DE102020115547A1

DE102020115547A1 - Elektrische maschine mit haarnadelwicklungen

Info

Publication number: DE102020115547A1
Application number: DE102020115547.6A
Authority: DE
Inventors: Adeeb Ahmed; Kyi Shin Shiah; Jacob Krizan; Huifen Qiu; Joel Hetrick; Chun Tang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2020-12-17
Also published as: CN112087071A; US11264856B2; US20200395804A1

Abstract

Diese Offenbarung stellt eine elektrische Maschine mit Haarnadelwindungen bereit. Eine elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Nuten definiert, die zwischen ungeraden und geraden Nuten wechseln. Jede Nut weist radiale Nadelpositionen auf, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren. Eine Haarnadelwicklung umfasst einen ersten Pfad von miteinander verbundener Haarnadeln, der derart in dem Statorkern angeordnet ist, dass der erste Pfad für jede der radialen Schichten in den ungeraden Nuten und den geraden Nuten gleich oft angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft elektrische Maschinen und insbesondere elektrische Maschinen, die Haarnadelwicklungen beinhalten.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge, wie etwa batteriebetriebene Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge, enthalten eine Traktionsbatteriebaugruppe, um als Energiequelle für das Fahrzeug zu dienen. Die Traktionsbatterie kann Komponenten und Systeme beinhalten, um das Verwalten von Fahrzeugleistung sowie von Fahrzeugvorgängen zu unterstützen. Die Traktionsbatterie kann außerdem Hochspannungskomponenten und ein Luft- oder Flüssigkeits-Wärmeverwaltungssystem beinhalten, um die Temperatur der Batterie zu steuern. Die Traktionsbatterie ist elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden, die Drehmoment für angetriebene Räder bereitstellt. Die elektrische Maschine beinhaltet üblicherweise einen Stator und einen Rotor, die zusammenwirken, um elektrische Energie in mechanische Bewegung umzuwandeln oder umgekehrt.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Nuten definiert, die zwischen ungeraden und geraden Nuten wechseln. Jede Nut weist radiale Nadelpositionen auf, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren. Eine Haarnadelwicklung umfasst einen ersten Pfad von miteinander verbundener Haarnadeln, der derart in dem Statorkern angeordnet ist, dass der erste Pfad für jede der radialen Schichten in den ungeraden Nuten und den geraden Nuten gleich oft angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Nuten definiert. Jede Nut weist radiale Nadelpositionen auf, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren. Eine erste Phase einer Haarnadelwicklung beinhaltet eine Vielzahl von ersten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen ersten Wicklungspfad zu bilden. Die ersten Haarnadeln weisen erste Nadeln mit kurzer Steigung und erste Nadeln mit langer Steigung auf. Der erste Pfad ist derart in entsprechenden der Nuten angeordnet, dass in jeder der radialen Schichten eine der ersten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der ersten Nadeln mit langer Steigung angeordnet sind. Die erste Phase einer Haarnadelwicklung beinhaltet ferner eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen zweiten Wicklungspfad zu bilden. Die zweiten Haarnadeln weisen zweite Nadeln mit kurzer Steigung und zweite Nadeln mit langer Steigung auf. Der zweite Pfad ist derart in entsprechenden der Nuten angeordnet, dass in jeder der radialen Schichten eine der zweiten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der zweiten Nadeln mit langer Steigung angeordnet sind.
Gemäß einer noch anderen Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Nuten definiert, die jeweils radiale Nadelpositionen aufweisen, die in Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren. Eine erste Phase einer Haarnadelwicklung beinhaltet eine Vielzahl von ersten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen ersten Wicklungspfad zu bilden. Die ersten Haarnadeln weisen erste Nadeln mit kurzer Steigung und erste Nadeln mit langer Steigung auf. Der erste Pfad ist derart in entsprechenden der Nuten angeordnet, dass in jeder der radialen Schichten eine der ersten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der ersten Nadeln mit langer Steigung angeordnet sind. Die erste Phase einer Haarnadelwicklung beinhaltet ferner eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen zweiten Wicklungspfad zu bilden. Die zweiten Haarnadeln weisen zweite Nadeln mit kurzer Steigung und zweite Nadeln mit langer Steigung auf. Der zweite Pfad ist derart in entsprechenden der Nuten angeordnet, dass in jeder der radialen Schichten eine der zweiten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der zweiten Nadeln mit langer Steigung angeordnet sind. Die erste Phase einer Haarnadelwicklung beinhaltet ferner eine Vielzahl von dritten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen dritten Wicklungspfad zu bilden. Die dritten Haarnadeln weisen dritte Nadeln mit kurzer Steigung und dritte Nadeln mit langer Steigung auf. Der dritte Pfad ist derart in entsprechenden der Nuten angeordnet, dass in jeder der radialen Schichten eine der dritten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der dritten Nadeln mit langer Steigung angeordnet sind. Die erste Phase einer Haarnadelwicklung beinhaltet zusätzlich eine Vielzahl von vierten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen vierten Wicklungspfad zu bilden. Die vierten Haarnadeln weisen vierte Nadeln mit kurzer Steigung und vierte Nadeln mit langer Steigung auf. Der vierte Pfad ist derart in entsprechenden der Nuten angeordnet, dass in jeder der radialen Schichten eine der vierten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der vierten mit langer Steigung angeordnet sind. Eine erste Nullleiterbrücke ist mit dem ersten und zweiten Pfad verbunden und eine zweite Nullleiterbrücke ist mit dem dritten und vierten Pfad verbunden.
Figurenliste

1 ist ein schematische Darstellung einer elektrischen Maschine.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wicklung der elektrischen Maschine mit Schenkeln der Haarnadeln, die zur Veranschaulichung wesentlich verkürzt sind.
3A ist eine Vorderansicht einer regulären Haarnadel.
3B ist eine Vorderansicht einer Haarnadel mit kurzer Steigung.
3C ist eine Vorderansicht einer mit langer Steigung.
4 ist eine Querschnittsendansicht eines Stators der elektrischen Maschine.
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts aus 4.
6 ist eine Wicklungsdarstellung einer U-Phase der Wicklungen aus dem Betrachtungswinkel einer Schweißnahtseite des Stators.
7 ist eine schematische Ansicht ausgewählter Haarnadeln eines ersten Pfads der U-Phase.
8 ist eine schematische Ansicht ausgewählter Haarnadeln eines zweiten Pfads der U-Phase.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des ersten und des zweiten Pfads der U-Phase, wobei der Statorkern zur Veranschaulichung weggelassen ist.
10 ist eine Wicklungsdarstellung einer V-Phase der Wicklungen aus dem Betrachtungswinkel einer Schweißnahtseite des Stators.
11 ist eine Wicklungsdarstellung einer W-Phase der Wicklungen aus dem Betrachtungswinkel einer Schweißnahtseite des Stators.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in dieser Schrift beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht 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 Kombinationen veranschaulichter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Unter Bezugnahme auf 1 kann eine elektrische Maschine 20 in einem Fahrzeug, wie etwa einem vollständig elektrischen Fahrzeug oder einem hybridelektrischen Fahrzeug, verwendet werden. Die elektrische Maschine 20 kann als ein Elektromotor, ein Traktionsmotor, 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 (Dreiphasen-AC-Maschine). Die elektrische Maschine 20 ist dazu 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 Traktionsbatterie des Fahrzeugs mit Strom versorgt werden. Die Traktionsbatterie kann einen Hochspannungsgleichstromausgang (Hochspannungs-DC-Ausgang) aus einem oder mehreren Batteriezellenarrays, mitunter als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Traktionsbatterie 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 Zellen fließt.
Die Traktionsbatterie kann elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen verbunden sein. Die Leistungselektronikmodule können elektrisch mit den elektrischen Maschinen 20 verbunden sein und können die Möglichkeit bereitstellen, elektrische Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie und der elektrischen Maschine 20 zu übertragen. Beispielsweise kann eine typische Traktionsbatterie 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 benötigt. In einem regenerativen Modus kann das Leistungselektronikmodul die Dreiphasenwechselspannung aus der elektrischen Maschine 20, die als Generator fungiert, in die Gleichspannung umwandeln, die von der Traktionsbatterie benötigt 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 befestigt und beinhaltet einen zylindrischen Kern 32 mit einem Innendurchmesser 28, der ein Loch 30 definiert, und einem 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 mit Energie versorgt wird. Der Rotor 24 kann auf einer Antriebswelle 26 gelagert sein, die sich durch das Gehäuse 21 erstreckt. Die Antriebswelle 26 ist dazu konfiguriert, sich mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs zu koppeln.
