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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Leiter für elektrische Maschinen, die einen Antrieb für Elektrofahrzeuge bereitstellen.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Elektrofahrzeuge, zum Beispiel Hybridfahrzeuge, Teilhybridfahrzeuge, Plug-in-Fahrzeuge und dergleichen, können eine elektrische Maschine zum Antreiben des Fahrzeugs und zum Speichern von Energie aus Nutzbremsung aufweisen. Die elektrische Maschine nimmt Leistung von einer Hochspannungstraktionsbatterie auf, die Gleichstrom (DC) an einen Wechselrichter mit variabler Spannung bereitstellt, welcher der elektrischen Maschine mehrphasigen Wechselstrom (AC) zuführt.
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Es sind elektrische Maschinen bekannt, die geformte Drahtstifte, die auch als „Haarnadeln“ (Hairpins - nachfolgend „Nadeln“) bezeichnet werden, anstelle von Wicklungen an dem Stator der elektrischen Maschine verwenden. Nadeln sind dünne drahtartige Elemente, die in Aufnahmen oder sich axial erstreckenden Schlitzen an dem Stator aufgenommen sind, die in einer verschachtelten umlaufenden Anordnung an dem Statorkern angeordnet sind. Die Nadeln weisen beabstandete Schenkel auf, die zusammengeschweißt sind, um einen Leiterpfad zu erzeugen. Ein Pfad kann für jede Phase des Wechselstroms bereitgestellt sein. Zwei parallele Leiterpfade können bereitgestellt werden, um die Effizienz der elektrischen Maschine zu erhöhen. Die Nadeln bilden einen Kranz an einem axialen Ende des Stators. Das Kranzende ragt mehrere Millimeter aus dem Statorkern heraus.
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Die Nadelgeometrie wird durch Biegen eines Metallstabs oder -stifts in einem genauen Muster erzeugt, um separate Leiterpfade zu erzeugen. Die Nadeln sind mit Emaille beschichtet, welche die Nadel von benachbarten Nadeln isoliert, die sich nicht in demselben Leiterpfad befinden.
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Die Nadeln werden in sich axial erstreckende Schlitze in dem Statorkern eingeführt, die dazu ausgelegt sind, eine Vielzahl von Stiften aufzunehmen (z. B. sechs oder acht Nadeln pro Schlitz). Die Nadeln sind in den Schlitzen von einem Innendurchmesser des Schlitzes zu dem Außendurchmesser des Schlitzes gestapelt und können mit numerischen Stellenkennungen versehen sein (z. B. liegt L1 beim ID jedes Schlitzes und liegt L8 beim AD jedes Schlitzes, wobei die dazwischenliegenden Stellen mit L2 bis L7 gekennzeichnet sind). Die Anzahl der in den Schlitzen aufgenommenen Nadeln kann eine andere Anzahl als acht sein.
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An den Stellen in den Schlitzen, die zu dem ID und dem AD benachbart sind (z. B. LI und L8 bei einem Schlitz mit acht Stellen), sind die Nadeln an Stellen mit dem gleichen Radius von der Mittelachse des Statorkerns in die Schlitze eingeführt. (L1 zu L1 und L8 zu L8). Symmetrische Nadeln sind normalerweise so gebogen, dass sie einen Scheitel in der Mitte des Kranzes bilden, der durch zwei gleiche Arme gebildet wird, die sich in dem Scheitel treffen. Symmetrische Nadeln, die in unterschiedliche Reihen eingeführt sind (z. B. L2 zu L3; L4 zu L5; L6 zu L7), erfordern nur eine scharfe Biegung, um eine Interferenz mit benachbarten Nadeln zu vermeiden, da sie nicht zum selben Radiusring zurückkehren. Bei einer mehrphasigen elektrischen Maschine müssen die Nadeln von den anderen Phasen umgangen werden, die sich in dazwischenliegenden Schlitzen befinden. Das Umgehen der dazwischenliegenden Nadeln mit einer symmetrischen Nadel an den Stellen LI und L8 erfordert ein scharfes Biegen der Nadel benachbart zu einem Ende eines Arms der Nadel, der sich von einem Schenkel, der in einem der Schlitze aufgenommen ist, zu dem Scheitel erstreckt. Symmetrische Nadeln in L1 und L8 erfordern schärfere Biegungen im Bereich des Kranzes, um eine Interferenz mit dazwischenliegenden Nadeln zu vermeiden. Die Biegungsschärfe ist typischerweise im Vergleich zu den Zwischennadeln (z. B. Nadeln, die zwischen L2 zu L3, L4 zu L5 eingeführt sind) stärker. Die schärferen Biegungen können Spannungsbrüche in der Emaille erzeugen, welche die Wirksamkeit der Emaille verringern können.
