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BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen
US Patentanmeldung Nr. 62/462 507 , die am 23. Februar 2017 mit dem Titel „Elektrische Maschine mit einem Stator, der mehrere Anschlussdrähte hat, die von einer gemeinsamen Wicklungsschicht ausgehen“, eingereicht wurde und deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Maschinen
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Elektrische Maschinen werden für unterschiedliche Zwecke in modernen Fahrzeugen eingesetzt. Beispielsweise werden elektrische Maschinen üblicherweise als Anlasser, Generatoren, Zugmotoren und für andere Zwecke eingesetzt. Bei diesen Anwendungen kann die elektrische Maschine als Motor, als Generator oder wahlweise entweder als Motor oder als Generator betrieben werden.
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Es gibt eine zunehmende Nachfrage nach elektrischen Maschinen, die in Fahrzeugen sowie außerhalb von Fahrzeugen eingesetzt werden, nach einer elektrischen Maschine mit reduzierter Größe und erhöhter Effizienz. Verbesserungen in der Konstruktion elektrische Maschinen, die eine kostengünstige Fertigung ermöglichen, während zunehmend steigende Anforderungen von modernen Fahrzeuganwendungen erfüllt werden, sind wünschenswert.
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1 ist eine schematische Ansicht der Endschlaufen 120, die sich ausgehend von Kernblechen 122 eines herkömmlichen Stators in axialer Richtung erstrecken. Die Kernbleche 122 haben eine radial äußere Fläche 124 und eine radial innere Fläche 126 und definieren eine zentrale Öffnung, die von der radial inneren Fläche 126 begrenzt ist. Die Endschlaufen 120 sind Teil von Wicklungsdrähten, wobei diese alle dieselbe Länge für einen Umlauf der Wicklung haben, unabhängig davon welche Schicht in welchem Umlauf liegt. Ein Umlauf, wie hier verwendet, bezieht sich auf einen Abschnitt eines Wicklungsdrahtes, der sich über 360° um den Statorkern herum erstreckt. Nach dem Einsetzen der Wicklungen in die Schlitze der Kernbleche 122 variieren die Höhen der Endschlaufen 120 zunehmend von einer radial äußersten Endschlaufe 120a, welche die kleinste Höhe hat, zu einer radial innersten Endschlaufe 120h, welche die größte Höhe hat. Die Endschlaufe 120a kann man als in einer ersten Schicht und die Endschlaufe 120h als in einer achten Schicht ansehen. Der Unterschied in den Höhen der Endschlaufen 120 beruht darauf, dass der Abstand in Umfangsrichtung zwischen Schlitzen umso größer ist, je weiter radial außen die Wicklungsschicht angeordnet ist. Folglich überbrückt die radial äußerste Wicklungsschicht den größten Abstand in Umfangsrichtung zwischen Schlitzen und hat die kürzeste Länge für eine Endschlaufenhöhe zur Verfügung. Da die radial äußerste Wicklung eine Mindestendschlaufenhöhe haben muss, um das Kernblech zu passieren, haben die radial weiter einwärts liegende Wicklungen, die eine kürzer Länge in Umfangsrichtung überbrücken, größere Endschlaufenhöhen. Folglich können die Höhen der radial inneren Schichten übermäßig groß oder größer als ideal sein.
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2 zeigt eine schematische Ansicht der Endschlaufen 220, die sich in axialer Richtung weg von den Kernblechen 222 eines anderen herkömmlichen Stators erstrecken. Die Kernbleche 222 haben eine radial äußere Fläche 224 und eine radial innere Fläche 226 und definieren eine zentrale Öffnung, die von einer radial inneren Fläche 226 begrenzt ist. Die Endschlaufen 220 sind Teil von Wicklungen oder Drähten, die jeweils unterschiedliche Längen haben, so dass nach dem Einsetzen der Wicklungen in die Schlitze der Kernbleche 222, die Höhen der Endschlaufen 220 alle gleich sind. Ein Umlauf in der radial äußersten Schicht hat die größte Länge und ein Umlauf in der radial innersten Wicklung hat die kürzeste Länge. Obwohl diese Konstruktion in Bezug auf das Wicklungsmaterial effizient ist, wird die Herstellung durch Drähte unterschiedlicher Längen komplizierter und teurer.
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Ein anderes Problem mit herkömmlichen Wicklungen besteht darin, dass die Enden der Wicklungen, die sich nach außen erstrecken, um Anschlüsse zu bilden, die für einen elektrischen Kontakt mit einer anderen Wicklung oder einer externen Schaltung genutzt werden können, sich oft an Stellen an dem Stator erstrecken, die schwer zugänglich sind und dadurch die Herstellung der elektrischen Maschine erschweren.
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KURZFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Maschine, die ein Wicklungsmuster hat, das eine kostengünstige Herstellung einer kompakten und effizienten elektrischen Maschine ermöglicht, die mehrere Anschlüsse hat, die alle von der selben Wicklungsschicht der Statorbaugruppe ausgehen. Diese Anordnung erleichtert die effiziente Herstellung der elektrischen Maschine.
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Die Erfindung betrifft in einer ihrer Ausführungsformen eine mehrphasige elektrische Maschine, die einen Stator aufweist, der betriebsfähig mit einem Rotor gekoppelt ist, wobei der Rotor relativ zu dem Stator drehbar ist. Der Stator enthält einen Statorkern und mehrere Wicklungen, die mehrere Phasen definieren. Der Statorkern definiert mehrere sich axial und radial erstreckende Schlitze, die um den Statorkern herum angeordnet sind und eine Rotationsachse der elektrischen Maschine umgeben. Jeder dieser Schlitze definiert mehrere Schichtlagen, die in unterschiedlichen radialen Abständen von der Rotationsachse angeordnet sind. Die Wicklungen sind in den Schlitzen des Statorkerns angeordnet, wobei jede Phase mehrere Pole definiert, die in Umfangsrichtung um den Statorkern herum verteilt sind. Jede Phase enthält wenigstens drei Wicklungen. Bei einer der Phasen ist eine erste Wicklung in einem ersten Schlitz eines ersten Pols in einer ersten Schichtlage angeordnet, eine zweite Wicklung ist in einer zweiten Schichtlage angeordnet und eine dritte Wicklung ist in einer dritten Schichtlage angeordnet, wobei die erste Schichtlage einen ersten äußeren Anschlussdraht definiert, der sich weg von dem ersten Schlitz erstreckt. Die zweite Wicklung definiert einen zweiten äußeren Anschlussdraht, der sich weg von einem zweiten Schlitz eines zweiten Pols erstreckt, wobei die zweite Wicklung in der ersten Schichtlage in dem zweitem Schlitz angeordnet ist und die dritte Wicklung in der zweiten Schichtlage des zweiten Schlitzes angeordnet ist. Die dritte Wicklung definiert einen dritten äußeren Anschlussdraht, der sich ausgehend von einem dritten Schlitz eines dritten Pols erstreckt, wobei die dritte Wicklung in einer ersten Schichtlage in dem dritten Schlitz angeordnet ist. Der erste Pol, der zweite Pol und der dritte Pol grenzen aneinander an, wobei der zweite Pol zwischen dem ersten und dem dritten Pol angeordnet ist und wobei die erste Schichtlage eine radial äußerste Schichtlage ist, die zweite Schichtlage radial einwärts von der ersten Schichtlage angeordnet ist und die dritte Schichtlage radial einwärts von der zweiten Schichtlage angeordnet ist.
