DE10342755A1

DE10342755A1 - Rotierende Hochspannungselektromaschine

Info

Publication number: DE10342755A1
Application number: DE10342755A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kariya Seguchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: CN1241311C; FR2844646A1; FR2844646B1; US20060006757A1; CN1495985A; US20040164637A1; US6969938B2; DE10342755B4; US7391138B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende Elektromaschine, die eine Vielzahl von Phasenspulen aufweist, die jeweils aus einer Vielzahl von Teilspulen aufgebaut ist, die jeweils durch Verbinden von Segmenten ausgebildet werden, die jeweils aus einem Innennutleiterabschnitt, der in jeder der Nuten jeder der Phasennutgruppen unterzubringen ist, die in einem Statorkern ausgebildet sind, sowie einem Außennutleiterabschnitt aufgebaut ist, der aus der Nut herausragt. Von der Vielzahl der Teilspulen, die jede der Phasenspulen bildet, in welcher die Teilspulen mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluß zu verbinden sind, ist ihr Innennutleiterabschnitt in einer Nut untergebracht, die keine der Endabschnitte der Phasennutgruppe in einer Umfangsrichtung des Statorkerns ist. Dies verringert die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Außennutleiterabschnitt, der sich darin fortsetzt, und dem Außenleiternutabschnitt einer benachbarten Phasenspule, wodurch das Isolationsvermögen verbessert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende Hochspannungselektromaschine.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bei einer rotierenden Elektromaschine für die Verwendung in einem Fahrzeug werden Statorwicklungen in Schlitzen bzw. Nuten, die in einem ringförmigen Statorkern ausgebildet sind, so untergebracht, daß die Statorwicklungen sich teilweise von dem Statorkern nach außen in axialer Richtung, d. h. in Richtung Spulenende, hervorragen.
Um den Erfordernissen für eine Montage in einem Motorraum ohne der Veränderung des Volumens Rechnung zu tragen, besteht seit einigen Jahren die Notwendigkeit, eine Größenverringerung und eine hohe Ausgangsleistung bei einer rotierenden Elektromaschine einschließlich der Spulenenden zu erzielen. Um dieses Erfordernis zu erfüllen, kommt eine möglichst große Verkürzung des Abstandes zwischen benachbarten Leitern in Betracht. In diesem Fall jedoch tritt eine extrem große Spannungsdifferenz zwischen des Leitern auf, welche ein Problem beim Isolationsvermögen erzeugt.
Konkret besteht ein effektives Mittel zum Erfüllen dieses Erfordernisses darin, den Füllfaktor der Wicklungen zu verbessern, und eine herkömmliche rotierende Elektromaschine, wie sie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2002-92766 offenbart ist, benutzt eine Technik mit Leitern (Leitungen mit gestrecktem Winkel) die jeweils einen reckteckförmigen Aufbau im Querschnitt für die Statorwicklungen haben. Bei dieser Konstruktion verhält es sich jedoch so, daß die Leiter in einer Nut einer Phase gelegt sind, während zueinander benachbarte Nuten in Umfangsrichtung unterschiedliche Phasen einnehmen. Mit anderen Worten, beim Verbessern der Ausgangsleistung der rotierenden Elektromaschine bei Hochspannung bewirkt eine Vergrößerung der Anzahl an Wicklungen, d. h. der Anzahl an Leitern in einer Nut, daß die Leiter mehr an dem Spulenendenabschnitt überlappen, und dies erzeugt ein Problem bei dem Isolationsvermögen zwischen den zueinander benachbarten Leitungen, wenn die rotierende Elektromaschine für die Verwendung bei Hochspannung entworfen worden ist. Auf der anderen Seite erzeugt eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den Leitern das Problem einer gesteigerten axialen Größe der rotierenden Elektromaschine.
Um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen werden bei einer herkömmlichen rotierenden Elektromaschine die Leiter, die eine bestimmte Phase bilden, in einer Vielzahl von zueinander benachbarten Schlitzen bzw. Nuten in einer Umfangsrichtung untergebracht, um die Anzahl an Wicklungen zu erhöhen, wie etwa in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2002-228852 offenbart. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Anzahl an Wicklungen ohne eine Erhöhung der Anzahl an Pole des Rotors während die Anzahl an Leitern in einer Nut verringert wird, um einen kleinen Außendurchmesser beizubehalten. Da überdies kein Bedarf zur Erhöhung der Polzahl des Stators besteht, ist es möglich, die Frequenz der Statorspulenspannung bei gleicher Drehzahl zu verringern, was die Reduktion des Leitungsinduktionsverlustes und des Umrichterschaltverlustes (Schalttransienterverlust), was zu einer Verbesserung der Effizienz führt. Demgemäß wird dadurch eine Kostenreduktion bei dem Umrichter und den Leitungen, sowie eine Reduktion der Verluste und der Wäremeerzeugung realisiert.
Jedoch benötigt für den Fall der Verwendung von Hochspannung auch die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2002-228852 offenbarte Konstruktion eine Erhöhung der Leiterzahl und eine Verringerung der Spulenenden, was zu der Notwendig keit führt, den Abstand zwischen den Leitern möglichst zu verkürzen, wodurch ein Isolationsproblem erzeugt wird, da eine extrem große Spannungsdifferenz zwischen den Leiter auftritt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist zur Beseitigung der voranstehend erwähnten Probleme entwickelt worden und es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine rotierende Hochspannungselektromaschine vorzusehen, die in der Lage ist, die Anzahl von Schleifen bzw. Windungen bei einem Betrieb mit Hochspannung zu erhöhen, ohne die Anzahl von Polen eines Stators zu erhöhen und ferner das Isolationsvermögen auch für den Fall aufrechtzuerhalten, dass sich der Abstand zwischen benachbarten Leitern verkürzt.
Aus diesem Grund sind in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Nutengruppen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase sukzessive in Umfangsrichtungen angeordnet, womit sich die Anzahl an Leitern in einer Nut verringert. Dies ermöglicht ein Erhöhen der Anzahl an Wicklungen, während die Größe in radialer Richtung verringert wird, sowie ein Betreiben der rotierenden Elektromaschine in einem Hochspannungszustand ohne dem Erhöhen der Polzahl des Rotors, was niedrige Kosten für Umrichter und Leitungen bedeutet, und zudem die Verringerung von Verlusten und Wärmeerzeugung ermöglicht.
Außerdem sind eine Vielzahl von Teilspulen, die jeweils die Nutgruppe der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase bilden, d.h. die außerhalb der Nut liegenden Leiterabschnitte (Außennutleiterabschnitte) der Un, Vn und der Wn Teilspulen, mit den innerhalb der Nut liegenden Leiterabschnitte (Innennutleiterabschnitte), die innerhalb der Un, Vn und Wn Nuten regelmäßig in Umfangsrichtung angeordnet sind, verbunden. Dies ermöglicht es den außerhalb der Nut liegenden Leitern regelmäßig in axialen Richtungen des Statorkerns angeordnet zu sein.
Darüber hinaus sind aus der Vielzahl von Teilspulen jeder der Phasenspulen die in der Nut angeordneten Leiter der U1-, V1- und W1-Teilspulen, die Eingangs/Ausgangs-Anschlussverbindungsteilspulen ausbilden, nicht in Nuten der Phasennutgruppen in Endpositionen in Umfangsrichtung angeordnet. Dies kann die elektrische Potentialdifferenz zwischen einem außerhalb der Nut liegenden Leitungsabschnitt und einem außerhalb der Nut liegenden Leiterabschnitts der benachbarten Phasenspule verringern, wodurch das Isolationsvermögen verbessert wird.
In dieser Spezifikation bezeichnet "Nut" einen Leiteraufnahmeraum mit einer Größe zum Unterbringen bzw. Aufnehmen eines Leiters einer Statorwicklung, und es ist möglich, eine Öffnung bzw, ein Loch mit einer Größe, die bzw. das zum Aufnehmen eines Leiters in einer Umfangsrichtung, und die in einer axialen Richtung des Statorkerns ausgebildet ist, zu benutzen. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, sondern es ist ebenso möglich, einen Raum von einer Öffnung mit einer Breite, die sich in einer Umfangsrichtung zum Aufnehmen einer Vielzahl von Leitern in einem benachbarten Zustand in einer Umfangsrichtung erstreckt, einen Raum mit einer Größe zum Aufnehmen eines Leiters in einer Umfangsrichtung zu benutzen. In diesem Fall bildet eine Öffnung, die in dem Statorkern ausgebildet ist, eine Vielzahl von Nuten in einer Umfangsrichtung aus.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Innennutleiterabschnitt einer Teilspule, die mit einem Neutralpunkt bzw. Sternpunkt zu verbinden ist, in einer Nut jeder der Phasennutgruppen angeordnet, die an einem Endabschnitt in einer Umfangsrichtung positioniert ist. Dies kann die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem damit verbundenen Außennutleiterabschnitten und einem Außennutleiterabschnitt der benachbarten Phasenspule verringern, wodurch das Isolationsvermögen verbessert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bilden ein Kopfabschnitt, ein Paar von Innennutleiterabschnitten und ein Paar von herausragenden Endabschnitten, die sich in Umfangsrichtung erstrecken, ein U-förmiges Segment. Bei dieser Konstruktion ist das U-förmige Segment leicht zu handhaben und in einer Nut des Statorkerns unterzubrin gen. Überdies können die herausragenden Abschnitte miteinander in einem Zustand verbunden werden, bei dem eine Vielzahl von U-förmigen Segmenten in einer Nut in einer axialen Richtung eingefügt sind, was eine hohe Verarbeitbarkeit vorsieht. Des weiteren können die Verbindungsabschnitte regelmäßig in einer Umfangsrichtung angeordnet sein und der Füllfaktor der Wicklungen ist leicht verbesserbar, auch für den Fall, daß ein Statorkern unter Verwendung einer großen Anzahl von U-förmigen Segmenten aufgebaut ist, da die Innennutleiterabschnitte in einer Nut einer In-Phasennutgruppe untergebracht sind, die an der gleichen Position in einer Umfangsrichtung sitzt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen den Außenleiterabschnitten in der In-Phasennutgruppe verringerbar, wodurch sich das Isolationsvermögen erhöht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen Außennutleiterabschnitten einer Teilspule, die an einem Endabschnitt einer Nutengruppe sitzt, und einer Teilspule einer Nutengruppe, die dazu benachbart ist, verringert, und die elektrische Potentialdifferenz zwischen den Außennutleiterabschnitten, die zu einander in einer In-Phasennutgruppe benachbart sind, ist ebenso verringerbar, wodurch sich das Isolationsvermögen verstärkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, ist es möglich, den Abstand zwischen den benachbarten Außennutleiterabschnitten jeder der Teilspulengruppen zu verlängern, was das Isolationsvermögen erhöht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine große Anzahl an Segmenten in Nuten eingefügt werden und Spulengruppen können in radialen Richtungen regelmäßig angeordnet werden, was zur Verkürzung der Spulenendenlängen beiträgt. Uberdies können die parallelen Verbindungen der Spulen, die parallel angeordnet sind, die Querschnittsfläche eines Leiters vergrößern, während sie die Stromdichte verringern, was eine Starkstromhochleistungsspezifikation ohne weiteres ermöglicht. Darüber hinaus ist es möglich, Segmente zu benutzen, die eine Abmessung aufweisen, welche eine hohe Produktivität vorsehen.
Diese Konstruktion betrifft die Beziehung zwischen zwei Phasen in einer rotierenden Elektromaschine mit einer Vielzahl von Phasenspulen mit zwei oder mehr Phasen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen erste und zweite Phasenstoppgruppen n erste Nuten und n zweite Nuten auf, die sukzessive in einer Umfangsrichtung ausgebildet sind, und durch Verringern der Anzahl von Leitern in einer Nut ist es möglich, die Anzahl von Schleifen bzw. Wicklungen zu vergrößern, wobei ihre Größenreduktion in radialer Richtung beibehalten wird, und ferner die rotierende Elektromaschine bei einer Hochspannungsbedingung ohne die Erhöhung der Anzahl an Polen des Rotors anzutreiben, was kostengünstige Umrichter und Leitungen realisiert, sowie die Reduktion von Verlusten und einer Wärmeerzeugung.
Da überdies die Außennutleiterabschnitte von ns ersten Ringspulen und ns zweiten Ringspulen mit den n ersten Innennutleiterabschnitten und den n zweiten Innennutleiterabschnitten, die in regelmäßiger Anordnung in einer Umfangsrichtung platziert sind, verbunden sind, können die Außennutleiterabschnitte in axialer Richtung des Statorkerns regelmäßig angeordnet werden.
Des weiteren werden Innennutleiterabschnitte einer 11. Teilspule und einer 21. Teilspule aus der Vielzahl der Teilspulen, die jeweils eine Phasenspule ausbilden, welche als Eingangs/Ausgangs-Anschlussverbindungsteilspulen dienen, nicht in Endpositionene in Nuten jeder der Phasennutgruppe in Umfangsrichtung angeordnet. Demgemäß können die damit verbundenen Außennutleiterabschnitte eine verringerte elektrische Potentialdifferenz bezüglich der Außennutleiterabschnitte der benachbarten Phasenspule vorsehen, was das Isolationsvermögen verstärkt.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird überdies eine rotierende Elektromaschine vorgesehen, die aufweist: einen Statorkern ein schließlich Phasennutgruppen, die jeweils aus einer Vielzahl von Nuten aufgebaut und entlang seiner inneren Umfangsoberfläche in seiner Umfangsrichtung ausgebildet sind, und eine Statorspule, einschließlich einer Vielzahl von Phasenspulen, die jeweils durch Verbinden einer Vielzahl von U-förmigen Segmenten (Leitersegmenten) ausgebildet sind, die jeweils aus Innennutleiterabschnitten, die in den Nuten unterzubringen sind, und aus Außennutleiterabschnitten aufgebaut sind, die aus den Nuten herausragen, aufgebaut sind, wobei jede der Phasenspulen durch Verbinden einer Vielzahl von konzentrischen Ringspulen ausgebildet wird, die jeweils den Stator im Wesentlichen ringförmig entlang seines inneren Umfangs umgeben, und wobei die Innennutleiterabschnitte des U-förmigen Segments zum Ausbilden der Ringspule aus der Vielzahl der Ringspulen, welche einen externen Leitungsanschluss (externen Ausgangsanschluss) aufweist, in der Nut aus der Vielzahl von Nuten, die jede der Phasennutgruppen ausbilden, untergebracht sind, die nicht an die Nutgruppe mit unterschiedlicher Phase angrenzt, und wobei ein Isolationsteil zwischen den in radialer Richtung des Statorkerns zueinander benachbarten Außennutabschnitten angeordnet ist.
