DE102021134636A1

DE102021134636A1 - Stator für elektrische maschine mit mehrteiliger leiterbaugruppe

Info

Publication number: DE102021134636A1
Application number: DE102021134636.3A
Authority: DE
Inventors: Franco Leonardi; Becky Sue MORRIS; Michael W. Degner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2022-06-30
Also published as: US20220209606A1; US11545866B2; CN114696487A

Abstract

Eine Wicklungsbaugruppe für einen Stator weist eine Vielzahl von Brücken auf, wobei jede einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich in Umfangsrichtung über eine Endfläche eines Kerns auf einer ersten axialen Ebene relativ dazu erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Block beinhaltet, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen eines Paars von Leitern auf einer zweiten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die erste axiale Ebene entfernt ist, verbunden sind.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Diese Offenbarung betrifft das Gebiet von elektrischen Maschinen. Insbesondere betrifft sie einen Stator, der eine Wicklung aufweist, die zwei oder mehr getrennt gefertigte Unterbaugruppen umfasst.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrische Maschinen (Motoren, Generatoren usw.) bestehen aus mehreren grundlegenden Komponenten, die vielen verschiedenen Arten von Maschinen gemein sind: eine oder mehrere stromführende Komponenten (die Leiter oder Wicklung); eine Magnetpfadkomponente (der Kern); und eine Magnetfeldquelle (ein(e) oder mehrere Spulen oder Magnete). In typischen Motoren, einschließlich derjenigen, die gegenwärtig in den meisten Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, beinhaltet der Stator Wicklungen, die eine Vielzahl von geraden Teilen umfassen, die sich axial durch den Kern erstrecken (üblicherweise durch Schlitze, die durch den Kern definiert sind), und eine Vielzahl von Teilen außerhalb von und an jedem axialen Ende des Kerns, im Allgemeinen als Wicklungsköpfe bezeichnet. Die Wicklungsköpfe verbinden die axial ausgerichteten Leiter innerhalb der durch den Kern definierten Schlitze elektrisch, wodurch die elektrische Schaltung vervollständigt und die gewünschte/erforderliche Anzahl von elektrischen Phasen erzeugt wird. Obwohl er für das korrekte Funktionieren der Maschine notwendig ist, trägt der Wicklungskopfbereich zu elektrischen Verlusten, Gewicht, Kosten und Volumen bei, aber nicht zum Drehmoment. Es ist daher wünschenswert, die Länge und den elektrischen Widerstand der Wickelköpfe zu reduzieren.
Es ist herkömmlich bekannt, den Stator einer elektrischen Maschine durch Einführen von U-förmigen „Haarnadelleitern“ in sich axial erstreckende Schlitze, die in dem Stator gebildet sind, von einem ersten axialen Ende des Stators und anschließendes Verbinden der Enden der Haarnadeln, die von dem gegenüberliegenden zweiten axialen Ende des Stators hinausragen, nach Bedarf herzustellen, um den gewünschten Schaltungspfad zu erreichen. Jeder Haarnadelleiter wird herkömmlicherweise durch Biegen eines Kupferstabs oder einer Kupferstange mit rechteckigem Querschnitt hergestellt. Infolgedessen bleiben die Form und die Fläche des Leiterquerschnitts in der gesamten Maschine gleich. Die Endwindungen müssen sich axial an beiden Enden des Stators kreuzen, und dies erhöht die Gesamtlänge der Wicklungen. Die Wickelköpfe können daher einen erheblichen Teil der Gesamtwicklungslänge umfassen, die in Kurzstapelmaschinen (definiert als Maschinen, bei denen der Radius viel größer als die axiale Länge ist) 50 % des Gesamtkupfergehalts erreichen kann.
Es wurden Konfigurationen vorgeschlagen, die es ermöglichen, Komponenten elektrischer Maschinen durch additive Fertigung, auch gemeinhin als dreidimensionales (3D) Drucken bekannt, herzustellen.
KURZDARSTELLUNG
Eine elektrische Maschine beinhaltet einen Kern, der eine Vielzahl von Schlitzen definiert, die sich parallel zu einer Längsachse des Kerns erstreckt, und eine erste Wicklungsbaugruppe, die eine Vielzahl von Leitern umfasst, wobei jeder in einem anderen der Schlitze angeordnet ist. Enden der Leiter definieren Anschlüsse, die axial über eine Endfläche des Kerns hinausragen. Die elektrische Maschine beinhaltet zudem eine zweite Wicklungsbaugruppe, die eine Vielzahl von Brücken umfasst. Jede Brücke beinhaltet einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich in Umfangsrichtung über die Endfläche auf einer ersten axialen Ebene relativ dazu erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Schweißblock, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen eines Paars der Leiter auf einer zweiten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die erste axiale Ebene entfernt ist, verschweißt sind.
Ein Stator für eine elektrische Maschine beinhaltet eine Wicklungsbaugruppe, die eine Vielzahl von Brücken umfasst, wobei jede einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich in Umfangsrichtung über eine Endfläche eines Kerns auf einer ersten axialen Ebene relativ dazu erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Block beinhaltet, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen eines Paars von Leitern auf einer zweiten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die erste axiale Ebene entfernt ist, verbunden sind. Die Brücken sind in einer gegenseitig radial verschachtelten Beziehung zueinander angeordnet, ohne sich zu überlappen.
Ein Stator für eine elektrische Maschine beinhaltet einen Kern, der eine Vielzahl von Schlitzen definiert, die sich parallel zu einer Längsachse des Kerns erstreckt, und eine Vielzahl von U-förmigen Haarnadeln, wobei jede einen ersten und einen zweiten Leiter in einem entsprechenden der Vielzahl von Schlitzen beinhaltet. Erste Enden der Leiter definieren Anschlüsse, die axial über eine erste Endfläche des Kerns hinausragen, und zweite Enden der Leiter, die zu einem zweiten axialen Ende des Kerns benachbart sind, sind durch Wicklungsköpfe mit den Leitern anderer der Vielzahl von Haarnadeln verbunden. Der Stator beinhaltet ferner eine Vielzahl von Brücken, wobei jede einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich in Umfangsrichtung über die erste Endfläche auf einer ersten axialen Ebene relativ dazu erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der ersten Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Schweißblock beinhaltet, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen eines Paars der Leiter auf einer zweiten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die erste axiale Ebene entfernt ist, verschweißt sind.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht von Teilen von Hauptkomponenten eines Stators einer elektrischen Maschine.
