DE102020105863A1

DE102020105863A1 - Elektrische maschine mit steckspulen und selbsttragenden brücken

Info

Publication number: DE102020105863A1
Application number: DE102020105863.2A
Authority: DE
Inventors: Casey Taylor Dunn
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2020-09-10
Also published as: US11264858B2; US20200287434A1; CN111668958A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt eine elektrische Maschine mit Steckspulen und selbsttragenden Brücken bereit. Eine elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern und miteinander verbundene Steckspulen, die an dem Statorkern befestigt sind und einen Pfad definieren. Ein Paar der miteinander verbundenen Steckspulen weist ein erstes beziehungsweise ein zweites Ende auf und ist in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Eine Brücke ist zwischen dem ersten und dem zweiten Ende verbunden. Die Brücke weist einen Körper auf, der ein erstes und ein zweites Loch definiert, die das erste beziehungsweise das zweite Ende aufnehmen. Das erste Loch ist durch einen Umfang definiert, der eine gegenüberliegende erste und zweite Wand und eine gegenüberliegende dritte und vierte Wand aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft elektrische Maschinen mit Steckspulenwicklungen und insbesondere die Ausgestaltung von Brücken, die zum Verbinden von Steckspulen verwendet werden.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge, wie etwa batteriebetriebene Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge, enthalten eine Antriebsbatteriebaugruppe, damit diese als Energiequelle für das Fahrzeug fungiert. Die Antriebsbatterie kann Komponenten und Systeme beinhalten, um das Verwalten einer Fahrzeugleistung sowie von Fahrzeugvorgängen 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 und miteinander verbundene Steckspulen (hairpins), die an dem Statorkern befestigt sind und einen Pfad definieren. Ein Paar der miteinander verbundenen Steckspulen weist ein erstes beziehungsweise ein zweites Ende auf und ist in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Eine Brücke ist zwischen dem ersten und dem zweiten Ende verbunden. Die Brücke weist einen Körper auf, der ein erstes und ein zweites Loch definiert, die das erste beziehungsweise das zweite Ende aufnehmen. Das erste Loch ist durch einen Umfang definiert, der eine gegenüberliegende erste und zweite Wand und eine gegenüberliegende dritte und vierte Wand aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine miteinander verbundene Steckspulen, die einen Pfad definieren. Ein Paar der Steckspulen weist ein erstes beziehungsweise ein zweites Ende auf. Eine extrudierte Brücke ist zwischen dem ersten und dem zweiten Ende verbunden. Die Brücke weist einen Körper auf, der ein erstes und ein zweites Loch definiert, die das erste beziehungsweise das zweite Ende aufnehmen. Jedes der Löcher weist mindestens vier Seiten auf, damit die Brücke an den Steckspulen selbsttragend befestigt ist.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren das Einsetzen einer ersten und einer zweiten Steckspule in Schlitze eines Statorkerns, derart dass das erste und das zweite Ende der ersten beziehungsweise der zweiten Steckspule voneinander beabstandet sind. Jede der Steckspulen weist einen isoliergekapselten Leiter auf. Das Verfahren beinhaltet ferner das Abisolieren des ersten und zweiten Endes und das Einbauen einer extrudierten Brücke, die einen Körper beinhaltet, der eine gegenüberliegende obere und untere Fläche und ein erstes und zweites Loch definiert, die jeweils einen Umfang mit einer gegenüberliegenden ersten und zweiten Wand und einer gegenüberliegenden dritten und vierten Wand aufweisen, an dem Statorkern durch Aufnehmen des ersten und des zweiten Endes durch das erste beziehungsweise das zweite Loch und Aufsetzen der unteren Fläche des Körpers auf der Isolierung.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm einer elektrischen Maschine.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Stators der elektrischen Maschine.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Brücke, die ein Paar von Steckspulen miteinander verbindet.
4 ist eine Teildraufsicht auf die Brücke aus 3.
5 ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Schnittlinie 5-5.
6 ist eine Draufsicht auf eine andere Brücke.
7 ist eine Draufsicht auf noch eine andere Brücke.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Ausbilden einer Brücke und zum Montieren der Brücke an einer elektrischen Maschine veranschaulicht.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Extrusionsteils aus elektrisch leitendem Material, das ein Querschnittsprofil aufweist, das als selbsttragende Brücke geeignet ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dieser Schrift sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaften Charakters sind und andere Ausführungsformen unterschiedliche und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind die in der vorliegenden Schrift offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Gebrauch der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen aus Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 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 Antriebsmotor, ein Generator oder dergleichen bezeichnet werden. Die elektrische Maschine 20 kann eine Dauermagnetmaschine, eine Induktionsmaschine oder dergleichen sein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die elektrische Maschine 20 eine Dreiphasenwechselstrommaschine. Die elektrische Maschine 20 ist in der Lage, sowohl als ein Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs als auch als ein Generator, wie etwa beim regenerativen Bremsen, zu fungieren.
