DE102021108486A1

DE102021108486A1 - Elektrische maschine mit haarnadelwicklungen

Info

Publication number: DE102021108486A1
Application number: DE102021108486.5A
Authority: DE
Inventors: Adeeb Ahmed; Jacob Krizan
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2021-04-05
Publication date: 2021-10-07
Also published as: US20210313856A1; US11368066B2; CN113497506A

Abstract

Diese Offenbarung stellt eine elektrische Maschine mit Haarnadelwicklungen bereit. Eine elektrische Maschine beinhaltet einen Statorkern, der Nuten definiert, und eine Wicklung, die in dem Kern angeordnet ist und drei Phasen aufweist. Jede der Phasen weist mindestens zwei parallele Pfade auf, die Haarnadeln beinhalten, die miteinander verbunden sind, um mindestens zwei durchgehende Schaltkreise zwischen einem Anschluss und einem Neutralleiter zu bilden. Die Haarnadeln jedes Pfads beinhalten: eine erste Art von Haarnadeln (erste Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die durch eine Spannweite von fünf Nuten voneinander beabstandet sind; eine zweite Art von Haarnadeln (zweite Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die durch eine Spannweite von sieben Nuten voneinander beabstandet sind; und eine dritte Art von Haarnadeln (erste Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die durch eine Spannweite von fünf oder sieben Nuten beabstandet sind.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft elektrische Maschinen und insbesondere elektrische Maschinen, die Haarnadelwicklungen beinhalten.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge, wie etwa vollelektrische Fahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge, enthalten eine Traktionsbatteriebaugruppe, die als Energiequelle für das Fahrzeug dient. Die Traktionsbatterie kann Komponenten und Systeme zum unterstützenden Verwalten der Fahrzeugleistung sowie von Fahrzeugvorgängen aufweisen. Die Traktionsbatterie kann außerdem Hochspannungskomponenten und ein Luft- oder Flüssigkeitswärmeverwaltungssystem beinhalten, um die Temperatur der Batterie zu steuern. Die Traktionsbatterie ist elektrisch mit einer elektrischen Maschine verbunden, die Drehmoment für angetriebene Räder bereitstellt. Elektrische Maschinen beinhalten typischerweise einen Stator und einen Rotor, die zusammenwirken, um elektrische Energie in mechanische Bewegung oder umgekehrt umzuwandeln.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine einen Statorkern, der Nuten mit einer Vielzahl von radialen Positionen definiert, zu denen eine innere Position, eine äußere Position und ein Paar von mittleren Positionen gehören. Eine zweischichtige Wicklung ist in dem Kern angeordnet und weist einen ersten und einen zweiten parallelen Pfad auf, die jeweils Haarnadeln beinhalten, die direkt miteinander verbunden sind, um einen durchgehenden Schaltkreis zwischen einem Anschluss und einem Neutralleiter ohne Verwendung von Jumper zu bilden. Jede der Haarnadeln beinhaltet einen ersten Schenkel, der in einer der Nuten angeordnet ist, einen zweiten Schenkel, der in einer anderen der Nuten angeordnet ist, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, und mindestens eine sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit einem der Schenkel verbunden ist. Für jeden der Pfade sind bei einer ersten Untergruppe der Haarnadeln (erste Haarnadeln) der erste und der zweite Schenkel an der inneren Position angeordnet und sind bei einer zweiten Untergruppe der Haarnadeln (zweite Haarnadel) der erste und der zweite Schenkel an der äußeren Position angeordnet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine einen Statorkern, der Nuten definiert, und eine in dem Kern angeordnete Wicklung mit drei Phasen. Jede der Phasen weist mindestens zwei parallele Pfade auf, die Haarnadeln beinhalten, die miteinander verbunden sind, um mindestens zwei durchgehende Schaltkreise zwischen einem Anschluss und einem Neutralleiter zu bilden. Die Haarnadeln jedes Pfads beinhalten: eine erste Art von Haarnadeln (erste Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die durch eine Spannweite von fünf Nuten voneinander beabstandet sind; eine zweite Art von Haarnadeln (zweite Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die durch eine Spannweite von sieben Nuten voneinander beabstandet sind; und eine dritte Art von Haarnadeln (erste Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die durch eine Spannweite von fünf oder sieben Nuten beabstandet sind.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine einen Statorkern, der Nuten mit einer Vielzahl von radialen Positionen definiert, und jumperlose Wicklungen, die in dem Kern angeordnet sind und in drei Phasen eingerichtet sind, die jeweils mindestens zwei Pfade mit Haarnadeln aufweisen, die miteinander verbunden sind, um mindestens zwei durchgehende Schaltkreise zwischen einem Anschluss und einem Neutralleiter zu bilden. Die Haarnadeln jedes Pfades beinhalten: eine erste Art von Haarnadeln (erste Haarnadeln), die jeweils einen ersten Schenkel, einen zweiten Schenkel, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, eine sich nach außen erstreckende Verdrehung, die mit dem ersten Schenkel verbunden ist, und eine sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem zweiten Schenkel verbunden ist, aufweisen, wobei die Schenkel um eine Spannweite von fünf Nuten voneinander beabstandet sind und sich an einer selben ersten der radialen Positionen befinden, eine zweite Art von Haarnadeln (zweite Haarnadeln), die jeweils einen ersten Schenkel, einen zweiten Schenkel, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, eine sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem ersten Schenkel verbunden ist, und eine sich nach außen erstreckende Verdrehung, die mit dem zweiten Schenkel verbunden ist, aufweisen, wobei die Schenkel um eine Spannweite von sieben Nuten voneinander beabstandet sind und sich an einer selben zweiten der radialen Positionen befinden; und eine dritte Art von Haarnadeln (dritte Haarnadeln), die jeweils einen ersten Schenkel, der an einer dritten der radialen Positionen angeordnet ist, einen zweiten Schenkel, der an einer vierten der radialen Positionen angeordnet ist, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, eine erste sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem ersten Schenkel verbunden ist, und eine zweite sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem zweiten Schenkel verbunden ist, aufweisen, wobei die Schenkel um eine Spannweite von fünf oder sieben Nuten voneinander beabstandet sind. In mindestens einer der Nuten ist nur eine der Phasen angeordnet und in mindestens einer der Nuten sind zwei der Phasen angeordnet.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine.
2 ist eine Querschnittsendansicht eines Stators der elektrischen Maschine.
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wicklung der elektrischen Maschine mit Schenkeln der Haarnadeln, die zur Veranschaulichung wesentlich verkürzt sind.
4A ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Haarnadelart.
4B ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Haarnadelart.
4C ist eine perspektivische Ansicht einer dritten Haarnadelart.
4D ist eine perspektivische Ansicht einer vierten Haarnadelart.
4E ist eine perspektivische Ansicht einer fünften Haarnadelart.
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts aus 2.
6 ist eine Wicklungsdarstellung einer U-Phase der Wicklungen aus dem Betrachtungswinkel einer Schweißnahtseite (auch als Verdrehungsseite bekannt) des Stators.
