DE60311045T2

DE60311045T2 - Segmentierter Anker und AC-Maschine, die selbigen benutzt

Info

Publication number: DE60311045T2
Application number: DE60311045T
Authority: DE
Inventors: Akira Kariya-city Aichi-pref. Fukushima; Atsushi Kariya-city Aichi-pref. Umeda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2023-09-18
Also published as: US20040061400A1; CN1499694A; CN1253989C; US7091644B2; EP1401084A3; JP3988617B2; EP1401084A2; DE60311045D1; JP2004166316A; EP1401084B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Anker aus nacheinander zusammengefügten Segmenten und eine Wechselstrommaschine, die diesen verwendet und die als drehende elektrische Maschine für Kraftfahrzeuge verwendet werden kann.
2. Technischer Hintergrund
Leerlaufstopsysteme, wie sie in den letzten Jahren in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, sollen häufige Verbrennungsmotor-Start- und Stoppoperationen durchführen, daher ist die Verwendung von Wechselstrom-Elektromotoren der von Gleichstrom-Elektromotoren mit Bürsten vorzuziehen. Jedoch sind Wechselstrom-Elektromotoren, die mit einem hohen Startstrom beliefert werden können, der dem entspricht, der in typischen Gleichstrom-Elektromotoren verwendet wird, größer als typische Alternatoren und benötigen daher viel Platz im Motorraum eines Fahrzeugs oder verlangen eine wesentliche Änderung des Verbrennungsmotordesigns, wodurch das Gewicht des Fahrzeugs erhöht werden kann.
Als Fahrzeug-Wechselstromgeneratoren wurden Wechselstrommaschinen vorgeschlagen, die mit einem Anker aus zusammengefügten Leitersegmenten, die in Schlitze bzw. Nuten, die in einem Statorkern ausgebildet sind, eingeführt werden und nacheinander zusammengefügt werden. Beispielsweise offenbaren die japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. 11-164506 und 2001-169490 eine Wechselstrommaschine diesen Typs.
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2001-169490 (die US 6,417,592 B2, Nakamular et al., entspricht und dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde) offenbart einen Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerator mit zusammengefügten Segmenten, der mit großen U-förmigen Leitersegmenten und kleinen U-förmigen Leitersegmenten ausgestattet ist, die teilweise durch Nuten, die in einem Statorkern in dessen Umfangsrichtung angeordnet sind, hindurch laufen. Jede der Nuten weist eine Erstschicht-, eine Zweitschicht-, eine Drittschicht- und eine Viertschichtposition auf, die in Radiusrichtung des Statorkerns von innen nach außen angeordnet sind. Die großen Leitersegmente weisen jeweils Schenkel auf, die in den Erst- und Viertschichtpositionen der Nuten angeordnet sind. Die kleinen Leitersegmente weisen jeweils Schenkel auf, die in den Zweit- und Drittschichtpositionen der Nuten angeordnet sind. Insgesamt vier Windungswickel, von denen zwei in zwei der Nuten angeordnet sind, die über eine der Nuten hinweg angeordnet sind, sind so miteinander verbunden, dass sie zwei von den parallelen zusammengefügten Windungswickeln kreuzen, um Phasenwicklungen zu bilden. Speziell wird eine Statorspule mit acht Leitern in zwei Nuten gelehrt, um den Strom, der der Spule zugeführt werden kann, zu verdoppeln, ohne die Pole zu vermehren.
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 11-164506 lehrt eine Statorspule mit sechs Leitern in einer Nut, die mit großen U-förmigen Leitersegmenten und mit kleinen U-förmigen Leitersegmenten ausgestattet ist, die teilweise durch Nutzen hindurch verlaufen, die in Umfangsrichtung des Statorkerns angeordnet sind. Jede der Nuten weist Erst-, Zweit-, Dritt-, Viert-, Fünft- und Sechstschichtpositionen auf, die in Radiusrichtung des Statorkerns von innen nach außen angeordnet sind. Die großen Leitersegmente weisen jeweils Schenkel auf, die in den Erst- und Sechstschichtpositionen der Nuten angeordnet sind.
Einige der kleinen Leitersegmente weisen Schenkel auf, die in den Zweit- und Drittschichtpositionen der Nuten angeordnet sind. Die anderen weisen Schenkel auf, die in den Viert- und Fünftschichtpositionen der Nuten angeordnet sind. Durch diesen Aufbau kann die Zahl der Windungen der Statorspule fünfmal höher sein als in der früheren Veröffentlichung offenbart, wodurch eine Hochspannungs-Statorspule geschaffen wird.
Die oben beschriebenen Statorspulen sind dafür ausgelegt, ein Verdrahtungsmuster oder eine Verdrahtungsreihenfolge der Verbindungsstellen der Leitersegmente festzulegen. Somit ist es schwierig, die Windungen der Statorspule zu vermehren, ohne die Rotorpole zu vermehren, was die Schwierigkeit der Verwendung der rotierenden Maschine mit einer Hochspannungsbatterie in Kraftfahrzeugen noch verschärft. Ferner lassen sich durch die Vergrößerung der Querschnittsfläche der Leitersegmente diese schwerer biegen, was die Schwierigkeit der Verwendung der Statorspule mit starkem Strom noch erhöht.
Orte, wo Leiterdrähte aus den parallel verbundenen Phasenwicklungen der einzelnen Phasenwickel heraus verlaufen, sind weit voneinander entfernt, was eine Zunahme der Länge der Leiterdrähte zur Folge hat, was zu einem erhöhten Widerstand und einer erhöhten Induktanz der Leiterdrähte führt. Die Zunahme der Länge der Leiterdrähte fordert auch viel Platz in der rotierenden Maschine, was zu einer größeren Länge der rotierenden Maschine führt.
US 6,211,594 offenbart einen Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine, der folgendes aufweist:
einen Anker mit Nuten, q für jeden Pol in jeder Phase, wobei die Nuten in Umfangsrichtung des Statorkerns angeordnet sind, und
eine Ankerwicklung, die aus m Phasenwickeln besteht, wobei jeder der Phasenwickel aus einer Erstphasenwicklung und einer Zweitphasenwicklung besteht, die hinsichtlich der Zahl ihrer Windungen identisch sind und die in entgegengesetzte Wicklungsrichtungen verlaufen, wobei jede der Erst- und Zweitphasenwicklungen aus mindestens einem Wellenwicklungssegment und aus Schleifenwicklungssegmenten besteht, die abwechselnd aneinander gefügt sind, wobei das Wellenwicklungssegment und die Schleifenwicklungssegmente durch nacheinander aneinander gefügte Leitersegmente gebildet werden, wobei jedes der Leitersegmente folgendes einschließt: einen im Wesentlichen V-förmigen Kopfabschnitt, ein Paar Schenkelabschnitte, die von Enden des Kopfabschnitts aus verlaufen und die in zwei von den Nuten des Ankerkerns angeordnet sind, die einen bestimmten Abstand zueinander haben, und ein Paar Anfügungsendabschnitte, die von den Enden der Schenkelabschnitte aus verlaufen, wobei s Schenkelabschnitte in jeder der Nuten des Ankerkerns in einer Radiusrichtung des Ankerkerns angeordnet sind, wobei jeder der Anfügungsendabschnitte jedes der Leitersegmente an einen der Anfügungsendabschnitte eines anderen Leitersegments gefügt ist, um jeweils die Erst- und Zweitphasenwicklungen zu erzeugen, wobei das Wellenwicklungssegment (34) aus einem Leitersegment (33), dessen Anfügungsendabschnitte an seinen Enden mit einem Abstand voneinander von etwa der zweifachen Polteilung angeordnet sind, besteht, wobei jedes der Schleifenwicklungssegmente aus Leitersegmenten (33) besteht, deren Anfüigungsendabschnitte, die an ihren Enden angeordnet sind, einen Abstand voneinander aufweisen, der etwa null Nutteilungen oder einer Nutteilung entspricht, und
wobei ein Ende der Erstphasenwicklung und ein Ende der Zweitphasenwicklung jeweils von einer Hälfte eines der Leitersegmente gebildet sind, wobei die Hälfte des Leitersegments die Hälfte des V-förmigen Abschnittes, einen Schenkelabschnitt und einen Anfügungsendabschnitt umfasst, wobei die Schenkelabschnitte der Erst- und Zweitphasenwicklungen in Radiusrichtung nebeneinander innerhalb derselben von den Nuten des Ankerkerns angeordnet sind und das andere Ende der Erstphasenwicklung und das andere Ende der Zweitphasenwicklung jeweils von einer Hälfte eines der Leitersegmente gebildet sind, wobei die Hälfte eines Leitersegments die Hälfte des V-förmigen Abschnitts, einen Schenkelabschnitt und einen Anfügungsendabschnitt umfasst, wobei die Schenkelabschnitte der Erst- und Zweitphasenwicklungen in Radiusrichtung nebeneinander innerhalb derselben Nut des Ankerkerns angeordnet sind.
Beispiele für die genannten Parameter q, m und s des bekannten Ankeraufbaus sind q = 3, m = 3 und s = 4.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Ankers aus zusammengefügten Segmenten und einer Wechselstrommaschine, die diesen nutzt, welche so ausgelegt sind, dass sie die Zufuhr eines stärkeren Stroms zur Spule ermöglichen, ohne dass die Verdrahtungsoperationen, eine Querschnittsfläche der Leitersegmente und die Länge der Wechselstrommaschine zunehmen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 28 dargestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und aus der begleitenden Zeichnung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung deutlicher, wobei dies aber nicht als Beschränkung der Erfindung auf die speziellen Ausführungsformen aufgefasst werden soll und nur der Erläuterung und Klärung dient.
Die Zeichnung:
1 ist eine Teil-Längsschnittansicht einer Wechselstrommaschine, die mit einer Statorspule gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist;
2 ist eine perspektivische Darstellung eines Satzes aus kleinen Leitersegmenten und großen Leitersegmenten, die über den kleinen Leitersegmenten der Statorspule verlaufen;
3 ist eine vergrößerte Teilansicht, die Anordnungen von Leitersegmenten in Nuten eines Statorkerns zeigt;
4 und 5 sind Entwicklungen, die eine Statorspule der ersten Ausführungsform darstellen;
6 ist eine Entwicklung, die einen U-Phasenwickel einer Statorspule darstellt;
7 ist eine Entwicklung, die eine Erstphasenwicklung des U-Phasenwickels von 6 zeigt;
8 ist eine Entwicklung, die eine Zweitphasenwicklung des U-Phasenwickels von 6 zeigt;
9 ist eine Entwicklung, die eine Statorspule gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
10 ist eine Teil-Längsschnittansicht, die eine Wechselstrommaschine zeigt, die mit einer Statorspule gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist;
11 ist eine Rückansicht der Wechselstrommaschine von 10;
12 ist eine Längsschnittansicht, genommen entlang der Linie A-A in 13, eines 16-poligen Stators, der aus einem Statorkern und einer Statorspule der dritten Ausführungsform besteht;
13 ist ein Rückseitenaufriss der Statorspule von 12;
14 ist eine Entwicklung einer Statorspule der dritten Ausführungsform der Erfindung;
15 ist eine Entwicklung, die eine Erstphasenwicklung des U-Phasenwickels von 14 zeigt;
16 ist eine Entwicklung, die eine Zweitphasenwicklung des U-Phasenwickels von 14 zeigt;
17 ist eine Entwicklung einer Statorspule eines Vergleichsbeispiels;
18 ist eine Längsschnittansicht, genommen entlang der Linie A-A in 19;
19 ist ein Rückseitenaufriss der Statorspule von 17;
20 ist eine Entwicklung einer Statorspule des Standes der Technik;
21 ist eine Entwicklung, die einen U-Phasenwickel einer Statorspule gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
22 ist eine Entwicklung, die eine Erstphasenwicklung des U-Phasenwickels von 21 zeigt;
23 ist eine Entwicklung, die eine Zweitphasenwicklung des U-Phasenwickels von 21 zeigt;
24 ist eine Entwicklung, die ein Brückenleitersegment von 21 zeigt;
25 ist eine Teil-Längsschnittansicht, die eine Wechselstrommaschine zeigt, die mit einer Statorspule gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist;
26 ist eine vergrößerte Teilansicht, die Anordnungen von Leitersegmenten in Nuten eines Statorkerns wie in 25 darstellt;
27 ist eine Teilschnittansicht, die ein großes Leitersegment und zwei kleine Leitersegmente zeigt, wie sie in der Statorspule von 25 verwendet werden;
28 ist ein Diagramm, das einen U-Phasenwickel der Statorspule 25 zeigt;
29 ist eine Entwicklung, die einen U-Phasenwickel der Statorspule von 25 zeigt;
30 ist eine Entwicklung, die eine Erstphasenwicklung eines U-Phasenwickels von 29 darstellt;
31 ist eine Entwicklung, die eine Zweitphasenwicklung des U-Phasenwickels von 29 darstellt;
32 ist eine Darstellung der Orte der Schenkel von Leitersegmenten des U-Phasenwickels 29, die in Nuten angeordnet sind;
33 ist eine Entwicklung, die eine Statorspule der fünften Ausführungsform zeigt;
34 ist eine Entwicklung, die eine Modifizierung einer Statorspule der fünften Ausführungsform zeigt;
35 ist ein Schaltplan, der einen U-Phasenwickel einer Statorspule gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
36 ist eine Entwicklung, die einen U-Phasenwickel von 35 zeigt;
37 ist eine Entwicklung, die eine Erstphasenwicklung des U-Phasenwickels von 35 zeigt;
38 ist eine Entwicklung, die eine Zweitphasenwicklung des U-Phasenwickels von 35 zeigt;
39 ist eine Teil-Längsschnittansicht, die eine Wechselstrommaschine zeigt, die mit einer Statorspule gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist;
40 ist eine Rückseitenansicht der Wechselstrommaschine von 39;
41 ist eine Längsschnittansicht, genommen entlang der Linie A-A in 42;
42 ist ein Rückseitenaufriss der Statorspule, die in 40 dargestellt ist;
43 ist eine Entwicklung, die einen Abschnitt einer Statorspule gemäß der achten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
44 ist eine Entwicklung, die einen anderen Abschnitt der Statorspule von 43 darstellt;
45 ist eine Darstellung eines Endes der Statorspule der achten Ausführungsform, von dem aus Leiterdrähte verlaufen; und
46 ist eine Schnittansicht der Statorspule der achten Ausführungsform.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der gleiche Bezugszahlen in mehreren Ansichten gleiche Teile bezeichnen, und insbesondere auf 1, wo eine Wechselstrommaschine 1 gemäß der Erfindung dargestellt ist, die als Wechselstrommotor oder Wechselstrom-Motorgenerator für Kraftfahrzeuge verwendet werden kann.
Die Wechselstrommaschine 1 hat einen bekannten Aufbau, der im Wesentlichen aus einem Rotor 2, Gehäusen 4a und 4b, einem Gleichrichter 5, einer Ausgangsklemme 6, einer Drehwelle 7, Bürsten 8 und Schleifringen 9 besteht. Der Stator 3 besteht aus einer Statorspule (d.h. einer Ankerwicklung) 31 und einem Statorkern 32. Der Statorkern 32 wird von den Gehäusen 4a und 4b parallel zur Drehwelle 7 gehalten. Der Statorkern 31 ist in Nuten 350 gewickelt, wie in 3 dargestellt, die im Statorkern 32 ausgebildet sind. Der Rotor 2 ist ein Rundelpol-Typ und ist auf der Drehwelle 7 installiert, die über Lager drehbar von den Gehäusen 4a und 4b gestützt wird. Der Rotor 2 ist im Statorkern 32 angeordnet. Die Statorspule 31 ist als Dreiphasen-Ankerwicklung verwirklicht, die dadurch hergestellt wird, dass Leitersegmentsätze 330, die deutlich in 2 zu sehen sind, durch die Nuten 350, wie in 3 dargestellt, die im Statorkern 32 ausgebildet sind, von einer Seite des Statorkerns 32 her durch Isolierschichten 340 geführt werden, und dass zwei benachbarte Leitersegmentsätze 330 auf der anderen Seite des Statorkerns 32 aneinander gefügt werden. Dieser Typ Statorspule ist in der Technik bekannt.
Die Statorspule 31 besteht, wie oben beschrieben, aus den sequentiell bzw. nacheinander aneinander gefügten Leitersegmentsätzen 330, die teilweise in den Nuten 350 angeordnet sind, die im Statorkern 32 ausgebildet sind. Jeder der Leitersegmentsätze 330 wird nachstehend ausführlich mit Bezug auf 2 beschrieben.
