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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator einer dynamoelektrischen Maschine und eine dynamoelektrische Maschine, die den Stator verwendet, und insbesondere eine dynamoelektrische Maschine die Drehmoment zum Betreiben eines Automobils erzeugt oder Elektrizität während des Bremsens erzeugt.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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In dynamoelektrischen Maschinen wird ein magnetisches Drehfeld durch Bereitstellen von Wechselstrom an eine Statorwicklung erzeugt, und ein Rotor wird von diesem magnetischen Drehfeld gedreht. Außerdem, kann von einer Spule Wechselstromleistung ausgegeben werden, indem mechanische Energie, die auf einen Rotor angewendet wird, in elektrische Energie umgewandelt wird. Somit funktioniert eine dynamoelektrische Maschine als Elektromotor oder Stromaggregat.
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Als Stator einer solchen dynamoelektrischen Maschine ist einer bekannt, der so konfiguriert ist, dass die Enden von Segmentspulen durch Schweißen verbunden sind (siehe beispielsweise Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2011-151975). Eine dynamoelektrische Maschine, in der ein Einschalten aufgrund Temperaturverminderung erreicht werden kann und ferner magnetisches Rauschen reduziert werden kann, indem alternativ eine Statorspule an den Innenwandflächen von Schlitzen entlang der radialen Richtung angeordnet wird (siehe beispielsweise Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2010-112993).
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Wenn diese Art von dynamoelektrischer Maschine in einem Automobil angebracht wird, wird die dynamoelektrische Maschine in einem begrenzten, engen Raum montiert, daher muss die dynamoelektrische Maschine größenmäßig reduziert werden. Bezüglich der oberen Teile der Spulenenden ist es wünschenswert, die Höhe der Spulenenden an einem geschweißten Abschnitt in einem Segmentabschnitt zu reduzieren, um einen Spalt zwischen den oberen Enden der Spulenenden und einem Getriebeabschnitt zu gewährleisten. Außerdem muss ein Schweißbereich vergrößert werden, um die Schweißnahtfestigkeit zu verbessern, da Stress problematisch ist, der aufgrund einer Temperaturänderung an einem geschweißten Abschnitt entsteht.
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Ein Stator einer dynamoelektrischen Maschine oder eine dynamoelektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Statorkern mit mehreren Schlitzen, die in demselben in Ausrichtung in der Umfangsrichtung ausgebildet sind; und eine mit einer isolierenden Schicht bedeckte Statorspule, die in die Schlitze im Statorkern eingesetzt wird. Die Statorspule ist zusammengesetzt aus: einem ersten Schichtsegment bis einem vierten Schichtsegment, die jeweils durch Anordnen mehrerer Segmentspulen in der Umfangsrichtung aufgebaut sind, wobei die Segmente in der radialen Richtung vom inneren Radius zum äußeren Radius angeordnet sind. Das erste Schichtsegment und das zweite Schichtsegment sind miteinander verbunden, in der Umfangsrichtung mit einem ersten Versatzbetrag versetzt; und das dritte Schichtsegment und das vierte Schichtsegment sind miteinander verbunden, in der Umfangsrichtung mit einem zweiten Versatzbetrag versetzt, der sich vom ersten Versatzbetrag unterscheidet.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch eine dynamoelektrische Maschine 10 in einer Ausführungsform;
- 2 eine perspektivische Gesamtansicht eines Stators 20;
- 3 eine perspektivische Gesamtansicht eines Statorkerns 132;
- 4 einen Schnitt, der Abschnitte eines Rotors 11 und eines Statorkerns 132 darstellt;
- 5 eine perspektivische Gesamtansicht einer Statorspule 60;
- 6 eine Konzeptdarstellung, die einen Zustand des Verbindens einer Statorspule 60 darstellt;
- 7A eine Konzeptdarstellung, die einen Segmentleiter 28 darstellt, der eine Statorspule 60 formt;
- 7B eine Konzeptdarstellung, die Segmentleiter 28 darstellt, die eine Statorspule 60 formen;
- 8 eine perspektivische Ansicht, die eine U-Phasenspule 60U darstellt, die einer Phase der in 5 gezeigten Statorspule 60 entspricht;
- 9 eine perspektivische Ansicht, die eine U1-Phasenspule 60U1 darstellt, in der ein Neutralpunkt-Verbindungsleiter 40N1 verbindet, mit einem zweiten Ende der U1-Phasen-Spule 60U1 verbunden ist;
- 10 eine perspektivische Ansicht, die eine U2-Phasenspule 60U2 darstellt, in der ein Neutralpunkt-Verbindungsleiter 40N2 mit einem zweiten Ende der U2-Phasenspule 60U2 verbunden ist;
- 11 eine Zeichnung, die einen Endabschnitt 28E1 bis einen Endabschnitt 28E4 von Segmentleitern 28 in einem schweißseitigen Spulenende 62 nach dem Biegen darstellt;
- 12A eine teilweise vergrößerte Ansicht eines schweißseitigen Spulenendes 62, gesehen aus der Richtung des Pfeils in 11, bevor Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E4 durch Schweißen verbunden wurden;
- 12B eine teilweise vergrößerte Ansicht eines schweißseitigen Spulenendes 62, gesehen aus der Richtung des Pfeils in 11, nachdem Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E4 durch Schweißen verbunden wurden;
