DE112021001638T5

DE112021001638T5 - Stator mit inneren anschlüssen für wicklungsanschlussdrähte

Info

Publication number: DE112021001638T5
Application number: DE112021001638.5T
Authority: DE
Inventors: Kirk Neet; Matt Ryan Conner
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-12-29
Also published as: US11799344B2; US20210359567A1; WO2021231580A1

Abstract

Eine elektrische Maschine beinhaltet eine Statoranordnung, die einen Kern mit Wicklungen aufweist, die auf dem Kern positioniert sind. Die Wicklungen beinhalten In-Nut-Abschnitte, Endwindungen und Anschlussdrähte. Die Anschlussdrähte beinhalten mehrere innere Anschlussdrähte, die sich von Leitern in einer inneren Schicht der Nuten erstrecken, und äußere Anschlussdrähte, die sich von Leitern in einer äußeren Schicht der Nuten erstrecken, wobei die inneren Anschlussdrähte und die äußeren Anschlussdrähte einen halbzylinderförmigen Raum definieren. Die Statoranordnung beinhaltet ferner eine Sammelschienenanordnung, die mit den Anschlussdrähten verbunden ist, wobei die Sammelschienenanordnung mehrere Reihenschaltungen und mehrere Phasenanschlussdrähte beinhaltet. Jede der Reihenschaltungen verbindet einen der inneren Anschlussdrähte mit einem der äußeren Anschlussdrähte innerhalb des halbzylinderförmigen Raums. Jeder der Phasenanschlussdrähte verbindet mindestens einen der inneren Anschlussdrähte mit mindestens einem der äußeren Anschlussdrähte.

Description

GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Maschinen und insbesondere auf Statorwicklungsanordnungen und Sammelschienenverbindungen für derartige Wicklungsanordnungen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Statoren mit hoher Nutfüllung sind häufig verwendete elektrische Maschinen, da sie zahlreiche Vorteile bieten, einschließlich einer erhöhten Effizienz und Leistungsdichte. Statoren mit hoher Nutfüllung beinhalten typischerweise viele oder alle der folgenden Merkmale: (i) rechteckig geformte Nuten; (ii) isolierte Drähte mit rechteckiger Form; (iii) Drähte mit Drahtnutsegmenten, die in den Nuten in einer radialen Reihe pro Nut untergebracht sind; (iv) eine Umfangsbreite des Drahts, die eng an die Breite der isolierten Nut angepasst ist; (v) giebelförmige Endwindungen, die ein Drahtnutsegment in einer Nut mit einem anderen Drahtnutsegment verbinden, das in einer anderen Nut untergebracht ist; (vi) für eine optimale Verschachtelung der Endschleifen weist eine erste Gruppe von Drähten für jede Phase einen elektrischen Grad gleich N Grad auf und eine zweite Gruppe von Drähten weist einen elektrischen Grad von N + 180 Grad auf (d. h. für jede Phase ist der EMK-Zyklus in der ersten Gruppe von Drähten zum EMK-Zyklus in der zweiten Gruppe von Drähten um 180° versetzt); und (vii) drei oder mehr Phasen. Zusätzlich weisen einige Statoren mit hoher Nutfüllung ferner eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf: (viii) mehrere Nuten pro Pol pro Phase; (ix) Reihenschaltung, mit der zwei der Drähte in Reihe verbunden sind; (x) eine Sammelschiene, die aus einem Kunststoffkörper und Strombahnen besteht, die an die Anschlussdrähte der Statordrähte angeschweißt sind, wobei die Bahnen Reihenschaltungen, Neutralleiterverbindungen und Phasenverbindungen abschließen; und (xi) überschnittene Endschleifen - wobei zwei benachbarte Drähte derselben Phase unterschiedliche Teilungen haben, die bewirken, dass sich mindestens eine Endschleife über mindestens einer anderen Endschleife befindet.
Häufig wird bei den vorstehend beschriebenen Statoranordnungen die Reihenschaltung in der Sammelschiene zwischen einem Draht in der N-Grad-Gruppe und einem anderen Draht in der N+180-Grad-Gruppe abgeschlossen (d. h. jeder Draht in der N-Grad-Gruppe muss mit einem der Drähte in der N+180°-Gruppe in Reihe geschaltet werden). Ein Nachteil bei diesem Verbindungsschema besteht darin, dass dafür viele Verbindungen einander kreuzen müssen. Die Reihenschaltungsbahnen müssen daher am oberen Ende der Endwindungen axial geschichtet werden, wodurch die Sammelschiene eine große axiale Höhe erhält. Diese zusätzliche Höhe kann bei vielen Anwendungen Probleme beim Packen aufwerfen, wie etwa bei zahlreichen Kraftfahrzeuganwendungen mit eingeschränktem Platz im Motorraum. Ein Verfahren zum Reduzieren des Kreuzens der Reihenschaltungsbahnen besteht darin, die Anschlussdrähte der drei Phasen um den Statorumfang herum (d. h. um den Außendurchmesser der Wicklungen herum) zu verteilen. Allerdings kann dies auch ein Problem beim Packen verursachen, da bei einigen Anwendungen um den Außendurchmesser der Wicklungen herum nur begrenzter Platz zur Verfügung steht. Beispielsweise können einige Anwendungen begrenzten Raum um den Außendurchmesser aufweisen, der verhindert, dass der Stator eine große Lichtbogensammelschiene verwendet, die sich in Umfangsrichtung um den Außendurchmesser der Wicklungen herum erstreckt (z. B. einen Bogen von 150°-180° oder mehr).
Im Hinblick auf das Vorstehende wäre es vorteilhaft, einen Stator bereitzustellen, der eine Sammelschiene aufweist, die die axiale Länge des Stators nicht vergrößert. Es wäre auch vorteilhaft, einen Stator bereitzustellen, der eine Sammelschiene mit einem verringerten Bogen in Umfangsrichtung aufweist. Darüber hinaus wäre es vorteilhaft, wenn die Sammelschiene eines derartigen Stators für eine relativ einfache und kostengünstige Herstellung sowie eine einfache Verbindung mit den Statorwicklungen konfiguriert wäre.
KURZDARSTELLUNG
In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine eine Statoranordnung, die einen Kern mit Wicklungen aufweist, die auf dem Kern positioniert sind. Die Wicklungen beinhalten In-Nut-Abschnitte, Endwindungen und Anschlussdrähte. Jeder In-Nut-Abschnitt der Wicklungen ist in einer der Nuten des Kerns positioniert, jede der Endwindungen erstreckt sich zwischen zwei der In-Nut-Abschnitte, und jeder der Anschlussdrähte erstreckt sich von einem der In-Nut-Abschnitte an einem Ende des Kerns, wobei sich die Anschlussdrähte axial nach außen über die Endwindungen hinaus erstrecken. Die Anschlussdrähte beinhalten mehrere innere Anschlussdrähte, die sich von Leitern in einer inneren Schicht der Nuten erstrecken, und äußere Anschlussdrähte, die sich von Leitern in einer äußeren Schicht der Nuten erstrecken, wobei die inneren Anschlussdrähte und die äußeren Anschlussdrähte einen halbzylinderförmigen Raum definieren. Die Statoranordnung beinhaltet ferner eine Sammelschienenanordnung, die mit den Anschlussdrähten verbunden ist, wobei die Sammelschienenanordnung mehrere Reihenschaltungen und mehrere Phasenanschlussdrähte beinhaltet. Jede der Reihenschaltungen verbindet einen der inneren Anschlussdrähte mit einem der äußeren Anschlussdrähte innerhalb des halbzylinderförmigen Raums. Jeder der Phasenanschlussdrähte verbindet mindestens einen der inneren Anschlussdrähte mit mindestens einem der äußeren Anschlussdrähte.