7 ist eine Detailansicht der U-Phasen-Wicklungsdarstellung, die einen Block eines ersten Pfades der U-Phase zeigt.
8 ist eine Wicklungsdarstellung einer V-Phase der Wicklungen aus dem Betrachtungswinkel der Schweißnahtseite des Stators.
9 ist eine Wicklungsdarstellung einer W-Phase der Wicklungen aus dem Betrachtungswinkel der Schweißnahtseite des Stators.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dieser Schrift sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung 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 könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind in der vorliegenden Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine 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 ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen 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.
Bezogen auf 1 kann eine elektrische Maschine 20 mit Haarnadeln in einem Fahrzeug, wie etwa einem vollelektrischen Fahrzeug oder einem Hybridelektrofahrzeug, verwendet werden. Die elektrische Maschine 20 kann als Elektromotor, Traktionsmotor, 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 Leistung 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) aufweisen. Ein Elektrolyt ermöglicht, dass sich Ionen während der Entladung zwischen der Anode und Kathode bewegen und sich dann während der Aufladung zurückbewegen. Anschlüsse ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus den Zellen fließt.
Die Traktionsbatterie kann elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen verbunden sein. Die Leistungselektronikmodule können elektrisch mit den elektrischen Maschinen 20 verbunden sein und können die Möglichkeit bereitstellen, elektrische Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie und der elektrischen Maschine 20 zu übertragen. Zum Beispiel 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.
Bezogen 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, 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, jedoch kann der Kern 32 in anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Nuten und/oder Pole beinhalten. Der Kern 32 kann zum Beispiel zweiundsiebzig Nuten definieren und 12 Pole aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform beträgt jede Nut 30 elektrische Grad. Die elektrische Maschine 20 kann eine Zweischichtmaschine sein, was bedeutet, dass einige der Nuten mehr als eine Phase enthalten. In der dargestellten Ausführungsform enthält die Hälfte der Nuten zwei Phasen und beinhaltet die andere Hälfte der Nuten eine einzelne Phase. 1 Dies steht im Gegensatz zu einer einschichtigen Maschine, bei der jede Nut nur eine einzige Phase enthält.
Die Nuten 34 sind durch einen umlaufenden Abstand, gemessen zwischen den Mittellinien zweier benachbarter Nuten, beabstandet. Dieser Abstand kann als eine Abstandseinheit verwendet werden (hier nachfolgend „eine Nut“), um andere Komponenten des Stators 22 in Beziehung zu setzen und zu messen. Die Wegeinheit „Nut“ wird gelegentlich auch als „Nutteilung“ oder „Nutspannweite“ bezeichnet.
Bezogen auf die 2 und 3 kann die elektrische Maschine 20 Haarnadelwicklungen 40 beinhalten, die in den Nuten 34 des Kerns 32 platziert sind. Haarnadelwicklungen sind eine aufkommende Technik, welche die Effizienz für elektrische Maschinen, die in Fahrzeugen und anderen Anwendungen verwendet werden, verbessert. Die Haarnadelwicklungen 40 verbessern die Effizienz durch Bereitstellen einer größeren Menge von Statorleitern, um den Widerstand der Wicklung 40 zu verringern, ohne in den Raum einzudringen, der für den Elektrostahl und den Magnetflusspfad reserviert ist.
Eine Herausforderung bezüglich einer Haarnadelwicklung 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 Phasenwindungszahl, sodass die Drehmoment-Drehzahl-Kurve alle erforderlichen Betriebspunkte abdeckt. Bei herkömmlichen Litzenwicklungen aus langen Drähten, die parallel geschaltet sind, wird die gewünschte Phasenwindungszahl 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 Techniken identisch sind, ist es bei einer Haarnadelwicklung nicht praktikabel, so viele Windungen pro Spule wie in einer Litzenwicklung zu haben. Jede Haarnadel muss mittels Schweißen, Löten oder dergleichen mit der nächsten Haarnadel verbunden werden und muss gemäß einer spezifischen Form verdreht sein, um die Verbindung möglich zu machen. Dadurch sind die Anzahl und Größe der Leiter begrenzt, die in eine einzelne Nut eingepasst werden können. Eine weitere Herausforderung besteht darin, Parallelschaltungen zu schaffen, die symmetrisch sind und relativ komplexe Verbindungen aufweisen. Zwei Pfade sind ausgeglichen, wenn ihre Flussverkettung gleich und die Spannung gleich ist.
Die elektrische Maschine 20 löst diese und andere Probleme, ohne dass Jumper nötig sind. Ein Jumper ist ein Leiter, der zum Verbinden von Haarnadeln verwendet wird, die in dem elektrischen Pfad benachbart sind, aber nicht physisch benachbart sind, wodurch eine direkte Verbindung unmöglich wird. Ein Jumper erstreckt sich nicht durch die Nuten, sondern um die Endfläche oder den Kern. 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 zwei oder mehr parallelen Pfaden von Wicklungen angeordnet sind. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jede Phase zwei parallele Pfade. In anderen Ausführungsformen kann jede Phase mehr oder weniger parallele Pfade beinhalten.
Die Haarnadeln sind im Allgemeinen U-förmig, wobei jede derart verdreht ist, dass sie ein Paar Schenkel beinhaltet, die durch eine Krone verbunden sind. Die Haarnadeln werden in den Statorkern 32 eingebaut, indem die Schenkel durch entsprechende der Nuten 34 eingeführt werden. Sämtliche Haarnadeln können von dem selben 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 verdreht, um Verdrehungen zu bilden, die mit den Verdrehungen anderer Haarnadeln verbunden werden. Die Enden entsprechender Verdrehungen werden durch eine Verbindung, wie etwa eine Schweißnaht 48, zusammengefügt. Das Ende 36 kann als das Kronenende bezeichnet werden und das Ende 38 kann als das Schweißnahtende (oder Verdrehungsende) bezeichnet werden. Die Haarnadeln bestehen typischerweise aus Leiterstäben mit einem rechteckigen Querschnitt, jedoch können die Haarnadeln eine kreisförmige oder andere Querschnittsform aufweisen.
