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Bezugnahme auf verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
US-Patentanmeldung Nr. 15/135320 , eingereicht am 21 April 2016 mit dem Titel ELEKTRISCHE MASCHINE MIT WICKLUNGEN, DIE EINE ENDSCHLEIFENANORDNUNG HABEN, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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Hintergrund
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Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Maschinen, insbesondere Wicklungsanordnungen für elektrische Maschinen.
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Viele elektrische Maschinen verwenden einen Stator, der einen Kern mit mehreren sich axial erstreckenden Schlitzen zur Aufnahme von einer oder mehreren Wicklungen hat. Jede Wicklung ist aus einem durchgehenden elektrischen Leiter gebildet, der sich durch viele der Statorschlitze erstreckt, wobei Schlaufenendabschnitte die in den Statorschlitzen angeordneten Wicklungssegmente verbinden. Die Endschlaufen strecken sich über die axialen Enden des Statorkerns hinaus. Zwei gegenüber liegende Enden der Windung sind an eine entsprechende Komponente der elektrischen Maschine angeschlossen, die je nach Entwurf der elektrischen Maschine unterschiedlich sein kann.
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Für viele elektrische Maschinen, beispielsweise solche mit einer Wye-Konfiguration, ist ein Ende der Wicklung ein Phasenanschluss, der an eine Stromquelle oder einen Verbraucher angeschlossen ist, wobei das andere Ende der Wicklung mit einem Nullleiteranschluss verbunden ist. Die beiden Enden der Wicklung gehen im Allgemeinen von demselben axialen Ende des Stators aus. Viele Wicklungen enthalten auch eine Umkehrschlaufe an einer mittleren Stelle der Wicklung. Im Allgemeinen verbindet jede Endschlaufe Schlitzabschnitte, die in unterschiedlichen Schichten angeordnet sind. Eine herkömmliche umkehrende Endschlaufe verbindet jedoch zwei Schlitzabschnitte, die in derselben Lage sind. Die Wicklung kann auch einen elektrischen Anschluss an diesem mittleren Punkt der Wicklung haben, beispielsweise kann die Wicklung einen entsprechenden Anschluss haben, um entweder eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung zu ermöglichen. Die Umkehrschlaufe und der Anschluss, z.B. einer Reihenschaltung, sind also im Allgemein an demselben axialen Ende des Stators angeordnet, wie die beiden Enden der Wicklung. In dem begrenzten Raum, der am axialen Ende des Stators zur Verfügung steht, kann es schwierig sein, diese verschiedenen Funktionen der Wicklungen unterzubringen. Mehrphasige elektrische Maschinen, z.B. dreiphasige elektrische Maschinen, enthalten zumindest dieselbe Anzahl von Wicklungen wie Phasen vorhanden sind, wobei jede Wicklung solche räumlichen Probleme schafft.
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1 zeigt eine Phase eines herkömmlichen Wicklungsdiagramms. Dieses Diagramm zeigt eine Wicklung 20, wobei jeder Schlitz zwei Lagen der Wicklung enthält. Die beiden Lagen haben unterschiedlichen radialen Abstand von der zentralen Achse, aber liegen auf einer gemeinsamen radialen Linie, die sich von der zentralen Achse aus nach außen erstreckt. In diesem Diagramm ist die Wicklung sowohl mit durchgezogenen Linien als auch mit gestrichelten Linien dargestellt. Der Gebrauch der durchgezogenen Linie zeigt an, dass die Wicklung in der ersten Lage ist, während die gestrichelte Line anzeigt, dass sich die Wicklung in der zweiten Lage befindet. Der Kreis 22 stellt Schweißpunkte dar, an denen die beiden Haarnadeldrahtsegmente mit einander verschweißt wurden. Ein Ende 24 der Wicklung 20 ist ein Phasenanschluss, der an einen Gleichrichter oder einer anderen Komponente angeschlossen wird. Das gegenüberliegende Ende 26 der Wicklung 20 ist mit einem Nullleiter 28 verbunden. Eine Umkehrschlaufe 30 ist in der Mitte der Wicklung 20 angeordnet und bildet eine Reihenschaltung zwischen den beiden Hälften der Wicklung 20. Wie in dem Diagramm zu sehen ist, sind sowohl der Nullleiter 28 als auch die Umkehrschlaufe 30 in derselben Schicht angeordnet. Dies macht es erforderlich, dass entweder der Nullleiter 28 oder die Umkehrschlaufe 30 axial verschoben werden, um diese beiden Strukturen räumlich unter zu bringen.
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2 ist ein schematisches Wicklungsdiagramm, das den Einsatz der drei Wicklungen 20 veranschaulicht, wobei jede der Wicklungen 20 dieselbe Konfiguration hat, wie in 1 dargestellt. Einer solchen Anordnung ist für eine dreiphasige elektrische Maschine geeignet. Wie sich unter Bezugnahme auf 2 verstehen lässt, hat nicht jede Wicklung ein Segment in jedem Schlitz des Statorkerns. 2 veranschaulicht, wie der Nullleiter 28 verwendet wird, um den Nullleiteranschluss 26 jeder der drei Phasen zusammen bei einer elektrischen Maschine mit einer Weikonfiguration anzuschließen. Fachleute verstehen die Anordnung und Funktionsweise der in 2 dargestellten Wicklungen 20.
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Bei manchen Konstruktionen elektrischer Maschinen stellt der Platzbedarf, der dadurch geschaffen wird, dass die Umkehrschlaufe und der Nullleiteranschluss in derselben Schicht sind, ein erhebliches Problem dar. Beispielsweise können bei elektrischen Maschinen, die zur Bildung der Statorwicklungen einsetzen was üblicherweise als große „Haarnadeln“ bezeichnet wird, räumliche Probleme an den axialen Enden des Stators auftreten. Im Zusammenhang mit Statorwicklungen bezeichnen große Haarnadeln üblicherweise Draht mit einer Querschnittsfläche von 4 mm2 oder mehr. Solche Haarnadeln haben im Allgemeinen eine U-Form mit einer mittleren Schlaufenendabschnitt und zwei Beinen. Die zwei Beine werden in Schlitze des Stators geschoben und dann mit angrenzenden Haarnadelbeinen an einem Ende des Stators verschweißt, um aus mehreren Haarnadeln eine durchgehende Wicklung zu schaffen.
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Derartige Wicklungen und ihre verschiedenen Eigenschaften müssen in eine räumliche Hülle passen, die im Allgemeinen definiert wird durch 1) den Rotor und den Rotorlüfter gemäß dem inneren Durchmesser des Stators, 2) das Gehäuse gemäß dem äußeren Durchmesser des Gehäuses, und 3) die Gehäuseendfläche, die axial hinter den Endbiegungen der Wicklung angeordnet ist.