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Ein zuvor vorgeschlagener Ansatz zum Verringern der Notwendigkeit einer scharfen Biegung besteht darin, die Höhe des Kranzes an den Stellen zu erhöhen, die zum ID und AD des Statorkerns benachbart sind, an denen die Nadeln in die Schlitzstellen mit dem gleichen Radius eingeführt werden. Das Erhöhen der Höhe des Kranzes weist jedoch den Nachteil auf, dass sich der Platzbedarf für die elektrische Maschine erhöht.
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Diese Offenbarung richtet sich auf das Lösen der vorstehenden Probleme und anderer Probleme, wie nachstehend zusammengefasst.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung wird ein Nadelleiter für einen Stator einer elektrischen Maschinen offenbart. Der Nadelleiter oder die Nadel umfasst ein Drahtsegment, das einen ersten und einen zweiten Verbinderabschnitt, einen ersten und einen zweiten axialen Schenkel und einen Kranzabschnitt aufweist, wobei der Kranzabschnitt einen Scheitel aufweist, der an dem Schnittpunkt eines kurzen Arms, der sich von dem Scheitel zu dem ersten axialen Schenkel erstreckt, und eines langen Arms, der sich von den Scheitel zu dem zweiten axialen Schenkel erstreckt, ausgebildet ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt dieser Offenbarung wird ein Stator für eine elektrische Maschine eines Elektrofahrzeugs offenbart. Der Stator umfasst einen Statorkern, der eine Vielzahl von Schlitzen definiert, die in Umfangsrichtung um eine Mittelachse des Stators angeordnet ist. Eine Vielzahl von Nadeln ist mit benachbarten Nadeln in Leitpfaden für jede AC-Leistungsphase miteinander zusammengefügt, wobei die Nadeln einen ersten axialen Schenkel und einen zweiten axialen Schenkel aufweisen, die in zwei der Schlitze aufgenommen sind, wobei jeder von dem ersten und dem zweiten Schenkel durch einen Kranzabschnitt zusammengefügt ist, wobei der Kranzabschnitt einen langen Arm und einen kurzen Arm beinhaltet, die an einem Scheitel miteinander zusammengefügt sind, der radial und in Umfangsrichtung versetzt ist, um näher an dem zweiten Schenkel als an dem ersten Schenkel zu liegen.
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Gemäß einem wieder anderen Aspekt dieser Offenbarung wird eine elektrische Maschine offenbart, die eine Vielzahl von AC-Leistungsphasen aufweist, die einen Rotor, einen Stator und eine Vielzahl von Nadeln beinhaltet. Der Stator definiert eine Vielzahl von Schlitzen, welche die Nadeln aufnimmt. Die Nadeln sind Leiter, die jeweils mit einem in Umfangsrichtung benachbarten Nadelleiter zusammengefügt sind, um einen Leitpfad für jede Leistungsphase zu bilden. Die Nadelleiter weisen jeweils einen ersten axialen Schenkel und einen zweiten axialen Schenkel auf, die jeweils in einem der Vielzahl von Schlitzen angeordnet sind. Der erste und der zweite axiale Schenkel sind durch einen Kranzabschnitt der Nadelleiter zusammengefügt. Der Kranzabschnitt beinhaltet einen langen Arm und einen kurzen Arm, die an einem Scheitel zusammengefügt sind, der radial und in Umfangsrichtung versetzt ist, um näher an dem zweiten Schenkel als dem ersten Schenkel zu liegen.
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Die vorstehend erwähnten Aspekte dieser Offenbarung sowie weitere Aspekte werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine für ein Elektrofahrzeug.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Rings aus Nadeln, wie er an dem Stator montiert ist, wobei jedoch der Körper des Stators nicht dargestellt ist.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Seitennadel mit 7er-Abstand am Außendurchmesser.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Seitennadel mit 5er-Abstand am Außendurchmesser.
- 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Seitennadel mit 7er-Abstand am Innendurchmesser.
