DE10302740A1

DE10302740A1 - Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge mit rechteckförmigem kontinuierlichem Draht

Info

Publication number: DE10302740A1
Application number: DE10302740A
Authority: DE
Inventors: Kirk E Neet
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2003-10-09
Also published as: US20040212268A1; US6862797B2; GB0229672D0; GB2389717B; GB2389717A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Statorbaugruppe (40) für eine elektrische Maschine und umfasst einen Metallkern mit in Nuten des Kerns (45) installierten Wicklungen. Für jede Phase der Maschine wird ein Leiterpaar in einer kontinuierlichen Form verwendet. Die Wicklungen sind verschachtelt, um zwischen radialen inneren und äußeren Positionen in jeder angrenzenden Wicklungsnut des Statorkerns (45) zu wechseln.

Description

Die vorliegende Erfindung ist eine "Continuation in Part"-Anmeldung entsprechend der US 10/056,890, die am 24. Januar 2002 mit dem Titel "Automobile Alternator Stator Assembly With Rectangular Continuous Wave" angemeldet wurde.
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge und insbesondere auf einen Wechselstromgenerator, der eine verbesserte Statorwicklungskonfiguration aufweist.
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Wechselstromgenerator, der insbesondere für den Gebrauch in Kraftfahrzeuganwendungen einschließlich Personenkraftwagen als auch leichte Lastkraftwagen angepasst ist. Diese Geräte werden typischerweise mechanisch mit einem Riemen angetrieben, der um eine Riemenscheibe gewickelt ist, die mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs verbunden ist. Der Riemen treibt eine Riemenscheibe am Wechselstromgenerator an, der eine interne Rotorbaugruppe zur Erzeugung von elektrischem Wechselstrom (AC) rotieren lässt. Dieser elektrische Wechselstrom wird zu einem Gleichstrom gleichgerichtet und dem elektrischen Bus und der Speicherbatterie des Kraftfahrzeuges zugeführt.
Obwohl Wechselstromgeneratoren seit vielen Jahrzehnten in Kraftfahrzeugen verwendet werden, haben heutige Anforderungen an Kraftfahrzeugdesign, Kosten und Leistung einen zunehmenden Schwerpunkt auf die Gestaltung von leistungsfähigeren Wechselstromgeneratoren gerichtet. Heutige Kraftfahrzeuge zeichnen sich durch eine drastische Steigerung der Anzahl von elektrischen Bordsystemen und Zubehörteilen aus. Solche elektrischen Geräte umfassen Innen- und Außenbeleuchtung, Klimasteuerungssysteme und immer höher entwickelte Antriebssteuerungssysteme, Fahrzeugstabilisierungssysteme, Traktionssteuersysteme und Antiblockiersysteme. Audiosysteme und Telematiksysteme der Fahrzeuge stellen weitere Anforderungen an das elektrische System des Fahrzeugs. Weitere Forderungen in Bezug auf die Ausgangsleistungsfähigkeit des elektrischen Wechselstromgenerators des Motors entstehen mit der weit verbreiteten Übernahme von elektrischen Servolenkungs- und elektrischen Fahrzeugbremssystemen. Aufgrund des Verbindens dieser Konstruktionsforderungen gehen die Anforderungen an das elektrische System von Fahrzeugen, ohne Rücksicht auf die Betriebsgeschwindigkeit des den Wechselstromgenerator antreibenden Motors, die sich durch verschiedene Fahrbedingungen ändert, weit auseinander.
Zusätzlich zu den Forderungen bei der Bereitstellung einer hohen elektrischen Ausgangsleistung für den elektrischen Wechselstromgenerator des Fahrzeugs umfassen weitere Zwänge den Wunsch, die Größe des Wechselstromgenerators in Bezug auf die Packungsgröße und seine Masse, die mit dem Tankinhalt/Fahrstrecke des Fahrzeugs zusammenhängt, zu minimieren.
Zusätzlich zu dem Bedürfnis mehr elektrische Ausgangsleistung bereitzustellen, bemühen sich die Konstrukteure dieser Geräte eine hohe Effizienz bei der Umwandlung von mechanischer Leistung, die durch den motorgetriebenen Riemen bereitgestellt wird, in elektrische Ausgangsleistung zu erreichen. Derartige Effizienz wird direkt in höhere Gesamtwärmeeffizienz des Kraftfahrzeugs und somit in Kraftstoffeinsparungen umgesetzt. Letztendlich bleiben die Kosten, beispielsweise bei allen Komponenten für Großserienkraftfahrzeuge, bei Wettbewerbsangeboten derartiger Komponenten gegen Originalausrüstungshersteller ein Faktor.