Der Statorkern 32 definiert Nuten 34 (siehe 4), die in Umfangsrichtung um den Kern 32 angeordnet sind und sich von dem Innendurchmesser 28 nach außen erstrecken. Die Nuten 34 können gleichmäßig um den Umfang beabstandet sein und sich von einem ersten Ende 36 des Kerns 32 axial zu einem zweiten Ende 38 erstrecken. In der veranschaulichten Ausführungsform definiert der Kern 32 achtundvierzig Nuten und weist acht Pole auf. Jeder Pol deckt 180 elektrische Grad ab, was in der veranschaulichten Ausführungsform sechs Nuten entspricht. Für den Gebrauch in dieser Schrift beginnt Pol 1 bei Nut 1 und beinhaltet die Nuten 1 bis 6, beginnt Pol 2 bei Nut 7 und beinhaltet die Nuten 7 bis 12 usw. Die Pole können paarweise erörtert werden. Das Polpaar 1 enthält die Pole 1 und 2; das Polpaar 2 enthält die Pole 3 und 4; das Polpaar 3 enthält die Pole 5 und 6; und das Polpaar 4 umfasst die Pole 7 und 8. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jedes Polpaar 12 Nuten. In anderen Ausführungsformen kann der Kern 32 mehr oder weniger Nuten und/oder Pole enthalten. Der Kern 32 kann zum Beispiel zweiundsiebzig Nuten definieren und acht Pole aufweisen.
Die Nuten 34 sind durch eine Umgangsentfernung, gemessen zwischen den Mittellinien von zwei benachbarten Nuten, beabstandet. Dieser Abstand kann als eine Abstandseinheit verwendet werden (hierin nachfolgend „eine Nut“), um andere Komponenten des Stators 22 in Beziehung zu setzen und zu messen. Die Entfernungseinheit „Nut“ wird gelegentlich auch als „Nutsteigung“ oder „Nutspannweite“ bezeichnet.
Die elektrische Maschine 20 kann Haarnadelwicklungen 40 beinhalten, die in den Nuten 34 des Kerns 32 platziert sind. 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 Anzahl an Statorleitern, um den Widerstand der Wicklung 40 zu verringern, ohne in den Raum einzudringen, der für den Elektrostahl und den Magnetflusspfad reserviert ist. Die Haarnadelwicklungen 40 können gewellte Wicklungen sein, bei denen die Wicklungen 40 in einem wellenartigen Muster von Pol zu Pol verwoben sind.
Eine Herausforderung bezüglich Haarnadelwicklungen ist das Angleichen der Gestaltung der elektrischen Maschine an die gewünschte Drehmoment-Drehzahl-Kurve. Ein wesentlicher Schritt bei der Gestaltung einer elektrischen Maschine ist das Auswählen der Phasendrehzahl, sodass die Drehmoment-Drehzahl-Kurve alle erforderlichen Betriebspunkte abdeckt. Für herkömmliche verseilte Wicklungen aus langen Drähten, die parallel verbunden sind, wird die gewünschte Phasendrehzahl durch Auswählen der Anzahl an Windungen pro Spule, der Anzahl an parallelen Pfaden, der Anzahl an Polen, der Anzahl an Nuten pro Pol und der Anzahl an Schichten ausgewählt. Wenngleich diese Faktoren auch für Haarnadelwicklungen verfügbar sind, unterscheiden sich die einschränkenden Faktoren stark, was zu weniger umsetzbaren Auswahlen führt.
Während zum Beispiel die mögliche Anzahl an Polen, Nuten pro Pol und Schichten bei beiden Technologien identisch sind, ist es bei einer Haarnadelwicklung nicht praktikabel, so viele Windungen 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, z. B. keine großen zirkulierenden Ströme in der Schleife verursachen, die durch die parallelen Schaltungen aufgrund von Asymmetrie gebildet werden) und hinreichend komplexe Verbindungen aufweisen.
Die elektrische Maschine 20 löst diese und andere Probleme. Die elektrische Maschine 20 kann eine Dreiphasenwechselstrommaschine sein, in der die Haarnadelwicklungen 40 in einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase angeordnet sind. Jede Phase beinhaltet zugehörige Haarnadelleiter (auch als Nadel-, Haarnadel- oder Stromschienenverbinder bekannt), die in der veranschaulichten Ausführungsform in vier parallelen Wicklungspfaden angeordnet sind. In anderen Ausführungsformen kann jede Phase mehr oder weniger parallele Pfade beinhalten.
Die Haarnadeln sind im Allgemeinen U-förmig und beinhalten ein Paar von Schenkeln, die durch eine Krone 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. dem Ende 36, eingebaut werden, sodass alle Kronen 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 Haarnadeln voneinander weg gebogen, um Verdrehungen zu bilden, die mit den Verdrehungen anderer Haarnadeln verbunden werden. Die Enden der entsprechenden Haarnadeln werden durch eine Verbindung, wie etwa eine Schweißnaht 48, zusammengefügt. Die Verbindungen können in Reihen, wie etwa die Schweißnahtreihen 63, angeordnet sein. Das Ende 36 kann als das Kronenende bezeichnet werden und das Ende 38 kann als das Schweißnahtende bezeichnet werden.
Die U-Phase kann einen ersten Pfad 44, einen zweiten Pfad 46, einen dritten Pfad 47 und einen vierten Pfad 49 beinhalten. Die Pfade werden durch mehrere miteinander verbundene Nadeln 42 gebildet. Jeder der Pfade beinhaltet ein erstes Ende, das an einer U-Phasen-Klemme 50 startet, und ein zweites Ende, das an einer Nullleiterverbindung endet. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die elektrische Maschine 20 eine innere Nullleiterverbindung 52 und eine äußere Nullleiterverbindung 54. Der erste und der zweite Pfad 44, 46 sind mit der äußeren Nullleiterverbindung 54 verbunden, und der dritte und vierte Pfad 47, 49 sind mit der inneren Nullleiterverbindung 52 verbunden. Die Pfade 44, 46, 47, 49 sind an der Klemme 50 miteinander verbunden, die sich nahe dem Außendurchmesser (outer diameter - OD) 29 des Statorkerns befindet. Die Pfade können paarweise angeordnet sein, wobei der erste und zweite Pfad 44, 46 ein Paar sind und der dritte und der vierte Pfad 47, 49 ein Paar sind. Die Pfade können als Paar bezeichnet werden, da sich diese Pfade in der gleichen Richtung und benachbart zueinander durch den Statorkern 32 winden.
Der erste und der zweite Pfad 44, 46 beginnen in der Nähe des Innendurchmessers (inner diameter - ID) 28 des Statorkerns und weisen verlängerte Klemmenleitungen 59 auf, um sich mit der Klemme 50 zu verbinden. Die Klemmenleitungen 59 erstrecken sich radial durch benachbarte Schweißnahtreihen 63, um sich durch die Wicklungen 40 zu fädeln und mit der Klemme 50 zu verbinden. Der erste und der zweite Pfad 44, 46 wickeln sich gegen den Uhrzeigersinn (wenn man das Ende 38 betrachtet) durch die Nuten 34 und enden in der Nähe des Außendurchmessers 29 an der äußeren Nulleiterverbindung 54. Der erste und der zweite Pfad 44, 46 können sich ungefähr viermal um den Statorkern wickeln. Der dritte und der vierte Pfad 47, 49 beginnen in der Nähe des Außendurchmessers 29 des Statorkerns und wickeln sich im Uhrzeigersinn durch die Nuten 34. Der dritte und der vierte Pfad 47, 49 können sich ungefähr viermal um den Statorkern wickeln und enden nahe dem Innendurchmesser 28 an der inneren Nullleiterverbindung 52. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jeder der Pfade sechzehn Nadeln, die von einem Ende zum anderen miteinander verbunden sind, um einen durchgehenden Leiter zwischen der Klemme 50 und der Nullleiterverbindung 52 oder 54 zu bilden.
Die V-Phase kann einen ersten Pfad 56, einen zweiten Pfad 58, einen dritten Pfad 60 und einen vierten Pfad 62 beinhalten. Die Pfade werden durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Nadeln 64 gebildet. Jeder der Pfade beinhaltet ein erstes Ende, das an der V-Phasen-Klemme 66 beginnt, und ein zweites Ende, das an der Nullleiterverbindung 52 oder 54 endet. Der erste und der zweite Pfad 56, 58 sind mit der äußeren Nullleiterverbindung 54 verbunden und der dritte und vierte Pfad 60, 62 sind mit der inneren Nullleiterverbindung 52 verbunden. Die Pfade 56, 58, 60, 62 sind an der Klemme 66 miteinander verbunden, die sich nahe dem Außendurchmesser 29 des Statorkerns befindet.