Die elektrische Maschine 20 kann durch eine Antriebsbatterie des Fahrzeugs mit Strom versorgt werden. Die Antriebsbatterie kann einen Hochspannungsgleichstromausgang 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. Anschlüsse ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus den Zellen 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 Möglichkeit bereitstellen, elektrische Energie bidirektional zwischen der Antriebsbatterie und der elektrischen Maschine 20 zu übertragen. Zum Beispiel kann eine typische Antriebsbatterie eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrische Maschine 20 eine Dreiphasenwechselspannung erfordern kann. Das Leistungselektronikmodul kann einen Wechselrichter beinhalten, der die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandelt, wie durch die elektrische Maschine 20 erfordert. In einem regenerativen Modus kann das Leistungselektronikmodul die Dreiphasenwechselspannung aus der elektrischen Maschine 20, die als Generator fungiert, in die Gleichspannung umwandeln, die durch die Antriebsbatterie erfordert wird. Obwohl die elektrische Maschine 20 im Zusammenhang mit einem elektrifizierten Fahrzeug beschrieben ist, kann sie auch in anderen Anwendungen als Kraftfahrzeuganwendungen verwendet werden. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 20 in Fertigungsanlagen oder Stromerzeugungsmaschinen verwendet werden.
Die elektrische Maschine 20 beinhaltet 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 Kern 32 mit einem Innendurchmesser 28, der ein Loch 30 definiert, und eine Außendurchmesser 29. Der Kern 32 kann aus einer Vielzahl von gestapelten Lamellen ausgebildet sein. Der Rotor 24 ist zur Rotation innerhalb des Lochs 30 gelagert. Der Rotor 24 kann Wicklungen oder Dauermagnete beinhalten, die mit den Wicklungen des Stators 22 interagieren, um die Rotation des Rotors 24 zu erzeugen, wenn die elektrische Maschine 20 erregt wird. Der Rotor 24 kann auf einer Antriebswelle 26 gelagert sein, die sich durch das Gehäuse 21 erstreckt. Die Antriebswelle 26 ist dazu ausgelegt, mit einer Last, wie etwa einem Antriebsstrang des Fahrzeugs, gekoppelt zu sein.
Der Statorkern 32 definiert Statornuten 34, die in Umfangsrichtung 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 achtundvierzig 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 zweiundsiebzig Nuten definieren und acht Pole aufweisen.
Die elektrische Maschine 20 kann Steckspulenwicklungen 40 beinhalten, die in den Nuten 34 des Kerns 32 angeordnet sind. Steckspulenwicklungen sind eine aufkommende Technologie, die die Effizienz für elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen und in anderen Zusammenhängen verwendet werden, verbessert. Die Steckspulenwicklungen 40 verbessern die Effizienz durch Bereitstellen einer größeren Menge von Statorleitern, um den Widerstand der Wicklungen 40 zu reduzieren, ohne in den Raum einzudringen, der für den weichmagnetischen Stahl und den Magnetflusspfad reserviert ist. Die Steckspulenwicklungen 40 können gewellte Wicklungen sein, bei denen die Wicklungen 40 von Pol zu Pol in einem wellenartigen Muster verwoben sind.
Die elektrische Maschine 20 kann eine Dreiphasenwechselstrommaschine sein, in der die Steckspulenwicklungen 40 in einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase angeordnet sind. Jede Phase beinhaltet zugehörige Leiter (auch als Nadeln, Steckspulen oder Stableiter bekannt), die in einem oder mehreren parallelen Pfaden von Wicklungen angeordnet sind. Jeder Pfad kann ein elektrischer Stromkreis sein, der sich von der Anschlussleitung zur neutralen Brücke erstreckt. Der Pfad ist aus miteinander verbundenen Steckspulen ausgebildet, von denen einige durch eine oder mehrere elektrische Brücken verbunden sein können.