2 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen repräsentativen U-Leiter der ersten Wicklungsbaugruppe zeigt, die in 1 gezeigt ist.
3 ist eine perspektivische Teilansicht von zwei radial benachbarten Leitern, die in 2 gezeigt sind, isoliert von dem Kern und anderen Leitern.
4 ist eine perspektivische Teilansicht der ersten Wicklungsbaugruppe aus 1.
5 ist eine Draufsicht auf die zweite Wicklungsbaugruppe aus 1.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer repräsentativen Brücke der zweiten Wicklungsbaugruppe aus den 1 und 5.
7 ist eine perspektivische Ansicht des Kerns und der ersten Wicklungsbaugruppe aus 1 nach einem ersten Montageschritt.
8 ist eine perspektivische Ansicht des Kerns, der ersten Wicklungsbaugruppe und der zweiten Wicklungsbaugruppe aus 1 nach einem zweiten Montageschritt.
9A ist eine perspektivische Ansicht von Anschlussteilen einer Brücke und eines passenden Leiters, bevor sie miteinander verbunden werden.
9B ist eine perspektivische Ansicht der Anschlussteile aus 9A, nachdem sie miteinander verbunden wurden.
9C ist eine perspektivische Ansicht von Anschlussteilen einer Brücke und eines passenden Leiters, bevor sie miteinander verbunden werden.
9D ist eine perspektivische Ansicht der Anschlussteile aus 9C, nachdem sie miteinander verbunden wurden.
9E ist eine perspektivische Ansicht von Anschlussteilen einer Brücke und eines passenden Leiters, bevor sie miteinander verbunden werden.
9F ist eine perspektivische Ansicht der Anschlussteile aus 9E, nachdem sie miteinander verbunden wurden.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines repräsentativen Paars eines inneren und äußeren U-Leiters einer ersten Wicklungsbaugruppe.
11 ist eine perspektivische Ansicht der ersten Wicklungsbaugruppe aus 10, die in einen Kern eingeführt ist.
12 ist eine vergrößerte Ansicht der ersten Wicklungsbaugruppe und des Kerns aus 11.
13 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Wicklungsbaugruppe.
14 ist eine perspektivische Ansicht der zweiten Wicklungsbaugruppe aus 12, die mit der ersten Wicklungsbaugruppe und dem Kern aus 11 zusammengebaut ist.
15 ist eine perspektivische Ansicht einer dritten Wicklungsbaugruppe.
16 ist eine perspektivische Ansicht der dritten Wicklungsbaugruppe aus 15, die mit den Komponenten aus 14 zusammengebaut ist.
17 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils aus 16.
18 ist eine perspektivische Ansicht von Anschlussteilen einer Brücke und eines passenden Leiters, nachdem sie miteinander verbunden wurden.
19 ist eine perspektivische Ansicht einer Wicklungsbaugruppe.
20 ist eine perspektivische Ansicht eines Anschlussteils einer Brücke und eines passenden Leiters, nachdem sie miteinander verbunden wurden.
21 ist eine perspektivische Ansicht eines Anschlussteils einer Brücke und eines passenden Leiters, nachdem sie miteinander verbunden wurden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und andere Ausführungsformen können verschiedene und alternative Formen annehmen. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details konkreter Komponenten zu zeigen. Demnach sind die hierin offenbarten spezifischen strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend, sondern lediglich als repräsentative Grundlage auszulegen, 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.
Wie in der auseinandergezogenen Ansicht aus 1 zu sehen ist, umfasst ein Stator 10 eine erste Wicklungsbaugruppe (first winding assembly - FWA) 20, eine zweite Wicklungsbaugruppe (second winding assembly - SWA) 30 und einen Kern 40. Eine Längs- oder Mittelachse A gibt die Achse der radialen Symmetrie des Stators 10 an und ist ebenfalls die Drehachse eines im Allgemeinen zylindrischen Rotors (nicht gezeigt), der in einer zusammengebauten elektrischen Maschine zur Drehung relativ dazu in dem Stator gestützt wird.
Der Statorkern 40 weist im Allgemeinen eine herkömmliche Konfiguration auf und definiert eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Schlitzen 42, die durch Zähne 44 getrennt sind. Der Kern 40 besteht aus einem eisenhaltigen Material, wie etwa Eisen oder Stahl, und kann als eine einheitliche Komponente oder als ein Stapel von dünnen Lagen hergestellt sein.
Die FWA 20 umfasst eine Vielzahl von U-Leitern 24 (die alternativ von Fachleuten als „Haarnadeln“ bezeichnet werden können), von denen jeder zwei parallele Stützen 24a, 24b und einen Wicklungskopf 24c, der sich zwischen den Stützen erstreckt, diese verbindet und mit diesen einstückig ausgebildet ist, umfasst. Die U-Leiter 24 sind derart angeordnet, dass radial benachbarte Paare von Wicklungsköpfen 24c in einer radial verschachtelten Beziehung zueinander stehen, um eine ringförmige Scheibe oder einen Ring 20a zu bilden, die/der in der in 1 angegebenen x-y-Ebene liegt, und die Stützen 24a, 24b erstrecken sich parallel zur Mittelachse A und zu der z-Achse. Die freien Enden der Stützen 24a, 24b, die distal von ihren entsprechenden Wicklungsköpfen 24c liegen, umfassen Anschlüsse 26, wie nachstehend näher beschrieben.
Um die radial verschachtelte Beziehung von U-Leitern 24 zu ermöglichen, können Wicklungsköpfe 24c und die Teile der Stützen 24a, 24b, die zu diesen unmittelbar benachbart sind, wie in 2 gezeigt konfiguriert sein. Ein erstes Ende des Wicklungskopfes 24a ist mit einem radial inneren Teil der ersten Stütze 24a verbunden, sodass die Verbindungsstelle zwischen dem Wicklungskopf und der ersten Stütze dazu konfiguriert ist, eine radial nach außen gerichtete Leiste 27 zu definieren, und ein zweites Ende des Wicklungskopfes ist mit einem radial äußeren Teil der zweiten Stütze 24b verbunden, sodass die Verbindungsstelle zwischen dem Wicklungskopf und der zweiten Stütze dazu konfiguriert ist, eine radial nach innen gerichtete Leiste 28 zu definieren. Die Stütze 24a ist im Vergleich zu der Stütze 24b relativ mehr radial nach innen gerichtet. Folglich tritt der Wicklungskopf 24c radial nach außen, wenn er sich im Uhrzeigersinn, wie in 2 zu sehen ist, um die Mittelachse A der SWA 30 erstreckt.
