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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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(Technisches Gebiet)
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Statorwicklungseinheit für
elektrische Rotationsmaschinen, wie beispielsweise Elektromotoren
und Elektrogeneratoren, und betrifft spezieller eine Statorwicklungseinheit
vom Einloch-Wicklungstyp für
elektrische Rotationsmaschinen.
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(Stand der Technik)
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Bei einer elektrischen Rotationsmaschine
ist ein Stator dafür
erforderlich, um elektrische Energie in kinetische Energie umzusetzen
und umgekehrt. Zum gegenwärtigen
Zeitpunkt existieren vielfältige Typen
an Statoren.
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Ein Statortyp umfaßt Wicklungen,
von denen jede um jeden von Zähnen
(die als Magnetpole dienen) eines Statorkerns in einer konzentrierten
Weise gewickelt sind und wobei die gewickelten Spulen (häufig als
Zahnwicklungen bezeichnet) Phase um Phase gegenseitig miteinander
verbunden sind, um dadurch jede Phasenwicklung zu bilden. Solch
ein Stator wird auch als "Einlochwicklungsstator" bezeichnet. Beim
Wickeln einer Wicklung oder Spule um jeden Zahn zur Herstellung
des Einlochwicklungsstators ist es allgemein üblich, einen zusammengebauten
Kern zu verwenden, bei dem Teilkerne, die Zahn um Zahn aufgeteilt
sind, in Form eines Statorkerns zusammengebaut werden.
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Wenn ein Statorkern als ein Stator
vom Außenrotortyp
konstruiert wird, kann ein zylinderförmiger Statorkern verwendet
werden, bei dem eine Wicklung direkt um jeden der Zähne gewickelt
ist, die von der äußeren Umfangsfläche eines
zylinderförmigen
Statorkerns vorragen. Alternativ kann auch ein Stator vom Innenrotortyp
verwendet werden, bei dem eine Wicklung direkt um jeden der Zähne gewickelt ist,
die von der Innenumfangsfläche
eines zylinderförmigen
Statorkerns vorragen. Die offengelegte japanische Patentveröffentlichung
Nr. 2001-25198 (Dokument 1) offenbart diese An eines Einlochwicklungsstators
(concentrated-winding type stator).
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Wie in dem Dokument 1 gezeigt ist,
ist bei einem Stator vom Einloch-Wicklungstyp die Zahnwicklung um
jeden Zahn herumgewickelt oder jede Spule ist auf jedem Zahn entsprechend
einer erforderlichen Anzahl von Windungen aufgebracht. Wie bei einer normalen
Spulenwicklung ist die Wicklung ihrerseits in axialer Richtung von
jedem Zahn gewickelt. Als ein Ergebnis können wechselseitig benachbarte
zwei Windungen, die miteinander elektrisch verbunden sind, mit einer
hohen Dichte gewickelt werden, wenn die zwei Windungen ohne einen
Spalt entlang der Umfangsfläche
entlang deren axialer Richtung plaziert werden.
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Ähnlich
wie bei einer normalen Spulenwicklung beginnt die gewickelte Wicklung
an einem Ende von jedem Zahn in einer radialen Richtung desselben (normalerweise
dem Basisabschnitt von jedem Zahn) und erreicht den Spitzenabschnitt
der Zähne,
so daß die
erste Schicht der Wicklung gebildet wird (im folgenden als "erste geschichtete
Wicklung" bezeichnet).
Die Wicklung wird dann auf die erste Schichtwicklung gewikkelt,
und zwar in solcher Weise, daß die
Wicklung von dem Spitzenabschnitt zu jedem Zahn des Basisabschnitts
desselben zurückkehrt,
so daß dadurch
die zweite Schicht der Wicklung gebildet wird (im folgenden auch
als "zweite geschichtete Wicklung" bezeichnet). In
gleicher Weise wird die Wicklung auf die zweite geschichtete Wicklung
gewickelt, um die dritte geschichtete Wicklung zu bilden, wodurch
eine hochdichte Wicklungsart realisiert wird. Die erste, die zweite
und die dritte geschichtete Wicklung und auch nachfolgende Wicklungen
werden verallgemeinert als "geschichtete
Wicklungen" bezeichnet.
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In der offengelegten japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 2001-186703 (Dokument 2) sind zwei Wicklungsarten offenbart:
eine besteht darin, daß das
Anfangsende einer Zahnwicklung an dem Basisabschnitt (oder dem Spitzenabschnitt)
von jedem Zahn plaziert wird und das tote Ende der Zahnwicklung
an dem Spitzenabschnitt (oder dem Basisabschnitt) plaziert wird,
während
die andere Art darin besteht, daß sowohl das Anfangsende als
auch das tote Ende einer Zahnwicklung an dem Spitzenabschnitt von
jedem Zahn plaziert wird. In diesem Fall beträgt die Zahl der geschichteten
Wicklungen gleich zwei, so daß eine
zweischichtige Wicklung gebildet wird.
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Jedoch werden, wie oben dargelegt
wurde, Uberkreuzungsdrähte
verwendet, um die Zahnwicklungen wechselseitig und aufeinanderfolgend
zu verbinden, und zwar an vorbestimmten Teilungen in der Umfangsrichtung
eines Stators mit dem Ergebnis, daß jede Phasenwicklung konfiguriert
wird. Demzufolge ist es bei dem zweischichtigen Wicklungstyp der
Zahnwicklung, wie sie aus dem Dokument 2 hervorgeht, wahrscheinlich,
dass beide Enden entsprechend dem Anfangsende und dem toten Ende
der Zahnwicklung an der Spitze gelegen sind. Bei einer derartig
plazierten Lage von den beiden Enden sind die Uberkreuzungsdrähte so gelegen,
daß sie
die Oberfläche
des Rotors nahezu berühren,
wenn die Überkreuzungsdrähte so als Überbrückungen
geführt
sind, daß sie
am kürzesten
sind. Es wurde herausgefunden, daß diese Uberbrückungsörtlichkeit mit
vielfältigen
Nachteilen behaftet ist. Beispielsweise kann eine Vibration bewirken,
daß der
Draht den Rotor berührt
und der Draht behindert auch die Befestigungsarbeit des Rotors in
einer Maschine.
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Eine Lösung für diese Nachteile besteht darin,
indem eine spezielle Verbindungsart realisiert wird, bei der der Überkreuzungsdraht
von dem toten Ende, welches an dem Spitzenabschnitt von jedem Zahn
gelegen ist, zu dem Basisabschnitt desselben gezogen oder verlegt
wird, und zwar in der radialen Richtung eines Rotors (im Falle eines
Innenrotortyps zu jedem radialen außenseitigen Ende) und sich
entlang der Rotoroberfläche
erstreckt, um diese Weise den nächsten
Zahn zu erreichen, der zur gleichen Phase gehört, und auch dafür Sorge
getragen wird, daß sich
der Draht entlang dem Zahn er streckt, um an dem Spitzenabschnitt
desselben anzukommen. Der Überkreuzungsdraht
(cross over wire), der an dem Spitzenabschnitt des nächsten Zahnes
vorhanden ist, wird mit dem Anfangsende einer Zahnwicklung verbunden,
die um den Zahn herumgewickelt ist und an dem Spitzenabschnitt gelegen
ist. Jedoch verursacht diese Art einer Verbindungsweise, daß der Uberkreuzungsdraht
zwischen den Zähnen
länger
wird, was dann zu einer Erhöhung
in dem Energieverlust auf Grund des Widerstandes in der Statorwicklung
führt.
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Darüber hinaus involviert die Wicklungstechnik,
die durch das Dokument 2 gelehrt wird, einen gefalteten Abschnitt,
bei dem der Draht von der ersten Schichtwicklung zur zweiten geschichteten
Wicklung gefaltet wird, um dadurch die Möglichkeit zu erhalten, daß sowohl
die letzte Windung der ersten geschichteten Wicklung als auch die
erste Windung der zweiten geschichteten Wicklung übereinander
gestapelt werden können.
Bei diesem gefalteten Abschnitt wird die gewickelte Wicklung dicker
und ragt von der Oberfläche
eines Zahns in der radialen Richtung vor, und zwar um einen Betrag,
der der Dicke (im Durchmesser) des Drahtes entspricht. Dieses Vorragen
der gewickelten Wicklung reduziert einen Schlitzlaminierungsfaktor.