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Um die räumlichen Probleme zu lösen, die an dieser Stelle in der elektrischen Maschine auftreten, wurden verschiedene Methoden eingesetzt. Beispielsweise offenbart
US- Patent Nr. 8 716 910 B2 , das hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird, offenbart eine elektrische Maschine, bei der die Wicklungen Brückensegmente
32 enthalten die sich in den inneren Zylinderraum hinein erstrecken, der durch den Stator gebildet ist. Diese Anordnung ist in
4 dargestellt und funktioniert gut für elektrische Maschinen, die einen externes Gebläse oder gar kein Gebläse aufweisen. Die Position der Brücken
32 kann jedoch dem Einsatz eines internen Gebläses, das an den Rotor gekoppelt und in dem Zylinderraum angeordnet ist, der durch den inneren Durchmesser
34 des Statorkerns
36 definiert ist, entgegen stehen.
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Eine andere bekannte Herangehensweise zur Lösung dieser räumlichen Probleme wird bei Generatoren genutzt, die von Prestolite Electric Inc, mit Hauptquartier in Novi, Michigan hergestellt werden, die Produkte sowohl unter dem Markennamen Prestolite Elektric und Leece-Neville vermarktet. Bei diesem Ansatz, der in 3 dargestellt ist, erstreckt sich an einem axialen Ende des Stators ein Ende 38 der Wicklung 40, so dass es den Phasenanschluss bildet, wobei eine Umkehrschlaufe 42 vorhanden und eine Reihenschaltung enthalten ist. Das gegenüberliegende Ende 44 der Wicklung ist mit einem Nullleiter 46 gekoppelt. Anstatt den Nullleiter 46 an demselben axialen Ende des Stators wie den Phasenanschluss 38 vorzusehen, ist der Nullleiter 46 an dem gegenüberliegenden axialen Ende des Stators angeordnet. Indem der Nullleiter an dem gegenüberliegenden axialen Ende angeordnet wird, lassen sich die räumlichen Randbedingungen lockern. Diese Anordnung macht jedoch erforderlich, dass bei einem Schlitz eine Windung ausgelassen wird. Bei einer Statorwicklung mit zwei Schichten führt dies zu einem Schlitz, der nur zur Hälfte von der Wicklung gefüllt ist. Dieser halbleere Schlitz reduziert die Leistung der elektrischen Maschine und kann im Betrieb der elektrischen Maschine magnetisches Rauschen verursachen.
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Weitere Verbesserungen, welche die räumlichen Probleme an den axialen Enden von elektrischen Maschinen lösen, sind wünschenswert.
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Kurzfassung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Maschine mit einer Stator Wicklungsanordnung, welche die räumlichen Probleme in der Nähe der Endschlaufen des Stators reduziert.
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Die Erfindung betrifft in einer ihrer Ausgestaltungen eine elektrische Maschine, die einen Rotor, der um eine Achse drehbar und betriebsfähig an einen Stator gekoppelt ist, aufweist, wobei der Stator gegenüberliegende erste und zweite axiale Enden und mehrere sich in axialer Richtung erstreckende Statorschlitze hat. Zumindest eine Wicklung definiert wenigstens eine Phase und die wenigstens eine Wicklung enthält eine erste Wicklung einer ersten Phase. Die erste Wicklung enthält einen Leiter, der sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Ende die erste Wicklung mehrere Schlitzabschnitte und mehrere Endschlaufen definiert. Jeder der Schlitzabschnitte ist in einem der Statorschlitze angeordnet und jede der Endschlaufen verbindet ein Paar Schlitzsegmente, die in verschiedenen Statorschlitzen angeordnet sind. Jeder der Statorschlitze definiert mehrere Schichtlagen, wobei jede der Schichtlagen einen anderen radialen Abstand von der Achse hat, so dass Schlitzsegmente in den mehreren Schlitzlagen jedes Statorschlitzes angeordnet werden können. Genauer gesagt, kann wenigstens ein Schlitzsegment in jeder der mehreren Schlitzlagen jedes Statorschlitzes angeordnet werden. Zumindest 60 Prozent der Endschlaufen, die durch die erste Wicklung gebildet sind, verbinden ein Schlitzsegment, das in einer der Schichtlagen angeordnet ist, mit einem anderen Schlitzsegment, das in einer anderen Sichtlage angeordnet ist. Die elektrische Maschine definiert für die erste Wicklung eine ungerade Anzahl von ausgewählten Statorschlitzen, wobei bei jedem der ausgewählten Statorschlitze erste und zweite Schlitzsegmente in unterschiedlichen Schichtlagen in dem ausgewählten Statorschlitz angeordnet sind. Die ersten und zweiten Schlitzsegmente sind aber jeweils an erste und zweite Endschlaufen angeschlossen, wobei die erste Endschlaufe das erste Schlitzsegment mit einem dritten Schlitzsegment verbindet, das in derselben Schichtlage wie das erste Schlitzsegment angeordnet ist. Die zweite Endschlaufe verbindet das zweite Schlitzsegment mit dem vierten Schlitzsegment, das in derselben Schichtlage wie das zweite Schlitzsegment angeordnet ist.
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Bei manchen Ausführungsformen der elektrischen Maschine gibt es nur einen einzigen ausgewählten Statorschlitz.
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Bei manchen Ausführungsformen definiert die erste Endschlaufe ein erstes Paar Beinen und einen ersten zentralen Abschnitt, der sich zwischen dem ersten Paar Beine erstreckt, und eine zweite Endschlaufe definiert ein zweites Paar Beine und einen zweiten zentralen Abschnitt, der sich zwischen dem zweiten Paar Beine erstreckt, wobei jedes der Beine der ersten und der zweiten Endschlaufe mit einem Schlitzsegment verbunden ist und wobei eines der ersten und zweiten Beinpaare im Uhrzeigersinn geneigt ist und das andere der ersten und zweiten Beinpaare gegen den Uhrzeigersinn geneigt ist.
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Bei manchen Ausführungsformen sind die ersten und zweiten Enden der Wicklung an dem ersten axialen Ende des Stators angeordnet und die ersten und zweiten Endschlaufen sind an dem zweiten axialen Ende des Stators angeordnet. Bei einer solchen Ausführungsform ist es möglich, dass nur ein einziger ausgewählter Statorschlitz vorhanden ist. Eine solche Ausführungsform kann auch so ausgestaltet sein, dass die ersten und zweiten Enden der ersten Wicklung mit Schlitzsegmenten verbunden sind, die in unterschiedlichen Schichtlagen angeordnet sind. Bei einer weiteren Variante einer solchen Ausführungsform kann die erste Wicklung mehrere Haarnadelsegmente enthalten, wobei jedes Haarnadel Segment eine Endbiegung bildet, die zwei Beine miteinander verbindet. Dabei bildet jedes der beiden Beine ein Schlitzsegment, wobei der distale Abschnitt der Beine einen Abschnitt einer Endbiegung bildet. Die distalen Abschnitte der verschiedenen und angrenzenden Haarnadelsegmente sind dabei miteinander verschweißt, um den Leiter zu bilden, der die Wicklung bildet. Die Verschweißungen sind dabei alle an dem zweiten axialen Ende des Stators angeordnet.