Die verschachtelte Beziehung zwischen radial benachbarten U-Leitern ist am besten in 3 zu sehen, in der zwei repräsentative U-Leiter 124, 224 isoliert vom Rest der Leiter, aus denen die FWA 20 besteht, gezeigt sind. Bei den zwei repräsentativen U-Leitern kann es sich um ein beliebiges Paar von radial benachbarten U-Leitern, aus denen die FWA 20 besteht, handeln. Wie gezeigt bestehen die folgenden Beziehungen: 1) Der Wicklungskopf eines radial äußeren U-Leiters 124 liegt in der nach außen gerichteten Leiste 227 eines radial inneren Leiters 224 und verläuft über diese; und 2) Der Wicklungskopf des radial inneren Leiters 224 verläuft über die nach innen gerichteten Leiste 128 des radial äußeren Leiters 124 und liegt in dieser. Da diese eng verschachtelte Beziehung zwischen jedem Paar radial benachbarter U-Leiter 124, 224 um den Umfang und über den Radius des Rings 20a wiederholt wird, wird die Anforderung an Wicklungsköpfe des U -Leiters, einander axial zu überkreuzen, vermieden.
Im Vergleich zu einem herkömmlich bekannten Stator, bei dem die Wicklungsköpfe von Leitern einander an den axialen Enden des Kerns überkreuzen (überlappen), ermöglicht die offenbarte radial verschachtelte Konfiguration, dass Leiter eine kürzere Gesamtlänge aufweisen und daher weniger Material verwenden und weniger elektrischen Widerstand erzeugen. Ferner kann der offenbarte Stator (und somit die elektrische Maschine insgesamt) axial kompakter sein, als im Stand der Technik bekannt ist.
Wie am besten in 4 zu sehen ist, sind die distalen Enden von Stützen, die zu den Anschlüssen 26 unmittelbar benachbart sind, dazu konfiguriert, nach außen gerichtete Leisten 127 und nach innen gerichtete Leisten 128 zu bilden, die den Leisten 27, 28, die in den 3 und 4 gezeigt sind, ähnlich sind. Die Leisten 127, 128 ermöglichen, dass Elemente der SWA 30 auf eine axial verschachtelte Weise mit den Anschlüsse 26 zusammenpassen, wie weiter unten beschrieben.
Die U-Leiter 24 sind aus einem Material gebildet, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist (wie etwa Kupfer), und sind von einer nicht leitfähigen Beschichtung bedeckt, um elektrisch voneinander (und von dem Kern 40, wenn sie damit zusammengebaut sind) isoliert zu sein. Da die isolierende Beschichtung relativ zu der Größe der Leiter sehr dünn ist, ist sie in den Figuren nicht gezeigt oder mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die FWA 20 kann vorteilhafterweise unter Verwendung eines additiven Fertigungsprozesses (auch als dreidimensionales oder 3D-Drucken bekannt) gebildet werden, wobei geschichtete Materiallagen der Reihe nach übereinander angeordnet werden. Ein derartiger Prozess kann ermöglichen, dass U-Leiter 24 gleichzeitig miteinander und in der gezeigten verschachtelten Beziehung gedruckt werden. Der 3D-Druckprozess ermöglicht ferner die Herstellung von Wicklungsköpfen, die in der Querschnittsform variieren und/oder über ihren jeweiligen Längen liegen. Eine dünne isolierende Lage (nicht gezeigt), welche die U-Leiter 24 umgibt, kann ebenfalls gleichzeitig durch einen derartigen Prozess gebildet werden.
Die SWA 30 (siehe 5) umfasst eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Brücken 32, die im Wesentlichen ähnlich wie die Wicklungsköpfe 24c konfiguriert und in einer gegenseitig verschachtelten Beziehung, die im Wesentlichen der des Rings 20a ähnlich ist, angeordnet sind. In der verschachtelten Anordnung sind die Brücken 32 elektrisch voneinander isoliert, zum Beispiel durch dünne dielektrische Beschichtungen, wie vorstehend in Bezug auf die U-Leiter 24 beschrieben.
Eine repräsentative der Brücken 32 ist in 6 so gezeigt, dass sie gegenüberliegende Enden aufweist, die entsprechende zweite Anschlüsse 32a, 32b definieren, die zur passenden elektrischen Verbindung mit entsprechenden ersten Anschlüssen 26 konfiguriert sind. In der Ausführungsform aus 6 definieren die zweiten Anschlüsse 32a, 32b im Allgemeinen rechteckige Öffnungen 34, die dazu ausgelegt sind, erste Anschlüsse 26 darin aufzunehmen.
Die SWA 30 kann ferner ein Gehäuse 36 umfassen, das den durch die verschachtelten Brücken 32 gebildeten Ring teilweise umschließt und die Brücken in einer einheitlichen, starren Scheibe zusammenhält. In der gezeigten Ausführungsform umschließt das Gehäuse 36 den Ring der verschachtelten Brücken 32 auf der in Umfangsrichtung äußeren Fläche und auf der radial inneren Fläche davon. Das Gehäuse 36 ist aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, wie etwa Epoxidharz, gebildet und kann durch einen Überformungsprozess gebildet werden, nachdem die Brücken 32 in ihrer ringförmigen, gegenseitig verschachtelten Beziehung angeordnet wurden. Das Gehäuse 36 kann beliebige Spalten oder Räume füllen, die zwischen benachbarten Brücken 32 vorhanden sein können.
Wie ebenfalls in 6 gezeigt, können die Brücken 32 in der Breite entlang ihrer Umfangslängen/Spannweiten variieren. Insbesondere weisen die Teile der Brücke, die (wenn die SWA 30 mit der FWA 20 und dem Kern 40, wie nachstehend beschrieben, zusammengebaut ist) über (direkt axial über) den die Schlitze 42 trennenden Zähnen 44 verlaufen, eine größere radiale Breite auf als die benachbarten Teile der Brücke, die über den Schlitzen verlaufen. Dieses Längenvariieren der radialen Breiten der Brücken wird ebenfalls durch einen 3D-Druckprozess ermöglicht. Dieses Breitenvariieren kann auch in den Wicklungsköpfen 24c vorhanden sein.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 7 wird in einem ersten Schritt der Statormontage die FWA 20 axial in den Kern 40 eingeführt, sodass der durch die Wicklungsköpfe 24c gebildete Ring 20a zu einer ersten Endfläche des Kerns (dem entfernten Ende des Kerns, in 7 nicht sichtbar) benachbart ist oder diese berührt und die Stützen 24a, 24b in entsprechenden Schlitzen 42 angeordnet sind. Erste Anschlüsse 26 an den distalen Enden der Stützen ragen axial über eine zweite Endfläche 40b des Kerns heraus.