Das heißt,
um die Möglichkeit
zu schaffen, ein Paar der Zahnwicklungen um zwei Zähne zu wickeln,
die jeweils an beiden Enden eines Schlitzes gelegen sind, sollte
ein übermäßiger Raum
dafür vorgesehen
werden, um die jeweils gefalteten Abschnitte darin aufzunehmen,
und zwar auf Grund der Vorsprünge
der gefalteten Wicklung in der radialen Richtung. Daher wird eine
umfangsmäßige Breite
oder Weite von jedem Schlitz, ein Raum, welcher einer Weite oder
Breite entspricht, die das Zweifache der Dicke des Drahtes beträgt, nachteilig
und wird auch nutzlos, da dabei der Schlitzlaminierungsfaktor reduziert
wird.
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Obwohl die obigen Darlegungen bei
einer Situation erläutert
sind, bei der die Zahnwicklungen wechselseitig miteinander in Reihe
verbunden sind, und zwar Phase um Phase, gelten die zuvor erläuterten
Schwierigkeiten bei einer Statorwicklungseinheit, bei der die Zahnwicklungen
wechselseitig parallel Phase um Phase verbunden sind, und zwar unter Verwendung
von Überkreuzungs-
oder Überbrückungsbusstäben.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde unter
Einbeziehung der zuvor erläuterten
Schwierigkeiten entwickelt, und es ist Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Einlochwicklungsstatorwicklungseinheit zu schaffen,
bei der ein Energieverlust auf Grund eines Widerstandes entlang
eines Wicklungsdrahtes reduziert wird, ferner verhindert werden
kann, daß Drähte des
Stators in Berührung
mit einem Rotor gelangen können,
ebenso verhindert wird, daß eine
Interferenz mit einer Befestigungsarbeit des Rotors auftritt, und
bei dem eine Wicklungsdichte der Windungen erhöht ist.
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Um die zuvor erläuterte Aufgabe zu lösen, wird
gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Einlochwicklungsstatorwicklungseinheit
für eine
elektrische Rotationsmaschine geschaffen. Die Statorwicklungseinheit
umfaßt
einen Statorkern mit einem Kernrücken
und mit Zähnen,
die von dem Kernrücken
vorragen, und mit einer Vielzahl von Wicklungen, die jeweils um
die Zähne
herumgewickelt sind. Jede der Wicklungen besteht aus einer Vielzahl
von geschichteten Wicklungen, die aus einem oder aus mehreren Paaren
von geschichteten Wicklungen bestehen, welche eine erste geschichtete
Wicklung umfassen, die durch Wickeln eines mit einer Isolation beschichteten
Wicklungsdrahtes in einer Schicht um jeden der Zähne gebildet wird, um auf diese
Weise eine Vielzahl von Windungen zu schaffen, die auf jedem Zahn
angeordnet sind, und mit einer zweiten geschichteten Wicklung, die
durch Wickeln eines Wicklungsdrahtes in einer Schicht gebildet wird,
um eine Vielzahl an Windungen zu bilden, die auf jeder der ersten
geschichteten Wicklungen angeordnet sind, welche um die jeweiligen
Zähne herumgewickelt
sind. Der Wicklungsdraht wird so gewickelt, daß wenigstens eine Windung der
ersten geschichteten Wicklung zu einer ersten Windung der zweiten
geschichteten Wicklung fortgesetzt ist und beide Enden des Wicklungsdrahtes
bei und auf einem Basisabschnitt von jedem der Zähne gelegen ist, so daß beide
Enden als Windungsstart-Ende und Windungsbeendigungs-Ende von jeder
der Wicklungen dient.
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Demzufolge können bei der vorliegenden Erfindung
die Wicklungsstart- und Wicklungsende-Enden von jeder der Wicklungen,
die um die Zähne
gewickelt sind, auf der Basisseite von jedem der Zähne positioniert
werden (das heißt
einem Abschnitt, der benachbart zu dem Kernrücken ist). Diese Lokalisierung
von beiden Enden schafft die Möglichkeit,
daß Überbrückungsdrähte, welche
beide Wicklungen verbinden, in der Länge am kürzesten sind, wodurch eine
Erhöhung
in dem Verlust auf Grund des Widerstandes entlang jedes Überbrückungsdrahtes
beseitigt oder unterdrückt
wird. Gleichzeitig können
die Verbindungen, die zwischen den Führungsenden und den Überbrückungsdrähten durchgeführt werden,
als auch zwischen den Überbrückungsdrähten selbst
vorgenommen werden, ausreichend von der Umfangsfläche eines
Rotors entfernt angeordnet werden. Somit kann sowohl das Problem,
daß nicht nur
die Überbrückungsdrähte und/oder
die Verbindungen in Berührung
mit dem Rotor gelangen, sondern es kann auch die Einsetz- oder Einbauoperation des
Rotors, die mit Schwierigkeiten verbunden ist, in einer sicheren
Weise gelöst
werden. Zusätzlich
gibt es in Fällen,
bei denen die Überbrückungsdrähte so angeordnet
werden, daß sie
durch den Statorkern gehalten werden, kein Problem, daß die Wicklungen zu
Hindernissen werden, und zwar bei der Halterungszusammenbauoperation.
Die Überbrückungsdrähte können in
einfacher Weise gehalten werden.
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In bevorzugter Weise werden sowohl
das Wicklungsanfangsende als auch ein Wicklungsende-Ende von beiden
Wicklungen der ersten und der zweiten geschichteten Wicklungen entlang
dem Kernrücken
als ein Paar an Führungsenden
von jedem der Zähne
herausgezogen. Auch ist es zu bevorzugen, daß sowohl das Wicklungsstart-Ende
als auch ein Wicklungsende-Ende getrennt an beiden Enden des Basisabschnitts
von jedem der Zähne
in einer Umfangsrichtung des Statorkernes plaziert werden. Um ein
Beispiel zu nennen, so werden beide Führungsenden direkt zu dem Kernrücken hin
unter Wahrung einer Trennung dazwischen herausgezogen, wodurch beide
Führungsenden
auf der gleichen Seite des Kernrückens
in einer axialen Richtung des Statorkernes angeordnet werden.
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Es ist auch zu bevorzugen, daß die erste
geschichtete Wicklung aus einer Vielzahl an Windungen zusammengesetzt
ist, inklusive einer letzten Windung, wobei die Vielzahl der Windungen
der ersten geschichteten Wicklung ihrerseits entlang einer Richtung von
dem Basisabschnitt von jedem der Zähne zu einem Spitzenabschnitt
derselben hin gewickelt sind, und wobei die zweite geschichtete
Wicklung aus einer Vielzahl an Windungen inklusive der ersten Windung
zusammengesetzt ist, wobei die Vielzahl der Windungen der zweiten
geschichteten Wicklung ihrerseits entlang einer Richtung von dem Spitzenabschnitt
zum Basisabschnitt hin gewickelt sind.
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In bevorzugter Weise besitzt die
erste Windung der zweiten geschichteten Wicklung einen Wicklungsbiegeabschnitt,
der zu einem Spitzenabschnitt von jedem der Zähne hin gebogen ist, eine zweite
Windung der zweiten geschichteten Wicklung besitzt einen anderen
Wicklungsbiegeabschnitt, der zuerst zu dem Basisabschnitt von jedem
der Zähne hin
gebogen ist und dann zu dem Spitzenabschnitt derselben hin gebogen
ist, so daß die
zweite Windung benachbart der ersten Windung in einer radialen Richtung
des Statorkernes angeordnet wird, und wobei eine oder mehrere andere
der verbleibenden Windungen der zweiten geschichteten Wicklung,
die sich ihrerseits bis zur zweiten Windung hin fortsetzt, einen
anderen Wicklungsbiegeabschnitt aufweist, der zuerst zu dem Basisabschnitt
von jedem der Zähne
hin gebogen ist und dann zu dem Spitzenabschnitt derselben hin gebogen
ist, so daß die
verbleibenden Windungen in einer Sequenz zu der zweiten Windung
in der radialen Richtung des Statorkernes hin benachbart sind. Bei
dieser Konfiguration sind beispielsweise die Wicklungsbiegeabschnitte
der Windungen der zweiten geschichteten Wicklung über einer
Seite von jedem Zahn in der axialen Richtung des Statorkernes angeordnet,
wobei die eine Seite die gleiche Seite ist wie die Seite des Kernrückens, auf der
beide Führungsenden
gelegen sind.