Die U-Phase kann einen ersten Pfad 44 und einen zweiten Pfad 46 beinhalten. Die Pfade 44, 46 sind ausgeglichen und parallel. Jeder Pfad kann in den geraden und ungeraden Nuten gleichmäßig angeordnet sein, z.B. weist der Pfad 44 24 Schenkel in geraden Nuten und 24 Schenkel in ungeraden Nuten auf. Die Pfade werden durch mehrere miteinander verbundene Nadeln 42 gebildet, die, sobald sie verbunden sind, eine kontinuierliche Schaltung bilden. Jeder der Pfade beinhaltet ein erstes Ende, das an einem U-Phasen-Anschluss 50 beginnt, und ein zweites Ende, das an einer Neutralleiterverbindung endet. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die elektrische Maschine 20 eine einzelne Nulleiterschiene 52, in anderen Ausführungsformen können jedoch mehrere Nulleiterschienen verwendet werden. Der erste und der zweite Pfad 44, 46 sind mit der Nulleiterverbindung 52 nahe 53 verbunden. Die Pfade 44, 46 sind an dem Anschluss 50 miteinander verbunden, der sich nahe dem Außendurchmesser (AD) 29 des Statorkerns befindet. Der erste und der zweite Pfad 44, 46 beginnen in der Nähe des AD. Der erste und der zweite Pfad 44, 46 weisen eine Kronengeometrie mit fünf und sieben Teilungen an der radial äußersten und innersten Position auf. Die Auswahl der Kronengeometrie mit fünf und sieben Teilungen wird gewählt, um eine identische Belegung der elektromagnetischen Nut zwischen zwei Pfaden sicherzustellen, ohne dass die Kronen- und Verdrehungsseitengeometrie physisch behindert wird. Der erste und der zweite Pfad 44, 46 können sich im Zickzack entgegen dem Uhrzeigersinn (wenn man das Ende 38 betrachtet) durch die Nuten 34 wickeln (vorschieben) und in der Nähe des AD 29 an der Neutralleiterverbindung 52 enden. Der erste und der zweite Pfad 44, 46 können zickzackförmig sein, was dazu führt, dass die Pfade den Statorkern nur einmal umgeben. Dies steht im Gegensatz zu den meisten Haarnadelmotoren, bei denen mehrere Statorumdrehungen erforderlich sind, um von dem ID zu dem AD zu gelangen. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jeder der Pfade vierundzwanzig Nadeln, die von einem Ende zum anderen miteinander verbunden sind, um einen durchgehenden Leiter zwischen dem Anschluss 50 und der Neutralleiterverbindung 52 zu bilden, ohne dass Jumper nötig sind.
Die V-Phase kann einen ersten Pfad 56 und einen zweiten Pfad 58 beinhalten. Die Pfade 56, 58 sind ausgeglichen und parallel. Die Pfade sind durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Nadeln 64 gebildet. Jeder der Pfade beinhaltet ein erstes Ende, das an dem V-Phasen-Anschluss 66 beginnt, und ein zweites Ende, das an der Neutralleiterverbindung 52 nahe 55 endet. (In einer anderen Ausführungsform können die U- und die V-Phase getrennte Nulleiterschienen aufweisen.) Die Pfade 56, 58 sind an dem Anschluss 66 miteinander verbunden, der sich nahe dem AD 29 des Statorkerns befindet. Der erste und der zweite Pfad 56, 58 beginnen in der Nähe des AD 29 des Statorkerns, um sich mit dem Anschluss 66 zu verbinden. Der erste und der zweite Pfad 56, 58 weisen eine Kronengeometrie mit fünf und sieben Teilungen an der radial äußersten und innersten Position auf. Die Auswahl der Kronengeometrie mit fünf und sieben Teilungen wird gewählt, um eine identische Belegung der elektromagnetischen Nut zwischen zwei Pfaden sicherzustellen, ohne dass die Kronen- und Verdrehungsseitengeometrie physisch behindert wird. Der erste und der zweite Pfad 56, 58 sind entgegen dem Uhrzeigersinn im Zickzack durch die Nuten 34 gewickelt und enden nahe dem AD 29 an der Nulleiterverbindung 52. Der erste und der zweite Pfad 56, 58 können sich nur einmal, wie die U-Phase, um den Statorkern wickeln. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jeder der Pfade 56, 58 vierundzwanzig Nadeln, die von einem Ende zum anderen miteinander verbunden sind, um einen durchgehenden Leiter zwischen dem Anschluss 66 und der Neutralleiterverbindung 52 zu bilden, ohne dass Jumper nötig sind.
Die W-Phase kann einen ersten Pfad 70 und einen zweiten Pfad 72 beinhalten. Die Pfade 70, 72 sind ausgeglichen und parallel. Die Pfade werden durch eine Vielzahl von miteinander verbundenen Nadeln 78 gebildet. Jeder der Pfade beinhaltet ein erstes Ende, das an dem W-Phasen-Anschluss 80 beginnt, und ein zweites Ende, das an der Neutralleiterverbindung 52 nahe 57 endet oder einen dedizierten Neutralleiter aufweist. Die Pfade 70, 72 sind an dem Anschluss 80 miteinander verbunden, der sich nahe dem AD 29 des Statorkerns befindet. In anderen Ausführungsformen können sich die U-, V- oder W-Phasen-Anschlüsse in der Nähe des ID 28 befinden. Der erste und der zweite Pfad 70, 72 beginnen in der Nähe des AD 29 des Statorkerns. Der erste und der zweite Pfad 70, 72 sind entgegen dem Uhrzeigersinn durch die Nuten 34 gewickelt und enden nahe dem AD 29 an der Nulleiterverbindung 52. Somit bewegen sich alle Pfade der gesamten Phase in die gleiche Richtung. Der erste und der zweite Pfad 70, 72 können eine Kronengeometrie mit fünf und sieben Teilungen an der radial äußersten und innersten Position aufweisen. Die Auswahl der Kronengeometrie mit fünf und sieben Teilungen wird gewählt, um eine identische Belegung der elektromagnetischen Nut zwischen zwei Pfaden sicherzustellen, ohne dass die Kronen- und Verdrehungsseitengeometrie physisch behindert wird. Der erste und der zweite Pfad 70, 72 können sich nur einmal im Zickzack um den Statorkern wickeln. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet jeder der Pfade vierundzwanzig Nadeln, die von einem Ende zum anderen miteinander verbunden sind, um einen durchgehenden Leiter zwischen dem Anschluss 80 und der Neutralleiterverbindung 52 zu bilden. Die Anschlüsse 50, 66 und 80 können zusätzliche Leitungen beinhalten, um sich mit dem Wechselrichter zu verbinden und Spannung von dem Wechselrichter aufzunehmen, wodurch drehmomenterzeugender Strom in den Wicklungspfaden erzeugt wird, der den Rotor 24 dazu veranlasst, sich innerhalb des Stators 22 zu drehen.
Die Haarnadeln jedes der Pfade können eine oder mehrere Arten von Haarnadeln einschließen. Verschiedene Arten von Haarnadeln können sich in Form und/oder Größe unterscheiden. Die Haarnadeln der Maschine 20 können zwei Hauptarten einschließen: Haarnadeln, bei denen sich beide Verdrehungen nach innen erstrecken (z. B. 4A, 4B, 4E), und Nadeln, bei denen sich eine Verdrehung nach außen und eine Verdrehung nach innen erstreckt (z. B. 4C und 4D).