Der Leitersegmentsatz 330 besteht aus einem großen Leitersegment 331 und einem kleinen Leitersegment 332, die jeweils aus einem im Wesentlichen V-förmigen Kopf (der auch als V-förmiges Spulenende bezeichnet wird), einem Paar Schenkel, die vom Kopf aus in die Nut 350 verlaufen (nachstehend auch als Einnutungsabschnitt bezeichnet) und einem Paar Enden, die von den Schenkeln außerhalb des Statorkerns 32 verlaufen (nachstehend auch als Anfügungsendabschnitte bezeichnet), bestehen. Ein solcher Statorkernaufbau ist beispielsweise aus den US-Patenten Nr. 6,201,332 B1, 6,249,956 B1 und 6,404,091 B1 bekannt, die alle dem Inhaber dieser Anmeldung übertragen wurden. Die großen Leitersegmente 331 und die kleinen Leitersegmente 332 werden jeweils auch allgemein als Leitersegment 33 bezeichnet.
Die Köpfe der V-förmigen Spulenenden der Leitersegmentsätze 330 sind in Form eines Rings an einer Seite des Statorkerns 32 angeordnet, um ein erstes Spulenende 312 zu bilden, wie in 1 dargestellt. Die zusammengefügten Spulenenden sind in Form eines Rings auf der anderen Seite des Statorkerns 32 angeordnet, um ein zweites Spulenende 311 zu bilden.
Jeder der Leitersegmentsätze 330 besteht, wie oben beschrieben, aus dem großen Leitersegment 331 und dem kleinen Leitersegment 332. Das große Leitersegment 331 umgibt, wie in 2 dargestellt, das kleine Leitersegment 332 oder verläuft über diesem.
Das große Leitersegment 331 besteht aus dem Kopfabschnitt 331c (d.h. dem V-förmigen Spulenende), den Einnutungsabschnitten 331a und 331b und den Endabschnitten 331f und 331g (d.h. den Anfügungsspulettenden bzw. den Spulenzusammenfügungsenden. Die Endabschnitte 331f und 331g werden an den vorderen Enden 331d und 331e, die nachstehend auch als Schweißstellen bezeichnet werden, verschweißt. Nachstehend wird der Einnutungsabschnitt 331a auch als Erstschicht-Leiterabschnitt bezeichnet und der Einnutungsabschnitt 331b wird nachstehend auch als Viertschicht-Leiterabschnitt bezeichnet.
Das kleine Leitersegment 332 besteht aus dem Kopfabschnitt 332c, den Einnutungsabschnitten 332a und 332b und den Endabschnitten 332f und 332g. Die Endabschnitte 332f und 332g werden an den vorderen Enden 332d und 332e, die nachstehend auch als Schweißstellen bezeichnet werden, verschweißt. Nachstehend wird der Einnutungsabschnitt 332a auch als Zweitschicht-Leiterabschnitt bezeichnet und der Einnutungsabschnitt 332b wird auch als Drittschicht-Leiterabschnitt bezeichnet.
In 2 bezeichnet eine Bezugszahl mit einem Strich (') jeweils den gleichen Abschnitt wie den, der von der gleichen Bezugszahl ohne Strich bezeichnet wird. In dem dargestellten Beispiel werden die vorderen Enden 331d und 332d', die in Radiusrichtung des Statorkerns nebeneinander angeordnet sind, miteinander verschweißt. Ebenso werden die vorderen Enden 332d und 331d' und die vorderen Enden 332e und 331e' miteinander verschweißt.
In dem in 2 dargestellten Beispiel sind der Erstschicht-Leiterabschnitt 331a und der Zweitschicht-Leiterabschnitt 332a in eine der Nuten 350 eingebracht, während der Viertschicht-Leiterabschnitt 331b und der Drittschicht-Leiterabschnitt 332 des gleichen Leiterabschnitt-Segmentsatzes 33 in eine andere Nut 350 eingebracht sind, die einen vorgegebenen Magnetpolteilungs-Abstand aufweist. Der Kopfabschnitt 332c des kleinen Leitersegments 332 ist vom Kopfabschnitt 331c des großen Leitersegments 331 umgeben.
Der Statorkern 32 weist, wie deutlich in 3 dargestellt, Nuten 350 mit einer Länge auf, die in dessen Radiusrichtung verläuft. Innerhalb der Nuten 35 sind die vier Einnutungsabschnitte 331a, 332a, 332b' und 331b' jeweils auf einer Linie angeordnet oder in Radiusrichtung des Statorkerns 32 ausgerichtet. In der folgenden Erörterung werden die vier Einnutungsabschnitte 331a, 332a, 332b' und 331b', die in die einzelnen Nuten eingebracht sind, auch als Erstschicht-Leiterabschnitt bis Viertschicht-Leiterabschnitt, jeweils von innen nach außen im Statorkern, bezeichnet. Die Orte der Erst- bis Viertschicht-Leiterabschnitte in den einzelnen Nuten 350 werden nachstehend jeweils auch als Erstschichtposition bis Viertschichtposition bezeichnet. In dem dargestellten Beispiel gehören die Einnutungsabschnitte 331b' und 332b' zu einem der Leitersegmentsätze 330, die von den Leitersegmentsätzen 330 mit den Einnutungsabschnitten 331a und 332a verschieden sind.
Der Aufbau der Statorspule 31, die aus drei Phasenwicklungen (die nachstehend auch als U-Phasenwickel, V-Phasenwickel und W-Phasenwickel bezeichnet werden) wird nachstehend mit Bezug auf 4 und 5 beschrieben.
4 und 5 sind Entwicklungen, die jeweils einen Teil der Statorspule 31 darstellen, die von einer sternförmig verbundenen Dreiphasenwicklung gebildet wird. Der Einnutungsabschnitt, der an der Erstschichtposition innerhalb der einzelnen Nuten 350 angeordnet ist (d.h. der Erstschicht-Leiterabschnitt), der Kopfabschnitt und das Spulenzusammenfügungsende des Leitersegments 33 sind mit einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie dargestellt. Der Einnutungsabschnitt, der an der Zweitschichtposition innerhalb der einzelnen Schlitze 350 angeordnet ist (d.h. der Zweitschicht-Leiterabschnitt), der Kopfabschnitt und das Spulenzusammenfügungsende, die von diesem ausgehen, sind durch eine gestrichelten Linie dargestellt. Der Einnutungsabschnitt, der an der Drittschichtposition innerhalb der einzelnen Nuten 350 angeordnet ist (d.h. der Drittschichtabschnitt), der Kopfabschnitt und das Spulenzusammenfügungsende, die von diesem ausgehen, sind von einer durchgezogenen Linie angezeigt. Der Einnutungsabschnitt, der an der Viertschichtposition innerhalb der einzelnen Nuten 350 angeordnet ist (d.h. der Viertschicht-Leiterabschnitt), der Kopfabschnitt und das Spulenzusammenfügungsende, die von diesem ausgehen, sind durch eine Linie aus abwechselnd einem langen und zwei kurzen Strichen dargestellt.
Um die Darstellung kurz zu halten, ist die Statorspule 31 so gezeichnet, dass sie vier Pole aufweist, aber die Pole können mehr sein. Die Zahl der Schichten innerhalb der einzelnen Nuten 350 kann mehr als vier betragen, um die Ausgangsleistung der Wechselstrommaschine 1 zu erhöhen.
Die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel sind identisch aufgebaut, abgesehen von ihren Orten in Umfangsrichtung des Statorkerns 32, und die folgende Erörterung nimmt nur auf den U-Phasenwickel Bezug, um die Erörterung kurz zu halten. 6 stellt den U-Phasenwickel dar, der aus Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 besteht. 7 stellt die Erstphasenwicklung 10 des U-Phasenwickels dar. 8 stellt die Zweitphasenwicklung des U-Phasenwickels dar. Die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 sind, wie in 4 dargestellt, parallel aneinander gefügt, und auf ihre ausführliche Erläuterung wird hier verzichtet.
Die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 schließen jeweils ein Wellenwicklungssegment 34 und Schleifenwicklungssegmente 35 ein, die abwechselnd aneinander gefügt sind.
Die Wellenwicklungssegmente 34 sind von den großen Leitersegmenten 331, die eine Wellenwickelspule bilden, bereitgestellt und schließen jeweils den Erstschicht-Leiterabschnitt, wie von der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie angezeigt, und den Viertschicht-Leiterabschnitt ein, wie von einer Linie aus abwechselnd einem langen Strich und zwei kurzen Strichen angezeigt. Jedes der Wellenwicklungssegmente 34 wird von dem großen Leitersegmente 331 gebildet, dessen Spulenzusammenfügungsenden aus den Nuten 350 in gegensätzlichen Umfangsrichtungen vorstehen. Falls eine Pol-zu-Pol-Teilung (nachstehend auch als Polteilung bezeichnet) mit P Nut-zu-Nut-Teilungen (nachstehend auch als Nutteilungen bezeichnet, P = 6 in dieser Ausführungsform) identisch ist, haben die Schweißstellen der Spulenzusammenfügungsenden des großen Leitersegments 331 einen Abstand PW gleich (2P – 1) Nutteilungen voneinander.
Die Schleifenwicklungssegmente 35 werden von den kleinen Leitersegmenten 332 bereitgestellt, die eine Schleifenwicklungsspule bilden und jeweils den Zweitschicht-Leiterabschnitt, wie von der gestrichelten Linie angezeigt, und den Drittschicht-Leiterabschnitt einschließen, wie von der durchgezogenen Linie angezeigt. Jedes der Schleifenwicklungssegmente 35 ist von dem kleinen Leitersegment 332 gebildet, wobei die Anfügungsendabschnitte in aufeinander zulaufenden Umfangsrichtungen von den Nuten 350 überstehen. Die Schweißstellen der Spulenzusammenfügungsenden des kleinen Leitersegments 332 sind untereinander durch einen Abstand PO, der einer Nutteilung entspricht, getrennt. Daher machen insgesamt die Schweißstelle-zu-Schweißstelle-Teilungen jedes der Wellenwicklungssegmente 34 und eines von den Schleifenwicklungssegmenten 35, das daran angrenzt, zwei Polteilungen (= 2P Nutteilungen) aus.
Ein Abstand zwischen den Einnutungsabschnitten jedes der Wellenwicklungssegmente 34, d.h. eine Schenkel-zu-Schenkel-Teilung (d.h. eine Rückseitenteilung) PWL des großen Leitersegments 331 ist mit P-1 Nutteilungen (d.h. einem Abstand zwischen den fünf Nuten 350) identisch. Ebenso ist ein Abstand zwischen den Einnutungsabschnitten jedes der Schleifenwicklungssegmente 35, d.h. eine Schenkel-zu-Schenkel-Teilung (d.h. eine Rückseitenteilung) POL des kleinen Leitersegments 332 mit P-1 Nutteilungen identisch. Dies ermöglicht die Verkürzung der Spulenzusammenfügungsenden, wodurch eine Wicklung mit fraktionaler Teilung verwirklicht wird.
Die Erstphasenwicklung 10 besteht, wie in 7 zu sehen, aus einem Erstwindungswickel 100, welcher die Schleifenwicklungssegmente 35 und das Wellenwicklungssegment 34, das zwischen den Schleifenwicklungssegmenten 35 angefügt ist, einschließt, um Windungen zu bilden, einem Zweitwindungswickel 101, der aus den Schleifenwicklungssegmenten 35 und dem Wellenwicklungssegment 34, das zwischen den Schleifenwicklungssegmenten 35 angefügt ist, um Windungen zu bilden, besteht und die gleiche Wicklungsrichtung aufweist wie der Erstwindungswickel 100, und einem U-förmigen besonderen Leitersegment 36a, das ein hinteres Ende des Erstwindungswickels 100 und ein vorderes Ende des Zweitwindungswickels 101 in Reihe verbindet. Die Schenkel-zu-Schenkel-Teilung (d.h. eine Rückseitenteilung) des besonderen Leitersegments 36a ist um eine Nutteilung (d.h. den Abstand zwischen den Nuten 350) oder mehr kürzer als diejenige des Wellenwicklungssegments 34 und der Schleifenwicklungssegmente 35.
Die Zweitphasenwicklung 11 ist, wie aus 8 ersichtlich ist, elektromagnetisch der Erstphasenwicklung 10 gleich und in Bezug auf die Erstphasenwicklung 10 geometrisch symmetrisch. Die Zweitphasenwicklung 11 weist eine Wicklungsrichtung auf, die der der Erstphasenwicklung 10 entgegengesetzt ist. Die Zweitphasenwicklung 11 weist ein U-förmiges besonderes Leitersegment 36b auf, dessen Struktur dem besonderen Leitersegment 36a der Erstphasenwicklung 10 gleich ist. Die besonderen Leitersegmente 36a und 36b werden auch allgemein als besonderer Leitersegmentsatz 36 bezeichnet. Die besonderen Leitersegmente 36a und 36b können alternativ eine Rückseitenteilung aufweisen, die um eine Nutteilung oder mehr länger ist als die der Wellenwicklungssegmente 34 und der Schleifenwicklungssegmente 35.
Die Erstphasenwicklung 10 und die Zweitphasenwicklung 11 sind parallel aneinander gefügt, um den U-Phasenwickel der dreiphasigen, in Sternform verbundenen Statorspule 31 zu bilden. Der U-Phasenwickel weist, wie in 4 dargestellt, ein Paar Anschlussdrähte 33U auf, die an vordere Abschnitte der Erstschichtleiter bzw. der Zweitschichtleiter der Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 gefügt sind, die in der gleichen Nut angeordnet sind. Ebenso weisen der V-Phasenwickel und der W-Phasenwickel Paare aus Anschlussdrähten 33V und 33W auf, die an vordere Abschnitte der Erstschichtleiter bzw. der Zweitschichtleiter der ersten und zweiten Phasenwicklungen 10 und 11, die jeweils in der gleichen Nut 350 angeordnet sind, gefügt sind. Die Anschlussdrähte 33U, 33V und 33W (d.h. die Schnittstellen zwischen diesen und den Spulenzusammenfügungsenden der Leitersegmente 33) sind voneinander um vier Nutteilungen entfernt.
Der U-Phasenwickel weist auch ein Paar Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33U' auf, die mit hinteren Abschnitten der Drittschichtleiter bzw. der Viertschichtleiter der ersten und zweiten Phasenwicklungen 10 und 11, die innerhalb der gleichen Nut angeordnet sind, verbunden sind. Ebenso weisen auch die V-Phasen- und W-Phasenwickel Paare aus Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähten 33V' und 33W' auf, die mit hinteren Abschnitten der Drittschichtleiter bzw. der Viertschichtleiter der ersten und zweiten Phasenwicklungen 10 und 11, die in der gleichen Nut 350 angeordnet sind, verbunden sind. Die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33U', 33V' und 33W' (d.h. die Schnittstellen zwischen diesen und den Spulenzusammenfügungsenden der Leitersegmente 33) sind voneinander um vier Nutteilungen beabstandet. Die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33V' und 33W' verlaufen, wie deutlich aus 4 hervorgeht, in Umfangsrichtung der Statorspule 31, ohne einander zu schneiden, und sind mit dem neutralen Punkt 33N verbunden, von dem aus die Anschlussdrähte 33U' verlaufen. Dies bildet eine dreiphasige Sternverbindungs-Ankerwicklung (d.h. die Statorspule 31), deren drei Phasenwicklungen jeweils aus den ersten und zweiten Phasenwicklungen 10 und 11, die parallel aneinander gefügt sind, bestehen.
Die obigen Anordnungen der Anschlussdrähte 33U, 33V, 33W, 33U', 33V' und 33W' haben zur Folge, dass diese leicht gezogen und geformt werden können, wodurch das Herstellungsverfahren der Statorspule 31 vereinfacht wird.
Die Anschlussdrähte 33U, 33V und 33W können abwechselnd mit den Dritt- bzw. Viertschicht-Leiterabschnitten der ersten und zweiten Phasenwicklungen 10 und 11, die in der gleichen Nut angeordnet sind, verbunden sein. Die Anschlussdrähte 33U', 33V' und 33W' können alternativ mit den Erst- bzw. Zweitphasenwicklungen 10 und 11, die in der gleichen Nut 350 angeordnet sind, verbunden sein.
