DE102021113971B4

DE102021113971B4 - Motor und hairpin-stator davon

Info

Publication number: DE102021113971B4
Application number: DE102021113971.6A
Authority: DE
Inventors: Yi-Ming Wu; Yao-Hsien Shao; Yu-Kuan Lin
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2041-06-01
Also published as: DE102021113971A1; US20220140703A1; US11569714B2; CN114448117A; CN114448117B

Abstract

Hairpin-Draht-Motorstator (100), umfassend:einen Statorkern (110), der einen ringförmigen Körper umfasst, der einen Rotoraufnahmeraum (150) bei einer Mitte des ringförmigen Körpers definiert, wobei der Statorkern (110) eine Einführungsseite (110a) und eine Ausziehseite (110b) umfasst;eine Vielzahl von Schlitzen (112), die an dem Statorkern (110) angeordnet sind und den Rotoraufnahmeraum (150) in Umfangsrichtung umgeben, wobei sich jeder Schlitz (112) in einer radialen Richtung (140) von dem Rotoraufnahmeraum (150) erstreckt und es ermöglicht, dass eine Vielzahl von Hairpin-Drähten (120) von der Einführungsseite (110a) aus eingeführt werden und von der Ausziehseite (110b) aus vorstehen, wobei die Vielzahl von Hairpin-Drähten (120) in Lagen innerhalb jedes Schlitzes (112) angeordnet sind, wobei jeder Schlitz (112) eine Seitenöffnung (115a) angrenzend an den Rotoraufnahmeraum (150) aufweist, und wobei mindestens einer der Schlitze (112) ein Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) ist, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) in der radialen Richtung (140) länglich ist und eine Breite orthogonal zu der radialen Richtung (140) aufweist, wobei die Breite des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) in der radialen Richtung (140) in einer Konfiguration variiert, in der die Breite (W1) proximal zu dem Rotoraufnahmeraum (150) größer als die Breite (W2) distal zu dem Rotoraufnahmeraum (150) ist;einen ersten Hairpin-Draht (120a), der in dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) angeordnet ist und sich proximal zu der Seitenöffnung (115a) des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) befindet; undeinen Temperatursensor (145), der zwischen der Seitenöffnung (115a) des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) und dem ersten Hairpin-Draht (120a) angeordnet ist, wobei der Temperatursensor (145) größer als die Seitenöffnung (115a) des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) ist, so dass der Temperatursensor (145) innerhalb des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) eingeschlossen ist, und wobei an der Einführungsseite (110a) des Statorkerns (110) ein Profil des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) anders ist als ein Profil eines der Vielzahl von Schlitzen (112) mit Ausnahme des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a).

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Motor und dessen Stator, insbesondere auf einen Motorstator und dessen Stator mit Haarnadel- bzw. Hairpin-Drähten.
Beschreibung des Standes der Technik
Konventionelle Betriebssteuerung eines Motors wird durch die Messgenauigkeit eines Temperatursensors im Motor begrenzt. Typischerweise wird eine größere hypothetische Temperaturdifferenz als Temperaturpuffer verwendet, um den Motor zu schützen, was bei der Motorbetriebssteuerung zu konservativ sein kann. Der konventionelle Motorstator verfügt nicht über einen geeigneten Temperatursensoraufnahmeraum, was dazu führt, dass der Temperatursensor die wichtigen bzw. heißen Stellen während des Motorbetriebs nicht genau messen kann. Angesichts dieser Problematik suchen Motorhersteller aktiv nach Lösungen, die den Temperaturunterschied zwischen tatsächlich und gemessen während des Motorbetriebs verringern können, um den Motorbetrieb besser zu steuern und die Motorleistung zu verbessern.
US 2013/0 156 071 A1 bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Maschinen und insbesondere auf die Leiter elektrischer Maschinen, die in einem Kernstück angeordnet sind. Insbesondere wird beschrieben, dass eine Schlitz-Auskleidung konfiguriert ist, um einen Schlitz in einen Kern einer eklektischen Maschine einzusetzen, die eine Windungsanordnung aufweist, die in einer Vielzahl von elektrischen Leitern umfasst ist.
EP 1 322 026 A1 beschreibt einen Stator eines Elektromotors, in welchem ein Doppelsensor angeordnet ist, der zum Erfassen der Position eines zugehörigen Rotors, als auch zum Erfassen der Temperatur ausgebildet ist, sowie einen Elektromotor mit einem solchen Stator und einen entsprechenden Sensor.
DE 10 2008 031 582 A1 beschreibt einen Temperatursensor mit einem Lichtwellenleiter, der wenigstens eine Bragg-Gitterstelle umfasst, wobei der Lichtwellenleiter in einer Kapillare aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet ist, wobei der Lichtwellenleiter in der Kapillare frei beweglich ist. Diese Erfindung betrifft ein Generatorelement, insbesondere einen Statorstab oder einen Rotorstab, mit einem solchen Temperatursensor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung schlägt einen Motorstator und einen Motor davon vor, um die Probleme des Standes der Technik zu überwinden oder zu lindern.