- 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Seitennadel mit 5er-Abstand am Außendurchmesser.
- 7 ist eine perspektivische Ansicht einer mittleren Nadel mit 6er-Abstand.
- 8 ist eine perspektivische Ansicht einer mittleren Nadel mit 5er-Abstand.
- 9 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen mittleren Nadel mit 5er-Abstand.
- 10 ist ein radialer Querschnitt des Stators, wobei die Nadeln an den radialen Schlitzstellen installiert sind.
- 11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des in 10 dargestellten Stators.
- 12 ist eine Darstellung zum Einführen von Nadeln, die zeigt, wie die Nadeln an dem Stator montiert sind, um einen doppelten Pfad für eine Phase der elektrischen Maschine zu bilden.
- 13 ist eine schematische Ansicht mehrerer Nadeln mit Fünfer-Abstand und Nadeln mit Siebener-Abstand, die gemäß dieser Offenbarung hergestellt sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die dargestellten Ausführungsformen sind unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offenbart. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich als Beispiele vorgesehen sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu, und einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Die offenbarten spezifischen strukturellen und funktionellen Details sind nicht als einschränkend auszulegen, sondern als repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die offenbarten Konzepte ausgeübt werden sollten.
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Verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, können mit Merkmalen kombiniert werden, welche in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten 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 bei bestimmten Anwendungen oder Umsetzungen verwendet werden.
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1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer elektrischen Maschine für ein Elektrofahrzeug veranschaulicht. Die elektrische Maschine 10 ist schematisch veranschaulicht, die in einem Fahrzeug 10, wie etwa einem vollelektrischen Fahrzeug oder einem hybridelektrischen Fahrzeug, verwendet werden kann. Die elektrische Maschine 10 kann als Elektromotor, Traktionsmotor, Generator oder dergleichen bezeichnet werden. Die elektrische Maschine 10 kann eine Dauermagnetmaschine, eine Induktionsmaschine, eine Synchronmaschine oder dergleichen sein. Die elektrische Maschine 10 fungiert sowohl als Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs als auch als Generator beim Nutzbremsen.
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Die elektrische Maschine 10 kann durch die Traktionsbatterie (nicht dargestellt) des Fahrzeugs (nicht dargestellt) mit Leistung versorgt werden. Die Traktionsbatterie stellt einen Hochspannungsgleichstrom (DC) aus einem oder mehreren Batteriezellenarrays, mitunter als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Traktionsbatterie bereit. 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.
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Die Traktionsbatterie kann elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen verbunden sein. Die Leistungselektronikmodule können elektrisch mit der elektrischen Maschinen 10 verbunden sein und können die Möglichkeit bereitstellen, elektrische Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie und der elektrischen Maschine 10 zu übertragen. Beispielsweise stellt eine typische Traktionsbatterie eine DC-Spannung bereit, während die elektrische Maschine 10 eine mehrphasige Wechselstrom(AC)-Spannung erfordern kann. Das Leistungselektronikmodul kann einen Wechselrichter beinhalten, der die DC-Spannung in eine mehrphasige AC-Spannung umwandelt, wie sie von der elektrischen Maschine 10 benötigt wird. In einem Nutzmodus kann das Leistungselektronikmodul die mehrphasige AC-Spannung von der elektrischen Maschine 10, die als Generator fungiert, in die DC-Spannung umwandeln, die von der Traktionsbatterie benötigt wird.
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Bezogen auf die 1 und 2 beinhaltet die elektrische Maschine 12 ein Gehäuse 12, das einen Stator 14 und einen Rotor 16 umschließt. Der Stator 14 ist an dem Gehäuse 12 befestigt und beinhaltet einen zylindrischen Statorkern 18 mit einem Innendurchmesser 20, der ein Loch 22 definiert, in dem der Rotor 16 aufgenommen wird, und einem Außendurchmesser 23. Der Rotor 16 kann Wicklungen oder Dauermagnete beinhalten, die mit dem Leiter des Stators 14 interagieren, um den Rotor 16 zu drehen, wenn die elektrische Maschine 12 durch die Traktionsbatterie mit Energie versorgt wird. Der Rotor 16 ist auf einer Antriebswelle 24 gelagert, die sich durch das Gehäuse 12 erstreckt. Die Antriebswelle 24 ist dazu konfiguriert, mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekoppelt zu werden.