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Bei manchen Ausführungsformen sind die erste, zweite und dritte Wicklung jeweils von einem ersten und einem zweiten in Reihe geschalteten Draht gebildet, wobei ein erstes Ende des ersten Drahts für die erste, zweite und dritte Wicklung jeweils den ersten äußeren Anschlussdraht beziehungsweise den zweiten äußeren Anschlussdraht oder den dritten äußeren Anschlussdraht definiert, und wobei ein zweites Ende des ersten Drahtes für die erste Wicklung einen ersten inneren Anschluss definiert, der sich von einer radial innersten Schichtlage des zweiten Pols aus erstreckt, ein zweites Ende des ersten Drahts für die zweite Wicklung einen zweiten inneren Anschluss definiert, der sich von der radial innersten Schichtlage des dritten Pols erstreckt, und ein zweites Ende des ersten Drahts für die dritte Wicklung einen dritten inneren Anschluss definiert, der sich von der radial innersten Schichtlage eines vierten Pols aus erstreckt, wobei der vierte Pol an den dritten Pol angrenzt, wobei der dritte Pol zwischen dem vierten und dem zweiten Pol angeordnet ist. Bei solchen Ausführungsformen können die Wicklungen von jeder Phase wenigstens sechs innere Anschlüsse definieren, wobei der erste, zweite und dritte innere Anschluss jeweils mit einem anderen inneren Anschluss verbunden ist, der sich von einer radial innersten Schichtlage aus erstreckt, um eine umkehrende Endschlaufe zu definieren, wobei jede umkehrende Endschlaufe einen sich im Uhrzeigersinn erstreckenden Draht mit einem sich entgegen dem Uhrzeigersinn erstreckenden Draht verbindet.
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Bei manchen Ausführungsformen enthält die eine Phase eine vierte Wicklung, wobei die vierte Wicklung einen vierten äußeren Anschlussdraht definiert, der sich ausgehend von einem viertem Schlitz eines vierten Pols erstreckt, wobei der vierte Pol an den dritten Pol angrenzt und der dritte Pol zwischen dem vierten und dem zweiten Pol angeordnet ist, wobei die vierte Wicklung in der ersten Schichtlage in dem viertem Schlitz, in der zweiten Schichtlage mit dem dritten Schlitz, in der dritten Schichtlage in dem zweiten Schlitz und in der vierten Schichtlage in dem ersten Schlitz angeordnet ist, wobei sich die vierte Schichtlage radial einwärts von der dritten Schichtlage befindet.
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Bei einer Ausführungsform, die eine solche vierte Wicklung aufweist, können die erste, zweite, dritte und vierte Wicklung jeweils von einem ersten Draht und einem zweiten Draht gebildet sein, die in Reihe geschaltet sind, wobei ein erstes Ende des ersten Drahts für die erste, zweite, dritte und vierte Wicklung jeweils den ersten äu-ßeren Anschlussdraht beziehungsweise den zweiten äußeren Anschlussdraht, den dritten äußeren Anschlussdraht und vierten äußeren Anschlussdraht definiert, und wobei ein zweites Ende des ersten Drahts für die ersten Wicklung einen ersten inneren Anschlussdraht definiert, der sich von einer radial innersten Schichtlage des zweiten Pols aus erstreckt, ein zweites Ende des ersten Drahts für die zweite Wicklung einen zweiten inneren Anschluss definiert, der sich ausgehend von der radial innersten Schichtlage des dritten Pols aus erstreckt, ein zweites Ende des ersten Drahts für die dritte Wicklung einen dritten inneren Anschluss definiert, der sich ausgehend von der radial innersten Schichtlage des vierten Pols aus erstreckt, und ein zweites Ende des ersten Drahts für die vierte Wicklung einen vierten inneren Anschluss definiert, der sich von der radial innersten Schichtlage eines fünften Pols aus erstreckt, wobei der fünfte Pol an den vierten Pol angrenzt und der vierte Pol zwischen dem fünftem und dritten Pol angeordnet ist. Bei einer solchen Ausführungsform können die Wicklungen jeder Phase wenigstens acht innere Anschlüsse definieren und der erste, zweit, dritte und vierte innere Anschluss sind jeweils mit einem anderen inneren Anschluss verbunden, der sich ausgehend von einer radial innersten Schichtlage erstreckt, um eine umkehrende Endschlaufe zu definieren, wobei jede umkehrende Endschlaufe einen sich im Uhrzeigersinn erstreckenden Draht mit einem sich entgegen dem Uhrzeigersinn erstreckenden Draht verbindet.
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Bei manchen Ausführungsformen der elektrischen Maschine ist jeder Pol durch Wicklungen definiert, die ausreichen, um zwei Schlitze zu füllen, wobei jeder Pol Wicklungen enthält, die in drei aneinander angrenzenden Schlitzen angeordnet sind.
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Bei manchen Ausführungsformen der elektrischen Maschine enthält jede der ersten, zweiten und dritten Wicklungen zwei Drähte, die in Reihe an innere Anschlüsse angeschlossen sind, die sich ausgehend von einer radial innersten Schichtlage erstrecken, wobei jede der Reihenschaltungen zwischen den inneren Anschlüssen eine umkehrende Endschlaufe definiert und jede umkehrende Endschlaufe einen sich im Uhrzeigersinn erstreckenden Draht mit einem sich entgegen dem Uhrzeigersinn erstreckenden Draht verbindet.
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Bei manchen Ausführungsformen der elektrischen Maschine werden die erste, zweite und dritte Wicklung jeweils durch zwei Drähte gebildet, die in Reihe geschaltet sind, wobei:
- erste und zweite Drähte von der ersten Schichtlage von verschiedenen Schlitzen des ersten Pols ausgehen, um äußere Anschlussdrähte zu definieren,
- dritte und vierte Drähte in der zweiten Schichtlage von verschiedenen Schlitzen des ersten Pols angeordnet sind und von der ersten Schichtlage von unterschiedlichen Schlitzen des zweiten Pols ausgehen, um äußere Anschlussdrähte zu definieren,
- fünfte und sechste Drähte in der dritten Schichtlage von verschiedenen Schlitzen des ersten Pols angeordnet sind und in der zweiten Schichtlage der verschiedenen Schlitze des zweiten Pols angeordnet sind und von der ersten Schichtlage von verschiedenen Schlitzen des dritten Pols ausgehen, um äußere Anschlussdrähte zu definieren, und
- wobei der erste Draht den ersten äußeren Anschlussdraht und einen der beiden Drähte der ersten Wicklung bildet, wobei der dritte Draht den zweiten äußeren Anschlussdraht und einen der beiden Drähte der zweiten Wicklung bildet und der fünfte Draht den dritten äußeren Anschlussdraht und einen der beiden Drähte der dritten Wicklung bildet.
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Eine solche Ausführungsform mit ersten bis sechsten Drähten kann so aufgebaut sein, dass die ersten und zweiten Drähte innere Anschlüsse definieren, die von radial innersten Schichtlagen der Schlitze des zweiten Pols ausgehen, die dritten und vierten Drähte innere Anschlüsse definieren, die von radial innersten Schichtlagen der Schlitze des dritten Pols ausgehen, und die fünften und sechsten Drähte innere Anschlüsse definieren, die von radial innersten Schlichtlagen der innersten Schlitze eines vierten Pols ausgehen, wobei der vierte Pol an den dritten Pol angrenzt und der dritte Pol zwischen dem zweiten und dem vierten Pol angeordnet ist, und wobei jeder der inneren Anschlüsse der ersten bis sechsten Drähte mit einem anderen inneren Anschluss in Reihe geschaltet ist, um eine umkehrende Endschlaufe zu definieren, wobei jede umkehrende Endschlaufe einen sich im Uhrzeigersinn erstreckenden Draht mit einem sich entgegen dem Uhrzeigersinn erstreckenden Draht verbindet. Eine solche Ausführungsform kann zudem so aufgebaut sein, dass für jeden Pol, der keinen äußeren Anschluss oder inneren Anschluss enthält, der Pol einen Schlitz aufweist, in dem der erste Draht in der ersten Schichtlage ist, der dritte Draht in der zweiten Schichtlage ist und der fünfte Draht in der dritten Schichtlage ist, und in einem anderen Schlitz des Pols der zweite Draht in der ersten Schichtlage ist, der vierte Draht in der zweiten Schichtlage ist und der sechste Draht in der dritten Schichtlage ist.