Eine Phasenspule ist derart ausgebildet, dass eine Vielzahl von Ringspulen miteinander verbunden sind, und es gibt eine Ringspule bei den Ringspulen mit einem externen Leitungsanschluss. Diese Ringspule weist ein hohes elektrisches Potential auf.
Überdies sind eine Vielzahl von Phasennutgruppen in einem Statorkern ausgebildet und jede der Phasennutgruppen ist aus einer Vielzahl von Nuten aufgebaut. Die Phasennutgruppen sind wiederholt in Umfangsrichtung angeordnet, so dass Phasennutgruppen, die zueinander unterschiedliche Phase aufweisen, zueinander benachbart angeordnet sind.
Falls die Innennutleiterabschnitte eines U-förmigen Leitersegments, welches eine Hochpotentialringspule mit einem externen Leitungsanschluss ausbildet, in einer Nut untergebracht sind, die an einem Endabschnitt der Phasennutgruppe vorhanden ist, tritt eine große elektrische Potentialdifferenz auf, die jeweils von der Phasenspannung zwischen den Nuten stammt, die an den Endabschnitten der benachbarten Phasennutgruppen vorhanden sind, was zu einem dielektrischen Durchbruch führen kann.
Andererseits sind bei der rotierenden Elektromaschine gemäß der vorliegenden Erfindung die Innennutleiterabschnitte des U-förmigen Segments, das eine Hochpotentialringspule mit einem externen Leitungsanschluss bildet, nicht in den Nuten untergebracht, die an den Endabschnitten jeder der Phasennutgruppen vorhanden sind. Das heißt, die Innennutleiterabschnitte mit einem externen Leitungsanschluss sind in Nuten untergebracht, welche nicht an eine Phasennutgruppe mit unterschiedlicher Phase grenzen. Dies kann die Möglichkeit verringern, dass eine große elektrische Potentialdifferenz auftritt, die jeweils von der Phasenspannungen zwischen den Nuten stammt, die an den Endabschnitten der benachbarten Phasennutgruppen vorhanden sind, was das Auftreten eines dielektrischen Durchbruchs in der Umfangsrichtung des Statorkerns unterdrückt.
Außerdem ist ein Isolationsteil zwischen den Außennutleiterabschnitten angeordnet, die zueinander in Umfangsrichtung des Statorkerns benachbart sind. Daher ist es möglich, das Auftreten eines dielektrischen Durchbruchs nicht nur in der Umfangsrichtung des Statorkerns zu unterdrücken, sondern ebenso in dessen radialer Richtung. In diesem Fall bezeichnet "zwischen den Außennutleiterabschnitten" beispielsweise "zwischen einem herausragenden Endabschnitt 260d und einem herausragenden Endabschnitt 261d", wie in 15 gezeigt. Überdies wird eine innere Umfangsseite eines gekrümmten Abschnitts eines Kopfabschnitts mit 261c bezeichnet.
Vorzugsweise sind die Vielzahl von Außennutleiterabschnitten in einem gitterartigen Aufbau angeordnet, so dass sie sich in einem axialen Außenraum außerhalb eines axialen Endabschnittes des Statorkerns schneiden, und die Schnittstellen bzw. Kreuzungen zwischen den Außennutleiterabschnitten sind in n Reihen in einer axialen Richtung von dem axialen Endabschnitt her angeordnet, und das Isolationsteil ist an den Kreuzungspositionen platziert beginnend mit der zweiten Reihe der n Reihen.
Das heißt bei dieser Konstruktion ist kein Isolationsteil an der ersten Schnittstelle in der ersten Reihe platziert. Unter der Annahme, dass die elektrische Potentialdifferenz zwi schen den Außennutleiterabschnitten, die die Schnittstelle in der ersten Reihe bilden, einen großen Wert aufweist, besteht die Notwendigkeit, ein Isolationsteil dazwischen zu platzieren. Jedoch ist der Abstand zwischen den Außennutleiterabschnitten, die die Schnittstelle in der ersten Reihe ausbilden, extrem kurz und somit ist es schwierig ein Isolationsteil dazwischen anzuordnen.
Andererseits im Fall der rotierenden Elektromaschine mit dem Aufbau, wie oben erwähnt, sind die Innennutleiterabschnitte mit einem externen Leitungsanschluss in Nuten untergebracht, die nicht an eine Phasennutgruppe mit unterschiedlicher Phase angrenzen. Daher ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen den Außennutleiterabschnitten, die die Schnittstelle in der ersten Reihe ausbilden, relativ klein. Dies bedeutet, dass es keine Notwendigkeit gibt, ein Isolationsteil zwischen den vorstehenden Endabschnitten anzuordnen. Somit erfordert diese Konstruktion nicht immer ein Dazwischenlegen eines Isolationsteils zwischen den Außennutleiterabschnitten, die die Schnittstelle der ersten Reihe mit einem kleinen Abstand ausbilden.
Vorzugsweise ist die Vielzahl von Außennutleiterabschnitten in einer gitterartigen Konfiguration angeordnet, so dass sie sich in einem axialen Außenraum von einem axialen Endabschnitt des Statorkerns schneiden, und die Schnittstellen zwischen den Außennutleiterabschnitten sind in n Reihen in axialer Richtung von dem axialen Endabschnitt aus angeordnet, und das Isolationsteil ist an den Schnittpositionen bis vor die n-te Reihe der N Reihen dazwischen angeordnet.
Das heißt, bei dieser Konstruktion ist kein Isolationsteil an der Schnittstellenposition der n-ten Reihe platziert. Wenn beispielsweise die Außennutleiterabschnitte bezüglich der n-ten Schnittstelle axial und nach außen gerichtet verbunden werden, kann das Dazwischen liegen des Isolationsteils in der n-ten Reihe Beschädigungen des Isolationsteils verursachen.
Andererseits sind bei dieser rotierenden Elektromaschine mit dem Aufbau, wie oben erwähnt, die Innennutleiterabschnitte in Nuten untergebracht, welche nicht an eine Pha sennutgruppe mit unterschiedlicher Phase angrenzen. Daher ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen den Außennutleiterabschnitten, die die n-te Reihenschnittstelle bilden, relativ klein und somit ist es unnötig, zwischen diesen herausragenden Endabschnitten ein Isolationsteil anzuordnen. Somit erfordert diese Konstruktion nicht immer die Anordnung eines Isolationsteils zwischen den Außennutleiterabschnitten, was die n-te Reihenschnittstelle durch Verbindungsvorgänge leicht beschädigen könnte.
Vorzugsweise sind die Vielzahl an Außennutleiterabschnitten in einer gitterartigen Konfiguration angeordnet, so dass sie einander in einem axialen Außenraum außerhalb eines axialen Endabschnitts des Statorkerns schneiden, und die Schnittstellen zwischen den Außennutleiterabschnitten sind in n Reihen in einer axialen Richtung von dem axialen Endabschnitt aus angeordnet, und ein Isolationsteil ist an den Schnittstellenpositionen mit Ausnahme der ersten und n-ten Reihe angeordnet. Dies verbessert die Isolationsteilzwischenanordnungsverarbeitbarkeit und verringert die Möglichkeiten des Isolationsteils durch den Verbindungsvorgang zwischen den Außennutleiterabschnitten zu beschädigen.
Ferner wird in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung eine rotierende Elektromaschine vorgesehen, die
einen Statorkern, der eine Vielzahl von Nuten enthält, die entlang seiner inneren Umfangsoberfläche angeordnet sind; und
eine Statorspule, die eine Vielzahl von konzentrischen Ringspulen enthält, die jeweils derart hergestellt sind, dass eine Vielzahl von U-förmigen Segmenten, von denen jedes aus in den Nuten unterzubringenden Innennutleiterabschnitten und aus die Nuten herausragenden Außennutleiterabschnitten baufgebaut sind, miteinander entlang der inneren Umfangsoberfläche des Statorkerns derart verbunden sind, dass sie dessen innere Umfangsoberfläche ringförmig umgeben,
aufweist,
wobei zuvor ein Isolationsteil zwischen Außennutleiterabschnitten angeordnet worden ist, die in radialer Richtung des Statorkerns zueinander benachbart sind und bei denen der außenumfangsseitige Außennutleiterabschnitt in Umfangsrichtung des Statorkerns bezüglich eines innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitts sowie radial nach außen geneigt ist, um einen rutschenden Kontakt dazwischen zu unterbinden, wenn der innenumfangsseitige Außennutleiterabschnitt in der radialen und nach außen gerichteten Richtung und der Umfangsrichtung geneigt ist.
Das heißt, bei der rotierenden Elektromaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei dem Segmentzusammenfügevorgang vor dem Neigen bzw. Biegen der Außennutleiterabschnitte in Umfangsrichtung sowie radial nach außen im Voraus ein Isolationsteil zwischen den radial zueinander benachbarten Außennutleiterabschnitten angeordnet. Demgemäß kann ein rutschender Kontakt zwischen den Außennutleiterabschnitten, die zueinander radial benachbart sind, durch das Isolationsteil vermieden werden. Dies kann die Möglichkeit einer Beschädigung der Isolationsbeschichtung der Außennutleiterabschnitte beträchtlich verringern. Das heißt, es ist möglich die Gefahr des Auftretens eines dielektrischen Durchbruchs in den radialen Richtungen des Statorkerns zu verringern.
Da überdies das Isolationsteil zwischen den Außennutleiterabschnitten angeordnet ist, verbessert sich die Gleitfähigkeit, wenn die Außennutleiterabschnitte in Umfangsrichtung sowie radiale nach außen geneigt werden. Dies erleichtert die Segmentzusammenfügevorgänge.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung ersichtlich, in welcher:
1 eine Querschnittsansicht ist, die eine Konstruktion einer rotierenden Elektromaschine zur Verwendung in einem Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt:
2 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Segmentsatz zeigt, der in der ersten Ausführungsform zu verwenden ist;
3 eine Darstellung von Leiteranordnungen in Nuten der ersten Ausführungsform ist;
4 eine Darstellung von Verbindungen der Phasenwicklungen der ersten Ausführungsform ist;
5A ein Wicklungsplan einer U-Phasenwicklung der ersten Ausführungsform ist;
5B ein Wicklungsplan einer U3-Phasenwicklung der ersten Ausführungsform ist;
6A eine Darstellung der Lage von Teilspulen in den Nuten der ersten Ausführungsform ist;
6B eine Darstellung von Drahtverbindungen der Segmente von U31-Ringspulen und U32-Ringspulen in der ersten Ausführungsform ist;
7 eine Darstellung eines Abschnitts eines Statorkerns in der ersten Ausführungsform ist;
8 eine Darstellung von Verbindungen der Phasenwicklungen in einer dritten Ausführungsformn gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
9 ein Wicklungsplan der dreiphasigen Wicklung der dritten Ausführungsform ist;
10 eine Darstellung von Drahtverbindungen der Segmente der U31-Ringspulen und der U32-Ringspulen in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
11 eine Querschnittsansicht ist, die teilweise eine Spulenkonfiguration in der dritten Ausführungsform zeigt;
12 eine Querschnittansicht ist, die teilweise eine Spulenkonfiguration in der dritten Ausführungsform zeigt;
13 eine Darstellung einer Schaltungsanordnung einer rotierenden Elektromaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
14 eine axiale Querschnittsansicht ist, die eine rotierende Elektromaschine gemäß der vierten Ausführungsform zeigt;
15 eine perspektivische Ansicht ist, die ein großes Segment und ein kleines Segment zeigt, die in der rotierenden Elektromaschine gemäß der vierten Ausführungsform verwendet werden;
16 einer Querschnittansicht entlang der Linie I-I in 14 ist;
17 eine perspektivische Ansicht ist, die einen kopfabschnittsseitigen Statorspulenendabschnitt der rotierenden Elektromaschine gemäß der vierten Ausführungsform zeigt;
18 eine perspektivische Ansicht ist, die einen herausragenden endabschnittsseitigen Statorspulenendabschnitt der rotierenden Elektromaschine gemäß der vierten Ausführungsform zeigt;
19A eine radiale Querschnittsansicht ist, die einen Statorkern einer rotierenden Elektromaschine gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, aus der Sicht seiner herausragenden Endabschnittsseite gesehen;
19B ein vorderer Aufriss ist, der beispielhaft den Statorkern der rotierenden Elektromaschine gemäß der fünften Ausführungsform zeigt, aus der Sicht seiner inneren Umfangsseite her gesehen; und
20 eine axiale Teilquerschnittsansicht ist, die einen Statorkern einer rotierenden Elektromaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für eine rotierende Hochspannungselektromaschine zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einem Statorspulentyp mit sequentiellen Segmentverbindungsaufbau angegeben.
Erste Ausführungsform
Beschreibung der Gesamtkonstruktion
Gemäß 1 ist eine rotierende Elektromaschine mit einem Statorspulentyp mit sequentiell verbundenen Segmenten, der allgemein mit Bezugszeichen 1 bezeichnet wird, als ein Wechselstromgenerator aufgebaut, der einen Rotor 2, einen ringförmigen Stator 3 mit einem Statorkern, ein Gehäuse 4, einen Gleichrichter 5, der als ein dreiphasiger Eingangs-/Ausgangsanschluss dient, einen Ausgangsleitungsanschluss 6, eine Welle 7, Bürsten 8 und Schleifringe 9 aufweist. Der Stator 3 ist aus einer Statorspule 31 aufgebaut, die eine Statorwicklung und einen Statorkern 32 bildet, wobei der Statorkern 32 an einer Innenumfangsoberfläche einer Umfangswand des Gehäuses 4 sicher befestigt ist und die Statorspule 31 in Nuten des Statorkerns 32 in einem gewickelten Zustand angeordnet ist. Der Rotor 2 ist vom Lundell-Poltyp und an der durch das Gehäuse 4 drehbar gelagerten Drehwelle 7 befestigt, sowie an einer radialen Innenseite des Statorkerns 32 angeordnet, wobei eine elektromaschine Spule 72 und ein Polkern vier sich in der Drehumfangsrichtung abwechselnde Polpaare ausbildet, die sicher an den Rotorkern 71 befestigt sind.
Die Statorspule 31, die eine Statorwicklung ausbildet, ist eine dreiphasige Ankerwicklung und ist mit dem Gleichrichter phasenrichtig verbunden und so ausgebildet, dass sie eine dreiphasige Sternverbindung ausbildet. Bei dieser Ausführungsform dient der Gleichrichter 5 als ein Ausgangsanschluss für den Generatorbetrieb.