Das besondere Leitersegment 36a der Erstphasenwicklung 10 und das besondere Leitersegment 36b der Zweitphasenwicklung 11 sind, wie oben beschrieben, hinsichtlich der Rückseitenteilung miteinander identisch und in der gleichen Nut 350 angeordnet, daher können sie durch Herstellen eines großen Leitersegments wie des großen Leitersegments 331 und eines kleinen Leitersegments wie des kleinen Leitersegments 332 als besonderer Leitersegmentsatz und Spreizen (Biegen) und Formen des besonderen Leitersegmentsatzes in einem einzigen Verfahren hergestellt werden. Dadurch können die besonderen Leitersegmente 36a und 26b gleichzeitig in dieselbe Nut eingeführt werden, was zu einem vereinfachten Herstellungsverfahren der Statorspule 31 führt.
Die Köpfe 36c der besonderen Leitersegmentsätze 36 sind, wie deutlich in 4 zu sehen, in Lücken zwischen den Anschlussdrähten 33U und 33U', zwischen 33V und 33V' und zwischen 33W und 33W' in Umfangsrichtung der Statorspule 31 angeordnet, wodurch die Anschlussdrähte 33U, 33V, 33W, 33U', 33V' und 33W' in einem gewünschten Bereich zusammengefasst werden können, ohne physisch mit den besonderen Leitersegmentsätzen 36 in Konflikt zu kommen.
Wie aus der obigen Erörterung hervorgeht, verlaufen die Anschlussdrähte 33U, 33V und 33W der Statorspule 31 von den m Nuten 350 aus, die in einem Abstand von 2π/m voneinander angeordnet sind und in einem Winkelbereich von 2π(m – 1)/m liegen, wobei m die Zahl der Phasen ist und in dieser Ausführungsform drei (3) ist). Ebenso verlaufen die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33U', 33V' und 33W' von den m Nuten 350 aus, die in einem Abstand von 2π/m voneinander angeordnet sind und in einem Winkelbereich von 2π(m – 1)/m liegen. Dadurch können, wie aus 4 hervorgeht, die Anschlussdrähte 33U, 33V, 33W, 33U', 33V' und 33W', die außerhalb des ersten Spulenendes 312 verlaufen, systematisch in Umfangsrichtung der Statorspule 31 angeordnet und innerhalb eines gewünschten Bereichs zusammengefasst werden. Ein mittleres Paar von den Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähten 33U', 33V' und 33W', d.h. das Paar aus Anschlussdrähten 33U', wie oben beschrieben, verläuft vom neutralen Punkt 33N aus, wodurch die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33V' und 33W' von gleicher Länge und gleichem Aufbau sein können. Dadurch wird die Herstellung der Statorspule 31 erleichtert.
Der Aufbau der Statorspule 31 erlaubt es auch, die Länge der Abschnitte der Anschlussdrähte 33U bis 33W', die in Umfangsrichtung verlaufen, im Vergleich zu herkömmlichen Strukturen zu verringern, wodurch deren elektrischer Widerstand sinkt.
Die Rückseitenteilungen der Wellenwicklungssegmente 34 und der Schleifenwicklungssegmente 35 sind um eine Nutteilung kürzer als die Polteilung P, was zu einem verringerten Abstand zwischen den Spulenenden führt, was zu einer Abnahme des Wicklungswiderstands und der Streuinduktivität führt. Dies dient dazu, die Wärmemenge, die vom Generator 7 abgeführt wird, zu verringern und die Ausgangsleistung des Generators 7 zu verbessern.
Die Struktur, in der das bzw. die Wellenwicklungssegment(e) 34 und die Schleifenwicklungssegmente 35 abwechselnd aneinander gefügt sind, ermöglicht es, das zweite Spulenende 311 in der Art einer Vollteilungswicklung herzustellen, wodurch das Problem mit herkömmlichen Kraftfahrzeuggeneratoren, die aus in Fraktionsteilungen verteilten Wicklungen bestehen, nämlich dass eines der Spulenenden unvorteilhaft lang ist, gemildert wird. Dies führt zu einer Abnahme des elektrischen Widerstands der Statorspule 31.
9 zeigt die Statorspule 31 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel deltaförmig verbunden sind.
Die Anordnungen der Einnutungsabschnitte der Leitersegmentsätze 330 und die Orte der Anschlussdrähte 33U, 33V, 33W, 33U', 33V' und 33W' sind mit denen der ersten Ausführungsform identisch. Die Anschlussdrähte 33U, 33V und 33W sind mit den Erst- bzw. Zweitschicht-Leiterabschnitten, die in denselben Nuten angeordnet sind, zusammengefügt. Die Anschlussdrähte 33U', 33V' und 33W' sind mit den Dritt- bzw. Viertschicht-Leiterabschnitten, die in den gleichen Abschnitten 350 angeordnet sind, zusammengefügt.
Die Anschlussdrähte 33U, 33V, 33W, 33U', 33V' und 33W' sind auf die dargestellte Weise aneinander gefügt, wodurch die Delta-Verbindung der dreiphasigen Statorspule 31 eingerichtet wird, die aus der ersten Phasenwicklung 10 und der zweiten Phasenwicklung 11 besteht, die parallel aneinander gefügt sind (siehe 1).
Die Anschlussdrähte 33U, 33V und 33W können alternativ mit den Dritt- bzw. Viertschicht-Leiterabschnitten, die in denselben Nuten 350 angeordnet sind, zusammengefügt werden. Die Anschlussdrähte 33U', 33V' und 33W' können alternativ mit den Erst- bzw. Zweitschicht-Leiterabschnitten, die in denselben Nuten 350 angeordnet sind, zusammengefügt werden.
10 bis 13 zeigen die Wechselstrommaschine 1 zur Verwendung in Kraftfahrzeugen gemäß der dritten Ausfüuhrungsform der Erfindung, die sechzehn (16) Pole aufweist. Der Aufbau der Statorspule ist der der ersten Ausführungsform gleich, abgesehen von der Zunahme der Nuten 350 oder der Leitersegmentsätze 330. Außerdem sind die Anordnungen und Verbindungen der Anschlussdrähte 33U, 33V, 33W, 33U', 33V' und 33W' mit denen der ersten Ausführungsform identisch. Die Wechselstrommaschine 1 ist mit einem vorderen Rahmen 110 und einem hinteren Rahmen 120 ausgestattet und weist einen Rotor 2 auf, der über Lager 28 und 29 drehbar ist. Der vordere Rahmen 110 und der hintere Rahmen 120 halten den Statorkern 32. Durchgehende Bolzen 41 sichern den Statorkern 32 und hindern ihn am Drehen.
Eine Anschlusstafel bzw. ein Anschlussblock 13 ist an einer Umfangswand des hinteren Rahmens 120 durch Bolzen 43 gesichert. Die Anschlusstafel 13 weist dreiphasige Anschlussbolzen 13a auf, die Verbindungen von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen der Wechselstrommaschine 1 mit drei Wechselstromanschlüssen eines (nicht dargestellten) dreiphasigen Wechselrichters herstellen. Die Länge eines ersten Umfangsabschnitts des hinteren Rahmens 120, die parallel zur Drehwelle 21 verläuft, an dem die Anschlusstafel 13 nicht befestigt ist, ist um einen Abstand ΔL kleiner als die eines zweiten Umfangsabschnitts des hinteren Rahmens 120, wie von der gestrichelten Linie in 10 dargestellt, an dem die Anschlusstafel 13 befestigt ist. Das Bezugszeichen 42 zeigt eine Stirnfläche des zweiten Umfangsabschnitts an, an dem die Anschlusstafel befestigt ist. Die geringere Länge des ersten Umfangsabschnitts des hinteren Rahmens 120 führt zu einer geringeren Länge der Durchgangsbolzen 41. Genauer ist der Winkelbereich, der von den Anschlussdrähten 33U, 33V und 33W beansprucht wird, wie in der ersten Ausführungsform, relativ klein, wodurch die Länge des hinteren Rahmens 120, die parallel zu der Welle 21 verläuft, verringert werden kann.
Die Welle 21 des Rotors 2 verläuft nach vorne vom vorderen Rahmen 110, und an ihrem Ende ist eine Zugmittelscheibe 22 installiert. Die Zugmittelscheibe 22 ist mechanisch über ein (nicht dargestelltes) Zugmittel mit einer Antriebsscheibe des Verbrennungsmotors verbunden. Die Welle 21 weist auch einen hinteren Endabschnitt auf, der vom hinteren Rahmen 120 übersteht, an dem eine Bürsteneinheit 14 installiert ist. Die Bürsteneinheit 14 schließt ein Paar Schleifringe 9 ein, die am hinteren Ende der Welle 21 installiert sind, und ein Paar Bürsten 15, die mit den Schleifringen 9 in Schleifkontakt stehen. Die Welle 21 ist in einer axialen Öffnung des Rotorkerns in Presssitzpassung gebracht.
Der Rotorkern 24 besteht aus einem vorderen Polkern 24a und einem hinteren Polkern 24b und weist eine magnetische Poleinheit 24c auf, die an einem Außenumfang davon installiert ist und die mit acht Polpaaren ausgestattet ist. Die Polkerne 24a und 24b halten eine Feldspule 25, die eine Erregung des Rotorkerns 24 bewirkt. Die Feldspule 25 ist an ihren Enden mit den Schleifringen 9 verbunden und wird über die Bürsteneinheit 14 mit Leistung versorgt.
Der Rotorkern 24 weist einen vorderen Lüfter 26 und einen hinteren Lüfter 27 auf, die an seine Enden geschweißt sind. Die vorderen und hinteren Lüfter 26 und 27 wirken so, dass sie sich zusammen mit dem Rotorkern 24 drehen, um frische Luft zu Kühlzwecken von Lufteinlässen 16 und 17, die in den vorderen und hinteren Rahmen 110 und 120 ausgebildet sind, einzusaugen. In den vorderen und hinteren Rahmen 110 und 120 sind auch Luftauslässe 18 und 19 ausgebildet, aus denen die Frischluft, die von den Lufteinlässen 16 und 17 hereinkommt, ausgetragen wird. Man beachte, dass die Luftauslässe 19 in der Zeichnung um der Vereinfachung willen weggelassen wurden.
11 ist ein Rückseitenaufriss der Wechselstrommaschine 1. Der hintere Rahmen 120 weist Stirnflächen 450 auf, die einen Bereich θ einnehmen, der außerhalb der Fläche liegt, wo die Anschlusstafel 13 installiert ist. Die Stirnflächen 450 bilden Ausnehmungen im hinteren Rahmen 120, wodurch kürzere Durchgangsbolzen 41 verwendet werden können.
12 ist eine Längsschnittansicht des 16-poligen Stators 3 (d.h. der Ankerwicklung), der im Wesentlichen aus dem Statorkern 32 und der Statorspule 31 besteht. 13 ist ein Rückseitenaufriss des Stators 3. Der Statorkern 32 schließt eine Laminierung aus elektromagnetischen Stahlblechen ein. Die Statorspule 31 schließt eine Dreiphasenwicklung ein, die unter Verwendung von Isolierschichten wie in der ersten Ausführungsform durch Nuten gewickelt ist, die im Statorkern 32 ausgebildet sind.
Ein Eingangs-/Ausgangs-Leitungssammlung 233, die aus den Anschlussdrähten 33U, 33V und 33W besteht, verläuft vom ersten Spulenende 312 des Statorkerns 31 nach hinten. Eine elektrische Verbindung der Statorspule 31 mit einem (nicht dargestellten) Wechselrichter wird, wie deutlich aus 12 und 13 hervorgeht, durch Verkoppeln von Crimpkontakten 3300, die an Enden der Anschlussdrähte 33U, 33V und 33W befestigt sind, mit Metallverbindern 13b an der Anschlusstafel 13 bewerkstelligt.
Die neutralen Punkte 33N und die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33U', 33V' und 33W', die in Umfangsrichtung der Statorspule 31 zum neutralen Punkt 33N verlaufen, sind radial innerhalb der Eingangs-/Ausgangs-Leitungssammlung 233 und nahe dem ersten Spulenende 312 angeordnet.
Das zweite Spulenende 311 der Statorspule 31 ist mit Epoxidharz beschichtet, um elektrische Kurzschlüsse zwischen Paaren der Schweißstellen der Leitersegmentsätze 330 zu vermeiden.
14 ist eine vergrößerte Entwicklung der Anschlussdrähte 33U, 33V, 33W, 33U', 33V' und 33W' und der ersten und zweiten Spulenenden 311 und 312. 15 ist eine Teilentwicklung, welche die erste Phasenwicklung 10 zeigt. 16 ist eine Teilentwicklung, welche die zweite Phasenwicklung 11 zeigt. Genauer ist die Statorspule dieser Ausführungsform mit derjenigen der ersten Ausführungsform identisch, außer dass die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33U', 33V' und 33W' auf zwei Schaltkreise aufgeteilt sind und die Nuten 350 vermehrt sind.
Die Anschlussdrähte 33U, 33V und 33W, ein Paar für jede Phase der Statorspule 31, verlaufen, wie in der ersten Ausführungsform, von den Dritt- bzw. Viertschicht-Leiterabschnitten aus, die in den gleichen Nuten 350 angeordnet sind. Die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33U', 33V' und 33W', ein Paar für jede Phase der Statorspule, verlaufen von den Erst- bzw. Zweitschicht-Leiterabschnitten aus, die in den gleichen Nuten 350 angeordnet sind, und führen zu den neutralen Punkten 33N, um eine dreiphasige, in Sternform verbundene Wicklung zu bilden. Dies führt, wie in der ersten Ausführungsform, zu vereinfachten Anordnungen und Verbindungen der Anschlussdrähte 33U, 33V, 33W, 33U', 33V' und 33W'.
Durch die Verwendung der beiden neutralen Punkte 33N kann die Zahl der Verbindungsstellen mit jedem der neutralen Punkte 33N auf drei gesenkt werden, wodurch sich die Anschlussdrähte 33U', 33V' und 33W' leichter mit den neutralen Punkten 33N verschweißen lassen.
Die besonderen Leitersegmente 36a und 36b des besonderen Leitersegmentsatzes 36, welcher den Erstwindungswickel 100 und den Zweitwindungswickel 101 verbindet, wie in 15 dargestellt, sind hinsichtlich ihrer Rückseitenteilung identisch, und Einnutungsabschnitte sind jeweils in die gleichen Nuten 350 eingeführt, was wie bei der ersten Ausführungsform zu einer Verkürzung der Dauer des Herstellungsprozesses für die Statorspule 31 führt.
17 bis 19 zeigen ein Vergleichsbeispiel einer Statorspule, die aus einer dreiphasigen Sternverbindungswicklung hergestellt ist, die aus Paaren von Phasenwicklungen besteht, die parallel verbunden sind, ein Paar für jede Phase. Ein Vergleich zwischen 17 bis 19 und 12 bis 14 zeigt, dass die Verwendung der Fraktionsteilungswicklung als Statorspule 31 in den ersten und dritten Ausführungsformen zu einer verringerten Gesamtgröße und einem vereinfachten Aufbau der Anschlussdrähte 33U, 33V, 33W, 33U', 33V' und 33W' im Vergleich zu einer Vollteilungswicklung führt, wie in 17 bis 19 dargestellt.
20 ist eine Entwicklung, die eine Statorspule zeigt wie in US 6,417,592 B2 (welche der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2001-169490 entspricht) gelehrt, die ebenfalls dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde. Ein Vergleich mit dem dargestellten Aufbau zeigt, dass die Anschlussdrähte 33U, 33V, 33W, 33U', 33V' und 33W' in den obigen Ausführungsformen stark verkleinert und vom Aufbau her vereinfacht sind.
Die drei Leitersegmentsätze 330 können alternativ in Radiusrichtung innerhalb der einzelnen Nuten 350 des Statorkerns 32 gruppiert sein, um ein Statorspule mit Dreifachwindung herzustellen. In diesem Fall werden die Leitersegmentsätze 330, die an den innersten Schichtpositionen in den Nuten 350 angeordnet sind, wie die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 der ersten Ausführungsform, die parallel verbunden sind, so zusammengefügt, dass sie eine Phasenwicklung X bilden. Die Leitersegmentsätze 330, die an den äußersten Schichtpositionen in den Nuten 350 angeordnet sind, werden wie die ersten und zweiten Phasenwicklungen 10 und 11 der ersten Ausführungsform, die parallel verbunden sind, so zusammengefügt, dass sie eine Phasenwicklung Y bilden. Die Leitersegmentsätze 330, die in den mittleren Schichtpositionen in den Nuten 350 angeordnet sind, werden wie die ersten und zweiten Phasenwicklungen 10 und 110 der ersten Ausführungsform, die parallel verbunden sind, so zusammengefügt, dass sie eine Phasenwicklung Z bilden. Die Phasenwicklungen X, Y und Z werden in Reihe aneinander gefügt, um die dreifach gewundene Statorspule zu vervollständigen.