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Bei manchen Ausführungsformen mit ersten bis sechsten Drähten kann die eine Phase auch eine vierte Wicklung enthalten, die durch zwei in Reihe geschaltete Drähte gebildet ist, wobei die vierte Wicklung einen vierten äußeren Anschlussdraht definiert, der sich ausgehend von einem vierten Schlitz eines vierten Pols erstreckt, wobei der vierte Pol an den dritten Pol angrenzt und der dritte Pol zwischen dem vierten und dem zweiten Pol angeordnet ist, wobei die vierte Wicklung in der ersten Schichtlage in dem vierten Schlitz, in der zweiten Schlichtlage in dem dritten Schlitz, in der dritten Schichtlage in dem zweiten Schlitz und in der vierten Schichtlage in dem ersten Schlitz angeordnet ist, wobei sich die vierte Schichtlage radial einwärts von der dritten Schichtlage befindet und wobei die Wicklungen der einen Phase zudem einen siebten und einen achten Draht enthalten, wobei der siebte und der achte Draht in der vierten Schichtlage der verschiedenen Schlitze des ersten Pols und in der dritten Schichtlage der verschiedenen Schlitze des zweiten Pols und in der zweiten Schichtlage der verschiedenen Schlitze des dritten Pols angeordnet sind und von der ersten Schichtlage der verschiedenen Schlitze des vierten Pols ausgehen, um äußere Anschlussdrähte zu bilden, und wobei der siebte Draht den vierten äußeren Anschlussdraht bildet und einen der beiden Drähte der vierten Wicklung. Eine solche Ausführungsform kann also so aufgebaut sein, dass die ersten und zweiten Drähte innere Anschlüsse definieren, die sich ausgehend von radial innersten Schichtlagen der Schlitze des zweiten Pols erstrecken, die dritten und vierten Drähte innere Anschlüsse definieren, die sich ausgehend von radial innersten Schichtlagen der Schlitze des dritten Pols erstrecken, die fünften und sechsten Drähte innere Anschlüsse definieren, die sich ausgehend von radial innersten Schichtlagen der Schlitze des vierten Pols erstrecken, und die siebten und achten Drähte innere Anschlüsse definieren, die sich ausgehend von radial innersten Schichtlagen eines fünften Pols erstrecken, wobei der fünfte Pol an den vierten Pol angrenzt und der vierte Pol zwischen dem dritten und fünften Pol angeordnet ist und wobei jeder der inneren Anschlüsse der ersten bis achten Drähte mit einem der anderen Anschlüsse in Reihe geschaltet ist, um ein umkehrende Endschlaufe zu definieren, wobei jede umkehrende Endschlaufe einen sich im Uhrzeigersinn erstreckenden Draht mit einem sich entgegen dem Uhrzeigersinn erstreckenden Draht verbindet.
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Bei Ausführungsformen, die erste bis achte Drähte haben, die solche inneren Anschlüsse definieren, kann die Ausführungsform so gestaltet sein, dass der innere Anschluss des ersten Drahtes mit dem inneren Anschluss des vierten Drahtes in Reihe geschaltet ist, der innere Anschluss des zweiten Drahtes mit dem inneren Anschluss des siebten Drahtes in Reihe geschaltet ist, der innere Anschluss des dritten Drahtes mit dem inneren Anschluss des sechsten Drahtes in Reihe geschaltet ist und der innere Anschluss des fünften Drahtes mit dem inneren Anschluss des achten Drahtes in Reihe geschaltet ist. Eine solche Ausführungsform kann auch so aufgebaut sein, dass für jeden Pol, der keinen äußeren Anschlussdraht oder inneren Anschlussdraht enthält, der Pol einen Schlitz aufweist, in dem der erste Draht in der ersten Schichtlage ist, der dritte Draht in der zweiten Schichtlage ist, der fünfte Draht in der dritten Schichtlage ist und der siebte Draht in der vierten Schichtlage ist, wobei in einem anderen Schlitz des Pols der zweite Draht in der ersten Schichtlage ist, der vierte Draht in der zweiten Schichtlage ist, der sechste Draht in der dritten Schichtlage ist und der achte Draht in der vierten Schichtlage ist. Solche Ausführungsformen können zudem so ausgestaltet sein, dass jeder Pol durch Wicklungen definiert ist, die ausreichen, um zwei Schlitze zu füllen, wobei jeder Pol Wicklungen enthält, die in drei angrenzenden Schlitzen angeordnet sind. Solche Ausführungsformen können zudem so ausgestaltet sein, das jeder der ersten bis achten Drähte selbst keine elektrisch ausgeglichene Wicklung bildet, aber jede der ersten bis vierten Wicklungen eine elektrisch ausgeglichene Wicklung bildet.
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Figurenliste
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Die vorstehend beschriebenen und anderen Merkmale dieser Erfindung sowie die Mittel, um diese zu erreichen, lassen sich besser erkennen und die Erfindung besser verstehen durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zusammen mit den dazugehörenden Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht der Endschlaufen eines herkömmlichen Stators,
- 2 eine schematische Ansicht der Endschlaufen eines anderen herkömmlichen Stators,
- 3 eine schematische Ansicht der Endschlaufen eines Stators mit einem verbesserten Wicklungsmuster,
- 4 ein Schaubild der Längen der Drähte und Drahtsegmente des Stators von 3,
- 5 ein Wicklungsdiagramm des Stators von 5,
- 6 eine Querschnittsansicht einer elektrischen Maschine,
- 7 eine Draufsicht eines Statordiagramms, das die Anordnung der Drähte des Stators von 3 veranschaulicht,
- 8 eine Detailansicht eines Teils des Statordiagramms von 7,
- 9A ein Diagramm einer linearen Magazinbeladung für eine Phase des Stators von 3, und
- 9B ein Diagramm einer linearen Magazinbeladung für drei Phasen eines Stators von 3.
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Einander entsprechende Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Ansichten einander entsprechende Teile. Obwohl das hier erläuterte Beispiel eine Ausgestaltung der Erfindung in einer einzigen Form veranschaulicht, soll das offenbarte Ausführungsbeispiel nicht erschöpfend sein oder als den Schutzumfang der Erfindung auf die präzise offenbarte Form beschränkend verstanden werden.
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DETAILLIERE BESCHREIBUNG
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3 zeigt eine schematische Ansicht der Endschlaufen 320, die sich von den Kernblechen 322 eines Stators, der eine effiziente Endschlaufenanordnung hat, aus in axialer Richtung 321 erstrecken. Die Kernbleche 322 haben eine radial äußere Fläche 324 und eine radial innere Fläche 326. Die Endschlaufen 320 sind Teil von Wicklungsdrähten, wobei die Wicklungsdrähte alle dieselbe Länge haben.
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Beim Zusammenbau können die Wicklungsdrähte in einer Vorrichtung (nicht gezeigt) an präzisen Punkten entlang ihrer Länge gebogen werden und auf diese Weise mit Endschlaufen 320 versehen werden, bevor sie in die Schlitze der Kernbleche 322 eingesetzt werden. Nach dem Einsetzen der Wicklungen in die Schlitze der Kernbleche 322 bilden die Höhen der Endschlaufen 320 zwei Gruppen oder Klassen, nämlich eine äußere Gruppen 328 mit den Schichten 1 bis 4 und eine inneren Gruppe 330 mit den Schichten 5 bis 8. In der Gruppe 328 hat eine äußerste Endschlaufe 320 in Schicht 1 die kleinste Höhe und eine innerste Endschlaufe 320 in Schicht 4 die größte Höhe. Ähnlich hat in Gruppe 330 eine äußerste Endschlaufe 320 in Schicht 5 die kleinste Höhe und eine innerste Endschlaufe 320 in Schicht 8 die größte Höhe.