Die in 2 gezeigten Segmentsätze 330 werden durch Isolationspapier 340 in einer großen Anzahl von Nuten 350 eingefügt, die in dem Statorkern derart ausgebildet sind, dass sie in seiner axialen Richtung eindringen und sich radial von einer Seite in der axialen Richtung her erstrecken, wie in 3 gezeigt und ihre radial angrenzenden Spitzenabschnitte werden auf der anderen Seite der axialen Richtung miteinander sequentiell verbunden. Die Statorspule 31 weist ein endseitiges Spulenende 311 auf der anderen Seite in der axialen Richtung und ein kopfseitiges Spulenende 312 auf der anderen Seite in der radialen Richtung auf. Die Statorspule mit den sequentiell verbunden Segmenten selbst ist wie bereits bekannt aufgebaut. In dieser Erfindung wird der Begriff "auf Eingangs-/Ausgangsanschluss" als ein Eingangsanschluss im Fall bezeichnet, bei dem die rotierende Elektromaschine als ein Motor verwendet wird, und stellt einen Ausgangsanschluss dar, falls die rotierende Elektromaschine als ein Generator verwendet wird, bezeichnet jedoch nicht immer sowohl die Eingangs- als auch Ausgangs-Funktionen.
Beschreibung des Segmentsatzes 330
Gemäß 2 wird im folgenden eine detaillierte Beschreibung des Segmentsatzes 330 angegeben.
Der Segment 330 besteht aus einem großen Segment 331 und einem kleinen Segment 332, die jeweils aus einen im allgemeinen U-förmigen Kopfabschnitt, einem Paar von Innennutleiterabschnitten, die so ausgebildet sind, dass sie sich linear von beiden Enden des Kopfabschnitts erstrecken, und die Nuten eingefügt sind, und einem Paar von herausragenden Endabschnitten aufgebaut, die so ausgebildet sind, dass sie sich von den Spitzen der beiden Innennutleiterabschnitte aus erstrecken.
Die Kopfabschnitte bilden das kopfseitige Spulenende 312 (siehe 1), das auf der einen Seite des Statorkerns 32 in axialen Richtungen sitzt, um einen insgesamt U-förmigen Aufbau aufzuweisen, während die herausragenden Endabschnitte das endseitige Spulenende 311 (siehe 1) bilden, das auf der anderen Seite des Statorkerns 32 in der axialen Richtung vorhanden ist, um eine insgesamt ringförmige Konfiguration vorzusehen.
Der Segmentsatz 330 ist aus einem großen Segment 331 und einem kleinen Segment 332 aufgebaut. Das große Segment 331 und das kleine Segment 332, das von dem großen Segment 331 umgeben wird, wird als ein "Segmentsatz" bezeichnet.
Bei dem großen Segment 331 bezeichnen Bezugszeichen 331a und 331b Innennutleiterabschnitte, das Bezugszeichen 331c bezeichnet einen Kopfabschnitt der zu den Innennutabschnitten 331a und 331b führt (damit verbunden ist) und Bezugszeichen 331f und 331g bezeichnen herausragende Endabschnitte, die sich in die Innennutleiterabschnitte 331a und 331b fortsetzen. Jeder der Spitzenabschnitte 331d und 331e der herausragenden Endabschnitte 331f und 331g sind Verbindungsabschnitte zu anderen Segmenten und daher werden sie als "Verbindungsabschnitt" bezeichnet. Der Innennutleiterabschnitte 331a wird als ein "Innenleiterabschnitt der ersten Schicht" bezeichnet, während der Innennutleiterabschnitt 331b als ein "Innennutabschnitt der vierten Schicht" bezeichnet wird.
Bei dem kleinen Segment 332 bezeichnen Bezugszeichen 332a und 332b Innennutleiterabschnitte, Bezugszeichen 332c einen Kopfabschnitt und Bezugszeichen 332f und 33g herausragende Endabschnitte. Jeder der Spitzenabschnitte 332d und 332e der herausragenden Endabschnitte 332f und 332g sind Verbindungsabschnitte und werden daher beide als "Verbindungsabschnitt" bezeichnet. Der Innennutleiterabschnitt 332a wird als ein "Innennutleiterabschnitt der zweiten Schicht" bezeichnet, während der Innennutleiterabschnitt 332b als ein "Innennutleiterabschnitt der dritten Schicht" bezeichnet wird.
Das Zeichen ' bezeichnet den gleichen Abschnitt wie die Abschnitte ohne das Zeichen ' bei einem großen Segment oder kleinen Segment, welches nicht gezeigt wird. Daher werden gemäß 2 der Verbindungsabschnitt 331d und der Verbindungsabschnitt 332d', die in einer radialen Richtung aneinander angrenzen, miteinander verschweißt, und der Verbindungsabschnitt 332d und der Verbindungsabschnitt 331d', die in einer radialen Richtung aneinander angrenzen, werden miteinander verschweißt, und der Verbindungsabschnitt 332e und der Verbindungsabschnitt 331e', die in radialer Richtung aneinander angrenzen, werden miteinander verschweißt.
In 2 wird für den Fall, in welchem der Innennutleiterabschnitt 331a der ersten Schicht und der Innennutleiterabschnitt 332a der zweiten Schicht in einer vorbestimmten Nut des Statorkerns 32 untergebracht sind, bei den gleichen Segmenten 331, 332 der Innennutleiterabschnitt 331b der vierten Schicht und der Innennutleiterabschnitt 331b der dritten Schicht in einer Nut, die um einen vorbestimmten Abstand von der vorbestimmten Nut getrennt bzw. beabstandet ist, untergebracht. Der Kopfabschnitt 332c des kleinen Segments 332 ist so angeordnet, dass er durch den Kopfabschnitt 331c des großen Segment 331 umgeben bzw. umfasst wird.
Einfügung des Segmentsatzes in die Nut 350
Das kleine Segment 332 und das große Segment 331 werden entlang einer axialen Richtung in eine Nut 350 eingefügt, welche in einer axialen Richtung des Statorkerns 32 ausgebildet ist und welche später genauer beschrieben wird, und hervorragende Endabschnitte 331f, 332f, 331g und 332g, welche aus der Nut 350 des Statorkerns 32 nach außen herausragen, werden jeweils mit anderen herausragenden Endabschnitten verbunden. Dies wird nutweise wiederholt ausgeführt, um eine Kreis- bzw. Ringspule auszubilden, welche den Statorkern 32 im Wesentlichen umringt bzw. ringförmig umgibt. Bei dieser Ausführungsform werden vier Ringspulen miteinander in Reihe verbunden, um eine Teilspule auszubilden.
7 ist eine Darstellung eines in radialer Richtung von außerhalb gesehenen Zustands, in welchem das kleine Segment 332 und das große Segment 331 in die Nut 350 des Statorkerns 32 in einer axialen Richtung eingefügt sind.
Bei dem Statorkern 32 ist ein herausragender Endabschnitt 331g1, der sich in der Darstellung nach oben erstreckt, mit einem anderen herausragenden Endabschnitt an dem Spitzenverbindungsabschnitt 331e verbunden. Die herausragenden Endabschnitte setzen sich eine große Anzahl von Innennutleiterabschnitten 331b fort, wodurch der Abstand zwischen den herausragenden Endabschnitt 331g1 und dem herausragenden Endabschnitt 331g2 verkürzt wird.
Lage des Segmentsatzes in der Nut
3 zeigt einen Anordnungszustand der Innennutleiterabschnitte in der Nut 350. 3 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts einer in 6A gezeigten Konstruktion.
In der Nut 350 sind vier Leiterunterbringungs- bzw. Aufnahmepositionen in einer radialen Richtung eingestellt bzw. vorgesehen und die vier Leiteraufnahmepositionen, die in einer radialen Richtung benachbart sind, werden als Leiteraufnahmepositionssatz bezeichnet sowie in der Reihenfolge von innen nach außen in radialer Richtung als erste Schicht, zweite Schicht, dritte Schicht und vierte Schicht bezeichnet.
Vier Arten von Innennutleiterabschnitten des Segmentsatzes, wie in Bezug auf 2 beschrieben, werden in die Leiteraufnahmepositionen der ersten bis vierten Schicht dieses Leiteraufnahmepositionssatzes eingefügt.
Konkret werden in radialer Richtung die Innennutleiterabschnitte 331a, 332a, 332b' und 331b' in den Leiteraufnahmepositionen der ersten bis vierten Schicht jedes Leiteraufnahmepositionssatzes in dieser Reihenfolge untergebracht bzw. aufgenommen. Das heißt in radialer Richtung von innen nach außen gesehen, ist der Innennutleiterabschnitt 331a der ersten Schicht in der Leiteraufnahmeposition der ersten Schicht untergebracht, der Innennutleiterabschnitt 332a der zweiten Schicht in der Leiteraufnahmeposition der zweiten Schicht untergebracht, der Innennutleiterabschnitt 332b' der dritten Schicht wird in die Leiteraufnahmeposition der dritten Schicht gesetzt und der Innennutleiterabschnitt 331b' wird in die Leiteraufnahmeposition der vierten Schicht gesetzt. Wie aus 3 ersichtlich, gehören die Innennutleiterabschnitte 332a und 332b' getrennt zu zwei kleinen Segmenten 332 und die Innennutleiterabschnitte 331a und 331b gehören ebenso jeweils zu zwei großen Segmenten 331.
Obgleich 3 einen Zustand zeigt, in welcher der Segmentsatz 330 in der Nut 350 untergebracht ist, sind weitere Nuten 351, 352, 353,..., wie in 6A gezeigt, an angrenzenden in Umfangsrichtung rechten Positionen der Darstellung vorhanden und nehmen Innennutleiterabschnitte von Segmentsätzen auf.
Die vier angrenzenden Nuten 350, 351, 352 und 353, einschließlich der Nut 350, bilden eine U-Phasennutgruppe, und eine U-Phasenspannung wird in Phase an jede der Segmente, die in der U-Phasennutgruppe untergebracht sind, angelegt.
Jede der in Umfangsrichtung angrenzenden Nuten (in diesem Fall 350 bis 353), welche eine Phasenwicklung mit gleicher Phase aufnehmen, werden als eine "In-Phasennut" bezeichnet, und diese In-Phasennuten werden insgesamt als eine "In-Phasennutgruppe" bezeichnet. Uberdies wird die In-Phasennut 350 aus dieser In-Phasennutgruppe, die an der am weitesten links liegenden Position vorhanden ist, als eine "erste In-Phasennut" bezeichnet, und die Nuten 351, 352 und 353 werden von links nach rechts als "zweite In-Phasennut, dritte In-Phasennut und vierte In-Phasennut" bezeichnet. Jede der Nuten 350 bis 353 weist Leiteraufnahmepositionen für die ersten bis vierten Schichten auf.
Bei dieser Ausführungsform ist jede der Phasennutgruppen aus einer Vielzahl von angrenzenden Nuten ausgebildet und die rotierende Elektromaschine kann als ein Hochspannungssystem ohne die Erhöhung der Anzahl an Polen des Rotors betrieben werden, wodurch der kostengünstige Umrichter und Leitungen realisiert werden, sowie eine Verringerung der Verluste und der Wärmeerzeugung.
Die Phasennutgruppen werden sukzessive in der Reihenfolge W, V und U in Umfangsrichtung angeordnet.
Da überdies die Anzahl der Phasen drei ist, die Anzahl der Polpaare vier und jede der Phasennutgruppen aus vier Nuten aufgebaut ist, beträgt die Anzahl der Nuten 96. Wenn die Anzahl an Polpaaren als p bezeichnet wird, dann kann die Anzahl der Nuten für den Fall von drei Phasen und dem Aufbau einer In-Phasennutgruppe aus n Nuten die Anzahl der Nuten als 6 np berechnet werden.
Beschreibung des Aufbaus einer Phasenspule
In dieser Ausführungsform sind die drei Phasenwicklungen U, V und W in einer Sternschaltung verbunden, wie in 4 gezeigt.
Bei der U-Phase sind Teilspulen U1, U2, U3 und U4 in Reihe miteinander verbunden.
Die Teilspule U1 ist mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluss a verbunden und die Teilspule U4 ist mit dem Neutralpunkt bzw. Sternpunkt e verbunden.
Uberdies ist ein Verbindungspunkt b zwischen den Teilspulen U1 und U2, ein Verbindungspunkt c zwischen den Teilspulen U2 und U3 und ein Verbindungspunkt d zwischen den Teilspulen U3 und U4 vorhanden.
Genauso sind für die V-Phase und die W-Phase die Teilspulen V1, V2, V3 und V4 bzw. die Teilspulen W1, W2, W3 und W4 miteinander in Reihe verbunden. Jede der Teilspulen V1 und W1 sind mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluss und die Teilspulen V4 und W4 sind mit dem Sternpunkt e verbunden.
Jede der Teilspulen ist derart ausgebildet, dass vier Ringspulen, d.h. erste bis vierte Ringspulen, durch die Verwendung von verschiedenförmigen Wellenwicklungssegmenten (nicht gezeigt) in Reihe verbunden sind.
Jede der Ringspulen ist derart ausgebildet, dass U-förmige Segmente alternierend verbunden sind. Genauer gesagt sind überlappende Wicklungssegmente, die jeweils ein kleines Segment und Wellenwicklungssegmente ausbilden, welche ein großes Segment ausbilden, alternierend derart miteinander verbunden, dass sie den Statorkern 32 im Wesentlichen ringförmig umgeben.
In diesem Fall ist die Wellenwicklung ein großes Segment (331), bei welchem ein Paar von herausragenden Endabschnitten in voneinander wegführenden Richtungen gebogen werden und bei dem die Innennutleiterabschnitte in den ersten und vierten Schichten der Leiteraufnahmepositionen untergebracht sind.
Uberdies ist in diesem Fall das überlappende Windungssegment ein kleines Segment (332) bei welchem ein Paar von herausragenden Endabschnitten in Richtung aufeinander zu gebogen werden und die Innennutleiterabschnitte in den zweiten und dritten Schichten der Leiteraufnahmepositionen untergebracht sind.
Beschreibung der Lage jeder Phasennutgruppe für die Ringspule
5A und 5B sind Wicklungspläne einer U-Phasenwicklung einer Statorspule 31 mit sequentiell verbundenen Segmenten in Sternschaltung. Natürlich haben die anderen Phasenwicklungen den gleichen Aufbau, sind jedoch in Umfangsrichtung verschoben.
Bei den 5A und 5B sind die Innennutleiterabschnitte in den Nuten mit Nummern 1, 2, 3, 4, 13, 14, 15, 16, 25, 26, 27, 28, 37, 38, 39, 40,.... (12n+1, 12n+2, 12n+3, 12n+4) eingefügt.
Die Nutnummern 1, 13, 25, 37, (12n+1) bezeichnen die erste In-Phasennut 350. Die Nutnummern 2, 14, 26, 38, (12n+2) stellen die zweite In-Phasennut 351 dar. Die Nutnummern 3, 15, 27, 39, (12n+3) stellen die dritte In-Phasennut 352 dar. Die Nutnummern 4, 16, 28, 40, (12n+4) bezeichnen die vierte In-Phasennut 353.