- 13A eine teilweise vergrößerte Ansicht eines schweißseitigen Spulenendes 62, gesehen aus der Richtung des Pfeils in 11, bevor Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E4 durch Schweißen verbunden wurden, in einer anderen Ausführungsform;
- 13B eine teilweise vergrößerte Ansicht eines schweißseitigen Spulenendes 62, gesehen aus der Richtung des Pfeils in 11, nachdem Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E4 durch Schweißen verbunden wurden, in der anderen Ausführungsform;
- 14A eine teilweise vergrößerte Ansicht eines schweißseitigen Spulenendes 62, gesehen aus der Richtung des Pfeils in 11, bevor Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E8 durch Schweißen verbunden wurden, in einer anderen Ausführungsform;
- 14B eine teilweise vergrößerte Ansicht eines schweißseitigen Spulenendes 62, gesehen aus der Richtung des Pfeils in 11, nachdem Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E8 durch Schweißen verbunden wurden, in der anderen Ausführungsform;
- 15A eine teilweise vergrößerte Ansicht eines schweißseitigen Spulenendes 62, gesehen aus der Richtung des Pfeils in 11, bevor Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E8 durch Schweißen verbunden wurden, in einer anderen Ausführungsform;
- 15B eine teilweise vergrößerte Ansicht eines schweißseitigen Spulenendes 62, gesehen aus der Richtung des Pfeils in 11, nachdem Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E8 durch Schweißen verbunden wurden, in der anderen Ausführungsform; und
- 16 eine Zeichnung, die eine allgemeine Konfiguration eines Hybrid-Elektrofahrzeugs darstellt, das mit einer dynamoelektrischen Maschine 10 ausgerüstet ist, in der vorliegenden Ausführungsform.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend wird eine Beschreibung einer Ausführungsform gegeben, in der die vorliegende Erfindung mit Bezug auf 16 umgesetzt ist. Eine dynamoelektrische Maschine 10 in dieser Ausführungsform ist zur Verwendung beim Betreiben eines Automobils geeignet. Es gibt zwei Arten sogenannter elektrischer Fahrzeuge, die die dynamoelektrische Maschine 10 verwenden: Elektrische Fahrzeuge des Hybridtyps (HEV), die mit sowohl einem Motor ENG und der dynamoelektrischen Maschine 10 ausgestattet sind, und reine elektrische Fahrzeuge (EV), die mit nur der dynamoelektrischen Maschine 10 ohne Verwendung eines Motors ENG betrieben werden. Da die nachfolgend beschriebene dynamoelektrische Maschine auf beide Typen zutrifft, basiert die folgende Beschreibung als auf einer dynamoelektrischen Maschine repräsentatives Beispiel, die in einem Automobil des Hybridtyps verwendet wird.
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In der folgenden Beschreibung kennzeichnet der Begriff „Achsenrichtung“ eine Richtung entlang der Drehwelle der dynamoelektrischen Maschine. Der Begriff „Umfangsrichtung“ kennzeichnet eine Richtung entlang der Drehrichtung der dynamoelektrischen Maschine. Der Begriff „radiale Richtung“ kennzeichnet die Richtung eines sich bewegenden Radius (radiale Richtung) um die Drehwelle der dynamoelektrischen Maschine. Der Begriff „innenumfängliche Seite“ kennzeichnet innerhalb in radialer Richtung (Innendurchmesserseite) und „außenumfängliche Seite“ kennzeichnet eine Seite, die dieser entgegengesetzt ist, d. h. außerhalb in radialer Richtung (Außendurchmesserseite) .
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(Allgemeine Konfiguration des Fahrzeugs)
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Eine Beschreibung einer allgemeinen Konfiguration eines Fahrzeugs gegeben, das mit der dynamoelektrischen Maschine ausgestattet ist, wird mit Bezug auf 16 gegeben. Als Hauptleistungsquellen auf der Vorderradseite sind ein Motor ENG und eine dynamoelektrische Maschine 10 vorgesehen. Leistung, die vom Motor ENG und der dynamoelektrischen Maschine 10 erzeugt wird, wird von einem Getriebe TR geschaltet und an vorderen Antriebsräder FW übertragen. Um Hinterräder anzutreiben wird eine dynamoelektrische Maschine 10 an der Hinterradseite platziert und die hinteren Antriebsräder RW werden mechanisch verbunden und Leistung wird übertragen. Die dynamoelektrische Maschine 10 als vorderradseitige Leistungsquelle ist zwischen dem Motor ENG und dem Getriebe TR platziert.
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Die dynamoelektrische Maschine 10 startet den Motor ENG und schaltet gemäß dem Betriebszustand zwischen dem Erzeugen von Antriebskraft und dem Erzeugen von Leistung, die durch das Wiedergewinnen von Energie erhalten wird, die beim Bremsen des Fahrzeugs erzeugt wird. Der Fahrbetrieb und der Leistungserzeugungsbetrieb der dynamoelektrische Maschinen 10 werden von einem Leistungswandler INV gemäß den Fahrbedingungen des Fahrzeugs gesteuert, sodass das Drehmoment und eine Anzahl der Umdrehungen optimiert sind. Leistung, die zum Antrieben der dynamoelektrischen Maschinen 10 erforderlich ist, wird von einer Batterie BAT über den Leistungswandler INV geliefert. Während des Leistungserzeugungsbetriebs der dynamoelektrische Maschinen 10 wird die Batterie BAT über den Leistungswandle INV mit elektrischer Energie geladen.