Die Stützen 24a, 24b jedes U-Leiters sind in jeweiligen Schlitzen angeordnet, die durch einen oder mehrere dazwischenliegende Schlitze getrennt sind, die von Wicklungsköpfen 24c umspannt sind. Die Anzahl der dazwischenliegenden Schlitze, die von einem Wicklungskopf 24c überspannt sind, ist durch mehrere Ausgestaltungsmerkmale der elektrischen Maschine (zum Beispiel die Anzahl der elektrischen Phasen und die Anzahl der Schlitze pro Pol) vorgegeben. In der dargestellten Ausführungsform ist ein dreiphasiger Stator mit drei Schlitzen pro Pol gezeigt, wobei jeder Wicklungskopf 24c zwei dazwischenliegende Schlitze umspannt. Die offenbarten Ausgestaltungskonzepte können auf elektrische Maschinen angewendet werden, die Konfigurationen aufweisen, die sich von dieser Ausführungsform unterscheiden.
In einem zweiten Montageschritt wird die SWA 30 in einer axialen Ausrichtung mit der FWA 20 und dem Kern 30, die kombiniert sind, positioniert und relativ zu diesen Komponenten die Achse A entlangbewegt, sodass die ersten Anschlüsse 26a, 26b jedes U-Verbinders mit ihren entsprechenden zweiten Anschlüssen 32a, 32b (8) in Eingriff gebracht werden. Beim Vergleichen der 5 und 7 miteinander ist ersichtlich, dass dieser Eingriff durch die Anzahl und Positionen der ersten Anschlüsse 26, die der Anzahl und Positionen der Öffnungen 34 entspricht, die durch jede der Brücken 32 definiert sind, ermöglicht wird. Beim Abschluss des zweiten Montageschritts sind die Brücken 32 zu dem Kern 40 unmittelbar benachbart oder berühren diesen (sind aber aufgrund ihrer dielektrischen Beschichtungen elektrisch von dem Kern isoliert).
In einer alternativen Ausführungsform eines zweiten Montageschritts können die Brücken 32 einzeln oder in einer Vielzahl von Gruppen in Eingriff mit ihrem entsprechenden ersten Anschluss 26a, 26b platziert werden, statt zuerst zu einer einheitlichen SWA ausgeformt zu werden, wie vorstehend beschrieben. In dieser Hinsicht kann jede Gruppe eine beliebige Anzahl von Brücken umfassen, die geringer ist als die Gesamtanzahl, die in der SWA 30 beinhaltet ist. In dieser Ausführungsform kann das Gehäuse vollständig entfallen oder das Gehäuse kann eine ringförmige Anordnung von Brücken überformen, nachdem sie mit der FWA zusammengebaut wurde. In einer anderen Alternative können Gruppen einer beliebigen Anzahl von Brücken 32 von isolierenden Gehäusen umschlossen sein, um mehrere Untereinheiten zu bilden, die dann mit der FWA zusammengebaut werden.
Die ersten Anschlüsse 26a, 26b und die zweiten Anschlüsse 32a, 32b können eine Vielzahl von komplementären Formen annehmen, die dazu ausgestaltet sind, den elektrischen Widerstand gegenüber Strom, der durch die Verbindungsstelle dazwischen fließt, zu minimieren. In einer ersten beispielhaften Ausführungsform, die in den 9A-B gezeigt ist, umfasst ein erster Anschluss 26 einen im Allgemeinen rechteckigen Zapfen und ein zweiter Anschluss 32a definiert ein Zapfenloch 34, das dazu konfiguriert ist, den Zapfen passend aufzunehmen, um dadurch eine Zapfenloch-Zapfen-Verbindung zu bilden. In einer zweiten beispielhaften Ausführungsform, die in den 9C-D gezeigt ist, definiert ein erster Anschluss 626 eine Nut 626a und ein zweiter Anschluss 632a definiert eine V-förmige Feder 634, die in die Nut passt, um dadurch eine Nut-Feder-Verbindung 635 zu bilden. In einer dritten beispielhaften Ausführungsform, die in den 9E-F gezeigt ist, umfasst ein erster Anschluss einen im Allgemeinen rechteckigen Stift 726 und ein zweiter Anschluss 732a umfasst ein Kolbenende 734. Das Kolbenende 734 drückt gegen eine im Allgemeinen flache Fläche des Stifts 726, um dadurch eine Stoßverbindung 735 zu bilden.
Der zweite Montageschritt kann ferner ein Erwärmen der Verbindungsstellen zwischen dem ersten und dem zweiten zusammenpassenden Anschluss, zum Beispiel durch ein Laserschweißen, beinhalten, um die Qualität, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zu verbessern.
Wie für den Fachmann ersichtlich ist, können zusätzliche Komponenten und/oder Verbindungen (Anschlüsse, Nullleiterverbindungen, Schaltbrücken usw.), die benötigt werden, um die elektrischen Schaltungen zu vervollständigen, die durch die in dieser Schrift offenbarten Wicklungen gebildet werden, an jedem der axialen Enden des Kerns integriert sein.
Die 10-17 zeigen eine zweite Ausführungsform eines Stators, der drei Phasen und sechs Schlitze pro Pol (zwei Schlitze pro Pol für jede Phase) aufweist. In dieser Ausgestaltung ist die Anzahl der Wicklungsköpfe und Brücken, welche die dazwischenliegenden Schlitze umspannen müssen, doppelt so groß wie bei der Ausgestaltung mit drei Schlitzen pro Pol in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Um dies zu erreichen, sind die Wicklungsköpfe der U-Leiter an einem ersten Ende des Kerns und die entsprechenden Brücken an dem zweiten Ende des Kerns in zwei Lagen angeordnet: eine innere Lage unmittelbar zu den Endflächen des Kerns benachbart (im Wesentlichen ähnlich den vorstehend beschriebenen Wicklungsköpfen und Brücken) und eine äußere Lage, die sich über die innere Lage erstreckt und axial oberhalb von dieser verläuft.