Unter Bezugnahme auf 4A kann eine beispielhafte erste Innennadel 90 einen ersten Schenkel 98 beinhalten, der an einem Scheitelpunkt 102 mit einem zweiten Schenkel 100 verbunden ist. (Die Nadeln sind nicht maßstabsgetreu und die Schenkel sind zur Veranschaulichung gekürzt.) Der Scheitelpunkt 102 kann die Schenkel radial versetzen, um die Schenkel in unterschiedlichen Nutpositionen zu platzieren. Der Scheitelpunkt 102 kann durch eine Verdrehung gebildet sein, welche 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 Nadeln 90 können eine Spannweite aufweisen, die gleich der Anzahl an Nuten pro Pol ist, was in der veranschaulichten Ausführungsform sechs Nuten sind. Wenn also der erste Schenkel 98 in der Nut 1 wäre, dann befände sich der zweite Schenkel 100 in der Nut 7. Der 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 verbunden. Der Schenkel 98 beinhaltet zudem eine Verdrehung 110, die an einer zweiten Biegung 108 nach innen 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 102 können gemeinsam als Krone bezeichnet. Der gerade Abschnitt 101 und der abgewinkelte Abschnitt 112 sind an einer ersten Biegung 114 verbunden. Der zweite Schenkel 100 beinhaltet zudem eine Verdrehung 120, die an einer zweiten Biegung 118 nach innen abgewinkelt ist. Die Verdrehungen 110, 120 sind zueinander abgewinkelt, sodass die Wicklung im Zickzack verläuft. Die Verdrehung 110 und die Verdrehung 120 können die gleiche Länge von drei Nuten aufweisen. Da beide Verdrehungen 110, 120 über die Nadel 90 zurückgefaltet sind, anstatt sich wie die meisten Haarnadeln weg zu erstrecken, weisen die Nadeln 90 eine relativ kurze Gesamtspanne von 6 Nuten auf. Die Nadel 90 kann hergestellt werden, indem zuerst der Scheitelpunkt 102, die ersten abgewinkelten Abschnitte 104, 112 und zwei sich erstreckende gerade Abschnitte ausgebildet werden. Dann wird die Nadel 90 in den Stator 22 eingebaut, indem die sich erstreckenden geraden Abschnitte in die Nuten 34 des Stators 22 eingeführt werden. Die zweiten Biegungen 108, 118 und die Verdrehungen 110, 120 werden ausgebildet, nachdem die Nadel 90 durch die Nuten eingebaut wurde, indem die sich erstreckenden Schenkel wie gewünscht gebogen werden. Die Nadeln 90 können in den radialen Positionen 2 und 3 verwendet werden, wie nachfolgend beschrieben.
Bezogen auf 4B kann eine beispielhafte zweite Innennadel 92 einen ersten Schenkel 122 beinhalten, der an einem Scheitelpunkt 126 mit einem zweiten Schenkel 124 verbunden ist. Der Scheitelpunkt 126 kann die Schenkel radial versetzen, um die Schenkel in unterschiedlichen Nutpositionen zu platzieren. Der Scheitelpunkt 126 kann durch eine Verdrehung gebildet sein, welche die Schenkel radial um die Abmessung einer Nadel in der radialen Richtung versetzt. Die Nadeln 92 können aus einem einzelnen Stück aus Metall, wie etwa Kupfer, Aluminium, Silber, oder aus einem beliebigen anderen elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Die Verdrehung 128 und die Verdrehung 130 können die gleiche Länge von drei Nuten aufweisen. Die Nadel 92 ist der Nadel 90 ähnlich, außer dass sie in den radialen Positionen 6 und 7 angeordnet ist und sich die Biegungsgeometrien geringfügig unterscheiden können.
Bezogen auf 4C kann eine beispielhafte erste Außenhaarnadel 94 einen ersten Schenkel 132 beinhalten, der an einem Scheitelpunkt 136 mit einem zweiten Schenkel 134 verbunden ist. (Diese Nadel kann je nach ihrer Platzierung in der Wicklung als Verbinder- oder Fügenadel bezeichnet werden.) Der Scheitelpunkt 136 kann so gebogen sein, dass sich jeder der Schenkel an einer selben Nutposition befindet. Die Nadeln 94 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 132 ist in einer der Nuten 34 angeordnet und der zweite Schenkel 134 ist in einer anderen der Nuten 34, die um eine Spannweite von Nuten beabstandet ist, angeordnet. Die Nadeln 94 weisen in der veranschaulichten Ausführungsform eine Spannweite von sieben Nuten auf. Der Schenkel 132 beinhaltet eine Verdrehung 136, die nach innen abgewinkelt ist, und der erste Schenkel 134 beinhaltet eine Verdrehung 138, die nach außen abgewinkelt ist. Das heißt, die Verdrehungen 136, 138 erstrecken sich in die gleiche Richtung. Die Verdrehungen 136, 138 können die gleiche Spannweite aufweisen, z. B. drei Nuten. Die Nadeln 94 können eine Gesamtspannweite von 10 Nuten aufweisen. Die Nadeln 94 können dem AD 29 am nächsten oder dem ID 28 am nächsten verwendet werden, z. B. in den Positionen 1 oder 8, je nachdem, zu welchem Pfad sie gehören.
Bezogen auf 4D kann eine beispielhafte zweite Außennadel 96 einen ersten Schenkel 140 beinhalten, der an einem Scheitelpunkt 148 mit einem zweiten Schenkel 142 verbunden ist. (Diese Nadel kann je nach ihrer Platzierung in der Wicklung als Verbinder- oder Fügenadel bezeichnet werden.) Der Scheitelpunkt 148 kann so gebogen sein, dass sich jeder der Schenkel an einer selben Nutposition befindet. Die Nadeln 94 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 140 ist in einer der Nuten 34 angeordnet und der zweite Schenkel 142 ist in einer anderen der Nuten 34, die um eine Spannweite von Nuten beabstandet ist, angeordnet. Die Nadeln 94 können in der veranschaulichten Ausführungsform eine Spannweite von fünf Nuten aufweisen. Der Schenkel 140 beinhaltet eine Verdrehung 144, die nach innen abgewinkelt ist, und der zweite Schenkel 142 beinhaltet eine Verdrehung 146, die nach außen abgewinkelt ist. Das heißt, die Verdrehungen 144, 146 erstrecken sich in die gleiche Richtung. Die Verdrehungen 144, 146 können die gleiche Spannweite aufweisen, z. B. drei Nuten. Die Nadeln 96 können eine Gesamtspannweite von acht Nuten aufweisen. Die Nadeln 96 können dem AD 29 am nächsten oder dem ID 28 am nächsten verwendet werden, je nachdem, zu welchem Pfad sie gehören.
Bezogen auf 4E kann eine beispielhafte dritte Innennadel 97 einen ersten Schenkel 105 aufweisen, der an einem Scheitelpunkt 109 mit einem zweiten Schenkel 107 verbunden ist. Der Scheitelpunkt 109 kann die Schenkel radial versetzen, um die Schenkel in unterschiedlichen Nutpositionen zu platzieren. Die Schenkel sind um entweder fünf oder sieben Nuten (dargestellt als sieben) voneinander beabstandet. Der Scheitelpunkt 109 kann durch eine Verdrehung gebildet sein, welche die Schenkel radial um die Abmessung einer Nadel in der radialen Richtung versetzt. Die Nadeln 97 können aus einem einzelnen Stück aus Metall, wie etwa Kupfer, Aluminium, Silber, oder aus einem beliebigen anderen elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Die Verdrehung 111 und die Verdrehung 113, die sich beide nach innen erstrecken, können die gleiche Länge von drei Nuten aufweisen. Im Gegensatz zu den Stiften 90 und 92 befinden sich die Enden 115 und 117 nicht an derselben Nut und sind stattdessen um eine Nut versetzt. Dies führt entweder zu der Lücke 119 in der Ausführungsform mit sieben Nuten oder zu einer Überkreuzung in der Ausführungsform mit fünf Nuten. Die Nadel 97 ist an einer mittleren Position, z. B. in den radialen Positionen 4 und 5, angeordnet.