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Jede der dynamoelektrischen Maschinen 10 ist ein synchroner Dreiphasenmotor mit eingebauten Dauermagneten. Wenn ihre Statorspulen mit einem Dreiphasen-Wechselstrom beliefert werden, wirken die dynamoelektrischen Maschinen 10 als elektrischer Motor, der den Rotor dreht. Wenn vom Motor ENG betrieben, wirken die dynamoelektrischen Maschinen 10 als Stromaggregat und geben Drehstrom erzeugte Leistung aus. Das bedeutet, dass die dynamoelektrischen Maschinen 10 sowohl Funktionen eines elektrischen Motors, der Drehmoment aufgrund elektrischer Energie erzeugt, als auch Funktionen eines Generators aufweisen, der aufgrund mechanischer Energie Elektrizität erzeugt. Diese Funktionen können selektiv gemäß dem Zustand des Betreibens des Fahrzeugs genutzt werden.
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(Erläuterung der dynamoelektrischen Maschine 10)
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1 ist ein Querschnitt durch eine dynamoelektrische Maschine 10 dieser Ausführungsform. In dieser Ausführungsform befindet sich die dynamoelektrische Maschine 10 in einem flüssigkeitgekühlten Mantel 130. Der flüssigkeitgekühlte Mantel 130 ist aus dem Gehäuse des Motors ENG oder dem Gehäuse des Getriebes TR aufgebaut. Die dynamoelektrische Maschine 10 umfasst einen Stator 20, eine Umhausung 50, die den Stator 20 hält, und einen Rotor 11.
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Der flüssigkeitgekühlte Mantel 130 ist an der außenumfänglichen Seite der Umhausung 50 befestigt. Die innenumfängliche Wand des flüssigkeitgekühlten Mantels 130 und die außenumfängliche Wand der Umhausung 50 formen einen Kältemitteldurchgang 153 für flüssige Kältemittel RF wie Öl. Eine Welle 13, an der der Rotor 11 befestigt ist, wird drehbar von einem Lager 144 und einem Lager 145 getragen, die am flüssigkeitgekühlten Mantel 130 vorgesehen sind. Aus diesem Grund wird der flüssigkeitgekühlte Mantel 130 auch als Lagerhalterung bezeichnet.
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Im Fall direkter Flüssigkeitskühlung tritt das flüssige Kältemittel RF, das in einem Kältemittelspeicherraum 150 gesammelt ist, durch den Kältemitteldurchgang 153 und fließt in Richtung des Stators 20 durch einen Kältemitteldurgang 154 und einen Kältemitteldurgang 155 heraus und kühlt dadurch den Stator 20. Das Kältemittel RF kann ein Kühlöl sein.
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De Stator 20 ist an der innenumfänglichen Seite der Umhausung 50 befestigt. Der Rotor 11 wird drehbar an der innenumfänglichen Seite des Stators 20 getragen. Die Umhausung 50 wird zylinderförmig ausgebildet, indem solch ein eisenbasiertes Material wie Kohlenstoffstahl, Gussstahl oder Aluminiumlegierung geschnitten wird oder durch Pressbearbeitung, und formt das Gehäuse der dynamoelektrischen Maschine 10. Die Umhausung 50 wird auch als Rahmenkörper oder Rahmen bezeichnet.
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Die Umhausung 50 wird zylinderförmig ausgebildet, indem eine Stahlplatte (Platte aus hochfestem Stahl oder dergleichen) von ungefähr 2 bis 5 mm Dicke gezogen wird. Die Umhausung 50 ist mit mehreren Flanschen (nicht gezeigt) vorgesehen, die am flüssigkeitgekühlten Mantel 130 angebracht sind. Die Flansche stehen nach außen in radialer Richtung an der Kante einer Endfläche der zylinderförmigen Umhausung 50 hervor. Die Flansche werden ausgebildet, indem die anderen Abschnitte als die Flansche in einem Endabschnitt abgeschnitten werden, der während dem Ziehen ausgebildet wird und mit der Umhausung 50 integriert ist. Der Stator 20 kann direkt am flüssigkeitgekühlten Mantel 130 als ein Gehäuse befestigt werden ohne die Umhausung 50 vorzusehen.
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2 ist eine perspektivische Gesamtansicht des Stators 20. 3 ist eine perspektivische Gesamtansicht eines Statorkerns 132. Wie in 2 gezeigt, besteht der Stator 20 aus dem Statorkern 132 und einer Statorspule 60. Der Statorkern 132 wird durch Laminieren dünner Elektroblechplatten ausgebildet. Die Statorspule 60 wird in eine große Anzahl von Schlitzen 420 gewickelt, die im innenumfänglichen Abschnitt des Statorkerns 132 vorgesehen sind. Wärme, die von der Statorspule 60 erzeugt wird, wird über den Statorkern 132 an den flüssigkeitgekühlten Mantel 130 übertragen und vom Kältemittel RF abgeleitet, das im flüssigkeitgekühlten Mantel 130 zirkuliert.
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Wie in 1 gezeigt, besteht der Rotor 11 aus einem Rotorkern 12 und einer Welle 13. 4 ist ein Schnitt, der Abschnitte des Rotors 11 und des Statorkerns 132 darstellt. In 4 wurde auf eine graphische Darstellung der Welle 13 verzichtet. Der Rotorkern 12 wird durch Laminieren dünner Elektroblechplatten ausgebildet. Die Welle 13 ist in der Mitte des Rotorkerns 12 befestigt. Wie in 1 gezeigt, wird die Welle 13 drehbar vom Lager 144 und Lager 145 getragen, die im flüssigkeitgekühlten Mantel 130 montiert sind und wird in einer vorgegebenen Position im Stator 20 gegenüber dem Stator 20 gedreht. Obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, ist der Rotor 11 mit einem Dauermagneten 18 und einem Abschlussring versehen.