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Der Statorkern 18 definiert Schlitze 26 (in den 10 und 11 dargestellt), die in Umfangsrichtung um den Statorkern 18 angeordnet sind und sich von dem Innendurchmesser 20 nach außen erstrecken. Die Schlitze 26 sind gleichmäßig um den Umfang des Statorkerns beabstandet und erstrecken sich axial von einem ersten Ende 28 oder Kranzende des Kerns 18 zu einem zweiten Ende 30 oder Verbindungsende. In der veranschaulichten Ausführungsform definiert der Kern 18 sechsunddreißig Schlitze und weist drei Pole (einen für jede Phase) auf, jedoch kann der Kern 18 in anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Schlitze und/oder Pole beinhalten. Beispielsweise kann der Kern 18 achtundvierzig Schlitze definieren und vier Pole aufweisen.
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Die elektrische Maschine 10 beinhaltet Nadelleiter 32 oder Haarnadeln, die in die Schlitze 26 des Kerns 18 eingebaut sind. Die Nadelleiter 32 verbessern die Effizienz durch Bereitstellen einer größeren Anzahl von Statorleitern, die den Widerstand des Leiters 32 verringern, ohne in den Raum einzudringen, der für den Elektrostahl und den Magnetflusspfad reserviert ist. Die Nadelleiter 32 sind Wellenleiter, die Pol zu Pol in einem wellenartigen Muster verknüpfen.
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Während zum Beispiel die mögliche Anzahl an Polen, Schlitzen pro Pol und Schichten variieren kann, ist es bei einem Nadelleiter nicht praktikabel, so viele Windungen pro Spule wie bei einer Litzenwicklung zu haben. Jede Nadel muss mittels Schweißen, Löten oder dergleichen an dem Verbindungsende 30 mit der nächsten Nadel verbunden werden und muss gemäß einer spezifischen Form gebogen sein, um die Verbindung möglich zu machen. Eine weitere Herausforderung ist das Erzeugen paralleler Schaltungen, die ausgeglichen sind (d. h., keine starken Kreisströme in der Schleife verursachen, die durch die parallelen Schaltungen aufgrund von Asymmetrie gebildet werden) und robuste Verbindungen aufweisen.
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Die elektrische Maschine 12 kann eine Dreiphasenmaschine sein, in der die Nadelleiter 32 so angeordnet sind, dass sie eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase aufweisen. In einer Ausführungsform beinhaltet jede Phase zugeordnete Nadelleiter 32 (auch als Harnadeln, Stifte oder Stableiter bezeichnet), die in einem parallelen Pfad angeordnet sind, der zwei parallele Leitpfade beinhaltet. In einem Dreiphasensystem sind drei der parallelen Leitpfade bereitgestellt, einer für jede der drei Phasen. Ein Satz von drei Anschlüssen 33 ist in 2 dargestellt, wobei jeder der drei parallelen Leitungspfade mit einem der Anschlüsse 33 verbunden ist. Ein Nullleiteranschluss 35 ist mit sämtlichen der parallelen Leitungspfade verbunden.
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Bezogen auf 3 ist ein Nadelleiter 32a mit Siebener-Abstand für den Außendurchmesser(AD)-Ring des Stators 14 dargestellt, der einen Kranzendabschnitt 34a beinhaltet, der eine maximale Höhe (die Höhe wird vom Kranzende des Statorkerns aus gemessen) an einer asymmetrischen Spitze 36a aufweist. Der Leiter 32a beinhaltet einen ersten und einen zweiten axialen Schenkel 38a und 40a, die sich linear durch den Stator von dem Kranzende 28 zu dem Verbindungsende 30 erstrecken. Ein erstes und ein zweites Verbindungssegment 42a und 44a sind an dem Verbindungsende 30 bereitgestellt und sind dazu konfiguriert, mit anderen Nadelleitern 32 verschweißt zu werden, die in einem parallelen Leitungspfad angeordnet sind (siehe 10). Der Leitungspfad erstreckt sich von einem Anschluss, der entweder am ID oder am AD des Stators 14 bereitgestellt ist, zu einem Nullleiteranschluss, der entweder am ID oder am AD des Stators 14 bereitgestellt ist.