21 bis 24 zeigen die Statorspule 31 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung. 21 ist eine Entwicklung, die einen U-Phasenwickel zeigt. 22 ist eine Entwicklung, die die Erstphasenwicklung 10 des U-Phasenwickels von 21 zeigt.
23 ist eine Entwicklung, die die zweite Phasenwicklung des U-Phasenwickels von 21 zeigt. 24 ist eine Entwicklung, die ein Brückenleitersegment 37 zeigt. Die V-Phasen- und W-Phasenwickel sind, wie bereits beschrieben, vom Aufbau her mit dem U-Phasenwickel identisch, und auf ihre ausführliche Beschreibung wird hier verzichtet.
Die Statorspule 31 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der der ersten Ausführungsform nur darin, dass der U-Phasenwickel aus den Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 besteht, die in Reihe verbunden sind.
Der Einnutungsabschnitt, der an der Erstschichtposition innerhalb der einzelnen Nuten 350 des Statorkerns 32 angeordnet ist, der V-förmige Kopfabschnitt und das Spulenzusammenfügungsende der Leitersegmente 33 sind, wie in der ersten Ausführungsform, von einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie angezeigt. Der Einnutungsabschnitt, der an der Zweitschichtposition innerhalb der einzelnen Nuten 350 angeordnet ist, der Kopfabschnitt und das Spulenzusammenfügungsende, die von diesem ausgehen, sind von einer gestrichelten Linie dargestellt. Der Einnutungsabschnitt, der an der Drittschichtposition innerhalb der einzelnen Nuten 350 angeordnet ist, der Kopfabschnitt und das Spulenzusammenfügungsende, die davon ausgehen, sind durch eine durchgezogene Linie angezeigt. Der Einnutungsabschnitt, der an der Viertschichtposition der einzelnen Nuten 350 angeordnet ist, der Kopfabschnitt und das Spulenzusammenfügungsende, die davon ausgehen, sind von einer Linie aus abwechselnd einer langen und zwei kurzen Strichen angezeigt.
Die Statorspule 31 ist vierpolig aufgebaut, aber die Zahl der Pole kann mehr als vier betragen. Die Leitersegmentsätze 330, die in den einzelnen Nuten 350 angeordnet sind, können vermehrt werden, um eine Ausgangsspannung zu erhöhen.
Die besonderen Leitersegmentsätze 36 bestehen, wie in der ersten Ausführungsform, jeweils aus dem besonderen Leitersegment 36a der Erstphasenwicklung 10, wie in 22 dargestellt, und dem besonderen Leitersegment 36b der Zweitphasenwicklung 11, wie in 23 dargestellt.
Eine Reihenverbindung der Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 wird durch Aneinanderfügen des Anschlussdrahts 33U', der zu einem hinteren der Einnutungsabschnitte (d.h. dem Viertschicht-Leiterabschnitt) der Erstphasenwicklung 10 führt, und des Anschlussdrahts 33U', der zu einem vorderen der Einnutungsabschnitte (d.h. dem Zweitschicht-Leiterabschnitt) der Zweiphasenwicklung führt, bewerkstelligt. Man beachte, dass der hintere Einnutungsabschnitt, wie hierin bezeichnet, einer der Einnutungsabschnitte der Erstphasenwicklung 10 oder der Zweitphasenwicklung 11 ist, der sich am weitesten weg vom Anschlussdraht 33U, 33V oder 33W befindet, und dass der vordere Einnutungsabschnitt einer der Einnutungsabschnitte der ersten Phasenwicklung 10 oder der zweiten Phasenwicklung 11 ist, der sich am nächsten am Anschlussdraht 33U, 33V oder 33W befindet.
Genauer wird die Reihenverbindung der ersten bis zweiten Phasenwicklungen 10 und 11 dadurch bewirkt, dass zwei Einnutungsabschnitte 2000 und 2001 des U-förmigen Brückenleitersegments 37, wie deutlich in 24 dargestellt, in der Viertschichtposition in der Nut Nr. 2 bzw. in der Zweitschichtposition in der Nut Nr. 20 angeordnet sind. Die Erstphasenwicklung 10 verläuft im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung der Statorspule 31, während die Zweitphasenwicklung 11 entgegen dem Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung der Statorspule 31 verläuft, daher wird ein Spulenzusammenfügungsende 3001 des Brückenleitersegments 37, anders als bei den Wellenwicklungssegmenten 34, entgegen dem Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung gebogen.
Der Aufbau des Brückenleitersegments 37 wird ausführlicher mit Bezug auf 24 beschrieben.
Das Brückenleitersegment 37 besteht aus Schenkeln oder den Einnutungsabschnitten 2000 und 2001, dem ersten Spulenzusammenfügungsende 3000, das zum Einnutungsabschnitt 2000 führt, dem vorderen Ende 5000, den schrägen Kopfabschnitten 4000 und 4001, die vom vorderen Ende 5000 ausgehen, und dem zweiten Spulenzusammenfügungsende 3001, das zum Einnutungsabschnitt 3000 führt. Der Einnutungsabschnitt 2000, das erste Spulenzusammenfügungsende 3000 und der schräge Kopfabschnitt 4000 verlaufen von der Viertschichtposition innerhalb der Nut 350 aus. Der Einnutungsabschnitt 2001, das zweite Spulenzusammenfügungsende 3001 und der schräge Kopfabschnitt 4001 verlaufen von der Zweitschichtposition innerhalb der Nut 350 aus.
In der Regel werden die Spulenzusammenfügungsenden (d.h. die Endabschnitte 331f, 331g, 332f und 332g, wie in 2 dargestellt) der Leitersegmente 33 in den Herstellungsprozessen für die Statorspule 31 gespreizt oder gebogen, indem benachbarte zwei von vier Ringen mit Nuten, in die Leitersegmente 33 eingeführt sind, in entgegengesetzte Umfangsrichtungen gebogen werden. In der vierten Ausführungsform werden die Spulenzusammenfügungsenden, die zu den Einnutungsabschnitten führen, die in den Zweit- und Viertschichtpositionen innerhalb der Nut 350 angeordnet sind, entgegen dem Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung der Statorspule 31 gebogen, wodurch die ersten und zweiten Spulenzusammenfügungsenden 3000 und 3001 gleichzeitig in der gleichen Richtung gebogen werden können. Dieses Biegeverfahren kann auf jede der in der Technik bekannten Weisen durchgeführt werden. Das Brückenleitersegment 37 kann alternativ dazu durch Biegen von Endabschnitten von I-förmigen Leitern und anschließendes Verschweißen von zwei der Endabschnitte ausgebildet werden.
Auf die oben beschriebene Weise werden die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 in Reihe aneinander gefügt, um die Statorspule 31 zu bilden, wodurch die Anlegung einer doppelt so hohen Spannung an die Wechselstrommaschine 1 bzw. die Ausgabe einer doppelt so hohen Spannung von dieser möglich ist.
Die drei Leitersegmentsätze 330 können alternativ in Radiusrichtung innerhalb jeder der Nuten 350 des Statorkerns 32 gruppiert sein, um eine dreifach gewundene Statorspule herzustellen. In diesem Fall werden die Leitersegmentsätze 330, die an den innersten Positionen in den Nuten 350 angeordnet sind, wie die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 der ersten Ausführungsform, die parallel verbunden sind, so zusammengefügt, dass sie eine Phasenwicklung X bilden. Die Leitersegmentsätze 330, die an den äußersten Schichtpositionen in den Nuten 350 angeordnet sind, werden, wie die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 der ersten Ausführungsform, die parallel verbunden sind, so zusammengefügt, dass sie eine Phasenwicklung Y bilden. Die Leitersegmentsätze 330, die an Mittelschichtpositionen in den Nuten 350 angeordnet sind, werden, wie die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 der dritten Ausführungsform, die parallel verbunden sind, so zusammengefügt, dass sie eine Phasenwicklung Z bilden. Die Phasenwicklungen X Y und Z werden in Reihe aneinander gefügt, um die dreifach gewundene Statorspule zu vervollständigen. Alternativ dazu können alle sechs Phasenwicklungen 10 und 11 auf solche Weise in Reihe geschaltet werden wie in der dritten Ausführungsform, um eine sechsfach gewundene Statorspule zu bilden.
25 zeigt die Wechselstrommaschine 1 zur Verwendung in Kraftfahrzeugen gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung.
Die Wechselstrommaschine 1 besteht im Wesentlichen aus dem Stator 3, dem Rotor 2, dem Gehäuse 50, der Drehwelle 7, dem Gleichrichter 5, den Bürsten 8 und den Schleifringen 9.
Der Stator 3 wird von einer inneren Umfangswand des Gehäuses 50 gehalten. Genauer besteht das Gehäuse 50 aus zwei separaten Teilen. Durch Zusammenfügen der separaten Teile kann der Stator 3 gehalten werden, wie deutlich in der Zeichnung zu sehen ist. Der Rotor 2 ist an der Drehwelle 7 installiert und diese wird von Stirnwänden des Gehäuses 50 unter Verwendung eines Lagerpaars drehbar getragen. Die Drehwelle 7 ist über eine (nicht dargestellte) Zugmittelscheibe mechanisch mit dem Verbrennungsmotor verbunden.
Der Rotor 2 besteht aus einem Polkern 80 vom Rundelpol-Typ mit klauenartigen Magnetpolen und der Feldspule 110, die am Polkern 80 installiert ist. Die Feldspule 110 wird über die Schleifringe 9 mit Leistung von den Bürsten 8 versorgt.
Der Stator 3 besteht aus dem Statorkern 32 und der Statorspule 31, die von einer dreiphasigen, in Sternform verbundenen Wicklung gebildet wird. Am Statorkern 32 sind, wie in 26 deutlich zu sehen ist, Zähne T ausgebildet, die gleichwinklig beabstandete Nuten 350 begrenzen. Die Statorspule 31 besteht aus hintereinander aneinander gefügten U-förmigen Leitersegmenten 33, die in die Nuten 350 eingeführt sind. Die Isolatoren 340 dienen dazu, die Leitersegmente 33 gegen den Statorkern 32 zu isolieren. Jedes der Leitersegmente 33 besteht aus einem Paar Schenkel oder Einnutungsabschnitten 633, dem V-förmigen Spulenende 611, das von den Einnutungsabschnitten 633 von einem Ende des Statorkerns nach außen verläuft, einem Paar aus Spulenzusammenfügungsenden 612, die von den Einnutungsabschnitten 33 aus dem anderen Ende des Statorkerns 32 nach außen verlaufen.
Im Statorkern 32 sind die Nuten 350 ausgebildet, zwei (q = 2) für jeden Pol in jeder Phase. Insgesamt p·q·m (p = Zahl de Pole, m = Zahl der Phasen) Nuten 350 sind in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung des Statorkerns 32 ausgebildet.
Die Statorspule 31 besteht aus den Leitersegmenten 33, die von rechts nach links, wie in 27 dargestellt, teilweise in die Nuten 350 eingeführt sind. Jedes Ende der Leitersegmente 33 wird, wie bei 34 bezeichnet, mit einem der Enden eines anderen Leitersegments 33 verschweißt, um drei Phasenwickel (d.h. die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel) zu bilden, die miteinander verkoppelt werden, um die so genannte dreiphasige sternförmig verbundenen Wicklung zu bilden. Die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel können alternativ über die so genannte Delta-Verbindung aneinander gefügt werden.
Innerhalb jeder der Nuten 350 sind sechs der Einnutungsabschnitte 633 in einer Linie gruppiert oder in Radiusrichtung des Statorkerns 32 ausgerichtet. In der folgenden Erörterung werden die sechs Einnutungsabschnitte 633, die jeweils in den Nuten 350 angeordnet sind, von außen nach innen im Statorkern, auch Erst-, Zweit-, Dritt-, Viert-, Fünft- bzw. Sechstschicht-Leiterabschnitt bezeichnet. Genauer bildet der innerste der Einnutungsabschnitte 633, die in den einzelnen Nuten 350 angeordnet sind, den Erstschicht-Leiterabschnitt, der zweitinnerste bildet den Zweitschicht-Leiterabschnitt, der drittinnerste bildet den Drittschicht-Leiterabschnitt, der äußerste bilden den Sechstschicht-Leiterabschnitt, der zweitäußerste bilden den Fünftschicht-Leiterabschnitt und der drittäußerste bilden den Viertschicht-Leiterabschnitt. Die Orte der ersten bis sechsten Schichten in den einzelnen Nuten 350 werden nachstehend auch als Erst-, Zweit-, Dritt-, Viert-, Fünft- und Sechstschichtpositionen bezeichnet. Die Leiterabschnitte der ersten bis sechsten Schichten werden nachstehend auch mit Bezugszeichen 731, 732, 733, 734, 735 bzw. 736 bezeichnet. Die beiden Einnutungsabschnitte 633 jedes der Leitersegmente 33 werden in zwei der Nuten 350 eingeführt, die einen bestimmten Abstand zueinander haben (z.B. einen elektrischen Winkel n), und sind an verschiedenen Schichtpositionen in den Nuten 350 angeordnet.
Das Bezugszeichen 300 in 27 zeigt ein Wellenwicklungssegment (d.h. das große Leitersegment 331) an, wobei die Einnutungsabschnitte 633 an den Erst- und Sechstschichtpositionen angeordnet sind. Das Bezugszeichen 301 zeigt ein Schleifenwicklungssegment (d.h. das kleine Leitersegment 332) an, wobei die Einnutungsabschnitte 633 an den Zweit- und Drittschichtpositionen angeordnet sind. Das Bezugszeichen 302 zeigt ein Schleifenwicklungssegment (d.h. das kleine Leitersegment 332) an, bei dem die Einnutungsabschnitte 633 an den Viert- und Fünftschichtpositionen angeordnet sind. Das Wellenwicklungssegment 300 verläuft über den Schleifenwicklungssegmenten 301 und 302.
Der Ausdruck „Wellenwicklungssegment", wie hierin verwendet, stellt das Leitersegment 33 dar, bei dem die Spulenzusammenfügungsenden 612 in entgegengesetzte Umfangsrichtungen des Statorkerns 32 verlaufen. Der Ausdruck „Schleifenwicklungssegment" bezeichnet das Leitersegment 33, dessen Spulenzusammenfügungsenden 612 in aufeinander zulaufende Umfangsrichtungen des Statorkerns 32 verlaufen.
Die Statorspule 31 besteht, wie oben beschrieben, aus den U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickeln, die sternförmig verbunden sind. Der Aufbau der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel ist jeweils gleich, und nachstehend wird nur auf den U-Phasenwickel eingegangen.
28 zeigt einen Schaltplan des U-Phasenwickels 3U.
Der U-Phasenwickel 3U besteht aus der Erstphasenwicklung 10 und der Zweitphasenwicklung 11, die parallel miteinander verbunden sind. Die Erstphasenwicklung 10 besteht aus dem Erstwindungswickel 3000, dem Zweitwindungswickel 4000 und dem besonderen Leitersegment 5000, das diese in Reihe verbindet. Ebenso besteht die Zweitphasenwicklung 11 aus dem Erstwindungswickel 3001, dem Zweitwindungswickel 4001 und dem besonderen Leitersegment 5001, das sie in Reihe verbindet. Der Erstwindungswickel 3001 und der Zweitwindungswickel 4001 können untereinander ausgetauscht werden. Der Erstwindungswickel 3001 und der Zweitwindungswickel 4001 können untereinander ausgetauscht werden. Der Erstwindungswickel 3000 und der Zweitwindungswickel 4000 können ebenfalls untereinander ausgetauscht werden.
29 ist eine Entwicklung, welche den U-Phasenwickel 3U darstellt. 30 ist eine Entwicklung, welche die Erstphasenwicklung 10 darstellt. 31 ist eine Entwicklung, welche die Zweitphasenwicklung 11 darstellt.
Eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie stellt einen der Einnutungsabschnitte 633 des Leitersegments 33 dar, das jeweils in der Erstschichtposition innerhalb der Nuten 350 angeordnet ist, wobei das V-förmige Spulenende 311 und das Spulenzusammenfügungsende 312 von diesem ausgehen. Eine gestrichelte Linie rechts von der abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie stellt einen der Einnutungsabschnitte 633 des Leitersegments 33 dar, das jeweils an der Zweitschichtposition innerhalb der Schlitze 350 angeordnet ist, wobei das V-förmige Spulenende 311 und das Spulenzusammenfügungsende 312 von diesem ausgehen. Eine durchgezogene Linie links von der gestrichelten Linie stellt einen der Einnutungsabschnitte 633 des Leitersegments 33 dar, das an jeweils der Viertschichtposition innerhalb der Nuten 350 angeordnet ist, wobei das V-förmige Spulenende 311 und das Spulenzusammenfügungsende 312 von diesem ausgehen. Eine gestrichelte Linie links von der Linie aus abwechselnd einem langen und zwei kurzen Strichen stellt einen der Einnutungsabschnitte 633 des Leitersegments 33 dar, das jeweils an der Fünftschichtposition innerhalb der Nuten 350 angeordnet ist, wobei das V-förmige Spulenende 311 und das Spulenzusammenfügungsende 312 von diesem ausgehen. Eine durchgezogene Linie auf der äußersten linken Seite innerhalb jeder der Nuten 350 stellt einen der Einnutungsabschnitte 633 des Leitersegments 33 dar, das jeweils an der Sechstschichtposition innerhalb der Nuten 350 angeordnet ist, wobei das V-förmige Spulenende 311 und das Spulenzusammenfügungsende 312 von diesem ausgehen. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind in 29 bis 31 die halben Leitersegmente 33 weggelassen und es wird eine Vierpolstruktur dargestellt. Die Zahl der Pole kann aber auch eine andere sein.
Die Erstphasenwicklung 10 besteht, wie oben beschrieben, aus dem Erstwindungswickel 3000, dem Zweitwindungswickel 4000 und dem besonderen Leitersegment 5000, das diese in Reihe verbindet.
Der Erstwindungswickel 3000 wird durch hintereinander Zusammenfügen der Wellenwicklungssegmente 300 mit den Erst- und Sechstschicht-Leiterabschnitten 731 und 736, der ersten Schleifenwicklungssegmente 301 mit den Zweit- und Drittschicht-Leiterabschnitten 732 und 733 und der zweiten Schleifenwicklungssegmente 302 mit den Viert- und Fünftschicht-Leiterabschnitten 734 und 735 ausgebildet. Genauer werden die Einnutungsabschnitte 633 der Leitersegmente 33 hintereinander vom Erstschicht-Leiterabschnitt 731 zum Zweitschicht-Leiterabschnitt 732 zum Drittschicht-Leiterabschnitt 733 zum Viertschicht-Leiterabschnitt 734 zum Fünftschicht-Leiterabschnitt 735 zum Sechstschicht-Leiterabschnitt 736 und zum Erstschicht-Leiterabschnitt 731 aneinander gefügt.
Falls die Polteilung auf P Polteilungen eingestellt ist (P = 6 in dieser Ausführungsform), d.h. wenn zwei Nuten 350 für jeden Pol in jeder Phase bereitgestellt sind, ist eine Schweißstelle-zu-Schweißstelle-Teilung PW der Spulenzusammenfügungsenden 612 der Wellenwicklungssegmente 300 gleich (2P – 1) Nutteilungen. Eine Schweißstelle-zu-Schweißstelle-Teilung P1 des ersten Schleifenwicklungssegments 301 ist gleich einer halben Nutteilung (1/2). Ebenso ist eine Schweißstelle-zu-Schweißstelle-Teilung P2 des zweiten Schleifenwicklungssegments 302 gleich einer halben Nutteilung (1/2). Eine Schweißstelle-zu-Schweißstelle-Teilung einer Kombination aus dem Wellenwicklungssegmente 300 und den ersten und zweiten Schleifenwicklungssegmenten 301 und 302 ist daher gleich zwei Polteilungen (2P). Ein Abstand zwischen den Einnutungsabschnitten 633 der einzelnen Wellenwicklungssegmente 300 und der ersten und zweiten Schleifenwicklungssegmente 301 und 302, d.h. eine Schenkel-zu-Schenkel-Teilung ist gleich P – 1 Nutteilungen. Genauer sind die V-förmigen Spulenenden 611 und die Spulenzusammenfügungsenden 612 in Fraktionsteilungen angeordnet, was die Verkürzung der Statorspule 31 in der Umfangsrichtung ermöglicht.
Der Erstwindungswickel 3000 der Erstphasenwicklung 10 verläuft vom U-Phasen-Anschlussdraht 33U zur Hälfte des Wellenwicklungssegments 300 (d.h. dem Erstschicht-Leiterabschnitt 731) zum ersten Schleifenwicklungssegment 301 (d.h. den Zweit- und Drittschicht-Leiterabschnitten 734 und 735) zum Wellenwicklungssegment 300 (d.h. den Sechst- und Erstschicht-Leiterabschnitten 736 und 731) zum ersten Schleifenwicklungssegment 301 (d.h. den Zweit- und Drittschicht-Leiterabschnitten 732 und 733) und zum zweiten Schleifenwicklungssegment 302 (d.h. zu den Viert- und Fünftschicht-Leiterabschnitten 734 und 735) und führt über das besondere Leitersegment 5000 (d.h. die Sechst- und Erstschicht-Leiterabschnitte 736 und 731) zum Zweitwindungswickel 4000.
Das besondere Leitersegment 5000, dessen Einnutungsabschnitte in der Sechst- und Erstschichtposition der Nuten 350 angeordnet sind, weist eine Schenkel-zu- Schenkel-Teilung (d.h. eine Rückseitenteilung) auf, die um mindestens eine Nutteilung kürzer ist die des Wellenwicklungssegments 300. Einer der Einnutungsabschnitte 633 des besonderen Leitersegments 5000 bildet einen hinteren von den Einnutungsabschnitten 633 des Erstwindungswickels 3000, während der anderen Einnutungsabschnitt 633 einen vorderen von den Einnutungsabschnitten 633 des Zweitwindungswickels 4000 bildet.
Der Zweitwindungswickel 4000 unterscheidet sich vom Erstwindungswickel 3000 dahingehend, dass er um eine Nutteilung nach links versetzt ist. Der Aufbau und die Wicklungsrichtung sind gleich. Der Einnutungsabschnitt 633 des besonderen Leitersegments 5000, das einen vorderen von den Einnutungsabschnitten 633 des Zweitwindungswickels 4000 bildet, ist jedoch in der Erstschichtposition angeordnet. Als Folge davon verläuft der Zweitwindungswickel 4000 zu den Zweit- und Drittschicht-Leiterabschnitten 732 und 733 des ersten Schleifenwicklungssegments 301 und zu den Viert- und Fünftschicht-Leiterabschnitten 734 und 735 des zweiten Schleifenwicklungssegments 302 und führt durch den Sechstschicht-Leiterabschnitt 736 des Wellenwicklungssegments 300 zum neutralen Punkt 33N.
Die Zweitphasenwicklung 11 besteht, wie oben beschrieben, aus dem Erstwindungswickel 3001, dem Zweitwindungswickel 4001 und dem besonderen Leitersegment 5001, das diese in Reihe verbindet.
Der Erstwindungswickel 3001 wird, wie in 31 dargestellt, dadurch gebildet, dass – jeweils nacheinander – die Wellenwicklungssegmente 300 mit den Erst- und Sechstschicht-Leiterabschnitten 731 und 736 zusammengefügt werden, die ersten Schleifenwicklungssegmente 301 mit den Zweit- und Drittschicht-Leiterabschnitten 732 und 733 und die zweiten Schleifenwicklungssegmente 302 mit den Viert- und Fünftschicht-Leiterabschnitten 734 und 735. Genauer werden die Einnutungsabschnitte 633 der Leitersegmente 33 nacheinander vom Zweitschicht-Leiterabschnitt 732 zum Erstschicht-Leiterabschnitt 731 zum Sechstschicht-Leiterabschnitt 736 zum Fünftschicht-Leiterabschnitt 735 zum Viertschicht-Leiterabschnitt 734 zum Drittschicht-Leiterabschnitt 733 und zum Zweitschicht-Leiterabschnitt 732 zusammengefügt.
Falls die Polteilung auf P Nutteilungen (P = 6 in dieser Ausführungsform) eingestellt ist, d.h. wenn zwei Nuten 350 für jeden Pol in jeder Phase vorgesehen sind, ist die Schweißstelle-zu-Schweißstelle-Teilung PW der Spulenzusammenfügungsenden 612 der Wellenwicklungssegmente 300 gleich (2P – 1) Nutteilungen. Die Schweißstellezu-Schweißstelle-Teilung P1 der ersten Schleifenwicklungssegmente 301 ist gleich einer halben Nutteilung (1/2). Ebenso ist die Schweißstelle-zu-Schweißstelle-Teilung P2 der zweiten Schleifenwicklungssegmente 302 gleich einer halben Nutteilung (1/2). Die Schweißstelle-zu-Schweißstelle-Teilung einer Kombination aus dem Wellenwicklungssegment 300 und den ersten und zweiten Schleifenwicklungssegmenten 301 und 302 ist daher gleich zwei Polteilungen (2P). Ein Abstand zwischen den Einnutungsabschnitten 633 jedes der Wellenwicklungssegmente 300 und der ersten und zweiten Schleifenwicklungssegmente 301 und 302, d.h. ein Schenkel-zu-Schenkel-Abstand, ist gleich P – 1 Nutteilungen. Genauer sind die V-förmigen Spulenenden 611 und die Spulenzusammenfügungsenden 611 in fraktionalen Teilungen angeordnet, wodurch sie in Umfangsrichtung der Statorspule 31 verkürzt werden können.
Der Erstwindungswickel 3001 der Zweitphasenwicklung 11 verläuft vom vorderen U-Phasen-Anschlussdraht 33U zur Hälfte des ersten Schleifenwicklungssegments 301 (d.h. zum Zweitschicht-Leiterabschnitt 732) zum Wellenwicklungssegment 300 (d.h. den Erst- und Sechstschicht-Leiterabschnitten 731 und 736) zum zweiten Schleifenwicklungssegment 302 (d.h. den Fünft- und Viertschicht-Leiterabschnitten 735 und 734) zum ersten Schleifenwicklungssegment 301 (d.h. den Dritt- und Zweitschicht-Leiterabschnitten 733 und 732) zum zweiten Schleifenwicklungssegment 302 (d.h. den Dritt- und Zweitschicht-Leiterabschnitten 733 und 732) und zum Wellenwicklungssegment 300 (d.h. den Erst- und Sechstschicht-Leiterabschnitten 731 und 736) und führt über das besondere Leitersegment 5001 (d.h. die Dritt- und Viertschicht-Leiterabschnitte 733 und 734) zum Zweitwindungswickel.
Das besondere Leitersegment 5001, dessen Einnutungsabschnitte an den Dritt- und Viertschichtpositionen der Nuten 350 angeordnet sind, weist eine Schenkel-zu-Schenkel-Teilung auf, die um mindestens eine Nutteilung kürzer ist als die der ersten und zweiten Schleifenwicklungssegmente 301 und 302. Einer der Einnutungsabschnitte des besonderen Leitersegments 5001 bildet einen hinteren der Einnutungsabschnitte 633 des Erstwindungswickels 3001, während der anderen Einnutungsabschnitt einen vorderen der Einnutungsabschnitte 633 des Zweitwindungswickels 4001 bildet.
Der Zweitwindungswickel 4001 unterscheidet sich vom Erstwindungswickel dahingehend, dass er um eine Nutteilung nach links versetzt ist. Der Aufbau und die Wicklungsrichtung sind gleich. Der Einnutungsabschnitt 633 des besonderen Leitersegments 5001, der einen vorderen der Einnutungsabschnitte 633 des Zweitwindungswickels 4001 bildet, ist jedoch an der Viertschichtposition angeordnet. Als Folge davon verläuft der Zweitwindungswickel zu den Dritt- und Zweitschicht-Leiterabschnitten 733 und 732 des ersten Schleifenwicklungssegments 301 und zu den Erst- und Sechstschicht-Leiterabschnitten 731 und 736 des Wellenwicklungssegments 300 und führt über den Fünftschicht-Leiterabschnitt 735 des zweiten Schleifenwicklungssegments 302 zum neutralen Punkt 33N.
32 zeigt Orte der Einnutungsabschnitte 633 der Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 innerhalb der Nuten 350.
Die Einnutungsabschnitte 633 des U-Phasenwickels 3U sind in den Nuten 350 mit den Nummern 2, 20 und 14 angeordnet. Einige der Schichtpositionen der linken Nuten 350 mit den Nummern 21 und 15 sind als leer dargestellt, in der Praxis sind jedoch die Einnutungsabschnitte 633 des W-Phasenwickels darin angeordnet. Ebenso sind die Einnutungsabschnitte 633 des W-Phasenwickels an einigen der Schichtpositionen der Nuten 350, die als leer dargestellt sind, angeordnet.
Die besonderen Leitersegmente 5000 und 5001 können alternativ eine um eine Nutteilung längere Rückseitenteilung als die Wellenwicklungssegmente 300 und die ersten und zweiten Schleifenwicklungssegmente 301 und 302 aufweisen.
33 ist eine Entwicklung, welche die Statorspule 31 darstellt, die durch eine Sternverbindung des U-Phasenwickels 3U, des V-Phasenwickels und des W-Phasenwickels gebildet wird.
Der U-Phasenwickel, der V-Phasenwickel und die W-Phasenwickel weisen Paare von Anschlussdrähten 33U, 33V bzw. 33W auf. Die Anschlussdrähte 33U führen zu angrenzenden zwei der Einnutungsabschnitte 633, die in einer der Nuten 350 angeordnet sind. Das gleiche gilt für die Anschlussdrähte 33V und 33W.
Die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel sind über Neutralzusammenfügungsdrähte 33N' am neutralen Punkt 33N angeschlossen. 36C bezeichnet eines der besonderen Leitersegmente 5000 und 5001. Die Neutralzusammenfügungsdrähte 33N' sind jeweils paarweise für jede Phase vorgesehen. Die Neutralzusammenfügungsdrähte 33N' jedes Paars führen zu benachbarten zwei der Einnutungsabschnitte 633, die in einer der Nuten 350 angeordnet sind.
Genauer verlaufen, wie in 33 dargestellt, die Anschlussdrähte 33U, welche an Enden der Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 des U-Phasenwickels angeschlossen sind, von benachbarten zwei der Einnutungsabschnitte 633 (d.h. den Erst- und Zweitschicht-Leiterabschnitten 731 und 732) aus, die in einer der Nuten angeordnet sind. Das gleiche gilt für die Anschlussdrähte 33V und 33W der V-Phasen- und W-Phasenwickel. Die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33N', die an andere Enden der Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 des U-Phasenwickels angeschlossen sind, verlaufen von benachbarten zwei der Einnutungsabschnitte 633 (d.h. den Sechst- und Fünftschicht-Leiterabschnitten 736 und 735) aus, die in einer der Nuten 350 angeordnet sind. Das gleiche gilt für den V-Phasen- und W-Phasenwickel. Dies erleichtert die einfache Anordnung der Anschlussdrähte 33U bis 33W und 33N' und die Verbindung der Anschlussdrähte 33N' am neutralen Punkt 33N und der Anschlussdrähte 33U bis 33W mit externen Anschlüssen und auch die einfache Formung und Herstellung der Anschlussdrähte 33U bis 33W und 33N'. Alternativ dazu können die Anschlussdrähte 33U von den Sechst- und Fünftschicht-Leiterabschnitten 736 und 735 aus verlaufen, wobei die Neutralpunkt-Anschlussdrähte 33N' von den Erst- und Zweitschicht-Leiterabschnitten 731 und 732 aus verlaufen können.
Die Abstände oder Rückseitenteilungen zwischen den Einnutungsabschnitten 633 der besonderen Leitersegmente 5000 und 5001 sind jeweils gleich, wodurch die besonderen Leitersegmente 5000 und 5001 gleichzeitig hergestellt werden können durch Einfügen eines großen Leiters und eines kleinen Leiters in Nuten von Ringen und Drehen der Ringe in entgegengesetzte Richtungen, um Endabschnitte der großen und kleinen Leitersegmente zu spreizen oder zu biegen, um die U-förmigen besonderen Leitersegmente 5000 bzw. 5001 zu bilden.