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Es ist auch zu bevorzugen, daß die Statorwicklungseinheit
Busstäbe
umfaßt,
die wenigstens als eine Leitung gemäß Zahn-zu-Zahn-Überbrückungsleitungen,
einer Neutralpunktleitung und Phasenanschlüssen, und die in der Nachbarschaft
einer axialen Fläche
des Kernrückens
angeordnet sind, wobei die axiale Fläche die gleiche ist wie die
Seite des Kernrückens,
auf der beide Führungsenden
gelegen sind.
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Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, wird
gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Wickeln
eines Wicklungsdrahtes um jeden Zahn geschaffen, der von einer Kernrückseite
eines Statorkernes vorspringt, der in einer Statorwicklungseinheit
vom Einlochwicklungstyp inkorporiert ist, und zwar für eine elektrische Rotationsmaschine,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Positionieren von einem
Ende des Wicklungsdrahtes entlang einer einzelnen Seitenfläche eines
Basisabschnitts von jedem Zahn, wobei ein erster vorbestimmter Endabschnitt
des einen Endes, welches zu dem Kernrücken als ein erstes Führungsende
herausgezogen ist und wobei die einzelne Seitenfläche einer
axialen Richtung des Statorkernes gegenüberliegt; zuerst der Kerndraht
auf und um jeden der Zähne
gewickelt wird, um eine Vielzahl an Windungen zu bilden, die sich
in Form einer ersten geschichteten Wicklung von dem Basisabschnitt von
jedem Zahn zu einem Spitzenabschnitt desselben hin erstrecken, wobei
eine letzte Windung so gewickelt ist, daß sie eine Position an jedem
Zahn erreicht, bei der die Seitenfläche beginnt; als zweiter Schritt
der Wicklungsdraht auf und um die erste geschichtete Wicklung gewickelt
wird, die auf und um jeden Zahn gewickelt ist, um eine Vielzahl
von Windungen zu bilden, die sich in Form einer zweiten geschichteten
Wicklung von dem Spitzenabschnitt von jedem Zahn zu dem Basisabschnitt
desselben hin erstrecken, wobei die erste Windung der zweiten geschichteten
Wicklung von der letzten Windung der ersten geschichteten Wicklung
fortgeführt
ist, der zweite Herstellungsschritt einen untergeordneten Schritt
umfaßt,
gemäß Ausbilden
und Wickeln eines Übergangswicklungsabschnitts,
der sowohl als Teil der letzten Windung der ersten geschichteten
Wicklung dient, als auch als Teil der ersten Windung einer zweiten
geschichteten Wicklung dient, die um die erste geschichtete Wicklung
herumgewickelt ist, wobei der Übergangswicklungsabschnitt
so gebogen ist, daß er
entlang einer unterschiedlichen Bahn verläuft, die wenigstens teilweise
zu der Spitze von jedem Zahn hin verschoben ist; und Anordnen eines verbleibenden
Endes des Wicklungsdrahtes entlang der einzelnen Seitenfläche des
Basisabschnitts von jedem Zahn, wobei ein zweiter vorbestimmter
Endabschnitt des verbleibenden Endes zu dem Kernrücken als
ein zweites Führungsende
herausgezogen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Andere Ziele und Aspekte der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen zeigen:
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1A bis 1D verschiedene Seitenansichten
von jeder der Zahnwicklungen, die in eine Statorwicklungseinheit
vom Einlochwindungstyp zusammengebaut sind, entsprechend einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 Einzelheiten
eines Wicklungs-Faltungs-Abschnitts von einer ersten geschichteten Wicklung
zu einer zweiten geschichteten Wicklung hin;
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3 ein
abgewickeltes Verdrahtungsdiagramm, in welchem eine Dreiphasen-Sterntyp-Statorwicklung
so konfiguriert ist, daß sie
Phase um Phase die Zahnwicklungen in Reihe verbunden enthält;
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4A ein
Beispiel eines Busstabhalters, der bei der ersten Ausführungsform
verwendet wird;
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4B im
Schnitt den Busstabhalter in einer Richtung entlang einer A-A-Linie,
die in 4A gezeigt ist;
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5 ein
Beispiel einer Verbindungskonstruktion zwischen den Busstäben und
jeder der Zahnwicklungen;
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6 eine
Teilansicht einer Abwandlung der Verbindungskonstruktion;
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7 ein
Beispiel einer Gesamt-Frontansicht einer Statorwicklungseinheit
vom Einlochwicklungstyp, bei der die Einheitskonfigurationen gemäß der ersten
Ausführungsform
angewendet sind;
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8 ein
abgewickeltes Verdrahtungsdiagramm, bei dem eine Dreiphasen-Stern-Statorwicklung dadurch
konfiguriert ist, indem die Zahnwicklungen parallel verbunden sind,
wobei die Wicklung Bestandteil einer Statorwicklungseinheit ist,
die gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist;
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9 ein
Beispiel einer Gesamt-Frontansicht der Statorwicklungseinheit vom
Einlochwicklungstyp, bei der die Einheitskonfigurationen gemäß der zweiten
Ausführungsform
angewendet sind;
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10A bis 10D verschiedene Seitenansichten
von jeder der Zahnwicklungen, die als Statorwicklungseinheit vom
Einlochwicklungstyp zusammengebaut sind, entsprechend einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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11 eine
Seitenansicht von einer der Zahnwicklungen, die in der Statorwicklungseinheit vom
Einlochwicklungstyp verwendet sind, gemäß einer abgewandelten Ausführungsform
der Ausführungsformen;
und
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12 eine
Frontansicht der Zahnwicklung, die in 11 dargestellt
ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß den beigefügten Zeichnungen
werden nun bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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Gemäß den 1 bis 7 wird
nun eine erste Ausführungsform
einer Statorwicklungseinheit vom Einlochwicklungstyp gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben, die in einer elektrischen Rotationsmaschine
inkorporiert ist.
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Die 1A bis 1D zeigen zum Teil von verschiedenen
Richtungen aus eine Statorwicklungseinheit 100, die mit
einem Statorkern 1 und mit Zähnen 11 (lediglich
ein Zahn 11 ist veranschaulicht) ausgestattet ist, welche
Zähne so
ausgeführt
sind, daß sie von
dem Statorkern 1 abstehen. Eine Wicklung 2 ist um
jeden Zahn 11 herumgewickelt, um eine Zahnwickel-Wicklung
zu bilden, die auch als "Zahnwicklung" bezeichnet wird.
Von den Figuren zeigt 1A die Einheit,
gesehen in einer axialen Richtung des Statorkernes 1, die 1B und 1C sind Seitenansichten der Einheit,
gesehen entlang den Richtungen, die jeweils durch Pfeile B und C
angezeigt sind, und 1D ist
eine Bodenansicht der Einheit, und zwar gesehen entlang der Richtung,
die durch einen Pfeil D angegeben ist.
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In den 1A bis 1D sind drei orthogonale Richtungen
festgelegt, und zwar in solcher Weise, daß die axiale Richtung des Statorkernes 1 (im
folgenden als "Kernaxialrichtung" bezeichnet) der Z-Achse
entspricht, wie in 1A gezeigt
ist.
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Die Statorwicklungseinheit 100 wird
in einen Stator ST eingebaut, der beispielsweise in 7 veranschaulicht ist, wo ein Rotor RT
in einer Bohrung des Stators ST plaziert wird.
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Wie in den 1A bis 1D gezeigt
ist, besteht der Statorkern 1 aus einem Kernrücken 12 und
aus Zähnen 12,
die von dem Kernrücken 12 abstehen
(in den 1A bis 1D ist lediglich einer der
Zähne 12 gezeigt).
Der Kernrücken 12,
der als Joch wirkt, ist in einer zylinderförmigen Gestalt ausgebildet.
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Der Statorkern 1 besteht
aus einer Vielzahl von elektromagnetischen Stahlplatten, die miteinander
laminiert angeordnet sind. Wie dies gewöhnliche bekannt ist, ist dieser
Statorkern 1 in einer kombinierten Kernform konstruiert,
von der eine Erläuterung hier
weggelassen ist, da diese kombinierte Kernform nicht direkt den
Kern der vorliegenden Erfindung betrifft.