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Der Kranzendabschnitt 34a erstreckt sich von dem ersten axialen Schenkel 38a zu dem zweiten axialen Schenkel 40a. Eine asymmetrische Spitze 36a des Kranzendabschnitts 34a ist so versetzt, dass sie in einem größeren Ausmaß von dem ersten axialen Schenkel 38a beabstandet ist, als die asymmetrische Spitze 36a von dem zweiten axialen Schenkel 40 beabstandet ist. Durch Versetzen der asymmetrischen Spitze 36a wird die Höhe des Kranzendabschnitts 34a verringert. Die asymmetrische Spitze 36a ist an der Schnittstelle eines kurzen Arms 37a, der sich von der asymmetrischen Spitze 36a zu dem ersten axialen Schenkel erstreckt, und eines langen Arms 39a, der sich von der asymmetrischen Spitze 36a zu dem zweiten axialen Schenkel 39a erstreckt, gebildet.
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Bezogen auf 4 ist ein Nadelleiter 32b mit Fünfer-Abstand für den Außendurchmesser(AD)-Ring des Stators 14 dargestellt, der einen Kranzendabschnitt 34b beinhaltet, der eine maximale Höhe an einer asymmetrischen Spitze 36b aufweist. Der Leiter 32b beinhaltet einen ersten und einen zweiten axialen Schenkel 38b und 40b, die sich linear durch den Stator von dem Kranzende 28b zu dem Verbindungsende 30b erstrecken. Ein erstes und ein zweites Schweißsegment 42b und 44b sind an dem Verbindungsende 30b bereitgestellt und sind dazu konfiguriert, mit anderen Nadelleitern 32b verschweißt zu werden, die in einem Leitungspfad (siehe 10) angeordnet sind, der sich von einem Anschluss erstreckt, der entweder am ID oder am AD des Stators 14 an einen Nullleiteranschluss bereitgestellt ist, der entweder am ID oder am AD des Stators 14 bereitgestellt ist.
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Der Kranzendabschnitt 34b erstreckt sich von dem ersten axialen Schenkel 38b zu dem zweiten axialen Schenkel 40b. Die asymmetrische Spitze 36b des Kranzendabschnitts 34b ist so versetzt, dass sie in einem größeren Ausmaß von dem ersten axialen Schenkel 38b beabstandet ist, als die asymmetrische Spitze 36b von dem zweiten axialen Schenkel 40 beabstandet ist. Durch Versetzen der asymmetrischen Spitze 36b wird die Höhe des Kranzendabschnitts 34b in der Höhe verringert. Die asymmetrische Spitze 36b ist an der Schnittstelle eines kurzen Arms 37b, der sich von der asymmetrischen Spitze 36b zu dem ersten axialen Schenkel erstreckt, und eines langen Arms 39b, der sich von der asymmetrischen Spitze 36b zu dem zweiten axialen Schenkel 39b erstreckt, gebildet.
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Bezogen auf 5 ist ein Nadelleiter 32c mit Siebener-Abstand für den ID-Ring des Stators 14 dargestellt, der einen Kranzendabschnitt 34c beinhaltet, der eine maximale Höhe an einer asymmetrischen Spitze 36c aufweist. Der Leiter 32c beinhaltet einen ersten und einen zweiten axialen Schenkel 38c und 40c, die sich linear durch den Stator 14 von dem Kranzende 28c zu dem Verbindungsende 30c erstrecken. Ein erstes und ein zweites Schweißsegment 42c und 44c sind an dem Verbindungsende 30c bereitgestellt und sind dazu konfiguriert, mit anderen Nadelleitern 32c verschweißt zu werden, die in einem Leitungspfad (siehe 10) angeordnet sind, der sich von einem Anschluss erstreckt, der entweder am ID oder am AD des Stators 14 an einen Nullleiteranschluss bereitgestellt ist, der entweder am ID oder am AD des Stators 14 bereitgestellt ist.
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Der Kranzendabschnitt 34c erstreckt sich von dem ersten axialen Schenkel 38c zu dem zweiten axialen Schenkel 40c. Die asymmetrische Spitze 36c des Kranzendabschnitts 34c ist so versetzt, dass sie in einem größeren Ausmaß von dem ersten axialen Schenkel 38c beabstandet ist, als die asymmetrische Spitze 36c von dem zweiten axialen Schenkel 40 beabstandet ist. Durch Versetzen der asymmetrischen Spitze 36c wird die Höhe des Kranzendabschnitts 34c in der Höhe verringert. Die asymmetrische Spitze 36c ist an der Schnittstelle eines kurzen Arms 37c, der sich von der asymmetrischen Spitze 36c zu dem ersten axialen Schenkel erstreckt, und eines langen Arms 39c, der sich von der asymmetrischen Spitze 36c zu dem zweiten axialen Schenkel 39c erstreckt, gebildet.