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4 zeigt schematisch die Längen der Drähte und Drahtsegmente des Stators von 3, wobei die Drähte in einer linearen Länge ohne Biegungen ausgelegt sind. Der Stator enthält acht Drähte A bis H, wobei die Drähte A und D in Reihe geschaltet sind, um eine erste Wicklung zu bilden, die Drähte B und G in Reihe geschaltet sind, um eine zweite Wicklung zu bilden, die Drähte C und F in Reihe geschaltet sind, um eine dritte Wicklung zu bilden, und die Drähte E und F in Reihe geschaltet sind, um eine vierte Wicklung zu bilden. Jeder der Drähte A bis H definiert zwei volle 360° Umläufe um den Stator.
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Jeder Draht hat eine lineare Gesamtlänge von 2x + y, einschließlich einem Drahtsegment i, das eine lineare Länge von x + y hat, und einem Drahtsegment ii, das eine lineare Länge von x hat. Jedes dieser beiden Segmente entspricht einem vollständigen 360° Umlauf um den Stator. Mit anderen Worten bildet jedes der Drahtsegmente i einen 360° Umlauf und jedes der Drahtsegmente ii bildet einen 360° Umlauf.
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Wie in dem Wicklungsdiagramm von 5 gezeigt, sind die längeren Drahtsegmente i hauptsächlich in einer der Lagen 1, 2, 3 oder 4 und die kürzeren Drahtsegmente ii hauptsächlich in einer der Lagen 5, 6, 7 oder 8. Das heißt, dass der größte Teil der Länge von jedem der längeren Drahtsegmente i in einer der Lagen 1, 2, 3 oder 4 und der größte Teile der Länge von jedem der kürzen Drahtsegmente ii in einer der Lagen 5, 6, 7 oder 8 ist. Wie in 3 gezeigt, ist Schicht 1 die radial äußerste Schicht und Schicht 8 die radial innerste Schicht. Wie zudem in 3 dargestellt, liegt jede der Lagen 1 bis 4 radial außerhalb von jeder der Lagen 5 bis 8.
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In 3 kann man sehen, dass die Wicklungsdrahtendhöhen von Schicht 1 hin zu Schicht 4 zunehmen. Das liegt daran, dass jedes Wicklungsdrahtende in den Schichten 1 bis 4 für einen einzigen 360° Umlauf des Wicklungsdrahts um den Statorkern aus einem entsprechendem Drahtsegment i gebildet ist, während jedes Drahtsegment i dieselbe Länge hat, aber der Abstand, den das Drahtende überbrückt, von Schicht 1 zu Schicht 4 wegen der kleineren Abstände in Umfangsrichtung, die mit den radial weiter einwärts liegenden Schichten einhergehen, abnimmt. Beginnend mit Schicht 5 fällt die Drahtendhöhe zurück auf dieselbe Höhe wie Schicht 1, da jeder 360° Umlauf des Wicklungsdrahtes, der hauptsächlich in den Schichten 5 bis 8 angeordnet ist, aus einem der kürzeren, aber jeweils gleich langen Drahtsegmenten ii gebildet ist. Die Wicklungsdrahtendhöhen nehmen jedoch von Schicht 5 zu Schicht 8 zu, ebenso wie sie es von Schicht 1 zu Schicht 4 tun, wegen der kleineren Abstände in Umfangsrichtung, die mit radial weiter einwärts liegenden Schichten einhergeht. Ein Vergleich der 1 und 3 veranschaulicht, dass die vorliegende Erfindung vorteilhaft für eine geringere maximale Drahtendhöhe sorgt als es der herkömmliche Stator von 1 tut, wobei jeder Umlauf, unabhängig von der Schicht, von einem Drahtsegment gleicher Länge gebildet ist. Zudem liefert die vorliegende Erfindung Drähte A bis H von gleicher Länge, was die Herstellung vereinfacht, obwohl jeder Draht A bis H zwei Drahtsegmente i und ii von unterschiedlicher Länge enthält. Vorteilhaft ist auch, dass die Endschlaufen von jedem der Drähte A bis H in derselben Vorrichtung geformt werden können, sodass alle Drähte A bis H im Herstellungsprozess austauschbar sind. Es wird angemerkt, dass der Wechsel zwischen Schichten für jeden der Drähte unterschiedlich erfolgen kann, was jedoch berücksichtigt wird, wenn die Drähte in ein lineares Magazin geladen werden, bevor die angeordneten Drähte dann zu einem Zylinder geformt und in die Schlitze des Stators eingebracht werden. Diese Herstellungseffizienz ist vorteilhaft im Vergleich zu dem herkömmlichen Stator von 2.
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In Bezug auf 5 wird auch angemerkt, dass die Unterschiede in den Längen zwischen den Umläufen, die von den Segmenten i gebildet werden, und den Umläufen, die von den Segmenten ii gebildet werden, darauf beruht, dass die verschiedenen Umläufe unterschiedlich lange Endschlaufen bilden. Wenn die Drähte in einer Vorrichtung gebogen werden, können die längeren Endschlaufen entweder die Form von breiteren oder von höheren Endschlaufen bekommen. Wenn die Drähte in den Statorkern eingelegt werden, können die Drähte einer weiteren Biegung unterzogen werden, wobei die größere Länge der Endschlaufen in den äußeren radialen Schichten die größeren Abstände in Umfangsrichtung zwischen den Schlitzen der äußeren radialen Schichten ausgleichen kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Endschlaufen des Umlaufs, der eine größere Länge hat, höherer als die Endschlaufen des anderen Umlaufs, nachdem der Draht in der Vorrichtung zum Bilden der Endschlaufen gebogen wurde.
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Sobald die Drähte des gezeigten Ausführungsbeispiels in den Stator eingebracht wurden, haben die Endschlaufen von jedem einzelnen Draht jedoch gleiche Höhe. Beispielsweise bildet bei den Drähten A und B deren längeres Drahtsegment i einen 360° Umlauf in Schicht 1 und deren kürzere Drahtsegmente ii einen 360° Umlauf in Schicht 5. In ähnlicher Weise bilden die längeren Drahtsegmente i der Drähte C und D einen 360° Umlauf in Schicht 2 und deren kürzere Drahtsegmente ii einen 360° Umlauf in Schicht 6. Die längeren Drahtsegmente i der Drähte E und F bilden einen 360° Umlauf in Schicht 3 und deren kürzere Drahtsegmente ii bilden einen 360° Umlauf in Schicht 7. Bei den Drähten G und H bilden die längeren Drahtsegmente i einen 360° Umlauf in Schicht 4 und deren kürzere Drahtsegmente ii einen 360° Umlauf in Schicht 8.