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Die Zähne 11 sind in regulären Intervallen
an der inneren Umfangsfläche
des Kernrückens 12 angeordnet
und ragen jeweils nach innen hin, und zwar in radialen Richtungen
des Statorkernes 1. Im folgenden werden diese radialen
Richtungen als "kernradiale
Richtung(en)" bezeichnet.
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Jeder der Zähne 11 ist so ausgebildet,
daß er eine
quadratische Säulengestalt
besitzt in Form eines Hauptkörpers 111 und
in Form eines Flansches 112, der an einem spitzen Ende
des Hauptkörpers 111 angebracht
ist, welcher einstückig
oder zusammenhängend
mit dem Hauptkörper 111 ausgeführt ist und
einem Basisende desselben gegenüberliegt, welches
an dem Kernrücken 12 angebracht
ist. Da dieser Statorkern 1 als ein Außenkerntyp ausgebildet ist,
sind das Spitzenende und das Basisende des Hauptkörpers 111 jeweils
nach innen und nach außen
hin verlaufend gelegen, und zwar in jeder der kernradialen Richtungen.
Der Flansch 112 besitzt sowohl eine vorbestimmte Dicke
in der kernradialen Richtung als auch eine vorbestimmte Länge in einer Umfangsrichtung
des Statorkernes 1, um auf diese Weise übermäßige Weiten oder Breiten in
der Umfangsrichtung zu haben. Im folgenden wird diese Umfangsrichtung
auch als "Kernumfangsrichtung" bezeichnet. Zusätzlich ist
die vorbestimmte Dicke von jedem Flansch 112 in der kernradialen
Richtung so eingestellt, daß diese
größer ist,
und zwar hinsichtlich einer Dicke eines flachen Kupferdrahtes, der
um den Hauptkörper 111 in
der kernradialen Richtung gewickelt ist, wie dies an späterer Stelle
noch erläutert wird.
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Das Spitzenende von jedem der Zähne 12, das
heißt
eine nach innen orientierte Oberfläche des Flansches 112,
besitzt eine gekrümmte
Fläche
in der Kernumfangsrichtung, so daß sie einem Rotor (nicht gezeigt)
gegenüberliegt.
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Die Zahnwicklung 12 besteht,
wie oben dargelegt worden ist, aus einem flachen Kupferdraht, der mit
einem aus Harz hergestellten Isolationsstoff beschichtet ist und
um den Hauptkörper 111 von
jedem der Zähne 11 in
einer doppelschichtigen Weise herumgewickelt ist. Spezifischer ausgedrückt, besteht die
Zahnwicklung 12 Zahn um Zahn aus einer ersten geschichteten
Wicklung 21, die durch Herumwinden des Drahtes um den Hauptkörper 111 von
jedem der Zähne 11 gebildet
wird, einer zweiten geschichteten Wicklung 22, die durch
Herumwickeln des Drahtes um die erste geschichtete Wicklung 21 gebildet
wird, einem Führungsende 23,
welches mit einem Windungsanfangsabschnitt der ersten geschichteten Wicklung 21 gekoppelt
ist, und mit einem Führungsende 24,
welches mit einem Wicklungsendeabschnitt der zweiten geschichteten
Wicklung 22 gekoppelt ist. In 1B gibt das Bezugszeichen 210 die
letzte Windung der ersten geschichteten Wicklung 21 an.
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Wie oben dargelegt ist, ist der Hauptkörper 111 als
rechteckförmige
Säulengestalt
ausgebildet, so daß sowohl
die erste als auch die zweite geschichtete Wicklung 21 und 22 auch
Wicklungswindungen besitzen, die jeweils in einer Rechteckgestalt
ausgebildet sind, so daß dadurch
jede Wicklungswindung mit vier geraden Segmenten ausgestattet ist.
Von den vier geradlinigen Segmenten von jeder Wicklungswindung ist
ein Segment auf der gleichen Zahnseite wie die beiden Wicklungsenden 23 und 24 gelegen,
welches Segment nun im folgenden als "vorderes Wicklungssegment F" bezeichnet wird
(siehe hierzu 1A).
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Wie anhand der 1A bis 1C ersehen
werden kann, sind die beiden Führungsenden 23 und 24 getrennt
an den äußersten
Endpositionen angeordnet, die entlang von einer Oberfläche von
jedem der Zähne 11 gelegen
sind. Zusätzlich
sind beide Führungsenden 23 und 24 aus
einem Strang von Windungen herausgezogen, so daß beide Enden 23 und 24 zueinander
parallel verlaufen, und zwar entlang einer axialen Richtung von
jedem der Zähne 11.
Eines der Führungsenden,
das heißt
das Führungsende 23,
ist mit einem Draht verbunden, der die Basis von jedem der Zähne 11 erreicht,
und zwar entlang der linken Seitenkante, wie dies in 1A gezeigt ist, umgebogen
in einem angenähert
rechten Winkel, so daß dieser
in 1A zurück verlaufend
gerichtet ist, und mit dem Wicklungsende der ersten geschichteten
Wicklung 21 verbunden.
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Die erste geschichtete Wicklung 21 besteht aus
sechs Windungen des Drahtes, die dadurch gebildet sind, indem aufeinander
folgend der Draht um den Hauptkörper 111 herumgewickelt
wird, auf dem dann die jeweiligen Windungen in der gleichen Ebene ausgerichtet
sind und von der Basis von jedem Zahn 11 bis zur Spitze
desselben hin reichen.
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Die zweite Schichtwicklung 22 besteht
aus einer Vielzahl von Windungen des Drahtes, die dadurch ausgebildet
wird, indem aufeinander folgend der Draht um und auf die erste geschichtete
Wicklung 21 gewickelt wird. Um dies spezifischer auszudrücken, so
umfassen die Windungen der zweiten geschichteten Wicklung 22 eine
erste Windung 220, die so ausgebildet ist, daß sie sich
von einer letzten Windung 210 der ersten geschichteten
Wicklung 21 aus fortsetzt, wobei die erste Windung 220 mit
den verbleibenden Windungen verbunden ist, die so angeordnet sind,
daß die
gleiche Schicht auf der ersten geschichteten Wicklung 21 gebildet
wird, derart, daß alle
Windungen der zweiten geschichteten Wicklung von der Spitze von
jedem Zahn 11 bis zur Basis desselben hin reichen. Es ist
daher möglich,
sowohl das Wicklungsanfangs-Ende als auch das Wicklungsende-Ende
an der Basis von jedem der Zähne 11 zu
positionieren.
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Das heißt, wenn der Draht um jeden
der Zähne 11 gewickelt
wird, beginnt der Draht an der Basis des Zahnes 11 (benachbart
dem Kernrücken 12),
erstreckt sich dann bis zur Spitze desselben und wird dort zurückgefaltet
und kehrt dann zur Basis zurück, mit
dem Ergebnis, daß die
Zahnwicklung 2 ein Paar von ersten und zweiten geschichteten
Wicklungen 21 und 22 aufweist. Obwohl die vorliegende
Ausführungsform
die Wicklungskonfiguration betrifft, bei der die Zahl der geschichteten
Wicklungen eins beträgt, ist
dies keine definitive Liste. Alternativ können zwei oder mehrere Paare
der geschichteten Wicklungen plaziert werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform
können
die Wicklungsstart- und -ende-Enden
von jeder der Zahnwicklungen 2 auf der Basisseite von jedem der
Zähne 11 gelegen
sein (speziell an einem Teil des Kernrückens 12, der sich
von der Basis von jedem Zahn 11 aus fortsetzt). Diese Örtlichkeit
von beiden Enden schafft die Möglichkeit,
daß ein Überbrückungsdraht,
der die beiden Zahnwicklungen 2 verbindet, in der Länge am kürzesten
wird, wodurch eine Erhöhung
in dem Verlust auf Grund des Widerstandes entlang des Überbrückungsdrahtes
beseitigt oder unterdrückt
wird. Gleichzeitig können
die Verbindungen, die zwischen den Führungsenden 23 und 24 und
dem Überbrückungsdraht
hergestellt werden, als auch mit den Überbrückungsdrähten selbst in ausreichender
Weise von der Umfangsfläche
des Rotors entfernt angeordnet werden. Somit kann das Problem sicher
gelöst
werden, daß die
Uberbrückungsdrähte und/oder
die Anschlüsse
nicht in Berührung
mit dem Rotor gelangen und die Einbauoperation des Rotors ohne Schwierigkeiten
erfolgen kann. Zusätzlich
gibt es selbst in Fällen,
bei denen die Uberbrückungsdrähte so angeordnet
werden, daß sie
durch den Statorkern 1 gehalten werden, kein Problem, daß die Zahnwicklungen
zu Hindernissen werden, und zwar in Verbindung mit der Halterungszusammenbauarbeit.