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Bei anderen Ausführungsformen sind die ersten und zweiten Enden der ersten Wicklung und die ersten und zweiten Endbiegungen alle an dem ersten axialen Ende des Stators angeordnet. Bei Varianten einer solchen Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass nur ein einziger ausgewählter Statorschlitz vorhanden ist.
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Bei manchen Ausführungsformen bildet die elektrische Maschine eine dreiphasige elektrische Maschine, wobei eine zweite Phase der elektrischen Maschine zumindest teilweise durch eine zweite Wicklung gebildet wird. Die zweite Wicklung enthält dabei einen zweiten Leiter, der sich von einem dritten Ende zu einem vierten Ende erstreckt. Zwischen dem dritten und dem vierten Ende bildet die zweite Wicklung eine zweite Menge von Schlitzsegmenten und eine zweite Menge von Endschlaufen, wobei jede Endschlaufe der zweite Menge in einem der Stator schlitze angeordnet ist und jede der Endschlaufen der zweiten Menge ein Paar Schlitzsegmente der zweiten Menge verbindet, die in verschiedenen Statorschlitzen angeordnet sind. Zumindest 60 Prozent der Endschlaufen der zweiten Menge, die durch die zweite Wicklung gebildet sind, verbinden ein Schlitzsegment, das in einer der Schichtlagen angeordnet ist, mit einem anderen Schlitzsegment, das in einer anderen Schichtlage angeordnet ist. Für die zweite Phase definiert die elektrische Maschine eine ungerade Anzahl von ausgewählten Statorschlitzen der zweiten Phase, wobei bei jedem der Statorschlitze der zweiten Phase fünfte und sechste Schlitzsegmente, die in dem ausgewählten Statorschlitz der zweiten Phase in unterschiedlichen Schichtlagen angeordnet sind. Die fünften und sechsten Schlitzsegmente sind jeweils an dritte und vierte Endschlaufen angeschlossen, wobei die dritten Endschlaufen das fünfte Schlitzsegment mit einem siebten Schlitzsegment verbinden, das in derselben Schichtlage wie das fünfte Schlitzsegment angeordnet ist. Die vierte Endschlaufe verbindet das sechste Schlitzsegment mit einem achten Schlitzsegment, das in derselben Schichtlage wie das sechste Schlitzsegment angeordnet ist.
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Bei manchen Ausführungsformen der elektrischen Maschine mit einer zweiten Wicklung sind die ersten und zweiten Enden der ersten Wicklung und die dritten und vierten Enden der zweiten Wicklung alle an dem ersten axialen Ende des Stators angeordnet und die ersten, zweiten, dritten und vierten Endschlaufen sind alle an dem zweiten axialen Ende des Stators angeordnet. Die elektrische Maschine hat zudem einen Nullleiter, wobei der Nullleiter mit einem der ersten und zweiten Enden der ersten Wicklung und einem der dritten und vierten Enden der zweiten Wicklung verbunden ist. Der neutrale Anschluss wird durch einen Leiter gebildet, der ein Kreissegment bildet, das sich über weniger als 360 Grad erstreckt und das in demselben radialen Abstand von der Achse wie eines der ersten und zweiten Schlitzsegmente an dem ersten axialen Ende des Stators angeordnet ist.
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Bei einer solchen elektrischen Maschine mit einem Nullleiter kann die elektrische Maschine eine dritte Phase haben, die zumindest teilweise durch eine dritte Wicklung gebildet ist, die einen dritten Leiter enthält, der sich von einem fünften Ende zu einem sechsten Ende erstreckt, wobei die fünften und sechsten Enden an dem ersten axialen Ende des Stators angeordnet sind. Zwischen dem fünften und dem sechsten Enden bildet die dritte Wicklung eine dritte Menge von Schlitzsegmenten und eine dritte Menge von Endschlaufen, wobei jedes der Schlitzsegmente der dritten Menge in einem der Statorschlitze angeordnet ist und jede der Endschlaufen der dritten Menge ein Paar Schlitzsegmente der dritten Menge verbindet, das in verschiedenen Statorschlitzen angeordnet ist. Für die Statorschlitze in dem durch den Nullleiter definierten Kreissegment verbinden an dem ersten axialen Ende des Stators die Endschlaufen der dritten Menge, die durch die dritte Wicklung gebildet sind, ein Schlitzsegment, das in einer der Schichtlagen angeordnet ist, mit einem anderen Schlitzsegment, das in einer anderen Schichtlage angeordnet ist.
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Bei manchen Varianten einer Ausführungsform mit einer dritten Wicklung können wenigstens 60 Prozent der Endschlaufen der dritten Menge, die durch die dritte Wicklung gebildet sind, ein Schlitzsegment, das in einer der Schichtlagen angeordnet ist, mit einem anderen Schlitzsegment verbinden, das in einer anderen Schichtlage angeordnet ist. Zudem kann die elektrische Maschine für eine solche dritte Phase eine ungerade Anzahl von ausgewählten Statorschlitzen der dritten Phase definieren, wobei an jedem der ausgewählten Statorschlitze der dritten Phase neunte und zehnte Schlitzsegmente, die in den ausgewählten Statorschlitze der dritten Phase angeordnet sind, in unterschiedlichen Schichtlagen angeordnet sind, wobei die neunten und zehnten Schlitzsegmente jeweils an die fünften und sechsten Endschlaufen angeschlossen sind. Dabei verbindet die fünfte Endschlaufe das neunte Schlitzsegment mit dem elften Schlitzsegment, das in derselben Schichtlage wie das neunte Schlitzsegment angeordnet ist, und die sechste Endschlaufe verbindet das zehnte Schlitzsegment mit dem zwölften Schlitzsegment, das in derselben Schichtlage wie das zehnte Schlitzsegment angeordnet ist. Bei manchen Varianten gibt es nur einen ausgewählten Statorschlitz, nur einen ausgewählten Statorschlitz der zweiten Phase, nur einen ausgewählten Statorschlitz der dritten Phase und die fünften und sechsten Endschlaufen können an dem ersten axialen Ende des Stators angeordnet sein.