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Wie in 3 gezeigt sind im Statorkern 132 mehrere Schlitze 420 parallel zur Achsenrichtung des Statorkerns 132 mit gleichen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet. In dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Schlitze 420 beispielsweise 72, und die vorstehend erwähnte Statorspule 60 ist in diesen Schlitzen 420 untergebracht. Die innenumfängliche Seite von jedem Schlitz 420 wird als Öffnung genommen und die Breite von jeder Öffnung in Umfangsrichtung ist im Wesentlichen gleich der des Spulenmontageabschnitts von jedem Schlitz 420, in den die Statorspule 60 montiert ist, oder geringfügig kleiner als die des Spulenmontageabschnitts.
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Zwischen den Schlitzen 420 ist ein Zahn 430 ausgebildet, und jeder Zahn 430 ist mit einem kreisförmigen Kernrücken 440 integriert. Das heißt, dass der Statorkern 132 als Kern des Integraltyps konfiguriert ist, in dem jeder Zahn 430 und der Kernrücken 440 integriert gegossen sind. Die Zähne 430 leiten ein magnetisches Drehfeld, das von der Statorspule 60 erzeugt wird, an den Rotor 11, um zu bewirken, dass der Rotor 11 Drehmoment erzeugt.
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Der Statorkern 132 wird durch Prägen eines elektromagnetischen Stahlblechs, ungefähr 0,05 bis 1,0 mm in Dicke, und Laminieren mehrerer kreisförmig ausgebildeter elektromagnetischer Stahlbleche ausgebildet. Am außenumfänglichen Abschnitt des zylinderförmigen Statorkerns 132 ist ein geschweißter Abschnitt 200 parallel zur Achsenrichtung des Statorkerns 132 durch WIG-Schweißen, Laser oder dergleichen vorgesehen. Der Statorkern 132 kann direkt in das Gehäuse eingesetzt und infolgedessen durch Rundhämmern oder dergleichen befestigt werden, ohne die geschweißten Abschnitte 200 vorzusehen.
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4 ist ein Schnitt durch den Rotor 11 und den Stator 20, der durch Schneiden in eine zur Achsenrichtung senkrechten Richtung erhalten wird. Im Rotorkern 12 sind mit gleichen Abständen Magneteinsetzlöcher 810 ausgebildet, in die ein rechteckiger Dauermagnet 18 eingesetzt wird. In jedem Magneteinsetzloch 810 wird ein Dauermagnet 18 anhand eines Klebstoffs, Hatzpulvers, Formen oder dergleichen eingesetzt. Die Breite von jedem Magneteinsetzloch 810 in Umfangsrichtung ist größer als die Breite von jedem Dauermagneten 18 in Umfangsrichtung, und ein magnetischer Spalt 156 wird auf beiden Seiten von jedem Dauermagneten 18 ausgebildet. Diese magnetischen Spalte 156 können mit einem Klebstoff gefüllt werden oder können mit Formharz gefüllt werden, das wiederum integral mit den Dauermagneten 18 vernetzt wird. Die Dauermagneten 18 bewirken, dass Feldpole des Rotors 11 ausgebildet werden. Diese Ausführungsform ist so konfiguriert, dass ein Magnetpol von einem Dauermagneten 18 ausgebildet wird, jedoch der Dauermagnet 18, der jeden Magnetpol formt, auf mehr als einen erhöht werden kann. Wenn die Anzahl der Dauermagneten 18 erhöht wird, kann die magnetische Flussdichte von jedem Magnetpol, der vom Dauermagneten ausgestrahlt wird, und das Magnetdrehmoment erhöht werden.
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Die Richtung der Magnetisierung von jedem Dauermagneten 18 ist in die radialen Richtung orientiert, und die Orientierung der Richtung der Magnetisierung ist von Feldpol zu Feldpol umgekehrt. Das heißt, dass die statorseitige Fläche eines Dauermagneten 18 zum Ausbilden eines Magnetpols mit dem Nordpol magnetisiert ist, und die wellenseitige Fläche mit dem Südpol magnetisiert ist, wobei die statorseitige Fläche eines Dauermagneten 18, die einen benachbarten Magnetpol ausbildet, mit dem Südpol magnetisiert ist und die wellenseitige Fläche desselben mit dem Nordpol magnetisiert ist. Diese Dauermagneten 18 sind in der Umfangsrichtung so magnetisiert und angeordnet, dass die Richtung der Magnetisierung von Magnetpol zu Magnetpol alterniert wird. In dieser Ausführungsform sind 12 Dauermagnet 18 mit gleichen Abständen platziert und der Rotor 11 bildet 12 Magnetpole aus.
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Für die Dauermagneten 18 kann ein Magnet auf Neodymbasis oder Samariumbasis oder ein Ferrit, ein Verbundmagnet auf Neodymbasis oder dergleichen verwendet werden. In dieser Ausführungsform wird ein magnetischer Hilfspol 160 zwischen den Dauermagneten 18 ausgebildet, die Magnetpole ausbilden. Diese magnetischen Hilfspole 160 dienen dem Reduzieren der Reluktanz von q-Achsen-Magnetfluss, der von der Statorspule 60 erzeugt wird. Da die Reluktanz von q-Achsen-Magnetfluss mittels der magnetischen Hilfspolen 160 wesentlich kleiner als die Reluktanz von d-Achsen-Magnetfluss gemacht wird, wird ein großes Reluktanzmoment des magnetischen Widerstands erzeugt.