Der erste und der zweite Pfad 56, 58 beginnen in der Nähe des Innendurchmessers 28 des Statorkerns und weisen verlängerte Klemmenleitungen 61 auf, um sich mit der Klemme 50 zu verbinden. Die Klemmenleitungen erstrecken sich radial durch benachbarte Schweißnahtreihen 63, um sich durch die Wicklungen 40 zu fädeln und mit der Klemme 66 zu verbinden. Der erste und der zweite Pfad 56, 58 wickeln sich gegen den Uhrzeigersinn durch die Nuten 34 und enden in der Nähe des Außendurchmessers 29 an der äußeren Nulleiterverbindung 54. Der erste und der zweite Pfad 56, 58 können sich ungefähr viermal um den Statorkern wickeln. Der dritte und der vierte Pfad 60, 62 beginnen in der Nähe des Außendurchmessers 29 des Statorkerns und wickeln sich im Uhrzeigersinn durch die Nuten 34. Der dritte und der vierte Pfad 60, 62 können sich ungefähr viermal um den Statorkern wickeln und enden nahe dem Innendurchmesser 28 an der inneren Nullleiterverbindung 52. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jeder der Pfade sechzehn Nadeln, die von einem Ende zum anderen miteinander verbunden sind, um einen durchgehenden Leiter zwischen der Klemme 66 und der Nullleiterverbindung 52 oder 54 zu bilden.
Die W-Phase kann einen ersten Pfad 70, einen zweiten Pfad 72, einen dritten Pfad 74 und einen vierten Pfad 76 beinhalten. Die Pfade werden durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Nadeln 78 gebildet. Jeder der Pfade beinhaltet ein erstes Ende, das an der W-Phasenklemme 80 beginnt, und ein zweites Ende, das an der Nulleiterverbindung 52 oder 54 endet. Der erste und der zweite Pfad 70, 72 sind mit der äußeren Nulleiterverbindung 54 verbunden, und der dritte und der vierte Pfad 74, 76 sind mit der inneren Nulleiterverbindung 52 verbunden. Die Pfade 70, 72, 74, 76 sind an der Klemme 80 miteinander verbunden, die sich nahe dem Außendurchmesser 29 des Statorkerns befindet.
Der erste und der zweite Pfad 70, 72 beginnen in der Nähe des Innendurchmessers 28 des Statorkerns und weisen verlängerte Klemmenleitungen 73 auf, um sich mit der Klemme 80 zu verbinden. Die Klemmenleitungen 82 erstrecken sich radial durch benachbarte Schweißnahtreihen 63, um sich durch die Wicklungen 40 zu fädeln und mit der Klemme 80 zu verbinden. Der erste und der zweite Pfad 70, 72 wickeln sich gegen den Uhrzeigersinn durch die Nuten 34 und enden in der Nähe des Außendurchmessers 29 an der äußeren Nulleiterverbindung 54. Der erste und der zweite Pfad 70, 72 können sich ungefähr viermal um den Statorkern wickeln. Der dritte und der vierte Pfad 74, 76 beginnen in der Nähe des Außendurchmessers 29 des Statorkerns und wickeln sich im Uhrzeigersinn durch die Nuten 34. Der dritte und der vierte Pfad 74, 76 können sich ungefähr viermal um den Statorkern wickeln und enden nahe dem Innendurchmesser 28 an der inneren Nullleiterverbindung 52. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jeder der Pfade sechzehn Nadeln, die von einem Ende zum anderen miteinander verbunden sind, um einen durchgehenden Leiter zwischen der Klemme 50 und den Nullleiterverbindungen 52 oder 54 zu bilden. Die Klemmen 50, 66 und 80 können zusätzliche Leitungen beinhalten, um sich mit dem Wechselrichter zu verbinden und Spannung von dem Wechselrichter zu empfangen, wodurch drehmomentproduzierender Strom in den Wicklungspfaden erzeugt wird, der den Rotor 24 dazu veranlasst, sich innerhalb des Stators 22 zu drehen.
Die Wicklungen 40 können ohne Überbrückung vorliegen d. h. jede Haarnadel ist direkt mit einer anderen Haarnadel verbunden. Eine Überbrückung ist ein Leiter, der üblicherweise an einem der Enden des Statorkerns angeordnet ist, d. h. sich nicht durch einen Nut erstreckt, und Haarnadeln, die so weit voneinander beabstandet sind, dass sie nicht direkt miteinander verbunden werden können, miteinander verbindet. Überbrückungen fügen den Wicklungen Material hinzu und machen eine zusätzliche Fertigung erforderlich. Durch das Gestalten von Wicklungen, wie etwa der Wicklung 40, für die keine Überbrückungen erforderlich sind, können Kosten verringert und die Herstellungseffizienz gesteigert werden.
Die Nullleiterverbindungen 52 oder 54 können einen Körper beinhalten, wie etwa einen Streifen aus leitendem Metall oder einem anderen Material. Der Körper definiert Öffnungen, die mit Haarnadeln verbunden sind. In der veranschaulichten Ausführungsform definieren die Nulleiterverbindungen 52, 54 sechs Öffnungen 284. Die Öffnungen können, wie die Öffnungen 284a und 284b, in Zweierpaaren gruppiert sein. Jede der Gruppierungen ist einer der Phasen zugeordnet. Die U-Phase ist den Öffnungen 284a und 284b zugeordnet. Die Nadeln weisen einen Schweißnahtabschnitt 286 auf, der in den Öffnungen 284 aufgenommen ist. Die Schweißnahtabschnitte 286 können verlängert sein, um Spiel für die Nullleiterverbindung 54 bereitzustellen, die an den Schweißnahtabschnitten 286 über anderen Abschnitten der Wicklungen 40 angebracht werden soll.
Unter Bezugnahme auf 3a können die Haarnadeln jedes der Pfade eine oder mehrere Arten von Haarnadeln enthalten, wie etwa eine reguläre Nadel 90. Verschiedene Arten von Haarnadeln können sich in Form oder Größe unterscheiden. Die reguläre Nadel 90 kann einen ersten Schenkel 98 beinhalten, der an einem Scheitelpunkt 102 mit einem zweiten Schenkel 100 zusammengefügt ist. Der Scheitelpunkt 102 kann die Schenkel radial versetzen, um die Schenkel in unterschiedliche Nutpositionen zu platzieren. Der Scheitelpunkt 102 kann durch eine Verdrehung gebildet sein, die die Schenkel radial um ungefähr die Abmessung einer Nadel in der radialen Richtung versetzt. Die Nadeln 90 können aus einem einzelnen Stück aus Metall, wie etwa Kupfer, Aluminium, Silber, oder aus einem beliebigen anderen, elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Der erste Schenkel 98 ist in einer der Nuten 34 angeordnet und der zweite Schenkel 100 ist in einer anderen der Nuten 34, die um eine Spannweite der Nuten beabstandet ist, angeordnet. Die regulären Nadeln 90 können eine Spannweite (N) aufweisen, die gleich der Anzahl an Nuten pro Pol ist, was in der veranschaulichten Ausführungsform sechs Nuten sind. Wenn sich somit der erste Schenkel 98 in Nut 1 befindet, dann befindet sich der zweite Schenkel 100 in Nut 7. Der erste Schenkel 98 beinhaltet einen geraden Abschnitt 99, der innerhalb einer Nut 34 angeordnet ist, und einen ersten abgewinkelten Abschnitt 104, der sich zwischen dem Scheitelpunkt 102 und dem geraden Abschnitt 99 erstreckt. Der gerade Abschnitt 99 und der abgewinkelte Abschnitt 104 sind an einer ersten Biegung 106 zusammengefügt. Der erste Schenkel 98 beinhaltet auch eine Verdrehung 110, die an einer zweiten Biegung 108 nach außen abgewinkelt ist. Der zweite Schenkel 100 beinhaltet einen geraden Abschnitt 101, der innerhalb einer Nut 34 angeordnet ist, und einen ersten abgewinkelten Abschnitt 112, der sich zwischen dem Scheitelpunkt 102 und dem geraden Abschnitt 101 erstreckt. Der erste und der zweite abgewinkelte Abschnitt 104, 112 sowie der Scheitelpunkt werden zusammen als Krone bezeichnet. Der gerade Abschnitt 101 und der abgewinkelte Abschnitt 112 sind an einer ersten Biegung 114 zusammengefügt. Der zweite Schenkel 100 beinhaltet auch eine Verdrehung 120, die an einer zweiten Biegung 118 nach außen abgewinkelt ist. Die Verdrehungen 110, 120 sind in entgegengesetzte Richtungen abgewinkelt, um sich von der Nadel 90 weg zu erstrecken und sich mit anderen Nadeln des Pfads zu verbinden. Bei anderen Arten von Nadeln kann sich die Verdrehung in die gleiche Richtung erstrecken. Die Verdrehungen 110, 120 können eine Spannweite aufweisen, die gleich der Nadelspannweite geteilt durch zwei ist, was in der veranschaulichten Ausführungsform drei (6/2) ist. Somit weisen die regulären Nadeln 90 eine Gesamtspannweite von zwölf Nuten auf. Die an den Klemmen angebrachten und mit dem Nulleiter verbundenen Nadeln können etwas längere oder kürzere Verdrehungen aufweisen, um die Verbindung zu erleichtern.