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Die Erfindung betrifft in einer anderen Ausführungsform eine elektrische Maschine, die einen um eine Achse drehbaren Rotor enthält, der betriebsfähig mit einem Stator gekoppelt ist, wobei der Stator einander gegenüberliegende erste und zweite axiale Enden sowie mehrere sich in axialer Richtung erstreckende Statorschlitze aufweist. Die elektrische Maschine enthält zudem wenigstens eine Wicklung, die wenigstens eine Phase bildet, wobei die wenigstens eine Wicklung eine erste Wicklung einer ersten Phase enthält und die erste Wicklung einen Leiter enthält, der sich von einem ersten Ende bis zu einem zweiten Ende erstreckt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Ende bildet die erste Wicklung mehrere Schlitzsegmente und mehrere Endschlaufen, wobei jedes der Schlitzsegmente in einem der Statorschlitze angeordnet ist und jede der Endschlaufen ein Paar Schlitzsegmente miteinander verbindet, die in verschiedenen Statorschlitzen angeordnet sind. Jeder der Statorschlitze definiert mehrere Schichtlagen, wobei jede der Schichtlagen in einem anderen radialen Abstand von der Achse angeordnet ist, so dass Schlitzsegmente in mehreren Schichtlagen jedes Statorschlitzes angeordnet werden können. Genauer gesagt kann wenigstens ein Schlitzsegment in jeder der mehreren Schlitzlagen jedes Statorschlitzes angeordnet werden. Die erste Wicklung bildet eine Reihenschaltung an dem ersten axialen Ende des Stators in der Mitte der ersten Wicklung. Die Mitte der ersten Wicklung ist in einer Endschlaufe angeordnet, die ein Paar Schlitzsegmente verbindet, die in unterschiedlichen Schlitzlagen angeordnet sind. Für die erste Wicklung definiert die elektrische Maschine eine ungerade Anzahl von ausgewählten Statorschlitzen, wobei bei jedem der ausgewählten Statorschlitze erste und zweite Schlitzsegmente in dem ausgewählten Statorschlitz in unterschiedlichen Schichtlagen angeordnet sind. Die ersten und zweiten Schlitzsegmente sind dabei jeweils an erste und zweite Endschlaufen angeschlossen und die erste Endschlaufe verbindet das erste Schlitzsegment mit einem dritten Schlitzsegment, das in der selben Schichtlage wie das erste Schlitzsegment angeordnet ist, und die zweite Endschlaufe verbindet das zweite Schlitzsegment mit einem vierten Schlitzsegment, das in derselben Schichtsage wie das zweite Schlitzsegment angeordnet ist.
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Bei manchen Ausführungsformen einer solchen elektrischen Maschine verbinden zumindest 60 Prozent der Endschlaufen, die durch die erste Wicklung gebildet sind, ein Schlitzsegment, das in einer der Schichtlagen angeordnet ist, mit einem anderen Schlitzsegment, das in einer anderen Schichtlage angeordnet ist.
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Bei manchen Ausführungsformen bildet die erste Endschlaufe ein erstes Paar Beine und einen ersten zentralen Abschnitt, der sich zwischen den ersten Paar Beine erstreckt, und eine zweite Endschlaufe definiert ein zweites Paar Beine und einen zweiten zentralen Abschnitt, der sich zwischen dem zweiten Paar Beine erstreckt. Dabei ist jedes der Beine der ersten und zweiten Endschlaufen mit einem Schlitzsegment verbunden, wobei eines der ersten und zweiten Beinpaare im Uhrzeigersinn geneigt ist und das andere der ersten und zweiten Beinpaare gegen den Uhrzeigersinn geneigt ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der elektrischen Maschine ist die elektrische Maschine eine dreiphasige elektrische Maschine, wobei eine Phase der elektrischen Maschine zumindest teilweise durch eine zweite Wicklung gebildet ist, die einen zweiten Leiter enthält, der sie von einem dritten bis zu einem vierten Ende erstreckt. Zwischen dem dritten und vierten Ende bildet die zweite Wicklung eine zweite Menge von Schlitzsegmenten und eine zweite Menge von Endschlaufen, wobei jedes der Schlitzsegmente der zweiten Menge in einem der Statorschlitze angeordnet ist und jede der Endschlaufen der zweiten Menge ein Paar Schlitzsegmente der zweiten Menge, das ein unterschiedlichen Statorschlitzen angeordnet ist, miteinander verbindet. Die zweite Wicklung bildet eine Reihenschaltung an dem ersten axialen Ende des Stators an der Mitte der zweiten Wicklung und die Mitte der zweiten Wicklung ist in einer Endschlaufe angeordnet, die ein Paar Schlitzsegmenten miteinander verbindet, die in unterschiedlichen Schichtlagen angeordnet sind. Für die zweite Phase definiert die elektrische Maschine eine ungerade Anzahl von ausgewählten Statorschlitzen der zweiten Phase, wobei jeder der ausgewählten Statorschlitze der zweiten Phase fünfte und sechste Schlitzsegmente, die in den ausgewählten Statorschlitzen der zweiten Phase in unterschiedlichen Schichtlagen angeordnet sind, miteinander verbindet. Die fünften und sechsten Schlitzsegmente sind an dritte bzw. vierte Endschlaufen angeschlossen, wobei die dritte Endschlaufe das fünfte Schlitzsegment mit einem siebten Schlitzsegment verbindet, das in derselben Schichtlage wie das fünfte Schlitzsegment angeordnet ist. Die vierte Endschlaufe verbindet das sechste Schlitzsegment mit einem achten Schlitzsegment, das in derselben Schichtlage wie das sechste Schlitzsegment angeordnet ist.
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Bei manchen Ausführungsformen einer solchen elektrischen Maschine, die eine zweite Wicklung enthält, kann die elektrische Maschine zusätzlich eine dritte Phase aufweisen, die zumindest teilweise durch eine dritte Wicklung gebildet ist, die einen dritten Leiter enthält, der sich von einem fünften Ende bis zu einem sechsten Ende erstreckt, wobei das fünfte und das sechste Ende jeweils an dem ersten axialen Ende des Stators angeordnet sind. Zwischen dem fünften und dem sechsten Ende definiert die dritte Windung eine dritte Menge von Schlitzsegmenten und eine dritte Menge von Endschlaufen, wobei jedes der Schlitzsegmente der dritten Menge in einem der Statorschlitze angeordnet ist und jede der Endschlaufen der dritten Menge ein Paar Schlitzsegmente der dritten Menge miteinander verbindet, die in verschiedenen Statorschlitzen angeordnet sind. Die dritte Wicklung bildet eine Reihenschaltung an dem ersten axialen Ende des Stators in der Mitte der dritten Wicklung, wobei die Mitte der dritten Wicklung in einer Endschlaufe angeordnet ist, die ein Paar Schlitzsegmente miteinander verbindet, die in unterschiedlichen Schichtlagen angeordnet sind. Für die dritte Phase definiert die elektrische Maschine eine ungerade Anzahl von ausgewählten Statorschlitzen der dritten Phase, wobei bei jedem Statorschlitz der dritten Phase neunte und zehnte Schlitz Segmente, die in dem Statorschlitz der dritten Phase angeordnet sind, in unterschiedlichen Schichtlagen angeordnet sind. Die neunten und zehnten Schlitzsegmente sind mit fünften bzw. sechsten Endschlaufen verbunden, wobei die fünfte Endschlaufe das neunte Schlitzsegment mit einem elften Schlitzsegment verbindet, das in derselben Schichtlage wie das neunte Schlitzsegment angeordnet ist. Die sechste Endschlaufe verbindet das zehnte Schlitzsegment mit einem zwölften Schlitzsegment, das in derselben Schichtlage wie das zehnte Schlitzsegment angeordnet ist.