In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine eine Statoranordnung und eine Sammelschienenanordnung. Die Statoranordnung beinhaltet einen Kern mit Wicklungen, die auf dem Kern positioniert sind, wobei die Wicklungen innere Anschlussdrähte und äußere Anschlussdrähte beinhalten, die sich von einem Ende der Statoranordnung erstrecken. Die Sammelschienenanordnung ist mit den inneren Anschlussdrähten und den äußeren Anschlussdrähten verbunden. Die Sammelschienenanordnung beinhaltet mehrere Reihenschaltungen, wobei jede der Reihenschaltungen ein erstes Ende, das mit einer Innenseite eines der äußeren Anschlussdrähte verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit einer Außenseite eines der inneren Anschlussdrähte verbunden ist, beinhaltet.
In mindestens einer weiteren Ausführungsform beinhaltet eine elektrische Maschine eine Statoranordnung, die einen Kern mit Wicklungen beinhaltet, wobei die Wicklungen mehrere auf den Kern gewickelte Wicklungspfade umfassen, wobei die Wicklungen ferner innere Anschlussdrähte und äußere Anschlussdrähte umfassen, die sich von einem Ende der Statoranordnung erstrecken, wobei ein halbzylinderförmiger Raum zwischen den inneren Anschlussdrähten und den äußeren Anschlussdrähten definiert ist. Eine Sammelschienenanordnung ist mit den Wicklungen verbunden, wobei die Sammelschienenanordnung mehrere Verbindungen beinhaltet, die sich innerhalb des halbzylinderförmigen Raums zwischen den inneren Anschlussdrähten und den äußeren Anschlussdrähten erstrecken, wobei jede der Verbindungen einen Umfangsabschnitt beinhaltet, der zwischen den inneren Anschlussdrähten und den äußeren Anschlussdrähten positioniert ist.
Die vorstehend beschriebenen Merkmale und Vorteile sowie andere werden für den Durchschnittsfachmann unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen leichter ersichtlich. Obwohl es wünschenswert wäre, eine elektrische Maschine mit einer Statorwicklungsanordnung und eine Sammelschienenanordnung bereitzustellen, die eines oder mehrere dieser oder andere vorteilhafte Merkmale aufweist, erstrecken sich die hierin offenbarten Lehren auf diejenigen Ausführungsformen, die in den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen, unabhängig davon, ob sie eines oder mehrere der hierin beschriebenen Merkmale beinhalten oder einen der hierin beschriebenen Vorteile verwirklichen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Stators mit inneren Verbindungen für Wicklungsanschlussdrähte.
2A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Statorwicklungsanordnung, wobei eine Gruppe von Wicklungsanschlussdrähten im Uhrzeigersinn verschoben ist und eine andere Gruppe von Wicklungsanschlussdrähten im Gegenuhrzeigersinn relativ zu einer vorherigen mittleren Wicklung verschoben ist.
2B zeigt eine modifizierte Version der Statorwicklungsanordnung von 2A, wobei alle Wicklungsanschlussdrähte so angeordnet sind, dass sie sich von aufeinanderfolgenden Nuten erstrecken.
3 veranschaulicht die Gruppen von Anschlussdrähten von 2B in einer linearen Anordnung, wobei die längeren Anschlussdrähte mit dunklerer Schraffierung die äußeren Anschlussdrähte darstellen und die kürzeren Anschlussdrähte mit hellerer Schraffierung die inneren Anschlussdrähte darstellen.
4 zeigt Reihenschaltungen/-bahnen, die sich zwischen Anschlussdrähten in jeder der Gruppen von Anschlussdrähten von 3 erstrecken.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Wicklungsanordnung und Reihenschaltungen von 4, die sich zwischen den Anschlussdrähten in jeder Gruppe von Anschlussdrähten erstreckt, wobei die Reihenschaltungen als Teil einer Sammelschienenanordnung bereitgestellt sind.
6 zeigt eine Draufsicht (d. h. axiale Ansicht) der Wicklungsanordnung und der Reihenschaltungen von 5.
7 veranschaulicht die Gruppen von Anschlussdrähten von 4 mit einer Neutralleiterverbindung/-bahn, die sich zusätzlich zu den Reihenschaltungen zwischen den Anschlussdrähten erstreckt.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht der Neutralleiterbahn von 7, die sich zwischen den Phasenanschlussdrähten in der Statorwicklungsanordnung erstreckt, wobei die Neutralleiterbahn Teil der Sammelschienenanordnung ist.
9 zeigt eine Draufsicht auf die Wicklungsanordnung und die Neutralleiterbahn von 8.
10 veranschaulicht die Gruppen von Anschlussdrähten von 7 mit Phasenanschlussdrähten/-bahnen, die zusätzlich zu den Neutralleiterverbindungen und der Reihenschaltung mit den Anschlussdrähten verbunden sind.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht der Phasenbahnen von 10, die sich zwischen den Phasenanschlussdrähten in der Statorwicklungsanordnung erstrecken und mit diesen verbunden sind, wobei die Phasenbahnen Teil der Sammelschienenanordnung sind.
12 zeigt eine Draufsicht auf die Wicklungsanordnung und Phasenbahnen von 11.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht der auf der Wicklungsanordnung positionierten Sammelschienenanordnung von 10, wobei ein Gehäuse der Sammelschienenanordnung abgenommen ist, um die Neutralleiterbahn, die Reihenschaltungsbahnen und die Phasenbahnen freizulegen.
14 zeigt eine Draufsicht auf die Wicklungsanordnung und Sammelschienenanordnung von 12 einschließlich Gehäuse.
15 zeigt eine Seitenansicht (d. h. radiale Ansicht) der Sammelschienenanordnung von 12.
16 zeigt eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Bahnen in der Sammelschienenanordnung von 13, wobei die Phasenbahnen radial außerhalb der Phasenbahnen angeordnet sind.
17 zeigt eine perspektivische Ansicht der alternativen Ausführungsform der Schienenanordnung von 16.
18 zeigt eine Draufsicht einer anderen alternativen Ausführungsform der Reihenschaltungen von 6, wobei die Reihenschaltungen radial sind, wie dies durch die schwarzen Pfeile angedeutet ist.
19 zeigt Endwindungen der Wicklungsanordnung an einem der Schienenanordnung gegenüberliegenden Ende des Stators.

BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1-15 wird ein Stator mit inneren Verbindungen für Wicklungsanschlussdrähte offenbart. Der Stator 20 beinhaltet einen Statorkern 22 mit einer auf dem Statorkern 22 positionierten Wicklungsanordnung 30. Mehrere Wicklungsanschlussdrähte 38 erstrecken sich von der Wicklungsanordnung 30 und eine Sammelschienenanordnung 28 ist mit den Anschlussdrähten 38 verbunden. Die Sammelschienenanordnung 28 stellt innere Verbindungen bereit, die zwischen Wicklungsanschlussdrähten 38 bereitgestellt sind. Wie hierin ausführlicher beschrieben, beinhalten die inneren Verbindungen Reihenschaltungen, Neutralleiterverbindungen und Phasenverbindungen.
Statorkern
Der Statorkern 22 besteht aus einem ferromagnetischen Material und ist typischerweise aus einer Vielzahl von Stahlblechen gebildet, die gestanzt und aufeinandergestapelt werden, um ein Blechpaket zu bilden, wie der Durchschnittsfachmann erkennen wird. Wie in 1 gezeigt, ist der Statorkern 22 im Allgemeinen zylinderförmig, wie durch eine Mittelachse 21 und zwei Ende, 26, 27 definiert. Der Statorkern 22 beinhaltet ferner eine Innenumfangsfläche, die einen Innendurchmesser des Kerns 22 definiert, und eine Außenumfangsfläche, die einen Außenumfang des Kerns 22 definiert. Mehrere Zähne 23 sind auf dem Innenabschnitt des Statorkerns 22 ausgebildet und sind in Richtung der Mittelachse 21 nach innen gerichtet. Jeder Zahn 23 erstreckt sich radial nach innen und endet an der Innenumfangsfläche.