Die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33N' verlaufen von den Einfügungsabschnitten 633 (d.h. den hinteren der Einfügungsabschnitte 633 der Zweitwindungswickel 4000 und 4001) aus, die außerhalb der Einnutungsabschnitte 633 der besonderen Leitersegmente 5000 und 5001 angeordnet sind. Die Anschlussdrähte 33U (33V oder 33W) verlaufen von den Einnutungsabschnitten 633 (d.h. den vorderen der Einnutungsabschnitte 633 der Erstwindungswickel 3000 und 3301) aus. Dadurch können die Köpfe der besonderen Leitersegmente 5000 und 5001, die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33N' und die Anschlussdrähte 33U, 33V und 33W angeordnet werden, ohne sich im geringsten physisch zu stören. Dies verbessert auch die Freiheit bei der Anordnung der Drähte 33N', 33U, 33V und 33W.
Wie aus der obigen Erörterung hervorgeht, besteht die Statorspule 31 aus den Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11, die einander elektromagnetisch entsprechen, wodurch die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 leicht von einer Reihenverbindung in eine parallele Verbindung oder umgekehrt geändert werden können, was die Verwendung einer Wechselstrommaschine 1 mit Batterien unterschiedlicher Spannungen erleichtert.
Zwei der Nuten 350 sind für jeden Pol in jeder Phase vorgesehen. Die sechs Einnutungsabschnitte 633 sind in jeder der Nuten 350 angeordnet. Dies führt zu einer Vermehrung der Windungen der Statorspule 31 ohne Vermehrung der Pole, was die Verwendung einer Wechselstrommaschine 1 bei höheren Spannungen ermöglicht. Der Abstand oder die Teilung zwischen den Einnutungsabschnitten 633 der einzelnen Wellenwicklungssegmente 300 und der ersten und zweiten Schleifenwicklungssegmente 301 und 302 ist um eine Nutteilung kürzer als die Polteilung, wodurch die Länge, in der eines der Spulenenden der Statorspule 31 übersteht, verringert werden kann. Dadurch wird das Problem vermieden, das bei herkömmlichen Statorspulenkonstruktionen auftritt, nämlich dass die Länge eines der Spulenenden, das von der Stirnfläche des Statorkerns 32 übersteht, ungünstig länger ist als die des anderen Spulenendes, und dies führt zu einer Abnahme des elektrischen Widerstands der Statorspule 31, was die Ausgangsleistung der Wechselstrommaschine 1 erhöht, ohne die Magnetgeräusche zu verstärken.
34 zeigt eine Modifikation der Statorspule 31 der fünften Ausführungsform, in der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel deltaförmig verbunden sind.
Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33U', 33V' und 33W', wie die von 9, sind vorgesehen, die zu vorderen von den Einnutungsabschnitten 633 der Zweitphasenwickel 4000 und 4001 der jeweiligen U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel führen und untereinander über eine Delta-Verbindung verkoppelt sind.
35 zeigt den U-Phasenwickel 3U der Statorspule 31 gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung. 36 ist eine Entwicklung, die den U-Phasenwickel 3U darstellt. 37 zeigt die Erstphasenwicklung 10 des U-Phasenwickels 3U. 38 zeigt die Zweitphasenwicklung 11 des U-Phasenwickels 3U.
Der U-Phasenwickel 3U besteht, wie klar aus 35 hervorgeht, aus der Erstphasenwicklung 10 und der Zweitphasenwicklung 11, wie in der fünften Ausführungsform beschrieben, die über ein Brückenleitersegment 6000 in Reihe aneinander gefügt sind.
Das Brückenleitersegment 6000 weist zwei Einnutungsabschnitte 633 auf, wie diejenigen, die in 26 und 27 dargestellt sind, von denen eines ein hinterer der Einnutungsabschnitte 633 des Zweitwindungswickels 4000 der Erstphasenwicklung 10 ist, der einem hinteren der Einnutungsabschnitte 633 des Zweitwindungswickels 4000 der Erstphasenwicklung 10, der zum Neutralpunkt-Anschlussdraht 33N' führt, der fünften Ausführungsform entspricht, und von denen der andere ein vorderer der Einnutungsabschnitte 633 des Erstwindangwickels 3001 der Zweitphasenwicklung 11 ist, der einem vorderen der Einnutungsabschnitte 633 des Erstwindungswickels 3001 der Zweitphasenwicklung 11, der zum Anschlussdraht 33U führt, in der fünften Ausführungsform entspricht.
Das Brückenleitersegment 6000 wendet somit eine Wickelrichtung des Zweitwindungswickels 4000 der Erstphasenwicklung 10 in die des Erstwindungswickels 3001 der Zweitphasenwicklung 11. Genauer ist der Aufbau der Statorspule 31 dieser Ausführungsform in der Lage, die Wechselstrommaschine 1 bei verschiedenen Spannungen zu verwenden, indem die Zusammenfügung der Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 zwischen Reihenverbindung und Parallelverbindung gewechselt wird und/oder die Zusammenfügung der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel zwischen Sternverbindung und Deltaverbindung gewechselt wird.
39 bis 42 zeigen die Wechselstrommaschine 1 gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung.
Die Wechselstrommaschine 1 ist sechzehn (16)-polig aufgebaut und vom Aufbau der Statorspule 31 her mit denen der obigen fünften und sechsten Ausführungsformen identisch. Innerhalb jeder der Nuten 350 des Statorkerns 32 sind sechs der Einnutungsabschnitte 633 in einer Linie angeordnet oder in Radiusrichtung des Statorkerns 32 ausgerichtet. Anders als in den obigen Ausführungsformen werden die Einnutungsabschnitte 633, die in den einzelnen Nuten 350 angeordnet sind, als Erst-, Zweit-, Dritt-, Viert-, Fünft- und Sechstschicht-Leiterabschnitte in der Reihenfolge ihrer radialen Orte von außen her bezeichnet. Genauer sind die Erst-, Zweit-, Dritt-, Viert-, Fünft- und Sechstschicht-Leiterabschnitte radial von außen nach innen im Statorkern 31 angeordnet. Das Paar aus Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähten 33N' verläuft von den Fünft- und Sechstschicht-Leiterabschnitten aus. Die Anschlussdrähte 33U, 33V und 33W verlaufen von den Erst- und Zweitschicht-Leiterabschnitten aus. Die Statorspule 31 ist vom Aufbau her mit der der fünften Ausführungsform identisch. Genauer sind die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 jeder der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel parallel miteinander verbunden. Die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel sind sternförmig verbunden.
In 41 bezeichnet die Bezugszahl 3110 ein Spulenende der Statorspule 31, das aus den V-förmigen Spulenenden 611 der Leitersegmente 33 besteht. Die Bezugszahl 3120 bezeichnet ein Spulenende der Statorspule 31, das aus den Spulenzusammenfügungsenden 612 der Leitersegmente 33 besteht.
Wie in 39 dargestellt, weist die Wechselstrommaschine 1 einen vorderen Rahmen 110 und einen hinteren Rahmen 120 auf, in denen der Rotor 2 mittels eines Lagerpaars drehbar getragen wird. Der vordere Rahmen 110 und der hintere Rahmen 120 halten den Statorkern 32 zwischen sich und sind durch Durchgangsbolzen 41 fest zusammengefügt, so dass sie den Statorkern 32 am Drehen hindern.
Die Anschlusstafel 13 ist an einer Umfangswand des hinteren Rahmens 120 durch Bolzen 43 gesichert. Die Anschlusstafel 13 weist dreiphasige Anschlussbolzen 13a auf, die dazu dienen, Verbindungen von Eingangs/Ausgangs-Anschlüssen der Wechselstrommaschine 1 mit drei Wechselstromanschlüssen eines (nicht dargestellten) dreiphasigen Wechselrichters herzustellen. Die Länge eines ersten Umfangsabschnitts, in 40 mit Θ bezeichnet, des hinteren Rahmens 120, die parallel zur Rotorwelle 21 verläuft, an dem die Anschlusstafel 13 nicht angebracht ist, ist um einen Abstand ΔL kürzer als die eines zweiten Umfangsabschnitts, von einer gestrichelten Linie in 39 dargestellt, an dem die Anschlusstafel 13 angebracht ist. Die Bezugszahl 42 zeigt eine Stirnfläche des zweiten Umfangsabschnitts an, an dem die Anschlusstafel 13 befestigt ist. Die geringere Länge des ersten Umfangsabschnitts des hinteren Rahmens 120, der in 40 mit θ bezeichnet ist, führt zu einer geringeren Länge der Durchgangsbolzen 41. Genauer ist der Winkelbereich, der von den Anschlussdrähten 33U, 33V und 33W eingenommen wird, wie in der ersten Ausführungsform relativ klein, wodurch die Länge des hinteren Rahmens 120, die parallel zur Welle 21 verläuft, verringert werden kann.
Genauer ragen in einem Winkelbereich, der etwa zwei Polteilungen entspricht, innerhalb denen die Anschlussdrähte 33U, 33V und 33W und die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33N' angeordnet sind, Enden der Drähte 33U bis 33W und 33N' in der axialen Richtung der Wechselstrommaschine 1 vor, wodurch die Anschlusstafel 13 in diesem Winkelbereich eingebaut werden kann. Dadurch kann die Länge des ersten Umfangsabschnitts des hinteren Rahmens 120, die einen Bereich von Θ einnimmt, an dem die Anschlusstafel 13 nicht installiert ist, verringert werden, was zu einem verringerten Gewicht des hinteren Rahmens führt und dazu, dass sich die Wechselstrommaschine 1 leichter einbauen lässt.
41 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie A-A in 42 und zeigt den 16-poligen Stator 3 (d.h. einen Anker), der im Wesentlichen aus dem Statorkern 32 und der Statorspule 31 besteht. 42 ist ein Rückseitenaufriss des Stators 3. Der Statorkern 32 schließt eine Laminierung aus elektromagnetischen Stahlblechen ein. Die Statorspule 31 schließt eine dreiphasige Wicklung ein, die, wie in der fünften Ausführungsform, durch Nuten gewickelt ist, die unter Verwendung von Isolierschichten im Statorkern 32 ausgebildet sind. Die Eingangs-/Ausgangsleitung-Verbindung 233 besteht aus den Anschlussdrähten 33U, 33V und 33W verläuft vom ersten Spulenende 312 der Statorspule 31 nach hinten. Eine elektrische Verbindung der Statorspule 31 mit einem (nicht dargestellten) Wechselrichter wird durch Verkuppeln von Crimpkontakten 3300, die an Enden der Anschlussdrähte 33U, 33V und 33W gesichert sind, mit Metallverbindern 13b an der Anschlusstafel 13 eingerichtet, wie in 39 dargestellt.
Einer der beiden neutralen Punkte 33N ist an einem Ort vorgesehen, der mit der Fünftschichtposition einer der Nuten 350 des Statorkerns zusammenfällt, während der andere neutrale Punkt 33N an einem Ort vorgesehen ist, der mit der Sechstschichtposition einer der Nuten 350 des Statorkerns 32 übereinstimmt.
Enden der Erstphasenwicklungen 10 des U-Phasenwickels, des V-Phasenwickels und des W-Phasenwickels verlaufen jeweils von den Fünftschicht-Leiterabschnitten in den Nuten 350 aus und werden in Umfangsrichtung der Statorspule 31 wie die Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte 33N' gebogen, die wiederum an einen der neutralen Punkte 33N geschweißt werden, die zwischen dem Anschlussdraht 33U des U-Phasenwickels und dem Anschlussdraht 33V des V-Phasenwickels vorgesehen sind. Enden der Zweitphasenwicklungen 11 des U-Phasenwickels, des V-Phasenwickels und des W-Phasenwickels verlaufen jeweils von den Sechstschicht-Leiterabschnitten in den Nuten 350 aus und werden in Umfangsrichtung der Statorspule 31 wie die Neutralpunkt-Anfügungsdrähte 33N' gebogen, die ihrerseits am anderen neutralen Punkt 33N, der zwischen dem Anschlussdraht 33W des W-Phasenwickels und dem Anschlussdraht 33V des V-Phasenwickels vorgesehen ist, angefügt werden. Das zweite Spulenende 3120 der Statorspule 31 ist mit Epoxidharz beschichtet, um elektrische Kurzschlüsse zwischen Schweißstellenpaaren der Leitersegmente 330 zu vermeiden. Die Verwendung der beiden neutralen Punkte 33N erlaubt die Verringerung der Zusammenfügungsstellen mit jedem der neutralen Punkte 33N auf drei, wodurch die Anschlussdrähte 33U', 33V' und 33W' leichter an den neutralen Punkten 33N geschweißt werden können.
Jede der Nuten 350 des Statorkerns 32 kann alternativ so entworfen sein, dass sie 6 × n (n = ganze Zahl) Schichtpositionen aufweist, um die n Leitersegmentsätze 330 darin anzuordnen, um n Phasenwicklungssätze herzustellen. Die Phasenwicklungen werden in Reihe oder parallel zusammengefügt, um die Windungen der Statorspule 31 zu vermehren.
43 bis 46 zeigen eine Statorspule 31 gemäß der achten Ausführungsform der Erfindung, die sich von denen der ersten bis dritten Ausführungsformen dahingehend unterscheidet, dass sie aus einer Vollteilungswicklung besteht. Genauer sind bei der Statorspule 31 die vier Einnutungsabschnitte der Leitersegmentsätze 330 in jeder der Nuten 350 der Statorspule 32 angeordnet. Die Teile der Wechselstrommaschine 1 dieser Ausführungsform abgesehen von der Statorspule 31 und deren Drähten sind mit denen der ersten bis dritten Ausführungsform identisch und auf ihre Erklärung wird hier verzichtet.
Die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel der Statorspule 31 sind sternförmig verbunden, aber sie können alternativ auch deltaförmig verbunden sein. Die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel können alternativ an einem einzigen neutralen Punkt angeschlossen sein.
In 43 und 44 stellt eine Linie aus abwechselnden langen und kurzen Strichen, wie in 4 und 5, einen der Einnutungsabschnitte des Leitersegments 33 dar, das jeweils an der Erstschichtposition in den Nuten 350 des Statorkerns 32 angeordnet ist, wobei das V-förmige Spulenende 311 und das Spulenzusammenfügungsende davon ausgehen. Eine gestrichelte Linie stellt einen der Einnutungsabschnitte des Leitersegments 33 dar, das jeweils an der Zweitschichtposition innerhalb der Nuten 350 angeordnet ist, wobei das V-förmige Spulenende und das Spulenzusammenfügungsende 312 davon ausgehen. Eine durchgezogene Linie stellt einen der Einnutungsabschnitte des Leitersegments 33 dar, das jeweils an der Drittschichtposition innerhalb der Nuten 350 angeordnet ist, wobei das V-förmige Spulenende 311 und das Spulenzusammenfügungsende 312 davon ausgehen. Eine Linie aus abwechselnd einem langen Strich und zwei kurzen Strichen stellt einen der Einnutungsabschnitte des Leitersegments 33 dar, das jeweils an der Viertschichtposition innerhalb der Nuten 350 angeordnet ist, wobei das V-förmige Spulenende 311 und die Spulenzusammenfügungsenden 312 davon ausgehen. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind in 43 und 44 die Hälften der Leitersegmente 33 weggelassen.
Wie in der ersten Ausführungsform bestehen der U-Phasenwickel, der V-Phasenwickel und der W-Phasenwickel jeweils aus der Erstphasenwicklung 10 und der Zweitphasenwicklung 11. Die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 sind parallel verbunden, sie können aber alternativ auch in Reihe verbunden sein. Die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 bestehen, wie in der ersten Ausführungsform, aus den Wellenwicklungssegmenten 34 und den Schleifenwicklungssegmenten 35, die abwechselnd zusammengefügt sind.
Die Erstphasenwicklung 10 des U-Phasenwickels beginnt am Erstschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 9 (in 43 nicht dargestellt) angeordnet ist und über den Anschlussdraht 501 zum Anschluss 601 führt, und verläuft in Umfangsrichtung vom Viertschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 16 angeordnet ist, über den Anschlussdraht 502 zum ersten neutralen Punkt N1.
Die Zweitphasenwicklung 11 des U-Phasenwickels beginnt am Zweitschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 9 (in 43 nicht dargestellt) angeordnet ist und über den Anschlussdraht 503 zum Anschluss 602 führt, und verläuft in Umfangsrichtung vom Drittschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 16 angeordnet ist, über den Anschlussdraht 504 zum zweiten neutralen Punkt N2.
Die Erstphasenwicklung 10 des V-Phasenwickels beginnt am Erstschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 29 angeordnet ist und über den Anschlussdraht 505 zum Anschluss 603 führt, und verläuft in Umfangsrichtung vom Viertschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 36 angeordnet ist, über den Anschlussdraht 506 zum ersten neutralen Punkt N1.