Erhöhte Effizienz des Wechselstromgenerators kann durch verschiedene Konstruktionsansätze erreicht werden. Der Wechselstromgenerator verwendet eine rotierende Rotorbaugruppe, die ein rotierendes Magnetfeld mit wechselnder Polarität erzeugt. Eine ringförmige Statorkernbaugruppe, die die Rotorbaugruppe eng umschließt, wird diesem rotierenden Magnetfeld mit wechselnder Polarität ausgesetzt. In die Statorkernbaugruppe sind elektrische Leiterwicklungen eingebettet. Es wird eine Reihe von Konstruktionsforderungen bezüglich der Gestaltung und Herstellung der Statorkernbaugruppe, die einen Statorkern und die Wicklungen umfasst, dargestellt. Der Statorkern weist eine Reihe von radial hervorstehenden Nuten auf. Einige Wechselstromgeneratorkonstruktionen verwenden konventionelle Drahtleiter mit rundem Querschnitt, die in die Wicklungsnuten des Statorkerns eingewebt sind. Diese Drähte mit rundem Querschnitt werden mit anderen Drahtumwicklungen in den Nuten aufgenommen. Bei der Verwendung derartiger runder Drähte entstehen Luftspalte zwischen angrenzenden Drahtumwicklungen. Dieser Luftspalt stellt einen ungenutzten Raum im Querschnitt des Statorkerns dar. Der elektrische Widerstand durch einen festen Leiter hängt von seiner Querschnittsfläche ab. Folglich stellt sich der Luftspalt zwischen angrenzenden Umwicklungen bei einem Stator mit rundem Draht als ineffizient dar, da der Spalt nicht zur Übertragung von elektrischem Strom durch die Statorwicklungen benutzt wird.
Bei einem verbesserten Design einer Statorkernbaugruppe werden Statorwicklungen verwendet, die durch Draht mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt gebildet werden. Ein solcher Draht kann in die Statorkernwicklungsnuten in einer sehr dicht gepackten Konfiguration eingewebt werden. Dies ermöglicht größere Querschnittsgebiete für die Leiter bereitzustellen, wodurch der Widerstand der Leiter reduziert wird. Eine Reduzierung des Statorkernwicklungswiderstands verbessert den Wirkungsgrad. Derartige rechteckige Drahtkerndesigns haben eine verbesserte "Nutspaltverwendung".
Obwohl Draht mit rechteckigem Querschnitt für die Statorkernbaugruppe die zuvor erwähnten Vorteile aufweist, erzeugt seine Verwendung eine Reihe von Gestaltungsherausforderungen. Draht mit rechteckigem Querschnitt ist schwieriger zu formen und in die Statorwicklungsnuten zu wickeln, da es erforderlich ist, den Querschnitt auf die Nutabmessungen auszurichten.
Da die Statorleiter von den zwei axialen Enden des Statorkerns eingewebt sind, sind sie an ihren Enden als Schleife ausgeführt, um in die nächste geeignete Wicklungsnut eingepasst zu werden. Es wäre wünschenswert, die Länge oder Höhe von diesen Endschleifen zu reduzieren, um die gesamte Länge und dadurch den inneren Widerstand der Leiter zu reduzieren.
Die Konstrukteure der Statorbaugruppen versuchen außerdem die Notwendigkeit von elektrischen Leiterabschlüssen und Verbindungen in der Statorbaugruppe zu reduzieren oder zu beseitigen. Die Notwendigkeit die Leiter in der Statorkernbaugruppe physikalisch zu verbinden, beeinflusst Kosten und Komplexität des Herstellungsprozesses nachteilig. Eine vorteilhafte Gestaltung einer Statorbaugruppe eines Wechselstromgenerators würde es ermöglichen, eine Statorbaugruppe schnell an verschiedene Typen von elektrischen Verbindungen und an die Anzahl von Phasen von erzeugtem Wechselstrom anzupassen. Elektrische Wechselstromgeneratoren für Kraftfahrzeuge werden häufig in einer drei Phasen-Konfiguration hergestellt, wobei die Phasen in Stern- oder Dreieckschaltung miteinander verbunden sind. Wie zuvor erwähnt, wird der elektrische Wechselstromausgang später von nachgeordneten elektrischen Geräten gleichgerichtet und angepasst.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Statorkernbaugruppe für eine elektrische Maschine zu schaffen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist und den Anforderungen an eine solche Statorkernbaugruppe gerecht wird.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Statorkernbaugruppe für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
Die Statorkernbaugruppe für einen Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung richtet sich sowohl auf die zuvor erwähnten Gestaltungs- als auch Herstellungsziele. Die Statorkernbaugruppe für einen Wechselstromgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ein einmaliges Wicklungsmuster, welches vorteilhafterweise insbesondere mit Statorwicklungsleitern mit rechteckigem Querschnitt verwendet wird. Die Gestaltung zeichnet sich durch hohe Nutspaltverwendung aus, beseitigt die Notwendigkeit der Bereitstellung von internen Schweißstellen oder anderen Verbindungen für die Leiter und zeichnet sich durch eine niedrige Endschleifenhöhe aus. Diese Gestaltung ist außerdem sehr flexibel, ermöglicht die Veränderung auf eine Anzahl von elektrischen Umwicklungen durch das Wickeln von mehr oder weniger Lagen, oder durch Wechsel der Leiterverbindung zwischen Reihen- oder Parallelschaltung.