In den 5A und 5B sind die vier Innennutleiterabschnitte, die in einer Nut in einen zueinander in radialer Richtung beabstandet untergebracht sind, in einem Zustand dargestellt, bei dem sie an Nutnummernpositionen in linker und rechter Richtung (seitlicher Richtung) des Papiers bzw. der Papierebene angeordnet sind. Für die Nutnummern 1 bis 4 werden vier Innennutleiterabschnitte bezüglich einer Nutnummer dargestellt. Für den Fall der Nutnummern 13 bis 16 und 85 bis 88 werden andererseits zur Vereinfachung lediglich zwei Innennutleiterabschnitte dargestellt.
Bei diesen Darstellungen entsprechen die Positionen der vier Innennutleiterabschnitte in seitlicher Richtung in der Nut, die mit jeder der Nutzahlen korrespondiert, nicht mit den Positionen in ihrer radialen Richtung überein, und die Lage der Innennutleiterabschnitte in der radialen Richtung sind in dieser Darstellung nicht gezeigt.
Gemäß 4, 5A und 5B wird im folgenden eine Beschreibung der Positionen der Teilspulverbindungspunkte a bis e gegeben. Ein zu dem U-förmigen Segment unterschiedlich förmiges Segment_; das sich von der Nur mit der Nutnummer 3 aus erstreckt, bezeichnet einen Verbindungspunkt a zwischen der Teilspule U1 und dem Eingangs- /Ausgangsanschluss, und das zu dem U-förmigen Segment unterschiedlich förmige Segment, das sich von der Nut mit der Nutnummer 85 erstreckt, bezeichnet einen Verbindungspunkt e zwischen der Teilspule U1 und dem Sternpunkt. Der Verbindungspunkt b zwischen den Teilspulen U1 und U2, der Verbindungspunkt c zwischen den Teilspulen U2 und U3 und der Verbindungspunkt d zwischen den Teilspulen U3 und U4 entsprechen dem zu dem U-förmigen Segmenten unterschiedlich förmigen Segment, das sich von den Nuten mit den Nutnummem 87 und 2 auserstreckt, dem zu dem U-förmigen Segmenten unterschiedlich förmigen Segment, das sich von den Nuten mit den Nutnummern 86 und 4 auserstreckt, sowie dem zu den U-förmigen Segmenten unterschiedlich förmigen Segment, das sich von den Nuten mit den Nutnummern 88 und 1 auserstreckt.
Unter Bezugnahme auf die 5A bis 6B wird im folgenden eine detaillierte Beschreibung einer Ringspule der U3-Teilspule, die eine der Teilspulen ausbildet, sowie ihren Lagen bzw. Anordnungen in den Nuten angegeben. Die anderen Teilspulen weisen den gleichen Aufbau auf und daher wird ihre Beschreibung zur Verkürzung der Beschreibung weggelassen.
6A zeigt von den 96 Nuten, die in Umfangsrichtung an Außenumfangspositionene des ringförmigen Statorkerns 32 angeordnet sind, 25 Nuten (Nutnummern 88–96 und 1–16), wobei die 25 Nuten in einem 90°-Winkelbereich (einschließlich der Positionen auf den 90°-Linien) positioniert sind, sowie lediglich Kopfabschnitte eines großen Segments 3312 und eines kleinen Segments 3322. Bei dieser Ausführungsform sind die U-Phasennutgruppe, die V-Phasennutgruppe und die W-Phasennutgruppe, die jeweils aus vier Nuten (n=4) aufgebaut sind, von links nach rechts in der Reihenfolge W, V, U ausgebildet. Die U-Phasennutgruppe, die V-Phasennutgruppe und die W-Phasennutgruppe bilden einen Satz von Nutgruppen und vier Nutgruppensätze sind über den gesamten Umfang verteilt.
Für jede U-Phasennutgruppe sind eine U1-Nut, eine U2-Nut, eine U3-Nut und eine U4-Nut ausgebildet, die jeweils mit den Teilspulen U1, U2, U3 und U4 korrespondieren.
Aus Gründen, die später erwähnt werden, ist die Nutanordnung in der Reihenfolge U4-Nut, U2-Nut, U1-Nut und U3-Nut von links nach rechts gemacht worden. Für die V-Phase und die W-Phase sind die Nutanordnungen in der gleichen Art und Weise gemacht.
Obwohl die Nuten und Nutgruppen beispielsweise als die U1-Nut und die U-Phasennutgruppe in dieser Spezifikation benannt sind, ist dies lediglich zur Vereinfachung der Beschreibung der Beziehung zwischen den Phasenspulen gedacht. Es ist nicht erforderlich, dass derartige Zeichen oder Identifizierungsmarkierungen tatsächlich auf dem Statorkern erscheinen. Natürlich sind derartige Zeichen oder Identifizierungsmarkierungen denkbar.
Die Teilspule U3 ist in den Nuten mit der Nutnummer 4, 16,... 12n+4 untergebracht, wie in 6A gezeigt. Für ein weiteres Verständnis sind lediglich die Kopfabschnitte des großen Segments 3312 und des kleinen Segments 3322, die in den Nuten mit den Nummern 4 und 16 untergebracht sind, in 6A gezeigt. Uberdies zeigt 6B einen Abschnitt der Ringspulen, die die Teilspulen U3 ausbilden.
Die Ringspule U31 ist aus einer großen Anzahl von großen Segmenten 3311, 3313,... und einer großen Anzahl an kleinen Segmenten 3310, 3322,... aufgebaut.
Die Innennutleiterabschnitte des großen Segments 3310 sind in der vierten Schicht der Nut mit der Nummer 76 und der ersten Schicht der Nut mit Nummer 88 untergebracht. Uberdies sind die Innennutleiterabschnitte des große Segments 3311 in der vierten Schicht der Nut mit Nummer 88 und der ersten Schicht mit Nutnummer 4 untergebracht, die Innennutleiterabschnitte des großen Segments 3312 in der vierten Schicht der Nut mit Nummer 4 und der ersten Schichten der Nut mit Nummer 16 untergebracht, und schließlich die Innennutleiterabschnitte des großen Segments 3313 in der vierten Schicht der Nut mit Nummer 16 und der ersten Schicht der Nut mit Nummer 28 untergebracht.
Andererseits sind die Innennutleiterabschnitte des kleinen Segments 3320 in der dritten Schicht der Nut der Nummer 76 und der zweiten Schicht der Nut der Nummer 88 untergebracht. Überdies sind die Innennutleiterabschnitte des kleinen Segments 3321 in der dritten Schicht der Nut der Nummer 88 und der zweiten Schicht der Nut der Nummer 4 untergebracht, die Innennutleiterabschnitte des kleinen Segments 3322 in der dritten Schicht der Nut der Nummer 4 und der zweiten Schicht der Nut der Nummer 16 untergebracht, und schließlich die Innennutleiterabschnitte des kleinen Segments 3323 in der dritten Schicht der Nutnummer 16 und der zweiten Schicht der Nut der Nummer 28 untergebracht.
Bei jedem großen Segment und kleinen Segment stellt der Kopfabschnitt, der einen U-förmigen Leitungsaufbau aufweist und in Richtung einer Endseite des Statorkerns herausragt, eine Verbindung zwischen den Endseiten seines Paars von Innennutleiterabschnitten her. Überdies setzt sich sein Paar von herausragenden Endabschnitten in andere Endseiten des Paars von Innennutleiterabschnitten fort, die in Richtung der anderen Endseite des Statorkerns herausragen, um sich im allgemeinen in Umfangsrichtung zu erstrecken. Der Kopfabschnitt und die herausragenden Endabschnitte bilden einen Außennutleiterabschnitt.
Das große Segment ist ein Wellenwicklungssegment, bei welchem das Paar von herausragenden Endabschnitten in Umfangsrichtung so gebogen sind, dass sie sich voneinander wegführen, wobei die herausragenden Endabschnitte mit den herausragenden Endabschnitten der anderen kleinen Segmente beispielsweise mittels Schweißen verbunden sind.
Das kleine Segment ist ein überlappendes Wicklungssegment, bei welchem das Paar von herausragenden Endabschnitten in Umfangsrichtung derart gebogen ist, dass sie aufeinander zulaufen, wobei die herausragenden Endabschnitte mit den herausragenden Endabschnitten der anderen großen Segmente beispielsweise mittels Schweißens verbunden sind.
Eine detailliertere Beschreibung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 6B vorgesehen. Bei dieser Darstellung ist die Ringspule U31 mit einem weißen Muster dargestellt und bei dem Segment 3311, das die Ringspule U31 bildet, ist eine (linksseitig) seiner Innennutleiterabschnitte in der Nut 88 untergebracht und der herausragende Endabschnitt, der sich dahinein fortsetzt, ist in Richtung der Nut 76 gebogen und mit dem herausragenden Endabschnitt des kleinen Segments 3320 an dem Punkt p verbunden. Uberdies ist sein anderer (rechtsseitiger) Innennutleiterabschnitt in der Nut 4 untergebracht und der herausragende Endabschnitt, der sich darin fortsetzt, ist in Richtung der Nut 16 gebogen und mit dem herausragenden Endabschnitt des kleinen Segments 3322 an dem Punkt s verbunden.
Ein (linksseitiger) Innennutleiterabschnitt des kleinen Segments 3322 ist in der Nut 16 untergebracht und der andere (rechtsseitige) Innennutleiterabschnitt ist in der Nut 4 untergebracht, wobei die beiden durch den Kopfabschnitt verbunden sind. Der herausragende Endabschnitt, der sich in den einen (linksseitigen) Innennutleiterabschnitt fortsetzt, ist in Richtung der Nut 16 gebogen, um mit dem herausragenden Endabschnitt des großen Segments 3313 an dem Punkt r verbunden zu sein.
Das heißt, in einem Bereich von dem Verbindungspunkt p zu dem Verbindungspunkt r sind ein großes Segment 3311 und ein kleines Segment 3322 miteinander an dem Verbindungspunkt s verbunden. Das kleine Segment 3322 ist ein überlappendes Wicklungssegment, das in einer im allgemeinen ringförmigen Konfiguration um die Nut 4 und die Nut 16 herum geformt ist, während das große Segment 3311 ein Wellenwicklungssegment von dem Mittelpunkt zwischen der Nut 76 und der Nut 88 zu dem Mittelpunkt zwischen der Nut 4 und der Nut 16 ist. Eine Vielzahl von Segmentsätzen, die jeweils so aufgebaut sind, werden sukzessive in der Umfangsrichtung derart platziert, dass sie im Wesentlichen einen Ring in Umfangsrichtung ausbilden, wodurch die Ringspule U31 ausgebildet wird. Das heißt, in 6B ist die Ringspule U31 durch ein Verbinden des großen Segments 3309, des kleinen Segments 3320, des großen Segments 3311, des kleinen Segments 3323 und des großen Segments 3313 – in dieser Reihenfolge – ausgebildet.
Andererseits ist in 6B die Ringspule U32 durch ein Muster mit horizontalen Linien dargestellt und wird in einem Zustand verbunden, bei dem die Drehrichtung am Ende der Ringspule U31 umgedreht wird. Das heißt, die Ringspule U32 erstreckt sich in einer Richtung, wie durch den Pfeil an einer unteren rechten Seite in der Darstellung angedeutet und die herausragenden Endabschnitte eines großen Segments 3314, eines kleinen Segments 3323, eines großen Segments 3312 eines kleinen Segments 3321 und eines großen Segments 3310 sind an den Verbindungspunkten u, t, w und v sukzessive verbunden.
Das kleine Segment 3321 ist ein Überlappungssegment, das in einem im allgemeinen ringförmigen Aufbau rund um die Nut 88 und die Nut 4 herum ausgebildet ist, und das große Segment 3312 ist eine Wellenwicklung von dem Mittelpunkt zwischen den Nuten 88 und der Nut 4 aus zu dem Mittelpunkt zwischen der Nut 16 und der Nut 28. Eine Vielzahl von Segmentsätzen, die jeweils so aufgebaut sind, werden in Umfangsrichtung sukzessive platziert, um im Wesentlichen einen Ring in Umfangsrichtung auszubilden, wodurch die Ringspule U32 ausgebildet wird.
Ein Endabschnitt der Ringspule U31, welche den Statorkern wie zuvor erwähnt in Uhrzeigerrichtung ringförmig umgibt, wird durch ein (nicht gezeigtes) unterschiedlich geformtes Segment mit einem Endabschnitt der Ringspule U32 verbunden, welche den Statorkern im Gegenuhrzeigersinn im Wesentlichen ringförmig umgibt.
Figur 5A zeigt die Beziehung zwischen den Teilspulen U1, U2, U3 und U4, die die U-Phasenspule ausbilden, und den Aufnahmenutpositionen. Das heißt, die Innennutleiterabschnitte der Teilspule U1, die mit der Eingangs-/Ausgangsleitung zu verbinden ist, sind in der Nut mit Nummer 3 untergebracht, welche die U1-Nut ist, und die Innennutleiterabschnitte der Teilspule U2, die mit der Teilspule U1 zu verbinden ist, sind in der Nut mit der Nummer 2 untergebracht, welches die U2-Nut ist. Überdies sind die Innennutleiterabschnitte der Teilspule U3, die mit der Teilspule U2 zu verbinden ist, in der Niit mit der Nummer 4 untergebracht, welches die U4-Nut ist, und die Innennutleiterab schnitte der Teilspule U4, die mit dem Sternpunkt zu verbinden ist, sind in der Nut der Nummer 1 untergebracht, welches die U4-Nut ist.
Außerdem zeigt 5A gleichzeitig, dass die Teilspule V3 der V-Phasenspule benachbart zu der linken Seite der U-Phasenspule ist und die Teilspule W4 der W-Phasenspule benachbart zu der rechten Seite der U-Phasenspule ist.
Bei der Darstellung werden lediglich Abschnitte der Teilspulen V3 und W4 aus Gründen der Einfachheit dargestellt, und bezüglich der positionellen Beziehung grenzt die Teilspule V3 an die Teilspule U4 und die Teilspule W4 an die Teilspule U3 an.
In 5A werden vier Teilspulen in einem überlappenden Zustand dargestellt. Zum einfacheren Verständnis ist in 5B lediglich der Wicklungsplan der Teilspule U3 gezeigt.
In 5B stellen die dicken durchgezogenen Linien große Segmente dar, die die Ringspule U31 bilden, dicke gepunktete Linien stellen die kleinen Segmente dar, die die Ringspule U31 bilden, dünne durchgezogene Linien bezeichnen große Segmente, die die Ringspule U32 aufbauen, und dünne gestrichelte Linien bezeichnen kleine Segmente, die die Ringspule U32 bilden. Da ihre Beschreibung bereits unter Bezugnahme auf die 6B vorangehend vorgesehen worden ist, wird zur Verkürzung der Beschreibung auf eine weitere Beschreibung verzichtet.