Die reguläre Nadel 90 kann hergestellt werden, indem zuerst der Scheitelpunkt 102, die ersten abgewinkelten Abschnitte 104, 112 und zwei verlängerte gerade Abschnitte gebildet werden. Dann wird die Nadel 90 in den Stator 22 eingebaut, indem die verlängerten geraden Abschnitte in die Nuten 34 des Stators 22 eingeführt werden. Die zweiten Biegungen 108, 118 und die Verdrehungen 110, 120 werden gebildet, nachdem die Nadel 90 durch die Nuten eingebaut wurde, indem die verlängerten Schenkel wie gewünscht gebogen werden. Die erste und die letzte reguläre Nadel eines Pfads können eine längere oder kürzere Verdrehung aufweisen, um sich mit den Klemmenleitungen oder der Nulleiterverbindung zu verbinden.
Unter Bezugnahme auf 3b ist eine alternativer Art der Haarnadel eine Nadel 122 mit kurzer Steigung. Die Nadel 122 mit kurzer Steigung weist eine kürzere Nutspannweite als die regulären Nadeln 90 auf (z. B. N -1). Die Nadel 122 mit kurzer Steigung kann um eine Nut kürzer sein. Die Konstruktion der Nadel 122 mit kurzer Steigung ähnelt den regulären Nadeln 90, wenngleich die Schenkel 124 und 126 durch eine geringere Anzahl an Nuten voneinander beabstandet sind. Die Verdrehungen 128, 130 der Nadel 122 mit kurzer Steigung können die gleiche Länge wie die Verdrehungen 110, 120 der regulären Nadel 90 aufweisen, oder die Verdrehungen 128, 130 können alternativ länger oder kürzer sein. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Schenkel 124, 126 durch fünf Nuten voneinander beabstandet, was eine Gesamtlänge von 11 ergibt.
Unter Bezugnahme auf 3c ist eine noch andere Art der Haarnadel eine Nadel 134 mit langer Steigung. Die Haarnadel 134 weist eine ähnliche Konstruktion wie die reguläre Nadel 90 auf, wenngleich mit einer längeren Gesamtspannweite (z. B. N + 1). Jede Haarnadel 134 beinhaltet einen ersten Schenkel 136 und einen zweiten Schenkel 138. Den Schenkeln 136, 138 weisen eine zugehörige Verdrehung 140 bzw. 142 auf. Die Schenkel 136 und 138 können um eine Nut mehr als die regulären Nadeln 90 voneinander beabstandet sein. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Schenkel 136, 138 durch sieben Nuten voneinander beabstandet. Die Verdrehungen 140, 142 der Nadel 130 mit langer Steigung können die gleiche Länge wie die Verdrehungen 110, 120 der regulären Nadel 90 aufweisen, oder die Verdrehungen 142, 144 können alternativ länger oder kürzer sein. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Verdrehungen 142, 144 gleich, was der Nadel 134 eine Gesamtlänge von 13 Nuten verleiht.
Zusätzlich beinhalteten andere Wicklungen 40 zusätzliche Arten von Nadeln, die längere oder kürzere Spannweiten und/oder Verdrehungen aufweisen. Die vorstehend für die Haarnadeln angegebenen Abmessungen sind beispielhaft und/oder nicht einschränkend.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 sind die Nuten 34 von 1 bis 48 gegen den Uhrzeigersinn angeordnet, wobei die Nuten mit ungeraden Zahlen der Einfachheit halber beschriftet sind. Die Nuten können als ungerade Nuten,z. B. die Nuten 1, 3, 5 usw., und gerade Nuten, z. B. die Nuten 2, 4, 6 charakterisiert werden. Die Bezeichnung als ungerade und gerade dient zur leichteren Beschreibung bei der Erläuterung der Anordnung der Wicklungen 40 und die Struktur der ungeraden und geraden Nuten kann gleich sein.
Die Nuten 34 können eine radiale Innenschicht aus Nadeln 170, eine innere radiale Mittelschicht aus Nadeln 172, eine äußere radiale Mittelschicht aus Nadeln 174 und eine radiale Außenschicht aus Nadeln 176 beinhalten. Jede der Schichten kann zumindest zwei radiale Nadelpositionen beinhalten, die zueinander benachbart sind. In der veranschaulichten Ausführungsform weist jede Nut 34 acht aufeinanderfolgende Nadelpositionen in einer linearen Eins-zu-Acht-Anordnung auf; andere Anordnungen werden jedoch in Erwägung gezogen. Die erste Position ist dem Außendurchmesser 29 des Statorkerns 32 am nächsten und die achte Position ist dem Innendurchmesser 28 des Statorkerns 32 am nächsten. Die innere Schicht 170 beinhaltet die siebte und die achte Position; die mittlere Schicht 172 beinhaltet die fünfte und die sechste Position; und die mittlere Schicht 174 beinhaltet die dritte und die vierte Position, und die äußere Schicht 176 beinhaltet die erste und die zweite Position.
Jede der Nuten 34 kann nur eine einzelne Phase enthalten, z. B. enthält Nut 1 nur die U-Phase. Die Phasen sind in Gruppen angeordnet, um benachbarte Nuten in jedem der Pole einzunehmen, z. B. enthalten die Nuten 1 und 2 die U-Phase, enthalten die Nuten 3 und 4 die V-Phase und enthalten die Nuten 6 und 7 die W-Phase. Jede Nut kann nur zwei verschiedene Pfade einer gleichen Phase beinhalten. Beispielsweise beinhaltet die Nut 1 nur den Pfad 44 und den Pfad 47 der U-Phase und beinhaltet die Nut 2 nur den Pfad 46 und den Pfad 49. Wie am besten in 5 gezeigt, wechseln diese Pfade bei jeder anderen Nadelposition entlang ihrer jeweiligen Nuten.
Der Stator ist mit jedem in dem Statorkern angeordneten Pfad derart ausgeglichen, dass der Pfad für jede radiale Schicht gleich oft in den ungeraden Nuten und den geraden Nuten angeordnet ist. Beispielsweise ist in der inneren Schicht 170 der erste Pfad 44 vier Mal in den ungeraden Nuten angeordnet (Nuten 1, 7, 13 und 43) und vier Mal in den geraden Nuten angeordnet (Nuten 20, 26, 32 und 38).
Unter Bezugnahme auf die 6, 7 und 8 wird nun die U-Phase detaillierter beschrieben. Der erste Pfad 44 beginnt mit der Nadel 1, einer regulären Nadel 90, mit einem hinteren Schenkel 200, der in der achten Position von Nut 1 angeordnet ist und einem vorderen Schenkel 202, der in der siebten Position von Nut 7 angeordnet ist. Der erste Pfad rückt von dem Schweißnahtende 38 aus betrachtet gegen den Uhrzeigersinn vor, was in der 7 nach rechts ist. Die Begriffe „vorderer Schenkel“ und „hinterer Schenkel“ beziehen sich auf die Position der Schenkel in Bezug auf die Richtung des Vorrückens des Pfads. Der hintere Schenkel 200 ist durch die Klemmenleitung 59 mit der Klemme 50 verbunden.
Die Nadel 2, eine Nadel 134 mit langer Steigung, weist einen hinteren Schenkel 204, der in der achten Position von Nut 13 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 206 auf, der in der siebten Position von Nut 20 angeordnet ist. Die Schenkel 204 und 206 weisen eine Nutspannweite von sieben auf. Dies führt dazu, dass der erste Pfad 44 in Bezug auf den zweiten Pfad 46 vorrückt. Die Verdrehung 208 von Nadel 1 ist durch eine Verbindung 212 in der Nähe von Nut 10 an der Verdrehung 210 von Nadel 2 angebracht. Die Verbindung kann eine Schweißnaht sein, wie etwa eine Laserschweißnaht. Die Nadel 3, eine reguläre Nadel 90, weist einen hinteren Schenkel 214, der in der achten Position von Nut 26 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 216 auf, der in der siebten Position von Nut 32 angeordnet ist. Die Verdrehung 218 von Nadel 2 ist durch eine Verbindung 222 in der Nähe von Nut 22 an der Verdrehung 220 von Nadel 3 angebracht.