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Bezogen auf 6 ist ein Nadelleiter 32d mit Fünfer-Abstand für den ID-Ring des Stators 14 dargestellt, der einen Kranzendabschnitt 34d beinhaltet, der eine maximale Höhe an einer asymmetrischen Spitze 36d aufweist. Der Leiter 32d beinhaltet einen ersten und einen zweiten axialen Schenkel 38d und 40d, die sich linear durch den Stator 14 von dem Kranzende 28 zu dem Verbindungsende 30 erstrecken. Ein erstes und ein zweites Schweißsegment 42d und 44d sind an dem Verbindungsende 30 bereitgestellt und sind dazu konfiguriert, mit anderen Nadelleitern 32 verschweißt zu werden, die in einem Leitungspfad (siehe 10) angeordnet sind, der sich von einem Anschluss erstreckt, der entweder am ID oder am AD des Stators 14 an einen Nullleiteranschluss bereitgestellt ist, der entweder am ID oder am AD des Stators 14 bereitgestellt ist.
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Der Kranzendabschnitt 34d erstreckt sich von dem ersten axialen Schenkel 38d zu dem zweiten axialen Schenkel 40d. Die asymmetrische Spitze 36d des Kranzendabschnitts 34d ist so versetzt, dass sie in einem größeren Ausmaß von dem ersten axialen Schenkel 38d beabstandet ist, als die asymmetrische Spitze 36d von dem zweiten axialen Schenkel 40 beabstandet ist. Durch Versetzen der asymmetrischen Spitze 36d wird die Höhe des Kranzendabschnitts 34d in der Höhe verringert. Die asymmetrische Spitze 36d ist an der Schnittstelle eines kurzen Arms 37d, der sich von der asymmetrischen Spitze 36d zu dem ersten axialen Schenkel erstreckt, und eines langen Arms 39d, der sich von der asymmetrischen Spitze 36d zu dem zweiten axialen Schenkel 39d erstreckt, gebildet.
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Die 7-9 veranschaulichen herkömmliche symmetrische mittlere Nadeln 46 für die mittleren Schichten des Stators 14, die in andere Ringe mit unterschiedlichen radialen Abständen von der Mittelachse des Stators (L1 zu L2 oder L5 zu L6) eingeführt sind. Die mittleren Nadeln 46 stehen nicht dem gleichen Problem gegenüber wie die Nadeln, die in den Ringen benachbart zum ID und AD verbunden sind, wobei beide Schenkel in den gleichen Ring eingeführt sind, da sie die benachbarten Nadeln nicht stören. Die in 7 dargestellte mittlere Nadel 46 ist ein Leiter mit Sechser-Abstand, der in zwei Schlitze eingeführt ist, die durch sechs Schlitze voneinander beabstandet sind. Die mittlere Nadel kann eine zentrierte symmetrische Spitze 48 aufweisen. Die in 8 dargestellte mittlere Nadel 50 ist ein Leiter mit Fünfer-Abstand, der eine zentrierte symmetrische Spitze 52 aufweisen kann. Die in 9 dargestellte mittlere Nadel 54 ist ein Leiter mit Fünfer-Abstand, der eine zentrierte symmetrische Spitze 56 aufweist.