Bezogen auf die 2 und 5 sind die Nuten 34 entgegen dem Uhrzeigersinn von 1 bis 48 nummeriert, wobei die Nuten mit ungeraden Zahlen der Übersichtlichkeit halber gekennzeichnet sind. Die Nuten 34 können Positionen in der radialen Richtung beinhalten, die als radiale Nutpositionen, radiale Positionen, Nutpositionen oder Positionen bezeichnet werden können. Jede Position stellt einen Nadelaufnahmebereich dar, der einen Schenkel einer Haarnadel aufnimmt. In der veranschaulichten Ausführungsform weist jede Nut 34 acht aufeinanderfolgende Positionen in einer linearen Eins-zu-Acht-Anordnung auf; andere Anordnungen werden jedoch in Erwägung gezogen. Somit beinhaltet in der veranschaulichten Ausführungsform jede Nut 34 acht Schenkel, einen in jeder Nutposition. Die Positionen sind mit 1 bis 8 gekennzeichnet, wobei die erste Position dem ID am nächsten und die achte Position dem AD am nächsten ist. Die Positionen 1 und 8 können als Außenpositionen und die Positionen 2-7 als Innenpositionen (oder Zwischenpositionen) bezeichnet werden. Die Zwischenpositionen können innere Zwischenpositionen, z. B. die Positionen 2 und 3, und äußere Zwischenpositionen, z. B. die Positionen 6 und 7, einschließen. Der Ausdruck „radiale Nutposition“ wird verwendet, um sowohl eine einzelne Position einer einzelnen Nut zu beschreiben als auch um sich auf die gemeinsamen Positionen an dieser radialen Stelle des Statorkerns 32 zu beziehen. (Die Nutpositionen werden mitunter als radiale Schichten bezeichnet, da die Nutpositionen ausgerichtet sind und gemeinsam konzentrische Ringe um den Statorkern bilden. Es ist wichtig anzumerken, dass sich diese radialen Schichten auf etwas anderes als die vorstehend beschriebenen ein- und zweischichtigen Wicklungsanordnungen beziehen, die sich auf die Anzahl der Phasen in jeder Nut beziehen.)
Bezogen auf 5 ist die veranschaulichte Wicklung 40 eine zweischichtige Wicklung. In der Nut 1 ist nur die U-Phase darin enthalten, jedoch enthält die Nut 2 sowohl die U-Phase als auch die W-Phase. Bei andren Nuten kann es sein, dass sie nur die V-Phase enthalten, nur die W-Phase enthalten, die U- und V-Phase enthalten oder die V- und W-Phase enthalten. Die Verschiebung für Einzel- zu Doppelphase kann im Mittelpunkt der Nuten erfolgen, z. B. beinhaltet eine Nut an den Positionen 5-8 nur die gleiche Phase und kann an den Positionen 1-4 eine andere Phase beinhalten oder umgekehrt.
Bezogen auf 6 wird eine Wicklungsdarstellung der U-Phase dargestellt. In der Maschine 20 können die Pfade in einem sich wiederholenden Muster von Blöcken 150 gewickelt sein. Jeder der Blöcke kann gleich sein, obwohl er in Umfangsrichtung zu verschiedenen Nuten verschoben ist. In einem Stator mit 48 Nuten beinhalten die Wicklungen vier Blöcke, die jeweils 12 aufeinanderfolgende Nuten enthalten. In dieser Beschreibung sind die Blöcke 150 an der Position 8 eingezeichnet, dies ist jedoch willkürlich. Jeder Block 150 beginnt am hinteren Ende der ersten Haarnadel und endet am vorderen Ende der letzten Haarnadel. Die Ausdrücke „vordere(r/s)‟ und „hintere(r/s)‟ beziehen sich auf die Position der Komponente relativ zur Vorschubrichtung durch den Pfad, wobei der Anschluss als Start und der Neutralleiter als Ende betrachtet werden. Jeder Block kann acht Haarnadeln beinhalten: eine Haarnadel 96, bei der es sich um die erste Haarnadel auf Pfad 44 handelt, eine Haarnadel 94, bei der es sich um die fünfte Haarnadel auf Pfad 44 handelt, zwei Haarnadeln 90 (an den Positionen 2 und 3), zwei Haarnadeln 92 (an den Positionen 6 und 7) und zwei Haarnadeln 97 (an den Positionen 4 und 5).
Einzigartig an dieser Anordnung ist, dass jeder Pfad 44, 46 von Wicklungen innerhalb jedes Blocks 150, z. B. innerhalb einer Spannweite von 12 Nuten, vom AD zum ID und zurück zum AD verläuft. Die meisten Wicklungsanordnungen sind in Umfangsrichtung gewickelt und erfordern eine oder mehrere Umdrehungen des Stators, um vom AD zum ID und zurück zu gelangen. Diese Wicklungsanordnung nutzt eine Zickzack-Route, um ein großes Ausmaß an radialer Verschiebung bei einem geringen Ausmaß an Umfangsverschiebung zu erreichen. Der Zickzack wird hauptsächlich durch die Innennadeln 90, 92 und 97 erzeugt, bei denen sich beide Verdrehungen nach innen erstrecken. Jeder Block 150 kann ein Paar von Unterblöcken 152, 154 beinhalten. Ein Unterblock bezieht sich auf eine Sammlung von Haarnadeln, die in einer radialen Richtung, d. h. von dem AD zu dem ID (Unterblock 152) oder von dem ID zu dem AD (Unterblock 154), verlaufen. In dem ersten Pfad 44 verbinden die Haarnadeln 94 die Unterblöcke 152 und 154 miteinander und werden die Haarnadeln 96 verwendet, um benachbarte Blöcke 150 miteinander zu verbinden.