In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält ein Hairpin-Draht-Motorstator einen Statorkern, eine Vielzahl von Schlitzen, einen ersten Hairpin-Draht und einen Temperatursensor. Der Statorkern enthält einen ringförmigen Körper, der einen Rotoraufnahmeraum in bzw. bei einer Mitte des ringförmigen Körpers definiert, wobei der Statorkern eine Einführungsseite und eine Verlängerungs- bzw. Erweiterungs- bzw. Ausziehseite enthält. Die Vielzahl von Schlitzen ist auf dem Statorkern angeordnet und umgibt den Rotoraufnahmeraum in Umfangsrichtung. Jeder Schlitz erstreckt sich in einer radialen Richtung von dem Rotoraufnahmeraum und ermöglicht es, dass eine Vielzahl von Hairpin-Drähten von der Einführungsseite eingeführt wird und von der Ausziehseite herausragt, wobei die Vielzahl von Hairpin-Drähten in Lagen innerhalb jedes Schlitzes angeordnet ist, wobei jeder Schlitz eine Seitenöffnung benachbart zu dem Rotoraufnahmeraum aufweist, und wobei mindestens einer der Schlitze ein Temperatursensor-Aufnahmeschlitz ist. Der erste Hairpin-Draht befindet sich in dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz proximal zu der Seitenöffnung des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes angeordnet. Der Temperatursensor ist zwischen der Seitenöffnung des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes und dem ersten Hairpin-Draht angeordnet, wobei der Temperatursensor größer als die Seitenöffnung des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes ist, so dass der Temperatursensor innerhalb des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes eingeschlossen ist, und wobei an der Einführungsseite des Statorkerns ein Profil des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes sich von einem Profil eines der Vielzahl von Schlitzen außer dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz unterscheidet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält ein Motor einen Rotor, einen ringförmigen Statorkern, eine Vielzahl von Schlitzen, einen Temperatursensor, einen ersten Hairpin-Draht und einen zweiten Hairpin-Draht. Der ringförmige Statorkern umgibt den Rotor. Die Vielzahl von Schlitzen ist in Umfangsrichtung auf dem ringförmigen Statorkern angeordnet. Jeder Schlitz erstreckt sich in einer radialen Richtung von dem Rotor und enthält eine Vielzahl von Lagen von Hairpin-Drähten, die in dem Schlitz angeordnet sind, wobei mindestens einer der Schlitze ein Temperatursensor-Aufnahmeschlitz ist. Der Temperatursensor ist in dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz angeordnet, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz in der radialen Richtung langgestreckt ist und zwei Enden aufweist, wobei der Temperatursensor an einem der beiden Enden angeordnet ist. Der erste Hairpin-Draht ist in dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz benachbart zu dem Temperatursensor angeordnet, wobei der erste Hairpin-Draht eine Temperatursensor-Aufnahmesektion aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie den Temperatursensor thermisch kontaktiert. Der zweite Hairpin-Draht ist benachbart zu dem ersten Hairpin-Draht und entfernt bzw. distal zu dem Temperatursensor angeordnet, wobei die Temperatursensor-Aufnahmesektion des ersten Hairpin-Drahtes und der zweiten Hairpin-Draht unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen und ferner die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche aufweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen enthält ein Motor einen Rotor, einen Statorkern, eine Vielzahl von Schlitzen und einen Temperatursensor. Der Statorkern ist ringförmig, um einen Rotoraufnahmeraum zu definieren, wobei der Statorkern eine Einführungsseite und eine Ausziehseite aufweist. Der Rotor ist in dem Rotoraufnahmeraum angeordnet. Die Vielzahl von Schlitzen ist auf dem Statorkern angeordnet und umgibt den Rotoraufnahmeraum in Umfangsrichtung. Jeder Schlitz erstreckt sich in einer radialen Richtung von dem Rotoraufnahmeraum und enthält eine Vielzahl von eingeführten Hairpin-Drahtlagen, wobei mindestens einer der Schlitze ein Temperatursensor-Aufnahmeschlitz ist. Der Temperatursensor ist in dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz zwischen der Einführungsseite und der Ausziehseite angeordnet, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz eine Schlitzquerschnittsfläche aufweist, wobei die Schlitzquerschnittsfläche an der Einführungsseite größer ist als die Schlitzquerschnittsfläche an der Ausziehseite, wobei die Schlitzquerschnittsfläche von der Schlitzquerschnittsfläche der Einführungsseite auf die Schlitzquerschnittsfläche der Ausziehseite reduziert ist, an einem axialen Abschnitt des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes, der sich zwischen der Einführungsseite und der Ausziehseite befindet, und wobei der axiale Abschnitt konfiguriert ist, um den Temperatursensor aufzunehmen.