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5 ist eine perspektivische Gesamtansicht der Statorspule 60. 6 ist eine Konzeptdarstellung, die den Zustand des Verbindens einer Statorspule 60 darstellt. Für die Statorspule 60 in dieser Ausführungsform wird eine Statorspule mit einer Zweisternkonfiguration übernommen, in der zwei in 6 gezeigte Sternschaltungen parallelgeschaltet sind. Das bedeutet, dass die Statorspule 60 umfasst: eine Sternschaltung einer Ul-Phasenspule 60U1, einer V1-Phasenspule 60V1 und einer W1-Phasenspule 60W1 und eine Sternschaltung einer U2-Phasenspule 60U2, einer V2-Phasenspule 60V2 und einer W2-Phasenspule 60W2. Die Bezugsnummern N1 und N2 kennzeichnen einen Neutralpunkt einer jeweiligen Sternschaltung.
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Die Querschnittsform der Statorspule 60 kann rund sein oder kann rechteckig sein. Das Verwenden eines Abschnitts des Inneren jeden Schlitzes 420 auf effizienst mögliche Weise und das Übernehmen einer solchen Struktur, um den Raum in jedem Schlitz zu reduzieren, führt jedoch tendenziell zur Verbesserung der Effizienz; daher ist bezüglich der Effizienzverbesserung ein rechteckiger Abschnitt vorzuziehen. Bezüglich der Länge von jeder Seite des rechteckigen Abschnitts kann der Statorkern 132 so einstellt sein, dass er in radialer Richtung länger ist, oder kann umgekehrt so einstellt sein, dass er in der Umfangsrichtung länger ist.
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Die Statorspule 60 in dieser Ausführungsform verwendet einen Flachdraht, der einen rechteckigen Abschnitt aufweist. Die langen Seiten des rechteckigen Abschnitts sind in der Umfangsrichtung des Statorkerns 132 in jedem Schlitz 420 ausgerichtet; und die kurzen Seiten sind in radialer Richtung des Statorkerns 132 ausgerichtet. Der äußere Rand des Flachdrahts ist mit einer Isolierschicht bedeckt. Für die Statorspule 60 wird sauerstofffreies Kupfer oder sauerstoffhaltiges Kupfer verwendet. Im Fall von sauerstoffhaltigem Kupfer liegt der Sauerstoffgehalt beispielsweise zwischen von ungefähr 10 ppm bis 1000 ppm.
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7A und 7B stellen Segmentleiter 28 dar, die die Statorspule 60 bilden. 7A zeigt die Form eines Segmentleiters 28 vor dem Anbringen am Statorkern 132. 7B zeigt die Form von jedem Segmentleiter 28 nach dem Anbringen am Statorkern 132. Jeder Segmentleiter 28 ist aus einem Flachdraht in eine im Wesentlichen U-Form ausgebildet, die ein Paar Schenkelabschnitte 28B und einen Scheitelabschnitt 28C aufweist, der die Beinabschnitte verbindet.
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Um die Segmentleiter 28 zu verbinden, um jede Phasenspule zu formen, wie in 7B gezeigt, werden die gepaarten Schenkelabschnitte 28B eines Segmentleiters 28 von einer Seite des Statorkerns 132 in Achsenrichtung jeweils in unterschiedliche Schlitze 420 eingesetzt. Danach werden die Schenkelabschnitte 28B, die auf der anderen Seite des Statorkerns 132 in Achsenrichtung hervorstehen, in Richtung eines Segmentleiters 28 gefaltet, um verbunden zu werden, und der Endabschnitt 28E des Schenkelabschnitts 28B wird an einen Endabschnitt 28E des anderen Segmentleiters 28 geschweißt.
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Die Gesamtheit der Scheitelabschnitte 28C, die auf einer Seite des Statorkerns 132 hervorstehen, bildet ein Spulenende 61 auf der einen Seite der in 5 gezeigten Statorspule 60. Die Gesamtheit der Endabschnitte 28E, die auf der anderen Seite des Statorkerns 132 hervorstehen, bildet ein Spulenende 62 auf der anderen Seite der in 5 gezeigten Statorspule 60. Nachfolgend wird das Spulenende 62 als schweißseitiges Spulenende 62 bezeichnet und das Spulenende 61 wird als schweißgegenseitiges Spulenende 61 bezeichnet.
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Wie in 5 und 6 gezeigt, werden ein Zuleitungsdraht 41U1, der mit einem Ende der U1-Phasenspule 60U1 verbunden ist, und ein Zuleitungsdraht 41U2, der mit einem Ende der U2-Phasenspule 60U2 verbunden ist, auf der Seite des schweißgegenseitigen Spulenendes 61 herausgeführt. Der Zuleitungsdraht 41U1 und der Zuleitungsdraht 41U2 sind durch einen Wechselstromanschluss 42U zusammengelegt. Ähnlich sind ein Zuleitungsdraht 41V1 und ein Zuleitungsdraht 41V2 mit einem Ende der V1-Phasenspule 60V1 und der V2-Phasenspule 60V2 durch einen Wechselstromanschluss 42V auf der Seite des schweißgegenseitigen Spulenendes 61 zusammengelegt. Ein Zuleitungsdraht 41W1 und ein Zuleitungsdraht 41W2, die mit einem Ende der Wl-Phasenspule 60W1 und der W2-Phasenspule 60W2 verbunden sind, werden durch einen Wechselstromanschluss 42W zusammengelegt.