Die Zweitphasenwicklung 11 des V-Phasenwickels beginnt am Zweitschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 29 angeordnet ist un über den Anschlussdraht 507 zum Anschluss 604 führt, und verläuft in Umfangsrichtung vom Drittschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 36 angeordnet ist, über den Anschlussdraht 508 zum zweiten neutralen Punkt.
Die Erstphasenwicklung 10 des W-Phasenwickels beginnt am Erstschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 61 angeordnet ist und über den Anschlussdraht 509 zum Anschluss 602 führt, und verläuft in Umfangsrichtung vom Viertschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 68 angeordnet ist, über den Anschlussdraht 510 zum ersten neutralen Punkt N1.
Die Zweitphasenwicklung 11 des W-Phasenwickels beginnt am Zweitschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 61 angeordnet ist und über den Anschlussdraht 511 zum Anschluss 606 führt, und verläuft in Umfangsrichtung vom Drittschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 68 angeordnet ist, über den Anschlussdraht 512 zum zweiten neutralen Punkt.
Die Verdrahtungsmuster der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel sind, wie oben beschrieben, identisch, abgesehen von den Nutorten, durch die hindurch sie verlaufen, und es wird nur auf den U-Phasenwickel Bezug genommen. Die Statorspule 32 weist, wie in den obigen Ausführungsformen, zwei Nuten 350 für jeden Pol in jeder Phase auf. Die Verwendung von Brückenleitern macht es möglich, dass die Statorspule 32 sogar mehr als zwei Nuten aufweist.
Die Erstphasenwicklung 10 des U-Phasenwickels verläuft vom Erstschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 29 angeordnet ist, zum Zweitschicht-Leiterabschnitt, der in der Nur. Nr. 23 angeordnet ist, zum Drittschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 29 angeordnet ist, zum Viertschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 23 angeordnet ist, zum Erstschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 17 angeordnet ist, zum Zweitschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 11 angeordnet ist, zum Drittschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 23 angeordnet ist, und zum Viertschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 11 angeordnet ist, geht in gleicher Reihenfolge weiter und erreicht dann schließlich den Viertschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 36 angeordnet ist.
Der in der Nut Nr. 29 angeordnete Erstschicht-Leiterabschnitt besteht aus einem I-förmigen Leiter, der als Draht verwendet wird. Sowohl die Erstschichtposition, die in der Nut Nr. 23 angeordnet ist, als auch der Drittschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 29 angeordnet ist, bestehen aus dem Schleifenwicklungssegment 35, dessen Spulenzusammenfügungsenden (d.h. Schweißstellen) in Umfangsrichtung an der gleichen Position der Statorspule 31 angeordnet sind. Anders ausgedrückt sind die Spulenzusammenfügungsenden mit einem Nullteilungsabstand angeordnet. Sowohl der Viertschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 23 angeordnet ist, als auch der Erstschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 17 angeordnet ist, bestehen aus dem Wellenwicklungssegment 34, dessen Spulenzusammenfügungsenden mit einem Abstand zueinander in Umfangsrichtung angeordnet sind, der einem elektrischen Winkel 2π entspricht (d.h. 2π Nutteilung). Der Viertschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 36 angeordnet ist, besteht aus einem I-förmigen Leiter, der als Draht verwendet wird. Genauer besteht die Erstphasenwicklung 10 aus den Schleifenwicklungssegmenten 35 und den Wellenwicklungssegmenten 34, die abwechselnd aneinander gefügt sind, und weist an ihren Enden die I-förmigen Leiter auf.
Die Zweitphasenwicklung 11 des U-Phasenwickels verläuft vom Zweitschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 29 angeordnet ist, zum Erschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 35 angeordnet ist, zum Viertschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 41 angeordnet ist, zum Drittschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 47 angeordnet ist, zum Zweitschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 41 angeordnet ist, und zum Erstschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 47 angeordnet ist, geht in gleicher Reihenfolge weiter und erreicht schließlich den Drittschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 36 angeordnet ist.
Der Zweitschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 29 angeordnet ist, besteht aus einem I-förmigen Leiter, der als Draht verwendet wird. Sowohl die Erstschichtposition, die in der Nut Nr. 35 angeordnet ist, als auch der Viertschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 41 angeordnet ist, bestehen aus dem Wellenwicklungssegment 34, dessen Spulenzusammenfügungsenden (d.h. Schweißstellen) mit einem Abstand zueinander in Umfangsrichtung angeordnet sind, der einem elektrischen Winkel von 2π (d.h. 2π Nutteilung) entspricht. Sowohl der Drittschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 47 angeordnet ist, als auch der Zweitschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 41 angeordnet ist, bestehen aus dem Schleifenwicklungssegment 35, dessen Spulenzusammenfügungsenden (d.h. Schweißstellen) an der gleichen Position in Umfangsrichtung der Statorspule 31 angeordnet sind. Anders ausgedrückt, die Spulenzusammenfügungsenden sind mit einem Nullteilungsabstand angeordnet. Der Drittschicht-Leiterabschnitt, der in der Nut Nr. 36 angeordnet ist, besteht aus einem I-förmigen Leitersegment, das als Draht verwendet wird. Genauer besteht die Zweitphasenwicklung 11 aus den Schleifenwicklungssegmenten 35 und den Wellenwicklungssegmenten 34, die abwechselnd zusammengefügt sind, und weist an ihren Enden I-förmige Leiter auf.
Wie aus der obigen Erörterung hervorgeht, verlaufen die ersten und zweiten Phasenwicklungen 10 und 11 in entgegengesetzten Wicklungsrichtungen, und ihre Enden sind nebeneinander in den gleichen Nuten angeordnet. Die dreiphasige, sternförmig verbundene Wicklung (d.h. die Statorspule 31) wird somit dadurch hergestellt, dass die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 parallel verbunden werden, um jeweils U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel zu bilden. Die Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11 können alternativ dazu in Reihe verbunden werden, um entweder eine Sternverbindung oder eine Deltaverbindung der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel herzustellen.
Die Anordnungen der Anschlussdrähte 501 bis 512, der Anschlussdrähte 601 bis 606 und der neutralen Punkte N1 und N2 sind in 45 und 46 dargestellt. Die Anschlüsse der gleichen Phase sind mit einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet, um die Verbindung mit externen Anschlüssen zu erleichtern, sie können alternativ dazu jedoch auch nahe beieinander angeordnet werden.
Wie aus der obigen Erörterung klar wird, besteht jeder der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel, wie in den obigen Ausführungsformen, aus den Erst- und Zweitphasenwicklungen 10 und 11, deren Anschlussdrahtpaare jeweils von den gleichen Nuten aus verlaufen, wodurch die Leiter, die verwendet werden, um die Wicklungen 10 und 11 herzustellen, dünner gemacht werden können. Dadurch kann die maschinelle Verarbeitung solcher Leiter erleichtert werden, und die Anschlussdrähte können gleichzeitig gebogen werden. Außerdem wird durch die Verwendung jeweils der beiden Erst- und Zweitwicklungen 10 und 11 für die die Herstellung der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwickel der Wechsel zwischen deren seriellen und parallelen Verbindungen erleichtert.
Die Statorspule 31 der fünften Ausführungsform, in der jeweils die sechs Einnutungsabschnitte 633 der Leitersegmente 33 innerhalb der Nuten 350 des Statorkerns 32 angeordnet werden, um die Fraktionalteilungswicklung als Statorspule 31 herzustellen, kann auch, wie in der achten Ausführungsform, durch eine Vollteilungswicklung verwirklicht werden.
Eine oder mehrere Kombination(en) der Statorspule 31 des ersten Typs, bei der die sechs Einnutungsabschnitte der Leitersegmente 33 innerhalb der einzelnen Nuten 350 des Statorkerns 32 angeordnet sind, und der Statorspule 31 des zweiten Typs, bei der die vier Einnutungsabschnitte der Leitersegmente 33 innerhalb der einzelnen Nuten 350 des Statorkerns 32 angeordnet sind, können am Statorkern 31 vorgesehen sein, um den Stator 3 herzustellen. Alternativ dazu können eine Vielzahl von sowohl den Statorspulen 31 des ersten Typs als auch den Statorspulen 331 des zweiten Typs am Statorkern 31 vorgesehen sein, um den Stator 3 herzustellen.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf ihre bevorzugten Ausführungsformen offenbart wurde, um ihr besseres Verständnis zu erleichtern, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung auf verschiedene Weise ausgeführt werden kann, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen der dargestellten Ausführungsformen einschließt, die ausgeführt werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt ist.

Claims

Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine, der folgendes aufweist: einen Ankerkern mit q Nuten (350) pro Pol und pro Phase, wobei q eine ganze Zahl größer oder gleich zwei ist und wobei die Nuten in Umfangsrichtung des Ankerkerns angeordnet sind; und eine Ankerwicklung, die aus m Phasenwickeln besteht, wobei m eine ganze Zahl größer oder gleich drei ist und wobei jeder der Phasenwickel aus einer Erstphasenwicklung (10) und einer Zweitphasenwicklung (11) besteht, die identisch sind, was die Zahl ihrer Windungen betrifft, und die in entgegengesetzten Wicklungsrichtungen verlaufen, wobei jede der Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) aus mindestens einem Wellenwicklungssegment (34) und aus Schleifenwicklungssegmenten (35), die abwechselnd aneinander gefügt sind, besteht, wobei das Wellenwicklungssegment (34) und die Schleifenwicklungssegmente (35) durch hintereinander angefügte Leitersegmente (33) gebildet werden, wobei jedes der Leitersegmente (33) einen im Wesentlichen V-förmigen Kopfabschnitt, ein Paar Schenkelabschnitte, die von den Enden des Kopfabschnitts ausgehen und in zwei Nuten (350) des Ankerkerns, die einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen, angeordnet sind, und ein Paar Anfügungsendabschnitte, die von den Enden der Schenkelabschnitte ausgehen, einschließt, wobei s von den Schenkelabschnitten in jeder der Nuten des Ankerkerns in Radiusrichtung des Ankerkerns angeordnet sind, wobei s eine ganze Zahl größer oder gleich vier ist, wobei jeweils ein Anfügungsendabschnitt jedes der Leitersegmente (33) an einen der Anfügungsendabschnitte eines anderen der Leitersegmente (33) angefügt ist, um jeweils die Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) auszubilden, wobei das Wellenwicklungssegment (34) aus dem Leitersegment (33) besteht, dessen Anfügungsendabschnitte an seinen Enden in einem Abstand zueinander von etwa einer doppelten Polteilung angeordnet sind, jedes der Schleifenwicklungssegmente aus dem Leitersegment (33) besteht, dessen Anfügungsendabschnitte an seinen Enden in einem Abstand zueinander von etwa null Nutteilungen oder einer Nutteilung angeordnet sind, und wobei ein Ende der Erstphasenwicklung (10) und ein Ende der Zweitphasenwicklung (11) jeweils aus einer Hälfte eines der Leitersegmente (33) gebildet ist, wobei die Hälfte des Leitersegments (33) die Hälfte des V-förmigen Kopfabschnitts, einen Schenkelabschnitt und einen Anfügungsendabschnitt umfasst, wobei die Schenkelabschnitte der Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) in Radiusrichtung nebeneinander innerhalb der gleichen von den Nuten (350) des Ankerkerns angeordnet sind und zu zwei ersten Anschlussdrähten führen, und das andere Ende der Erstphasenwicklung (10) und das andere Ende der Zweitphasenwicklung (11) jeweils aus einer Hälfte des Leitersegments (33) gebildet sind, wobei die Hälfte des Leitersegments (33) die Hälfte des V-förmigen Kopfabschnitts, einen Schenkelabschnitt und einen Anfügungsendabschnitt umfasst, wobei die Schenkelabschnitte der Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) in Radiusrichtung nebeneinander innerhalb der gleichen von den Nuten des Ankerkerns angeordnet sind und zu zwei zweiten Anschlussdrähten führen.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine (1) nach Anspruch 1, wobei jeweils vier der Schenkelabschnitte der Leitersegmente (33) in den Nuten (350) des Ankerkerns von der Innen- zur Außenseite des Ankerkerns in Radiusrichtung des Ankerkerns als Erstschicht-, Zweitschicht-, Drittschicht- und Viertschichtleiter angeordnet sind, wobei die Erst- und Zweitphasenwicklungen (10; 11) jeweils in eine erste und eine zweite Gruppe unterteilt sind, wobei die erste Gruppe aus den Leitersegmenten (33) besteht, die die Erstschicht- und Viertschichtleiter aufweisen, die um eine bestimmte Nutteilung voneinander beabstandet sind, und die zweite Gruppe aus den Leitersegmenten (33) besteht, die die Zweitschicht- und Drittschichtleiter aufweisen, die um eine bestimmte Nutteilung voneinander beabstandet sind, wobei die vorderen Enden der Anfügungsendabschnitte, die zu den Erstschichtleitern führen, mit vorderen Enden der Anfügungsendabschnitte, die zu den Zweitschichtleitern führen, zusammengefügt sind, und die vorderen Enden der Anfügungsendabschnitte, die zu den Drittschichtleitern führen, mit vorderen Enden der Anfügungsendabschnitte, die zu den Viertschichtleitern führen, zusammengefügt sind, und wobei die Erstschicht- und Zweitschichtleiter oder die Drittschicht- und Viertschichtleiter, die jeweils Enden der Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) jedes der Phasenwickel definieren, die in dem gleichen von den Nuten angeordnet sind, jeweils zu paarweise angeordneten ersten Anschlussdrähten führen, und die Drittschicht- und Viertschichtleiter oder die Erstschicht- und Zweitschichtleiter, die andere Enden der Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) jedes der Phasenwickel definieren, die in der gleichen von den Nuten angeordnet sind, jeweils zu paarweise angeordneten zweiten Anschlussdrähten führen.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine (1) nach Anspruch 2, wobei die Paare aus den ersten Anschlussdrähten der Phasenwickel in einem Abstand voneinander, der einem elektrischen Winkel von 2 pi/m entspricht, innerhalb eines elektrischen Winkelbereichs von etwa 2 pi (m – 1)/m angeordnet sind und wobei die Paare aus den zweiten Anschlussdrähten der Phasenwickel in einem Abstand voneinander, der einem elektrischen Winkel von 2 pi/m entspricht, innerhalb eines elektrischen Winkelbereichs von etwa 2 pi (m – 1)/m angeordnet sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine (1) nach Anspruch 3, wobei die Paare aus den zweiten Anschlussdrähten Neutralpunkt-Zusammenfügungsleiter bilden, die an einem neutralen Punkt verbunden sind, um eine Sternverbindung der Phasenwickel herzustellen.