Es versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende detaillierte Beschreibung als beispielhaft zu verstehen sind und zur weiteren Erläuterung der beanspruchten Erfindung dienen sollen.
Figurenliste
Die Erfindung kann durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsform besser verstanden werden, wobei auf die begleitenden Zeichnungen wie folgt Bezug genommen wird:

1A zeigt einen Motor in axialer Ansicht von einer Seite, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
1B zeigt einen Motor in axialer Ansicht von einer gegenüberliegenden Seite des Motors in 1A, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Statorkerns gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Statorkerns in 2;
4 zeigt eine Seitenansicht des Statorkerns mit eingeführten Hairpin-Drähten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Motorstators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes eines Motorstators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Hairpin-Drahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
8 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Hairpin-Drahtes in 7;
9 zeigt einen Temperatursensor-Aufnahmeschlitz eines Motorstators in axialer Richtung von einer Seite aus gesehen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
11 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Motors gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun im Detail auf die vorliegenden Ausführungsformen Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer es möglich ist, werden in den Zeichnungen und der Beschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder gleichartige Teile Bezug zu nehmen.
Es wird auf die 1A und 1B Bezug genommen, die einen Motor von zwei gegenüberliegenden Seiten (das heißt einer Einführungsseite 110a und einer Ausziehseite 110b) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen. Ein Motor 200 enthält einen Stator 100 und einen Rotor 180. Wenn der Stator 100 energetisiert bzw. mit Strom versorgt und erregt wird, treibt er den darin befindlichen Rotor 180 zur Drehung an. Wenn der Motor 200 in Betrieb ist, steigt eine Temperatur des Stators 100 und des Rotors 180 deutlich an. Selbst falls der Motor 200 gekühlt wird (beispielsweise wird der Motor durch ein Flüssigkeitskühlsystem gekühlt), gibt es immer noch viele heiße Stellen im Inneren des Motors, die nicht sofort gekühlt werden können (beispielsweise können heiße Stellen im Stator 100 nicht sofort gekühlt werden). Falls die tatsächlichen Temperaturen dieser heißen Stellen nicht genauer gemessen werden können, wenn der Motor 200 in Betrieb ist, kann der Motorbetrieb oder die Kühlsteuerung darunter leiden, und die Leistung des Motors wird beeinträchtigt.
Es wird auf die 2 und 3 verwiesen, wobei 2 eine perspektivische Ansicht eines Statorkerns gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, und 3 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Statorkerns in 2 zeigt. Ein ringförmiger Statorkern 110 definiert einen Rotoraufnahmeraum 150 in einem zentralen Teil davon, um den Rotor 180 zu umgeben und aufzunehmen (unter Bezugnahme auf 1A und 1B). Der Statorkern 110 enthält eine Einführungsseite 110a und eine Ausziehseite 1 10b, die jeweils zwei gegenüberliegende Seiten des Statorkerns 110 sind. Der Statorkern 110 hat eine Vielzahl von Schlitzen 112, die den Rotoraufnahmeraum 150 in einer Umfangsrichtung 142 umgeben. Jeder Schlitz 112 erstreckt sich in einer radialen Richtung 140 des Statorkerns 110 vom Rotoraufnahmeraum 150 aus, um die in Schichten bzw. Lagen angeordneten Hairpin-Drähte aufzunehmen (siehe 1A und 1B für die Hairpin-Drähte in mehreren Lagen). Jeder Schlitz 112 hat eine Seitenöffnung 115a, die an den Rotoraufnahmeraum 150 angrenzt, und der Raum in jedem Schlitz 112 kann mit dem Rotoraufnahmeraum 150 durch die Seitenöffnung 115a verbunden sein. Jeder Schlitz 112 durchdringt den Statorkern 110 in einer axialen Richtung 141, und die Seitenöffnung 115a erstreckt sich ebenfalls in der axialen Richtung 141.
Mindestens einer der Schlitze 112 des Statorkerns 110 ist ein Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a. Der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a unterscheidet sich von anderen Schlitzen 112 in einer Struktur für die Platzierung des Temperatursensors, die in den folgenden Absätzen näher erläutert wird.