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Bei einer solchen Ausführungsform mit einer dritten Wicklung kann die elektrische Maschine so aufgebaut sein, dass die Endschlaufe, welche die Mitte der ersten Wicklungen enthält, die Endschlaufe, welche die Mitte der zweiten Wicklung enthält, und die Endschlaufe, welche die Mitte der dritten Wicklung enthält, alle ähnlich wie unmittelbar angrenzende Endschlaufen geformt sind und dadurch mit den unmittelbar angrenzenden Endschlaufen verschachtelt sind.
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Figurenliste
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Die vorstehend erwähnten und andere Merkmale der Erfindung sowie die Art und Weise sie zu verwirklichen werden besser ersichtlich und die Erfindung selbst besser verständlich durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung zusammen mit den dazu gehörenden Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 ein schematisches Wicklungsdiagramm einer herkömmlichen Konfiguration;
- 2 ein schematisches Wicklungsdiagramm einer herkömmlichen Konfiguration;
- 3 ein schematisches Wicklungsdiagramm einer herkömmlichen Konfiguration;
- 4 eine Draufsicht einer herkömmlichen Statorbaugruppe;
- 5 ein schematisches Wicklungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer einzigen Wicklung zur Reduzierung räumlicher Probleme;
- 6 ein schematisches Wicklungsdiagramm mit drei Wicklungen;
- 7 ein alternatives schematisches Wicklungsdiagramm mit drei Wicklungen;
- 8 ein weiteres alternatives schematisches Wicklungsdiagramm mit drei Wicklungen;
- 9 eine perspektivische Ansicht einer Statorbaugruppe;
- 10 eine weitere perspektivische Ansicht der Statorbaugruppe von 9;
- 11 eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine;
- 12 eine Detailansicht des Querschnitts von 11;
- 13 eine perspektivische Ansicht der Statorbaugruppe;
- 14 eine weitere perspektivische Ansicht der Statorbaugruppe von 13;
- 15 eine schematische Darstellung eines einzelnen Statorschlitzes;
- 16 eine schematische Darstellung eines Haarnadelsegmentes;
- 17 ein schematisches Wicklungsdiagramm mit einer einzigen Wicklung.
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Einander entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Ansichten einander entsprechende Teile. Obwohl die hier dargestellten Beispiele Ausführungsformen der Erfindung in verschiedenen Ausgestaltungen veranschaulichen, sind die nachstehend offenbarten Ausführungsbeispiele nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die genau offenbarten Formen zu beschränken.
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Detaillierte Beschreibung
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Eine elektrische Maschine 50 ist in 11 dargestellt und enthält einen Rotor 52, der auf einer Rotorwelle 54 montiert und um eine Achse 56 drehbar ist. Das Ausführungsbeispiel ist eine elektrische Maschine 50, die zum Einsatz als Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug vorgesehen ist und der Rotor 52 ist das, was üblicherweise als ein Clamshell-Rotor bezeichnet wird. Lager 58, 60 tragen die Welle 54 und eine Rolle 62 ist an einem Ende der Welle 54 montiert. Ein Riemen (nicht dargestellt) koppelt die Rolle 62 mit der Kurbelwelle des Fahrzeugs. Eine Gleichrichterbaugruppe wandelt den von der elektrischen Maschine 50 erzeugten Wechselstrom im Gleichstrom zum Laden der Fahrzeugbatterie oder zum Versorgen elektrischer Komponenten des Fahrzeugs um.
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Der Rotor 52 ist betriebsfähig mit dem Stator 64 gekoppelt. Der Stator 64 enthält einen Statorkern 66, der mehrere sich in axialer Richtung erstreckende Schlitze 68 aufweist, die in Umfangsrichtung um einen inneren Durchmesser des Statorkerns 66 verteilt sind. Mehrere Wicklungen 70 sind in Schlitzen 68 angeordnet und erstrecken sich in axialer Richtung über die gegenüberliegenden Enden des Statorkerns 66 hinaus. Ein Lüfter 72 ist mit dem Rotor 52 gekoppelt und dreht sich zusammen mit dem Rotor 52, um die elektrische Maschine 50 im Betrieb zu kühlen. Ein zweiter Lüfter 73 ist an dem gegenüberliegenden Ende des Rotors 52 montiert und trägt ebenfalls dazu bei, im Betrieb Wärme abzuführen. Eine Gehäusebaugruppe 74 weißt Endkappen 76, 78 auf, die an gegenüberliegenden Enden des Statorkerns 66 angeordnet sind.
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Wie man in 12 sehen kann, ist der für die Endbiegungen der Wicklungen 70 zur Verfügung stehende Raum begrenzt. An einem Ende des Stators 64 ist der Raum für die Endbiegungen durch den Lüfter 72 radial einwärts begrenzt und durch die Endkappe 78 in axialer Richtung sowie radial auswärts begrenzt. In ähnlicher Weise ist an dem gegenüberliegenden Ende des Stators 64 der für die Endbiegungen zur Verfügung stehende Raum durch den Lüfter 73 radial einwärts begrenzt und durch die Endkappe 76 in axialer Richtung und radial auswärts begrenzt.
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Die dargestellte elektrische Maschine 50 ist eine dreiphasige elektrische Maschine, jedoch sind auch verschiedene alternative Ausgestaltungen möglich. Beispielsweise kann sie auch eine einphasige oder eine mehrphasige elektrische Maschine mit mehr oder weniger als drei Phasen sein. Die elektrische Maschine enthält wenigstens eine Wicklung für jede Phase und kann mehrere Wicklungen für jede Phase enthalten.
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Der Stator hat gegenüberliegende axiale Enden 104, 106. Jede der Wicklungen 70 hat die Form eines durchgehenden elektrischen Leiters, der sich von einem ersten Ende 84 zu einem zweiten Ende 86 erstreckt. Das erste Ende 84 bildet einen Statoranschluss 85, der mit einem Phasenkontakt 88, etwa einer Anschlussbaugruppe, gekoppelt ist. Der Phasenkontakt 88 koppelt das erste Ende 84 leitend an eine entsprechende Komponente der elektrischen Maschinenbaugruppe oder einer externen Schaltung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Phasenkontakt 88 die Form einer Anschlussbaugruppe, die das erste Ende 84/den Statoranschluss 85 leitend an einen Gleichrichter 91 koppelt, wie dies schematisch in 5 dargestellt ist. Bei einer dreiphasigen elektrischen Maschine kann die Anschlussbaugruppe die Form von drei Leiterbahnen haben, die mit Kunststoffmaterial umspritzt sind, wobei jede der verschiedenen Leiterbahnen Phasenanschlüsse einer anderen Phase an eine entsprechende Diode in einem Gleichrichter anschließt. Der Einsatz von derartigen Anschlussbaugruppen zum Anschließen von Phasenanschlüssen an Gleichrichter ist im Stand der Technik bekannt.
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Das zweite Ende 86 der Wicklung 70 bildet einen Nullleiteranschluss 87, der elektrisch leitend an einen Nullleiter 90 angeschlossen ist. Der Nullleiter 90 ist ein leitfähiges Teil, das jeden der Nullleiteranschlüsse 87 der Wicklung 70 leitend miteinander verbindet. Der Nullleiter 90 kann auch an einen externen Nullleiter oder Masse angeschlossen sein.