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Dieses Beispiel eines Wicklungsmusters sorgt für einen elektrisch ausgeglichenen Stator und wird nachstehend mit Hilfe der 5 bis 8 näher beschrieben. 5 zeigt acht verschiedene Drähte A, B, C, D, E, F, G und H, wobei die Drähte A und B ein identisches Wicklungsdiagramm haben, die Drähte C und D ein identisches Wicklungsdiagramm haben, die Drähte E und F ein identischen Wicklungsdiagramm haben und die Drähte G und H ein identischen Wicklungsdiagramm haben. Wie vorstehend erwähnt, ist zudem Draht A in Reihe mit Draht D geschaltet, um eine erste Wicklung zu bilden; Draht B mit Draht G in Reihe geschaltet, um eine zweite Wicklung zu bilden; Draht C mit Draht F in Reihe geschaltet, um eine dritte Wicklung zu bilden; und Draht E mit Draht H in Reihe geschaltet, um eine vierte Wicklung zu bilden. Jeder der Drähte A bis G enthält zwei Umläufe. Das heißt, jeder der Drähte A bis H umläuft den Stator zweimal. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Wicklungen sind jeweils parallel geschaltet, um eine einzige Phase der elektrischen Maschine 20 (6) zu bilden. Die elektrische Maschine 20 ist eine dreiphasige elektrische Maschine und folglich werden zwei zusätzliche Phasen, die dieselbe Wicklungsanordnung, wie die von Drähten A bis H gebildete, haben, ebenfalls in der elektrischen Maschine 20 eingesetzt.
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Bei dem dargestelltem Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine 20 ein Hybridmotor eines Automobils, der dazu in der Lage ist, sowohl als Motor als auch als Generator zu arbeiten. Alternative Ausgestaltungen können aber auch die Form einer elektrischen Maschine haben, die ausschließlich als Motor oder ausschließlich als Generator betrieben werden kann. Die elektrische Maschine 20 enthält einen Rotor 22, der auf eine Welle 24 montiert ist, die sich beide relativ zu dem Stator 26 drehen und eine Rotationsachse 25 der elektrischen Maschine 20 definieren. Der Stator 26 hat einen Statorkern 28 und mehrere Wicklungen 30. Der Statorkern 28 ist aus einem Stapel von Kernblechen 322 gebildet und definiert mehrere Schlitze 32 (8). Die Wicklungen 30 enthalten sich in axialer Richtung erstreckende Segmente 34, die in den Schlitzen 32 angeordnet sind, sowie Endschlaufen 320, wobei jede Endschlaufe 320 ein Paar Schlitzsegmente 34 miteinander verbindet.
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Das dargestellt Ausführungsbeispiel ist eine dreiphasige elektrische Maschine mit vier Umläufen oder Wendungen pro Wicklung. Zudem enthält jede Phase vier Wicklungen, die parallel angeordnet sind. Mit anderen Worten erstreckt sich jede Wicklung viermal über den vollen Umfang des Statorkerns und es gibt vier solche Wicklungen für jede Phase. Um diese Anordnung zu erreichen, werden zwei verschiedene Drähte oder Filamente für jede Wicklung verwendet, sodass insgesamt acht separate Umläufe für jede Phase genutzt werden. Jede der einzelnen Drähte A bis H bildet zwei Umläufe um den Stator und ist mit einem der anderen der Drähte A bis H in Reihe geschaltet, um so eine der vier Wicklungen jeder Phase zu bilden. Beispielsweise ist Draht A mit D in Reihe geschaltet, um eine der vier Wicklungen zu bilden.
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Ein Parameter, der verwendet werden kann, um eine Wicklungsanordnung zu beschreiben, ist Schlitze pro Pol pro Phase. Dies entspricht der Anzahl von Schlitzen pro Pol in jeder Schlitzgruppe der Wicklung, wenn jeder solche Schlitz ausschließlich mit Wicklungen einer einzigen Phase gefühlt wäre. Beispielsweise gibt es bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 16 Schlitzsegmente in jedem Pol und jeder Schlitz enthält acht Schlitzsegmente. Deshalb hat die dargestellte Anordnung zwei Schlitze pro Pol pro Phase. Das dargestellte Ausführungsbeispiel hat jedoch etwas, das als Phasenverschiebung bezeichnet wird, und manche Schlitze enthalten Schlitzsegmente von zwei unterschiedlichen Phasen.
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Der Einsatz einer solchen Phasenverschiebung kann etwas reduzieren, das als Skin Effekt bekannt ist. Als allgemeine Regel gilt, dass der Skin Effekt in solchen Leitern geringer ist, wenn die Leiter in einem gegebenen Schlitz Ströme unterschiedlicher Phase tragen, als wenn alle Leiter in dem Schlitz Strom derselben Phase tragen. Während eine solche Phasenverschiebung den Skin Effekt reduziert, kann der Einsatz einer solchen Phasenverschiebung den elektrischen Ausgleich der Wicklungen erschweren.
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Um einen rezirkulierenden Strom in der Wicklung zu vermeiden oder zu minimieren, ist es wünschenswert, dass die Wicklung elektrisch ausgeglichen ist. Dies trifft insbesondere auf eine Wicklung zu, die mehrere parallel geschaltete Drähte enthält.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel liefert ein Statorwicklungsmuster, das einen Stator mit Phasenverschiebung und parallel angeordneten Wicklungen für jede Phase schafft. Wie vorstehend erwähnt, enthält das dargestellte Wicklungsmuster vier Umläufe und vier verschiedene Wicklungen für jede Phase. Das Muster hat genug Schlitzsegmente, um zwei Schlitze pro Pol pro Phase zu füllen, aber die Wicklungen belegen drei physikalische Schlitze für jeden Pol oder Schlitzgruppe. Bei jeder Schlitzgruppe, hat der zentrale Schlitz jeweils acht Leiter, die alle von derselben Phase sind. Die beiden äußeren Schlitze haben jeweils vier Leiter von einer Phase und vier weitere Leiter von einer anderen Phase. Um den Stator elektrisch auszugleichen, benötigt jeder Schlitz der Schlitzgruppe eine gleiche Anzahl von Leitern von jeder der vier Wicklungen. Es ist auch wünschenswert, dass jede der verschiedenen radialen Lagen eine gleiche Anzahl von Leitern von jeder der vier Wicklungen hat. Dieses radiale Ausgleichen ist jedoch weniger wichtig als das Ausgleichen zwischen Schlitzen. Das beispielhafte Wicklungsmuster kann eingesetzt werden, um einen elektrisch ausgeglichenen Stator zu schaffen und wird nachstehend mit Hilfe der 5, 7 und 8 näher beschrieben. Obwohl ein solches elektrisches Ausgleichen oft vorteilhaft ist, ist es nicht für alle Ausführungsbeispiele der hier beschriebenen Wicklungsanordnungen erforderlich.
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Wie man in 7 sehen kann, definiert jede Phase der Statorbaugruppe 24 Pole, d.h. Pole P1 bis P24, wobei jeder Pol von drei physikalischen Schlitzen 32 in dem Statorkern gebildet wird. Acht Drähte passen in jeden der sich axial erstreckenden Statorschlitze 32. Wie hier verwendet, ist der radial äußerste Draht in Schicht 1. Schicht 2 ist die nächste radial einwärts liegende Drahtlage und so weiter, wobei die radial innerste Drahtlage Schicht 8 ist.
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Wie man auch in 7 sowie in 8 sehen kann, wird jeder der Pole von einer Gruppe aus drei Schlitzen gebildet, wobei der mittlere Schlitz vollständig mit Wicklungen (8 Wicklungen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel) und die beiden äußeren Schlitze nur zur Hälfte mit Wicklungen einer speziellen Phase (4 Wicklungen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel) gefüllt sind, um dadurch ein 4-8-4 Wicklungsmuster zu schaffen. Wie hier verwendet und in 8 für Pol 21 und Pol 4 angegeben, ist für die drei Schlitze, die jeweils zusammen einen der Pole bilden, der Pol, der am weitesten gegen den Uhrzeigersinn liegt, mit Schlitz AA bezeichnet, der mittlere Schlitz mit BB und der am weitesten im Uhrzeigersinn liegende Schlitz mit CC. Mit anderen Worten sind die Schlitze beginnend mit dem äußersten Schlitz auf der entgegen dem Uhrzeigersinn liegende Seite von jedem Pol in Richtung des Uhrzeigersinn als Schlitz AA, Schlitz BB und Schlitz CC bezeichnet, wobei der Schlitz BB den mittleren Schlitz und die Schlitze AA und CC die äußeren Schlitze bilden.