Es wird auf die 4 und 5 verwiesen, wobei 4 eine Seitenansicht des Statorkerns mit eingeführten Hairpin-Drähten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, und 5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Motorstators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die mehreren Schlitze 112 des Statorkerns 110 sind dafür vorgesehen, dass die Hairpin-Drähte 120 in axialer Richtung 141 des Statorkerns von der Einführungsseite 110a eingeführt werden und von der Ausziehseite 110b herausragen (siehe auch 2). Einer dieser Schlitze 112 ist als Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a konfiguriert. Zusätzlich zur Aufnahme des Hairpin-Drahtes nimmt der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a auch den Temperatursensor 145 auf. Der Temperatursensor 145 befindet sich proximal zur Seitenöffnung 115a des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112a. Der erste Hairpin-Draht 120a ist ein Draht, der an den Temperatursensor 145 angrenzt. Im Vergleich zu anderen Hairpin-Drähten hat er einen strukturell anderen Aufbau, um den Temperatursensor im Schlitz einzupassen. Der Temperatursensor 145 ist in dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a in der Nähe des Rotor-Aufnahmeraums 150 angeordnet und kann zwischen der Seitenöffnung 115a und dem ersten Hairpin-Draht 120a eingeklemmt sein, so dass die Vibration während des Betriebs des Motors einen geringen Einfluss auf ihn hat. Der Temperatursensor 145 kann über einen Messdraht 145a elektrisch mit der Steuerung des Motors verbunden werden, um das Messergebnis zu übertragen, das von der Steuerung des Motors verwendet wird. Der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a und andere Schlitze 112 haben unterschiedliche Profile (dargestellt in 3), beispielsweise ist der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a teilweise in der Breite vergrößert, um den Temperatursensor 145 aufzunehmen, behält aber dennoch die gleiche Länge in radialer Richtung 140 des Statorkerns 110 bei. Dieser Aufbau kann den Einfluss des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112a auf die Leistung des Motorstators reduzieren. Der Temperatursensor 145 ist größer als die Seitenöffnung 115a, so dass der Temperatursensor 145 innerhalb des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112a eingeschlossen ist, um zu verhindern, dass der Temperatursensor 145 in den Rotoraufnahmeraum 150 reicht, um den Rotor 180 zu berühren und Schäden zu verursachen. In dieser Ausführungsform ist der Temperatursensor 145 ein länglicher Sensor oder kann ein Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Es wird auf 6 verwiesen, die eine Querschnittsansicht eines Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes eines Motorstators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a beherbergt den Temperatursensor 145 und die Hairpin-Drähte. Die Seitenöffnung 115a des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112a hat zwei Randabschnitte 115, die sich von zwei Seiten des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112a aus aufeinander zu erstrecken und dadurch eine Seitenöffnungsbreite W3 definieren. Die Seitenöffnungsbreite W3 ist kleiner als eine Breite (W1 oder W2) zwischen den beiden Seiten des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112a, um den Temperatursensor 145 innerhalb des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes einzuschließen.
Der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a ist in der radialen Richtung 140 des Statorkerns langgestreckt und hat die Breite (W1, W2) orthogonal zur radialen Richtung. Die Breite des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112a variiert in der radialen Richtung 140. Zum Beispiel ist die Breite W1 des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112a proximal zum Rotoraufnahmeraum 150 größer als die Breite W2 distal zum Rotoraufnahmeraum 150. Bei einem anderen Beispiel ist die Breite W1 des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes, wo der erste Hairpin-Draht 120a aufgenommen ist, größer als die Seitenöffnungsbreite W3 des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes nahe der Stelle, an der der Temperatursensor 145 untergebracht ist, und ist auch größer als die Breite W2 des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes, wo der zweite Hairpin-Draht 120b untergebracht ist.
Zusätzlich zur Aufnahme des Temperatursensors 145 nimmt der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a auch den ersten Hairpin-Draht 120a, den zweiten Hairpin-Draht 120b und andere Hairpin-Drähte 120 auf. Der erste Hairpin-Draht 120a befindet sich angrenzend an dem Temperatursensor 145 und in der Nähe der Seitenöffnung 115a. Der zweite Hairpin-Draht 120b befindet sich angrenzend an dem ersten Hairpin-Draht 120a und weiter entfernt vom Temperatursensor 145 und liegt angrenzend an der anderen Seite des ersten Hairpin-Drahts 120a relativ zum Temperatursensor 145. Der erste Hairpin-Draht 120a und der zweite Hairpin-Draht 120b weisen unterschiedliche Querschnittsformen auf, weisen aber die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche auf, um eine ähnliche Stromdichte zu erhalten.