Die Nadel 4, eine Nadel 122 mit kurzer Steigung, weist einen hinteren Schenkel 223, der in der achten Position von Nut 38 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 224 auf, der in der siebten Position von Nut 43 angeordnet ist. Die Schenkel 223 und 224 sind durch fünf Nuten voneinander beabstandet. Dies führt dazu, dass der erste Pfad 44 in Bezug auf den zweiten Pfad 46 verzögert wird. Der erste Pfad 44 verläuft von Nadel 4 weiter zu der regulären Nadel 5 und der Nadel 6 mit langer Steigung, die mit Verbindungen miteinander verbunden sind, z. B. Schweißnähten, wie vorstehend beschrieben. Die Nadel 6 weist einen hinteren Schenkel 226, der in der sechsten Position von Nut 13 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 228 auf, der in der fünften Position von Nut 20 angeordnet ist. Die Nadel 6 weist eine Nutspannweite von sieben auf, wodurch der erste Pfad 46 in Bezug auf den zweiten Pfad 46 vorrückt. Der erste Pfad 44 verläuft weiter durch die Nadel 16 zur Nadel 7 und endet an der Nulleiterverbindung 54. Der Pfad 44 kann ohne Überbrückung vorliegen. Siehe für Details. Der Pfad 44 beinhaltet in der veranschaulichten Ausführungsform 16 Nadeln. Acht der Nadeln sind reguläre Nadeln, vier der Nadeln sind Nadeln mit langer Steigung und vier der Nadeln sind Nadeln mit kurzer Steigung. Für jede radiale Schicht kann der erste Pfad eine Nadel mit langer Steigung, eine Nadel mit kurzer Steigung und zwei reguläre Nadeln aufweisen. Die Nadel mit kurzer Steigung und die Nadel mit langer Steigung können im Allgemeinen auf gegenüberliegenden Seiten des Statorkerns 32 angeordnet sein.
In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet der Pfad 46 auch 16 Nadeln. Acht der Nadeln sind reguläre Nadeln, vier der Nadeln sind Nadeln mit langer Steigung und vier der Nadeln sind Nadeln mit kurzer Steigung. Für jede radiale Schicht kann der zweite Pfad 46 eine Nadel mit langer Steigung, eine Nadel mit kurzer Steigung und zwei reguläre Nadeln aufweisen. Der erste Pfad 44 beginnt in einer ungeradzahligen Nut, wohingegen der zweite Pfad in einer geradzahligen Nut beginnt. Diese zwei Pfade wechseln periodisch von den ungeraden und geraden Nuten, sodass die Wicklungen ausgeglichen sind.
Der zweite Pfad 46 beginnt damit, dass die Nadel 1 einen hinteren Schenkel 250, der in der achten Position von Nut 2 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 252 aufweist, der in der siebten Position von Nut 8 angeordnet ist. Der zweite Pfad 46 rückt von dem Schweißnahtende 38 aus betrachtet ebenfalls gegen den Uhrzeigersinn vor. Der hintere Schenkel 250 ist durch eine Klemmenleitung mit der Klemme 50 verbunden. Der zweite Pfad 46 beginnt vor dem ersten Pfad, wechselt jedoch bei Nadel 2.
Die Nadel 2, eine Nadel 122 mit kurzer Steigung, weist einen hinteren Schenkel 254, der in der achten Position von Nut 14 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 256 auf, der in der siebten Position von Nut 19 angeordnet ist. Die Schenkel sind durch fünf Nuten voneinander beabstandet. Die Nadel 2 mit kurzer Steigung verzögert das Vorrücken des Pfads 46, während die Nadel 2 mit langer Steigung den ersten Pfad 44 vorrückt, sodass die Pfade 44 und 46 die Position wechseln, wobei der erste Pfad 44 nun dem Pfad 46 voraus und in den geradzahligen Nuten angeordnet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Nadeln mit kurzer und langer Steigung zusammen gruppiert, wobei eine um eine Nut vorgerückt und die andere um eine Nut verzögert wird. Das heißt, die Nadeln mit langer und kurzer Steigung sind paarweise gruppiert. Die Nadel 3 von Pfad 46, eine reguläre Nadel 90, weist einen hinteren Schenkel 258, der in der achten Position von Nut 25 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 260 auf, der in der siebten Position von Nut 31 angeordnet ist.
Die Nadel 4, eine Nadel 134 mit langer Steigung, weist einen hinteren Schenkel 262, der in der achten Position von Nut 37 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 264 auf, der in der siebten Position von Nut 44 angeordnet ist. Die Schenkel 262 und 264 sind durch sieben Nuten voneinander beabstandet. Die Nadel 4 mit kurzer Steigung verzögert das Vorrücken des ersten Pfads 44, während die Nadel 4 mit langer Steigung den zweiten Pfad 46 vorrückt, sodass die Pfade 44 und 46 die Position wechseln, wobei der erste Pfad 44 nun wieder hinter dem zweiten Pfad 46 liegt. Die Nadel 5, eine reguläre Nadel 90, weist einen hinteren Schenkel 266, der in der achten Position von Nut 2 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 268 auf, der in der fünften Position von Nut 8 angeordnet ist.
Die Nadel 6, eine Nadel 122 mit kurzer Steigung, weist einen hinteren Schenkel 270, der in der sechsten Position von Nut 14 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 272 auf, der in der fünften Position von Nut 19 angeordnet ist. Die Schenkel 270 und 272 sind durch fünf Nuten voneinander beabstandet. Die Nadel 6 mit kurzer Steigung verzögert das Vorrücken des zweiten Pfads 146, während die Nadel 6 mit langer Steigung den ersten Pfad 44 vorrückt, sodass die Pfade 44 und 46 die Position wechseln, wobei der erste Pfad 44 nun dem zweiten Pfad 46 voraus ist. Der zweite Pfad 44 verläuft weiter durch die Nadel 16 zur Nadel 7 und endet an der Nulleiterverbindung 54. Siehe für Details.
Die Paare von Nadeln mit langer und kurzer Steigung der Pfade 44 und 46 können im Allgemeinen in gleichen Polen angeordnet sein. Beispielsweise sind alle der Nadeln mit langer Steigung des Pfads 44 in den Nuten 13 und 20 angeordnet, und sind alle der Nadeln mit kurzer Steigung des Pfads 46 sind in den Nuten 14 und 19 angeordnet, d. h. größtenteils in Pol 3. Auch alle der Nadeln mit kurzer Steigung des Pfads 44 sind in den Nuten 38 und 43 angeordnet, und alle der Nadeln mit langer Steigung des Pfads 46 sind in den Nuten 37 und 44 angeordnet, d. h. größtenteils in Pol 7. Die relativen Positionen des ersten und des zweiten Pfads wechseln acht Mal, wobei die Pfade an der gleichen relativen Position beginnen und enden, d. h. der erste Pfad 44 ist abgeschlossen und endet hinter dem zweiten Pfad 46. Der erste und der zweite Pfad 44, 46 weisen vor- und hintereinander eine gleiche Anzahl an Nuten auf. Das heißt, jeder Pfad befindet sich in gleichen Teilen in geraden und ungeraden Nuten. Für jeden Pfad 44 oder 46 sind die Nadeln mit langer Steigung und die Nadeln mit kurzer Steigung im Allgemeinen diametral. „Im Allgemeinen diametral“ bedeutet innerhalb von plus oder minus einer Nut diametral zu sein. In dem veranschaulichten Stator sind diametrale Nuten vierundzwanzig Nuten voneinander entfernt. In dem Pfad 44 befinden sich beispielsweise die hinteren Schenkel der Nadeln mit langer Steigung in Nut 13 und die hinteren Schenkel der Nadeln mit kurzer Steigung in Nut 38, die fünfundzwanzig Nuten in einer Richtung und dreiundzwanzig ist Nuten in die andere Richtung entfernt ist. Die Nuten 13 und 38 sind im Allgemeinen diametral, da fünfundzwanzig und dreiundzwanzig innerhalb von plus oder minus eins von vierundzwanzig liegen.