Die Steckspulen können elektrisch leitende mit einer Isolierung beschichtete Stäbe (z. B. Kupfer oder Aluminium) beinhalten. Der Stab kann einen im Allgemeinen rechteckigen Querschnitt aufweisen. (Der Begriff im Allgemeinen oder im Wesentlichen rechteckig berücksichtigt die Einbeziehung von Hohlkehlen). Die Steckspulen sind derart gebogen, dass sie im Allgemeinen U-förmig sind, und beinhalten ein Paar Schenkel, die durch einen Scheitelpunkt verbunden sind. Die Steckspulen werden in den Statorkern 32 eingebaut, indem die Schenkel durch entsprechende der Nuten 34 eingeführt werden. Alle Steckspulen können von dem gleichen Ende des Statorkerns 32, z. B. dem Ende 36, eingebaut werden, derart dass alle Scheitelpunkte an einem Ende des Stators, z. B. dem Ende 36, liegen und die Enden der Schenkel an dem anderen Ende, z. B. dem Ende 38, liegen. Sobald sie eingebaut sind, werden die Schenkel der Steckspulen voneinander weg gebogen, um Verwindungen auszubilden, die mit den Verwindungen anderer Steckspulen verbunden werden. Die Enden der entsprechenden Steckspulen werden durch eine Verbindung, wie etwa eine Schweißnaht 48, zusammengefügt. Die Verbindungen können in Reihen angeordnet sein. Das Ende 36 kann als das Scheitelpunktende bezeichnet werden und das Ende 38 kann als das Schweißnahtende bezeichnet werden. Jeder Pfad beinhaltet zugehörige Steckspulen, die an den Enden der Verwindungen verbunden sind, z. B. verschweißt sind, um eine durchgehende leitende Leitung zwischen einem Anschluss und einer neutralen Verbindung auszubilden. Einige Steckspulen können zu weit voneinander beabstandet sein, um direkt verbunden zu werden, und erfordern möglicherweise eine elektrische Überbrückung 60, z. B. eine Brücke, um diese Steckspulen miteinander zu verbinden und den Pfad zu vervollständigen.
In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jede Phase eine einzelne Brücke. Das heißt, die U-Phase verfügt über eine Brücke 62, die V-Phase verfügt über eine Brücke 64 und die W-Phase verfügt über eine Brücke 66. Natürlich können andere Wicklungsanordnungen mehr oder weniger Brücken aufweisen. Jede Brücke kann ein Paar Steckspulen verbinden. Die Brücke kann durch Schweißen, z. B. Laserschweißen, mit den Enden der Steckspule verbunden werden.
Die Herstellung von elektrischen Maschinen mit Steckspulen, wie etwa der elektrischen Maschine 20, ist aufgrund der großen Anzahl von Verbindungen, die hergestellt werden müssen, komplex. Diese Verbindungen werden typischerweise durch Laserschweißvorgänge hergestellt. Ein typischer Herstellungsprozess kann zwei primäre Schweißstationen beinhalten, eine erste Schweißstation, in der die Steckspulenschweißnähte hergestellt werden, und eine zweite Schweißstation, in der Spezialschweißnähte hergestellt werden. Die Spezialschweißnähte beinhalten die Brücken, die Anschlussfahnen, die Anschlussleitungen und dergleichen. An der zweiten Schweißstation müssen die Brücken, die Anschlussfahnen, die Anschlussleitungen und dergleichen derart fixiert werden, dass sie während des Schweißvorgangs an Ort und Stelle gehalten werden, da diese Komponenten normalerweise nicht selbsttragend sind. Das Fixieren all dieser Komponenten kann komplizierte und teure Werkzeuge erfordern, die die Kosten und die Taktzeit der Herstellung erhöhen können. Aufgrund der komplexen Geometrien dieser Komponenten und der Anzahl unterschiedlicher Komponenten, die eine Fixierung erfordern, besteht ein Bedarf, den Fixierungsprozess zu vereinfachen, um die Effizienz zu verbessern und die Kosten zu senken.
Eine typische Steckspulenwicklung beinhaltet eine Brücke mit offenen Schlitzen, die sich jeweils von einer Kante der Brücke nach innen erstrecken und einen dreiseitigen Schlitz bilden, um darin eine rechteckige Steckspule aufzunehmen. Der dreiseitige Schlitz umgibt drei Seiten der Steckspule, umschließt jedoch nicht die vierte Seite. Da die vierte Seite nicht umschlossen ist, können typische Brücken an den Steckspulen nicht selbsttragend befestigt sein, da die Steckspulen, durch die offenen Schlitze gleiten. Daher müssen die Brücken während des Schweißvorgangs fixiert sein.