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Der Abstand zwischen dem Schlitz AA des einen Pols und dem Schlitz AA der angrenzenden Pole beträgt sechs Schlitze. In ähnlicher Weise beträgt der Abstand zwischen dem Schlitz BB einen Pols und dem Schlitz BB der angrenzenden Pole sechs Schlitze und der Abstand zwischen Schlitz CC einen Pols und Schlitz CC der angrenzenden Pole sechs Schlitze. Dieser Abstand zwischen einander entsprechenden Schlitzen der Schlitzgruppen, die angrenzende Pole bilden, definiert die Standardsteigung der elektrischen Maschine. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Standardsteigung sechs Schlitze.
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In 5 gibt das Wicklungsdiagramm jede Steigung zwischen Schlitzsegmenten an, die nicht der Standardsteigung entspricht. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Endschlaufen, welche die Nicht-Standardsteigungen bilden, an demselben axialen Ende des Stators angeordnet. Es wird auch angemerkt, dass das Wicklungsdiagramm von 5 auch angibt, in welcher Schichtlage die Drähte angeordnet sind.
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Wie man in 5 sehen kann, enthält jeder Draht eine Endschlaufe, die eine Steigung von sieben hat, während alle anderen Endschlaufen eine Standardsteigung von sechs haben. Die Nicht-Standardendschlaufe verschiebt die Wicklung aus einem der Schlitze AA, BB oder CC zu einem anderen dieser Schlitze, was von Fachleuten erkannt wird. Diese Art der Nicht-Standardendschlaufe wird oft als eine Phasenverschiebungsendschlaufe bezeichnet und kann eingesetzt werden, um die Wicklungen elektrisch auszugleichen.
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Wie man am einfachsten in den 7 und 8 sehen kann, sind die Wicklungen im Schlitz AA in den radial äußersten Schichten angeordnet, d. h. den Schichten 1 bis 4, während die Wicklungen im Schlitz CC in den radial innersten Schichten angeordnet sind, d.h. den Schichten 5 bis 8. Da alle diese Phasen dasselbe Muster haben, entspricht Schlitz AA der einen Phase dem Schlitz CC einer angrenzenden Phase und überlappt damit, was dazu führt, dass die äußeren Schlitze vollständig mit acht Wicklungen gefüllt sind. Die 7 und 8 zeigen die Wicklungen von nur einer einzigen Phase, ausgenommen für den Raum zwischen den Polen P3 und P4 von 8. Dieser Anschnitt von 8 veranschaulicht die Anordnung der Wicklungen einer zweiten Phase (angedeutet durch ausgefüllte Kästen) und die Anordnung der Wicklungen einer dritten Phase (angedeutet durch hohle Kreise). Dies zeigt deutlich, wie die äußeren Schlitze von jeder Phase überlappen, sodass jeder äußere Schlitz Wicklungen von zwei unterschiedlichen Phasen enthält.
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Zudem wird angemerkt, dass obwohl die äußersten Schlitze des dargestellten Ausführungsbeispiels Wicklungen haben, wobei die Wicklungen von einer Phase alle in den radial äußersten Schichten angeordnet sind und die Wicklungen von den anderen Phasen alle in den radial innersten Schichten angeordnet sind, andere Anordnungen ebenfalls möglich sind. Beispielsweise könnten die Wicklungen der unterschiedlichen Phasen alternieren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel könnte dies erreicht werden, indem Wicklungen derselben Phase in Schichten 1, 3, 5 und 7 im Schlitz AA und in Schichten 2, 4, 6, und 8 im Schlitz CC angeordnet werden. Eine solche Anordnung kann jedoch schwieriger herzustellen sein als die dargestellte Ausführungsform und ein komplizierteres Wicklungsmuster erfordern.
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Um die Lage der Wicklungen in den Polschlitzen vorzugeben, werden spezielle Nicht-Standardphasenendschlaufen verwendet, die hier als Phasenverschiebungsendschlaufen bezeichnet werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Phasenverschiebungsendschlaufen alle einen Schlitz größer als die Standardsteigungsendschlaufen und verschieben somit den Draht von einem AA Schlitz zu einem BB Schlitz oder von einem BB Schlitz zu einem CC Schlitz.
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Beispielsweise haben in 5 an der Stelle, wo die Drähte A, B, C, D, E, F, G und H zwischen Schicht 4 und 5 wechseln, die Endschlaufen, die als Phasenverschiebungsendschlaufen wirken, eine Steigung 7. Wenn die Wicklungen zwischen Schicht 4 und Schicht 5 wechseln, wechseln mit anderen Worten auch die Drähte zwischen dem Füllen der beiden am weitesten in Richtung gegen den Uhrzeigersinn liegenden Schlitze von jedem Pol (AA und BB) und dem Füllen der beiden am weitesten in Uhrzeigerrichtung liegenden Schlitze (BB und CC) von jedem Pol. Dies kann man auch in 8 sehen, wobei am Pol 21 in Schicht 4 der Draht G im Schlitz AA ist und der Draht H im Schlitz BB. Als Folge der Phasenverschiebungsendschlaufen mit Steigung 7 ist am Pol P22 in Schicht 5 der Draht G im Schicht BB und der Draht H im Schlitz CC. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegen diese Phasenverschiebungsendschlaufen an der Stelle, an der die Wicklungen zwischen Schicht 4 und Schicht 5 wechseln. Dies ist erforderlich, um das Muster aufrecht zu erhalten, bei dem die Wicklungen in den Schlitzen AA und BB in den Schichten 1 bis 4 und in den Schlitzen BB und CC in den Schichten 4 bis 8 liegen. Wenn in den äußeren Schlitzen ein alternierendes Muster für die beiden verschiedenen Phasen verwendet werden würde, wäre eine größere Anzahl von Phasenverschiebungsendschlaufen erforderlich. Es wird auch angemerkt, dass Phasenverschiebungsendschlaufen mit einer anderen Steigung als 7 eingesetzt werden könnten. Beispielsweise würde eine Endschlaufe mit Steigung 9 eine Wicklung von einem Schlitz AA zu einem Schlitz CC bewegen und Endschlaufen mit einer Steigung von 5 oder 6 könnten eine Wicklung in die entgegengesetzte Richtung bewegen.
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Um ein elektrisch ausgeglichenes Wicklungsmuster zu schaffen, muss jede der parallelen Wicklungen gleich oft in einem zentralen Schlitz BB sein und gleich oft in jedem der äußeren Schlitze AA, CC sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt das Füllverhältnis zwischen dem zentralen Schlitz BB und den äußeren Schlitzen AA, CC zwei zu eins und folglich muss jede Wicklung doppelt so oft in dem zentralen Schlitz liegen wie sie in dem äußeren Schlitz AA angeordnet ist und sie muss in dem äußeren Schlitz CC ebenso oft liegen wie in dem äußeren Schlitz AA. Für einen Stator mit mehreren Schlitzen pro Pol pro Phase gelten dieselben allgemeinen Prinzipen, damit die parallelen Drähte elektrisch ausgeglichen sind.
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Obwohl die beschriebenen Phasenänderungsendschlaufen eingesetzt werden, um die Wicklungen elektrisch auszugleichen, wird angemerkt, dass die Drähte A, B, C, D, E; F, G und H nicht einzeln elektrisch ausgeglichen sind, aber sobald sie paarweise in Reihe geschaltet sind, die vier resultierende parallelen Wicklungen elektrisch ausgeglichen sind. Mit anderen Worten wird jede Wicklung durch eine Reihenschaltung von zwei Drähten, die einzeln nicht ausgeglichen sind, gebildet, um eine ausgeglichen Wicklung zu schaffen.