10 zeigt einen Statorkern 240 zusammen mit Teilen eines inneren U-Leiters 424 und eines äußeren U-Leiters 524 (die beide zu einer gemeinsamen elektrischen Phase der elektrischen Maschine gehören), die Komponenten einer ersten zweilagigen Wicklungsbaugruppe (dual-layer first winding assembly - DL-FWA) 220 sind. Das dargestellte Innen-/Außen-Paar von U-Leitern 424, 524, das dargestellt ist, ist repräsentativ für ein beliebiges derartiges Paar, das die DL-FWA 220 umfasst, und der Rest der Komponenten-U-Leiter ist in 10 der Klarheit halber nicht gezeigt.
Der innere U-Leiter 424 umfasst Stützen 424a, 424b (die in dem entsprechenden durch den Kern 240 definierten Schlitz 242 angeordnet gezeigt sind) und einen inneren Wicklungskopf 424c, der die Stützen verbindet. Die inneren U-Leiter 424 sind im Wesentlichen identisch mit den U-Leitern 24, aus denen die FWA 20 der ersten offenbarten Ausführungsform besteht, mit der Ausnahme, dass die Wicklungsköpfe 424c vier dazwischenliegende Schlitze 242 zwischen den Stützen 424a, 424b umspannen.
Der äußere U-Leiter 524 umfasst Stützen 524a, 524b, die durch einen äußeren Wicklungskopf 524c verbunden sind. Wie in 10 gezeigt, sind die Stützen 424b und 524b radial weiter innenliegend positioniert als die Stützen 424a, 524a und daher treten sowohl der innere als auch die äußere Wicklungskopf 424c, 524c radial nach außen, um sich dann in einer im Allgemeinen gegen den Uhrzeigersinn laufenden Umfangsrichtung über die Endfläche 240a zu erstrecken. Der äußere Wicklungskopf 524c umspannt sechs dazwischenliegende Schlitze (von denen zwei durch die inneren Stützen 424a-b belegt sind) und erstreckt sich unmittelbar axial oberhalb des inneren Wicklungskopfes 424c und parallel zu diesem. Die Stützen 524a-b sind in Schlitzen unmittelbar zu den Schlitzen, welche die innenliegenden Stützen 424a-b enthalten, benachbart und in Umfangsrichtung außenliegend von diesen (relativ zu dem inneren Wicklungskopf 424c) angeordnet. Die Verbindungsstellen zwischen den äußeren Stützen 524a-b und den entsprechenden gegenüberliegenden Enden des äußeren Wicklungskopfes 524c bilden eine nach innen gerichtete und eine nach außen gerichtete Leiste 528, 527, die gleichmäßig mit den entsprechenden inneren Wicklungskopfleisten 428, 427 angeordnet sind (sich an derselben axialen Position befinden). Diese Konfiguration ermöglicht eine gegenseitige Verschachtelung benachbarter Wicklungsköpfe, die im Wesentlichen identisch mit derjenigen ist, die in Bezug auf die einlagigen Wicklungsköpfe der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde. In dieser zweilagigen Ausführungsform sind die Wicklungsköpfe der inneren Lage radial gegeneinander verschachtelt und die Wicklungsköpfe der äußeren Lage verschachteln sich direkt über denen der inneren Lage radial gegeneinander. Die DL-FWA 220 kann vorteilhafterweise durch einen 3D-Druckprozess hergestellt werden, wie vorstehend beschrieben.
Die 11 und 12 zeigen die DL-FWA 220 nach einem ersten Montageschritt vollständig in den Kern 240 eingeführt. Es ist anzumerken, dass die in 10 sichtbare Endfläche 240b das von der in 11 gezeigten Endfläche 240a ausgehend axial gegenüberliegende Ende ist. Die distalen Enden der äußeren U-Leiter-Stützen 524a-b (distal der Wicklungsköpfe 524c) umfassen Anschlüsse 526, die um eine relativ kurze Entfernung über die Kernendfläche 240b hinausragen (oberhalb davon, in der dargestellten Ausrichtung).
Die distalen Enden der inneren Stützen 424a, 424b (distal der Wicklungsköpfe 424c) umfassen Anschlüsse 426, die um eine (im Vergleich zur Überstandentfernung der Anschlüsse 526) relativ längere Entfernung über die Kernendfläche 240b hinausragen. In dieser Ausführungsform mit sechs Schlitzen pro Pol enthält jeder Schlitz 242 zwei innere U-Leiter-Stützen 424a, 424b, die in den Anschlüssen 426 enden, und enthält ferner zwei äußere U-Leiter-Stützen 524a, 524b, die in den Anschlüssen 526 enden.
Eine zweilagige zweite Wicklungsbaugruppe (dual-layer second winding assembly - DL-SWA) 430 (13) umfasst eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen inneren Brücken 432, die im Wesentlichen ähnlich wie innere Wicklungsköpfe 424c (und die Brücken 32 der vorstehend beschriebenen einlagigen FWA) konfiguriert und in einer gegenseitig verschachtelten Beziehung angeordnet sind, die im Wesentlichen der des Rings 20a der ersten offenbarten Ausführungsform ähnlich ist. In der gegenseitig verschachtelten Anordnung sind die inneren Brücken 432 elektrisch voneinander isoliert, zum Beispiel durch dünne dielektrische Beschichtungen, wie vorstehend in Bezug auf die U-Leiter 24 beschrieben.
Gegenüberliegende Enden der inneren Brücken 432 umfassen entsprechende zweite Anschlüsse 432a, 432b, die zu einer zusammenpassenden elektrischen Verbindung mit entsprechenden Anschlüssen 526 der äußeren U-Verbinder konfiguriert sind. In der Ausführungsform aus 13 definieren die zweiten Anschlüsse 432a, 432b im Allgemeinen rechteckige Zapfenlöcher 434, die dazu ausgelegt sind, Anschlüsse 526 darin aufzunehmen, ähnlich der in den 9A-B gezeigten Konfiguration.
Die DL-SWA 430 kann ferner ein Gehäuse 436 umfassen, das die ringförmige Anordnung von verschachtelten inneren Brücken 432 teilweise umschließt. In der gezeigten Ausführungsform umschließt das Gehäuse 436 den Ring der Brücken 432 auf der in Umfangsrichtung äußeren Fläche und auf der radial inneren Fläche davon. Wie in der ersten in dieser Schrift offenbarten Ausführungsform ist das Gehäuse 436 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, wie etwa Epoxidharz, gebildet und kann durch einen Überformungsprozess gebildet werden, nachdem die inneren Brücken 432 in ihrer ringförmigen, gegenseitig verschachtelten Beziehung angeordnet wurden.