Die Überbrückungsdrähte können in
einfacher Weise gehaltert werden.
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Die Zahnwicklung 2 besitzt
ein einzelnes Paar von Führungsenden 23 und 24,
die zu dem Kernrücken 12 des
Statorkernes 1 von dessen Wicklungsstart- und Wicklungsende-Enden 200 und 201 hin
herausgezogen werden. Diese Anordnung ermöglicht es, daß die Führungsenden 23 und 24 in einfacher
Weise an einen Busstab zwischen den Zähnen angeschlossen werden können. Der
Busstab, der für
die Überbrückungsdrähte vorgesehen ist,
kann an einer verfügbaren
Seitenfläche
des Kernrückens 12 angebracht
werden.
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Ferner sind bei der vorliegenden
Ausführungsform
das Wicklungsstart-Ende und das Wicklungsende-Ende 201 so
gelegen, daß die
Basis des Zahnes 11 in der Kernumfangsrichtung dazwischen liegt
und die Führungsenden 23 und 24,
welche die Wicklungsstart- und -ende-Enden 200 und 201 jeweils
enthalten, sind in der kernradialen Richtung von der Basis des Zahnes 11 herausgezogen.
Diese Anordnung macht es einfacher, die Führungsenden 23 und 24 zu
handhaben, und zwar auf Grund von zwei Gründen. Einer besteht darin,
daß die
Führungsenden 23 und 24,
die auf der Wicklungsstartseite liegen bzw. auf der Wicklungsendeseite
liegen, einfach entlang den Kantenabschnitten des Kernrückens 12 gebogen
werden können,
der als Schlitzböden
auf beiden Seiten von jedem der Zähne 11 dient. Der
andere Grund ergibt sich aus der Tatsache, daß das einzelne Paar der Führungsenden 23 und 24 mit
einem ausreichenden Abstand zwischen denselben getrennt werden kann.
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Es gibt noch einen weiteren Vorteil
in Verbindung mit der Geometrie der einzelnen Führungsenden 23 und 24.
Diese Führungsenden 23 und 24 sind von
der Basis des Zahnes 11 zu dem Kernrücken 12 hin herausgezogen,
und zwar mit einem ausreichenden Kernumfangsabstand, der zwischen
den Führungsenden 23 und 24 belassen
wird. Das heißt,
beide Führungsenden 23 und 24 sind
auf der gleichen radialen Außenseite
von jeder Zahnwicklung 12 gelegen. Damit können jedes
der Führungsenden 23 und 24 und
die Zahn-zu-Zahn-Überbrückungsdrähte (die die
Neutralpunkt-Überbrückungsdrähte enthalten)
in einfacher Weise auf der einen kernaxialen Richtungsseitenfläche des
Kernrückens 12 angeschlossen
werden.
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2 zeigt
Einzelheiten eines Wicklungs-Faltungs-Abschnitts von der ersten
geschichteten Wicklung 21 zu der zweiten geschichteten Wicklung 22.
Wie in 2 dargestellt
ist, enthält
die zweite geschichtete Wicklung 22 eine erste Windung 220,
die zuvor angesprochen wurde, und die erste geschichtete Wicklung 21 enthält die letzte
Windung 210 (siehe hierzu 1B).
Die erste Windung 220 enthält ferner einen Anfangsabschnitt 221,
bestehend aus einem Teil-Wicklungsabschnitt, das heißt dem Front-Wicklungssegment
F (siehe 1A).
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Wenn die herkömmliche Wicklungsart realisiert
wird (das heißt,
wenn die vorliegende Erfindung nicht in der Praxis ausgeführt wird),
sollte ein Wicklungsendabschnitt (das heißt das letzte eine von vier Segmenten,
die jede der rechteckförmig
gestalteten Windung bilden und die dem Front-Wicklungssegment F
entsprechen) der letzten Windung 210 der ersten geschichteten
Wicklung 21 als Anfangsabschnitt 221 der ersten
Windung 220 der zweiten geschichteten Wicklung 22 dienen,
ohne dabei die Wicklungspositionen zu ändern. Im Gegensatz zu solch
einer Wicklungswindungsart wird bei der vorliegenden Ausführungsform,
bei der die vorliegende Erfindung realisiert ist, eine abweichende
Art der Anordnung von sowohl dem Endwicklungsabschnitt als auch
dem Anfangsabschnitt realisiert.
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In der Praxis, wenn der Wicklungsdraht
als letzte Windung 210 der ersten geschichteten Wicklung 21 gewickelt
wird, verläuft
der Wicklungsdraht entsprechend einer radial erweiterten und gebogenen
Wicklungsbahn, bevor dieser seine vorbestimmte schraubenförmige Wicdungsbahn
vervollständigt, wobei
die radial erweiterte und gebogene Windungsbahn für die zweite
geschichtete Wicklung 22 vorbestimmt wird. Um dies spezifischer
zum Ausdruck zu bringen, verläuft
die letzte Windung 210 entlang von lediglich drei Oberflächen von
jedem der Zähne 11 (das
heißt
entlang von lediglich drei-vier
von einem Kreis um den Zahn 11 herum) und endet an einer Ecke
C von jedem Zahn 11, zu welchem sich das vordere Wicklungssegment
F der letzten Windung 210 fortsetzt (auch als erste Windung 220 dienend)
(siehe hierzu die 1A und 2).
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Zusätzlich wird der Anfangsabschnitt 221 der ersten
Windung 220, welcher das vordere Wicklungssegment F desselben
bildet, gebogen, wie dies in den 1A und 2 gezeigt ist, so daß der Windungsverlauf
derselben zu der Spitze von jedem der Zähne 11 hingestoßen wird
(das heißt
nach innen in der kernradialen Richtung), so daß diese Bahn entlang einem
Pfad verläuft,
die zu der Spitze hin abgesenkt (verschoben) ist. Damit wird die
Möglichkeit
geschaffen, daß ein
Anfangsabschnitt 231 (das heißt das frontale Wicklungssegment
F desselben) einer zweiten Windung 230, die sich von der
ersten Windung 220 aus fortsetzt, daran gehindert wird,
an oder über
dem Anfangsabschnitt 221 der ersten Windung 220 angeordnet
zu werden.
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Ein erstes Ende des Anfangsabschnitts 231 (das
heißt
das Front-Wicklungssegment F desselben) auf der zweiten Windung 230 wird
zur Basis des Zahnes 11 hin gebogen, jedoch ist der Anfangsabschnitt 231 weiterhin
benachbart dem Anfangsabschnitt 221 der ersten Windung 220 in
der kernradialen Richtung gelegen. Als Ergebnis davon wird verhindert,
daß das
Anfangsende des Anfangsabschnitts 231 auf oder an dem Anfangsabschnitt 221 der
anfänglichen
Windung 220 angeordnet wird.
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Da der gefaltete Wicklungsabschnitt
von der ersten geschichteten Wicklung 21 zu der zweiten
geschichteten Wicklung 22, bei dem die letzte Windung 210 der
ersten ge schichteten Wicklung 21 zur ersten Windung 220 der
zweiten geschichteten Wicklung 22 überbrückt ist, wird verhindert, daß die Wicklungsleiter
(die Kupferdrähte
vom flachen Typ), die an dem gefalteten Wicklungsabschnitt gewickelt
sind, in der Kernumfangsrichtung ausgedehnt oder erweitert werden.
Es kann somit unter Beibehaltung eines Schlitzlaminierungsfaktors
auf einem hohen Wert die zweite geschichtete Wicklung 22 um jeden
der Zähne 11 mit
einer hohen Dichte gewickelt werden. Ferner wird die erste Windung 220 der
zweiten geschichteten Wicklung 22 so gewickelt, daß sie in
bezug auf deren Wicklungsbahn zu der Spitze von jedem Zahn 11 hin
verschoben wird, so daß die
Verschiebung der zweiten Windung 230 zur Basis von jedem
Zahn 11 beseitigt werden kann, und zwar auf einen geringeren
Betrag in der kernradialen Richtung.