Wie vorangehend beschrieben, werden die Innennutleiterabschnitte der Teilspule U3, zusammen mit der Ringspule U31 und der Ringspule U32 in den gleichen vier In-Phasennuten (Nutnummern 4, 16, 28,..., 12n+4) untergebracht.
Überdies erstrecken sich die herausragenden Endabschnitte der Ringspulen U31 und die herausragenden Endabschnitte der Ringspule U32 abwechselnd zwischen den Innennutleiterabschnitten.
Zweite Ausführungsform
Der Unterschied einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform liegt in der Beziehung zwischen der überlappenden Wicklung und der Wellenwicklungssegmente und den großen und kleinen Segmenten, und den Unterbringungskonfigurationen der Segmente in den Nuten.
Ein großes Segment ist ein Überlappungswicklungssegment und sein Paar von herausragenden Endabschnitten ist in Umfangsrichtung 10 gebogen, daß sie aufeinander zuzulaufen und mit herausragenden Endabschnitten eines anderen kleinen Segments beispielsweise mittels Schweißens verbunden sind.
Überdies ist das kleine Segment ein Wellenwicklungssegment und sein Paar von herausragenden Endabschnitten ist in Umfangsrichtung derart gebogen, um voneinander getrennt zu sein, und ist mit den herausragenden Endabschnitten eines anderen großen Segments beispielsweise mittels Schweißens verbunden.
In dieser Hinsicht wird lediglich der Unterschied zu der ersten Ausführungsform mit Bezugnahme auf 10 beschrieben und alles andere ist genauso wie bei der ersten Ausführungsform und daher wird aus Gründen der Einfachheit auf ihre Beschreibung verzichtet. Die 10 zeigt lediglich einen Abschnitt der Ringspulen, die die Teilspule U3 bilden.
Die Ringspulen U31 und U32 sind aus einer großen Anzahl an großen Segmenten 13310, 13311,... und einer großen Anzahl an kleinen Segmenten 13320, 13321, 13322, ... aufgebaut.
Die Innennutleiterabschnitte des großen Segments 13310 sind in der ersten Schicht der Nutnummer 76 und der vierten Schicht der Nutnummer 88 untergebracht. Uberdies sind die Innennutleiterabschnitte des großen Segments 13311 in der ersten Schicht der Nutnummer 88 und der vierten Schicht der Nutnummer 4 untergebracht, die Innennutleiter abschnitte des großen Segments 13312 in der ersten Schicht der Nutnummer 4 und der vierten Schicht der Nutnummer 16 und schließlich die Innennutleiterabschnitte des großen Segments 13313 in der ersten Schicht der Nutnummer 16 und der vierten Schicht der Nutnummer 28 untergebracht.
Andererseits sind die Innennutleiterabschnitte des kleinen Segments 13320 in der zweiten Schicht der Nutnummer 76 und der dritten Schicht der Nutnummer 88 untergebracht. Überdies sind die Innennutleiterabschnitte des kleinen Segments 13321 in der zweiten Schicht der Nutnummer 88 und der dritten Schicht der Nutnummer 4 untergebracht, die Innennutleiterabschnitte des kleinen Segments 13322 in der zweiten Schicht der Nutnummer 4 und der dritten Schicht der Nutnummer 16 untergebracht und schließlich die Innennutleiterabschnitte des kleinen Segments 13323 in der zweiten Schicht der Nutnummer 16 und der dritten Schicht der Nutnummer 28 untergebracht.
In jedem der großen und kleinen Leitersegmente stellt der Kopfabschnitt, der eine U-förmige Leitungskonfiguration aufweist und in Richtung einer Endseite des Statorkerns herausragt, eine Verbindung zwischen Endseiten seines Paars von Innennutleiterabschnitten her. Uberdies ragt sein Paar an herausragenden Endabschnitten, die sich in die andere Endseite des Paars von Innennutleiterabschnitten fortsetzt, in Richtung der anderen Endseite des Statorkerns heraus, um sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung zu erstrecken. Der Kopfabschnitt und die herausragenden Endabschnitte bilden einen Außennutleiterabschnitt.
Das große Segment ist ein überlappendes Wicklungssegment, bei welchem das Paar von herausragenden Endabschnitten in der Umfangsrichtung derart gebogen ist, dass sie aufeinander zulaufen, wobei seine herausragenden Endabschnitte mit herausragenden Endabschnitten anderer kleiner Segmente beispielsweise mittels Schweißen verbunden sind.
Das kleine Segment ist ein Wellenwicklungssegment, bei welchem das Paar von herausragenden Endabschnitten derart in Umfangsrichtung gebogen ist, dass sie voneinander wegführen, wobei seine herausragenden Endabschnitte mit den herausragenden Endabschnitten der anderen großen Segmente beispielsweise mittels Schweißens verbunden sind.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf 10 eine detaillierte Beschreibung vorgesehen. Bei der Darstellung wird eine Ringspule U31 durch ein Muster mit einer horizontalen Linie dargestellt und bei dem großen Segment 13310, das die Ringspule U31 bildet, ist einer (rechte Seite) seiner Innennutleiterabschnitte in der Nut 88 untergebracht und der herausragende Endabschnitt, der sich darin fortsetzt, in Richtung der Nut 76 gebogen und mit dem herausragenden Endabschnitt des kleinen Segments 13319 an dem Punkt p verbunden. Überdies ist sein anderer Innennutleiterabschnitt (linke Seite) in der Nut 76 untergebracht und der herausragende Endabschnitt, der sich darin fortsetzt, ist in Richtung der Nut 88 gebogen und mit dem herausragenden Endabschnitt des kleinen Segments 13321 an den Punkt q verbunden.
Einer (linke Seite) der Innennutleiterabschnitte des kleinen Segments 13321 ist in der Nut 88 untergebracht und der andere Innennutleiterabschnitt (rechte Seite) ist in der Nut 4 untergebracht, wobei beide durch den Kopfabschnitt verbunden sind. Der herausragende Endabschnitt, der sich in dem anderen Innennutleiterabschnitt (rechte Seite) fortsetzt, ist in Richtung der Nut 16 gebogen, um mit dem herausragenden Endabschnitt des großen Segments 13312 an dem Punkt r verbunden zu sein.
Das heißt, in einem Bereich von dem Verbindungspunkt p zu dem Verbindungspunkt r ist ein großes Segment 13310 und ein kleines Segment 13321 miteinander an dem Verbindungspunkt q verbunden. Das große Segment 13310 ist ein überlappendes Wicklungssegment, das in einer im wesentlichen ringförmigen Konfiguration um die Nut 76 und die Nut 88 herum ausgebildet ist, während das kleine Segment 13321 ein Wellenwicklungssegment von dem Mittelpunkt zwischen der Nut 76 und der Nut 88 zu dem Mittelpunkt zwischen der Nut 4 und der Nut 16 ist. Eine Vielzahl von Sequenzsätzen, die so aufgebaut sind, werden sukzessive in Umfangsrichtung platziert, um einen im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Ring auszubilden, wodurch die Rings pule U31 ausgebildet wird. Das heißt, in 10 wird die Ringspule U31 durch Verbinden des kleinen Segments 13319, des großen Segments 13310, des kleinen Segments 13321, des großen Segments 13312 und des kleinen Segments 13323 – in dieser Reihenfolge – ausgebildet.
Andererseits wird in 10 die Ringspule U32 durch ein Muster mit durchgezogenen Linien dargestellt und wird derart ausgebildet, dass die herausragenden Endabschnitte eines kleinen Segments 13318, eines großen Segments 13313, eines kleinen Segments 13322, eines großen Segments 13311 und eines kleinen Segments 13320 an Verbindungspunkten u, t, w und v verbunden sind.
Das große Segment 13313 ist ein Überlappungswicklungssegment, das in einer wesentlichen ringförmigen Konfiguration um die Nut 28 und die Nut 16 herum ausgebildet ist, und das kleine Segment 13322 ist ein Wellenwicklungssegment von dem Mittelpunkt zwischen der Nut 16 und der Nut 28 zu dem Mittelpunkt zwischen der Nut 88 und der Nut 4. Eine Vielzahl von Segmentsätzen, die derart aufgebaut sind, werden in Umfangsrichtung sukzessive platziert, um einen in Umfangsrichtung Umlauf auszubilden, wodurch die Ringspule U32 ausgebildet wird.
Ein Endabschnitt der Ringspule U31, welcher den Statorkern in Uhrzeigerrichtung im Wesentlichen ringförmig umgibt, wie vorangehend erwähnt, wird durch ein unterschiedlich geformtes Segment (nicht gezeigt) mit einem Endabschnitt der Ringspule U32 verbunden, welche den Statorkern in Gegenuhrzeigerrichtung im Wesentlichen ringförmig umgibt.
Der entscheidende Punkt der vorliegenden Erfindung liegt in den Anordnungen der Teilspulen und den In-Phasengruppennuten, und die Innennutleiterabschnitte der Teilspule U1, welche eine eingangs-/ausgangsanschlussverbindende Teilspule ist, sieht eine große elektrische Potentialdifferenz in Relation zu der anderen Phasenspule vor, verglichen mit den anderen Teilspulen. Aus diesem Grund sind sie bei der U-Phasennutgruppe (Nut 1 bis Nut 4) in der Nut 3 angeordnet, und nicht in den Nuten 1 und 4, die an Endabschnitten in Umfangsrichtung vorhanden sind. Daher verlängert sich der Abstand zwischen den Außennutleiterabschnitten, die sich in die Innennutleiterabschnitte der Teilspule U1 fortsetzen, und den Außennutleiterabschnitten der benachbarten Phasenspulen V3 und V4 verlängert, wodurch die elektrische Potentialdifferenz verringert wird, um das Isolationsvermögen zu verbessern.
Außerdem zeigen die mit dem Sternpunkt zu verbindenden Innennutleiterabschnitte der Teilspule U4 eine kleine elektrische Potentialdifferenz in Relation zu den anderen Phasenspulen, verglichen mit anderen Teilspulen. Aus diesem Grund sind sie in der U-Phasennutgruppe (Nut 1 bis Nut 4) in der Nutnummer 1, die an einem Endabschnitt in Umfangsrichtung vorhanden ist, untergebracht. (Obwohl sie bei dieser Ausführungsform in der Nutnummer 1 untergebracht sind, ist es ebenso möglich sie in der Nutnummer 4 unterzubringen.) Daher können (wieder bezugnehmend auf 5A und 5B) die Außennutleiterabschnitte, die sich in die Innennutleiterabschnitte der Teilspule U4 fortsetzen, ein kleineres elektrisches Potential bezüglich der Außennutleiterabschnitte vorsehen, die sich in die Innennutleiterabschnitte der Teilspule V3 der V-Phasenspule, die benachbart zu der U-Phase ist, fortsetzen, wodurch das Isolationsvermögen verstärkt wird. Außerdem sind weiterhin die Innennutleiterabschnitte der Teilspule U1 und die Innennutleiterabschnitte der Teilspule U4 in einem Zustand ausgebildet, bei dem eine andere Nut, konkret die Nut U2, dazwischen angeordnet ist. Daher ist eine unterschiedliche Teilspulennut mit einem elektrischen Zwischenpotential zwischen den Innennutleiterabschnitten der Teilspule U1, welche eine hohe Spannung aufweist, und den Innennnutleiterabschnitten der Teilspule U4, welche eine niedrige Spannung aufweist, angeordnet, wodurch die elektrische Potentialdifferenz zwischen den In-Phasenaußennutleiterabschnitten verringert wird.
Da außerdem die Teilspule U2 mit der Teilspule U1 verbunden ist, welche als eine Teilspule für eine Eingangs-/Ausgangsanschlussverbindung dient, bildet sie eine größere elektrische Potentialdifferenz, übertroffen nur von der Teilspule U4, in Relation zu den anderen Phasenspulen, verglichen mit den anderen Teilspulen. Aus diesem Grund ist sie in der Nut angeordnet, in der ein anderer Endabschnitt, unterschiedlich zu dem Endab schnitt der Teilspule U4 vorhanden ist, d.h., der Nut Nummer 4 in der U-Phasennutgruppe (Nut 1 bis 4). Daher können die Außennutleiterabschnitte, die sich in die Innennutleiterabschnitte der Teilspule U3 fortsetzen, die elektrische Potentialdifferenz bezüglich der Außennutleiterabschnitte, die sich in die Innennutleiterabschnitte der Teilspule W4 der benachbarten W-Phasenspule fortsetzen, verringern, wodurch sich das Isolationsvermögen verbessert.
Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, die elektrische Potentialdifferenz zwischen den Außennutleiterabschnitten der Teilspule, die an einem Ende der Nutgruppe vorhanden ist, und der Teilspule der Nutgruppe, die dazu benachbart ist, zu verringern, sowie die elektrische Potentialdifferenz zwischen den benachbarten Außennutleiterabschnitten der In-Phasennutgruppe zu verringern, wodurch das Isolationsvermögen verstärkt wird.
Wie vorstehend gemäß der Ausführungsform beschrieben, bilden ein Kopfabschnitt, ein Paar von Innennutleiterabschnitten und ein Paar von herausragenden Endabschnitten, die sich im allgemeinen in Umfangsrichtung erstrecken, ein U-förmiges Segment, was eine leichte Handhabung und Unterbringung in einer Nut, die in einem Statorkern in axialer Richtung ausgebildet ist, ermöglicht. Uberdies sind auch für den Fall, bei dem eine große Anzahl an Segmenten verwendet wird, die Verbindungsabschnitte 331d, 331e, 332d und 332e der herausragenden Endabschnitte 331f, 331g, 332f und 332g in einem zueinander verschobenen Zustand positioniert, was zu einer zufriedenstellenden Verbindungsverarbeitbarkeit in axialer Richtung des Statorkerns führt. Da überdies die Innennutleiterabschnitte in Nuten der In-Phasennutgruppe untergebracht sind, die an den gleichen Positionen in Umfangsrichtung vorhanden sind, können die Verbindungsabschnitte, auch falls der Statorkern durch die Verwendung einer großen Zahl von U-förmigen Segmenten aufgebaut ist, regelmäßig in Umfangsrichtung angeordnet sein, und der Wicklungsfüllfaktor ist leicht verbesserbar.
Dritte Ausführungsform
Der Unterschied einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu der ersten Ausführungsform liegt in der Benutzung einer unterschiedlichen Wicklungsspezifikation für jede Phase und dementsprechend einen unterschiedlichen Winkel der Spulen bezüglich des Statorkerns. Der Rest ist genauso wie bei der ersten Ausführungsform und daher wird die Beschreibung zur Verkürzung weggelassen.
Bei der dritten Ausführungsform sind drei Phasenwicklungen U, V, W in Sternschaltung verbunden, wie in 9 gezeigt.