Weitere Nutzen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, aus der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels und der angefügten Ansprüche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines typischen elektrischen Wechselstromgenerators nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines elektrischen Wechselstromgenerators nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine Ansicht von oben eines Statorkerns der Statorkernbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Statorkerns;
Fig. 5 zeigt eine Teilansicht von oben eines Statorkerns, ähnlich zu Fig. 2, die jedoch nur eine Lage der Statorwicklungen zeigt, die in die Statorkernwicklungsnuten eingewebt sind;
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht einer vollständigen Statorkernbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Phase einer eingewebten Wicklung darstellt;
Fig. 8 zeigt eine Ansicht von oben der vollständigen Statorkernbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung, die eine eingewebte sechsphasige Wicklung darstellt;
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Phase des Wicklungsmusters für die Statorkernbaugruppe gemäß der Erfindung vor der Einwebung in den Kern darstellt;
Fig. 11 zeigt ein zu Fig. 7 ähnliches Wicklungsmusterschema, das mehrere Lagen von Statorwicklungen in einer vollständig gebildeten Statorkernbaugruppe darstellt;
Fig. 12 zeigt alternative Querschnittsformen für die Wicklungen dieser Erfindung; und
Fig. 13 zeigt, wie eng die Wicklungen in die Nuten passen;
Um einen Rahmen für eine weitere detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele dieser Erfindung anzugeben, wird in Fig. 1 ein elektrischer Wechselstromgenerator nach dem Stand der Technik dargestellt. Die Figur zeigt einen elektrischen Wechselstromgenerator 10, der von einem Gehäuse 12 umschlossen wird. Die Rotorwelle 14 des Wechselstromgenerators 10 wird von Wälzkörperlagern 16 und 18 geführt. Die von einem Riemen angetriebene Riemenscheibe 20 ist an dem herausragenden Frontstück der Rotorwelle 14 befestigt. Ein Ventilator 22 rotiert mit der Welle 14 und führt dem Wechselstromgenerator 10 einen kühlenden Luftstrom zur Wärmeabfuhr zu. Entsprechende vorder- und rückseitige Polstücke 24 und 26 des Wechselstromgenerators rotieren mit der Welle 14 und weisen entsprechende Klauenfinger 28 und 30 auf. Die Finger 28 und 30 überlappen sich, um die bekannte Klauenpolrotorkonfiguration zu bilden. Obwohl ein Klauenpolrotor beschrieben ist, erkennt der Fachmann, dass das beschriebene Statordesign in Verbindung mit anderen Arten von Rotoren verwendet werden kann, wie beispielsweise mit einem Permanentmagnet ohne Klauenpol-, Permanentmagnet-Klauenpol-, hervorstehende Feldwicklungs- und Induktionsrotoren. Die Erregerwicklung 32 wird in einem Hohlraum geführt, der zwischen den Polstücken 24 und 26 gebildet ist. Ein Gleichstromsignal wird der Erregerwicklung 32 über ein Paar von Schleifringen 34 und 36 und zugeordneten Bürsten zugeführt.
Die Rotorbaugruppe 38, die Polstücke 24 und 26, Wicklung 32, und Schleifringe 34 und 36 umfasst, erzeugt ein Magnetfeld mit alternierender Polarität, das mit einer Rotation der Rotorbaugruppe umläuft. Obwohl den Schleifringen 34 und 36 ein Gleichstromerregungssignal zugeführt wird, erzeugt das Überkreuzen der Polstücke 24 und 26 ein Magnetfeld mit alternierender Polarität, das die Wicklungen 46 der Statorkernbaugruppe 40, die radial um die Rotorbaugruppe 38 angeordnet sind, durchsetzt. Die von der Rotorbaugruppe 38 erzeugte Bewegung des Magnetfeldes mit alternierender Polarität durchsetzt die Kernwicklungen 46 und erzeugt in bekannter Weise Elektrizität.
Die vorn elektrischen Wechselstromgenerator innerhalb der Kernbaugruppe 40 erzeugte elektrische Energie wird Gleichrichterdioden (nicht dargestellt) und beispielsweise weiteren Filter- und Leistungsanpassungsgeräten zugeführt, bevor sie mit dem elektrischen Versorgungssystem des Fahrzeuges verbunden wird. Reglungssysteme, auch als Spannungsregler bekannt, werden benutzt, um den Erregerwicklungen 32 einen geeigneten Gleichspannungspegel zuzuführen, um den gewünschten RMS-Wert des ausgegebenen Wechselstroms vom Wechselstromgenerator 10 zu erzeugen, der einphasig oder mehrphasig ausgebildet sein kann, abhängig vom Design und Wicklungsmuster der Wicklungen 46.