Obwohl es nicht ideal ist, wird die Brückenausgestaltung mit einem offenen Schlitz aufgrund von Einschränkungen bei der Stanztechnologie häufig verwendet. Die Steckspulen sind typischerweise aus Metallstanzteilen ausgebildet, und es ist schwierig, eine kleine, vollständig oder größtenteils umschlossene Öffnung in eine gestanzte Brücke zu stanzen, da die Öffnung im Vergleich zur Dicke der Brücke klein ist. Eine grundsätzliche Stanzausgestaltungsregel besagt, dass ein Querschnitt eines Lochstempels (des Teils, der Öffnungen ausbildet) größer sein sollte als die Materialstärke. Ein Verstoß gegen diese Regel kann zu Stempelschäden führen. Das Stanzen eines offenen Schlitzes an der Kante der Brücke ist sehr gut möglich, da die Stanze einen großen nicht schneidenden Bereich beinhalten kann, der eine ausreichende Stanzstärke bereitstellt. Ein weiteres Problem beim Stanzen von vollständig oder größtenteils umschlossenen Öffnungen ist das Abscheren der Randwände der Öffnung. Dies kann durch das Erhöhen der Dicke der Randwände überwunden werden, wobei jedoch durch das Erhöhen der Dicke die Gesamtgröße der Brücke erhöht wird, was zu Abstandsproblemen führt.
Das Bereitstellen einer Brücke, die selbsttragend ohne Fixierung und Vergrößerung an den Steckspulen befestigt sein kann, kann die Herstellungskosten verringern und die Effizienz erhöhen. Das Bereitstellen von umschlossenen oder größtenteils umschlossenen Öffnungen in der Brücke (im Gegensatz zu offenen Schlitzen) ermöglicht es, dass die Brücke selbsttragend ist, indem sie die Steckspulen durch die Öffnungen aufnimmt, wodurch die Brücke an Ort und Stelle gehalten wird. Diese Art von Brücke kann durch Extrusion hergestellt werden, wobei die vorstehend aufgeführten Herstellungsbeschränkungen nicht bestehen.
Unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 beinhaltet eine beispielhafte Brücke 100, die selbsttragend ist, einen Körper 102, der aus einem elektrisch leitenden Material, wie etwa Kupfer oder Aluminium, ausgebildet ist. Der Körper 102 kann ein Extrusionsteil sein, wie etwa extrudiertes Kupfer oder Aluminium. Der Körper 102 kann eine im Allgemeinen hundeknochenförmige Form mit einem Paar gegenüberliegender Verbindungsabschnitte 104 und einem Zwischenverbindungsabschnitt 106, der relativ zu den Verbindungsabschnitten 104 schmal ist, aufweisen. Die Verbindungsabschnitte 104 sind dazu ausgelegt, mit Steckspulen verbunden zu werden. Die Brücke 100 verbindet eine erste Steckspule 108 physikalisch und elektrisch mit einer zweiten Steckspule 110.
Die erste Steckspule 108 beinhaltet einen Leiter 112, wie etwa Kupfer oder Aluminium, der von einer Isolierung 114 umgeben ist. Die Isolierung 114 wird von dem Ende 116 der Steckspule 108 abisoliert, um den Leiter 112 freizulegen. Die zweite Steckspule 110 kann ähnlich aufgebaut sein, wobei das Ende 118 der zweiten Steckspule 110 ebenfalls ein freiliegender Leiter ist. Die Enden 116 und 118 sind durch Schweißen oder andere Mittel mit den Verbindungsabschnitten 104 verbunden.
Jeder der Verbindungsabschnitte 104 weist ein Loch 120 auf, das durch einen Umfang 121 definiert ist. Die Löcher 120 können als einen Durchmesser aufweisend bezeichnet werden, was in dieser Schrift einen größten Abstand zwischen diametral entgegengesetzten Punkten des Lochs bezeichnet. Das Loch 120 ist entweder vollständig umschlossen (wie veranschaulicht) oder größtenteils umschlossen. Das Loch 120 kann im Allgemeinen rechteckig sein, um der Größe und Form der darin aufgenommenen Steckspule nahe zu kommen. Das Loch 120 kann eine gegenüberliegende erste und zweite Wand 122, 124 und eine gegenüberliegende dritte und vierte Wand 126, 128 aufweisen. Die erste und die zweite Wand 122, 124 sind um einen ersten Abstand D₁ voneinander beabstandet und die dritte und vierte Wand 126, 128 sind um einen zweiten Abstand D₂ voneinander beabstandet, der größer als der erste Abstand D₁ ist. Das Loch 120 erstreckt sich von einer oberen Fläche 130 zu einer unteren Fläche 132, derart dass sich das Loch 120 vollständig durch die Dicke T der Brücke 100 erstreckt. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist der Abstand D₁ kleiner als die Dicke T. Zum Beispiel kann D₁ 1,0 Millimeter (mm) betragen und T kann 2,5-3,0 mm betragen. Somit ist, wie vorstehend erläutert, das Stanzen eine unwahrscheinliche Möglichkeit für das Herstellen der Brücke 100. Stattdessen kann ein Extrusionsteil verwendet werden, um die Brücke 100 herzustellen.