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine (1) nach Anspruch 2, wobei die ersten Anschlussdrähte der Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) eines der Phasenwickel Eingangs-/Ausgangs leitungen einer ersten Phase bilden, die ersten Anschlussdrähte der Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) eines zweiten der Phasenwickel Eingangs-/Ausgangsleitungen einer zweiten Phase bilden, wobei die zweiten Anschlussdrähte der Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) der einen Phasenwickel mit den Eingangs-/Ausgangsleitungen der zweiten Phase verbunden sind, und wobei die Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) jedes der Phasenwickel parallel miteinander verbunden sind, und die Phasenwickel in Delta-Form verbunden sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine (1) nach Anspruch 2, wobei jede der Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) jedes der Phasenwickel jeweils einen Erstwindungswickel, der aus dem Wellenwicklungssegment (34) und den Schleifenwicklungssegmenten (35), um Windungen um den Ankerkern zu bilden, einen Zweitwindungswickel, der aus dem Wellenwicklungssegment (34) und den Schleifenwicklungssegmenten (35) besteht, um Windungen um den Ankerkern zu bilden, und ein besonderes Leitersegment (36) einschließt, das die ersten und zweiten Windungswickel in Reihe verbindet, und wobei die Erst- und Zweitphasenwicklungen (10, 11) jedes der Phasenwickel entgegengesetzt gewickelt sind und elektromagnetisch jeweils identisch sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine (1) nach Anspruch 6, wobei die besonderen Leitersegmente (36) jedes der Phasenwickel nebeneinander in zwei von den Nuten (36) angeordnet sind, die mit einer Nutteilung, die um mindestens eine Nutteilung kürzer ist als die Nutteilung der Wellenwicklungssegmente (34) und der Schleifenwicklungssegmente (35), voneinander beabstandet sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine (1) nach Anspruch 2, wobei die Orte der Schnittstellen zwischen den ersten und zweiten Anschlussdrähten der einzelnen Phasenwickel und den Leiter segmenten (33) über dem V-förmigen Kopfabschnitt des besonderen Leitersegments (36) in Umfangsrichtung des Ankerkerns definiert sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 1, wobei jeweils vier der Schenkelabschnitte der Leitersegmente in den einzelnen Nuten des Ankerkerns von der Innen- zur Außenseite des Ankerkerns in Radiusrichtung des Ankerkerns als Erstschicht-, Zweitschicht-, Drittschicht- und Vierschichtleiter angeordnet sind, wobei die Erst- und Zweitphasenwicklungen jeweils in eine erste und eine zweite Gruppe unterteilt sind, wobei die erste Gruppe aus den Leitersegmenten besteht, bei denen die Erstschicht- und Viertschichtleiter um eine bestimmte Teilung, die um mindestens eine Nutteilung kürzer ist als eine Polteilung, voneinander beabstandet sind, und die zweite Gruppe aus den Leitersegmenten besteht, bei denen die Zweitschicht- und Drittschichtleiter um eine bestimmte Teilung, die um mindestens eine Nutteilung kürzer ist als die Polteilung, voneinander beabstandet sind, wobei die vorderen Enden der Anfügungsendabschnitte, die zu den Erstschichtleitern führen, mit vorderen Enden der Anfügungsendabschnitte, die zu den Zweitschichtleitern führen, zusammengefügt sind, und die vorderen Enden der Anfügungsendabschnitte, die zu den Drittschichtleitern führen, mit vorderen Enden der Anfügungsendabschnitte, die zu den Viertschichtleitern führen, zusammengefügt sind, wobei jede der Erst- und Zweitphasenwicklungen jeweils einen Erstwindungswickel, einen Zweitwindungswickel und ein besonderes Leitersegment einschließt, wobei der Erstwindungswickel aus dem Wellenwicklungssegment, das von dem Leitersegment gebildet wird, dessen Anfügungsendabschnittspitzen um etwa zwei Polteilungen voneinander entfernt sind, und dem Schleifenwicklungssegment, das von dem Leitersegment gebildet wird, bei dem die vorderen Enden der Anfügungsendabschnitte um etwa eine Nutteilung voneinander entfernt sind, besteht, wobei die Wellenwicklungssegmente und die Schleifenwicklungssegmente abwechselnd verbunden sind, um Windungen zu bilden, der zweite Windungswickel aus dem Wellenwicklungssegment und den Schleifenwicklungssegmenten besteht, die abwechselnd verbunden sind, um Windungen zu bilden, die in der gleichen Richtung gewickelt sind wie der erste Wickel, wobei das besondere Leitersegment Schenkel aufweist, die in zwei von den Nuten angeordnet sind, die um eine Teilung voneinander entfernt sind, die von der des Wellenwicklungssegments und der der Schleifenwicklungssegmente verschieden ist, um den ersten Windungswickel und den zweiten Windungswickel in Reihe zu verbinden, und wobei die Erst- und Zweitphasenwicklungen jedes der Phasenwickel elektromagnetisch jeweils identisch sind und in entgegengesetzte Wicklungsrichtungen verlaufen.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 9, wobei die besonderen Leitersegmente jedes der Phasenwickel nebeneinander in zwei der Nuten angeordnet sind, die um eine Nutteilung voneinander beabstandet sind, die um mindestens eine Nutteilung kürzer ist als die Nutteilung des Wellenwicklungssegments und der Schleifenwicklungssegmente.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 9, wobei die Erstschicht- und Zweitschichtleiter oder die Drittschicht- und Vierschichtleiter die Enden der Erst- und Zweitphasenwicklungen jedes der Phasenwickel definieren, die in der gleichen von den Nuten angeordnet sind, jeweils zu paarweise angeordneten ersten Anschlussdrähten führen, und die Drittschicht- und Viertschichtleiter oder die Erstschicht- und Zweitschichtleiter, die andere Enden der Erst- und Zweitphasenwicklungen jedes der Phasenwickel definieren, die in der gleichen von den Nuten angeordnet sind, jeweils zu paarweise angeordneten zweiten Anschlussdrähten (ihren, und wobei die ersten Anschlussdrähte Eingangs-/Ausgangsleitungen bilden und die zweiten Anschlussdrähte Neutralpunkt-Zusammenfügungsdrähte bilden, die an einem neutralen Punkt verbunden sind, um eine Sternverbindung der Phasenwickel herzustellen.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 9, wobei die ersten Anschlussdrähte der Erst- und Zweitphasenwicklungen eines der Phasenwickel Eingangs-/Ausgangsleitungen einer ersten Phase bilden, die ersten Anschlussdrähte der Erst- und Zweitphasenwicklungen eines zweiten der Phasenwickel Eingangs-/Ausgangsleitungen einer zweiten Phase bilden, wobei die zweiten Anschlussdrähte der Erst- und Zweitphasenwicklungen der einen der Phasenwickel mit den Eingangs-/Ausgangsleitungen der zweiten Phase verbunden sind, und wobei die Erst- und Zweitphasenwicklungen jedes der Phasenwickel parallel miteinander verbunden sind, und die Phasenwickel in Delta-Form verbunden sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 11, wobei die Orte der Schnittstellen zwischen den ersten und zweiten Anschlussdrähten der einzelnen Phasenwickel und den Leitersegmenten über dem V-förmigen Kopfabschnitt des besonderen Leitersegments in Umfangsrichtung des Ankerkerns definiert sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 9, wobei jeder der Phasenwickel ein Brückenleitersegment aufweist, das über dem besonderen Leitersegment verläuft, um eine Reihenverbindung der Erst- und Zweitphasenwicklungen herzustellen, wobei das Brückenleitersegment Schenkelabschnitte einschließt, die in den Nuten angeordnet sind, die von den Erstschicht- und Drittschichtleitern oder den Zweitschicht- und Viertschichtleitern definiert sind, wobei Schenkelabschnitte des Brückenleitersegments einen hinteren von den Schenkelabschnitten der Leitersegmente der Erstphasenwicklung und einen vorderen von den Schenkelabschnitten der Leitersegmente der Zweitphasenwicklung bilden und wobei die Schenkelabschnitte der einzelnen Brückenleitersegmente in zwei von den Nuten angeordnet sind, die die gleichen sind wie diejenigen, in denen die Schenkelabschnitte der Erst- und Zweitphasenwicklungen eines entsprechenden von den Phasenwickeln, die zu den ersten und zweiten Anschlussdrähten führen, angeordnet sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 1, wobei jeweils vier der Schenkelabschnitte der Leitersegmente in den einzelnen Nuten des Ankerkerns von der Innen- zur Außenseite des Ankerkerns in Radiusrichtung des Ankerkerns als Erstschicht-, Zweitschicht-, Drittschicht- und Viertschichtleiter angeordnet sind, wobei die Erst- und Zweitphasenwicklungen jeweils einen Erstwindungswickel, einen Zweitwindungswickel und ein besonderes Leitersegment einschießen, wobei der Erstwindungswickel erste Schleifenwicklungssegmente, zweite Schleifenwicklungssegmente und die Wellenwicklungssegmente einschließt, die abwechselnd aneinander gefügt sind, um Windungen zu bilden, die ersten Schleifenwicklungssegmente aus denjenigen Schleifenwicklungssegmenten bestehen, die von den Leitersegmenten gebildet werden, deren Anfügungsendabschnitte um eine Anfügungsteilung von etwa ½ Nutteilung getrennt sind, und deren Zweitschicht- und Drittschichtleiter um eine erste Nutteilung voneinander beabstandet sind, die um eine Nutteilung oder mehr kürzer ist als die Polteilung, die zweiten Schleifenwicklungssegmente aus denjenigen Schleifenwicklungssegmenten bestehen, die von den Leitersegmenten gebildet werden, deren Anfügungsendabschnitte um eine Anfügungsteilung von etwa ½ Nutteilung beabstandet sind, und deren Viertschicht- und Fünftschichtleiter um die erste Nutteilung beabstandet sind, und die Anfügungsendabschnitte der Wellenwicklungssegmente um eine Anfügungsteilung beabstandet sind, die zwei Polteilungen minus der Summe der Anfügungsteilungen der ersten und zweiten Schleifenwicklungssegmente und der Erstschicht- und Sechstschichtleiter, die um die erste Nutteilung getrennt sind, ausmacht, wobei der zweite Windungswickel aus Wicklungssegmenten besteht, die mit den ersten Schleifenwicklungssegmenten identisch sind, und aus Wicklungssegmenten, die mit den zweiten Schleifenwicklungssegmenten identisch sind, die abwechselnd verbunden sind, um Windungen zu bilden, die in der gleichen Richtung gewickelt sind wie der erste Windungswickel, wobei das besondere Leitersegment Schenkelabschnitte aufweist, die in zwei von den Nuten angeordnet sind, die um eine Nutteilung voneinander beabstandet sind, die sich von der ersten Nutteilung unterscheidet, um eine Reihenverbindung der ersten und zweiten Windungswickel herzustellen, und wobei die Erst- und Zweitphasenwicklungen jedes der Phasenwickel elektromagnetisch jeweils identisch sind und entgegengesetzt gewickelt sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 15, wobei die Erstschicht- und Zweitschichtleiter, die nebeneinander in der gleichen von den Nuten angeordnet sind, jeweils zu den Erst- und Zweitphasenwicklungen gehören, die parallel verbunden sind, und wobei die Fünftschicht- und Sechstschichtleiter, die nebeneinander in der gleichen von den Nuten angeordnet sind, jeweils zu den Erst- und Zweitphasenwicklungen gehören, die parallel verbunden sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 16, wobei die Erstschicht- und Zweitschichtleiter, die nebeneinander in einer zuvor ausgewählten von den Nuten angeordnet sind, jeweils zu einem Ende der Phasenwickel führen, wobei die Fünftschicht- und Sechstschichtleiter, die nebeneinander in einer zuvor ausgewählten von den Nuten angeordnet sind, jeweils zum anderen Ende der Phasenwickel führen, und wobei die Phasenwickel so verbunden sind, dass sie eine Sternverbindungswicklung bilden.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 16, wobei die Erstschicht- und Zweitschichtleiter, die nebeneinander in einer zuvor ausgewählten von den Nuten angeordnet sind, jeweils zu einem Ende der Phasenwickel führen, wobei die Leiter der Fünftschicht- und Sechstschichtleiter, die nebeneinander in einer zuvor ausgewählten von den Nuten angeordnet sind, jeweils zum anderen Ende der Phasenwickel führen, und wobei die Phasenwickel so verbunden sind, dass sie eine Delta-Verbindungswicklung bilden.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 15, wobei jeder der Phasenwickel ein Brückenleitersegment aufweist, das über dem besonderen Leitersegment verläuft, um eine Reihenverbindung ihrer ersten und zweiten Phasenwicklungen herzustellen, wobei das Brückenleitersegment Schenkelabschnitte einschließt, von denen einer in der Nut angeordnet ist, in der der Schenkelabschnitt eines der Leitersegmente, die zu einem von jeweils zwei Anschlussdrähten der Phasenwickel führen, angeordnet ist und einen vorderen der Schenkelabschnitte einer von den Erst- und Zweitphasenwicklungen bildet, und von denen der andere in der Nut angeordnet ist, in der der Schenkelabschnitt eines der Leitersegmente, die zu dem anderen von jeweils zwei Anschlussdrähten der Phasenwickel führen, angeordnet ist und einen vorderen der Schenkelabschnitte der einen von den Erst- und Zweitphasenwicklungen bildet, und wobei die vorderen Abschnitte der Schenkelabschnitte jedes der Brückenleitersegmente in der gleichen Umfangsrichtung der Ankerwicklung gebogen ist.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 19, wobei die Schenkelabschnitte des besonderen Leitersegments der ersten Phasenwicklung jeweils in zwei von den Nuten angeordnet sind, in denen die Schenkelabschnitte des besonderen Leitersegments der Zweitphasenwicklung angeordnet sind, und wobei eine Schenkelteilung der Schenkelabschnitte des besonderen Leitersegments der ersten Phase identisch mit der der Zweitphasenwicklung ist.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 15, der ferner ein Paar von Anschlussdrähten aufweist, die jeweils Enden der Phasenwickel definieren, die von einem äußeren Ort in der Nut, in der das besondere Leitersegment angeordnet ist, ausgehen, und wobei die Phasenwickel in einer Stern- und einer Deltaform verbunden sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 15, wobei in jeder der Nuten 6n (= ganze Zahl) der Schenkelabschnitte der Leitersegmente angeordnet sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 17, der ferner ein erstes Anschlussdrähtepaar und ein zweites Anschlussdrähtepaar aufweist, wobei das erste Anschlussdrähtepaar aus Anschlussdrähten besteht, die Enden der Erst- und Zweitphasenwicklungen der einzelnen Phasenwickel bilden und zu den Erstschicht- und Zweitschichtleitern führen, die in jeweils einer der Nuten angeordnet sind, wobei das zweite Anschlussdrähtepaar aus Anschlussdrähten besteht, die die anderen Enden der Erst- und Zweitphasenwicklungen der einzelnen Phasenwickel bilden und jeweils zu den Fünftschicht- und Sechstschichtleitern führen, die jeweils in einer der Nuten angeordnet sind, und wobei m eine ungerade Zahl größer oder gleich drei ist, wobei die ersten Anschlussdrähtepaare der Phasenwickel in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der einem elektrischen Winkel von 2 pi entspricht, wobei die ersten Anschlussdrähtepaare der Phasenwickel eine erste Gruppe bilden, die zweiten Anschlussdrähtepaare der Phasenwickel eine zweite Gruppe bilden und ein erster Winkelbereich, der von der ersten Gruppe eingenommen wird, einen zweiten Winkelbereich, der von der zweiten Gruppe eingenommen wird, überschneidet, wobei jeder der ersten und zweiten Winkelbereiche jeweils einem elektrischen Winkel von 2 pi (m – 1)/m entspricht, und wobei Abschnitte des ersten Anschlussdrähtepaars, das von den Leitersegmenten ausgeht, gegenüber denen des zweiten Anschlussdrähtepaars um eine Nutteilung oder mehr versetzt sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 23, wobei einer der Anschlussdrähte des ersten An schlussdrähtepaars und einer der Anschlussdrähte des zweiten Anschlussdrähtepaars an einem neutralen Punkt miteinander verbunden sind, der andere Anschlussdraht des ersten Anschlussdrähtepaars und der andere Anschlussdraht des zweiten Anschlussdrähtepaars jeweils mit Phasenanschlüssen verbunden sind, und die Phasenwickel sternförmig verbunden sind, um die Ankerwicklung herzustellen.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 24, wobei der neutrale Punkt in einem Abstand von einer Zusammenfügung jedes der ersten und zweiten Anschlussdrähtepaare zum Phasenanschluss von mindestens einer Nutteilung angeordnet ist und zwischen den Zusammenfügungen der ersten und zweiten Anschlussdrähtepaare in Umfangsrichtung des Ankerkerns definiert ist.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 25, wobei einer der Anschlussdrähte der ersten und zweiten Anschlussdrähtepaare, die von den Erstschichtleitern ausgehen, miteinander verbunden sind, um einen ersten neutralen Punkt zu definieren, und die einen von den Anschlussdrähten der ersten und zweiten Anschlussdrähtepaare, die von den Zweitschichtleitern ausgehen, miteinander verbunden sind, um einen zweiten neutralen Punkt zu definieren, und wobei die ersten und zweiten neutralen Punkte um bestimmte Nutteilungen in Umfangsrichtung des Ankerkerns voneinander beabstandet sind.
Anker mit zusammengefügten Segmenten für eine Mehrphasen-Wechselstrommaschine nach Anspruch 23, wobei Anschlussdrähte der ersten Anschlussdrähtepaare und Anschlussdrähte der zweiten Anschlussdrähtepaare in Reihe verbunden sind und zu Phasenanschlüssen führen, wobei die ersten und zweiten Phasenwicklungen jedes der Phasenwickel parallel verbunden sind, und wobei die Phasenwickel aneinander gefügt sind, um eine Delta-Verbindung herzustellen, um die Ankerwicklung zu bilden.
Mehrphasenmaschine, die einen Anker mit zusammengefügten Segmenten nach einem der Ansprüche 1-27 aufweist.