Nun werden mit speziellem Bezug zu Fig. 1 bis 13 spezifische Details der Statorkernbaugruppe 41 gemäß der Erfindung beschrieben. Die Statorkernbaugruppe 41 besteht prinzipiell aus Statorkern 45 und Leiterwicklungen 47. Fig. 3 und 4 zeigen einen Statorkern 45, bevor die Wicklungen 47 eingebracht werden. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist Statorkern 45 eine ringförmige metallische Komponente, die einen Außendurchmesser 48 und einen Innendurchmesser 50 mit radial hervorstehenden Wicklungsnuten 52 definiert. Die Wicklungsnuten 52 sind zum Innendurchmesser 50 geöffnet, verlaufen radial nach außen und enden mit dem Boden vor Erreichen des Außendurchmessers 48. Die Wicklungsnuten 52 sind in gleichbleibenden winkligen Abständen rund um den Statorkern 45 angeordnet. Mit bezug auf Fig. 4 deiniert der Statorkern 45 planare Endflächen, die weiter als eine Anschlussseite 54 und eine anschlusslose Seite 56 bezeichnet werden.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 4 eine detaillierte Ansicht von Reihen von aneinandergrenzenden Wicklungsnuten 52 des Statorkerns 45 gezeigt. Die Wicklungen 47 bestehen aus elektrischen Leitern mit rechteckförmigem Querschnitt. Selbstverständlich schließt der Bezug auf rechteckig auch quadratische Querschnitte ein. Vorzugsweise ist die Breite der Leiter, einschließlich einer jeglichen Isolation der Leiter derart ausgebildet, dass die Leiter eng in die Wicklungsnuten 52, einschließlich einer jeglichen Isolation an den Nuten, passen. Diese Wicklungen 47 werden in die Nuten 52 eingelegt, um eine dicht gepackte Konfiguration der Wicklungsnuten zu angrenzenden Wicklungswindungen zu erhalten, die in radialer Richtung, wie in Fig. 4 gezeigt, übereinander liegen.
Nun wird mit besonderem Bezug auf Fig. 5 bis 13 das Wicklungsmuster, das eine primäre Eigenschaft dieser Erfindung darstellt, detailliert beschrieben. Zur Unterstützung einer weiteren Erläuterung der Wicklungsmuster werden die folgenden Variablen benutzt:
n = Anzahl der Phasen des Wechselstromgenerators (AC-Phasen der erzeugten Leistung);
m = Anzahl der Wicklungsnuten 52 in dem Statorkern 45;
L = Anzahl der Wicklungslagen, einschließlich der radialen äußeren Lage (L ≥ 1);
K = Bezeichnung der einzelnen Lagen, wobei K = 1 für die äußere Lage, K = 2 für die erste mittlere Lage usw. steht;
Die Wicklungen 47 bestehen wenigstens aus zwei einzelnen Leitern, wobei jeder ein kontinuierlicher Leiter ist (z. B. nicht aus mechanisch verbundenen separaten Leiterstücken gebildet). Typischerweise werden zwei Leiter für jede Phase benutzt, wodurch ein Einphasenwechselstromgenerator zwei Leiter aufweisen würde, ein Dreiphasenwechselstromgenerator würde sechs Leiter aufweisen etc. In Fig. 5 sind die zwei Leiter mit A und B bezeichnet und sie sind in einer radialen Reihe in jeder Wicklungsnut 52 ausgerichtet. In jeder Wicklungsnut 52 dehnt sich diese Reihe radial vom Grund jeder Wicklungsnut 52 nahe dem Statoraußendurchmesser 48 bis zu einer inneren Position in Richtung des Statorinnendurchmessers 50 aus. Wie zuvor erwähnt, wird gewöhnlich eine Dreiphasenkonfiguration benutzt, es kann aber auch ein Sechsphasendesign bereitgestellt werden. In Fig. 5 wird jedoch zur Vereinfachung der Darstellung ein Wicklungsmuster von Wicklungen 47 gezeigt, das ein elektrisches Einphasenausgangssignal bereitstellt.
Die Gestaltung der äußeren Lage der Wicklungen 46 wird nun insbesondere mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Um die Komplexität der folgenden Beschreibung zu reduzieren, werden die Wicklungsnuten 52 über ihre entsprechende aufeinanderfolgende Nutnummer von 1 bis m identifiziert. Weiter werden die Teile der Leiter A und B, die in zwei benachbarten radialen Teilen der Wicklungsnuten für eine beträchtliche Umwicklung um den Kern verschachtelt sind, als eine einzelne Lage betrachtet.
Der erste Anschluss 58 des Leiters A ist an der Anschlussseite 54 vom Statorkern 45 angeordnet und ist in dem äußersten Teil der Wicklungsnut 1 positioniert. Von Nut Nummer 1 dehnt sich Leiter A von der gegenüberliegenden Seite des Kerns aus (z. B. von der Seite 56 ohne Anschluss), dann verschiebt sich Leiter A radial nach innen und in Umfangrichtung zu Nut Nummer n+ 1 (die in diesem Fall Nut Nummer 2 ist). In Nut Nummer n+1 (oder Nut Nummer 2) ist der erste Anschluss 60 von Leiter B auf der Anschlussseite 54 in dem äußersten Teil der Nut angeordnet, während Leiter A in dem zweit äußersten Teil der Nut angeordnet ist. Von Nut Nummer n+1 (oder Nut Nummer 2) ist Leiter A radial nach außen und in Umfangsrichtung zu Nut Nummer 2n+1 (Nut Nummer 3 in diesem Beispiel) auf die Anschlussseite 54 des Kerns 45 verschoben, während Leiter B radial nach innen und in Umfangsrichtung zu Nut