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Die 10 und 11 veranschaulichen im Querschnitt die Struktur des Stators 14 mit Schlitzen 46, die den ersten und den zweiten axialen Schenkel 38 und 40 aufnehmen. Die Schlitze 46 sind von 1 bis 36 gegen den Uhrzeigersinn angeordnet, wobei der Übersichtlichkeit halber nur die Schlitze mit ungeraden Zahlen beschriftet sind. Die Schlitze 46 können eine radiale Innenschicht 58 aus Nadeln, eine radiale Mittelschicht 60 aus Nadeln und eine radiale Außenschicht 62 aus Nadeln beinhalten. Jede der Schichten beinhaltet mindestens zwei radiale Positionen, die zueinander benachbart sind. In der veranschaulichten Ausführungsform weist jeder Schlitz 46 sechs Positionen auf, wobei die Innenschicht 58 eine innere Position 58a und eine äußere Position 58b beinhaltet; die Mittelschicht 60 eine innere Position 60a und eine äußere Position 60b beinhaltet; und die Außenschicht 62 eine innere Position 62a und eine äußere Position 62b beinhaltet. Die Positionen erstrecken sich radial nach außen, wobei die innere Position 58a zu dem Innendurchmesser 20 des Statorkerns 18 benachbart ist und die äußere Position 62b der Außenschicht 62 einem Außendurchmesser 23 des Kerns 18 am nächsten ist. Die Positionen sind aufeinanderfolgend und in einer linearen Eins-zu-Sechs-Anordnung angeordnet.
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Bezogen auf 12 wird ein beispielhafter Verdrahtungsplan für eine einzelne Phase der elektrischen Maschine 10 bereitgestellt. Der Plan gibt die Ebenen der Schlitze 46 von L1 bis L8 an, wobei L1 die Stelle ist, die dem ID am nächsten ist, und L8 die Stelle ist, die dem AD am nächsten ist. Die Schlitze 46 sind von 1 bis 48 nummeriert und sind in Umfangsrichtung um den Stator 14 angeordnet. Die in den 3 und 4 dargestellten Nadelleiter sind in die Stelle L8 eingeführt und die in den 5 und 6 dargestellten Nadelleiter sind in die Stelle L1 eingeführt. Die in den 7-9 dargestellten mittleren Nadelleiter sind an den Stellen L2 bis L7 eingeführt und sind in benachbarte radiale Schichten (zwischen L2 und L3; L4 und L5; usw.) eingeführt.
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Die Nadelleiter in den 3 und 4 sind in die L1 eingeführt, um die Höhe des Kranzendes zu verringern. Die Nadelleiter in den 5 und 6 sind in die L8 eingeführt, um ebenfalls die Höhe des Kranzendes zu verringern. Die in den 7-9 dargestellten mittleren Nadelleiter 46, 50 und 54 werden verwendet, um zwischen Schichten zu springen.
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Ein Abschnitt eines Leitungspads wird beginnend mit einem Leiter mit Siebener-Abstand an dem Ll-Schlitz 32-39 beschrieben. Eine der mittleren Nadeln springt von dem L1-Schlitz 38 zu dem L2-Schlitz 32. Eine andere mittlere Nadel springt von dem L1-Schlitz 39 zu dem L2-Schlitz 33. Durch das Einführen der mittleren Nadeln 54 werden die mittleren Nadeln in den Reihen L1 bis L8 weiterhin mit einem Schenkel der mittleren Nadeln in L1 oder L8 und asymmetrischen Nadeln mit beiden Schenkeln in jeder der Reihen L1 oder L8 verknüpft.
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Bezogen auf 13 sind mehrere Nadeln 32b mit Fünfer-Abstand und Nadeln 32a mit Siebener-Abstand dargestellt, wobei ein Bereich 66 durch Klammern angegeben ist, um zu zeigen, wo eine verringerte Biegung im Vergleich zu in den 7-9 dargestellten symmetrischen Nadeln erforderlich ist.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind konkrete Beispiele, die nicht alle möglichen Formen der Offenbarung beschreiben. Die Merkmale der dargestellten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der offenbarten Konzepte zu bilden. Die in der Patentschrift verwendeten Wörter dienen der Beschreibung und nicht der Einschränkung. Der Umfang der folgenden Ansprüche ist breiter als die konkret offenbarten Ausführungsformen und schließt auch Modifikationen der veranschaulichten Ausführungsformen ein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Nadelleiter für einen Stator einer elektrischen Maschine bereitgestellt, aufweisend ein Drahtsegment, das einen ersten und einen zweiten Verbinderabschnitt, einen ersten und einen zweiten axialen Schenkel und einen Kranzabschnitt aufweist, wobei der Kranzabschnitt einen Scheitel aufweist, der an einem Schnittpunkt eines kurzen Arms, der sich von dem Scheitel zu dem ersten axialen Schenkel erstreckt, und eines langen Arms, der sich von den Scheitel zu dem zweiten axialen Schenkel erstreckt, ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der erste und der zweite axiale Schenkel voneinander