindungen der Innen- und Außenschicht in Umfangsrichtung zueinander ausgerichtet, um radial verlaufende Reihen der Verbindungen zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform befinden sich die Verbindungen der Mittelschicht auf halbem Weg zwischen einem benachbarten Paar der Reihen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jede der Haarnadeln einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel, der länger als der erste Schenkel ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind die ersten Schenkel an den Verbindungen mit entsprechenden der zweiten Schenkel zusammengefügt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Haarnadeln der ersten Schicht in dem Statorkern in einer ersten Ausrichtung angeordnet und sind die Haarnadeln der zweiten Schicht in dem Statorkern in einer zweiten Ausrichtung angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jede der Haarnadeln einen ersten Schenkel mit einem ersten geraden Abschnitt und einem ersten Verbindungsabschnitt, die an einer ersten Biegung zusammengefügt sind, und einen zweiten Schenkel mit einem zweiten geraden Abschnitt und einem zweiten Verbindungsabschnitt, die an einer zweiten Biegung zusammengefügt sind, wobei die erste und zweite Biegung unterschiedliche Winkel aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Verbindungsabschnitt länger als der zweite Verbindungsabschnitt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Verbindungsabschnitt über den zweiten Verbindungsabschnitt gefaltet.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Verbindungen Schweißnähte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Statorkern, der Nuten definiert; und Wicklungen, die eine Vielzahl von Wicklungspfaden beinhalten, die einer der drei Phasen der elektrischen Maschine entsprechen, wobei jeder Wicklungspfad miteinander verbundene Haarnadeln beinhaltet, die jeweils einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel, der länger als der erste Schenkel ist, aufweisen, wobei jede der Haarnadeln in den Nuten angeordnet ist, wobei sich der erste und zweite Schenkel durch entsprechende der Nuten erstrecken; wobei benachbarte Paare der ersten und zweiten der Haarnadeln miteinander verbunden sind, sodass der erste Schenkel der ersten Haarnadel mit dem zweiten Schenkel der zweiten Haarnadel an einer Verbindung zusammengefügt ist, wobei der erste Schenkel der ersten Haarnadel um eine Spannweite der Nuten in Umfangsrichtung von dem zweiten Schenkel der zweiten Haarnadel beabstandet und die Verbindung von einem Mittelpunkt der Spannweite versetzt ist, da der zweite Schenkel länger als der erste Schenkel ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Schenkel einen ersten geraden Abschnitt und einen ersten Verbindungsabschnitt auf, die an einer ersten Biegung zusammengefügt sind, und weist der zweite Schenkel einen zweiten geraden Abschnitt und einen zweiten Verbindungsabschnitt auf, die an einer zweiten Biegung zusammengefügt sind, wobei die erste und zweite Biegung unterschiedliche Winkel aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Winkel der ersten Biegung größer als der Winkel der zweiten Biegung.
Gemäß einer Ausführungsform weisen der erste gerade Abschnitt und der zweite gerade Abschnitt eine gleiche Länge auf.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Versatz ein Viertel einer Nut.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Verbindungen Schweißnähte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines Stators Folgendes: Bereitstellen eines Statorkerns, der Nuten definiert; Biegen einer Vielzahl von länglichen Rohlingen, die jeweils ein erstes und ein zweites Ende und einen Mittelpunkt aufweisen, um Haarnadeln zu bilden, die jeweils einen Scheitelpunkt an einer Stelle aufweisen, die von dem Mittelpunkt versetzt ist, wobei ein erster Schenkel zwischen dem ersten Ende und dem Scheitelpunkt definiert ist und ein zweiter Schenkel zwischen dem zweiten Ende und dem Scheitelpunkt definiert ist und länger als der erste Schenkel ist; Einbauen der Haarnadeln in den Statorkern durch Einführen des ersten und zweiten Schenkels in entsprechende der Nuten; und Zusammenfügen jedes der ersten Schenkel mit entsprechenden der zweiten Schenkel, um die Haarnadeln miteinander zu verbinden, um einen Wicklungspfad zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die obige Erfindung ferner gekennzeichnet durch Biegen des ersten und zweiten Schenkels nach dem Einbauen der Haarnadeln in den Statorkern, um gerade Abschnitte, die in den Nuten angeordnet sind, und Verbindungsbereiche, die an einer Biegung mit den geraden Abschnitten zusammengefügt sind, zu bilden, wobei die Biegung des ersten Schenkels größer als die Biegung des zweiten Schenkels ist.