Nummer 2n+1 (Nut Nummer 3 in diesem Beispiel) auf die Seite 56 des Kerns ohne Anschluss verschoben ist. In Nut Nummer 2n+1 (Nut Nummer 3) ist Leiter B in der zweit äußersten Position angeordnet, während Leiter A in der äußersten Position der Nut angeordnet ist. Leiter A und B wechseln zwischen dieser äußersten und zweit äußersten Position in den Nuten und wechseln beim Bilden von Endschleifen auf der Anschlussseite 54 und der Seite 56 des Kerns ohne Anschluss zwischen den Nuten 52. Dieses Muster wird rund um den Kern 45 wiederholt, bis Leiter A Nut Nummer m+1-n erreicht und Leiter B Nut Nummer 1 erreicht. An dieser Position ist eine erste äußere Lage K = 1 von Wicklungen 47 im Statorkern 45 gebildet.
Von Nut Nummer m+1-n und für die Lage K = 2 und zusätzliche Lagen bis K = L wird Leiter A radial nach innen und in Umfangsrichtung zu Nut Nummer 1 auf die Anschlussseite 54 des Kerns 45 verschoben, wo er in dem 2K- 1 äußersten Teil der Nut angeordnet ist. Von Nut Nummer 1 wird Leiter B radial nach innen und in Umfangsrichtung zu Nut Nummer n+1 (oder Nut Nummer 2 des Beispiels) auf die Anschlussseite 54 verschoben, wo er in dem 2K-1 äußersten Teil der Nut angeordnet ist. Von Nut Nummer 1 ist Leiter A nach innen und in Umfangsrichtung zu Nut Nummer n+1 (oder zu Nut Nummer 2) auf der Seite 56 ohne Anschluss verschoben, wo er in dem 2K äußersten Teil der Nut angeordnet ist. Die Leiter A und B werden in derselben Richtung, genau wie in der ersten äußeren Lage, fortgeführt, außer dass die Nutpositionen die 2K-1 äußersten Positionen und die 2K äußersten Positionen sind.
Nach dem Verervollständigen der gesamten Lag L endet Leiter A an der innersten Position von Nut Nummer m+1-n, wo er zu einem zweiten Anschluss 64 auf der Anschlussseite 54 wird und Leiter B endet an der innersten Position von Nut Nummer 1, wo er zu einem zweiten Anschluss 66 wird, der sich von der Anschlussseite 54 erstreckt. Die zwei Leiter A und B werden dann parallel zueinander für einen L Windungsstator oder in Reihe für einen 2L Windungsstator verbunden.
In dem Fall, dass beispielsweise eine Dreiphasenstatorkernbaugruppe 41 vorliegt, werden die mehreren Phasen des Stators zu einer Stern- oder Dreieckschaltung verbunden. In einem derartigen Fall eines Dreiphasenwechselstromgenerators werden die Leiter A und B in jeder dritten Nut platziert. Zwei andere Paare von Leitern würden die anderen zwei Phasen bilden und in die Nuten 52, wie zuvor beschrieben, platziert werden.
Die Wicklungen 47 dieser Erfindung werden durch Wickeln der äußeren Lage K = 1, der gewünschten Anzahl von mittleren Lagen bis K = L und den Endabschlüssen gebildet. Die Wicklungen 47 können durch Pressen eines Drahtstapels zur Formung gerader Nutsegmente 53 (gezeigt für einen Teü der Wicklung 47 in einer Nut 52 in Fig. 6), die in den Wicklungsnuten 52 angeordnet werden, und Endschleifensegmente 62, die die Nutsegmente verbinden, gebildet werden. Bezugnehmend auf Fig. 7 werden die zwei Leiter A und B, nach dem die richtige Form gebildet wurde, in einer linearen Art außerhalb des Kerns mit entsprechendem Nutsegment, das in einer Vorderposition und einer Rückposition wechselt, zusammen verwunden. Diese zwei Leiter A und B wechseln ihre entsprechende Vorder- und Rückpositionen, außer in den radialen Verschiebegebieten zwischen den Lagen. In diesen Gebieten ist einer der Leiter mit drei aufeinanderfolgenden Nutsegmenten verwunden, das in der Vorderposition platziert ist, während der andere Leiter mit drei aufeinanderfolgenden Nutsegmenten auf der Rückposition verwunden ist. Die vier Endschleifensegmente 62 (Anschlussseite 54 und Seite 56 ohne Anschlüsse) zwischen diesen drei aufeinanderfolgenden Gebieten werden alle in dieselbe Richtung verschoben, dies führt zu einer radialen Verschiebung nach innen, nach dem Leiter A und B in den Kern 45 eingefügt sind. Die Wicklungen 47 sind zusammen mit den Leitern der anderen Phasen verschachtelt, wie in Fig. 9 schematisch gezeigt wird und dann in die Nuten 52 des Kerns, beginnend mit dem ersten Anschluss 58 in Nut Nummer 1 eingefügt. Die Wicklungen 47 werden dann in eine Richtung (in oder entgegen der Uhrzeigerrichtung) eingefügt, so dass die zweite Lage direkt radial nach innen von der ersten Lage liegt.