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Nachdem die zweite Windung 230 der
zweiten geschichteten Wicklung 22 einmal zu der Basis von
jedem Zahn 11 hin gebogen worden ist, wird ein geeigneter
mittlerer Teil des Anfangsabschnitts (vorderes Wicklungssegment) 231 zu
der Spitze von jedem Zahn 11 hin gebogen, so daß ein verbleibender Teil
des Anfangsabschnitts 231, der verschieden ist von dem
Anfangsende desselben, so plaziert wird, daß er entlang dem Anfangsabschnitt 221 der
ersten Windung 220 verläuft,
und zwar ohne nahezu keinem Spalt dazwischen. Die verbleibenden
Windungen, die von der zweiten Windung 230 aus nachfolgen, haben
ebenfalls die gleiche Anordnung wie diejenige der zweiten Windung 230,
so daß sie
zuerst zur Basis von jedem Zahn 11 hin gebogen verlaufen
und dann zur Spitze desselben hin verlaufen, wie dies in 1A gezeigt ist.
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Wenn, wie in den 1A und 2 gezeigt
ist, die erste Windung 220 der zweiten geschichteten Wicklung 22 gewickelt
wird, wird das vordere Wicklungssegment F derselben (das heißt der Anfangsabschnitt 221)
nahezu in rechten Winkeln um eine Ecke (linke Seitenecke in 1A und 2) von jedem Zahn 11 gebogen,
so daß sich
dieses zu einem seitlich verlaufenden zweiten Wicklungssegment 241 über einen
schrägen Übergangswicklungsabschnitt 242 hin fortsetzt,
der schräg
verläuft,
wie in 1B gezeigt ist.
Der schräg
verlaufende Übergangswicklungsabschnitt 242 dient
als ein Verbinder, um die Möglichkeit zu
schaffen, daß das
zweite Wicklungssegment 241 an der gleichen Wicklungsebene
entlang einer linksseitigen Oberfläche von jedem der Zähne 11 gerad linig
verlaufen kann (wenn man wie in 1A blickt). Diese
Wicklungsebene (winding level) entspricht einer Ebene, bei der die
zweite Windung 230 gewickelt ist, ausgenommen den nach
oben und nach unten gebogenen Abschnitten derselben. Es kann auf
diese Weise über
den schräg
verlaufenden Übergangswicklungsabschnitt 242 der
Wicklungsdraht (ausgenommen die nach oben und nach unten gebogenen Abschnitte)
von jeder Windung auf der gleichen Ebene um jeden der Zähne 11 gewickelt
werden. Das Wikkeln des Drahtes auf der gleichen Ebene gestaltet
die Wicklungsarbeit einfacher.
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In 1A zeigt
ein nach oben verlaufender Pfeil UP bildlich, daß die Anfangsenden der Front-Wicklungssegmente
von den jeweiligen Windungen, die verschieden sind von der ersten
Windung 220, der zweiten geschichteten Wicklung 22 zur Basis
von jedem Zahn 11 hin gebogen sind. Im Gegensatz dazu zeigt
ein nach unten zeigender Pfeil DN bildlich, daß die angenähert mittleren Abschnitte von all
den Windungen der zweiten geschichteten Wicklung 22 zu
der Spitze von jedem Zahn 11 hin gebogen sind.
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Das Wickeln der jeweiligen Windungen
in der Weise verhindert, daß die
letzte Windung von der zweiten geschichteten Wicklung 22 mit
einem gebogenen Abschnitt des Führungsendes 23 interferiert (einem Übergangsabschnitt
des Drahtes von dem Führungsende
zur ersten Windung der ersten geschichteten Wicklung 21).
Der Draht der letzten Windung der zweiten geschichteten Wicklung
ist entlang einer Ecke des Zahnes 11 gebogen (das heißt über dem
Biegeabschnitt) und setzt sich zu einem Anfangsabschnitt hin fort
(das heißt
dem vorderen Wicklungssegment) der letzten Windung des seitlich
verlaufenden zweiten Wicklungssegments desselben. Dies ist hilfreich
zur Erzielung einer Unterdrückung von
räumlichen
und elektronischen Interferenzen zwischen der letzten Windung und
dem Führungsende 23.
Zusätzlich
kann eine Isolationsqualität,
die für den
gebogenen Abschnitt erforderlich ist, reduziert werden. Der gebogene
Abschnitt kann eine gewisse Höhe
bzw. einen gewissen Wert einer Krümmung aufweisen, wodurch die
Wicklungsarbeit vereinfacht wird.
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Ferner sind die jeweiligen Windungen
der zweiten geschichteten Wicklung 22, der Wicklungsanfangsabschnitt 221 der
ersten Windung 220 verschieden von derjenigen gemäß 231 der
zweiten Windung 230, und zwar hinsichtlich der Ausbildung der
aufwärts
und abwärts
gebogenen Abschnitte, was noch später beschrieben werden soll.
Es kann somit verhindert werden, daß der Wicklungsanfangsabschnitt 231 der
zweiten Windung 230 auf denjenigen gemäß 221 der ersten Windung 220 aufsitzt,
wodurch ein übermäßiges Vorspringen
oder Vorragen von jeder der Zahnwicklungen 2 in der Kernumfangsrichtung
unterdrückt
wird.
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Darüber hinaus ist die zweite geschichtete Wicklung 22 so
gewickelt, daß deren
aufwärts
und abwärts
gebogenen Abschnitte an der einen axialen Seitenfläche von
jedem der Zähne über der
Seitenfläche
verlaufen, an welcher die Führungsenden 23 und 24 ausgebildet
sind, wie in 1A gezeigt
ist. Demzufolge kann verglichen mit der Ausbildung der Biegeabschnitte
auf einer Seite von jedem der Zähne 11 in
der Kernumfangsrichtung die Arbeit der Ausbildung der nach oben
und unten verlaufenden Biegeabschnitte gemäß der vorliegenden Ausführungsform
stark vereinfacht werden. Ferner wird auch das Problem vermieden,
daß die
nach oben und nach unten gebogenen Abschnitte mit der elektrischen
Anschlußarbeit
der Führungsenden
interferieren.
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3 zeigt
ein abgewickeltes Verdrahtungsdiagramm, bei dem eine Dreiphasen-Statorwicklung so
konfiguriert ist, indem Phase um Phase die Zahnwicklungen 2 in
Reihe geschaltet sind, was noch anhand der 1A bis 1D und 2 dargestellt bzw. erläutert ist.
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Die in 3 gezeigte
Konfiguration zeigt neun Zahnwicklungen 2, die so angeordnet
sind, daß sie
in der Kernumfangsrichtung einander benachbart sind, wobei jede
der Zahnwicklungen 2 die beiden Führungsenden 23 und 24 aufweist.
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Beispielsweise sind die neun Zahnwicklungen 2 an
eine bogenförmige
Busstabgruppe 3 angeschlossen, die nahe einer Endfläche des
Kernrückens 12 des
Statorkemes 1 angeordnet sind, wodurch die Führungsenden
an der Endfläche
plaziert werden. Die Busstabgruppe 3 umfaßt einen
U-Phasen-Busstab 31, einen V-Phasen-Busstab 32,
einen W-Phasen-Busstab 33 und einen Neutralpunkt-Busstab 34.
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Die Busstabgruppe 3 ist
mit externen Führungsanschlüssen 35 bis 37 verbunden,
die aus einem U-Phasen-Führungsanschluß 35,
einem V-Phasen-Führungsanschluß 36 und
einem V-Phasen-Führungsanschluß 37 bestehen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
bestehen die externen Führungsanschlüsse 35 bis 37 aus
länglichen
Führungsenden 23 der
drei Zahnwicklungen 2. Alternativ sind die Zahnwicklungen 2,
von denen die Führungsenden 23 die
gleiche Länge
haben, verwendet, bei denen die Busstäbe mit solchen Führungsenden 23 verbunden
sind.