In dem Statorkern 22 sind zwischen den Zähnen 23 axiale Nuten 24 ausgebildet. Die Nuten 24 können entlang der Innenumfangsfläche des Statorkerns 22 offen sein, oder sie können halbgeschlossene Nuten sein, wobei jede Nut nahe der Innenumfangsfläche eine kleinere Breite als die Breite näher an der Außenumfangsfläche aufweist. Öffnungen zu den Nuten 24 sind zwischen den Zähnen 23 (d. h. durch die Innenumfangsfläche) sowie durch die beiden Enden 26, 27 des Statorkerns 22 bereitgestellt. Jede Nut 24 ist zwischen benachbarten Zähnen 23 definiert, wobei zwei benachbarte Zähne zwei einander gegenüberliegende radiale Wände für eine Nut bilden.
Wicklungsanordnung
Der Statorkern 22 ist dazu konfiguriert, die Wicklungsanordnung 30 innerhalb der Nuten 24 des Statorkerns 22 zu halten. In mindestens einer Ausführungsform ist die Wicklungsanordnung 30 (die hier auch als „Wicklungen“ bezeichnet werden kann) aus mehreren länglichen Drähten (z. B. Kupferdrähten) ausgebildet, die in die Nuten 24 auf dem Statorkern 22 fortlaufend gewickelt sind, um die Wicklungen zu bilden. In mindestens einer alternativen Ausführungsform ist die Wicklungsanordnung 30 aus mehreren segmentierten Leitern gebildet, wie dem Durchschnittsfachmann bekannt ist. Die segmentierten Leiter werden von einem ersten Ende 26 (z. B. einem „Einführungsende“) des Statorkerns 14 in die Nuten 24 eingeführt. Die segmentierten Leiter sind an einem gegenüberliegenden Ende 27 (z. B. einem „Schweißnahtende“) des Statorkerns 14 miteinander verbunden.
Die Leiter der abgeschlossenen Wicklungsanordnung 30 bilden mehrere Phasenwicklungen. In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet die Wicklungsanordnung drei Phasenwicklungen (z. B. U-Phasen-Wicklungen, V-Phasen-Wicklungen und W-Phasen-Wicklungen) mit mehreren Wicklungspfaden für jede Phase (d. h. sowohl parallel als auch reihengeschaltete Pfade innerhalb jeder Phase). Die hier offenbarten dreiphasigen Wicklungen sind in Stern/Ypsilon („Y“) geschaltete Wicklungen. In anderen Ausführungsformen können die Wicklungen jedoch in Dreieck („A“) geschaltete Wicklungen sein. Auch in der hierin offenbarten Ausführungsform beträgt die Anzahl von Nuten pro Pol pro Phase für die Wicklung vier. In anderen Ausführungsformen können jedoch Wicklungen mit einer anderen Anzahl von Nuten pro Pol pro Phase implementiert werden (z. B. zwei oder drei).
Die Leiter, die die abgeschlossenen Wicklungen auf dem Statorkern bilden, beinhalten In-Nut-Abschnitte 34, Endwindungen 36 und Wicklungsanschlussdrähte 38. Die In-Nut-Abschnitte 34 sind gerade Abschnitte der Leiter, die sich innerhalb der Nuten 24 des Statorkerns 22 erstrecken. Jeder In-Nut-Abschnitt 34 führt Strom von einem Ende 26/27 des Statorkerns 22 zu dem gegenüberliegenden Ende 27/26 des Statorkerns. Wie der Fachmann erkennen wird, können die In-Nut-Abschnitte 34 in einer einzigen Reihe in jeder Nut ausgerichtet sein, und jede Position in der Reihe kann als eine Leiter-„Schicht“ der Nut bezeichnet werden. In den hier gezeigten Ausführungsformen der Wicklungen 30 enthält jede Nut 24 sechs Schichten von Leitern, die in einer einzigen Reihe von einer inneren Schicht zu einer äußeren Schicht angeordnet sind. Es versteht sich jedoch, dass in anderen Ausführungsformen jede Nut 24 weniger oder mehr als sechs Leiterschichten enthalten kann.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 sind die Endwindungen 36 (die hierin auch als „Endschleifen“ bezeichnet werden können) die Leiterabschnitte, wo eine Richtungsänderung außerhalb der Nuten 24 an einem Ende des Statorkerns 22 auftritt. Wie zuvor angemerkt, können die Endwindungen 36 gebogene Abschnitte und/oder geschweißte Abschnitte der Leiter beinhalten. Jede Endwindung 36 beinhaltet einen Leiter, der an einem Ende des Statorkerns 14 aus einer Nut austritt, von der Nut weggebogen/verdrillt ist (d. h. in einem ersten Grad), eine Endschleife bildet (z. B. einen „U-Bogen“ oder eine andere 180°-Richtungsänderung), zu einer anderen Nut gebogen/verdrillt ist (in einem komplementären zweiten Grad) und dann in diese andere Nut an demselben Ende des Statorkerns eintritt. Damit erstreckt sich jede Endschleife 36 zwischen zwei In-Nut-Abschnitten 34 und über eine Anzahl von Nuten an einem Ende des Statorkerns 14. In Ausführungsformen, in denen die Wicklungen aus segmentierten Leitern gebildet sind, sind die Endwindungen 36 am Einführungsende 26 des Kerns aus einem einzigen gebogenen Draht gebildet (siehe 19), und die Endwindungen 36 am Schweißende 27 des Kerns werden aus zwei segmentierten Leitern gebildet, die benachbarte ausgerichtete Schenkelenden aufweisen, die zusammengeschweißt sind. Die Endwindungen 36 sind gemeinsam in 1 durch eine Ansammlung von Leitern dargestellt, die an jedem Ende von 26/27 des Statorkerns 22 eine scheibenartige Form bilden.
Die Wicklungsanschlussdrähte 38 sind Leiterabschnitte, die einen Eintritt/Austritt zu einem der Wicklungspfade bereitstellen. Jeder Leiter, der einen Wicklungsanschlussdraht 38 bildet, ist mit einem In-Nut-Abschnitt der Wicklungen verbunden. Insbesondere tritt jeder Wicklungsanschlussdraht 38 aus einer Nut 24 aus, ist in einem ähnlichen Ausmaß wie die Endwindungen gebogen/verdrillt, und erstreckt sich dann in einer axialen Richtung von den Endwindungen 36 weg bis zu einem Punkt, an dem der Anschlussdraht 38 endet, axial nach außerhalb der Endwindungen 36. Mit anderen Worten sind die Anschlussdrähte 38 ähnlich wie eine halbe Endwindung 36 geformt, wobei sich der Anschlussdraht 38 aus einer Nut heraus erstreckt und demselben Pfad folgt wie die anderen Endwindungen, aber anstatt einen U-Bogen einzuschließen, erstreckt sich der Anschlussdraht weiter in axialer Richtung, weg von den Endschleifen. Jeder der Anschlussdrähte 38 endet an einem Ende 39 des Anschlussdrahts, der axial von den Endwindungen 36 entfernt ist. Wie in 1 gezeigt, ist jedes Ende des Anschlussdrahts mit einer Sammelschiene / einem Leiter verbunden, die/der innerhalb der Sammelschienenanordnung 28 bereitgestellt ist. Es versteht sich, dass die Verbindung zwischen den Anschlussdrähten 38 und den Leitern in der Sammelschienenanordnung 28 eine von verschiedenen Formen annehmen kann, wie etwa Löten oder Schweißen (z. B. eine Wolfram-Inertgas(WIG)-Schweißung).
Nun Bezug nehmend auf 2B sind die Wicklungsanordnung 30 und die Anschlussdrähte 38 isoliert von der Sammelschiene 28 gezeigt. Insgesamt achtundvierzig Anschlussdrähte werden von der Wicklungsanordnung 30 bereitgestellt, davon vierundzwanzig innere Anschlussdrähte (d. h. Anschlussdrähte, die sich von den innersten Nuten weg erstrecken) und vierundzwanzig äußere Anschlussdrähte (d. h. Anschlussdrähte, die sich von den äußersten Nuten weg erstrecken). Jeder Anschlussdraht 38 stellt den Anfang oder den Abschluss eines Abschnitts eines Pfads in den Wicklungen 30 dar. Hierzu stellt jeder Anschlussdraht 38 entweder einen Phasenanschlussdraht, einen Reihenanschlussdraht, der zwei Reihenpfade verbindet, oder einen Neutralleiteranschlussdraht bereit. Wie in 2B gezeigt, erstrecken sich alle Anschlussdrähte von aufeinanderfolgenden Nuten des Stators. Während der Stator insgesamt sechsundneunzig Nuten aufweist, sind die Wicklungen 30 insbesondere so konfiguriert, dass sich alle Anschlussdrähte 38 von vierundzwanzig aufeinanderfolgenden dieser Nuten erstrecken (z. B. erstrecken sich alle Anschlussdrähte von den Nuten 1-24, und keiner der Anschlussdrähte erstreckt sich von den Nuten 25-96).