beabstandet und dazu ausgelegt, in Schlitzen aufgenommen zu werden, die in einem Statorkern ausgebildet und in einem Siebener-Abstand beabstandet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der erste und der zweite axiale Schenkel voneinander beabstandet und dazu ausgelegt, in Schlitzen aufgenommen zu werden, die in einem Statorkern ausgebildet und in einem Fünfer-Abstand beabstandet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Kranzabschnitt an einem Kranzende eines Statorkerns angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Verbinderabschnitt an einem Verbindungsende eines Statorkerns angeordnet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Stator für eine elektrische Maschine eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt, aufweisend: einen Statorkern, der eine Vielzahl von Schlitzen definiert, die in Umfangsrichtung um eine Mittelachse des Stators angeordnet ist; und eine Vielzahl von Nadeln, wobei jede der Nadeln mit benachbarten Nadeln in Leitpfaden für jede AC-Leistungsphase miteinander zusammengefügt ist, wobei die Nadeln einen ersten axialen Schenkel und einen zweiten axialen Schenkel aufweisen, die in zwei der Schlitze aufgenommen sind, wobei sich jeder von dem ersten axialen Schenkel und dem zweiten Schenkel durch einen Kranzabschnitt miteinander zusammengefügt sind, wobei der Kranzabschnitt einen langen Arm und einen kurzen Arm beinhaltet, die an einem Scheitel miteinander zusammengefügt sind, der radial und in Umfangsrichtung versetzt ist, um näher an dem zweiten Schenkel als an dem ersten Schenkel zu liegen.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vielzahl von Nadeln mittlere Nadeln, die einen ersten und einen zweiten axialen Schenkel der mittleren Nadeln aufweisen, die durch Arme gleicher Länge an einem radial zentrierten symmetrischen Scheitel miteinander zusammengefügt sind.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der erste und der zweite axiale Schenkel voneinander beabstandet und dazu ausgelegt, in Schlitzen aufgenommen zu werden, die in dem Statorkern ausgebildet und in einem Siebener-Abstand beabstandet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der erste und der zweite axiale Schenkel voneinander beabstandet und dazu ausgelegt, in Schlitzen aufgenommen zu werden, die in dem Statorkern ausgebildet und in einem Fünfer-Abstand beabstandet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Kranzabschnitt an einem Kranzende des Statorkerns angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind ein erster Verbinderabschnitt und ein zweiter Verbinderabschnitt an einem Verbindungsende des Statorkerns angeordnet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Maschine mit einer Vielzahl von AC-Leistungsphasen bereitgestellt, aufweisend: einen Rotor: einen Statorkern, der eine Vielzahl von Schlitzen definiert; und eine Vielzahl von Nadeln, die mit einer in Umfangsrichtung benachbarten Nadel miteinander zusammengefügt ist, um einen Leitpfad für jede Leistungsphase zu bilden, wobei die Nadeln jeweils einen ersten axialen Schenkel und einen zweiten axialen Schenkel aufweisen, die jeweils in einem von der Vielzahl von Schlitzen aufgenommen sind, und wobei der erste und der zweite axiale Schenkel durch einen Kranzabschnitt der Nadeln zusammengefügt sind, wobei der Kranzabschnitt einen langen Arm und einen kurzen Arm beinhaltet, die an einem Scheitel zusammengefügt sind, der radial und in Umfangsrichtung versetzt ist, um näher an dem zweiten axialen Schenkel als an dem ersten axialen Schenkel zu liegen.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Vielzahl von Nadeln mittlere Nadeln, die einen ersten und einen zweiten axialen Schenkel der mittleren Nadeln aufweisen, die durch Arme gleicher Länge an einem radial zentrierten symmetrischen Scheitel zusammengefügt sind.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der erste und der zweite axiale Schenkel voneinander beabstandet und dazu ausgelegt, in Schlitzen aufgenommen zu werden, die in dem Stator ausgebildet und in einem Siebener-Abstand beabstandet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform sind der erste und der zweite axiale Schenkel voneinander beabstandet und dazu ausgelegt, in Schlitzen aufgenommen zu werden, die in dem Stator ausgebildet und in einem Fünfer-Abstand beabstandet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Kranzabschnitt an einem Kranzende des Stators angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind ein erster Verbinderabschnitt und ein zweiter Verbinderabschnitt an einem Verbindungsende des Stators angeordnet.