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Wie bei gewöhnlichen elektrischen, verteilt gewickelten
Dreiphasen-Wechselstrom-Rotationsmaschinen, können die Richtungen der Magnetpole der
jeweiligen Zähne 11,
die mit den Zahnwicklungen 2 erzeugt werden, so eingestellt
werden, daß sie
der Reihenfolge entsprechen U, -W, V, -U, W, -V und dann U oder
einfach U, V und dann W.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform
sind der U-Phasen-Busstab 31, der V-Phasen-Busstab 32,
der W-Phasen-Busstab 33 und der Neutralpunkt-Busstab 34 getrennt
in drei Nuten eines Busstabhalters 4 aufgenommen, der aus
einem Harz in Form von geformten Artikeln hergestellt ist. Der Busstabhalter 4 kann
in einer Ringgestalt ausgebildet sein, ist jedoch in bevorzugter
Weise in Form einer Vielzahl von U-querschnittsgestalteten Haltern
ausgebildet (siehe 4A),
die jeweils die Busstäbe
an Positionen halten, und zwar unabhängig von wechselseitigen Verbindungsstellen
zwischen den Führungsenden 23 und 24 von
jeder Zahnwicklung 2 und den jeweiligen Busstäben.
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Ein Beispiel eines Busstabhalters 4 ist
im Querschnitt in den 4A und 4B gezeigt. In 4B ist der Busstabhalter 4 in
einer Richtung entlang der Linie A-A in 4A aufgeschnitten dargestellt.
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Der Busstabhalter 4, der
in 4 gezeigt ist, ist
so gestaltet, daß er
einen angenähert
U-gestalteten Querschnitt besitzt und an einer axialen Fläche des
Kernrückens 12 des
Statorkernes 1 befestigt ist. Der Busstabhalter 4 besitzt
ein Durch gangsloch 4, welches durch diesen hindurch verläuft. Ein
Stemmstift 5 ist in dieses Loch 4 eingeführt und
verläuft durch
ein zweites Durchgangsloch 13, welches in dem Kernrücken 12 ausgebildet
ist. Die Spitze des Stemmstiftes 5 ist verstemmt, um den
Busstabhalter 4 an dem Kernrücken 12 zu befestigen.
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Wie in den 4A und 4B gezeigt
ist, besitzt der Busstabhalter 4 Busstabaufnahmenuten 41 bis 43,
die über
eine Seite zur anderen hin eingeschnitten sind und radial nach außen hin
offen sind. Solche Nuten 41 bis 43 sind parallel
in der axialen Richtung des Busstabhalters 4 angeordnet.
Von den Busstabaufnahmenuten 41 bis 43 sind die
U-Phasen-Nut 41, der
U-Phasen-Busstab 31, an die die Führungsenden 23 und 24 der
U-Phasen-Zahnwicklungen 2 angeschlossen
sind, zusammen mit dem Neutralpunkt-Busstab 34 enthalten.
Die Aufnahme des Neutralpunkt-Busstabes 34 wird an späterer Stelle
beschrieben. In gleicher Weise sind in der V-Phasen-Nut 42 der
V-Phasen-Busstab 32 aufgenommen, an den die Führungsenden 23 und 24 der
V-Phasen-Zahnwicklungen 2 angeschlossen sind, während in
der W-Phasen-Nut 23 der W-Phasen-Busstab 33 aufgenommen
ist, an den die Führungsenden 23 und 24 der
W-Phasen-Zahnwicklungen 2 angeschlossen sind.
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Ein Schweißvorgang oder irgendeine andere Verbindungs-
oder Anschlußmethode
wird durchgeführt,
um an den Leerräumen
die Führungsenden 23 und 24 von
jeder Zahnwicklung 2 mit jedem der U-Phasen-, V-Phasen-
und W-Phasen-Busstäbe 32, 32 und 33 und
dem Neutralpunkt-Busstab 34 zu verbinden. Wie in 5 gezeigt ist, besitzt jeder
der Busstäbe 31 bis 34 eine
erforderliche Anzahl an Verbindungsklauenabschnitten CL, die sich
in dessen radialer Richtung erstrecken, die beispielsweise mit den
Führungsenden 23 und 24 verschweißt sind,
um dazwischen elektrische Verbindungen herzustellen. In 4 zeigt das Bezugszeichen
WD einen Punkt an, bei dem eine Verschweißung miteinander erfolgen soll.
Nebenbei bemerkt, kann die Verbindungskonstruktion zwischen den
Verbindungsklauenabschnitten CL und den Führungsenden 23 und 24 modifiziert
werden, wie in 6 gezeigt
ist.
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Es ist zu bevorzugten, daß die Verbindungsabschnitte
so gelegen sind, daß sie
nicht miteinander in einer Umfangsrichtung de Busstabhalters 4 interferieren.
Dies ermöglicht
es, daß die
Anschlußarbeit
in einer einfachen, bequemen Weise durchgeführt werden kann.
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Wie in 3 gezeigt
ist, ist jede der Phasenwicklungen dadurch gebildet, indem die entsprechenden
Zahnwicklungen 2 in Reihe verbunden sind. Somit verbindet
beispielsweise der U-Phasen-Busstab 31 sequentiell alle
U-Phasen-Zahnwicklungen 2 in Reihe, und zwar ausgerichtet
in der Umfangsrichtung des Statorkernes 1 über Verbindungen
mit den zwei Führungsenden 23 und 24 von
jeder U-Phasen-Zahnwicklung 2.
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Die Windungen des Stators sind miteinander gekoppelt,
und zwar basierend auf einer Dreiphasen-Stern-Anschlußtechnik.
Es sind somit alle Führungsenden 24 der
letzten Zahnwicklungen für
die jeweiligen Phasenwicklungen mit dem Neutralpunkt-Busstab 34 verbunden,
um einen elektrischen Neutralpunkt der Wicklungen des Stators herzustellen.
Wie anhand von 3 ersehen
werden kann, wird im Falle der U-Phasenwicklungen ein Leerraum zwischen
dem letzten U-Phasen-Busstab 31 und dem ersten U-Phasen-Busstab 31 ausgebildet,
wobei der Leerraum einer Umfangsstrecke zu zwei Zähnen 11 entspricht.
Demzufolge kann der Neutralpunkt-Busstab 34 in der U-Phasen-Busstabaufnahmenut 41 des
Busstabhalters 4 aufgenommen werden. Die den Busstabe enthaltende
Nut, in welcher der Neutral-Busstab 34 enthalten ist, ist
nicht immer auf die U-Phasen-Nut begrenzt.
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Auf diese Weise können die Busstäbe, die als Überbrückungsdrähte dienen,
als Neutralpunktdraht, Phasenanschlüsse und auch als Phasen-zu-Phasen-Verbindungsdrähte dienen,
nahe bei den Zahnwicklungen mit einer hohen Dichte angeordnet werden,
und zwar ohne das Risiko einer Interferenz mit den Zahnwicklungen,
wodurch die Anschlußenden
von jeder der Zahnwicklungen verkürzt werden. Ferner können die
Busstäbe
an dem Kernrücken
unter Verwendung des elektrisch isolierenden Busstabhalters angebracht
werden, wodurch es einfacher wird, die Busstäbe an dem Statorkern zu sichern.
Zu allerletzte können
die Verbindungen zwischen den Führungsenden
bzw. An schlußenden
von jeder Zahnwicklung und den Busstäben vereinfacht werden. Als
ein Ergebnis kann, wie als Beispiel in 7 gezeigt ist, die Dreiphasen-Stern-Statorwicklungseinheit 100 in
einer sehr einfachen und vereinfachten Weise realisiert werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Es wird nun unter Hinweis auf 8 eine Statorwicklungseinheit
vom Einlochwicklungstyp (concentrated-winding type) gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Insbesondere beschreibt die zweite
Ausführungsform
Phasenwicklungen, die dadurch konfiguriert sind, indem die Zahnwicklungen 2 wechselseitig parallel
geschaltet sind.
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Bei der zweiten und nachfolgenden
Ausführungsform
sind die Komponenten, die ähnliche
sind mit oder identisch sind mit den Konfigurationen und/oder Funktionen
von solchen Komponenten, die bei der vorangegangenen ersten Ausführungsform beschrieben
wurden, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine Beschreibung
derselben in Einzelheiten wird hier weggelassen.
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Bei dieser Ausführungsform werden, wie in 8 gezeigt ist, vier ringförmige Busstäbe 300 bis 304 dazu
verwendet, um eine Dreiphasen-Stern-Verbindung zu schaffen. Solche
Busstäbe
bestehen aus einem W-Phasen-Busstab 300, einem V-Phasen-Busstab
301, einem U-Phasen-Busstab 302 und einem Neutralpunkt-Busstab 303.