Zur Identifizierung wurden die in 2B gezeigten Anschlussdrähte in sechs Gruppen kategorisiert (d. h. Gruppen 42, 44, 52, 54, 62 und 64), wobei zwei Gruppen jeder der drei Phasen (U, V, W) zugeordnet sind. Die Gruppen 42 und 44 sind einer ersten Phase (z. B. Phase U) zugeordnet und sind elektrisch um 180° voneinander entfernt (d. h. wenn Gruppe 42 als die Gruppe Nu betrachtet wird, ist Gruppe 44 die Gruppe Nu+180). In ähnlicher Weise sind die Gruppen 52 und 54 einer zweiten Phase (z. B. Phase V) zugeordnet und sind elektrisch um 180° voneinander entfernt (d. h. wenn Gruppe 52 als die Gruppe Nv betrachtet wird, ist Gruppe 54 die Gruppe Nv+180). Die Gruppen 62 und 64 sind einer dritten Phase (z. B. Phase W) zugeordnet und sind elektrisch um 180° voneinander entfernt (d. h. wenn Gruppe 62 als die Gruppe Nw betrachtet wird, ist Gruppe 64 die Gruppe Nw+180).
Jede der Gruppen 42, 44, 52, 54, 62 und 64 ist weiter unterteilbar in eine Untergruppe von äußeren Anschlussdrähten (die auch als „Anfangsanschlussdrähte“ betrachtet werden können) und inneren Anschlussdrähten (die auch als „Abschlussanschlussdrähte“ oder „Endanschlussdrähte“ betrachtet werden können). Beispielsweise ist in Gruppe 42 das Bezugszeichen 42o in der Nähe der äußeren Anschlussdrähte der Gruppe 42 positioniert, und ist das Bezugszeichen 42i in der Nähe der inneren Anschlussdrähte der Gruppe 42 positioniert. Jeder Anschlussdraht in einer Untergruppe kann hierin auch mit einer Zahl identifiziert werden. Beispielsweise kann der Anschlussdraht ganz links in der Untergruppe 42o als Anschlussdraht 42o₁ identifiziert werden, und kann der Anschlussdraht ganz rechts in der Untergruppe 42i als Anschlussdraht 42i₄ identifiziert werden. Jeder der inneren Anschlussdrähte 42i ist radial an einem der inneren Anschlussdrähte 42o ausgerichtet.
Die Anzahl der Nuten pro Pol pro Phase in der Wicklungsanordnung 30 ist größer als eins. In der hierin offenbarten beispielhaften Wicklungsanordnung 30 beträgt die Anzahl von Nuten pro Pol pro Phase vier, und daher gibt es vier Anschlussdrähte in jeder Untergruppe (d. h. vier Anfangs-/äußere Anschlussdrähte und vier Abschluss-/innere Anschlussdrähte, bei insgesamt acht Anschlussdrähten in jeder Gruppe). Wie weiter unten ausführlicher erläutert wird, sind innerhalb jeder Untergruppe von vier Anschlussdrähten zwei dieser Anschlussdrähte mit zwei jeweiligen Anschlussdrähten in einer radial gegenüberliegenden Untergruppe in Reihe geschaltet. Außerdem sind zwei der Anschlussdrähte in jeder Gruppe mit einer Neutralleiterverbindung verbunden, und zwei der Anschlussdrähte in jeder Gruppe sind mit einer der drei Phasenklemmen (d. h. U, V oder W) verbunden.
Es ist zu erkennen, dass die in 2B gezeigte Wicklungsanordnung 30 sich von anderen Wicklungsanordnungen unterscheidet, bei denen sich die Anschlussdrähte nicht von aufeinanderfolgenden Nuten erstrecken. Zum Beispiel zeigt 2A eine Ausführungsform einer Wicklungsanordnung, bei der alle Anschlussdrähte von jeder Phase nebeneinander liegen und 180° (physisch) um den Kern der elektrischen Maschine überspannen. Während diese Wicklungsanordnung mit einer größeren Sammelschiene als der in 1 gezeigten implementiert sein könnte, ist die Anordnung von 2B vorteilhaft, da die Sammelschiene 28 nur etwa 90° um den Statorkern überspannt. Um die Wicklungsanordnung von 2A in die Wicklungsanordnung von 2B zu ändern (wo sich alle Anschlussdrähte von aufeinanderfolgenden Nuten erstrecken) sind die beiden Anschlussdrähte 38 in den Gruppen 42 und 44 um einen Pol nach rechts verschoben (wie durch Pfeil 48 angegeben). In ähnlicher Weise sind alle Anschlussdrähte in den Gruppen 62 und 64 um einen Pol nach links verschoben (wie durch Pfeil 68 angegeben). Die Wicklungsanordnung 30 von 2B ist im Vergleich zu der von 2A vorteilhaft, da alle Anschlussdrähte 38 aller Wicklungsphasen (d. h. U, V und W) auf dem Stator dicht beieinander gruppiert sind. Wie in 2B zu sehen, erstrecken sich die Anfangsanschlussdrähte der Gruppe 42 (d. h. Gruppe Nu) von einem Pol (als Pol „A“ auf der Innenumfangsfläche in 2B bezeichnet) und erstrecken sich die Abschlussanschlussdrähte der Gruppe 42 von einem benachbarten linken Pol für dieselbe Phase (in 2B als Pol „A+1“ bezeichnet). In ähnlicher Weise erstrecken sich die Anfangsanschlussdrähte der Gruppe 44 (d. h. Gruppe Nu+180 Grad) von einem benachbarten rechten Pol für dieselbe Phase (in 2B als Pol „A-1“ bezeichnet), und erstrecken sich die Abschlussanschlussdrähte der Gruppe 44 von dem zuvor erwähnten einen Pol (d. h. Pol „A“ in 2). In Anbetracht dessen ist zu erkennen, dass ähnliche Anschlussdraht- und Polkonfigurationen auch für die anderen Phasen existieren (d. h. die Anfangsanschlussdrähte der Gruppen 52 und 62 erstrecken sich von jeweiligen Polen und die Abschlussanschlussdrähte der Gruppen 52 und 62 erstrecken sich von benachbarten linken Polen für dieselbe Phase, während sich die Anfangsanschlussdrähte der Gruppen 54 und 64 von benachbarten rechten Polen für dieselbe Phase erstrecken, und die Abschlussanschlussdrähte der Gruppen 54 und 64 sich von den zuvor genannten jeweiligen Polen erstrecken).
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2B ist zu erkennen, dass durch die Anschlussdrähte 38 ein halbzylinderförmiger Raum definiert ist. Dieser halbzylinderförmige Raum kann in 2B durch den Raum visualisiert werden, der von allen Anschlussdrähten 38 (einschließlich der Gruppen von Anschlussdrähten 42, 44, 52, 54, 62 und 64) eingenommen wird, sowie den Raum zwischen den Anschlussdrähten 38. Der halbzylinderförmige Raum hat eine axiale Höhe, die sich von den oberen Enden der Endwindungen 36 (d. h. der durch die Scheitelpunkte der Endwindungen 36 definierten Ebene) zu den oberen Enden der Anschlussdrähte 38 (d. h. der Ebene, die die Klemmenenden der Anschlussdrähte 38 hält), erstreckt. Dementsprechend wird dieser halbzylinderförmige Raum durch die Anschlussdrähte 38 definiert und wird durch axiale, radiale und Umfangskomponenten definiert.