In dieser Ausführungsform sind die Querschnittsform des ersten Hairpin-Drahtes 120a und die Querschnittsform des zweiten Hairpin-Drahtes 120b beide im Wesentlichen viereckig, und eine Breite D1 des ersten Hairpin-Drahtes ist größer als eine Breite D2 des zweiten Hairpin-Drahtes, jedoch nicht darauf beschränkt. Der Temperatursensor 145 hat eine konvexe Seite 145b, die in thermischem Kontakt mit dem ersten Hairpin-Draht 120a steht. Der erste Hairpin-Draht 120a hat eine entsprechende konkave Seite 121a zur Aufnahme der konvexen Seite 145b des Temperatursensors 145. In dieser Ausführungsform kann die konkave Seite 121a des ersten Hairpin-Drahtes 120a ein gekrümmter Drahtspalt sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Es wird auf die 7 und 8 Bezug genommen, wobei 7 eine perspektivische Ansicht eines Hairpin-Drahtes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt und 8 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Hairpin-Drahtes in 7 zeigt. Der erste Hairpin-Draht 120a hat eine Temperatursensor-Aufnahmesektion 121 zur thermischen Kontaktierung des Temperatursensors. Die Temperatursensor-Aufnahmesektion 121 hat die konkave Seite 121a zur Aufnahme der konvexen Seite des Temperatursensors. In dieser Ausführungsform ist der Querschnitt des ersten Hairpin-Drahtes 120a in 6 der Querschnitt der Temperatursensor-Aufnahmesektion 121 des ersten Hairpin-Drahtes 120a. Die Querschnitte der übrigen Sektionen (122, 123) des ersten Hairpin-Drahtes 120a und die Temperatursensor-Aufnahmesektion 121 haben unterschiedliche Querschnittsformen, beispielsweise ist eine Breite D1 der Querschnittsform der Temperatursensor-Aufnahmesektion 121 des ersten Hairpin-Drahts 120a größer als eine Breite der Querschnittsform der verbleibenden Sektionen (122, 123) des ersten Hairpin-Drahts 120a oder größer als eine Breite D2 der Querschnittsform des zweiten Hairpin-Drahts 120b (Bezug nehmend auf 6), aber diese Querschnittsformen des ersten und zweiten Hairpin-Drahts haben die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche, um eine ähnliche Stromdichte zu erhalten. Der Querschnitt der Einführungsseitensektion 122 und der anderen Sektion 123 des ersten Hairpin-Drahts 120a sind die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen, wie der Querschnitt des zweiten Hairpin-Drahts 120b oder anderer Hairpin-Drähte 120 in 6. In einer Ausführungsform ist der erste Hairpin-Draht 120a ein Nullleiter bzw. neutraler Draht (das heißt ein Draht, der mit dem neutralen Anschluss verbunden ist), aber darauf wird nicht beschränkt. Bei einem neutralen Draht ist es weniger wahrscheinlich, dass er einen Spannungspegel aufweist, der den Temperatursensor beschädigen könnte. Der zweite Hairpin-Draht 120b oder andere Hairpin-Drähte 120 haben nicht die Konfiguration der Temperatursensor-Aufnahmesektion, so dass alle Sektionen des Drahtes die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Querschnittsform und -Fläche haben.
Es wird auf die 9 und 10 verwiesen, wobei 9 einen Temperatursensor-Aufnahmeschlitz eines Motorstators in axialer Richtung von einer Seite aus gesehen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, und 10 eine perspektivische Ansicht eines Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a enthält einen Durchgangslochabschnitt 114, der sich in einer axialen Richtung des Statorkerns erstreckt, und einen an den Durchgangslochabschnitt 114 angrenzenden Raum, der als ein Vertiefungs- bzw. Schachtabschnitt 113 konfiguriert ist. Der Schachtabschnitt 113 kann mehrere Merkmale aufweisen, wie in 9 gezeigt. Ein Hairpin-Draht wird von der Einführungsseite des Statorkerns in den Durchgangslochabschnitt 114 eingeführt und von der Ausziehseite des Statorkerns herausgeführt. Mit anderen Worten, der Durchgangslochabschnitt 114 ist ein Hairpin-Draht-Aufnahmeraum des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes. Eine Öffnung 113a des Schachtabschnitts 113 befindet sich an der Einführungsseite des Statorkerns, ein unteres Ende 113b des Schachtabschnitts 113 befindet sich innerhalb des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes zwischen der Einführungsseite und der Einführungsseite, und der Temperatursensor 145 befindet sich am oder proximal zu dem unteren Ende 113b des Schachtabschnitts 113 (unter gleichzeitiger Bezugnahme auf 2 und 5). Wenn der Motor in Betrieb ist, kann der Temperatursensor 145 so betrieben werden, um einen Temperatur-Hotspot in der Nähe des unteren Endes 113b des Schachtabschnitts 113 zu erfassen. Die Temperatursensor-Aufnahmesektion 121 des ersten Hairpin-Drahtes 120a (siehe gleichzeitig 7 und 8) ist ebenfalls in dem Schachtabschnitts 113 enthalten. In dem Schachtabschnitt 113 ist ein länglicher Raum ausgebildet. Das erste Ende des länglichen Raums befindet sich auf der Einführungsseite des Statorkerns (das heißt die Öffnung 113a des Schachtabschnitts 113), und das zweite Ende des länglichen Raums befindet sich innerhalb des Statorkerns (das heißt am oder proximal zu dem unteren Ende 113b des Schachtabschnitts 113). Das heißt, der längliche Raum erstreckt sich von der Einführungsseite des Statorkerns und endet innerhalb des Statorkerns, um ein unteres Ende zu bilden. Der Temperatursensor 145 kann am oder proximal zum zweiten Ende des länglichen Raums angeordnet sein, um eine heiße Stelle im Inneren des Statorkerns zu erfassen.