Claims

Elektrische Maschine, die Folgendes umfasst: einen Statorkern, der Nuten definiert; und Haarnadeln, die in den Nuten angeordnet und an Verbindungen selektiv zusammengefügt sind, um Wicklungen zu bilden, die mindestens eine erste und zweite radiale Schicht beinhalten, wobei jede Verbindung in einer der Schichten angeordnet ist, wobei die Verbindungen gestaffelt sind, sodass die Verbindungen der ersten Schicht in Umfangsrichtung von den Verbindungen der zweiten Schicht versetzt sind, um einen Freiraum für Werkzeug, das die Verbindungen bildet, zu vergrößern.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht radial auswärts der ersten Schicht liegt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der Versatz eine Hälfte einer Nut beträgt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht eine Innenschicht ist, die zweite Schicht eine Mittelschicht ist und die Wicklung ferner eine Außenschicht beinhaltet, und wobei die Verbindungen der Innen- und Außenschicht in Umfangsrichtung zueinander ausgerichtet sind, um radial verlaufende Reihen der Verbindungen zu bilden.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei sich die Verbindungen der Mittelschicht auf halbem Weg zwischen einem benachbarten Paar der Reihen befinden.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei jede der Haarnadeln einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel, der länger als der erste Schenkel ist, beinhaltet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 6, wobei die ersten Schenkel an den Verbindungen mit entsprechenden der zweiten Schenkel zusammengefügt sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 6, wobei die Haarnadeln der ersten Schicht in dem Statorkern in einer ersten Ausrichtung angeordnet sind und die Haarnadeln der zweiten Schicht in dem Statorkern in einer zweiten Ausrichtung angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei jede der Haarnadeln einen ersten Schenkel mit einem ersten geraden Abschnitt und einem ersten Verbindungsabschnitt, die an einer ersten Biegung zusammengefügt sind, und einen zweiten Schenkel mit einem zweiten geraden Abschnitt und einem zweiten Verbindungsabschnitt, die an einer zweiten Biegung zusammengefügt sind, beinhaltet, wobei die erste und zweite Biegung unterschiedliche Winkel aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 9, wobei der erste Verbindungsabschnitt länger als der zweite Verbindungsabschnitt ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 9, wobei der erste Verbindungsabschnitt über den zweiten Verbindungsabschnitt gefaltet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Verbindungen Schweißnähte sind.
Elektrische Maschine, die Folgendes umfasst: einen Statorkern, der Nuten definiert; und Wicklungen, die eine Vielzahl von Wicklungspfaden beinhalten, die einer der drei Phasen der elektrischen Maschine entsprechen, wobei jeder Wicklungspfad miteinander verbundene Haarnadeln beinhaltet, die jeweils einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel, der länger als der erste Schenkel ist, aufweisen, wobei jede der Haarnadeln in den Nuten angeordnet ist, wobei sich der erste und zweite Schenkel durch entsprechende der Nuten erstrecken; wobei benachbarte Paare der ersten und zweiten der Haarnadeln miteinander verbunden sind, sodass der erste Schenkel der ersten Haarnadel mit dem zweiten Schenkel der zweiten Haarnadel an einer Verbindung zusammengefügt ist, wobei der erste Schenkel der ersten Haarnadel um eine Spannweite der Nuten in Umfangsrichtung von dem zweiten Schenkel der zweiten Haarnadel beabstandet und die Verbindung von einem Mittelpunkt der Spannweite versetzt ist, da der zweite Schenkel länger als der erste Schenkel ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 13, wobei der erste Schenkel einen ersten geraden Abschnitt und einen ersten Verbindungsabschnitt, die an einer ersten Biegung zusammengefügt sind, aufweist und der zweite Schenkel einen zweiten geraden Abschnitt und einen zweiten Verbindungsabschnitt, die an einer zweiten Biegung zusammengefügt sind, aufweist, wobei die erste und zweite Biegung unterschiedliche Winkel aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 14, wobei der Winkel der ersten Biegung größer als der Winkel der zweiten Biegung ist.