Bei der U-Phase sind die Teilspulen U1, U2, U3 und U4 in Reihe miteinander verbunden, um eine UA-Teilspulengruppe 101 auszubilden, und Teilspulen U1', U2', U3' und U4' sind in ähnlicher Weise in Reihe miteinander verbunden, um eine UB-Teilspulengruppe 102 auszubilden und schließlich sind Teilspulen U1", U2", U3" und U4" miteinander in Reihe verbunden, um eine UC-Teilspulengruppe 103 auszubilden.
Außerdem sind die Teilspulen U1, U1' und U1" parallel miteinander verbunden. Genauso sind die Teilspulen U2, U2' und U2" parallel miteinander verbunden, die Teilspulen U3, U3' und U3" parallel miteinander verbunden und schließlich die Teilspulen U4, U4' und U4" parallel miteinander verbunden.
Die Teilspulen für die V-Phase und die W-Phase sind in gleicher Weise angeordnet und ihre Beschreibung wird zur Verkürzung weggelassen.
Bei der dritten Ausführungsform sind die Nuten des Statorkerns wie in 11 gezeigt ausgebildet, um die 12 Innennutleiterabschnitte in einer radialen Richtung aufzunehmen.
Die UA-Teilspulengruppe 101 ist in vier Nutenschichten des innersten Abschnitts untergebracht. Bei der dritten Ausführungsform ist die Beziehung zwischen der UA-Teilspulengruppe 101 und der vier Nutenschichten die gleiche wie in der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform, und ihre Beschreibung wird daher aus Gründen der Ein fachheit weggelassen. Die UA-Teilspulengruppe 101, die UB-Teilspulengruppe 102 und die UC-Teilspulengruppe 103 sind in den Leiteraufnahmepositionen der verbleibenden acht Schichten untergebracht. Das heißt, die UB-Teilspulengruppe 102 ist in der in Umfangsrichtung äußeren Position der UA-Teilspulengruppe 101 untergebracht und die UC-Teilspulengruppe 103 ist in der in Umfangsrichtung äußeren Position der UB-Teilspulengruppe 102 untergebracht, d.h. in der in Umfangsrichtung äußersten Position.
8 ist ein Wicklungsplan der U-Phasenwicklung, bei der radiale Positionen der Nuten zum Aufnehmen jeder Nutengruppe vereinfacht dargestellt sind. Das heißt, 8 ist ein Wicklungsplan der zuvor erwähnten UC-Teilspulengruppe 103, die eine äußere Schicht ausbildet, der UB-Teilspulengruppe 102, die eine Zwischenschicht ausbildet, und der UA-Teilspulengruppe 101, die eine innere Schicht ausbildet, und zeigt, daß die Teilspulen U1", U2", U3" und U4" der UC-Teilspulengruppe 103 in den vier Schichten des in Umfangsrichtung äußersten Abschnitts der Nut untergebracht sind, und daß die Teilspulen U1', U2', U3' und U4' der Zwischenschicht-UB-Teilspulengruppe 102 in den vier Schichten des zentralen Abschnitts der Nut untergebracht sind, daß die Teilspulen U1, U2, U3 und U4 der innersten Schicht der US-Teilspulengruppe in den vier Schichten des in Umfangsrichtung innersten Abschnitts der U untergebracht sind.
Außerdem sind die Teilspulen der UA-, UB- und UC-Teilspulengruppen in der Nut in der Reihenfolge U4, U2, U1, U3; U4', U2', U2', U3 ; U4", U2", U1" und U3" untergebracht sind. Das Konzept ist das gleiche wie bei der ersten Ausführungsform und aus Gründen der Einfachheit wird daher auf ihre Beschreibung verzichtet.
Somit ist die Teilspule U1 der UA-Teilspulengruppe 101, die Teilspule U1' der UB-Teilspulengruppe 102 und die Teilspule U1" der UC-Teilspulengruppe 103 parallel miteinander verbunden. Überdies ist die Teilspule U2 der UA-Teilspulengruppe 101, die Teilspule U2' der UB-Teilspulengruppe 102 und die Teilspule U2" der UC-Teilspulengruppe 103 parallel miteinander verbunden. Schließlich ist noch die Teilspule U3 der UA-Teilspulengruppe 101, wie Teilspule U3' der UB-Teilspulengruppe 102 und die Teilspule U3" der UC-Teilspulengruppe 103 parallel miteinander verbunden sind. Auf diese Weise können die Verbindungen regelmäßig ausgebildet werden und es ist möglich, zu vermeiden, daß das verschiedenförmige Segment für die Verbindung unnötig kompliziert wird.
Wie in 12 gezeigt, ist überdies die UC-Teilspulengruppe 103, die in der in Umfangsrichtung äußersten Position unterzubringen ist, die UB-Teilspulengruppe 103 unterhalb davon und die UA-Teilspulengruppe 101 an der in Umfangsrichtung innersten Position in einer Außendurchmesserseite bezüglich einer axialen Richtung des Statorkerns stark geneigt. Genauer gesagt, wird der Neigungsgrad in der Reihenfolge von der UC-Teilspulengruppe 103, der UB-Teilspulengruppe 102 und der UA-Teilspulengruppe 101 größer. Daher kann der Abstand zwischen benachbarten Außennotleiterabschnitten der Teilspulengruppe verlängert werden, womit das Isolationsvermögen verstärkt wird. Dies ist hilfreich beim Vorsehen einer rotierenden Elektromaschine, die zum Verwenden einer größeren Ausgangsleistung bzw. Ausgangsspannung in der Lage ist.
Vierte Ausführungsform
Im folgenden wird eine Beschreibung für eine rotierende Elektromaschine gegeben, welche als ein Motorgenerator (MG) zum Antreiben eines Fahrzeugs verwendet wird.
Zunächst wird der Aufbau des Motorgenerators (der im folgenden als "MG" bezeichnet wird) gemäß der vierten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 13 beschrieben. 13 zeigt eine Schaltungsanordnung des MG gemäß dieser Ausführungsform.
In 13 weist der mit dem Bezugszeichen 201 bezeichnete MG einen Stator 202 und einen Rotor 203 auf. Der Stator 202 ist aus einer Statorspule 220 aufgebaut, welche in einer derartigen Weise ausgebildet ist, daß eine U-Phasenspule 220U, eine V-Phasenspule 220V und eine W-Phasenspule 220W in einer Sternschaltung verbunden sind, wie in der Darstellung gezeigt. Die U-Phasenspule 220U wird durch ein serielles Verbinden von Ringspulen (umlaufenden Spulen) U1, U2, U3 und U4 ausgebildet. Genauso wird die V-Phasenspule 220V durch serielles Verbinden der Ringspulen V1, V2, V3 und V4 ausgebildet und die W-Phasenspule 220W durch serielles Verbinden der Ringspulen W1, W2, W3 und W4. Der Rotor 203 ist mit einer Feldspule 230 oder einem Feldmagneten (nicht gezeigt) ausgestattet. Uberdies ist ein Umrichter 208 zwischen einer Batterie 209 und äußeren Leiteranschlüssen 221U, 221V und 221W für die jeweiligen Phasenspulen 220U, 220V und 220W angeordnet. Der Umrichter 208 ist aus sechs Leistungsbauteilen 280 aufgebaut.
Während das Fahrzeug entsprechend eines Befehls von einer Steuervorrichtung (nicht gezeigt) angetrieben wird, wird eine dreiphasige Wechselspannung von der Batterie 209 über den Umrichter 208 an die Statorspule 220 angelegt, wodurch der Rotor 203 sich dreht. Die Welle (nicht gezeigt) des Rotors 203 ist direkt oder über eine Kupplung, einer Gangschaltung oder dergleichen mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) eines Motors verbunden. Für den Fall der direkten Verbindung startet der Motor in Reaktion auf die Drehung der Welle des Rotors 203. Andererseits fließt während des Aufladens aufgrund der Drehung der Kurbelwelle und der Welle des Rotors 203 ein Strom von der Statorspule 220 zu der Batterie 209. Die Batterie 209 wird durch diesen Strom aufgeladen.
14 ist eine axiale Querschnittsansicht, die den MG 201 gemäß dieser Ausführungsform zeigt, wobei eine gestrichelte Linie eine Symmetrieachse der Welle 231 des Rotors 203 darstellt, und die gegenüberliegende Seite bezüglich dieser Achse bei der Darstellung weggelassen wurde. In 14 dient ein Gehäuse 207 als eine äußere Hülle für den MG 201. Ein Statorkern 222 ist an einer inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 207 sicher befestigt und nutenartige Schlitze (nicht gezeigt) sind in der inneren Umfangsoberfläche des Statorkerns 220 ausgebildet. Diese Schlitze bzw. Nuten sind derart ausgebildet, daß sie sich in axialen Richtungen des Statorkerns 222 erstrecken und sind ebenso in Umfangsrichtung des Statorkerns 222 angeordnet. Große Segmente 260 und kleine Segmente 261 sind in den Nuten eingefügt. Das große Segment 260 und die klei nen Segmente werden gleichwertig als "U-förmige Segmente" oder "Leitersegmente" bezeichnet. Die großen Segmente 260 und die kleinen Segmente 261 sind regelmäßig verbunden, und bilden somit die Statorspule 220.
Als nächstes wird der Aufbau der großen Segmente 260 und der kleinen Segmente 261 unter Bezugnahme auf die 15 eingehender beschrieben. 15 ist eine perspektivische Ansicht, die große Segmente 260 und kleine Segmente 261, die für den MG 201 zu verwenden sind, gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Wie in 15 gezeigt weist jedes der großen Segmente 260 und der kleinen Segmente 261 eine U-förmige Konfiguration auf.
Das große Segment 260 ist aus einem innenumfangsseitigen Innennutleiterabschnitt 260a, einem innenumfangsseitigen Innennutleiterabschnitt, einem außenumfangsseitigen Innennutleiterabschnitt 260b, einen Kopfabschnitt (gekrümmter Abschnitt) 260c, einem innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitt (offener Endabschnitt) 260d und aus einem außenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitt 260e aufgebaut. Der Außennutleiterabschnitt der vorliegenden Erfindung enthält den Kopfabschnitt 260c, den innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitt 260d und den außenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitten 260e. Der innenumfangsseitige Innennutleiterabschnitt 260a und der außenumfangsseitige Innennutleiterabschnitt 260b sind in zwei Nuten untergebracht, die voneinander durch eine vorbestimmte magnetische Polteilung getrennt sind. Der innenumfangsseitige Innennutleiterabschnitt 260a ist an der Innenumfangsseite (innen) in einer Nut angeordnet, während der außenumfangsseitige Innennutleiterabschnitt 260b an der Außenumfangsseite (außen) in einer Nut angeordnet ist. Der Kopfabschnitt 260c ist derart ausgebildet, daß er eine Verbindung zwischen einem Ende des Innenleiterabschnitts 260a und einem Ende des Innennutleiterabschnitts 260e außerhalb der Nut herstellt. Der außenumfangsseitige herausragende Endabschnitt 260b erstreckt sich von dem anderen Ende des innenumfangsseitigen Innennutleiterabschnitts 260a nach außerhalb der Nut. Genauso erstreckt sich der außenumfangsseitige herausragende Endabschnitt 260e von dem anderen Ende des innenumfangsseitigen Innennutleiterabschnitts 260b aus der Nut heraus.
Wie bei dem großen Segment 260, ist das kleine Segment 261 aus einem Innenleiternutabschnitt 261a innenumfangsseitig, aus einem Innennutleiterabschnitt 261b außenumfangsseitig, aus einem Kopfabschnitt (gekrümmter Abschnitt) 261c, aus einem innenumfangsseitig herausragendem Endabschnitt (offener Endabschnitt) 261d und aus einem außenumfangsseitig herausragenden Endabschnitt 261e aufgebaut. Der Außennutleiterabschnitt bei der vorliegenden Erfindung enthält den Kopfabschnitt 261c, den herausragenden Endabschnitt 261d und den herausragenden Endabschnitt 261e. Das kleine Segment 261 ist so angeordnet, daß es von dem großen Segment 260 umgeben bzw. umfaßt wird. Der Innennutleiterabschnitt 261a und der Innennutleiterabschnitt 261b sind in zwei Nuten untergebracht, die voneinander durch eine vorbestimmte magnetische Polteilung getrennt sind. Der Innennutleiterabschnitt 261a ist an der Innenumfangsseite (innen) in einer Nut angeordnet, während der Innennutleiterabschnitt 261b an der Außenumfangsseite (außen) in einer Nut platziert ist. Der Kopfabschnitt 261c ist derart ausgebildet, daß er eine Verbindung zwischen einem Ende des Innennutleiterabschnittes 261a und einem Ende des Innennutleiterabschnittes 261b unterhalb der Nut erstellt. Der herausragende Endabschnitt 261d erstreckt von dem anderen Ende des Innennutleiterabschnittes 261a aus der Nut heraus. Genauso erstreckt sich der herausragende Endabschnitt 261e aus dem anderen Ende des Innennutleiterabschnittes 261b aus der Nut heraus.
Als nächstes wird eine Beschreibung eines Verbindungsaufbaus des großen Segments 260 und des kleinen Segments 261 angegeben.
Der herausragende Endabschnitt 260d des großen Segments 260 ist mit dem herausragenden Endabschnitt 261d' eines dazu benachbarten kleinen Segments 261 verschweißt. Andererseits ist der herausragende Endabschnitt 260e des großen Segments 260 mit dem herausragenden Endabschnitt 261e' eines dazu benachbarten kleinen Segments 261 verschweißt. Der herausragende Endabschnitt 261d des kleinen Segments 261 ist mit dem herausragenden Endabschnitt 260d des dazu benachbarten großen Segments 260 verschweißt. Andererseits ist der herausragende Endabschnitt 261e des kleinen Segments 261 mit dem herausragenden Endabschnitt 260e' eines dazu benachbarten großen Segments verschweißt. Die großen Segmente 260 und die kleinen Segments 261 sind über den gesamten Umfang des Statorkerns 222 verbunden, um eine Ringspule auszubilden.
16 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie I-I der 14. Wie in 16 gezeigt sind Nuten 2221 in dem Statorkern 222 ausgebildet und in jeder der Nuten 2221 sind Leiter in insgesamt 4 Schichten in der folgenden Reihenfolge von der innenumfangsseitiger zu der Außenumfangsseite her gesehen angeordnet: innenumfangsseitiger Innennutleiterabschnitt 260a eines großen Segments 260 → innenumfangsseitiger Innennutleiterabschnitt 261a einen kleinen Segments 261 → außenumfangsseitiger Innennutleiterabschnitt 261b eines kleines Segments 261 → außenumfangsseitiger Innennutleiterabschnitt 260b eines großen Segments 260.