Die Brücke 100 kann an die elektrische Maschine 20 angebaut werden, indem das Ende 116 der ersten Steckspule 108 in das Loch 120a eingeführt wird und das Ende 118 der zweiten Steckspule 110 in das Loch 120b eingeführt wird. Die Brücke 100 kann ohne Fixierung derart gehalten werden, dass die untere Fläche 132 auf einer Endfläche 134 der Isolierung 114 sitzt. Der Umfang 121 umgibt den Leiter 112 vollständig, wodurch eine übermäßige Bewegung der Brücke 100 verhindert wird, derart dass eine Fixierung unter Umständen nicht erforderlich ist.
Die extrudierte Brücke 100 ermöglicht zudem, dass die Randwände 136, 138 und 140 dünner sind als eine ähnlich aufgebaute gestanzte Brücke. Beispielsweise können die Wände eine Breite W von 1,5 bis 3 mm aufweisen. Das Stanzen von Randwänden der Breite W in eine Brücke mit einer Dicke von T kann zu einer Abscherung führen. Eine Extrusion birgt kein derartiges Risiko.
Unter Bezugnahme auf 6 kann eine andere Brücke 150 größtenteils umschlossene Löcher 152 im Gegensatz zu den vollständig umschlossenen Löchern, die in der Brücke 100 veranschaulicht sind, beinhalten. Die Löcher 152 beinhalten einen Umfang 154 mit fünf Seitenwänden 156 (die vierte Seitenwand ist in zwei Teile geschnitten, wodurch fünf Seitenwände entstehen). Die Löcher 152 sind im Allgemeinen rechteckig mit einem Schlitz 160, der aus der Randwand 158 herausgeschnitten ist. Der Umfang 154 ist dazu ausgelegt, alle vier Seiten der darin aufgenommenen Steckspule zu umgeben, derart dass die Spule selbsttragend ist, um die Kosten und die Zeit für die Fixierung während des Schweißvorgangs zu verringern. Der Schlitz 160 kann bereitgestellt sein, um Materialkosten und das Gewicht der Brücke 150 zu verringern.
Unter Bezugnahme auf 7 beinhaltet noch eine weitere Brücke 170 auch größtenteils umschlossene Löcher 172. Die Löcher 172 weisen einen Umfang 174 auf, der dazu ausgelegt ist, alle vier Seiten der darin aufgenommenen Steckspule zu umgeben. Die Brücke 170 beinhaltet eine kurze Wand 176, die mit der vierten Seite der Steckspule in Eingriff steht, derart dass die Brücke 170 während des Schweißens selbsttragend sein kann.
Während sie als rechteckig dargestellt sind, können die Steckspulen und Löcher andere Querschnittsformen aufweisen. Beispielsweise können die Steckspulen und Löcher kreisförmig sein. Während ein kreisförmiges Loch eine durchgehende zylindrische Seitenwand aufweist, weist die zylindrische Seitenwand für die Zwecke dieser Anmeldung und der Ansprüche mehrere gegenüberliegende Seiten auf. Das kreisförmige Loch kann vollständig umschlossen sein oder einen offenen Schlitz beinhalten.
Die folgende Beschreibung und die zugehörigen Figuren beschreiben ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen von extrudierten Brücken und montierten elektrischen Maschinen mit Steckspulen unter Verwendung der extrudierten Brücken, um die Fixierung zu verringern. Diese Verfahren können durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Diagramme in einer oder mehreren Figuren dargestellt werden. Diese Figuren stellen repräsentative Verfahren oder Prozesse bereit, die umgesetzt werden können, um die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen zu fertigen. Die verschiedenen veranschaulichten Schritte können in der veranschaulichten Abfolge, parallel, in einer anderen Abfolge durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Schritte in Abhängigkeit von dem speziellen Prozess wiederholt ausgeführt werden kann/können.