Bezogen auf 7 beginnt der erste Block 150a des ersten Pfads 44 an der Nut 40 mit der ersten Haarnadel 156, die eine Außennadel 96 ist. Ein Ende der Verdrehung 146 befindet sich oberhalb der Nut 40 und ist durch eine Schweißnaht 160 mit der letzten Haarnadel des vierten Blocks verbunden, die eine Haarnadel 92 ist. Der hintere Schenkel 142 der Haarnadel 156 ist in der Nut 37 angeordnet und der vordere Schenkel 140 ist in der Nut 32 angeordnet. Beide Schenkel sind an der achten Position angeordnet. Die Krone 148 der Haarnadel 156 schiebt den Pfad 44 um fünf Nuten vor. Die Verdrehung 144 des vorderen Schenkels 140 verzögert dann den Pfad 44 um drei Nuten zurück. Die Verdrehung 128 der zweiten Haarnadel 158 verzögert den Pfad noch mehr um drei weitere Nuten, um den hinteren Schenkel 122 in der siebten Position der Nut 38 und den vorderen Schenkel 124 an der sechsten Position der Nut 32 zu platzieren. Die Verdrehung 128 ist durch eine Schweißnaht 160 mit der ersten Haarnadel 156 verbunden. Die Krone 126 der Haarnadel 158 schiebt den Pfad 44 um sechs Nuten vor und die Verdrehung 130 verzögert dann den Pfad 44 um drei Nuten nach hinten. Die dritte Haarnadel 162 ist von der Art 97. Die dritte Haarnadel 162 beinhaltet einen hinteren Schenkel 105, der an der fünften Position der Nut 38 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 107, der an der vierten Position der Nut 31 angeordnet ist. Die Schenkel 105 und 107 sind durch sieben Nuten voneinander beabstandet und die Verdrehung sind beide drei Nuten. Somit schiebt die Haarnadel 162 den Pfad 44 um eine Nut vor, um die zweischichtigen Wicklungen zu erzeugen. In einer anderen Ausführungsform kann die Haarnadel 162 eine Spannweite von fünf Nuten zwischen den Schenkeln aufweisen. Dies würde den Pfad 44 um eine Nut nach hinten verzögern, während immer noch zweischichtige Wicklungen erzeugt werden. Die vierte Haarnadel 164 ist von der Art 90. Die vierte Haarnadel 164 beinhaltet einen hinteren Schenkel 124, der an der sechsten Position der Nut 37 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 122, der an der siebten Position der Nut 31 angeordnet ist.
Die fünfte Nadel 166, die eine Fügenadel der Art 94 ist, ist zwischen der vierten Nadel 164 (letzte Nadel des Unterblocks 152) und der sechsten Nadel 168 (erste Nadel des Unterblocks 154) verbunden. Die hintere Verdrehung 138 ist mit der Haarnadel 164 verbunden und verzögert den Pfad 44 um drei Nuten, während die vordere Verdrehung 136 den Pfad 44 um drei Nuten vorschiebt. Der hintere Schenkel 134 der Nadel 166 ist an der ersten Position der Nut 37 angeordnet und der vordere Schenkel 132 ist an der ersten Position der Nut 30 angeordnet. Die vordere Verdrehung 136 schiebt um drei Nuten vor, um sich mit der sechsten Nadel 168 zu verbinden. Die sechste Nadel 168, die eine Innennadel 90 ist, beinhaltet einen hinteren Schenkel 100, der in der zweiten Position der Nut 24 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 98, der in der dritten Position der Nut 30 angeordnet ist. Im Gegensatz zu dem Unterblock 152 werden die Haarnadeln des Unterblocks 154 durch die Verdrehungen vorgeschoben und durch die Kronen verzögert. Die siebte Nadel 170, die eine Innennadel 97 ist, beinhaltet einen hinteren Schenkel 107, der an der vierten Position der Nut 24 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 105, der an der fünften Position der Nut 31 angeordnet ist. Die hintere Verdrehung 113 der siebten Nadel 170 ist mit der vorderen Verdrehung 110 der sechsten Nadel 168 verbunden. Die vordere Verdrehung 111 ist mit der nächsten Innennadel 92, der achten Nadel 172, verbunden. Die achte Nadel 172 weist einen hinteren Schenkel 124, der an der sechsten Position der Nut 25 angeordnet ist, und einen vorderen Schenkel 122, der an der siebten Position der Nut 31 angeordnet ist, auf. Die vordere Verdrehung 128 ist mit der Verbindernadel des nächsten Blocks 150 verbunden. Dieses Muster wiederholt sich um den Statorkern 32.
Der erste Block 150a des zweiten Pfads 46 beginnt an der Nut 41 mit der ersten Haarnadel 174, die eine Außennadel 94 ist. Ein Ende der Verdrehung 136 befindet sich oberhalb der Nut 41 und ist mit der letzten Haarnadel des vierten Blocks verschweißt. Der zweite Pfad 46 ist dem Pfad 44 ähnlich, außer dass der zweite Pfad die Nadeln 94 an der Position 8 und die Nadeln 96 an der Position 1 beinhaltet. Wie der Pfad 44 beinhaltet der Pfad 46 zudem die Nadeln 97 in der mittleren Nutposition, z. B. an den Positionen 4 und 5.
Erneut bezogen auf 6 erstrecken sich in der veranschaulichten Ausführungsform die Verdrehungen in jeder radialen Position von ihrem jeweiligen Schenkel in derselben Umfangsrichtung und weisen dieselbe Nutspannweite auf. Zum Beispiel weisen Haarnadeln, die Schenkel aufweisen, die sich an der ersten Position befinden, zugehörige Verdrehungen auf, die sich im Uhrzeigersinn erstrecken; weisen Haarnadeln, die Schenkel aufweisen, die sich an der zweiten Position befinden, zugehörige Verdrehungen auf, die sich gegen den Uhrzeigersinn erstrecken; weisen Haarnadeln, die Schenkel aufweisen, die sich an der dritten Position befinden, zugehörige Verdrehungen auf, die sich im Uhrzeigersinn erstrecken, usw. In Kombination mit den anderen vorstehend beschriebenen Merkmalen sind die zu verbindenden Verdrehungen damit nebeneinander angeordnet, sodass sie direkt verbunden werden können, ohne dass Jumper nötig sind. Dies kann auch für die anderen Phasen gelten.
Bezogen auf die 8 und 9 können die V- und die W-Phase der Wicklungen gleich der U-Phase, jedoch zu unterschiedlichen Nuten verschoben sein. Die V-Phase kann entgegen dem Uhrzeigersinn über vier Nuten verschoben sein, sodass die erste Nadel des Pfads 56 in den Nuten 5 und 48 angeordnet ist und die erste Nadel des Pfads 58 in den Nuten 6 und 47 angeordnet ist. Die W-Phase kann entgegen dem Uhrzeigersinn über acht Nuten von der U-Phase verschoben sein, sodass die erste Nadel des Pfads 70 in den Nuten 9 und 4 angeordnet ist und die erste Nadel des Pfads 72 in den Nuten 10 und 3 angeordnet ist. Siehe die Wicklungsdarstellungen für die verbleibenden Haarnadelpositionen.
Diese Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Wicklungsanordnungen beschränkt und zieht eine jede Wicklung mit ID- und AD-Haarnadeln mit Nutspannweiten von fünf bzw. sieben oder umgekehrt und mittlere Haarnadeln, die eine um eins höhere Spannweite, z. B. fünf oder sieben, als die anderen Zwischenhaarnadeln, z. B. eine Spannweite von sechs Nuten, aufweisen, in Betracht.