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Die Drähte werden an ihren Innen- oder Schlussenden miteinander verbunden. Die Schlussenden sind in 8 durch eingekreiste Buchstaben in Schicht 8 markiert. Wie durch die Verbindungslinien 342 in 8 angedeutet ist, ist das Ende des Drahtes A, der von Schicht 8 am Pol P24 ausgeht, mit dem Ende des Drahtes D in Reihe geschaltet, der von Schicht 8 am Pol P23 ausgeht. Das Ende des Drahts B, der von Schicht 8 am Pol P24 ausgeht, ist mit dem Ende des Drahts G in Reihe geschaltet, der von Schicht 8 am Pol P21 ausgeht. Das Ende des Drahts C, der von Schicht 8 am Pol P23 ausgeht, ist mit dem Ende des Drahts F in Reihe geschaltet, der von Schicht 8 am Pol P22 ausgeht, und das Ende des Drahts E, der von Schicht 8 am Pol P22 ausgeht, ist mit dem Ende des Drahts H in Reihe geschaltet, der von Schicht 8 am Pol P21 ausgeht. Es wird zudem angemerkt, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jede der Reihenschaltungen, d. h. zwischen A und D, zwischen B und G, zwischen C und F sowie zwischen E und H, auch eine umkehrende Verbindung mit einem der Drähte der Reihenschaltung, die sich in Richtung des Uhrzeigersinns um den Stator erstrecken, und dem anderen Draht der Reihenschaltung, der sich entgegen dem Uhrzeigersinn um den Stator erstreckt, ist.
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Die Außen- oder Anfangsenden 340 von jedem der Drähte sind in 8 durch eingekreiste Buchstaben in Schicht 1 dargestellt und befinden sich an den Polen P22, P23, P24 und P1. Die Anfangsenden sind mit einem äußeren Schaltungsteil verbunden. Das äußere Schaltungsteil kann ein Nullleiteranschluss, ein Regler, ein Inverter oder anderes Schaltungsteil sein, in Abhängigkeit von der Anwendung, für welche die elektrische Maschine eingesetzt wird. Die Anfangsenden der Drähte A und B erstrecken sich beide von Schicht 1 des Pols P1, wobei Draht A im Schlitz AA von Pol P1 und Draht B im Schlitz BB von Pol P1 ist. Die Startenden der Drähte E und F erstrecken sich beide von Schicht 1 des Pols P23, wobei Draht E im Schlitz AA von Pol P23 und Draht F im Schlitz BB von Pol P23 ist. In ähnlicher Weise erstrecken sich die Anfangsenden der Drähte C und D beide von Schicht 1 von Pol P24, wobei Draht C im Schlitz AA von Pol P24 und Draht D im Schlitz BB von Pol P24 ist. Die Anfangsenden der Drähte G und H erstrecken sich beide von Schicht 1 von Pol P22, wobei Draht G im Schlitz AA von Pol P22 und Draht H im Schlitz BB von Pol P22 ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese äußeren Anfangsanschlüsse dazu vorgesehen, so verbunden zu werden, dass sie vier parallele Wicklungen pro Phase bilden. Die Wicklungen einschließlich einer ersten Wicklung (gebildet durch die Reihenschaltung des Drahtpaars A und D), einer zweiten Wicklung (gebildet durch die Reihenschaltung des Drahtpaars B und G), einer dritten Wicklung (gebildet durch die Reihenschaltung des Drahtpaars E und H) und einer vierten Wicklung (gebildet durch die Reihenschaltung des Drahtpaars C und F).
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Wie in 8 in Schlitz AA von Pol P1 dargestellt, ist der Draht A in der ersten Schichtlage angeordnet, der Draht C in der zweiten Schichtlage angeordnet, der Draht E in der dritten Schichtlage angeordnet und der Draht G in der vierten Schichtlage angeordnet. Der Draht A enthält einen äußeren Anschlussdraht 340, der sich ausgehend von dem Schlitz AA im Pol P1 erstreckt. Der Draht C enthält einen äußeren Anschlussdraht 340, der sich ausgehend vom Schlitz AA im Pol P24 erstreckt. Der Draht E enthält einen äußeren Anschlussdraht 340, der sich ausgehend vom Schlitz AA im Pol P23 erstreckt. Der Draht G enthält einen äußeren Anschlussdraht 340, der sich ausgehend vom Schlitz AA im Pol P22 erstreckt. Die Pole P1, P24, P23 und P22 folgen aufeinander und grenzen aneinander an.
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Wie man in 8 auch sehen kann, ist Draht B in Schlitz BB von Pol P1 ähnlich zu Schlitz AA in der ersten Schichtlage angeordnet, Draht D in der zweiten Schichtlage angeordnet, Draht F in der dritten Schichtlage angeordnet und Draht H in der vierten Schichtlage angeordnet. Draht B weist einen äußeren Anschlussdraht 340 auf, der sich ausgehend vom Schlitz BB im Pol P1 erstreckt. Draht D weist einen äußeren Anschlussdraht 340 auf, der sich ausgehend vom Schlitz BB im Pol P24 erstreckt. Draht F weist einen äußeren Anschlussdraht 340 auf, der sich ausgehend vom Schlitz BB im Pol P23 erstreckt. Draht H weist einen äußeren Anschlussdraht 340 auf, der sich ausgehend vom Schlitz BB im Pol P22 erstreckt. Die Pole P1, P24, P23; P22 folgen aufeinander und grenzen an einander an.
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Am Pol P1 sind in den Schlitzen AA und BB die Drähte A und B in der ersten Schichtlage, die Drähte C und D sind in der zweiten Schichtlage, die Drähte E und F sind in der dritten Schichtlage und die Drähte G und H sind in der vierten Schichtlage. Wie vorstehend erwähnt, sind äußere Anschlüsse 340 für Drähte A und B in Pol P1, äußere Anschlüsse 340 für Drähte C und D sind in Pol P24, äußere Anschlüsse 340 für Drähte E und F sind in Pol P23. Äußere Anschlüsse für Drähte G und H sind im Pol P22. Jeder dieser äußeren Anschlussdrähte 340 ist in der ersten Schicht angeordnet.
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Im Pol P24 sind in den Schlitzen AA und BB die Drähte A und B in der vierten Schichtlage, die Drähte C und D sind in der ersten Schichtlage, die Drähte E und F sind in der zweiten Schichtlage und die Drähte G und H sind in der dritten Schichtlage. Am Pol P23 sind in den Schlitzen AA und BB die Drähte A und B in der dritten Schichtlage, die Drähte C und D in der vierten Schichtlage, die Drähte E und F in der ersten Schichtlage und die Drähte G und H in der zweiten Schichtlage.
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Mit dieser Anordnung sind die Drähte G und H in der ersten Schichtlage von Pol P22. Diese Drähte gehen dann zu Schicht 2 am Pol P23, dann zu Schicht 3 am Pol P24 und schließlich zu Schicht 4 am Pol P1. Von Pol P1 bleiben die Drähte G und H in Schicht 4 bis zu und einschließlich Pol P21 und gehen dann zu Schicht 5 am Pol P22. Die Drähte G und H haben also eine Phasenverschiebung, wenn sie vom Pol P21 zum Pol P22 laufen, wobei der Draht G sich vom Schlitz AA zum Schlitz BB bewegt und der Draht H vom Schlitz BB zum Schlitz CC bewegt. Die Drähte G und H wechseln am Pol P23 zur Schicht 6 dann zur Schicht 7 am Pol P24 und schließlich zur Schicht 8 am Pol P1. Diese Verläufe der Drähte G und H lassen sich unter der Bezugnahme auf die 5 und 8 am einfachsten verstehen.