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Zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 84, 86 bildet die Wicklung 70 mehrere Schlitzabschnitte 94 und mehrere Endschlaufen 96. Jedes der Schlitzsegmente 94 ist ein sich axial erstreckender Abschnitt der Wicklung 70, der in einem der Schlitze 68 des Statorkerns 66 angeordnet ist. Jede der Endschlaufen 96 verbindet ein Paar Schlitzsegmente 94 miteinander.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel definiert jeder Schlitz zwei Schlitzlagen, wobei die erste Schlitzlage 98 in einem ersten radialen Abstand von der Achse 56 und die zweite Lage 100 in einem zweiten radialen Abstand von der Achse 56 angeordnet ist. Indem man die Schlitze 68 mit einer für zwei Lagen ausreichenden radialen Tiefe vorsieht, kann jeder Schlitz 68 ein erstes Schlitzsegment 94 aufnehmen, das in der ersten Schichtlage 98 angeordnet ist, und ein zweites Schlitzsegment 94, das in einer zweiten Schlitzlage 100 angeordnet ist. Die beiden Schlitzsegmente liegen dabei auf einer gemeinsamen radialen Linie 102, die von der Achse 54 ausgeht. Die Anordnung von zwei solchen Schlitzsegmenten 94 in ersten und zweiten Schlitzlagen ist schematisch in 15 dargestellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat jeder Statorschlitz 68 in Umfangsrichtung eine Breite, die so bemessen ist, dass in jeder Lage nur ein einziger Strang der Wicklung 70 hineinpasst, und eine radialen Tiefe, in die zwei Lagen der Wicklung 70 hineinpassen. Alternative Ausgestaltungen können jedoch auch Schlitze mit einer größeren radialen Tiefe haben, um eine größere Anzahl von Schichten aufzunehmen, und/oder Schlitze mit einer größeren Breite in Umfangsrichtung, um mehrere Wicklungsstränge 70 in jeder Lage nebeneinander aufzunehmen. Zudem wird angemerkt, dass in der vorliegenden Anmeldung zwar die Begriffe erste Lage und zweite Lage verwendet werden, der Gebrauch dieser Begriffe aber keine spezifische Position in dem Schlitz impliziert und lediglich andeutet, dass ein Schlitzsegment in der ersten Lage in einer anderen Schicht angeordnet ist als ein Schlitzsegment, das in der zweiten Lage angeordnet ist. Beispielsweise kann eine Wicklung Schlitzsegmente in vier unterschiedlichen Schichten aufweisen, wobei die erste Lage irgendeine dieser vier Schichten ist und die zweite Lage irgendeine andere der drei anderen Schichten ist.
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5 zeigt schematisch ein Wicklungsdiagramm, das die räumlichen Probleme an den axialen Enden des Stators 64 reduziert. Aus Gründen der grafischen Übersichtlichkeit ist in 5 nur eine einzige Wicklung 70 dargestellt. An dem ersten axialen Ende 104 des Stators 64 verbindet jede der Endschlaufen 96 ein Schlitzsegment 94, das in einer ersten Schicht 98 angeordnet ist, mit einem Schlitzsegment 94, das in einer zweiten Schicht 100 angeordnet ist. Die beiden Enden 84, 86 der Wicklung 70 sind auch an dem ersten Ende 104 des Stators 64 angeordnet. Wie man in 5 sehen kann, bildet das erste Ende 84 der Wicklung 70 einen Statoranschluss 85, der mit einem Schlitzsegment verbunden ist, das in der ersten Schicht 98 angeordnet ist, und das zweite Ende 86 der Wicklung 70 bildet den Nullleiteranschluss 87, der mit einem Schlitzsegment verbunden ist, das in der zweiten Schicht 100 angeordnet ist. Der Nullleiter 90 ist auch in demselben radialen Abstand von der Achse 54 wie die zweite Schicht 100 angeordnet und bildet ein Segment eines Kreises. Diese Anordnung bringt den Statoranschluss 85 in einen anderen radialen Abstand von der Achse 54 als den Nullleiteranschluss 87 und den Nullleiter 100 und ermöglichen es deshalb dem Statoranschluss 85, sich axial über den Nullleiteranschluss 87 und den Nullleiter 100 an dem ersten axialen Ende 104 des Stators 64 hinaus zu erstrecken.
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Um diese Anordnung zu ermöglichen, sind die Schlitzsegmente in einem ausgewählten Statorschlitz 68a mit zwei speziellen Endschlaufen an dem zweiten axialen Ende 106 des Stators 64 gekoppelt. An dem ausgewählten Statorschlitz 68a, ist ein Schlitzsegment 94, das in der ersten Schicht 98 angeordnet ist, durch die Endschlaufe 96a mit einem anderen Schlitzsegment 94 verbunden, das in der ersten Schicht 98 angeordnet ist. In ähnlicher Weise ist das Schlitzsegment 94 in der zweiten Lage 100 des ausgewählten Schlitzes 68a über die Endschlaufe 96b mit einem anderen Schlitzsegment 94 verbunden, das in der zweiten Schicht 100 angeordnet ist. Wie man in 5 sehen kann, sind die Endschlaufen 96a, 96b mit Segmenten 94 verbunden, die an gegenüberliegenden Umfangsseiten der ausgewählten Schlitze 68a angeordnet sind, während jede der Endschlaufen 96a, 96b mit einem Schlitzsegment in dem ausgewählten Schlitz 68a verbunden ist. Jede der übrigen Endschlaufen 96, die an dem zweiten axialen Ende 106 des Stators 64 angeordnet sind, verbindet ein Schlitzsegment 94, das in der ersten Schicht 98 angeordnet ist, mit einem Schlitzsegment 94, das in der zweiten Schicht 100 angeordnet ist. Es wird angemerkt, dass der Begriff „ausgewählter“ Statorschlitz lediglich bedeutet, dass dieser spezielle Statorschlitz dafür ausgewählt wurde, die vorstehend beschriebene Endschlaufenanordnung zu enthalten.
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Zudem wird angemerkt, dass diese ausgewählter Statorschlitzanordung auch dahingehend beschrieben werden kann, dass sie erste und zweite Schlitzsegmente 94 enthält, die in dem ausgewählten Statorschlitz 68a angeordnet und in unterschiedlichen Schichtlagen positioniert sind. Die ersten und zweiten Schlitzsegmente sind dabei jeweils mit den ersten bzw. zweiten Endschlaufen 96a, 96b verbunden, wobei die erste Endschlaufe 96a das erste Schlitzsegment mit einem dritten Schlitzsegment verbindet, das in derselben Schichtlage wie das erste Schlitzsegment angeordnet ist, und die zweite Endschlaufe 96b das zweite Schlitzsegment mit einem vierten Schlitzsegment verbindet, das in derselben Schichtlage wie das zweite Schlitzsegment angeordnet ist.