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Der Neutralpunkt-Verbindungsleiter 40N1 und der Neutralpunkt-Verbindungsleiter 40N2 sind auf der Seite des schweißgegenseitigen Spulenendes 61 platziert. Der Neutralpunkt-Verbindungsleiter 40N1 betrifft den Neutralpunkt N1 (siehe 6) von einer Sternschaltung, und der Neutralpunkt-Verbindungsleiter 40N2 bezieht sich auf den Neutralpunkt N2 der anderen Sternschaltung.
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Die Statorspule 60 wird anhand eines verteilten Wicklungsverfahrens gewickelt. Verteiltes Wickeln ist ein Wicklungsverfahren, bei dem eine Phasenwicklung auf dem Statorkern 132 so gewunden wird, dass die Phasenwicklung in zwei Schlitzen 420 untergebracht ist, die über mehrere Schlitzen 420 hinweg getrennt sind (siehe 3). Diese Ausführungsform übernimmt verteilte Wicklung als ein Wicklungsverfahren; daher ist diese Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass eine ausgebildete Magnetflussverteilung im Vergleich zur konzentrierten Wicklung nahe an der einer Sinuswelle liegt, und eine Tendenz des Erzeugens von Reluktanzmoment besteht. Aus diesem Grund wird in dieser dynamoelektrischen Maschine 10 die Steuerbarkeit bei der Feldschwächungssteuerung und Steuerung der Nutzung magnetischen Reluktanzmoments verbessert. Dadurch wird die dynamoelektrische Maschine 10 über eine große Anzahl von Umdrehungsbereichen von geringer Drehzahl zu hoher Drehzahl verwendbar und ermöglicht, dass günstige Motoreigenschaften erzielt werden, die sich für Elektrofahrzeuge eigenen.
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8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine U-Phasenspule 60U darstellt, die einer Phase der in 5 gezeigten Statorspule 60 entspricht. Wie in 6 gezeigt, ist die U-Phasenspule 60U aus einer U1-Phasenspule 60U1von einer Sternschaltung und einer U2-Phasenspule 60U2 der anderen Sternschaltung zusammengesetzt. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die die U1-Phasenspule 60U1 darstellt. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die die U2-Phasenspule 60U2 darstellt. Wie in 9 und 10 gezeigt, ist der Neutralpunkt-Verbindungsleiter 40N1 mit dem anderen Ende der U1-Phasenspule 60U1 verbunden, und der Neutralpunkt-Verbindungsleiter 40N2 ist mit dem anderen Ende der U2-Phasenspule 60U2 verbunden.
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(Fertigungsverfahren für den Stator)
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Biegen
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Es wird eine Beschreibung eines Fertigungsverfahrens für den Stator 20 in dieser Ausführungsform gegeben. Wie vorstehend erwähnt werden nach dem Einsetzen eines Segmentleiters 28 in dem in 7A gezeigten Zustand in Schlitze im Statorkern 132, die Schenkelabschnitte 28B in Richtung anderer Segmentleiter 28 gebogen, um wie in 7B verbunden zu werden. Jeder Schenkelabschnitt 28B, der aus jedem Schlitz 420 geführt wird, wird in Richtung eines zu verbindenden Segmentleiters 28 gebogen. Beispielsweise wird ein Schenkelabschnitt 28B1, der aus einem Schlitz 420 hervorsteht, nach links in Umfangsrichtung gebogen. Gleichzeitig wird ein Schenkelabschnitt 28B2, der einen Endabschnitt 28E2 aufweist, nach rechts in Umfangsrichtung gebogen. Der Endabschnitt 28E1 und der Endabschnitt 28E2 sind in radialer Richtung benachbart angeordnet.
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11 stellt Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E4 von Segmentleitern 28 am schweißseitigen Spulenende 62 nach dem Biegen dar. 12A ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines schweißseitigen Spulenendes 62, bevor Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E4 durch Schweißen verbunden wurden, gesehen aus der Richtung des Pfeils in 11. 12B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des schweißseitigen Spulenendes 62, nachdem Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E4 durch Schweißen verbunden wurden, gesehen aus der Richtung des Pfeils in 11.
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Segmentleiter 28, die in vier Reihen in radialer Richtung aufgereiht sind, werden in jeden Schlitz 420 eingeführt. Die in die Schlitzte 420 eingesetzten Schenkelabschnitte 28B sind mit einer Schlitzauskleidung 310 vorgesehen. Das Vorsehen der Schlitzauskleidungen 310 verbessert die dielektrische Spannung zwischen den Segmentleitern 28 und zwischen jedem Segmentleiter 28 und der Innenfläche eines entsprechenden Schlitzes 420. In Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E4, die zu verbinden sind, ist die isolierende Schicht entfernt und ein Leiter liegt frei.
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Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E4 werden abgeschnitten, um die Höhe der Spitze von jedem von Endabschnitt 28E1 bis Endabschnitt 28E4 anzugleichen und eine Zunahme der Höhe des Spulenendes zu vermeiden. Wenn die Höhe des Spulenendes einheitlich ist, kann auf das Schneiden verzichtet werden.
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Wie in 12A und 12B gezeigt, sind der Endabschnitt 28E1 und der Endabschnitt 28E2 durch Schweißen verbunden und der Endabschnitt 28E3 und der Endabschnitt 28E4 sind durch Schweißen verbunden. Ein geschweißter Abschnitt 800, der von einem Ausgangsmaterial gebildet wird, das geschmolzen und ausgehärtet wird, wird am Endabschnitt 28E1 und Endabschnitt 28E2 und Endabschnitt 28E3 und Endabschnitt 28E4 gebildet. Zum Schweißen wird Bogenschweißen, WIG-Schweißen, Plasmaschweißen oder dergleichen verwendet, um die Ausgangsmaterialien von Segmentleitern 28 zu schmelzen und die Segmentleiter zu verbinden. Als Schutzgas wird Argon, Helium, ein gemischtes Gas aus Argon und Helium oder dergleichen verwendet.