Unter Bezugnahme auf 8 beinhaltet ein Verfahren 200 bei Schritt 202 das Extrudieren von elektrisch leitendem Material mit einem Querschnittsprofil, das als selbsttragende Brücke geeignet ist. Das Querschnittsprofil kann ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Querschnittsprofile, wie sie in den 3, 6 oder 7 gezeigt sind, sein. 9 veranschaulicht beispielsweise eine derartiges Extrusionsteil 220, bei der es sich um ein Kupfer- oder Aluminiumextrusionsteil mit dem Querschnittsprofil der in den 3 bis 5 veranschaulichten Ausführungsform handelt. Bei Schritt 204 wird das Extrusionsteil in einer gewünschten Dicke geschnitten, um Brücken zu erzeugen. Zum Beispiel können die Brücken derart geschnitten werden, dass sie wie vorstehend beschrieben 2,5 mm dick sind. Selbstverständlich können die Brücken in verschiedenen Ausführungsformen abhängig von der Ausgestaltung der elektrischen Maschine andere Dicken aufweisen.
Bei Schritt 206 werden eine erste und zweite Steckspule in den Statorkern eingebaut. Die Steckspulen können eingebaut werden, indem die Schenkel der Steckspulen in die entsprechenden Schlitze eingeführt werden. Alle Steckspulen können von dem gleichen Ende des Statorkerns eingebaut werden, derart dass alle Scheitelpunkte an einem Ende des Stators liegen und die Enden der Schenkel an dem anderen Ende liegen. Nach dem Einbau werden die Schenkel der Steckspulen voneinander weggebogen, um Verwindungen zu bilden, die sich im Allgemeinen in Umfangsrichtung erstrecken. Die Enden der Verwindungen der ersten und zweiten Steckspule sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und erfordern eine Brücke, um die Lücke zu überbrücken. Bei Schritt 208 wird die Isolierung von den Enden der ersten und der zweiten Steckspule abisoliert, derart dass sie elektrisch mit der Brücke verbunden werden können. Das Abisolieren kann erfolgen, bevor oder nachdem die Steckspulen in den Statorkern eingebaut werden.
Bei Schritt 210 wird die Brücke an den Statorkern angebaut, indem das erste und das zweite Ende durch das erste beziehungsweise das zweite Loch der Brücke aufgenommen werden und die untere Fläche des Brückenkörpers auf der Isolierung der Steckspulen aufgesetzt wird. Die Löcher der Brücke halten die Brücke selbsttragend an Ort und Stelle, derart dass während des Verbindens unter Umständen keine Fixierung erforderlich ist. Die Brücke wird durch Verbinden der ersten Steckspule mit dem das erste Loch umgebenden Bereich und Verbinden der zweiten Steckspule mit dem das zweite Loch umgebenden Bereich an den Wicklungen befestigt. In einer oder mehreren Ausführungsformen werden die Brücken durch Schweißen, wie etwa Laserschweißen, mit den Steckspulen verbunden. In anderen Ausführungsformen können die Brücken durch Hartlöten oder Weichlöten verbunden werden.
Das Verfahren 200 hat viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Stanzverfahren zum Herstellen von Brücken, da die Brücken des Verfahrens 200 selbsttragend sein können, während die bisherigen Brücken aufgrund von Einschränkungen bei der Stanztechnik nicht selbsttragend waren. Dies verringert das Ausmaß der Fixierung, das erforderlich ist, um die Wicklungen der elektrischen Maschine zu montieren, was die Effizienz erhöhen und die mit dem Bauen von elektrischen Maschinen mit Steckspulen verbundenen Kosten verringern kann.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen so beschrieben sein können, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, welche von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Folgendes beinhalten: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Somit liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Standes der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Statorkern; miteinander verbundene Steckspulen, die an dem Statorkern befestigt sind und einen Pfad definieren, wobei ein Paar der miteinander verbundenen Steckspulen ein erstes beziehungsweise ein zweites Ende aufweisen, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind; und eine Brücke, die zwischen dem ersten und dem zweiten Ende verbunden ist, wobei die Brücke einen Körper beinhaltet, der ein erstes und ein zweites Loch definiert, die das erste beziehungsweise das zweite Ende aufnehmen, wobei das erste Loch durch einen Umfang definiert ist, der eine gegenüberliegende erste und zweite Wand und eine gegenüberliegende dritte und vierte Wand aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zweite Loch durch einen Umfang definiert, der eine gegenüberliegende erste und zweite Wand und eine gegenüberliegende dritte und vierte Wand aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform sind das erste und das zweite Loch vollständig umschlossen.