Es wird auf die 1A, 1B, 2, 9, 10 Bezug genommen, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a den Schachtabschnitt 113 aufweist, der so konfiguriert ist, dass die Schlitzquerschnittsfläche des Schlitzabschnitts auf der Einführungsseite 110a des Statorkerns größer ist als die Schlitzquerschnittsfläche auf der Ausziehseite 110b des Statorkerns (siehe die teilweise vergrößerte Ansicht des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112a in 1A und 1B). Die Schlitzquerschnittsfläche des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112a ist von der Schlitzquerschnittsfläche der Einführungsseite 110a zu der Schlitzquerschnittsfläche der Ausziehseite 110b an einem axialen Abschnitt des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112a reduziert (beispielsweise am unteren Ende 113b des Schachtabschnitts 113). Der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a und andere Schlitze haben die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Schlitzquerschnittsfläche und -Form an der Ausziehseite 110b des Statorkerns (bezogen auf die vergrößerte Ansicht von 1B). Der axiale Abschnitt des unteren Endes 113b des Schachtabschnitts 113 befindet sich proximal zu dem Rotoraufnahmeraum 150 in der radialen Richtung 140 und wird zur Aufnahme des Temperatursensors 145 verwendet, der die nahen Temperatur-Hotspots erfasst.
Es wird auf 11 verwiesen, die eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Motors gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Der in dieser Zeichnung dargestellte Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112b unterscheidet sich von dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112a der anderen beschriebenen Ausführungsformen dadurch, dass sich der Temperatursensor 145 und der erste Hairpin-Draht 120a an einem Ende des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112b distal zu dem Rotor 180 befinden, anstatt an einem Ende proximal zu dem Rotor 180. In einer Querschnittsansicht ist eine Breite W4 des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112b, wo der erste Hairpin-Draht 120a aufgenommen ist, größer als eine Breite W5 des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes, wo der Temperatursensor 145 aufgenommen ist. Ähnlich wie bei den anderen Ausführungsformen haben der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz 112b und die anderen Temperatursensor-Aufnahmeschlitze 112 die gleiche Länge in der radialen Richtung 140 des Statorkerns 110. Der erste Hairpin-Draht 120a und die anderen Hairpin-Drähte 120 haben unterschiedliche Querschnittsformen, aber die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche, um einen Einfluss des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes 112b auf die Leistung des Motorstators zu reduzieren.
Der hier offengelegte Hairpin-Draht-Stator und sein Motor sind mit einem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz so entworfen, dass der Temperatursensor an einer geeigneten Position im Stator positioniert werden kann, um die Temperatur-Hotspots während des Betriebs zu erfassen. Im Vergleich zu anderen Hairpin-Drähten ist die Querschnittsform des Hairpin-Drahtes angrenzend an den Temperatursensor im Temperatursensor-Aufnahmeschlitz anders, um mit der Konfiguration des Temperatursensors zusammenzupassen, wobei jedoch die Querschnittsfläche beibehalten wird, um eine ähnliche Stromdichte zu erhalten. Durch die genaue Messung der Temperatur-Hotspots beim Betrieb des Motors kann die Betriebseffizienz des Motors besser gesteuert werden, wodurch die Gesamtleistung des Motors verbessert wird.

Claims

Hairpin-Draht-Motorstator (100), umfassend: einen Statorkern (110), der einen ringförmigen Körper umfasst, der einen Rotoraufnahmeraum (150) bei einer Mitte des ringförmigen Körpers definiert, wobei der Statorkern (110) eine Einführungsseite (110a) und eine Ausziehseite (110b) umfasst; eine Vielzahl von Schlitzen (112), die an dem Statorkern (110) angeordnet sind und den Rotoraufnahmeraum (150) in Umfangsrichtung umgeben, wobei sich jeder Schlitz (112) in einer radialen Richtung (140) von dem Rotoraufnahmeraum (150) erstreckt und es ermöglicht, dass eine Vielzahl von Hairpin-Drähten (120) von der Einführungsseite (110a) aus eingeführt werden und von der Ausziehseite (110b) aus vorstehen, wobei die Vielzahl von Hairpin-Drähten (120) in Lagen innerhalb jedes Schlitzes (112) angeordnet sind, wobei jeder Schlitz (112) eine Seitenöffnung (115a) angrenzend an den Rotoraufnahmeraum (150) aufweist, und wobei mindestens einer der Schlitze (112) ein Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) ist, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) in der radialen Richtung (140) länglich ist und eine Breite orthogonal zu der radialen Richtung (140) aufweist, wobei die Breite des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) in der radialen Richtung (140) in einer Konfiguration variiert, in der die Breite (W1) proximal zu dem Rotoraufnahmeraum (150) größer als die Breite (W2) distal zu dem Rotoraufnahmeraum (150) ist; einen ersten Hairpin-Draht (120a), der in dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) angeordnet ist und sich proximal zu der Seitenöffnung (115a) des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) befindet; und einen Temperatursensor (145), der zwischen der Seitenöffnung (115a) des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) und dem ersten Hairpin-Draht (120a) angeordnet ist, wobei der Temperatursensor (145) größer als die Seitenöffnung (115a) des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) ist, so dass der Temperatursensor (145) innerhalb des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) eingeschlossen ist, und wobei an der Einführungsseite (110a) des Statorkerns (110) ein Profil des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) anders ist als ein Profil eines der Vielzahl von Schlitzen (112) mit Ausnahme des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a).