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Es wird angemerkt, dass 5 nur einen einzelnen Draht für G und H zeigt. Dies liegt daran, dass jeder dieser Drähte dasselbe Muster hat und lediglich in jedem Pol um einen Schlitz verschoben ist. Mit anderen Worten ist der Draht G in jedem Pol stets in derselben Schichtlage wie Draht H, wobei die Drähte G und H in aneinander angrenzenden physikalischen Schlitzen liegen, wobei der Draht G in dem Schlitz angeordnet ist, der um einen Schlitz gegen den Uhrzeigersinn von dem Schlitz des Drahtes H verschoben ist. In ähnlicher Weise sind die Drähte A und B in derselben Schicht von einander angrenzenden Schlitzen jedes Pols. Die Drähte C und D sind in derselben Schicht von aneinander angrenzenden Schlitzen jedes Pols und die Drähte E und F sind in derselben Schicht von aneinander angrenzenden Schlitzen jedes Pols.
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Wie man unter Bezugnahme auf die 5 und 8 verstehen kann, bewegen sich die Drähte beim Verschieben der Schichtlagen um eine Schicht pro Pol. Wenn beispielsweise die Drähte A und B von Schicht 1 zu Schicht 5 übergehen, bewegen sich die Drähte zunächst von Schicht 1 am Pol P21 zu Schicht 2 am Pol P22, dann zu Schicht 3 am Pol P23, dann zu Schicht 4 am Pol P24, dann zu Schicht 5 am Pol P1. Die anderen Drähte bewegen sich ähnlich von den Schichten 2 bis 4 zu den Schichten 6 bis 8 an den Polen P21 bis P24. Die Drähte enthalten auch eine Endschlaufe mit einer Phasenverschiebung um sieben Schlitze, wodurch sie von den Schlitzen AA und BB zu den Schlitzen BB und CC bewegt werden. Diese Phasenverschiebungsendschlaufe um sieben Schlitze liegt für alle Drähte zwischen den Polen P24 und P1. Diesbezüglich wird angemerkt, dass die verschiedenen Drähte in 5 nicht senkrecht orientiert sind. Mit anderen Worten ist der äußere Anschluss der Drähte C und D direkt unterhalb der äußeren Anschlüsse der Drähte A und B dargestellt. Der äußere Anschluss von C und D erstreckt sich jedoch ausgehend vom Pol P24, während die Anschlüsse der Drähte A und B von dem Pol P1 ausgehen. In ähnlicher Weiser erstrecken sich die Drähte E und F von Pol P23 und G und H vom Pol P22. Auf diese Weise tritt eine Mehrschrittschichtbewegung von jedem der Drähte an denselben Polen auf, obwohl 5 solche Schritte nicht in vertikaler Ausrichtung zeigt.
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Am Ende von jedem dieser Drähte wechseln die Drähte ihre Schichtlagen, sodass der innere Anschluss von jedem dieser Drähte sich von der radial innersten Schicht, d. h. der Schicht 8 bei dem dargestelltem Ausführungsbeispiel, aus erstreckt. Die Drähte G und H erfordern keinen Wechsel einer Schichtlage und haben innere Anschlüsse, die sich ausgehend vom Pol P21 aus erstrecken. Die Drähte E und F wechseln von Schicht 7 nach Schicht 8 am Pol P22, wo sie ihre inneren Anschlüsse haben. Die Drähte C und D wechseln nacheinander von Schicht 6 am Pol P21 zu Schicht 8 am Pol P23, wo sie ihre inneren Anschlüsse definieren, und die Drähte A und B wechseln nacheinander von Schicht 5 am Pol P21 zu Schicht 8 am Pol P24, wo sie ihre inneren Anschlüsse definieren. Die anderen beiden Phasen der elektrischen Maschine 20 haben dasselbe Wicklungsmuster.
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9A zeigt eine phasenverschobene, ungeschichtete, lineare Magazinbeladung für eine einzige Phase des Stators der 3 bis 8. 9B zeigt eine phasenverschobene, ungeschichtete, lineare Magazinbeladung für alle drei Phasen des Stators der 3 bis 8.
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In 9A bezeichnet M22 die dem Pol P22 zugeordneten Schlitze. M23 bezeichnet die dem Pol P23 zugeordneten Schlitze. M24 bezeichnet die dem Pol P24 zugeordneten Schlitze. M1 bezeichnet Schlitze, die dem Pol P1 zugeordnet sind, und M2 bezeichnet Schlitze, die dem Pol P2 zugeordnet sind.
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Beim Einlegen der Drähte A bis H in das lineare Magazin werden die Drähte A und B zuerst eingelegt, wobei die externen Anschlüssen 340 in Schlitzen angeordnet werden, die bei M1 angeordnet sind und dieselbe Schichtlage für das ganze Magazin behalten. Dann werden Drähte C und mit ihren externen Anschlüssen 340 bei M24 eingelegt. Drähte C und D verschieben eine Schicht wegen der Anwesenheit der Drähte A und B in den Schlitzen M1 und weiter. Danach werden Drähte E und F mit ihren externen Anschlüssen 340 bei M23 eingebracht. Drähte E und F verschieben eine Phase bei M24 und eine zusätzliche Schicht bei M1 wegen der Anwesenheit der Drähte C, D und A, B. Danach werden Drähte G und H mit ihren externen Anschlüssen 340 bei M22 eingelegt. Drähte G und H bewegen zunehmend eine Schicht, während sie sich von M23 zu M1 bewegen. Die Anordnung der Drähte in dem Magazin bleibt dieselbe, wie bei M1 und M2, bis die Wicklungen ihre Schluss- oder Innenenden erreichen. An den Innenenden enden zuerst die Drähte G und H an Magazinschlitzen, die dem Pol P21 entsprechen. Danach enden Drähte E und F an Magazinschlitzen, die dem Pol P22 entsprechen. Danach enden Drähte C und D an Magazinschlitzen, die dem Pol P23 entsprechen, und Drähte A und B enden an Magazinschlitzen, die dem Pol P24 entsprechen.
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Nachdem Einlegen der Wicklungen für die erste Phase, werden die Wicklungen für die zweite Phase und danach die Wicklungen für die dritte Phase in das lineare Magazin geladen. Nachdem Beladen des Magazins mit den Wicklungen von allen drei Phasen werden die Wicklungen entfernt und in eine wesentliche zylindrische Form gebogen, sodass sie in die zentrale Öffnung des Statorkerns eingesetzt werden können. Die Enden der Wicklungen, welche die externen Anschlüsse 340 haben, werden dann in die Schlitze 32 eingesetzt und der Einsetzprozess wird um den Statorkern herum fortgesetzt, um nacheinander den zweiten Umlauf der Wicklungen einzusetzen. Für die Pole P22 bis P24 werden diese Schlitze nur teilweise durch die Anschlussenden der Drähte, welche die äußeren Anschlüsse 340 bilden, gefüllt und der Rest dieser Schlitze wird mit dem hinterem Ende der Wicklungen gefüllt, welche die Innenenden bilden. Diese Innenenden werden dann verschweißt, wie durch die Bezugszahlen 342 in 8 angedeutet, um die Installation der Wicklungen zu vervollständigen.
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Obwohl diese Erfindung an einer beispielhaften Konstruktion beschrieben wurde, darf die vorliegende Erfindung in Rahmen und Sinn dieser Offenbarung weiter abgewandelt werden. Die Anmeldung soll deshalb auch beliebige Abwandlungen, Verwendungen oder Anpassungen der Erfindung unter Verwendung ihrer allgemeinen Prinzipien abdecken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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