3 zeigt ein Diagramm der Anschlussdrähte 38 des Stators von 2B in linearer Form der Einfachheit halber in der Veranschaulichung. In 3 stellen die längeren Anschlussdrähte mit dunklerer Schraffierung die äußeren Anschlussdrähte dar und die kürzeren Anschlussdrähte mit hellerer Schraffierung stellen die inneren Anschlussdrähte dar. Wie zuvor angemerkt, sind die Anschlussdrähte 38 nach dem Verdrillen gezeigt, und alle Anschlussdrähte 38 in den Gruppen von Anschlussdrähten 42, 44, 52, 54, 62 und 64 erstrecken sich von aufeinanderfolgenden Nuten des Statorkerns (d. h. der am weitesten links liegende innere Anschlussdraht erstreckt sich von einer Nut des Kerns und jeder darauf folgende Anschlussdraht zu den ganz rechten inneren Anschlussdrähten erstreckt sich von einer darauf folgenden Nut des Kerns; ähnlich erstreckt sich der ganz linke äußere Anschlussdraht von einer anderen Nut des Kerns und jeder darauf folgende Anschlussdraht zu dem ganz rechten äußeren Anschlussdraht erstreckt sich von einer darauf folgenden Nut des Kerns). Wie ebenfalls zuvor erwähnt, sind die inneren und die äußeren Leiter in jeder Gruppe von Anschlussdrähten 42, 44, 52, 54, 62 und 64 Polen zugeordnet, die elektrisch um 180° versetzt sind. Zum Beispiel sind die Anschlussdrähte 42o (gekennzeichnet durch die helleren Punkte 46o) einem ersten Pol zugeordnet, und sind die Anschlussdrähte 42i (gekennzeichnet durch die dunkleren Punkte 46i) einem zweiten Pol zugeordnet, der einen Pol von dem ersten Pol entfernt ist. Nach dem Verdrillen sind die Anschlussdrähte 42o jedoch radial an den Anschlussdrähten 42i ausgerichtet.
Reihenschaltungen
4 zeigt Reihenschaltungen 70, die innerhalb der Sammelschienenanordnung 28 bereitgestellt sind und sich zwischen Anschlussdrähten von 3 erstrecken. Jede Reihenschaltung 70 (die hierin auch als „Reihenschaltungsbahn“ bezeichnet werden kann) ist ein relativ kurzes Leitersegment, das sich zwischen den äußeren Anschlussdrähten (d. h. den Anfangsanschlussdrähten) und den inneren Anschlussdrähten (d. h. den Abschlussanschlussdrähten) innerhalb einer einzelnen Gruppe von Anschlussdrähten erstreckt. Die zum Bilden der Reihenschaltungen 70 verwendeten Leiter können ähnlich wie die Wicklungsleiter geformt sein, wie etwa Leiter mit rechteckigem Querschnitt. Wie der Name schon sagt, stellt jede Reihenschaltung 70 eine Reihenschaltung zwischen Pfaden einer bestimmten Phase bereit. In der Ausführungsform von 4 verbinden die Reihenschaltungen in jeder Gruppe den ersten (d. h. ganz linken) äußeren Anschlussdraht mit dem dritten inneren Anschlussdraht und den zweiten äußeren Anschlussdraht mit dem vierten (d. h. ganz rechten) inneren Anschlussdraht. Beispielsweise verbindet in der Gruppe von Anschlussdrähten 42 die Reihenschaltung 70₁ in 4 den äußeren Anschlussdraht 42o₁ mit dem inneren Anschlussdraht 42i₃. In ähnlicher Weise verbindet die Reihenschaltung 70₂ den äußeren Anschlussdraht 42o₂ mit dem inneren Anschlussdraht 42i₄. Ähnliche Verbindungen bestehen auch zwischen dem inneren Anschlussdraht und dem äußeren Anschlussdraht für alle anderen Gruppen von Anschlussdrähten 44, 52, 54, 62 und 64.
5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Reihenschaltungen 70 von 4, die sich zwischen den Anschlussdrähten 38 in der Statorwicklungsanordnung 30 erstrecken. Wie in den Figuren gezeigt, ist jede Reihenschaltung 70 innerhalb des halbzylinderförmigen Raums positioniert, der durch die Anschlussdrähte 38 definiert ist, und verbindet einen der äußeren Anschlussdrähte mit einem der inneren Anschlussdrähte innerhalb einer Gruppe von Anschlussdrähten. In der Ausführungsform von 4 beinhaltet jede Reihenschaltung 70 einen äußeren axialen Schenkel 72, einen radialen Abschnitt 74, einen Umfangsabschnitt 76 und einen inneren axialen Schenkel 78. Eine Kurve oder Biegung 75 kann einen Übergang zwischen jedem Abschnitt der Reihenschaltungsbahn 70 bereitstellen. Der äußere axiale Schenkel 72 ist an einem der äußeren Anschlussdrähte (z. B. einem von 42o) ausgerichtet und liegt an dessen radial innerer Seite an, um die Verbindung zwischen dem äußeren axialen Schenkel 72 und dem äußeren Anschlussdraht zu erleichtern, wie etwa durch Heißverstemmen oder Schweißen. Der radiale Abschnitt 74 verlängert die Reihenschaltungsbahn 70 radial zu den radial gegenüberliegenden Anschlussdrähten innerhalb der Gruppe (z. B. von den Anschlussdrähten 42o zu den Anschlussdrähten 42i). Der Umfangsabschnitt 76 verlängert die Reihenschaltungsbahn 70 in Umfangsrichtung zu dem Anschlussdraht innerhalb der Gruppe, wo eine Reihenschaltung herzustellen ist (z. B. vom Anschlussdraht 42o₁ zum Anschlussdraht 42i₃). Der innere axiale Schenkel 78 ist an einem der inneren Anschlussdrähte (z. B. einem von 42i) ausgerichtet und liegt an dessen radial äußerer Seite an, um die Verbindung zwischen dem inneren axialen Schenkel 78 und dem inneren Anschlussdraht zu erleichtern. Eine Schweißnaht oder ein anderes Verbindungsmittel ist bereitgestellt, um den inneren axialen Schenkel 78 sicher mit dem zugeordneten inneren Anschlussdraht zu verbinden.
Neutralleiterverbindungen
7 ist ähnlich wie 4, aber 7 zeigt ferner die Neutralleiterverbindung 80, die innerhalb der Sammelschienenanordnung 28 bereitgestellt ist. Die Neutralleiterverbindung 80 (die hierin auch als „Neutralleiterbahn“ bezeichnet werden kann) ist ein relativ langes Leitersegment, das sich zwischen mehreren Anschlussdrähten 38 der Wicklungsanordnung 30 erstreckt und diese verbindet. Wie der Name schon sagt, stellt die Neutralleiterbahn 80 die Neutralleiterverbindung für die hierin offenbarte Sternwicklungsanordnung bereit. Dementsprechend stellt die Neutralleiterbahn 80 eine elektrische Verbindung zwischen mehreren inneren Anschlussdrähten und mehreren äußeren Anschlussdrähten bereit. In der Ausführungsform von 7 ist die Neutralleiterbahn 80 entweder mit zwei inneren Anschlussdrähten oder zwei äußeren in jeder Gruppe von Anschlussdrähten verbunden, einschließlich Verbindungen zu jedem der folgenden Anschlussdrähte: 42i₁, 42i₂, 52o₃, 52o₄, 62i₁, 62i₂, 44o₃, 44o₄, 54i₁, 54i₂, 64o₃, und 64o₄.