Eine Vielzahl von Löchern oder Durchlässen 438 ist in dem Gehäuse 436 definiert, wobei sich die Durchlässe in radialer Ausrichtung mit den Zapfenlöchern 434 befinden. Die Durchlässe 438 sind somit dazu positioniert, zu ermöglichen, dass die Anschlüsse 426 sich an den distalen Enden der inneren U-Leiter-Stützen 424a, 424b dadurch hindurch erstrecken, wenn in einem zweiten Montageschritt (siehe 14) die DL-SWA 430 auf dem Kern 240 platziert wird, sodass die ersten Anschlüsse 326 des äußeren Leiters in Eingriff mit jeweiligen zweiten Anschlüssen 432a, 432b der inneren Brücke gebracht werden.
Eine zweilagige dritte Wicklungsbaugruppe (dual-layer third winding assembly - DL-TWA) 530 (15) umfasst eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen äußeren Brücken 532, die im Wesentlichen ähnlich wie äußere Wicklungsköpfe 524c (und, abgesehen von einem Umspannen einer größeren Anzahl von dazwischenliegenden Schlitzen, wie die inneren Brücken 432) konfiguriert und in einer gegenseitig verschachtelten Beziehung angeordnet sind, die im Wesentlichen derjenigen der DL-SWA 430 ähnlich ist. Die äußere Brücken 532 sind elektrisch voneinander isoliert, wenn sie wie in 15 gezeigt angeordnet sind, zum Beispiel durch dünne dielektrische Beschichtungen, wie vorstehend beschrieben.
Gegenüberliegende Enden der äußeren Brücken 532 umfassen entsprechende zweite Anschlüsse 532a, 532b, die zur zusammenpassenden physischen und elektrischen Verbindung mit entsprechenden ersten Anschlüssen 426 der inneren U-Verbinder konfiguriert sind. In der Ausführungsform aus 15 definieren die zweiten Anschlüsse 532a, 532b im Allgemeinen rechteckige Zapfenlöcher 534, die dazu ausgelegt sind, erste Anschlüsse 426 darin aufzunehmen.
Die DL-TWA 530 kann ferner ein Gehäuse 536 umfassen, das den Ring, der von verschachtelten äußeren Brücken 532 gebildet wird, teilweise umschließt. In der gezeigten Ausführungsform umschließt das Gehäuse 536 den Ring von verschachtelten Brücken 532 auf der in Umfangsrichtung äußeren Fläche und auf der radial inneren Fläche davon. Ähnlich wie in der ersten in dieser Schrift offenbarten Ausführungsform ist das Gehäuse 536 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, wie etwa Epoxidharz, gebildet und kann durch einen Überformungsprozess gebildet werden, nachdem die äußeren Brücken 532 in ihrer ringförmigen, gegenseitig verschachtelten Beziehung angeordnet worden sind.
In einem dritten Montageschritt wird die DL-TWA 530 in axialer Ausrichtung mit der Kern-/DL-FWA-/DL-SWA-Kombination aus 14 platziert und relativ dazu entlang der Achse A bewegt, sodass die Anschlüsse 532a, 532b an gegenüberliegenden Enden der äußeren Brücken 532 in Eingriff mit entsprechenden inneren U-Verbinderanschlüssen 426 (16) platziert werden. Wie am besten in 17 gezeigt sind nur die Spitzen der inneren U-Verbinderanschlüsse 426 sichtbar, wenn sie mit ihren entsprechenden Brückenanschlüssen 532a, 532b in Eingriff stehen. Das innere und das äußere Gehäuse 436, 536 befinden sich somit in einer axial gestapelten Beziehung zueinander und die durch die Statorwicklungen gebildeten Schaltungen sind vollständig.
Die 18 und 19 zeigen einen Kern 840, der eine Vielzahl von Schlitzen 842 definiert, die sich parallel zu einer Längsachse des Kerns 840 erstreckt, und eine Vielzahl von Leitern 824, wobei jeder in einem anderen der Schlitze 842 angeordnet ist. Enden der Leiter 842 definieren Anschlüsse 826, die axial über eine Endfläche 827 des Kerns 840 hinausragen. Einige sind länger als andere.
Die 18 und 19 zeigen zudem eine Vielzahl von Brücken 832, 833. Jede der Brücken 832 weist einen bogenförmigen Mittelabschnitt 860, der sich in Umfangsrichtung über die Endfläche auf einer ersten axialen Ebene relativ dazu erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals 862, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts 860 angrenzen und sich davon axial weg von der Endfläche 827 erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Schweißblock 864 auf, die an die entsprechenden Hälse 862 angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen 826 eines Paars der Leiter 824 auf einer zweiten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die erste axiale Ebene entfernt ist, verschweißt sind. Jede der Brücken 833, die axial über den Brücken 832 ist, weist einen bogenförmigen Mittelabschnitt 866, der sich in Umfangsrichtung über die Endfläche 827 auf einer dritten axialen Ebene relativ zu der Endfläche 827 erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals 868, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts 866 angrenzen und sich davon axial weg von der Endfläche 827 erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Schweißblock 870 auf, die an die entsprechenden Hälse 868 angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen 826 eines Paars der Leiter 824 auf einer vierten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche 827 als die dritte axiale Ebene entfernt ist, verschweißt sind.
Die Brücken 832 sind in einem Ring angeordnet und die Brücken 833 sind in einem Ring angeordnet. Jeder der Ringe weist ein elektrisch nicht leitfähiges Gehäuse 836 auf, das den Ring auf einer in Umfangsrichtung äußeren Fläche davon und auf einer radial inneren Fläche davon umschließt.