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Wie in 12B gezeigt, sind der Endabschnitt 28E1 und der Endabschnitt 28E2 am Spitzenabschnitt voneinander versetzt und verbunden, um einen Übergang 28W1 zu bilden. Der Endabschnitt 28E3 und der Endabschnitt 28E4 sind um einen Betrag, der kleiner als im Übergang 28W1 ist, auf der inneren Radiusseite des Statorkerns ebenfalls voneinander versetzt und verbunden, um einen Übergang 28W2 zu bilden.
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Die Übergänge 28W1 und 28W2 in dieser Ausführungsform werden durch Schweißen gebildet, und ein hauptsächlicher Stress, der auf diese geschweißten Abschnitte 800 ausgeübt wird, ist Stress, der bei Temperaturanstieg und Temperaturabfall erzeugt wird. Insbesondere wird die innere Radiusseite des Statorkerns übermäßigem Temperaturanstieg ausgesetzt, daher besteht, wenn der Endabschnitt 28E1 und der Endabschnitt 28E2 stark voneinander versetzt sind, die Tendenz, dass eine Kühlluft erzeugt wird, die radial vom Mittelpunkt zur äußeren Radiusseite des Rotors fließt, und dies verstärkt eine Kühlwirkung.
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Eine genauere Beschreibung wird bereitgestellt. Wenn die Verbindung so vorgenommen wird, dass der Versatz im Übergang 28W1 größer als der Versatz im Übergang 28W2 ist, wird der Oberflächenbereich des Übergangs 28W1 um einen Betrag vergrößert, der dem Versatz gleichwertig ist. Wenn die Umgebungstemperatur am Übergang 28W1 höher als die Umgebungstemperatur am Übergang 28W2 wird, fließt Luft von den Umgebungen des Übergangs 28W1 zu den Umgebungen des Übergangs 28W2. Infolgedessen besteht die Tendenz, dass Kühlluft erzeugt wird, die radial vom Mittelteil zur äußeren Radiusseite des Rotors fließt.
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Wie in 13A und 13B gezeigt, sind der Endabschnitt 28E3 und der Endabschnitt 28E4 voneinander um einen Betrag voneinander versetzt, der größer als der Versatz im Übergang 28W1 auf der inneren Radiusseite des Statorkerns ist, und verbunden, um den Übergang 28W2 auszubilden.
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Ein hauptsächlicher Stress, der auf einen geschweißten Abschnitt als Übergang ausgeübt wird, ist Stress, der bei Temperaturanstieg oder Temperaturabfall erzeugt wird. Aus diesem Grund muss der geschweißte Abschnitt anhand eines flüssigen Kältemittels RF, etwa Öl, gekühlt werden. Insbesondere sind, da die innere Radiusseite des Statorkerns übermäßigem Temperaturanstieg ausgesetzt ist, der Endabschnitt 28E3 und der Endabschnitt 28E4 auf der äußeren Radiusseite stark voneinander versetzt. Infolgedessen wird der Bereich vergrößert, der in Kontakt mit einem solchen flüssigen Kältemittel wie Öl ist, und eine Kühlwirkung wird verbessert.
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Eine genauere Beschreibung wird bereitgestellt. Der Übergang 28W2 ist so ausgebildet, dass der Oberflächenbereich desselben groß ist und somit ein großer Bereich gewährleistet ist, um das Kältemittel RF aufzunehmen. Daher tropft viel des Kältemittels RF vom Übergang 28W2 zum Übergang 28W1, wenn das Kältemittel RF vom Übergang 28W2 zum Übergang 28W1 fließt. Infolgedessen wird der Übergang 28W1, der sich auf der inneren Radiusseite des Statorkerns befindet und hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wirksam gekühlt.
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Durch Biegen am schweißseitigen Spulenende 62 ist die Ausrichtung auf der inneren Radiusseite leichter zu bewerkstelligen und somit kann Stress, der am Übergang 28W1 erzeugt wird, durch aktives Kühlen der äußeren Radiusseite reduziert werden.
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Wie in 14A und 14B gezeigt, sind ein Endabschnitt 28E3 und ein Endabschnitt 28E4, ein Endabschnitt 28E5 und ein Endabschnitt 28E6, und ein Endabschnitt 28E7 und ein Endabschnitt 28E8 so verbunden, dass der Versatz zwischen ihnen größer wird, je näher sie der inneren Radiusseite des Statorkerns kommen. Die Übergänge 28W1 bis 28W4 in dieser Ausführungsform werden durch Schweißen gebildet, und ein hauptsächlicher Stress, der erzeugt wird, wenn diese Endabschnitte geschweißt werden, ist Stress, der bei Temperaturanstieg und Temperaturabfall erzeugt wird. Insbesondere ist die innere Radiusseite des Statorkerns übermäßigem Temperaturanstieg ausgesetzt. Um dies zu bewältigen, wird der Versatz zwischen Endabschnitten mit zunehmender Nähe zur inneren Radiusseite des Statorkerns vergrößert. Infolgedessen besteht die Tendenz, dass Kühlluft erzeugt wird, die radial vom Mittelteil zur äußeren Radiusseite des Rotors fließt, und eine Kühlwirkung wird verbessert.