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Körper eine gegenüberliegende obere und untere Fläche auf, und das erste und zweite Loch erstrecken sich von der oberen Fläche zu der unteren Fläche.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Dicke des Körpers, gemessen zwischen der oberen und unteren Fläche, größer als ein Abstand zwischen der gegenüberliegenden ersten und zweiten Wand und größer als ein Abstand zwischen der gegenüberliegenden dritten und vierten Wand.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Umfang des ersten Lochs ferner eine fünfte Wand auf, die mit der gleichen Seite einer des Paares wie die vierte Wand in Eingriff steht.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Brücke ferner Verbindungsabschnitte, in denen sich die Löcher befinden, wobei jeder der Verbindungsabschnitte Wände mit jeweils einer Innenfläche, die einen Abschnitt des Umfangs des ersten Lochs bildet, und einer Außenfläche, die einen Abschnitt einer Außenseite des Körpers bildet, aufweist, wobei die Breite der Wände, gemessen zwischen der Innen- und der Außenfläche, zwischen einschließlich 2 bis 3 Millimetern liegt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Löcher im Wesentlichen rechteckig.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: miteinander verbundene Steckspulen, die einen Pfad definieren, wobei ein Paar der Steckspulen ein erstes beziehungsweise zweites Ende aufweist; und eine extrudierte Brücke, die zwischen dem ersten und zweiten Ende verbunden ist, wobei die Brücke einen Körper beinhaltet, der ein erstes und zweites Loch definiert, die das erste beziehungsweise zweite Ende aufnehmen, wobei jedes der Löcher wenigstens vier Seiten aufweist, um die Brücke selbsttragend mit den Steckspulen zu verbinden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Körper eine gegenüberliegende obere und untere Fläche auf, und das erste und zweite Loch erstrecken sich von der oberen Fläche zu der unteren Fläche.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Dicke des Körpers, gemessen zwischen der oberen und der unteren Fläche, größer als ein Durchmesser des ersten Lochs.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Loch vollständig umschlossen.
Gemäß einer Ausführungsform weisen das erste und das zweite Ende einen rechteckigen Querschnitt auf und das erste und das zweite Loch sind rechteckig.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Paar einen Isolator und einen Metallleiter auf, der in dem Isolator angeordnet ist und sich von dem Isolator erstreckt, derart dass die Enden blank sind, und wobei das erste und das zweite Loch derart bemessen sind, dass sie die blanken Enden aufnehmen, und die miteinander verbundenen Steckspulen auf Endflächen der Isolatoren sitzen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Brücke ferner Verbindungsabschnitte, in denen sich die Löcher befinden, wobei jeder der Verbindungsabschnitte Wände mit jeweils einer Innenfläche, die einen Abschnitt eines Umfangs des Lochs bildet, und einer Außenfläche, die einen Abschnitt einer Außenseite des Körpers bildet, aufweist, wobei die Breite der Wände, gemessen zwischen der Innen- und der Außenfläche, zwischen einschließlich 2 bis 3 Millimetern liegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt, das Folgendes aufweist: Einführen einer ersten und zweiter Steckspule in Schlitze eines Statorkerns, derart dass das erste und zweite Ende der ersten beziehungsweise zweiten Steckspule voneinander beabstandet sind, wobei jede der Steckspulen einen isoliergekapselten Leiter aufweist; Abisolieren des ersten und zweiten Endes; und das Einbauen einer extrudierten Brücke, die einen Körper beinhaltet, der eine gegenüberliegende obere und untere Fläche und ein erstes und zweites Loch definiert, die jeweils einen Umfang mit einer gegenüberliegenden ersten und zweiten Wand und einer gegenüberliegenden dritten und vierten Wand aufweisen, an dem Statorkern durch Aufnehmen des ersten und des zweiten Endes durch das erste beziehungsweise das zweite Loch und Aufsetzen der unteren Fläche des Körpers auf der Isolierung.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Verbinden des ersten und zweiten Endes mit der Brücke.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Löcher vollständig umschlossen.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Dicke des Körpers, gemessen zwischen der oberen und unteren Fläche, größer als ein Abstand zwischen der gegenüberliegenden ersten und zweiten Wand des ersten Lochs und größer als ein Abstand zwischen der gegenüberliegenden dritten und vierten Wand des ersten Lochs.
Gemäß einer Ausführungsform weisen das erste und das zweite Ende einen rechteckigen Querschnitt auf und das erste und das zweite Loch sind rechteckig.