Unter Bezugnahme auf 9 sind für jeden Pfad alle der Nadeln 134 mit langer Steigung in gleichen der Nuten angeordnet und sind alle der Nadeln 122 mit kurzer Steigung in gleichen der Nuten angeordnet. Beispielsweise können sich in dem ersten Pfad 44 alle der Nadeln 134 mit langer Steigung in den Nuten 13 und 20 befinden und können sich alle Nadeln 122 mit kurzer Steigung in den Nuten 38 und 43 befinden. In dem zweiten Pfad 46 können sich alle der Nadeln mit kurzer Steigung in den Nuten 14 und 19 befinden und alle der Nadeln mit langer Steigung können sich in den Nuten 37 und 44 befinden. Die Nadeln 122 mit kurzer Steigung können mit den Nadeln 134 mit langer Steigung verschachtelt sein, wobei die Oberseiten 274 der Kronen 276 der Nadeln mit kurzer Steigung benachbart zu den Unterseiten 278 der Kronen 280 der Nadeln 134 mit langer Steigung sind. Um dies zu erreichen, erstrecken sich die Kronen 280 der Nadeln mit langer Steigung weiter von dem Ende des Stators als die Kronen der Nadeln mit kurzer Steigung. Die regulären Nadeln 90 können möglicherweise nicht miteinander verschachteln werden und können sich stattdessen überkreuzen, wie durch den Pfeil 282 in 9 gezeigt.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 2 und 6 beginnen der dritte und vierte Pfad 47 und 49 der U-Phase am Außendurchmesser 29 des Stators an der Klemme 50 und wickeln sich im Uhrzeigersinn. Der dritte und vierte Pfad 47, 49 können ohne Überbrückung vorliegen. Der dritte Pfad 47 beginnt bei Nadel 1 mit einem hinteren Schenkel, der in der ersten Position von Nut 1 angeordnet ist, und einem vorderen Schenkel, der in der zweiten Position von Nut 44 angeordnet ist. Die Nadel 1 ist eine Nadel mit kurzer Steigung. Um eine Verbindung mit der Klemme 50 herzustellen, beinhaltet der hintere Schenkel von Nadel 1 eine Gegenverdrehung 300, die sich gegen den Uhrzeigersinn nach innen erstreckt und mit der Klemme 50 verbunden ist. Der vordere Schenkel von Nadel 1 weist eine reguläre Verdrehung auf, die sich im Uhrzeigersinn von Nadel 1 weg nach außen erstreckt. Die Nadel 1 des vierten Pfads 49 enthält auch eine Gegenverdrehung 304, um sich mit der Klemme 50 zu verbinden. Die Nadel 1 von Pfad 49 ist eine Nadel mit langer Steigung. Diese Nadeln mit langer und kurzer Steigung sind ähnlich miteinander verschachtelt wie die Nadeln mit langer und kurzer Steigung der Pfade 44 und 46.
Ähnlich dem ersten und dem zweiten Pfad 44 und 46 befinden sich der dritte und vierte Pfad 47 und 49 in benachbarten Nuten. Der Pfad 47 beginnt bei Nut 1 und verläuft im Uhrzeigersinn um den Statorkern 32 herum, und der Pfad 49 befindet sich in Nut 2 und verläuft im Uhrzeigersinn um den Statorkern 32 herum, wie in dem Wicklungsdiagramm aus 6 gezeigt. Wie die Pfade 44 und 46 beinhaltet in der veranschaulichten Ausführungsform jeder der Pfade 47 und 49 16 Nadeln. Acht der Nadeln sind reguläre Nadeln, vier der Nadeln sind Nadeln mit langer Steigung und vier der Nadeln sind Nadeln mit kurzer Steigung. Für jede radiale Schicht können die Pfade 47 und 49 eine Nadel mit langer Steigung, eine Nadel mit kurzer Steigung und zwei reguläre Nadeln aufweisen. Zum Beispiel können in dem Pfad 47 die Nadeln mit langer Steigung in den Nuten 19 und 26 angeordnet sein und können die Nadeln mit kurzer Steigung in den Nuten 44 und 1 angeordnet sein. Zum Beispiel können sich in dem Pfad 49 die Nadeln mit langer Steigung in den Nuten 43 und 2 befinden und können sich die Nadeln mit kurzer Steigung in den Nuten 20 und 25 befinden. Der dritte Pfad 47 beginnt in einer ungeradzahligen Nut, wohingegen der vierte Pfad 49 in einer geradzahligen Nut begonnen hat. Diese zwei Pfade wechseln periodisch von den ungeraden und geraden Nuten, sodass die Wicklungen ausgeglichen sind.
Die U-Phase kann so angeordnet sein, dass in jeder radialen Schicht die Paare mit langer und kurzer Steigung der Pfade 44 und 46 benachbart zu den Paaren mit langer und kurzer Steigung der Pfade 47 und 49 sind. Beispielsweise befinden sich alle der Nadeln mit langer und kurzer Steigung im Allgemeinen entweder in Pol 3, Pol 4, Pol 7 oder Pol 8.
Die V- und die W-Phase der Wicklungen 40 können gleich oder ähnlich der U-Phase sein, sind jedoch zu unterschiedlichen Nuten verschoben. Der Kürze halber wird der Antragsteller nicht alle vorstehend genannten Informationen zur Erläuterung der V- und W-Phase wiederholen; weitere Details sind in der vorstehenden Beschreibung zu finden.
Unter Bezugnahme auf 10 kann die V-Phase gegen den Uhrzeigersinn um vier Nuten verschoben sein, damit die Nadel 1 von Pfad 56 in den Nuten 5 und 11 angeordnet ist und die Nadel 1 von Pfad 58 in den Nuten 6 und 12 angeordnet ist. Die Pfade 56 und 58 erstrecken sich gegen den Uhrzeigersinn, was in 10 unten ist. Der Pfad 56 kann in einer ungeradzahligen Nut beginnen und der Pfad 58 kann in einer geradzahligen Nut beginnen. Die Pfade 56 und 58 weben sich abwechselnd zwischen geraden und ungeradzahligen Nuten um den Statorkern, sodass sich ähnlich der U-Phase jeder der Pfade für jede radiale Schicht in einer gleichen Anzahl an geraden und ungeraden Nuten befindet. Siehe oben für weitere Details.
In der radialen Innenschicht kann die Nadel 2 des Pfads 56 eine Nadel mit langer Steigung sein, die einen hinteren Schenkel in Nut 17 und einen vorderen Schenkel in Nut 24 aufweist. Die Nadel 2 des Pfads 58 kann eine Nadel mit kurzer Steigung sein, wobei ein hinterer Schenkel in Nut 18 angeordnet ist und ein vorderer Schenkel in Nut 23 angeordnet ist. Auch in der radialen Innenschicht kann die Nadel 4 des Pfads 56 eine Nadel mit kurzer Steigung sein, die einen hinteren Schenkel in Nut 42 und einen vorderen Schenkel in Nut 47 aufweist. Die Nadel 4 des Pfads 58 kann eine Nadel mit langer Steigung sein, die einen hinteren Schenkel in Nut 41 und einen vorderen Schenkel in Nut 48 aufweist. Ähnlich der U-Phase können alle der Nadeln mit langer Steigung des Pfads 56 in den Nuten 17 und 24 angeordnet sein und können alle der Nadeln mit kurzer Steigung des Pfads 56 in den Nuten 42 und 47 angeordnet sein. Alle der Nadeln mit kurzer Steigung des Pfads 58 können in den Nuten 18 und 23 angeordnet sein und alle der Nadeln mit langer Steigung des Pfads 58 können in den Nuten 41 und 48 angeordnet sein.Für weitere Details bezüglich der Wicklung der Pfade 56 und 58 siehe 10.
Die Nadel 1 des Pfads 60 ist in den Nuten 5 und 48 angeordnet und die Nadel 1 des Pfads 62 ist in den Nuten 6 und 47 angeordnet. Die Pfade 60 und 62 erstrecken sich im Uhrzeigersinn, was in 10 oben ist. Der Pfad 60 kann in einer ungeradzahligen Nut beginnen und der Pfad 62 kann in einer geradzahligen Nut beginnen. Die Pfade 60 und 62 weben sich abwechselnd zwischen geraden und ungeradzahligen Nuten um den Statorkern, sodass sich ähnlich der U-Phase jeder der Pfade für jede radiale Schicht in einer gleichen Anzahl an geraden und ungeraden Nuten befindet. Siehe oben für weitere Details.
In der radialen Außenschicht kann die Nadel 1 des Pfads 60 eine Nadel mit kurzer Steigung sein und kann die Nadel 2 des Pfads 62 eine Nadel mit langer Steigung sein. Auch in der radialen Außenschicht kann die Nadel 3 des Pfads 60 eine Nadel mit langer Steigung sein, die einen hinteren Schenkel in Nut 30 und einen vorderen Schenkel in Nut 23 aufweist. Die Nadel 3 des Pfads 62 kann eine Nadel mit kurzer Steigung sein, wobei sich ein hinterer Schenkel in Nut 29 befindet und sich ein vorderer Schenkel in Nut 24 befindet. Ähnlich der U-Phase können alle der Nadeln mit kurzer Steigung des Pfads 60 in den Nuten 5 und 48 angeordnet sein und können alle der Nadeln mit langer Steigung des Pfads 60 in den Nuten 30 und 23 angeordnet sein. Alle der Nadeln mit langer Steigung des Pfads 62 können in den Nuten 6 und 47 angeordnet sein und alle der Nadeln mit kurzer Steigung des Pfads 62 können in den Nuten 29 und 24 angeordnet sein. Für weitere Details bezüglich der Wicklung der Pfade 60 und 62 siehe 10.