8 und 9 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform der Neutralleiterverbindung 80 von 7, die sich zwischen den Anschlussdrähten 38 in der Statorwicklungsanordnung 30 erstreckt. Wie in den Figuren gezeigt, ist die Neutralleiterbahn 80 innerhalb des halbzylinderförmigen Raums positioniert, der durch die Anschlussdrähte 38 definiert ist, und ist mit entweder zwei äußeren Anschlussdrähten oder zwei inneren Anschlussdrähten innerhalb jeder Gruppe von Anschlussdrähten und insbesondere mit sechs äußeren Anschlussdrähten und sechs inneren Anschlussdrähten verbunden. In der Ausführungsform von 7 beinhaltet die Neutralleiterbahn 80 sechs äußere axiale Schenkel 82, einen Umfangsabschnitt 86 und sechs innere Schenkel 88. Eine Kurve oder Biegung 85 kann einen Übergang zwischen dem Umfangsabschnitt 86 und den Schenkeln 82, 88 bereitstellen. Jeder äußere axiale Schenkel 82 ist an einem der äußeren Anschlussdrähte (d. h. einem von 52o₃, 52o₄, 44o₃, 44o₄, 64o₃ und 64o₄) ausgerichtet und liegt an dessen radial innerer Seite an. Jeder innere axiale Schenkel 88 ist an einem der äußeren Anschlussdrähte (d. h. einem von 52o₃, 52o₄, 44o₃, 44o₄, 64o₃ und 64o₄) ausgerichtet und liegt an dessen radial innerer Seite an. Diese axialen Schenkel 82, 88 werden dann mit zugeordneten Anschlussdrähten verschweißt oder anderweitig verbunden. Der Umfangsabschnitt 86 ist ein plattenähnliches Element mit einem rechteckigen Querschnitt. Der Umfangsabschnitt 86 verlängert die Neutralleiterbahn 80 in Umfangsrichtung von einem Ende zum anderen des Halbumfangsraums. In der hier offenbarten Ausführungsform ist die Neutralleiterbahn 80 axial innerhalb der Reihenschaltungsbahnen 70 positioniert (z. B. ist in 6 die Neutralleiterbahn 80 unterhalb der Reihenschaltungsbahn 70 sichtbar). In anderen Ausführungsformen kann die Neutralleiterbahn 80 jedoch axial außerhalb der Reihenschaltungsbahnen 70 positioniert sein.
Phasenverbindungen
10 ist ähnlich 7, der Veranschaulichung sind jedoch ferner die Phasenverbindungen 90 für die Sammelschienenanordnung 28 hinzugefügt. Jede der Phasenverbindungen 90 (die hierin auch als „Phasenbahnen“ bezeichnet werden können) stellt ein leitfähiges Element bereit, das sich von radial außerhalb der Anschlussdrähte (und somit außerhalb des halbzylinderförmigen Raums) zu einer Position erstreckt, die sich innerhalb des halbzylinderförmigen Raums befindet. Wie der Name schon sagt, verbindet jede Phasenverbindung 90 alle Phasenanschlussdrähte für Gruppen von Anschlussdrähten derselben Phase. Insbesondere verbindet eine Phasenverbindung 90U die zwei Phasenanschlussdrähte in Gruppe 42 mit den zwei Phasenanschlussdrähten in Gruppe 44 (d. h. 42o₃, 42o₄, 44i₁ und 44i₂ sind alle durch die Phasenverbindung 90U verbunden). Eine weitere Phasenverbindung 90V verbindet die zwei Phasenanschlussdrähte in Gruppe 52 mit den zwei Phasenanschlussdrähten in Gruppe 54 (d. h. 52i₁, 52i₂, 54o₃ und 54o₄ sind alle durch die Phasenverbindung 90U verbunden). Noch eine weitere Phasenverbindung 90W verbindet die zwei Phasenanschlussdrähte in Gruppe 62 mit den zwei Phasenanschlussdrähten in Gruppe 64 (d. h. 62o₃, 62o₄, 64i₁ und 64i₂ sind alle durch die Phasenverbindung 90W verbunden).
11 und 12 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Phasenverbindungen 90 von 10, die sich zwischen den Anschlussdrähten 38 in der Statorwicklungsanordnung 30 erstrecken. Wie in den Figuren gezeigt, beinhaltet jede Phasenverbindung 90 einen Abschnitt, der außerhalb des halbzylinderförmigen Raums positioniert ist, der durch die Anschlussdrähte 38 definiert ist, und einen anderen Abschnitt, der innerhalb des halbzylinderförmigen Raums positioniert ist, der durch die Anschlussdrähte 38 definiert ist. Jede Phasenverbindung 90 in der offenbarten Ausführungsform beinhaltet eine Klemmenverbindungsplatte 91, zwei äußere axiale Schenkel 92, einen U-Bogenabschnitt 93, einen radialen Abschnitt 94, einen Umfangsabschnitt 96 und zwei innere axiale Schenkel 98. Eine Kurve oder Biegung 95 kann einen Übergang zwischen jedem Abschnitt der Phasenverbindung 90 bereitstellen. Die Klemmenverbindungsplatte 91 ist ein allgemein flaches Element, das außerhalb des halbzylinderförmigen Raums positioniert ist, und kann ein Loch enthalten, das dazu konfiguriert ist, einen Klemmenbolzen aufzunehmen. Jeder der zwei äußeren axialen Schenkel 92 erstreckt sich von einer Seite der Klemmenverbindungsplatte 91, ist an einem der äußeren Anschlussdrähte 38 ausgerichtet und liegt an dessen radial äußerer Seite an (z. B. sind für die Phasenverbindung 90U die zwei äußeren axialen Schenkel 92 an den Anschlussdrähten 42o₃ und 42o₄ ausgerichtet). Eine Schweißnaht oder eine andere Verbindung dient zum Verbinden der äußeren axialen Schenkel 92 mit den zugeordneten Anschlussdrähten 38. Der U-Bogenabschnitt erstreckt sich von einer gegenüberliegenden Seite der Klemmenverbindungsplatte 91 und beabstandet die Klemmenverbindungsplatte 91 geringfügig von den Anschlussdrähten 38 in einer radialen Richtung. Der radiale Abschnitt 94 erstreckt sich radial nach innerhalb des U-Bogenabschnitts 94 und in den halbzylinderförmigen Raum, der durch die Anschlussdrähte 38 definiert ist. Der radiale Abschnitt 94 ist ausreichend schmal in der Breite, um sich zwischen zwei benachbarten Anschlussdrähten 38 zu erstrecken, ohne die Anschlussdrähte zu berühren. Der Umfangsabschnitt 96 verlängert die Phasenbahn 90 in Umfangsrichtung zu zwei inneren Anschlussdrähten derselben Phase. Jeder der inneren axialen Schenkel 98 ist an einem der inneren Anschlussdrähte ausgerichtet und liegt an dessen radial äußerer Seite an (z. B. sind für die Phasenverbindung 90U die zwei inneren axialen Schenkel 98 an den Anschlussdrähten 44i₁ und 44i₂ ausgerichtet). Wiederum ist eine Schweißnaht oder ein anderes Verbindungsmittel bereitgestellt, um den inneren axialen Schenkel 98 sicher mit dem zugeordneten inneren Anschlussdraht zu verbinden. Wie in 11 und 12 gezeigt, können die Phasenbahnen 90 axial außerhalb der Neutralleiterbahn 80 (und radial innerhalb der Reihenschaltungsbahnen 70) positioniert sein. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, ist jedoch zu erkennen, dass die Reihenschaltungsbahnen 70, die Neutralleiterbahn 80 und die Phasenbahnen 90 in anderen Ausführungsformen anders konfiguriert sein können.