Claims

Elektrische Maschine, die Folgendes umfasst: einen Statorkern; miteinander verbundene Steckspulen, die an dem Statorkern befestigt sind und einen Pfad definieren, wobei ein Paar der miteinander verbundenen Steckspulen ein erstes beziehungsweise ein zweites Ende aufweist und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet ist, und eine Brücke, die zwischen dem ersten und dem zweiten Ende verbunden ist, wobei die Brücke einen Körper beinhaltet, der ein erstes und ein zweites Loch definiert, die das erste beziehungsweise das zweite Ende aufnehmen, wobei das erste Loch durch einen Umfang definiert ist, der eine gegenüberliegende erste und zweite Wand und eine gegenüberliegende dritte und vierte Wand aufweist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das zweite Loch durch einen Umfang definiert ist, der eine gegenüberliegende erste und zweite Wand und eine gegenüberliegende dritte und vierte Wand aufweist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Loch vollständig umschlossen sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der Körper eine gegenüberliegende obere und untere Fläche aufweist, und sich das erste und zweite Loch von der oberen Fläche zu der unteren Fläche erstrecken.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei eine Dicke des Körpers, gemessen zwischen der oberen und unteren Fläche, größer als ein Abstand zwischen der gegenüberliegenden ersten und zweiten Wand und größer als ein Abstand zwischen der gegenüberliegenden dritten und vierten Wand ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, wobei der Umfang des ersten Lochs ferner eine fünfte Wand aufweist, die mit der gleichen Seite einer des Paares wie die vierte Wand in Eingriff steht.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Brücke ferner Verbindungsabschnitte beinhaltet, in denen sich die Löcher befinden, wobei jeder der Verbindungsabschnitte Wände mit jeweils einer Innenfläche, die einen Abschnitt des Umfangs des ersten Lochs bildet, und einer Außenfläche, die einen Abschnitt einer Außenseite des Körpers bildet, aufweist, wobei die Breite der Wände, gemessen zwischen der Innen- und der Außenfläche, zwischen einschließlich 2 bis 3 Millimetern liegt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Löcher im Wesentlichen rechteckig sind.
Elektrische Maschine, die Folgendes umfasst: miteinander verbundene Steckspulen, die einen Pfad definieren, wobei ein Paar der Steckspulen ein erstes beziehungsweise zweites Ende aufweist; und eine extrudierte Brücke, die zwischen dem ersten und zweiten Ende verbunden ist, wobei die Brücke einen Körper beinhaltet, der ein erstes und zweites Loch definiert, die das erste beziehungsweise zweite Ende aufnehmen, wobei jedes der Löcher wenigstens vier Seiten aufweist, um die Brücke selbsttragend mit den Steckspulen zu verbinden.
Elektrische Maschine nach Anspruch 9, wobei der Körper eine gegenüberliegende obere und untere Fläche aufweist, und sich das erste und zweite Loch von der oberen Fläche zu der unteren Fläche erstrecken, und wobei eine Dicke des Körpers, gemessen zwischen der oberen und unteren Fläche, größer als ein Durchmesser des ersten Lochs ist.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Einsetzen einer ersten und einer zweiten Steckspule in Schlitze eines Statorkerns, derart dass das erste und das zweite Ende der ersten beziehungsweise der zweiten Steckspule voneinander beabstandet sind; wobei jede der Steckspulen einen isoliergekapselten Leiter aufweist; Abisolieren des ersten und zweiten Endes; und Einbauen einer extrudierten Brücke, die einen Körper beinhaltet, der eine gegenüberliegende obere und untere Fläche und ein erstes und zweites Loch definiert, die jeweils einen Umfang mit einer gegenüberliegenden ersten und zweiten Wand und einer gegenüberliegenden dritten und vierten Wand aufweisen, an dem Statorkern durch Aufnehmen des ersten und des zweiten Endes durch das erste beziehungsweise das zweite Loch und Aufsetzen der unteren Fläche des Körpers auf der Isolierung.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Verbinden des ersten und des zweiten Endes mit der Brücke umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Löcher vollständig umschlossen sind.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine Dicke des Körpers, gemessen zwischen der oberen und unteren Fläche, größer als ein Abstand zwischen der gegenüberliegenden ersten und zweiten Wand des ersten Lochs und größer als ein Abstand zwischen der gegenüberliegenden dritten und vierten Wand des ersten Lochs ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das erste und das zweite Ende einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und das erste und das zweite Loch rechteckig sind.