Hairpin-Draht-Motorstator (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) mindestens einen Durchgangslochabschnitt (114) aufweist, der sich in einer axialen Richtung (141) des Statorkerns (110) erstreckt und es ermöglicht, dass ein Hairpin-Draht von der Einführungsseite (1 10a) eingeführt wird und von der Ausziehseite (110b) herausragt, und wobei der Temperatursensor (145) sich in dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) zwischen der Einführungsseite (110a) und der Ausziehseite (110b) befindet, um einen heißen Punkt des Hairpin-Draht-Motorstators (100) zu erfassen.
Hairpin-Draht-Motorstator (100) gemäß Anspruch 2, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) mindestens einen Schachtabschnitt (113) angrenzend an den Durchgangslochabschnitt (114) enthält, wobei der Schachtabschnitt (113) eine Öffnung an der Einführungsseite (110a) und einen Boden umfasst, der sich zwischen der Einführungsseite (110a) und der Ausziehseite (110b) befindet, und wobei der Temperatursensor (145) am oder proximal zu dem Boden des Schachtabschnitts (113) angeordnet ist.
Hairpin-Draht-Motorstator (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Seitenöffnung (115a) des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) zwei Randabschnitte (115) umfasst, die sich von zwei Seiten des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) aufeinander zu erstrecken, um eine Seitenöffnungsbreite (W3) zu definieren, wobei die Seitenöffnungsbreite (W3) kleiner ist als eine Breite (W1, W2) zwischen den beiden Seiten des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a), um den Temperatursensor (145) innerhalb des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) einzuschließen.
Hairpin-Draht-Motorstator (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend einen zweiten Hairpin-Draht (120b), der angrenzend an den ersten Hairpin-Draht (120a) und distal zu dem Temperatursensor (145) angeordnet ist, wobei der erste Hairpin-Draht (120a) eine Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie den Temperatursensor (145) thermisch kontaktiert, wobei die Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) des ersten Hairpin-Drahtes (120a) eine andere Querschnittsform als eine Querschnittsform des zweiten Hairpin-Drahtes (120b) aufweist, und wobei eine Querschnittsfläche der Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) des ersten Hairpin-Drahtes (120a) und eine Querschnittsfläche des zweiten Hairpin-Drahtes (120b) gleich oder im Wesentlichen gleich sind.
Hairpin-Draht-Motorstator (100) gemäß Anspruch 5, wobei die Querschnittsform der Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) des ersten Hairpin-Drahts (120a) und die Querschnittsform des zweiten Hairpin-Drahts (120b) beide im Wesentlichen viereckig sind, und wobei eine Breite (D1) der Querschnittsform der Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) des ersten Hairpin-Drahts (120a) größer als eine Breite (D2) der Querschnittsform des zweiten Hairpin-Drahts (120b) ist.
Hairpin-Draht-Motorstator (100) gemäß Anspruch 5, wobei der Temperatursensor (145) eine konvexe Seite (145b) aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie in thermischem Kontakt mit dem ersten Hairpin-Draht (120a) steht, und wobei die Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) des ersten Hairpin-Drahts (120a) eine konkave Seite (121a) aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie die konvexe Seite (145b) des Temperatursensors (145) aufnimmt.
Hairpin-Draht-Motorstator (100) gemäß Anspruch 5, wobei die Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) und ein anderer Abschnitt des ersten Hairpin-Drahtes (120a) unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen und ferner die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche aufweisen.
Hairpin-Draht-Motorstator (100) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1-8, wobei der erste Hairpin-Draht (120a) ein neutraler Draht ist.
Motor (200), umfassend: einen Rotor (180); einen ringförmigen Statorkern (110), der den Rotor (180) umgibt; eine Vielzahl von Schlitzen (112), die in Umfangsrichtung an dem ringförmigen Statorkern (110) angeordnet sind, wobei sich jeder Schlitz in einer radialen Richtung (140) von dem Rotor (180) erstreckt und eine Vielzahl von Lagen von Hairpin-Drähten (120) umfasst, die in dem Schlitz angeordnet sind, wobei mindestens einer der Schlitze (112) ein Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) ist; einen Temperatursensor (145), der in dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) angeordnet ist, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) in der radialen Richtung (140) langgestreckt ist und zwei Enden aufweist, wobei der Temperatursensor (145) an einem der beiden Enden angeordnet ist; einen ersten Hairpin-Draht (120a), der in dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) angrenzend an den Temperatursensor (145) angeordnet ist, wobei der erste Hairpin-Draht (120a) eine Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) umfasst, die so konfiguriert ist, dass er den Temperatursensor (145) thermisch kontaktiert und wobei der Temperatursensor (145) eine konvexe Seite (145b) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie in thermischem Kontakt mit dem ersten Hairpin-Draht (120a) steht, und wobei die Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) des ersten Hairpin-Drahts (120a) eine konkave Seite (121a) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie die konvexe Seite (145b) des Temperatursensors (145) aufnimmt; und einen zweiten Hairpin-Draht (120b), der benachbart zu dem ersten Hairpin-Draht (120a) und distal zu dem Temperatursensor (145) angeordnet ist, wobei die Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) des ersten Hairpin-Drahts (120a) und der zweite Hairpin-Draht (120b) unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen und ferner die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche aufweisen.