20 zeigt eine alternative Schweißblockkonfiguration. Der Schweißblock 970 erstreckt sich von dem Hals 968 und berührt nur zwei Seiten des Anschlusses 926. 21 zeigt ebenfalls einen Schweißblock 1070, der sich von einem Hals 1068 erstreckt und eine Seite eines Anschlusses 1026 berührt. Andere Anordnungen werden ebenfalls in Betracht gezogen.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche 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 Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht 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, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Somit liegen Ausführungsformen, die 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, die Folgendes aufweist: einen Kern, der eine Vielzahl von Schlitzen definiert, die sich parallel zu einer Längsachse des Kerns erstreckt; eine erste Wicklungsbaugruppe, die eine Vielzahl von Leitern umfasst, wobei jeder in einem anderen der Schlitze angeordnet ist, wobei Enden der Leiter Anschlüsse definieren, die axial über eine Endfläche des Kerns hinausragen; und eine zweite Wicklungsbaugruppe, die eine Vielzahl von Brücken umfasst, wobei jede Brücke einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich in Umfangsrichtung über die Endfläche auf einer ersten axialen Ebene relativ dazu erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Schweißblock beinhaltet, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen eines Paars der Leiter auf einer zweiten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die erste axiale Ebene entfernt ist, verschweißt sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Enden von mindestens einem der Mittelabschnitte von ihren entsprechenden Anschlüssen auf der ersten axialen Ebene beabstandet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Brücken in einem Ring angeordnet und umfasst die zweite Wicklungsbaugruppe ferner ein elektrisch nicht leitfähiges Gehäuse, das den Ring auf einer in Umfangsrichtung äußeren Fläche davon und auf einer radial inneren Fläche davon umschließt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Paar von Leitern einen ersten Leiter, der in einer ersten radialen Entfernung relativ zu der Längsachse angeordnet ist, und einen zweiten Leiter, der in einer zweiten radialen Entfernung, die größer als die erste radiale Entfernung ist, angeordnet ist, und sind radial benachbarte Brücken in einer radial verschachtelten Beziehung zueinander angeordnet, ohne einander zu überlappen.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Anschlüsse einen Querschnitt auf, der vier Seitenflächen definiert, und berühren die Schweißblöcke mindestens zwei der vier Seitenflächen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Leiter des Paars an einem unteren Ende des Kern gegenüber der Endfläche miteinander verbunden, um dadurch einen U-förmigen Haarnadelverbinder zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste Wicklungsbaugruppe ferner eine Vielzahl von verlängerten Leitern, wobei jeder in einem anderen der Schlitze angeordnet ist und sich durch die zweite Wicklungsbaugruppe erstreckt, sodass Enden der verlängerten Leiter zweite Anschlüsse definieren, die axial über die zweite Wicklungsbaugruppe hinausragen, ferner umfassend eine dritte Wicklungsbaugruppe, die axial über der zweiten Wicklungsbaugruppe angeordnet ist und eine Vielzahl von äußeren Brücken beinhaltet, wobei jede äußere Brücke einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich über einer entsprechenden der Brücken auf einer dritten axialen Ebenen relativ zu der Endfläche erstreckt und diese umspannt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Schweißblock beinhaltet, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden zweiten Anschlüssen eines Paars der verlängerten Leiter auf einer vierten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die dritte axiale Ebene entfernt ist, verschweißt sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vielzahl von äußeren Brücken in einem Ring angeordnet und umfasst die dritte Wicklungsbaugruppe ferner ein elektrisch nicht leitfähiges Gehäuse, das den Ring von äußeren Brücken auf einer in Umfangsrichtung äußeren Fläche davon und auf einer radial inneren Fläche davon umschließt.
Gemäß einer Ausführungsführungsform umfasst jedes Paar von verlängerten Leitern einen dritten Leiter, der in einer dritten radialen Entfernung relativ zu der Längsachse angeordnet ist, und einen vierten Leiter, der in einer vierten radialen Entfernung, die größer als die dritte radiale Entfernung ist, angeordnet ist, und sind radial benachbarte äußere Brücken in einer radial verschachtelten Beziehung zueinander angeordnet, ohne einander zu überlappen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Stator für eine elektrische Maschine bereitgestellt, der Folgendes aufweist: eine Wicklungsbaugruppe, die eine Vielzahl von Brücken umfasst, wobei jede einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich in Umfangsrichtung über eine Endfläche eines Kern auf einer ersten axialen Ebene relativ dazu erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Block beinhaltet, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen eines Paars von Leitern auf einer zweiten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die erste axiale Ebene entfernt ist, verbunden sind, wobei die Brücken in einer gegenseitig radial verschachtelten Beziehung zueinander angeordnet sind, ohne einander zu überlappen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Brücken in einem Ring angeordnet und umfasst die Wicklungsbaugruppe ferner ein elektrisch nicht leitfähiges Gehäuse, das den Ring auf einer in Umfangsrichtung äußeren Fläche davon und auf einer radial inneren Fläche davon umschließt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine andere Wicklungsbaugruppe, die axial über der Wicklungsbaugruppe angeordnet ist und eine Vielzahl von äußeren Brücken beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jede äußere Brücke einen im Allgemeinen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich über einer entsprechenden der Brücken erstreckt und diese umspannt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jede äußere Brücke einen ersten und einen zweiten Hals.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jede äußere Brücke einen ersten und einen zweiten Schweißblock.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Stator für eine elektrische Maschine bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Kern, der eine Vielzahl von Schlitzen definiert, die sich parallel zu einer Längsachse des Kerns erstreckt; eine Vielzahl von U-förmigen Haarnadeln, wobei jede einen ersten und einen zweiten Leiter beinhaltet, die in einem entsprechenden der Vielzahl von Schlitzen angeordnet sind, wobei erste Enden der Leiter Anschlüsse definieren, die axial über eine erste Endfläche des Kern hinausragen, und zweite Enden der Leiter, die zu einem zweiten axialen Ende des Kerns benachbart sind, durch Wicklungsköpfe mit den Leitern von anderen der Vielzahl von Haarnadeln verbunden sind; und eine Vielzahl von Brücken, wobei jede einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich in Umfangsrichtung über die erste Endfläche auf einer ersten axialen Ebene relativ dazu erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der ersten Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Schweißblock beinhaltet, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen eines Paars der Leiter auf einer zweiten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die erste axiale Ebene entfernt ist, verschweißt sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Brücken in einem Ring angeordnet, ferner umfassend ein elektrisch nicht leitfähiges Gehäuse, das den Ring auf einer in Umfangsrichtung äußeren Fläche davon umschließt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Brücken in einem Ring angeordnet, ferner umfassend ein elektrisch nicht leitfähiges Gehäuse, das den Ring auf einer radial inneren Fläche davon umschließt.