Mit dieser Konfiguration der Wicklung wird für eine typische Sechsphasenstatorkernbaugruppe 40 die in Fig. 6 und 8 gezeigte Konfiguration erzeugt. Diese Figuren zeigen die dicht gepackte Konfiguration der Endschleifensegmente 62 der Wicklungen 47, die die Schleifen sind, die auf der Anschlussseite 54 und der Seite 56 des Statorkerns ohne Anschluss gebildet werden. Es ist offensichtlich, dass diese Endschleifen an den Enden verdreht und dicht gepackt sind und derart gebildet werden, dass sie eine sehr niedrige Höhe aufweisen. Diese Konfiguration ist schematisch in Fig. 9 gezeigt. Die Verdrehung wird gezeigt, da sich die Endschleifen axial von dem Kern hinweg erstrecken, sich in Umfangsrichtung auf eine erste Position verschieben, sich radial nach außen auf eine zweite Position verschieben, axial zu dem Kern und in Umfangsrichtung vorwärts hinter dem angrenzenden Phasenleiter herabsetzen und in die nächste vorbestimmte Nut eintreten.
Fig. 6 und 8 zeigen auch eine Sechsphasen-Konfiguration, bei der die Anzahl der Wickungslagen (L) gleich drei ist und die Lagen radial zueinander ausgerichtet sind.
Fig. 10 und 11 sind schematische Darstellungen, die einen anderen Ansatz einer Darstellung des Wicklungsmusters für die Statorkernbaugruppe 40 repräsentieren. In Fig. 10 wird eine Phase des Statorwicklungsmusters vor der Einfügung in den Kern gezeigt, während in Fig. 1 I die Wicklung und der Statorkern 45 in einer abgeflachten Konfiguration dargestellt werden, mit angrenzenden Wicklungsnuten 52, die durch Positionsnummern 1 bis 36 dargestellt werden und deren Nummern sich dreimal wiederholen, die drei Lagen des Leiters darstellen. Die Tiefenpositionen A bis F stellen Wicklungspositionen dar, die bei der radial äußersten Position A beginnen und sich nach innen zum Innendurchmesser 50 bei der Tiefenposition F bewegen. Die Tiefenpositionen A und B umfassen eine erste Lage, Tiefenpositionen C und D umfassen die zweite Lage und Tiefenpositionen E und F umfassen die dritte Lage. Beide Fig. 10 und 11 stellen eine Phase einer Dreiphasen-Konfiguration (n = 3) mit einer Anzahl von 36 Nuten 52 (m = 36) und drei Lagen (K) dar.
Fig. 10 und 11 stellen schematisch das Muster der Wicklungen 47 bei Ansicht des Statorkerns 45 von der Anschlussseite 54 für eine typische Dreiphasenkernbaugruppe 40 dar. Die durchgehenden Linien stellen Endschleifensegmente 62 der Leiter auf der Anschlussseite dar, wobei die gestrichelten Linien die Endschleifensegmente 62 auf der gegenüberliegenden Seite 56 des Kerns 45 ohne Anschluss darstellen. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, bewegt sich Leiter A beginnend bei Position 1 auf der äußersten Tiefenposition A auf Tiefenposition B bei Nut 4, da sich Leiter B auf der Tiefenposition A von Nut 4 befindet. Diese Leiter werden dann in jede dritte Nut gelegt und wechseln ihre Positionen zwischen den Tiefenpositionen A und B. Wie in Fig. 10 gezeigt, beginnen, wenn die Position 36 einmal erreicht wurde, die Leiter A und B eine zweite Lage zu bilden, die durch die Tiefenpositionen C und D dargestellt ist. Dies setzt sich rund um den Statorkern 45 fort, bis wieder die Position 36 erreicht wird, wobei in diesem Fall die dritte Lage beginnt, die die Tiefenpositionen E und F belegt. Die in Fig. 10 gezeigten radialen Verschiebungsgebiete stellen die Punkte dar, an denen eine neue Lage die zuvor gebildete Lage überlappt.
Fig. 11 ist ähnlich zu Fig. 10, stellt jedoch die Wicklung nach dem Einfügen in den Kern in einem abgeflachten Zustand dar.
Fig. 12 stellt alternative Querschnittformen für Wicklungen 47 dar. In Fig. 12 ist diese rechteckige Form mit Referenznummer 47 bezeichnet. 47' kennzeichnet einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Kanten. 47" stellt eine elliptische Querschnittsform dar und 47''' stellt eine quadratische Querschnittsform dar. Fig. 13 zeigt, wie eng die in einer radialen Reihe ausgerichteten Wicklungen 47 in die Nuten 52 passen.
Während die obige Beschreibung das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet, wird es deutlich, dass die Erfindung modifiziert, variiert und verändert werden kann, ohne von dem eigentlichen Bereich und der genauen Bedeutung der begleitenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Statorkernbaugruppe (41) für eine elektrische Maschine mit einer Rotorbaugruppe (38) und einer Statorbaugruppe (40), die Statorbaugruppe (40) ist derart ausgebildet wenigstens eine Phase aufzuweisen und einen ringförmigen Kern (45) aufzuweisen, der einen äußeren Durchmesser (48), einen inneren Durchmesser (50) und eine Mehrzahl von radial hervorstehenden Wicklungsnuten (52) definiert, die zum inneren Durchmesser (50) geöffnet sind, jedoch kurz vor dem äußeren Durchmesser (48) enden, der Kern (45) definiert weiter eine Anschlussseite (54) und eine gegenüberliegende Seite ohne Anschluss, die Statorkernbaugruppe (41) enthält weiter:

a) zwei kontinuierliche elektrische Leiter pro Phase, die als Leiter A und Leiter B vorgesehen sind und die in einen vorherbestimmten Teil der Wicklungsnuten (52) angeordnet werden und sich von der Anschlussseite (54) und der Seite des Kerns (45) ohne Anschluss ausdehnen,

b) die Leiter sind in den Wicklungsnuten (52) angeordnet, wobei
n = Anzahl der Phasen der Statorkernbaugruppe (41),
m = Anzahl der Wicklungsnuten (52) in dem Statorkern (45), wobei die Wicklungsnuten (52) von 1 bis m nummeriert sind,
L = Anzahl der Lagen der Leiter A und B in den Wicklungsnuten (52), wobei eine Lage als ein Teil der Leiter A und B definiert ist, die in zwei aneinandergrenzenden radialen Teilen für eine beträchtliche Umwicklung um den Kern (45) verschachtelt sind,

c) einen ersten Anschluss von Leiter A, der an einem axialen Ende des Kerns (45) angeordnet ist, wodurch die Anschlussseite (54) definiert wird und der sich von dem äußersten radialen Teil der Nut Nummer 1 ausdehnt,

d) einen ersten Anschluss von Leiter B, der an der Anschlussseite (54) angeordnet ist und sich von dem äußerten radialen Teil von Nut Nummer n+1 ausdehnt,

e) Leiter A dehnt sich in Umfangsrichtung vorwärts aus und ist in der Nut Nummer n+1 angeordnet, wodurch eine Endschleife auf dem Seitenstück ohne Anschluss gebildet wird und ist radial nach innen vom Leiter B verschoben und liegt in dem zweit äußersten radialen Teil von Nut Nummer n+1, Leiter A dehnt sich weiter in Umfangsrichtung vorwärts aus und ist in der Nut Nummer 2n+1 angeordnet, wodurch eine Endschleife auf dem Anschlussseitenstück gebildet wird und ist radial nach außen verschoben und liegt in dem äußersten radialen Teil von Nut Nummer 2n+1,

f) Leiter B dehnt sich in Umfangsrichtung vorwärts aus und ist in der Nut Nummer 2n+1 angeordnet, wodurch eine Endschleife auf dem Seitenstück ohne Anschluss gebildet wird und ist radial nach innen vom Leiter A verschoben und liegt im zweit äußersten radialen Teil von Nut Nummer 2n+1,