Eine U-Phasennutgruppe 2220U, eine V-Phasennutgruppe 2220V und eine W-Phasennutgruppe 2220W ist jeweils aus 4 Nuten 2221 aufgebaut. Wie zuvor erwähnt sind 4 Leiterschleifen in einer einzigen Nut 2221 untergebracht. Daher beträgt die Gesamtanzahl an Schleifen 16. Die U-Phasennutgruppe 2220U, die V-Phasennutgruppe 2220V und die W-Phasennutgruppe 2220W werden wiederholt entlang der Innenumfangsoberfläche des Statorkerns 222 angeordnet.
Bei der U-Phasennutgruppe 2220U ist die Ringspule U4, die mit einem Sternpunkt A verbunden ist und ein niedriges elektisches Potential aufweist (siehe 13), in der Nut 2221 angeordnet, die in dem Endabschnitt vorhanden ist, der in der Darstellung am weitesten rechts liegt. Überdies ist die Niedrigpotentialringsspule U3, die dem elektrischen Potential der Ringspule 4 in elektrischem Potential am nähesten kommt, in der Nut 2221 angeordnet, die in dem Endabschnitt vorhanden ist, der in der Darstellung am weitesten links liegt. Andererseits ist die Ringspule U1, die mit einem externen Leitungsanstoß 221U ausgestattet ist und das höchste elektrische Potential aufweist, in der Nut 2221 auf der rechten Seite der Ringspule U3 untergebracht. Die Hochpotentialringspule U2, deren elektrisches Potential der Ringspule U1 am nähesten kommt, ist in der Nut 2221 auf der linken Seite der Ringspule U4 untergebracht. Bezüglich der V-Phasennutgruppe 2220V und der W-Phasennutgruppe 2220W sind die Ringspulen auf die gleiche Art und Weise angeordnet. Demgemäß sind an dem Grenzabschnitt zwischen der U-Phasennutgruppe 2220U und der V-Phasennutgruppe 2220V die Ringspule U3 und die Ringspule V4 in einem zueinander benachbarten Zustand positioniert. Genauso sind an dem Grenzabschnitt zwischen der V-Phasennutgruppe 2220V und der W-Phasennutgruppe 2220W die Ringspule V3 und die Ringspule V4 in einem zueinander benachbarten Zustand positioniert. Schließlich sind an dem Grenzabschnitt zwischen der W-Phasennutgruppe 2220W und der U-Phasennutgruppe 2220U die Ringspule W3 und die Ringspule U4 in einem zueinander benachbarten Zustand positioniert.
Desweiteren wird im Folgenden eine Beschreibung eines Isolationsteils angegeben, das zwischen benachbarten Kopfabschnitten und zwischen benachbarten herausragenden Endabschnitten angeordnet ist. 17 ist eine perspektivische Ansicht, die einen kopfabschnittseitigen Statorspulenendabschnitt zeigt. Wie in 17 gezeigt, ist eine Isolationspapier 223 in Innenumfangsseiten des Kopfabschnitts (gekrümmte Abschnitt) 261c der kleinen Segmente 261 platziert. Dieses Isolationspapier 221 ist in dem Isolationsteil der vorliegenden Erfindung enthalten. Die Kopfabschnitte 260c der großen Segmente 260 und die Kopfabschnitte 261c der kleinen Segmente 261 sind in gegensätzlichen Richtungen in der Umfangsrichtung des Statorkerns 222 bezüglich des Isolationspapiers 223 verdreht. Das Isolationspapier 223 umgibt einen Endabschnitt des Statorkerns 222.
18 ist eine perspektivische Ansicht, die einen herausragenden endabschnittsseitigen Statorspulenendabschnitt zeigt. Wie in 18 gezeigt, ist ein Isolationspapier 224 zwischen den innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitten 260d der großen Segmente 260 und den innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitten 261d der kleinen Segmente 261 angeordnet. Die innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitte 260d und die innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitte 261d sind gegensätzlich in Umfangsrichtung des Statorkerns 222 bezüglich des Isolationspapiers 224 verdreht. Das Isolationspapier 224 umgibt einen Endabschnitt des Satorkerns 222. Genauso ist ein Isolationspapier 225 zwischen den innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitten 261d der kleinen Segmente 261 und der außenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitte 261e angeordnet. Die innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitte 261d und die außenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitte 261e sind entgegengesetzt in Umfangsrichtung des Satorkerns 222 bezüglich des Isolationspapiers 225 verdreht. Das Isolationspapier 225 umgibt den Endabschnitt des Statorkerns 222. Uberdies ist ein Isolationspapier 226 zwischen den außenumfangsseitgen herausragenden Endabschnitten 261e der kleinen Segmente 261 und den außenumfangsseitgen herausragenden Endabschnitten 260e des großen Segments 260 angeordnet. Die außenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitte 261e und die außenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitte 260e sind entgegengesetzt in Umfangsrichtung des Statorkerns 222 bezüglich des Isolationspapiers 226 verdreht. Das Isolationspapier 226 umgibt den Endabschnitt des Statorkerns 222. Diese Isolationspapiere 224, 225 und 226 sind in dem Isolationsteil der vorliegenden Erfindung enthalten.
Als nächstes wird eine Beschreibung der Wirkungen des MG 201 gemäß dieser Ausführungsform angegeben. Bei dem MG 201 gemäß dieser Ausführungsform sind, wie in 16 gezeigt, die Ringspule U3 und die Ringspule V4 in einem zueinander benachbarten Zustand angeordnet. Uberdies sind die Ringspule V3 und die Ringspule W4 in einem zueinander benachbarten Zustand platziert. Schließlich sind die Ringspulen W3 und die Ringspule U4 in einem zueinander benachbarten Zustand angeordnet. Die elektrische Zwischenspulpotentialdifferenz dieser drei Paare von Ringspulen ist relativ klein. Daher ist in diesem Fall des MG 201 gemäß dieser Ausführungsform die Möglichkeit des Austretens eines dielektrischen Durchbruchs in Umfangsrichtung gering.
Außerdem ist bei dem MG 201 gemäß dieser Ausführungsform, wie in 17 gezeigt, das Isolationspapier 223 in dem kopfabschnittseitigen Statorkernendabschnitt angeordnet. Genauso sind, wie in 18 gezeigt, die Isolationspapiere 224, 225 und 226 in den herausragenden endabschnittseitigen Statorspulenendabschnitt angeordnet.
Daher ist die Möglichkeit des Auftretens von einem dielektrischen Durchbruch in radialen Richtungen gering.
Fünfte Ausführungsform
Im Folgenden wird eine Beschreibung der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angegeben. Der Unterschied zwischen der fünften Ausführungsformn und der vierten Ausführungsform besteht darin, daß 12 Leiter pro Nut angeordnet werden.
19A ist eine radiale Querschnittsansicht eines Statorkerns eines MG gemäß dieser Ausführungsform, gesehen aus der herausragenden Endabschnittsseite, und 19B ist eine vordere Wicklungsansicht des Statorkerns gemäß dieser Ausführungsform, gesehen aus der Innenumfangsoberflächsenseite. Die Teile, die denen in 16 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen markiert.
Wie in 19A gezeigt, sind insgesamt 12 Innennutleiterabschnitte in einer einzigen Nut 2221 untergebracht. Wie in dieser Darstellung durch gestrichelte Linien dargestellt, ist die Statorspule 220 gemäß dieser Ausführungsform durch ein radiales Aufeinanderschichten von drei Statorspulenschichten ausgebildet, die jeweils mit denen der dritten Ausführungsform korrespondieren.
Wie in 19B gezeigt schneiden sich die innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitte 260d der großen Segmente 260 und die innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitte 261d der kleine Segmente 261 in einem axialen Außenraum eines axialen Endabschnittes des Statorkerns 222, so daß sich eine gitterartige Konfiguration ausbildet, die somit viele Schnittstellen schafft. Wie in 19B gezeigt, sind die Schnittstellen axial in insgesamt 11 Reihen angeordnet.
Im Folgenden wird eine Beschreibung eines Überschneidungszustandes der herausragenden Endabschnitte, die die Rindspule U4 bilden und der herausragenden En dabschnitte der anderen Ringspulen angegeben. Der innenumfangsseitige herausragende Endabschnitt 260d (durch eine vertikal schraffierte Linie in dieser Darstellung angedeutet) des großen Segments 260, das die Ringspule U4 bildet, bildet eine Schnittstelle B zusammen mit dem innenumfangsseitgen herausragenden Endabschnitt 261d des kleinen Segments 261. Jedoch ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen der Ringspule U4 und der Ringspule U2 gering. Daher ist die Möglichkeit des Auftretens eines eines dielektrischen Durchbruchs gering.
Überdies bildet der innenumfangsseitge herausragende Endabschnitt 260d des großen Segments 260, das die Ringspule U4 bildet, eine Schnittstelle C in der elften Reihe zusammen mit dem innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitt 261d des kleinen Segments 261 aus, der die Ringspule W3 bildet. Jedoch ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen der Ringspule U4 und der Ringspule W2 gering. Daher ist die Möglichkeit des Auftretens des dielektrischen Durchbruchs gering. Der innenumfangsseitige herausragende Endabschnitt 260d des großen Segments 260, das die Ringspule U4 bildet, ist mit dem innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitt 261d (vertikal schraffiert in dieser Darstellung) des kleinen Segments 261, das die gleiche Ringspule U4 bildet, in einem axialen Außenraum der elften Reihe verschweißt.
Überdies bildet der innenumfangsseitige herausragende Endabschnitt 261d des kleines Segments 261, der die Ringspule U4 bildet, eine Schnittstelle D der elften Reihe zusammen mit den innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitt 260d des großen Segments 260 aus, der die Ringspule U2 bildet. Jedoch ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen der Ringspule U4 und der Ringspule U2 gering. Daher ist die Möglichkeit des Auftretens einer dielektrischen Durchbruchs gering.
Weiterhin bildet der innenumfangsseitige herausragende Endabschnitt 261d des kleines Segments 261, der die Ringspule U4 bildet, eine Schnittstelle E in der ersten Reihe zusammen mit den innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitt 260d des großen Segments 260 aus, das die Ringspule W3 bildet. Jedoch ist die elektrische Po tentialdifferenz zwischen der Ringspule U4 und der Ringspule W3 gering. Daher ist die Möglichkeit des Auftretens eines dielektrischen Durchbruchs gering.
Obwohl die voranstehende Beschreibung den Überschneidungszustand der herausragenden Endabschnitte, die eine Ringspule U4 ausbilden, hinsichtlich der herausragenden Endabschnitte der anderen Ringspulen betrifft, sind die Überschneidungszustände der herausragenden Endabschnitte der anderen Ringspulen ähnlich. D. h., die elektrische Potentialdifferenz zwischen den herausragenden Endabschnitten, die eine Schnittstelle in der ersten Reihe ausbilden und die elektrische Potentialdifferenz zwischen den herausragenden Endabschnitten, die eine Schnittstelle in der elften Reihe ausbilden, sind gering. Aus diesem Grund gibt es keine Notwendigkeit dafür, ein Isolationspapier (nicht gezeigt) in der ersten Reihe und der elften Reihe anzuordnen. Daher wird ein Isolationspapier in den MG gemäß dieser Ausführungsform lediglich in einem Bereich von der zweiten Reihe zu der zehnten Reihe mit Ausnahme der ersten und elften Reihe platziert. In diesem Zusammenhang werden die Isolationspapiere auf der Kopfabschnittsseite (nicht gezeigt) des Statorkerns 222 in ähnlicher Weise angeordnet.
Der MG gemäß dieser Ausführungsform kann ähnliche Wirkungen vorsehen, die der vierten Ausführungsform, und im Fall des MG gemäß dieser Ausführungsform besteht keine Notwendigkeit, das Isolationspapier in der ersten Reihe anzuordnen, wo der Abstand zwischen den herausragenden Endabschnitten klein ist. Daher ist der Dazwischenlegungsvorgang für das Isolationspapier leicht. Überdies besteht im Fall des MG gemäß dieser Ausführungsform keine Notwendigkeit dazu, das Isolationspapier in der elften Reihe zu platzieren, die der Schweißwärme ausgesetzt ist. Daher ist es möglich, Beschädigungen des Isolationspapiers aufgrund von Hitze zu unterdrücken.
Sechste Ausführungsform
Eine Beschreibung einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden angegeben. Der Unterschied der sechsten Ausführungsform zu der vierten Ausführungsform besteht darin, das 16 Leiter pro Nut angeordnet werden. Daher gibt die Beschreibung dieser Ausführungsform lediglich den Unterschied dazu wieder.
20 ist eine axiale Teilquerschnittsansicht eines Statorkerns eines MGs gemäß dieser Ausführungsform. Die Teile, die mit denen in 17 korrespondieren, werden mit den gleichen Bezugszeichen markiert. Wie in 20 gezeigt, wird eine Statorspule 220 gemäß dieser Ausführungsform durch ein radiales Aufeinanderschichten von vier Statorspulenschichten ausgebildet, die mit denen der vierten Ausführungsform (siehe 14) korrespondieren. Das heißt, die Statorspule 220 gemäß dieser Ausführungsform ist aus vier Schichten von Baugruppenspulen 220a, 220b, 220c und 220d aufgebaut, die in Umfangsrichtung konzentrisch angeordnet sind. Die Spulen 220a, 220b, 220c und 220d, die vier Schichten ausbilden, sind außerhalb der Nut in radialer Richtung von innen nach außen immer weiter geneigt. Außerdem sind die Kopfabschnitte 260c und die Kopfabschnitte 261c in Umfangsrichtungen verdreht.
Bei dem MG gemäß dieser Ausführungsform sind außerdem bei den inneren Umfangsseiten der Kopfabschnitte 261c der kleinen Segmente 261, die zueinander radial benachbart sind, Isolationspapiere zwischen den Kopfabschnitten 261c der großen Segmente 260, die zueinander radial benachbart sind (zwischen den Baugruppenspulen) wie in 20 gezeigt, angeordnet. Dies Isolationspapiere sind in den Isolationsteil der vorliegenden Erfindung enthalten. Das Isolationspapier 227 wird zwischen die Baugruppenspulen angeordnet, bevor die Kopfabschnitte 260c und die Kopfabschnitte 261c in der Umfangsrichtung verdreht werden und bevor die Baugruppenspulen 220b, 220c und 220d radial nach außen geneigt werden. Daher wird bei dem MG gemäß dieser Ausführungsform die Möglichkeit, daß ein rutschender Kontakt zwischen den benachbarten Baugruppenspulen (zwischen den Kopfabschnitten 260c) auftritt, bei dem Segmentzusammenfügevorgang gering. Uberdies verringert das Isolationspapier 223 die Möglichkeit des Auftretens eines rutschenden Kontaktes zwischen den Innenumfangsoberflächenabschnitten des Kopfabschnitts 261c. Daher ist es möglich, die Möglichkeit des Auftretens von Beschädigungen der Isolationsbeschichtung zu verringern. Demgemäß wird die Möglichkeit des Auftretens eines elektrischen Durchbruchs gering sein. Über dies verbessern die Isolationspapiere 223 und 227 die Gleitfähigkeit in dem Segmentzusammenbauvorgang, was den Widerstand bei der Ausbildung der Kopfabschnitte 260c und der Kopfabschnitte 261c verringert. Dies verbessert die Arbeitseffizienz.
Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und daß beabsichtigt ist, alle Veränderungen und Modifikationen der Ausführungsformen der Erfindung, welche innerhalb des gedanklichen Grundkonzepts und des Umfangs der Erfindung liegen, abzudecken.
Beispielsweise wird bei der vorliegenden Erfindung keine Beschränkung für die Anzahl von Nuten, Schleifen und Phasen oder dergleichen vorgesehen. Ebenso ist es denkbar, daß die Isolationsteile nicht immer zwischen allen Außennutleiterabschnitten, die zueinander benachbart sind, angeordnet werden, obgleich in der zuvor beschriebenen vierten bis sechsten Ausführungsform die rotierende Elektromaschine gemäß der vorliegenden Erfindung als ein MG verwendet worden ist, ist es beispielsweise ebenso möglich, daß die rotierende Elektromaschine gemäß der vorliegenden Erfindung nur als Generator oder nur als Motor benutzt wird.

Claims

Rotierende Elektromaschine aufweisend: eine U-Phasenspule, die derart aufgebaut ist, daß Un Teilspulen (U1, U2, U3 ...), wobei n ≥ 3 ist, seriell miteinander verbunden sind, wobei ein Ende der U-Phasenspule mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluß verbunden ist; eine V-Phasenspule, die derart aufgebaut ist, daß Vn Teilspulen (V1, V2, V3 ...), wobei n ≥ 3 ist, seriell miteinander verbunden sind, wobei ein Ende der V-Phasenspule mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluß verbunden ist; eine W-Phasenspule, die derart aufgebaut ist, daß Wn Teilspulen (W1, W2, W3 ...), wobei n ≥ 3 ist, seriell miteinander verbunden sind, wobei ein Ende der W-Phasenspule mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluß verbunden ist; einen ringförmigen Statorkern, der eine Vielzahl von Nutgruppensätzen aufweist, die in seiner Umfangsrichtung ausgebildet sind, wobei jeder eine U-Phasennutgruppe, eine V-Phasennutgruppe und eine W-Phasennutgruppe enthält, die fortgesetzt angeordnet sind, wobei die U-Phasennutgruppe zum Unterbringen der n (n ≥ 3) Un-Teilspulen in einem zueinander in Umfangsrichtung benachbarten Zustand ausgebildet sind, wobei die V-Phasennutgruppe zum Unterbringen der n (n ≥ 3) Vn-Teilspulen in einem in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Zustand ausgebildet sind, und wobei die W-Phasennutgruppe zum Unterbringen der n (n ≥ 3) Wn-Teilspulen in einen in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Zustand ausgebildet sind; eine Statorwicklung, mit welcher die anderen Enden der U-Phasenspule, der V-Phasenspule und der W-Phasenspule verbinden sind; und einen Rotor mit einer Vielzahl von magnetischen Spulen, die entlang der Umfangsrichtung ausgebildet sind, wobei jede der Un Teilspulen (U1, U2, U3,...) eine Ringspule enthält, die aus Un Innennutleiterabschnitten, die in der entsprechenden U-Phasennutgruppe untergebracht sind, und Außennutleiterabschnitten zum Verbinden der Innennutleiterabschnitte in dem Nutaußenraum der U-Phasennutgruppe aufgebaut ist, wobei die Ringspule der Un Teilspule den Statorkern in Umfangsrichtung ringförmig umgibt, wobei jede der Vn Teilspulen (V1, V2, V3,...) eine Ringspule enthält, die aus Vn Innennutleiterabschnitten, die in der entsprechenden V-Phasennutgruppe untergebracht sind, und Außennutleiterabschnitte zum Verbinden der Vn Innennutleiterabschnitte in dem Nutaußenraum der V-Phasennutgruppe aufgebaut ist, wobei die Ringspule der Vn Teilspule den Statorkern in Umfangsrichtung ringförmig umgibt, wobei jede der Wn Teilspulen (W1, W2, W3,...) eine Ringspule enthält, die aus Wn Innennutleiterabschnitten, die in der entsprechenden W-Phasennutgruppe untergebracht sind, und Außennutleiterabschnitten zum Verbinden der Innennutleiterabschnitte in dem Nutaußenraum der W-Phasennutgruppe aufgebaut ist, wobei die Ringspule der Wn Teilspule den Statorkern in Umfangsrichtung ringförmig umgibt, und wobei die mit den Eingangs-/Ausgangsanschlüssen zu verbindenden Innennutleiterabschnitte jeder der Teilspulen in den Nuten untergebracht sind, die nicht die Nuten sind, die an den Endabschnitten jeder der U-Phasennutgruppe, der V-Phasennutgruppe und der W-Phasennutgruppe in der Umfangsrichtung vorhanden sind.
Rotierende Elektromaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Innennutleiterabschnitte von der Teilspule von jeder der Un-Teilspulen, Vn-Teilspulen und Wn-Teilspulen, die mit einem Sternpunkt verbunden ist, in den Nuten untergebracht sind, die an den Endabschnitt jeder U-Phasennutgruppe, V-Phasennutgruppe und W-Phasennutgruppe in Umfangsrichtung vorhanden sind.
Rotierende Elektromaschine gemäß Anspruch 1, wobei eine Nut jeder der Nutgruppen zum Unterbringen einer Vielzahl von Innennutleiterabschnitten in radialer Richtung des Statorkerns ausgebildet ist, wobei jede der Ringspulen aus einer Vielzahl von U-förmigen Segmenten aufgebaut ist, die miteinander verbunden sind, von denen jedes einen Außennutleiterabschnitt und ein Paar von Innennutleiterabschnitten aufweist, wobei der Außennutleiterabschnitt einen U-förmigen Kopfabschnitt enthält, der auf einer Endseite des Statorkerns herausragt, um sich in einem Endabschnitt des Paars von Innennutleiterabschnitten fortzusetzen, sowie ein Paar von herausragenden Endabschnitten, die aus der anderen Seite des Statorkerns herausragen, um sich in die anderen Endabschnitte der Innennutleiterabschnitte fortzusetzen und sich im wesentlichen in der Umfangsrichtung des Statorkerns erstrecken, und wobei das Paar von Innennutleiterabschnitten in einer Nut der In-Phasennutgruppe der Nutgruppen an der gleichen Position in der Umfangsrichtung und an verschiedenen Positionen in der Nut in der radialen Richtung untergebracht sind.
Rotierende Elektromaschine gemäß Anspruch 2, wobei bei jeder der U-Phasenspule, der V-Phasenspule und der W-Phasenspule die Innennutleiterabschnitte einer unterschiedlichen Teilspule zwischen den Innennutleiterabschnitten der Teilspule, die mit dem Sternpunkt verbunden ist, und den Innennutleiterabschnitten der Teilspule, die mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluß verbunden ist, in jeder der einzelnen U-Phasennutgruppe, V-Phasennutgruppe und W-Phasennutgruppe untergebracht sind.
Rotierende Elektromaschine gemäß Anspruch 1, wobei bei jeder der U-Phasenspule, der V-Phasenspule und der W-Phasenspule die Innennutleiterabschnitte der Teilspule, die mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluß verbunden ist, an einer zentralen Position in jeder der einzelnen U-Phasennutgruppe, V-Phasennutgruppe und W-Phasennutgruppe untergebracht sind, und die Teilspule, die mit dem Sternpunkt verbunden ist, an einer Endposition darin untergebracht ist, und wobei die Innennutleiterabschnitte, die näher an der Teilspule sind, die mit dem Sternpunkt verbunden ist, an Positionen untergebracht sind, die näher an einem Endabschnitt jeder der einzelnen U-Phasennutgruppe, V-Phasennutgruppe und W-Phasennutgruppe sind.
Rotierende Elektromaschine gemäß Anspruch 3, wobei die Kopfabschnitte der U-förmigen Segmente in den Nuten des Statorkerns in der radialen Richtung angeordnet sind und bezüglich einer axialen Richtung des Statorkerns derart geneigt sind, daß der Neigungsgrad jeder der U-förmigen Segmente zunimmt, je weiter die U-förmigen Segmente in radialer Richtung nach außen angeordnet sind.
Rotierende Elektromaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Un Teilspulen, die Vn Teilspulen und die Wn Teilspulen, die sich in der radialen Richtung erstrecken, konzentrisch parallel zueinander angeordnet sind.
Rotierende Elektromaschine aufweisend: einen ringförmigen Statorkern mit einer Vielzahl von Nutgruppensätzen, die in seiner Umfangsrichtung ausgebildet sind, wobei jeder fortgesetzt enthält: eine erste Phasennutgruppe, die aus n (n ≥ 3) ersten Nuten aufgebaut ist, die in einem in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Zustand ausgebildet sind; und eine zweite Phasennutgruppe, die aus n (n ≥ 3) zweiten Nuten aufgebaut ist, die in einem in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Zustand ausgebildet sind; eine Statorwicklung, die enthält: eine erste Phasenspule, die durch Verbinden von n (n ≥ 3) der ersten Teilspulen in Reihe miteinander ausgebildet ist, wobei ein Ende der ersten Phasenspule mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluß verbunden ist; und eine zweite Phasenspule durch Verbinden durch n (n ≥ 3) zweiten Teilspulen in Reihe miteinander ausgebildet ist, wobei ein Ende der zweiten Phasenspule mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluß verbunden ist, die anderen Enden der ersten Phasenspule und der zweiten Phasenspule miteinander verbunden sind; und einen Rotor mit einer Vielzahl von Magnetpolen in seiner Umfangsrichtung, wobei jeder der ersten Teilspulen eine Ringspule enthält, die in den korrespondierenden ersten Nuten untergebracht ist und aus ersten Innennutleiterabschnitten und Außennutleiterabschnitten zum Verbinden der ersten Innennutleiterabschnitten mit den Nutenaußenraum der Nutengruppensätze aufgebaut ist, wobei die Ringspule den Statorkern in der Umfangsrichtung ringförmig umgibt, wobei jede der zweiten Teilspulen eine Ringspule enthält, die in den korrespondierenden zweiten Nuten untergebracht ist und aus zweiten Innennutleiterabschnitten und Außennutleiterabschnitten zum Verbinden der zweiten Innennutleiterabschnitten mit dem Nutenaußenraum der Nutengruppensätze aufgebaut ist, wobei die Ringspule den Statorkern in der Umfangsrichtung ringförmig umgibt, und wobei die Innennutleiterabschnitte in jeder der Teilspulen, die mit den Eingangs-/Ausgangsanschluß zu verbinden sind, in Nuten untergebracht sind, die andere als die Nuten sind, die an den Endabschnitten jeder der ersten und zweiten Phasennutgruppen in Umfangsrichtung vorhandenen sind.
Rotierende Elektromaschine aufweisend: einen Statorkern einschließlich Phasennutgruppen, die jeweils aus einer Vielzahl von Nuten aufgebaut sind und entlang seiner Innenumfangsoberfläche in seiner Umfangsrichtung ausgebildet sind; und eine Statorspule einschließlich einer Vielzahl von Phasenspulen, die jeweils durch Verbinden einer Vielzahl von Segmenten, die aus in den Nuten unterzubringende Innennutleiterabschnitte und aus den Nuten herausragende Außennutleiterabschnitte aufgebaut sind, wobei jede der Phasenspulen durch Verbinden einer Vielzahl von konzentrischen Ringspulen ausgebildet wird, die jeweils den Statorkern entlang seiner Innenumfangsoberfläche ringförmig umgeben. wobei die Innennutleiterabschnitte des Segments, das die Ringspule aus der Vielzahl der Ringspulen bildet, welche einen externen Leitungsanschluß aufweist, in der Nut aus der Vielzahl von Nuten, die jede der Phasennutgruppen bilden, untergebracht sind, welche nicht an die Nutgruppe einer unterschiedlichen Phase grenzt, und wobei ein Isolationsteil zwischen den zueinander in einer radialen Richtung des Statorkerns benachbarten Außennutleiterabschnitten angeordnet ist.
Rotierende Elektromaschine gemäß Anspruch 9, wobei das Segment eine U-förmige Konfiguration aufweist, und die Vielzahl von Außennutleiterabschnitten in einer gitterförmigen Konfiguration angeordnet sind, so daß sie sich in einem axialen Nutenaußenraum eines axialen Endabschnittes des Statorkerns schneiden, und die Schnittstellen zwischen den Außennutleiterabschnitten in n Reihen in axialer Richtung von dem axialen Endabschnitt aus angeordnet sind, und wobei das Isolationsteil an den Schnittstellenpositionen angeordnet ist, die nach der ersten der n Reihen beginnen.
Rotierende Elektromaschine gemäß Anspruch 9, wobei das Segment eine U-förmige Konfiguration aufweist und wobei die Vielzahl von Außennutleiterabschnitten in einer gitterförmigen Konfiguration angeordnet sind, so daß sie sich in einem axialen Nutaußenraum eines axialen Endabschnitts des Statorkerns schneiden, und wobei die Schnittstellen zwischen den Außennutleiterabschnitten in n Reihen in einer axialen Richtung von dem axialen Endabschnitt aus angeordnet sind, und wobei das Isolationsteil an den Schnittstellenpositionen bis vor die n-te Reihe der n Reihen dazwischengelegt ist.
Rotierende Elektromaschine aufweisend: einen Statorkern einschließlich einer Vielzahl von Nuten, die entlang seiner inneren Umfangsoberfläche angeordnet sind; und eine Statorspule einschließlich einer Vielzahl von konzentrischen Ringspulen, die jeweils derart ausgebildet sind, daß eine Vielzahl von U-förmigen Segmenten, die jeweils aus in den Nuten unterzubringenden Innennutleiterabschnitten und aus den Nuten herausragenden Außennutleiterabschnitten aufgebaut sind, miteinander entlang der Innenumfangsoberfläche des Statorkerns verbunden sind, um dessen Innenumfangsoberfläche ringförmig zu umgeben, wobei ein Isolationsteil zuvor zwischen den Außennutleiterabschnitten der zueinander in radialer Richtung des Statorkerns benachbarten Außennutleiterabschnitten angeordnet ist, bei welchen der außenumfangsseitige Außennutleiterabschnitt radial nach außen und in Umfangsrichtung des Statorkerns bezüglich eines Innenumfangsseitigen herausragenden Endabschnitts geneigt ist, um den rutschenden Kontakt dazwischen zu unterdrücken, wenn der innenumfangsseitige Außennutleiterabschnitt radial nach außen und in Umfangsrichtung geneigt ist.