Sammelschienenanordnung
Die vorstehend beschriebenen Reihenschaltungen 70, Neutralleiterverbindung 80 und Phasenverbindungen 90 stellen die Strombahnen innerhalb der abgeschlossenen Sammelschienenanordnung 28 bereit. 13 zeigt die auf der Wicklung 30 angeordnete Sammelschienenanordnung 28, wobei das Gehäuse entfernt ist, um alle Bahnen 70, 80, 90 der Sammelschienenanordnung zu zeigen. Wie in 13 (insbesondere bei Betrachtung in Verbindung mit 5, 6, 8, 9, 11 und 12) zu sehen, sind die Bahnen 80 in der Sammelschienenanordnung 28 in vier Schichten angeordnet. Die Neutralleiterbahn 80 ist die axial am weitesten innerhalb liegende Bahn und ist in der ersten Schicht angeordnet. Die Phasenverbindungen 90 sind in zwei Schichten axial außerhalb der Neutralleiterbahn 80 angeordnet. Die Bahn 90W befindet sich axial außerhalb der Neutralleiterbahn 80 und ist in der zweiten Schicht angeordnet; die Bahnen 90U und 90V befinden sich axial außerhalb der Bahn 90W und sind in der dritten Schicht angeordnet. Die Reihenschaltungsbahnen 70 befinden sich axial außerhalb der Bahnen 90U und 90V und sind in der vierten Schicht angeordnet. Während die hierin offenbarten Ausführungsformen mit dieser speziellen Schichtungsanordnung konfiguriert sind, versteht es sich, dass zusätzliche Schichtungsanordnungen ebenfalls möglich sind. Da diese Schichten alle innerhalb des durch die Anschlussdrähte 38 definierten halbzylinderförmigen Raums angeordnet sind, erleichtert die Sammelschienenanordnung 28 in jedem Fall eine Statoranordnung mit einer verringerten axialen Höhe.
14 und 15 zeigen die Sammelschienenanordnung 28 mit dem enthaltenen Gehäuse 100, wobei die Sammelschienenanordnung 28 an der Wicklungsanordnung 30 des Stators 20 positioniert ist. Das Gehäuse 100 stellt einfach eine Struktur bereit, die alle Bahnen 70, 80, 90 in ihrer richtigen Position hält. Wie in 14 gezeigt, überspannt das Gehäuse 100 vorteilhafterweise einen Winkel von ungefähr 90° (d. h. zwischen 80° und 100° und insbesondere 86,5°).
In mindestens einer Ausführungsform ist das Gehäuse ein Epoxid- oder anderes Kunststoffmaterial, womit die Bahnen 70, 80, 90 umformt sind. Somit erstrecken sich alle der Bahnen 70, 80, 90 durch Kanäle in dem Gehäuse. In dem Gehäuse sind auch zusätzliche Kanäle ausgebildet, um die Anschlussdrähte 38 aufzunehmen. Diese Kanäle ermöglichen, dass jeder der Anschlussdrähte 38 in Ausrichtung an einem zugeordneten Schenkel einer Bahn 70, 80, 90 richtig positioniert wird. Wie am besten in 15 gezeigt, erstrecken sich die Schenkelenden der Bahnen 70, 80 und 90 axial nach außerhalb des Gehäuses 100. Dadurch kann jeder Anschlussdraht 38 mit einem zugeordneten Schenkel einer Bahn 70, 80, 90 verschweißt oder anderweitig verbunden werden. Außerdem ist jede Klemmenverbindung 91 einer Phasenbahn radial außerhalb des Gehäuses positioniert. Dies erleichtert die Verbindung eines Bolzens oder einer anderen Verbindung mit jeder der Klemmenverbindungen 91.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Anordnung der verschiedenen Bahnen 70, 80 und 90 erhöht die gesamte Sammelschienenanordnung 28 den Stator nur um eine axiale Höhe von d₁ + d₂, wobei d₁ der axiale Abstand von den Windungen am Wicklungsende zum distalen Ende des Sammelschienengehäuses 100 ist, und d₂ der axiale Abstand der Anschlussdrähte ist, die sich von dem Sammelschienengehäuse 100 erstrecken.
Alternative Ausführungsformen
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform von 3-15 ist der Hauptkörper der Phasenbahnen 90 axial mit den Neutralleiter- und Reihenschaltungsbahnen geschichtet (z. B. Neutralleiterbahn 80, gefolgt von den Phasenbahnen 90 über der Neutralleiterbahn 80, und dann Reihenschaltungsbahnen 70 über den Phasenbahnen 90). In Ausführungsformen jedoch, in denen es erwünscht ist, die axiale Höhe der Sammelschienenanordnung 28 weiter zu verringern, kann die Schichtung anders angeordnet sein, um die axiale Höhe der Sammelschienenanordnung zu verringern. Insbesondere können in mindestens einer alternativen Ausführungsform, wie sie in 16 und 17 gezeigt ist, die Umfangsabschnitte 96 der Phasenanschlussdrähte 90 radial außerhalb der Anschlussdrähte angeordnet sein. Als Ergebnis benötigen die Phasenanschlussdrähte 90 nur eine einzige Schicht innerhalb der Sammelschienenanordnung (im Gegensatz zu zwei, wie vorstehend in Verbindung mit 3-15 beschrieben). In dieser Ausführungsform können die folgenden Merkmale integriert sein, wie in 17 und 18 gezeigt: (i) Zwei-Phasen-Verbindungsbahnen enthalten einen Hauptkörper, der sich in Umfangsrichtung nach außerhalb der äußeren Anschlussdrähten erstreckt; und (ii) der Hauptkörper einer Phasenverbindung überlappt oder kreuzt den Hauptkörper der anderen Phasenverbindungsbahn auf der Außenseite der äußeren Phasenanschlussdrähte.
Zusätzlich zu dem Vorstehenden wird erkannt, dass noch weitere alternative Ausführungsformen in Betracht gezogen werden. In mindestens einer alternativen Ausführungsform können die Hauptkörper oder mindestens ein Abschnitt einer oder mehrerer Bahnen 70, 80 und 90 radial nach innen von den inneren Anschlussdrähten angeordnet sein (d. h. nach innen von dem halbzylinderförmigen Raum, der zwischen den Anschlussdrähten definiert ist).
In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Wicklungsanordnung 30 so konfiguriert, dass die Reihenschaltungsbahnen 70 mit Anschlussdrähten verbunden sind, die in radialer Richtung direkt einander gegenüberliegen. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der 1-17 enthalten die Reihenschaltungsbahnen sowohl einen radialen Abschnitt 74 als auch einen Umfangsabschnitt (siehe z. B. die in 5 gezeigte Ausführungsform). Der Grund für diese beiden Abschnitte besteht darin, dass die Reihenschaltungsbahnen nicht mit einem äußeren Anschlussdraht und einem inneren Anschlussdraht verbunden sind, die einander direkt radial gegenüberliegen. Daher ist in noch einer weiteren alternativen Ausführungsform die Wicklung derart konfiguriert, dass die Reihenschaltungsbahnen einen inneren Anschlussdraht und einen äußeren Anschlussdraht verbinden, die einander radial gegenüberliegen, wie durch die Pfeile 79 in 18 gezeigt (d. h. die Reihenschaltungsbahnen 70 würden in dieser Ausführungsform nur einen radialen Abschnitt 74 und keinen Umfangsabschnitt enthalten).
Zusätzlich zu dem Vorstehenden werden zahlreiche zusätzliche Ausführungsformen in Betracht gezogen. Beispielsweise werden in einer dritten alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) dieselben Reihenschaltungsanschlussdrähte der Ausführungsform von 3-16 verwendet, um Verbindungen herzustellen, aber zusätzlich werden die Verbindungsanschlussdrähte stärker verdrillt, so dass die Reihenschaltungsbahnen keine Umfangskomponente mehr benötigen. Die Reihenschaltungsbahnen können im Wesentlichen radial ausgebildet sein.
Obwohl die verschiedenen Ausführungsformen hierin bereitgestellt wurden, werden Fachleute erkennen, dass andere Implementierungen und Anpassungen möglich sind. Ferner können Aspekte der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen kombiniert oder durch Aspekte von anderen Merkmalen ersetzt werden, um zu anderen Ausführungsformen als den hier beschriebenen zu gelangen. Darüber hinaus versteht es sich, dass verschiedene der vorstehend offenbarten und andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon wünschenswerter Weise in viele andere unterschiedliche Systeme oder Anwendungen kombiniert werden können. Verschiedene derzeit unvorhergesehene oder nicht erwartete Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen daran können anschließend vom Fachmann vorgenommen werden, die ebenfalls von jeglichen schließlich beigefügten Ansprüchen abgedeckt sein sollen.