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Wie in 15A und 15B gezeigt, sind ein Endabschnitt 28E3 und ein Endabschnitt 28E4, ein Endabschnitt 28E5 und ein Endabschnitt 28E6, und ein Endabschnitt 28E7 und ein Endabschnitt 28E8 so verbunden, dass der Versatz zwischen ihnen größer wird, je näher sie der äußeren Radiusseite des Statorkerns kommen.
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Die Übergänge 28W1 bis 28W4 in dieser Ausführungsform werden durch Schweißen gebildet, und ein Stress, der erzeugt wird, wenn diese Endabschnitte geschweißt werden, ist Stress, der beim Temperaturanstieg und Temperaturabfall erzeugt wird. Aus diesem Grund müssen die Übergänge 28W1 bis 28W4 anhand eines flüssigen Kältemittel RF, etwa Öl, gekühlt werden. Da die innere Radiusseite des Statorkerns übermäßigem Temperaturanstieg ausgesetzt ist, sind insbesondere die Endabschnitte so verbunden, dass der Versatz zwischen denselben mit zunehmender Nähe zur äußeren Radiusseite des Statorkerns zunimmt. Infolgedessen wird der Bereich vergrößert, der in Kontakt mit einem solchen flüssigen Kältemittel wie Öl ist, und eine Kühlwirkung wird verbessert.
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Durch Biegen am schweißseitigen Spulenende 62 ist die Ausrichtung auf der inneren Radiusseite leichter zu bewerkstelligen und somit kann Stress, der an den geschweißten Abschnitten erzeugt wird, durch aktives Kühlen der äußeren Radiusseite reduziert werden.
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Gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen wird die folgende Arbeitswirkung erzielt:
- Ein Stress, der auf einen geschweißten Abschnitt als Übergang ausgeübt wird, ist Stress, der bei Temperaturanstieg oder Temperaturabfall erzeugt wird. Gemäß den vorstehend erwähnten Ausführungsformen wird die Qualität des Kühlens des geschweißten Abschnitt durch ein flüssiges Kältemittel RF wie Öl verbessert. Aus diesem Grund kann der Schweißbereich des geschweißten Abschnitts reduziert werden und ein Schweißstrom kann reduziert werden. Infolgedessen können auch Schäden an einer Lackbeschichtung reduziert werden und die Qualität der Isolierung wird verbessert. Da Stress auf den geschweißten Abschnitt reduziert werden kann und ein Schweißziel geschweißt werden kann, wenn es von einem anderen Ziel versetzt ist, kann der Ausrichtungsvorgang vor dem Schweißen vereinfacht werden.
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Wie bis zu diesem Punkt beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Stator einer dynamoelektrischen Maschine geringer Größe und mit hoher Ausgabe, jedoch mit hervorragender Kühlbarkeit, vorgesehen werden.
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Bis zu diesem Punkt wurde eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen und Abwandlungen gegeben, die vorliegende Erfindung ist jedoch auf diese Ausführungsformen oder Abwandlungen beschränkt. Jeder andere Modus, der im Umfang der technischen Idee der vorliegenden Erfindung möglich ist, ist ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dynamoelektrische Maschine
- 11
- Rotor
- 12
- Rotorkern
- 13
- Welle
- 18
- Dauermagnet
- 20
- Stator
- 28
- Segmentleiter
- 28B
- Schenkelabschnitt
- 28C
- Scheitelabschnitt
- 28E
- Endabschnitt
- 28E1 bis 28E4
- Endabschnitt
- 28W1
- Übergang
- 28W2
- Übergang
- 40N1
- Neutralpunkt-Verbindungsleiter
- 40N2
- Neutralpunkt-Verbindungsleiter
- 41U1
- Zuleitungsdraht
- 41U2
- Zuleitungsdraht
- 41V1
- Zuleitungsdraht
- 41V2
- Zuleitungsdraht
- 41W1
- Zuleitungsdraht
- 41W2
- Zuleitungsdraht
- 42U
- Wechselstromanschluss
- 42V
- Wechselstromanschluss
- 42W
- Wechselstromanschluss
- 50
- Umhausung
- 60
- Statorspule
- 60U
- U-Phasenspule
- 60U1
- U1-Phasenspule
- 60U2
- U2-Phasenspule
- 60V1
- V1-Phasenspule
- 60V2
- V2-Phasenspule
- 60W1
- W1-Phasenspule
- 60W2
- W2-Phasenspule
- 61
- Schweißgegenseitiges Spulenende
- 62
- Schweißseitiges Spulenende
- 130
- Flüssigkeitgekühlter Mantel
- 132
- Statorkern
- 144
- Lager
- 145
- Lager
- 150
- Kältemittelspeicherraum
- 153
- Kältemitteldurchgang
- 154
- Kältemitteldurchgang
- 155
- Kältemitteldurchgang
- 156
- Magnetischer Spalt
- 160
- Magnetischer Hilfspol
- 200
- Geschweißter Abschnitt
- 310
- Schlitzauskleidung
- 420
- Schlitz
- 430
- Zahn
- 440
- Kernrücken
- 800
- Geschweißter Abschnitt
- 810
- Magneteinsetzloch
- BAT
- Batterie
- ENG
- Motor
- FW
- Vorderes Antriebsrad
- INV
- Leistungswandler
- N1
- Neutralpunkt
- N2
- Neutralpunkt
- TR
- Getriebe
- RF
- Kältemittel
- RW
- Hinteres Antriebsrad