Wenngleich vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Ansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorangehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem/einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. 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 nach dem Stand 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 mit: einem Statorkern, der Nuten mit einer Vielzahl von radialen Positionen definiert, zu denen eine innere Position, eine äußere Position und ein Paar von mittleren Positionen gehören; und einer zweischichtigen Wicklung, die in dem Kern angeordnet ist und einen ersten und einen zweiten parallelen Pfad aufweist, die jeweils Haarnadeln beinhalten, die direkt miteinander verbunden sind, um einen durchgehenden Schaltkreis zwischen einem Anschluss und einem Neutralleiter ohne Verwendung von Jumpern zu bilden, wobei jede der Haarnadeln einen ersten Schenkel, der in einer der Nuten angeordnet ist, einen zweiten Schenkel, der in einer anderen der Nuten angeordnet ist, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, und mindestens eine sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit einem der Schenkel verbunden ist, beinhaltet und wobei auf jedem der Pfade bei einer ersten Untergruppe der Haarnadeln (ersten Haarnadeln) der erste und der zweite Schenkel an der inneren Position angeordnet sind und bei einer zweiten Untergruppe der Haarnadeln (zweiten Haarnadeln) der erste und der zweite Schenkel an der äußeren Position angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind auf jedem der Pfade bei einer dritten Untergruppe der Haarnadeln (dritten Haarnadeln) der erste Schenkel an einer der mittleren Positionen und der zweite Schenkel an der anderen der mittleren Positionen angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform weisen auf jedem der Pfade die ersten und die zweiten Haarnadeln voneinander verschiedene Nutspannweiten auf und weisen die dritten Haarnadeln die gleiche Nutspannweite wie eine der ersten und der zweiten Haarnadeln auf.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die ersten Haarnadeln eine Nutspannweite von sieben und weisen die zweiten Haarnadeln eine Nutspannweite von fünf auf.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die dritten Haarnadeln eine Nutspannweite von sieben auf.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die dritten Haarnadeln eine Nutspannweite von fünf auf.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die ersten Haarnadeln eine Nutspannweite von fünf auf und weisen die zweiten Haarnadeln eine Nutspannweite von sieben auf.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vielzahl von radialen Positionen ferner ein Paar von äußeren Zwischenpositionen zwischen der äußeren Position und den mittleren Positionen, und wobei auf jedem der Pfade bei einer vierten Untergruppe der Haarnadeln (vierten Haarnadeln) der erste Schenkel an einer der Zwischenpositionen angeordnet ist und der zweite Schenkel in der anderen der Zwischenpositionen angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform weisen auf jedem der Pfade die ersten und die zweiten Haarnadeln voneinander verschiedene Nutspannweiten auf, weisen die dritten Haarnadeln die gleiche Nutspannweite wie eine der ersten und zweiten Haarnadeln auf und weisen die vierten Haarnadeln eine Nutspannweite auf, die sich von den ersten Haarnadeln und den zweiten Haarnadeln unterscheidet.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die ersten Haarnadeln eine Nutspannweite von fünf auf, weisen die zweiten Haarnadeln eine Nutspannweite von sieben auf, weisen die dritten Haarnadeln eine Nutspannweite von sieben auf und weisen die vierten Haarnadeln eine Nutspannweite von sechs auf.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet auf jedem der Pfade eine dritte Untergruppe der Haarnadeln (dritte Haarnadeln) jeweils ferner eine weitere sich nach innen erstreckende Verdrehung auf, die sich von dem anderen der Schenkel erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Wicklung drei Phasen, die jeweils den ersten und den zweiten Pfad aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform definiert der Statorkern 48 Nuten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt mit: einen Statorkern, der Nuten definiert; und einer Wicklung, die in dem Kern angeordnet ist und drei Phasen aufweist, die jeweils mindestens zwei parallele Pfade aufweisen, die Haarnadeln beinhalten, die miteinander verbunden sind, um mindestens zwei durchgehende Schaltkreise zwischen einem Anschluss und einem Neutralleiter zu bilden, wobei die Haarnadeln jedes Pfad Folgendes beinhalten: eine erste Art von Haarnadeln (erste Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die um eine Spannweite von fünf Nuten voneinander beabstandet sind, eine zweite Art von Haarnadeln (zweite Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die um eine Spannweite von sieben Nuten voneinander beabstandet sind, und eine dritte Art von Haarnadeln (erste Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufwiesen, die um eine Spannweite von fünf oder sieben Nuten beabstandet sind.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Haarnadeln jedes Pfads ferner eine vierte Art von Haarnadeln (vierte Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die durch eine Spannweite von sechs Nuten voneinander beabstandet sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist jede der Haarnadeln ferner eine sich nach innen erstreckende Verdrehung auf, die mit dem einen der Schenkel verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist jede der ersten und der zweiten Haarnadeln ferner eine sich nach außen erstreckende Verdrehung auf, die mit dem anderen der Schenkel verbunden ist, und weist jede der dritten Haarnadeln ferner eine andere sich nach innen erstreckende Verdrehung auf, die mit dem zweiten Schenkel verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Nuten eine Vielzahl von radialen Positionen auf und wobei die Schenkel der ersten Haarnadeln an einer ersten der Positionen angeordnet sind und die Schenkel der zweiten Haarnadeln an einer zweiten der Positionen angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist in mindestens einer der Nuten nur eine der Phasen angeordnet und sind mindestens einer der Nuten zwei der Phasen angeordnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektrische Maschine: einen Statorkern, der Nuten definiert, die eine Vielzahl von radialen Positionen aufweisen; und jumperlose Wicklungen, die in dem Kern angeordnet und in drei Phasen eingerichtet sind, die jeweils mindestens zwei Pfade aufweisen, die Haarnadeln beinhalten, die miteinander verbunden sind, um mindestens zwei durchgehende Schaltkreise zwischen einem Anschluss und einem Neutralleiter zu bilden, wobei die Haarnadeln jedes Pfades Folgendes beinhalten: eine erste Art von Haarnadeln (erste Haarnadeln), die jeweils einen ersten Schenkel, einen zweiten Schenkel, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, eine sich nach außen erstreckende Verdrehung, die mit dem ersten Schenkel verbunden ist, und eine sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem zweiten Schenkel verbunden ist, aufweisen, wobei die Schenkel um eine Spannweite von fünf Nuten voneinander beabstandet sind und sich an einer selben ersten der radialen Positionen befinden, eine zweite Art von Haarnadeln (zweite Haarnadeln), die jeweils einen ersten Schenkel, einen zweiten Schenkel, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, eine sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem ersten Schenkel verbunden ist, und eine sich nach außen erstreckende Verdrehung, die mit dem zweiten Schenkel verbunden ist, aufweisen, wobei die Schenkel um eine Spannweite von sieben Nuten voneinander beabstandet sind und sich an einer selben zweiten der radialen Positionen befinden; und eine dritte Art von Haarnadeln (dritte Haarnadeln), die jeweils einen ersten Schenkel, der an einer dritten der radialen Positionen angeordnet ist, einen zweiten Schenkel, der an einer vierten der radialen Positionen angeordnet ist, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, eine erste sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem ersten Schenkel verbunden ist, und eine zweite sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem zweiten Schenkel verbunden ist, aufweisen, wobei die Schenkel um eine Spannweite von fünf oder sieben Nuten voneinander beabstandet sind; wobei in mindestens einer der Nuten nur eine der Phasen angeordnet ist und in mindestens einer der Nuten zwei der Phasen angeordnet sind.