Unter Bezugnahme auf 11 kann die W-Phase gegen den Uhrzeigersinn um acht Nuten verschoben sein, damit die Nadel 1 von Pfad 70 in den Nuten 9 und 15 angeordnet ist und die Nadel 1 von Pfad 72 in den Nuten 10 und 16 angeordnet ist. Die Pfade 70 und 72 erstrecken sich gegen den Uhrzeigersinn, was in 11 unten ist. Der Pfad 70 kann in einer ungeradzahligen Nut beginnen und der Pfad 72 kann in einer geradzahligen Nut beginnen. Die Pfade 70 und 72 weben sich abwechselnd zwischen geraden und ungeradzahligen Nuten um den Statorkern, sodass sich ähnlich der U-Phasejeder der Pfade für jede radiale Schicht in einer gleichen Anzahl an geraden und ungeraden Nuten befindet. Siehe oben für weitere Details.
In der radialen Innenschicht 170 kann die Nadel 2 des Pfads 70 ein Nadel mit langer Steigung sein, die einen hinteren Schenkel in Nut 21 und einen vorderen Schenkel in Nut 28 aufweist. Die Nadel 2 des Pfads 72 kann eine Nadel mit kurzer Steigung sein, wobei ein hinterer Schenkel in Nut 22 angeordnet ist und ein vorderer Schenkel in Nut 27 angeordnet ist. Auch in der radialen Innenschicht kann die Nadel 4 des Pfads 70 eine Nadel mit kurzer Steigung mit einem hinteren Schenkel in Nut 46 und einem vorderen Schenkel in Nut 3 sein. Die Nadel 4 des Pfads 70 kann eine Nadel mit langer Steigung mit einem hinteren Schenkel in Nut 45 und einem vorderem Schenkel in Nut 4 sein. Ähnlich der U-Phase können alle der Nadeln mit langer Steigung des Pfads 70 in den Nuten 21 und 28 angeordnet sein und können alle der Nadeln mit kurzer Steigung des Pfads 70 in den Nuten 46 und 3 angeordnet sein. Alle der Nadeln mit kurzer Steigung des Pfads 72 können in den Nuten 18 und 23 angeordnet sein, und alle der Nadeln mit langer Steigung des Pfads 72 können in den Nuten 22 und 27 angeordnet sein. Für weitere Details bezüglich der Wicklung der Pfade 70 und 72 siehe 11.
Die Nadel 1 des Pfads 74 ist in den Nuten 9 und 4 angeordnet, und die Nadel 1 des Pfads 76 ist in den Nuten 10 und 3 angeordnet. Die Pfade 74 und 76 erstrecken sich im Uhrzeigersinn, was in 11 oben ist. Der Pfad 74 kann in einer ungeradzahligen Nut beginnen und der Pfad 72 kann in einer geradzahligen Nut beginnen. Die Pfade 74 und 76 weben sich abwechselnd zwischen geraden und ungeradzahligen Nuten um den Statorkern, sodass sich ähnlich der U-Phase jeder der Pfade für jede radiale Schicht in einer gleichen Anzahl an geraden und ungeraden Nuten befindet. Siehe oben für weitere Details.
In der radialen Außenschicht 176 kann die Nadel 1 des Pfads 74 eine Nadel mit kurzer Steigung sein kann die Nadel 2 des Pfads 76 kann eine Nadel mit langer Steigung sein. Auch in der radialen Außenschicht kann die Nadel 3 des Pfads 74 eine Nadel mit langer Steigung sein, die einen hinteren Schenkel in Nut 34 und einen vorderen Schenkel in Nut 27 aufweist. Die Nadel 3 des Pfads 76 kann eine Nadel mit kurzer Steigung sein, wobei sich ein hinterer Schenkel in Nut 33 befindet und sich ein vorderer Schenkel in Nut 28 befindet. Ähnlich der U-Phase können alle der Nadeln mit kurzer Steigung des Pfads 74 in den Nuten 9 und 4 angeordnet sein und können alle der Nadeln mit langer Steigung des Pfads 74 in den Nuten 34 und 27 angeordnet sein. Alle der Nadeln mit langer Steigung des Pfads 76 können in den Nuten 10 und 3 angeordnet sein und alle der Nadeln mit kurzer Steigung des Pfads 76 können in den Nuten 33 und 28 angeordnet sein. Für weitere Details bezüglich der Wicklung der Pfade 74 und 76 siehe 11.
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 zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen so beschrieben sein können, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, welche von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Folgendes beinhalten: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Somit liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Standes der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Nuten definiert, die zwischen ungeraden und geraden Nuten wechseln, wobei jede Nut radiale Nadelpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren; und eine Haarnadelwicklung, die einen ersten Pfad von miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, der derart in dem Statorkern angeordnet ist, dass der erste Pfad für jede der radialen Schichten gleich oft in den ungeraden Nuten wie in den geraden Nuten angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Haarnadelwicklung ferner einen zweiten Pfad von zweiten miteinander verbundenen Haarnadeln, der derart in dem Statorkern angeordnet ist, dass der zweite Pfad für jede der radialen Schichten gleich oft in den ungeraden Nuten wie in den geraden Nuten angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Haarnadelwicklung ferner einen dritten Pfad von dritten miteinander verbundenen Haarnadeln, der derart in dem Statorkern angeordnet ist, dass der dritte Pfad für jede der radialen Schichten gleich oft in den ungeraden Nuten wie in den geraden Nuten angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Haarnadelwicklung ferner einen vierten Pfad von vierten miteinander verbundenen Haarnadeln, der derart in dem Statorkern angeordnet ist, dass der vierte Pfad für jede der radialen Schichten gleich oft in den ungeraden Nuten wie in den geraden Nuten angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform weisen der erste, der zweite, der dritte und der vierte Pfad die gleiche Phase der elektrischen Maschine auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine erste Nullleiterbrücke und eine zweite Nullleiterbrücke gekennzeichnet, wobei der erste und der zweite Pfad mit der ersten Nullleiterbrücke verbunden sind und der dritte und der vierte Pfad mit der zweiten Nullleiterbrücke verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der erste Pfad reguläre Nadeln, Nadeln mit kurzer Steigung und Nadeln mit langer Steigung, wobei eine Anzahl an regulären Nadeln gleich einer Summe der Nadeln mit langer Steigung und der Nadeln mit kurzer Steigung ist und wobei eine gleiche Anzahl an Nadeln mit kurzer Steigung und Nadeln mit langer Steigung vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der erste Pfad reguläre Nadeln, Nadeln mit kurzer Steigung und Nadeln mit langer Steigung, wobei alle der Nadeln mit kurzer Steigung in ersten gleichen der Nuten angeordnet sind und alle der Nadeln mit langer Steigung in zweiten gleichen der Nuten angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Haarnadelwicklung ferner einen zweiten Pfad von zweiten miteinander verbundenen Haarnadeln, der eine gleiche Phase wie der erste Pfad aufweist, und ist der zweite Pfad derart in dem Statorkern angeordnet, dass der zweite Pfad für jede der radialen Schichten gleich oft in den ungeraden und den geraden Nuten angeordnet ist, wobei der zweite Pfad reguläre Nadeln, Nadeln mit kurzer Steigung und Nadeln mit langer Steigung beinhaltet und wobei alle der Nadeln mit kurzer Steigung in dritten gleichen der Nuten angeordnet sind und alle der Nadeln mit langer Steigung in vierten gleichen der Nuten angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die regulären Nadeln eine Spannweite von N Nuten auf, weisen die Nadeln mit kurzer Steigung ein Spannweite von N-1 Nuten auf und weisen die mit langer Steigung eine Spannweite von N+1 Nuten auf.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Statorkern achtundvierzig Nuten, acht Pole, acht Nadelpositionen und vier radiale Schichten, wobei N gleich sechs.