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Die Endschlaufen 96a, 96b können an dem zweiten Ende 106 in irgendeinem der Schlitze angeordnet sein. Es ist jedoch im Allgemeinen effizienter, den Stator 64 zusammenzubauen, wenn eines der Enden 84, 86 der Wicklung 70 von einem der Schlitzsegmente 94 in dem ausgewählten Schlitz 68a ausgeht und mit einer der Endschlaufen 96a, 96b auf der gegenüberliegenden Seite 106 des Stators 64 verbindet. In 5 ist es das zweite Ende 86, das den Nullleiteranschluss 87 bildet, der von einem Statorsegment 94 in dem Schlitz 68a ausgeht. Das ist der Schlitz, der das Schlitzsegment 94 enthält, das mit jeder der Endschlaufen 96a, 96b verbunden ist.
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Es wird zudem angemerkt, dass statt dem Positionieren der Endschlaufen 96a, 96b an dem zweiten Ende 106, ähnliche Endschlaufen alternativ auch an dem ersten axialen Ende des Stators positioniert werden können, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 17 erörtert wird. Zudem ist es im Allgemeinen wünschenswert, die Anzahl der Statorschlitze 68a, die eine Endschlaufenanordung enthalten, durch die zwei Schlitzsegmente mit Schlitzsegmenten, die in derselben Schichtlage angeordnet sind, verbinden, zu begrenzen. Die Möglichkeit, die beiden Enden der Wicklung an Schlitzsegmenten angebracht zu haben, die in unterschiedlichen Schichtlagen angeordnet sind, kann erreicht werden, indem eine größere Anzahl derartiger ausgewählter Statorschlitze vorgesehen ist, solange es eine ungerade Anzahl von solchen ausgewählten Statorschlitzen ist. Zudem können die speziellen Endschlaufen, die mit solchen ausgewählten Statorschlitzen verknüpft sind, an jedem axialen Ende des Stators positioniert werden.
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Wie vorstehend erwähnt, ist es möglich, mehr als einen ausgewählten Statorschlitz 68a einzusetzen und dennoch die beiden Wicklungsenden mit Schlitzsegmenten in unterschiedlichen Lagen zu verbinden, solange eine ungerade Anzahl von ausgewählten Statorschlitzen 68a eingesetzt wird. Obwohl es im Allgemeinen wünschenswert ist, nur einen einzigen oder eine kleine begrenzte Anzahl von derartigen ausgewählten Statorschlitzen 68a einzusetzen, kann es für spezielle Anwendungen vorteilhaft sein, eine relativ große Anzahl zu verwenden. Jedoch besteht die Gefahr, dass die Leistung der elektrischen Maschine mit zunehmender Anzahl ausgewählter Statorschlitze 68a beeinträchtigt wird, und es wird angenommen, dass zumindest 60% der Endschlaufen, die von irgendeiner Wicklung gebildet werden, die einen oder mehrere ausgewählte Statorschlitze hat, Schlitzsegmente verbinden sollten, die in unterschiedlichen Schichtlagen angeordnet sind.
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Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die Wicklung 70 eine Reinschaltung an dem ersten axialen Ende 104. Diesbezüglich wird angemerkt, dass die Wicklung 70 den Stator zweimal umgibt und die Reihenschaltung an der Mitte 110 angeordnet ist. Mit anderen Worten umläuft die Wicklung 70 auf einer Seite der Reihenschaltung den Stator vollständig und endet dann an dem ersten Ende 84. Auf der anderen Seite der Reihenschaltung umläuft die Wicklung 70 den Stator vollständig und endet dann an dem zweiten Ende 86. Die Verbindung zwischen den beiden Hälften der Wicklung 70 an der Mitte 110 kann unterschiedliche Formen haben. Obwohl eine Reihenschaltung dargestellt ist, nutzen manche elektrische Maschinen beispielsweise eine Parallelschaltung (nicht dargestellt). Bei den meisten herkömmlichen elektrischen Maschinen ist eine Reihenschaltung an der Mitte der Wicklung in einer Umkehrschlaufe vorgesehen, die zwei Schlitzsegmente verbindet, die in derselben Schicht angeordnet sind. Im Gegensatz dazu ist die Mitte 110 der in 5 dargestellten Wicklung in einer Endschlaufe 96 angeordnet, die eines der Schlitzsegmente 94 in der ersten Lage 98 mit einem der Schlitzsegmente 94 in der zweiten Lage 100 verbindet. Dies ermöglicht es, der Endschlaufe, welche die Mitte 110 enthält, dieselbe Konfiguration wie die anderen Endschlaufen 96 zu haben und dadurch in den Grenzen der angrenzenden Endschlaufen 96 angeordnet zu sein. Mit anderen Worten ist die die Mitte 110 enthaltende Endschlaufe 96 ähnlich wie die angrenzende Endschlaufe 96 geformt, sodass die Endschlaufe mit der Mitte 110 mit den unmittelbar angrenzenden Endschlaufen 96 verschachtelt ist. Für dreiphasige elektrische Maschinen kann diese Anordnung für alle drei Phasen genutzt werden.
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6 zeigt schematisch ein Wicklungsdiagramm, das drei Wicklungen 70 enthält, die alle dieselbe Konfiguration wie die in 5 dargestellte Wicklung haben. Die drei verschiedenen Wicklungen sind in Umfangsrichtung versetzt und bilden drei unterschiedliche Phasen der elektrischen Maschine. Die schematischen Darstellungen der 1 bis 3 und 5 bis 8 sind lineare Darstellungen der gesamten 360 Grad des zylindrischen Stators. In Bezug auf dieses Format zeigt 6, dass der Nullleiter 90 dazu in der Lage ist, alle Nullleiteranschlüsse 87 der drei Wicklungen 70 anzuschließen, ohne das es für den Nullleiter 90 erforderlich ist, sich über die vollen 360 Grad um den Umfang des Stators 64 herum zu erstrecken.
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Die in den 5 bis 8 dargestellten Wicklungen 70 sind aus mehreren Haarnadelsegmenten 112 gebildet und Kreise werden verwendet, um Verschweißungen 108 darzustellen. Ein einzelnes Haarnadelsegment 112 und seine Verbindung mit zwei angrenzenden Haarnadelsegmenten 112 ist schematisch in 16 dargestellt. Wie sich unter Bezugnahme auf 16 leicht verstehen lässt, bilden die Haarnadelsegmente 112 eine Endschlaufe 96, die zwei Beine 114 verbindet. Jedes der Beine 114 bildet einen Schlitzsegment 94, wobei ein distaler Abschnitt 116 der Beine 114 einen Abschnitt einer Endschlaufe 96 bildet. Die distalen Abschnitte 116 von unterschiedlichen und aneinander angrenzenden Haarnadelsegmenten 112 werden mit einander verschweißt (Verschweißungen 108), um den durchgehenden Leiter zu bilden der die Wicklung 70 bildet.