Claims

Elektrische Maschine, umfassend: einen Statorkern, der Nuten mit einer Vielzahl von radialen Positionen definiert, zu denen eine innere Position, eine äußere Position und ein Paar von mittleren Positionen gehören; und eine zweischichtige Wicklung, die in dem Kern angeordnet ist und einen ersten und einen zweiten parallelen Pfad aufweist, die jeweils Haarnadeln beinhalten, die direkt miteinander verbunden sind, um einen durchgehenden Schaltkreis zwischen einem Anschluss und einem Neutralleiter ohne Verwendung von Jumpern zu bilden, wobei jede der Haarnadeln einen ersten Schenkel, der in einer der Nuten angeordnet ist, einen zweiten Schenkel, der in einer anderen der Nuten angeordnet ist, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, und mindestens eine sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit einem der Schenkel verbunden ist, beinhaltet und wobei auf jedem der Pfade bei einer ersten Untergruppe der Haarnadeln (ersten Haarnadeln) der erste und der zweite Schenkel an der inneren Position angeordnet sind und bei einer zweiten Untergruppe der Haarnadeln (zweiten Haarnadeln) der erste und der zweite Schenkel an der äußeren Position angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei auf jedem der Pfade bei einer dritten Untergruppe der Haarnadeln (dritten Haarnadeln) der erste Schenkel an einer der mittleren Positionen angeordnet ist und der zweite Schenkel an der anderen der mittleren Positionen angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, wobei auf jedem der Pfade die ersten und die zweiten Haarnadeln voneinander verschiedene Nutspannweiten aufweisen und die dritten Haarnadeln eine gleiche Nutspannweite wie eine der ersten und der zweiten Haarnadeln aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei die ersten Haarnadeln eine Nutspannweite von sieben aufweisen und die zweiten Haarnadeln eine Nutspannweite von fünf aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei die dritten Haarnadeln eine Nutspannweite von sieben aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei die dritten Haarnadeln eine Nutspannweite von fünf aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei die ersten Haarnadeln eine Nutspannweite von fünf aufweisen und die zweiten Haarnadeln eine Nutspannweite von sieben aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von radialen Positionen ferner ein Paar von äußeren Zwischenpositionen zwischen der äußeren Position und den mittleren Positionen beinhaltet und wobei auf jedem der Pfade bei einer vierten Untergruppe der Haarnadeln (vierten Haarnadeln) der erste Schenkel an einer der Zwischenpositionen angeordnet ist und der zweite Schenkel an der anderen der Zwischenpositionen angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, wobei auf jedem der Pfade die ersten und die zweiten Haarnadeln voneinander verschiedene Nutspannweiten aufweisen, die dritten Haarnadeln die eine gleiche Nutspannweite wie eine der ersten und der zweiten Haarnadeln aufweisen und die vierten Haarnadeln eine Nutspannweite aufweisen, die sich von den ersten Haarnadeln und den zweiten Haarnadeln unterscheidet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 9, wobei die ersten Haarnadeln eine Nutspannweite von fünf aufweisen, die zweiten Haarnadeln eine Nutspannweite von sieben aufweisen, die dritten Haarnadeln eine Nutspannweite von sieben aufweisen und die vierten Haarnadeln eine Nutspannweite von sechs aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei auf jedem der Pfade eine dritte Untergruppe der Haarnadeln (dritte Haarnadeln) jeweils ferner eine weitere sich nach innen erstreckende Verdrehung aufweisen, die sich von dem anderen der Schenkel erstreckt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Wicklung drei Phasen beinhaltet, die jeweils den ersten und den zweiten Pfad aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei der Statorkern 48 Nuten definiert.
Elektrische Maschine, umfassend: einen Statorkern, der Nuten definiert; und eine Wicklung, die in dem Kern angeordnet ist und drei Phasen aufweist, die jeweils mindestens zwei parallele Pfade aufweisen, die Haarnadeln beinhalten, die miteinander verbunden sind, um mindestens zwei durchgehende Schaltkreise zwischen einem Anschluss und einem Neutralleiter zu bilden, wobei die Haarnadeln jedes Pfades Folgendes beinhalten: eine erste Art von Haarnadeln (erste Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die durch eine Spannweite von fünf Nuten voneinander beabstandet sind, eine zweite Art von Haarnadeln (zweite Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die durch eine Spannweite von sieben Nuten voneinander beabstandet sind, und eine dritte Art von Haarnadeln (erste Haarnadeln), die jeweils einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweisen, die durch eine Spannweite von fünf oder sieben Nuten voneinander beabstandet sind.
Elektrische Maschine, umfassend: einen Statorkern, der Nuten mit einer Vielzahl von radialen Positionen definiert; und jumperlose Wicklungen, die in dem Kern angeordnet und in drei Phasen eingerichtet sind, die jeweils mindestens zwei Pfade aufweisen, die Haarnadeln beinhalten, die miteinander verbunden sind, um mindestens zwei durchgehende Schaltkreise zwischen einem Anschluss und einem Neutralleiter zu bilden, wobei die Haarnadeln jedes Pfades Folgendes beinhalten: eine erste Art von Haarnadeln (erste Haarnadeln), die jeweils einen ersten Schenkel, einen zweiten Schenkel, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, eine sich nach außen erstreckende Verdrehung, die mit dem ersten Schenkel verbunden ist, und eine sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem zweiten Schenkel verbunden ist, aufweisen, wobei die Schenkel durch eine Spannweite von fünf Nuten voneinander beabstandet sind und sich an einer selben ersten der radialen Positionen befinden, eine zweite Art von Haarnadeln (zweite Haarnadeln), die jeweils einen ersten Schenkel, einen zweiten Schenkel, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, eine sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem ersten Schenkel verbunden ist, und eine sich nach außen erstreckende Verdrehung, die mit dem zweiten Schenkel verbunden ist, aufweisen, wobei die Schenkel durch eine Spannweite von sieben Nuten voneinander beabstandet sind und sich an einer selben zweiten der radialen Positionen befinden, und eine dritte Art von Haarnadeln (dritte Haarnadeln), die jeweils einen ersten Schenkel, der an einer dritten der radialen Positionen angeordnet ist, einen zweiten Schenkel, der an einer vierten der radialen Positionen angeordnet ist, eine Krone, welche die Schenkel verbindet, eine sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem ersten Schenkel verbunden ist, und eine zweite sich nach innen erstreckende Verdrehung, die mit dem zweiten Schenkel verbunden ist, aufweisen, wobei die Schenkel durch eine Spannweite von fünf oder sieben Nuten voneinander beabstandet sind; wobei in mindestens einer der Nuten nur eine der Phasen angeordnet ist und in mindestens einer der Nuten zwei der Phasen angeordnet sind.