Claims

Elektrische Maschine, umfassend: einen Kern, der eine Vielzahl von Schlitzen definiert, die sich parallel zu einer Längsachse des Kerns erstreckt; eine erste Wicklungsbaugruppe, die eine Vielzahl von Leitern umfasst, wobei jeder in einem anderen der Schlitze angeordnet ist, wobei Enden der Leiter Anschlüsse definieren, die axial über eine Endfläche des Kerns hinausragen; und eine zweite Wicklungsbaugruppe, die eine Vielzahl von Brücken umfasst, wobei jede Brücke einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich in Umfangsrichtung über die Endfläche auf einer ersten axialen Ebene relativ dazu erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Schweißblock beinhaltet, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen eines Paars der Leiter auf einer zweiten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die erste axiale Ebene entfernt ist, verschweißt sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Enden von mindestens einem der Mittelabschnitte von ihren entsprechenden Anschlüssen auf der ersten axialen Ebene beabstandet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Brücken in einem Ring angeordnet ist und die zweite Wicklungsbaugruppe ferner ein elektrisch nicht leitfähiges Gehäuse umfasst, das den Ring auf einer in Umfangsrichtung äußeren Fläche davon und auf einer radial inneren Fläche davon umschließt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das Paar von Leitern einen ersten Leiter, der in einer ersten radialen Entfernung relativ zu der Längsachse angeordnet ist, und einen zweiten Leiter umfasst, der in einer zweiten radialen Entfernung, die größer als die erste radiale Entfernung ist, angeordnet ist, und radial benachbarte Brücken in einer radial verschachtelten Beziehung zueinander angeordnet sind, ohne einander zu überkreuzen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Anschlüsse einen Querschnitt aufweisen, der vier Seitenflächen definiert, und die Schweißblöcke mindestens zwei der vier Seitenflächen berühren.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Leiter des Paars an einem unteren Ende des Kern gegenüber der Endfläche miteinander verbunden sind, um dadurch einen U-förmigen Haarnadelverbinder zu bilden.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die erste Wicklungsbaugruppe ferner eine Vielzahl von verlängerten Leitern umfasst, wobei jeder in einem anderen der Schlitze angeordnet ist und sich durch die zweite Wicklungsbaugruppe erstreckt, sodass Enden der verlängerten Leiter zweite Anschlüsse definieren, die axial über die zweite Wicklungsbaugruppe hinausragen, ferner umfassend eine dritte Wicklungsbaugruppe, die axial über der zweiten Wicklungsbaugruppe angeordnet ist und eine Vielzahl von äußeren Brücken beinhaltet, wobei jede äußere Brücke einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich über einer entsprechenden der Brücken auf einer dritten axialen Ebenen relativ zu der Endfläche erstreckt und diese umspannt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Schweißblock beinhaltet, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden zweiten Anschlüssen eines Paars der verlängerten Leiter auf einer vierten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die dritte axiale Ebene entfernt ist, verschweißt sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von äußeren Brücken in einem Ring angeordnet ist und die dritte Wicklungsbaugruppe ferner ein elektrisch nicht leitfähiges Gehäuse umfasst, das den Ring von äußeren Brücken auf einer in Umfangsrichtung äußeren Fläche davon und auf einer radial inneren Fläche davon umschließt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei jedes Paar von verlängerten Leitern einen dritten Leiter, der in einer dritten radialen Entfernung relativ zu der Längsachse angeordnet ist, und einen vierten Leiter umfasst, der in einer vierten radialen Entfernung, die größer als die dritte radiale Entfernung ist, angeordnet ist, und radial benachbarte äußere Brücken in einer radial verschachtelten Beziehung zueinander angeordnet sind, ohne einander zu überkreuzen.
Stator für eine elektrische Maschine, umfassend: eine Wicklungsbaugruppe, die eine Vielzahl von Brücken umfasst, wobei jede einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich in Umfangsrichtung über eine Endfläche eines Kern auf einer ersten axialen Ebene relativ dazu erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Block beinhaltet, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen eines Paars von Leitern auf einer zweiten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die erste axiale Ebene entfernt ist, verbunden sind, wobei die Brücken in einer gegenseitig radial verschachtelten Beziehung zueinander angeordnet sind, ohne einander zu überkreuzen.
Stator nach Anspruch 10, wobei die Vielzahl von Brücken in einem Ring angeordnet ist und die Wicklungsbaugruppe ferner ein elektrisch nicht leitfähiges Gehäuse umfasst, das den Ring auf einer in Umfangsrichtung äußeren Fläche davon und auf einer radial inneren Fläche davon umschließt.
Stator nach Anspruch 10, ferner umfassend eine andere Wicklungsbaugruppe, die axial über der Wicklungsbaugruppe angeordnet ist und eine Vielzahl von äußeren Brücken beinhaltet.
Stator für eine elektrische Maschine, umfassend: einen Kern, der eine Vielzahl von Schlitzen definiert, die sich parallel zu einer Längsachse des Kerns erstreckt; eine Vielzahl von U-förmigen Haarnadeln, wobei jede einen ersten und einen zweiten Leiter beinhaltet, die in einem entsprechenden der Vielzahl von Schlitzen angeordnet sind, wobei erste Enden der Leiter Anschlüsse definieren, die axial über eine erste Endfläche des Kern hinausragen, und zweite Enden der Leiter, die zu einem zweiten axialen Ende des Kerns benachbart sind, durch Wicklungsköpfe mit den Leitern von anderen der Vielzahl von Haarnadeln verbunden sind; und eine Vielzahl von Brücken, wobei jede einen bogenförmigen Mittelabschnitt, der sich in Umfangsrichtung über die erste Endfläche auf einer ersten axialen Ebene relativ dazu erstreckt, einen ersten und einen zweiten Hals, die an ein entsprechendes erstes und ein zweites Ende des Mittelabschnitts angrenzen und sich davon axial weg von der ersten Endfläche erstrecken, und einen ersten und einen zweiten Schweißblock beinhaltet, die an die entsprechenden Hälse angrenzen und mit den entsprechenden Anschlüssen eines Paars der Leiter auf einer zweiten axialen Ebene, die weiter von der Endfläche als die erste axiale Ebene entfernt ist, verschweißt sind.
Stator nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von Brücken in einem Ring angeordnet ist, ferner umfassend ein elektrisch nicht leitfähiges Gehäuse, das den Ring auf einer in Umfangsrichtung äußeren Fläche davon umschließt.
Stator nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von Brücken in einem Ring angeordnet ist, ferner umfassend ein elektrisch nicht leitfähiges Gehäuse, das den Ring auf einer radial inneren Fläche davon umschließt.