g) Leiter B dehnt sich in Umfangsrichtung vorwärts aus und ist in der Nut Nummer 3n+1 angeordnet, wodurch eine Endschleife . auf dem Anschlussseitenstück gebildet wird und ist radial nach außen vom Leiter A verschoben und liegt im äußersten radialen Teil von Nut Nummer 3n+1,

h) Leiter A und B setzen sich in Umfangsrichtung vorwärts um den Kern (45) herum fort, die in jeder Zn+1-Nut angeordnet sind, wobei Z eine ganze Zahl von Null bis m/n-1 ist, wechseln sich zwischen äußersten und zweit äußersten Teilen der Nuten ab, bis Leiter A in Nut Nummer m+1-n angeordnet ist und Leiter. B in Nut Nummer 1 angeordnet ist, wodurch die erste Lage K1 vervollständigt wird, wobei K jede Lage von 1 bis L bestimmt,

i) Leiter A erstreckt sich weiter in Umfangsrichtung vorwärts von Nut Nummer m+1-n und ist in Nut Nummer 1 angeordnet und ist radial nach innen verschoben und liegt im dritt äußersten radialen Teil der Nut,

j) Leiter B erstreckt sich weiter in Umfangsrichtung vorwärts von Nut Nummer 1 und ist in Nut Nummer n+ 1 angeordnet und ist radial nach innen verschoben und liegt im dritt äußersten radialen Teil der Nut,

k) das Muster der Leiter A und B setzt sich wie in e) bis k) beschrieben fort und wird für jede zusätzliche Lage K wiederholt, außer wenn sich die Leiter zwischen den 2K-läußersten und 2K äußersten Teilen der Nuten für e) bis i) und dem 2K+1 äußersten Teil der Nut für j) und k) abwechseln und wobei Schritte j) und k) für die innerste Lage K = L ausgelassen werden:

2. Statorkernbaugruppe (41) für eine elektrische Maschine nach Anspruch 1, bei der Leiter A als ein Anschluss im innersten Teil von Nut Nummer m+1-n endet und Leiter B als ein Anschluss im innersten Teil von Nut Nummer 1 endet.

3. Statorkernbaugruppe (41) für eine elektrische Maschine nach Anspruch . 1, bei der sich die Muster der Leiter A und B für jede Phase der Statorbaugruppe (40) wiederholen und jede Phase in Umfangsrichtung vorwärts um eine Nut bezüglich der vorherigen Phase verschöben ist.

4. Statorkernbaugruppe (41) für eine elektrische Maschine nach Anspruch 3, bei der die Leiter eine im wesentlichen rechteckförmige Querschnittsform aufweisen.

5. Statorkernbaugruppe (41) für eine elektrische Maschine nach Anspruch 3, bei der die Leiter eine im wesentlichen quadratische Querschnittsform aufweisen.

6. Statorkernbaugruppe (41) für eine elektrische Maschine nach Anspruch 3, bei der die Leiter eine im wesentlichen elliptische Querschnittsform (47") aufweisen.

7. Statorkernbaugruppe (41) für eine elektrische Maschine nach Anspruch 3, bei der die Leiter einschließlich einer Isolierung der Leiter eine Breitenabmessung aufweisen, um eng von den Wicklungsnuten (52) aufgenommen zu werden.

8. Statorkernbaugruppe (41) für eine elektrische Maschine nach Anspruch 3, bei der die Endschleifen der Leiter auf den Anschlussseiten (54) und den Seitestücken ohne Anschluss verdreht sind; sie sich axial vom Kern (45) hinweg erstrecken und in Umfangsrichtung auf eine ersten Position verschoben sind, radial um wenigstens eine Leiterradialbreite auf eine zweite Position verschoben sind, sich zum Kern (45) herabsetzen und in Umfangsrichtung verschoben sind und eine nächste vorherbestimmte Nut einnehmen.

9. Statorkernbaugruppe (41) für eine elektrische Maschine nach Anspruch . 3, bei der alle Endschleifen auf der Seite ohne Anschluss radial nach innen und in Umfangsrichtung vorwärts verschoben sind und alle Endschleifen auf der Anschlussseite (54), außer der Endschleifen in den radialen Verschiebungsgebieten, radial nach außen und in Umfangsrichtung vorwärts verschoben sind und innerhalb der radialen Verschiebungsgebiete zwischen jeder Lage eine Endschleife des Leiters A und eine Endschleife des Leiters B auf der Anschlussseite (54) für jede Phase radial nach innen und in Umfangsrichtung vorwärts verschoben sind. 7.

10. Statorkernbaugruppe (41) für eine elektrische Maschine nach Anspruch 3, bei der die Leiter in einer radialen Reihe innerhalb jeder Nut ausgerichtet sind.