Motor (200) gemäß Anspruch 10, wobei die Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) des ersten Hairpin-Drahtes (120a) und der zweite Hairpin-Drahte (120b) im Wesentlichen viereckige Querschnitte aufweist, und wobei eine Breite (D1) der Querschnittsform der Temperatursensor-Aufnahmesektion (121) des ersten Hairpin-Drahtes (120a) größer ist als eine Breite (D2) der Querschnittsform des zweiten Hairpin-Drahtes (120b).
Motor (200) gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 11, wobei der erste Hairpin-Draht (120a) proximal zum Rotor (180) ist, wobei der zweite Hairpin-Draht (120b) distal zum Rotor (180) ist, und wobei der Temperatursensor (145) zwischen dem Rotor (180) und dem ersten Hairpin-Draht (120a) angeordnet ist.
Motor (200) gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) eine Breite orthogonal zur radialen Richtung (140) aufweist, wobei die Breite des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) in der radialen Richtung (140) in einer Konfiguration variiert, in der die Breite (W1) zur Aufnahme des ersten Hairpin-Drahtes (120a) größer ist als die Breite (W3) zur Aufnahme des Temperatursensors (145).
Motor (200), umfassend: einen Statorkern (110), der ringförmig ist, um einen Rotoraufnahmeraum (150) zu definieren, wobei der Statorkern (110) eine Einführungsseite (110a) und eine Ausziehseite (110b) umfasst; einen Rotor (180), der im Rotoraufnahmeraum (150) angeordnet ist; eine Vielzahl von Schlitzen (112), die an dem Statorkern (110) angeordnet sind und den Rotoraufnahmeraum (150) in Umfangsrichtung umgeben, wobei sich jeder Schlitz in einer radialen Richtung (140) von dem Rotoraufnahmeraum (150) erstreckt und eine Vielzahl von eingeführten Hairpin-Drahtlagen umfasst, wobei mindestens einer der Schlitze (112) ein Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) ist, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) in der radialen Richtung (140) länglich ist und eine Breite orthogonal zu der radialen Richtung (140) aufweist, wobei die Breite des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a) in der radialen Richtung (140) in einer Konfiguration variiert, in der die Breite (W1) proximal zu dem Rotoraufnahmeraum (150) größer als die Breite (W2) distal zu dem Rotoraufnahmeraum (150) ist; und einen Temperatursensor (145), der in dem Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) zwischen der Einführungsseite (110a) und der Ausziehseite (110b) angeordnet ist, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) eine Schlitzquerschnittsfläche umfasst, wobei die Schlitzquerschnittsfläche an der Einführungsseite (110a) größer ist als die Schlitzquerschnittsfläche an der Ausziehseite (110b), wobei die Schlitzquerschnittsfläche von der Schlitzquerschnittsfläche der Einführungsseite (110a) zu der Schlitzquerschnittsfläche der Ausziehseite (110b) an einem axialen Abschnitt des Temperatursensor-Aufnahmeschlitzes (112a), der sich zwischen der Einführungsseite (110a) und der Ausziehseite (110b) befindet, reduziert ist, und wobei der axiale Abschnitt konfiguriert ist, den Temperatursensor (145) aufzunehmen.
Motor (200) gemäß Anspruch 14, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) einen langgestreckten Raum und einen Hairpin-Draht-Aufnahmeraum angrenzend an einander umfasst, wobei der langgestreckte Raum ein erstes Ende an der Einführungsseite (110a) des Statorkerns (110) und ein zweites Ende innerhalb des Statorkerns (110) umfasst, und wobei der Temperatursensor (145) proximal zu dem zweiten Ende des langgestreckten Raums angeordnet ist.
Motor (200) gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 15, wobei der Temperatursensor-Aufnahmeschlitz (112a) einen Raum zur Aufnahme des Temperatursensors (145) enthält, wobei sich der Raum zur Aufnahme des Temperatursensors (145) von der Einführungsseite (110a) des Statorkerns (110) erstreckt und innerhalb des Statorkerns (110) endet, um ein unteres Ende (113b) zu bilden, und wobei sich der Temperatursensor (145) proximal zu dem unteren Ende (113b) befindet, um eine heiße Stelle innerhalb des Statorkerns (110) zu erfassen.
Motor (200) gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16, wobei sich der axiale Abschnitt ferner in radialer Richtung (140) proximal zu dem Rotoraufnahmeraum (150) befindet.