Gemäß einer Ausführungsform sind die zweiten gleichen der Nuten im Wesentlichen diametral zu den ersten gleichen der Nuten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Nuten definiert, wobei jede Nut radiale Nadelpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren; und eine erste Phase einer Haarnadelwicklung, die Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von ersten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen ersten Wicklungspfad zu bilden, wobei die ersten Haarnadeln erste Nadeln mit kurzer Steigung und erste Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der erste Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der ersten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der ersten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet ist, und eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen zweiten Wicklungspfad zu bilden, wobei die zweiten Haarnadeln zweite Nadeln mit kurzer Steigung und zweite Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der zweite Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der zweiten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der zweiten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Nuten abwechselnd zwischen ungeraden und geraden der Nuten angeordnet, wobei der erste Pfad gleich oft in den ungeraden der Nuten und den geraden der Nuten angeordnet ist und der zweite Pfad gleich oft in den ungeraden der Nuten und den geraden der Nuten angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind alle der ersten Nadeln mit langer Steigung in ersten gleichen der Nuten angeordnet und sind alle der ersten Nadeln mit kurzer Steigung in zweiten gleichen der Nuten angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform sind alle der zweiten Nadeln mit langer Steigung in dritten gleichen der Nuten angeordnet und sind alle der zweiten Nadeln mit kurzer Steigung in vierten gleichen der Nuten angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform befinden sich die ersten gleichen der Nuten innerhalb einer ersten Spannweite von Nuten, und befinden sich die vierten gleichen der Nuten innerhalb der ersten Spannweite von Nuten, wobei sich die dritten gleichen der Nuten innerhalb einer zweiten Spannweite von Nuten befinden und sich die zweiten gleichen der Nuten innerhalb der zweiten Spannweite von Nuten befinden.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die erste Phase ferner Folgendes: eine Vielzahl von dritten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen dritten Wicklungspfad zu bilden, wobei die dritten Haarnadeln dritte Nadeln mit kurzer Steigung und dritte Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der dritte Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der dritten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der dritten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind, und eine Vielzahl von vierten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen vierten Wicklungspfad zu bilden, wobei die vierten Haarnadeln vierte Nadeln mit kurzer Steigung und vierte Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der vierte Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der vierten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der vierten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind vordere Schenkel der ersten Nadeln mit langer Steigung in einer gleichen der Nuten wie hintere Schenkel der vierten Nadeln mit kurzer Steigung angeordnet, wobei die vorderen Schenkel der zweiten Nadeln mit kurzer Steigung in einer gleichen der Nuten wie hintere Schenkel der dritten Nadeln mit langer Steigung angeordnet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Nuten definiert, wobei jede Nut radiale Nadelpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren; und eine erste Phase einer Haarnadelwicklung, die Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von ersten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen ersten Wicklungspfad zu bilden, wobei die ersten Haarnadeln erste Nadeln mit kurzer Steigung und erste Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der erste Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der ersten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der ersten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind, eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen zweiten Wicklungspfad zu bilden, wobei die zweiten Haarnadeln zweite Nadeln mit kurzer Steigung und zweite Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der zweite Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der zweiten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der zweiten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind, eine Vielzahl von dritten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen dritten Wicklungspfad zu bilden, wobei die dritten Haarnadeln dritte Nadeln mit kurzer Steigung und dritte Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der dritte Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der dritten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der dritten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind, und eine Vielzahl von vierten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen vierten Wicklungspfad zu bilden, wobei die vierten Haarnadeln vierte Nadeln mit kurzer Steigung und vierte Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der vierte Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der vierten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der vierten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind; eine erste Nullleiterbrücke, die mit dem ersten und dem zweiten Pfad verbunden ist, und eine zweite Nullleiterbrücke, die mit dem dritten und vierten Pfad verbunden ist.

Claims

Elektrische Maschine, die Folgendes umfasst: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Nuten definiert, die zwischen ungeraden und geraden Nuten wechseln, wobei jede Nut radiale Nadelpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren; und eine Haarnadelwicklung, die einen ersten Pfad von miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, der derart in dem Statorkern angeordnet ist, dass der erste Pfad für jede der radialen Schichten gleich oft in den ungeraden Nuten wie in den geraden Nuten angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Haarnadelwicklung ferner einen zweiten Pfad von zweiten miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, der derart in dem Statorkern angeordnet ist, dass der zweite Pfad für jede der radialen Schichten gleich oft in den ungeraden Nuten wie in den geraden Nuten angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, wobei die Haarnadelwicklung ferner einen dritten Pfad von dritten miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, der derart in dem Statorkern angeordnet ist, dass der dritte Pfad für jede der radialen Schichten gleich oft in den ungeraden Nuten wie in den geraden Nuten angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei die Haarnadelwicklung ferner einen vierten Pfad von vierten miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, der derart in dem Statorkern angeordnet ist, dass der vierte Pfad für jede der radialen Schichten gleich oft in den ungeraden Nuten wie in den geraden Nuten angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei der erste, der zweite, der dritte und der vierte Pfad die gleiche Phase der elektrischen Maschine aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, die ferner eine erste Nullleiterbrücke und eine zweite Nullleiterbrücke umfasst, wobei der erste und der zweite Pfad mit der ersten Nullleiterbrücke verbunden sind und der dritte und der vierte Pfad mit der zweiten Nullleiterbrücke verbunden sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der erste Pfad reguläre Nadeln, Nadeln mit kurzer Steigung und Nadeln mit langer Steigung beinhaltet, wobei eine Anzahl an regulären Nadeln gleich einer Summe der Nadeln mit langer Steigung und der Nadeln mit kurzer Steigung ist und wobei eine gleiche Anzahl an Nadeln mit kurzer Steigung und mit langer Steigung vorliegt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der erste Pfad reguläre Nadeln, Nadeln mit kurzer Steigung und Nadeln mit langer Steigung beinhaltet und wobei alle der Nadeln mit kurzer Steigung in ersten gleichen der Nuten angeordnet sind und alle der Nadeln mit langer Steigung in zweiten gleichen der Nuten angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, wobei die Haarnadelwicklung ferner einen zweiten Pfad von zweiten miteinander verbundenen Haarnadeln beinhaltet, der eine gleiche Phase wie der erste Pfad aufweist, und der zweite Pfad derart in dem Statorkern angeordnet ist, dass der zweite Pfad für jede der radialen Schichten gleich oft in den ungeraden und den geraden Nuten angeordnet ist, und wobei der zweite Pfad reguläre Nadeln, Nadeln mit kurzer Steigung und Nadeln mit langer Steigung beinhaltet und wobei alle der Nadeln mit kurzer Steigung in dritten gleichen der Nuten angeordnet sind und alle der Nadeln mit langer Steigung in vierten gleichen der Nuten angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 9, wobei die regulären Nadeln eine Spannweite von N Nuten aufweisen, die Nadeln mit kurzer Steigung ein Spannweite von N-1 Nuten aufweisen und die Nadeln mit langer Steigung eine Spannweite von N+1 Nuten aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 9, wobei der Statorkern achtundvierzig Nuten, acht Pole, acht Nadelpositionen und vier radiale Schichten beinhaltet, und wobei N gleich sechs ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, wobei die zweiten gleichen der Nuten im Wesentlichen diametral zu den ersten gleichen der Nuten ist.
Elektrische Maschine, die Folgendes umfasst: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Nuten definiert, wobei jede Nut radiale Nadelpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren; und eine erste Phase einer Haarnadelwicklung, die Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von ersten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen ersten Wicklungspfad zu bilden, wobei die ersten Haarnadeln erste Nadeln mit kurzer Steigung und erste Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der erste Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der ersten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der ersten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind, und eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen zweiten Wicklungspfad zu bilden, wobei die zweiten Haarnadeln zweite Nadeln mit kurzer Steigung und zweite Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der zweite Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der zweiten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der zweiten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 13, wobei die Nuten abwechselnd zwischen ungeraden und geraden der Nuten angeordnet sind und wobei der erste Pfad gleich oft in den ungeraden der Nuten und den geraden der Nuten angeordnet ist und der zweite Pfad gleich oft in den ungeraden der Nuten und den geraden der Nuten angeordnet ist.
Elektrische Maschine, die Folgendes umfasst: einen Statorkern, der in Umfangsrichtung angeordnete Nuten definiert, wobei jede Nut radiale Nadelpositionen aufweist, die in benachbarten Paaren angeordnet sind, um radiale Schichten zu definieren; und eine erste Phase einer Haarnadelwicklung, die Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von ersten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen ersten Wicklungspfad zu bilden, wobei die ersten Haarnadeln erste Nadeln mit kurzer Steigung und erste Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der erste Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der ersten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der ersten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind, eine Vielzahl von zweiten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen zweiten Wicklungspfad zu bilden, wobei die zweiten Haarnadeln zweite Nadeln mit kurzer Steigung und zweite Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der zweite Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der zweiten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der zweiten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind, eine Vielzahl von dritten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen dritten Wicklungspfad zu bilden, wobei die dritten Haarnadeln dritte Nadeln mit kurzer Steigung und dritte Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der dritte Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der dritten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der dritten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind, und eine Vielzahl von vierten Haarnadeln, die ohne eine Überbrückung miteinander verbunden sind, um einen vierten Wicklungspfad zu bilden, wobei die vierten Haarnadeln vierte Nadeln mit kurzer Steigung und vierte Nadeln mit langer Steigung beinhalten, wobei der vierte Pfad derart in entsprechenden der Nuten angeordnet ist, dass eine der vierten Nadeln mit kurzer Steigung und eine der vierten Nadeln mit langer Steigung in jeder der radialen Schichten angeordnet sind; eine erste Nullleiterbrücke, die mit dem ersten und dem zweiten Pfad verbunden ist, und eine zweite Nullleiterbrücke, die mit dem dritten und vierten Pfad verbunden ist.