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In 6 wurden Haarnadelsegmente 112 in Schlitze 68 eingeführt, sodass alle Verschweißungen 108 an dem ersten axialen Ende 104 des Stators 64 angeordnet sind. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Wicklungsanordnung. Das Ausführungsbeispiel von 7 ist dem von 6 sehr ähnlich, aber anstatt die Haarnadelsegmente 112 so einzufügen, dass sie an dem ersten Ende 104 verschweißt werden müssen, sind so angeordnet, dass die Verschweißungen 108 an den zweiten axialen Ende 106 des Stators 64 gebildet sind. Diese Anordnung kann eine effiziente Herstellung ermöglichen, da die Verschweißungen ohne Störung durch die Statoranschlüsse 88 und die Nullleiteranschlüsse 87, die an dem ersten axialen Ende 104 des Stators 64 angeordnet sind, gebildet werden können. Bei manchen Anwendungen können jedoch andere Eigenschaften der elektrischen Maschinen es vorteilhafter machen, die Verschweißungen 108 an dem ersten axiale Enden 104 zu bilden, wie in 6 dargestellt.
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8 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Wicklungsanordnung. Wie vorstehend erwähnt, ist es nicht erforderlich, dass sich der Nullleiter 90 um die vollen 360 Grad um den Umfang des Stators 64 herum erstreckt. Mit anderen Worten, ist der Nullleiter 90 von einem Leiter gebildet, der ein Kreissegment bildet, das sich um weniger als 360 Grad erstreckt und das in demselben radialen Abstand von der Achse wie die erste oder zweite Lage 98, 100 angeordnet ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel von 8 werden drei Wicklungen verwendet, um eine dreiphasige elektrische Maschine zu schaffen. Beide Wicklungen 70 haben dieselbe Konfiguration, wie sie in 5 dargestellt ist, wobei jede der Wicklungen 70 Endschlaufen 69a, 69b an dem zweiten axialen Ende 106 hat. Die dritte Wicklung 118 hat eine andere Konfiguration. Diese dritte Wicklung 118 hat eine umkehrende Endschlaufe 120 an dem ersten axialen Ende 104, die in Umfangsrichtung von dem Nullleiter 90 versetzt ist, so dass sowohl der Nullleiter 90 als auch die umkehrende Endschlaufe 120 in derselben Schicht und an derselben axialen Stelle angeordnet werden können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von 8 sind die umkehrende Schlaufe 120 und der Nullleiter 90 in der zweiten Schicht angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel von 8 bildet die umkehrende Endschlaufe 120 eine Reihenschaltung 122 an dem ersten Ende 104, wobei die umkehrende Endschlaufe 120 die beiden Schlitzsegmente 94, die in derselben Schichtlage angeordnet sind, miteinander verbindet. Die Endschlaufen der Wicklung 118 an dem zweiten axialen Ende 106 verbinden alle eines der Schlitzsegmente 94 in der ersten Schicht 98 mit einem der Schlitzsegmente 94 in der zweiten Schicht 100. Ein erstes Ende 118a der Wicklung 118 bildet einen Statoranschluss ähnlich den Anschlüssen 85 und das zweite Ende 118b der Wicklung 118 bildet einen Nullleiteranschluss, der an denselben Nullleiter 90 wie die Nullleiteranschlüsse 87 angeschlossen ist.
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Ein anderer Aspekt der Endschlaufen 96a, 96b, der die Herstellung der Endschlaufen erleichtert, lässt sich unter Bezugnahme auf die 13 und 14 verstehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet die Endschlaufe 69a einen zentralen Abschnitt 97a und ein Paar Beine 99a. In ähnlicher Weise bildet die Endschlaufe 96b eine zentralen Abschnitt 97b und ein Paar Beine 99b. Die beiden unterschiedlichen Beinpaare sind in entgegensetze Richtungen geneigt, um den Freiraum zwischen den beiden Endschlaufen zu vergrößern und die Herstellung der Endschlaufen zu erleichtern. Genauer gesagt sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Beine 99a in Uhrzeigersinn geneigt, während die Beine 99b in Richtung gegen den Uhrzeigersinn geneigt sind.
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17 zeigt ein schematisches Diagramm einer Wicklung, die bei einem anderen Ausführungsbeispiel genutzt werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind spezielle Endschlaufen, die einem ausgewählten Statorschlitz 68a zugeordnet sind, an demselben axialen Ende des Stators angeordnet wie das erste und zweite Ende 84, 86 der Wicklung. Wie in 17 dargestellt, ist eines der Schlitzsegmente in dem ausgewählten Statorschlitz 68a mit der Endschlaufe 96c verbunden, die zwei Statorschlitzsegmente, die beide in derselben Schichtlage sind, miteinander verbindet, während ein zweites Statorschlitzsegment, das in dem ausgewählten Statorschlitz 68a in einer anderen Schichtlage angeordnet ist, mit der Endschlaufe 96d verbunden ist. Die Endschlaufe 96d verbindet zwei Statorschlitzsegmente, die beide in derselben Schichtlage sind. Bei einer solchen Anordnung kann es wünschenswert sein, ausgewählte Statorschlitze 68a in Bezug auf die Wicklungsenden 84, 86 um etwa 180 Grad zu versetzen. In 17 ist nur eine einzige Wicklung einer einzigen Phase dargestellt. Die Anordnung von 17 kann mit zusätzlichen Wicklungen kombiniert werden, die zusätzliche Phasen in einer einzigen elektrischen Maschine bilden. Beispielsweise kann eine dreiphasige elektrische Maschine zwei Wicklungen nutzen, welche die in 5 dargestellte Konfiguration haben, um zwei Phasen zu bilden, und eine dritte Wicklung mit der in 17 dargestellten Konfiguration haben, um die dritte Phase zu bilden. Beliebige andere Kombination sind ebenfalls möglich und können für eine spezielle Anwendung wünschenswert sein. Es wird auch angemerkt, dass eine größere Anzahl von ungeraden ausgewählten Statorschlitzen 68a genutzt werden könnte, obwohl in 17 nur ein einziger ausgewählter Statorschlitz 68a dargestellt ist, und immer noch die Möglichkeit besteht, dass die Enden der Wicklung in unterschiedlichen Schichtlagen angeordnet sind, und sämtliche Probleme an den axialen Enden des Stators reduziert werden. Wenn gewünscht, können zudem einige der ungeraden Anzahl von ausgewählten Statorschlitzen 68a Endschlaufen 96a, 96b an einem axialen Ende des Stators haben und andere ausgewählte Statorschlitze 68a können Endschlaufen 96c, 96d an dem anderen axialen Ende des Stators haben.
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Obwohl die Erfindung an einen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung im Rahmen von Sinn und Gehalt dieser Offenbarung abgewandelt werden. Die Anmeldung soll deshalb auch beliebige Abwandlungen, Anwendungen oder Anpassungen der Erfindung abdecken, die deren allgemeine Prinzipien nutzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 15135320 [0001]
- US 8716910 B2 [0009]