Claims

Elektrische Maschine, umfassend: eine Statoranordnung, die einen Kern mit Wicklungen beinhaltet, die auf dem Kern positioniert sind, wobei die Wicklungen In-Nut-Abschnitte, Endwindungen und Anschlussdrähte beinhalten, wobei jeder In-Nut-Abschnitt in einer der Nuten des Kerns positioniert ist, wobei sich jede der Endwindungen zwischen zwei der In-Nut-Abschnitte erstreckt, und jeder der Anschlussdrähte sich von einem der In-Nut-Abschnitte an einem Ende des Kerns erstreckt, wobei sich die Anschlussdrähte axial nach außen über die Endwindungen hinaus erstrecken, wobei die Anschlussdrähte mehrere innere Anschlussdrähte enthalten, die sich von Leitern in einer inneren Schicht der Nuten erstrecken, und äußere Anschlussdrähte, die sich von Leitern in einer äußeren Schicht der Nuten erstrecken, wobei die inneren Anschlussdrähte und die äußeren Anschlussdrähte einen halbzylinderförmigen Raum definieren; und eine Sammelschienenanordnung, die mit den Anschlussdrähten verbunden ist, wobei die Sammelschienenanordnung mehrere Reihenschaltungen und mehrere Phasenanschlussdrähte beinhaltet, wobei jede der Reihenschaltungen einen der inneren Anschlussdrähte mit einem der äußeren Anschlussdrähte innerhalb des halbzylindrischen Raums verbindet, und wobei jeder der Phasenanschlussdrähte mindestens einen der inneren Anschlussdrähte mit mindestens einem der äußeren Anschlussdrähte verbindet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei jeder der Phasenanschlussdrähte einen radial außerhalb des halbzylinderförmigen Raums positionierten Klemmenabschnitt, einen äußeren Anschlussdrahtabschnitt, der mit einem zugeordneten mindestens einen äußeren Anschlussdraht verbunden ist, und einen inneren Anschlussdrahtabschnitt, der sich in den halbzylinderförmigen Raum erstreckt und mit einem zugeordneten mindestens einen inneren Anschlussdraht verbunden ist, beinhaltet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, wobei der äußere Anschlussdrahtabschnitt jedes Phasenanschlussdrahts mit einer radial äußeren Seite des zugehörigen äußeren Anschlussdrahts verbunden ist und wobei der innere Anschlussdrahtabschnitt jedes Phasenanschlussdrahts mit einer radial äußeren Seite des zugehörigen inneren Anschlussdrahts verbunden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei jede Reihenschaltung einen äußeren axialen Schenkel, der an einem der äußeren Anschlussdrähte ausgerichtet ist, eine äußere Biegung, einen Umfangsabschnitt, einen radialen Abschnitt, eine innere Biegung und einen inneren axialen Schenkel, der an einem der inneren Anschlussdrähte ausgerichtet ist, beinhaltet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei jede von mehreren der Reihenschaltungen einen der inneren Anschlussdrähte mit einem direkt gegenüberliegenden äußeren Anschlussdraht in einer radialen Richtung verbindet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, die ferner mindestens eine Neutralleiterverbindung beinhaltet, wobei die mindestens eine Neutralleiterverbindung mehrere der inneren Anschlussdrähte mit mehreren äußeren Anschlussdrähten innerhalb des halbzylinderförmigen Raums verbindet und die mindestens eine Neutralleiterverbindung eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Platte beinhaltet, wobei mehrere äußere Schenkel an den äußeren Anschlussdrähten ausgerichtet sind und mehrere innere Schenkel an den inneren Anschlussdrähten ausgerichtet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Sammelschienenanordnung ungefähr 90° in einer Umfangsrichtung um den Kern herum überspannt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Wicklungen mehrere Wicklungsphasen definieren, jede Wicklungsphase mehrere parallele Pfade beinhaltet, jeder parallele Pfad einen ersten Abschnitt beinhaltet, der sich für eine erste Umdrehung um den Kern wickelt, und einen zweiten Abschnitt, der sich für eine zweite Umdrehung um den Kern wickelt, und jede Reihenschaltung den ersten Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt von einem der mehreren parallelen Pfade verbindet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, wobei die Wicklung durch drei Phasen und drei Nuten pro Pol pro Phase definiert ist.
Elektrische Maschine, umfassend: eine Statoranordnung, die einen Kern mit Wicklungen, die auf dem Kern positioniert sind, beinhaltet, wobei die Wicklungen innere Anschlussdrähte und äußere Anschlussdrähte beinhalten, die sich von einem Ende der Statoranordnung erstrecken; und eine Sammelschienenanordnung, die mit den inneren Anschlussdrähten und den äußeren Anschlussdrähten verbunden ist, wobei die Sammelschienenanordnung mehrere Reihenschaltungen beinhaltet, wobei jede der Reihenschaltungen ein erstes Ende, das mit einer Innenseite eines der äußeren Anschlussdrähte verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit einer Außenseite eines der inneren Anschlussdrähte verbunden ist, beinhaltet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 10, wobei die inneren Anschlussdrähte und die äußeren Anschlussdrähte einen halbzylinderförmigen Raum definieren und jede der Reihenschaltungen innerhalb des halbzylinderförmigen Raums positioniert ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 10, wobei die Sammelschienenanordnung ferner mindestens eine Neutralleiterverbindung beinhaltet, wobei die mindestens eine Neutralleiterverbindung mehrere äußere Schenkel, die mit einer Innenseite von mehreren der äußeren Anschlussdrähte verbunden sind, und mehrere innere Schenkel, die mit einer Außenseite von mehreren der inneren Anschlussdrähte verbunden sind, beinhaltet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 11, wobei die Sammelschienenanordnung ferner mehrere Phasenverbindungen beinhaltet, wobei jede der Phasenverbindungen mit mindestens einem der inneren Anschlussdrähte mit mindestens einem der äußeren Anschlussdrähte verbunden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 12, wobei jede der Phasenverbindungen einen ersten Schenkel beinhaltet, der mit einer Außenseite eines der äußeren Anschlussdrähte verbunden ist, und einen zweiten Schenkel, der mit einer Außenseite eines der inneren Anschlussdrähte verbunden ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 13, wobei jede der Phasenverbindungen einen mittleren Abschnitt beinhaltet, der den ersten Schenkel mit dem zweiten Schenkel verbindet, wobei sich der mittlere Abschnitt in einer Umfangsrichtung zwischen den inneren Anschlussdrähten und den äußeren Anschlussdrähten erstreckt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 12, wobei jede der Phasenverbindungen einen mittleren Abschnitt beinhaltet, der den ersten Schenkel mit dem zweiten Schenkel verbindet, wobei sich der mittlere Abschnitt in einer Umfangsrichtung radial nach außerhalb der äußeren Anschlussdrähte erstreckt.
Elektrische Maschine, umfassend: eine Statoranordnung, die einen Kern mit Wicklungen beinhaltet, wobei die Wicklungen mehrere auf den Kern gewickelte Wicklungspfade umfassen, wobei die Wicklungen ferner innere Anschlussdrähte und äußere Anschlussdrähte umfassen, die sich von einem Ende der Statoranordnung erstrecken, wobei ein halbzylinderförmiger Raum zwischen den inneren Anschlussdrähten und den äußeren Anschlussdrähten definiert ist; und eine Sammelschienenanordnung, die mit den Wicklungen verbunden ist, wobei die Sammelschienenanordnung mehrere Verbindungen beinhaltet, die sich innerhalb des halbzylinderförmigen Raums zwischen den inneren Anschlussdrähten und den äußeren Anschlussdrähten erstrecken, wobei jede der Verbindungen einen Umfangsabschnitt beinhaltet, der zwischen den inneren Anschlussdrähten und den äußeren Anschlussdrähten positioniert ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 17, wobei die Verbindungen mehrere Reihenschaltungen, eine Neutralleiterverbindung und mehrere Phasenverbindungen beinhalten.
Elektrische Maschine nach Anspruch 18, wobei sich die mehreren Reihenschaltungen und die Neutralleiterverbindung vollständig innerhalb des halbzylinderförmigen Raums befinden.