Nebenbei bemerkt, sind die verbleibenden Komponenten der Statorwicklungseinheit
gemäß der zweiten
Ausführungsform ähnlich oder
identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform.
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Obwohl es erforderlich ist, daß die Statorwicklungseinheit
der vorliegenden zweiten Ausführungsform
mit einem Busstabhalter ausgestattet wird, der vier Busstabaufnahmenuten
enthält,
ist es ausreichend, lediglich eine Busstabaufnahmenut zu der Statorwicklungseinheit
hinzu zu addieren, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
Die anderen grundlegenden Gestalten und Konfigurationen sind die
gleichen wie diejenigen der Dreiphasen-Stern-Zahnwicklungsreihenverbindungen,
die bei der ersten Ausführungsform
beschrieben wurden. Wie bei der ersten Ausführungsform, ermöglicht solch
eine Konfiguration eine dreiphasen-stern-geschaltete Statorwicklung,
die in 9 gezeigt ist,
die in einer extrem einfachen Weise zusammengebaut werden kann.
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(Dritte Ausführungsform)
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Gemäß den 10A bis 10D wird
nun eine Einlochwicklungsstatorwicklungseinheit gemäß einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die Statorwicklungseinheit gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist in den Konstruktionen der Statorwicklungseinheiten ähnlich oder
identisch mit denjenigen, die bei der ersten und der zweiten Ausführungsform
beschrieben wurden, mit der Ausnahme, daß die Zahnwicklungen 2 in
einer anderen Art gewickelt sind. Um dies spezifischer zum Ausdruck
zu bringen, werden bei der vorliegenden Ausführungsform die Zahnwicklungen 2 so
hergestellt, daß sie
eine zweite Schichtwicklung 22 aufweisen, bei der lediglich
die nach unten gebogenen Abschnitte ausgebildet sind (siehe hierzu
den Pfeil DN in 10A).
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Ähnlich
der Statorkerneinheit, die in den 1A bis 1D gezeigt ist, zeigen die 10A bis 10D zum Teil von verschiedenen Richtungen
aus eine Statorkerneinheit, die mit dem Statorkern 1 und mit
Zähnen 11 ausgerüstet ist
(lediglich ein Zahn 11 ist veranschaulicht), die so ausgebildet
und angeordnet sind, daß sie
von dem Statorkern 1 abstehen. Die Wicklung 2 ist
um jeden Zahn 11 herumgewickelt, um auf diese Weise eine
Zahnwicklungswicklung (Zahnwicklung) zu bilden. Von den genannten
Figuren zeigt 10A die
Einheit, und zwar gesehen in der axialen Richtung des Statorkemes 1,
die 10B und 10C sind Seitenansichten
der Einheit, die entlang Richtungen dargestellt sind, die durch
den Pfeil B bzw. C angezeigt sind, und wobei 10D eine Bo denansicht der Einheit wiedergibt,
und zwar gesehen entlang der Richtung, die durch den Pfeil D angezeigt
ist.
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Jede der Zahnwicklungen 2 besitzt
erste und zweite Schichtwicklungen 21 und 22,
wie dies bei der ersten Ausführungsform
beschrieben wurde, und es ist eine zweite geschichtete Wicklung 22 so
ausgeführt,
daß sie
eine Vielzahl von rechteckförmigen Windungen
aufweist, die aus vier Segmenten gebildet sind, und zwar gesehen
in der kernradialen Richtung. Von den vier Segmenten der jeweiligen
Windungen sind die Front-Wicklungssegmente
F (die auf einer Seitenfläche
von jedem Zahn 11 vorhanden sind, und zwar an der Seitenfläche, an
der die Anschlußenden 23 und 24 ebenfalls
angeordnet sind) zu der Spitze von jedem Zahn 11 hin gebogen,
und zwar um eine Länge,
die angenähert
gleich ist der Dicke eines flachen Kupferdrahtes, der gewickelt
wird. Das heißt,
die Front-Wicklungssegmente F sind an ihren verschobenen Positionen
gewickelt, die näher an
der Spitze des Zahnes 11 liegen, und zwar um eine Länge, die
der Dicke (Durchmesser) des Drahtes entspricht.
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Es wird nun beschrieben, auf welche
Weise der Draht gewickelt wird. Wenn der Wicklungsdraht gewickelt
wird, und zwar als letzte Windung 210 der ersten geschichteten
Wicklung 21, nimmt der Wicklungsdraht einen radial erweiterten
und gebogenen Windungspfad ein, bevor dessen vorbestimmter schraubenförmiger Windungspfad
vervollständigt
ist, wobei der radial erweiterte und gebogene Windungspfad für die zweite
geschichtete Wicklung 22 vorbestimmt ist. Um dies spezifischer
zum Ausdruck zu bringen, so verläuft
die letzte Windung 210 entlang von lediglich drei Flächen von
jedem der Zähne 11 (das
heißt
entlang von lediglich drei-vier eines Kreises um den Zahn 11 herum)
und endet an einer Ecke C von jedem Zahn 11, zu dem sich
das Front-Wicklungssegment F der letzten Windung 210 hin
fortsetzt (dient auch als erste Windung 220) (siehe hierzu
die 10A und 2). Diese Wicklungsstruktur
ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige, die in Verbindung
mit der ersten Ausführungsform
beschrieben wurde.
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Zusätzlich ist, wie in den 10A bis 10C gezeigt ist, der Anfangsabschnitt 221 der
ersten Windung 220, welcher das vordere Wicklungssegment
F bildet, an beiden Enden desselben gebogen, so daß der Windungspfad
desselben zu der Spitze von jedem der Zähne 11 hingestoßen verläuft. Bei
der zweiten geschichteten Wicklung 22 setzt sich die erste Windung 220 zu
dem Anfangsabschnitt 231 der zweiten Windung 230 hin
fort, die somit durch den spitzen Teil des Hauptkörpers 111 von
jedem Zahn 11 gut gehaltert wird, wie in 10D gezeigt ist. Ähnlich der zweiten Windung 230 werden
die verbleibenden Windungen der zweiten geschichteten Wicklung 22 ihrerseits
auf die erste geschichtete Wicklung 21 gewickelt, wobei
zwischen den Windungen nahezu kein Spalt entsteht, wobei die vorderen
Wicklungssegmente F der verbleibenden Windungen entlang abgesenkten
Spitzenseitenpfaden gewickelt werden.
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Bei der dritten Ausführungsform
kann die Technik der Wicklung der Front-Wicklungssegmente F entlang von Bahnen,
die zu der Spitze von jedem Zahn 11 hin verschoben sind,
auf verschiedene Arten realisiert werden. Nach der Vervollständigung
der zweiten geschichteten Wicklung 22 können alle Front-Wicklungssegmente
F der zweiten geschichteten Wicklung 22 zu einem Zeitpunkt
zu der spitzen Seite hin gestoßen
(gebogen) werden. Eine Alternative dazu besteht darin, daß jedes
vordere Wicklungssegment F gestoßen (gebogen) wird, und zwar jedes
Mal dann, wenn jede Windung gewickelt wird. Ein anderer Weg besteht
darin, daß,
vorausgesetzt, daß jede
der früher
gewickelten Zahnwicklungen 2 um jeden der Zähne 11 herum
angepaßt
ist, und zwar nach Vervollständigung
des Wicklungsvorganges, die Zahnwicklungen 2 so ausgebildet
werden, daß sie
vordere Wicklungssegmente F haben, die in ihren Wicklungspfaden
verschoben (gestoßen)
sind, und zwar vor der Anpassung.
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(Abgewandelte Ausführungsform)
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Es wird nun unter Hinweis auf die 11 und 12 eine Einlochwicklungsstatorwicklungseinheit
gemäß einer
abgewandelten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die 11 und 12 zeigen jeweils eine Zahnwicklung 2,
die bei der Statorwicklungseinheit der vorliegenden Erfindung verwendet
wird. 11 zeigt eine
Seitenansicht der Zahnwicklung 2 in der Kernumfangsrichtung,
während 12 eine Frontansicht der
Zahnwicklung 2 zeigt, und zwar gesehen in der kernaxialen
Richtung. Wie aus diesen Figuren ersehen werden kann, wird entgegen
den vorangegangenen Ausführungsformen
der Wicklungsvorgang der vorderen Wicklungssegmente F der Windungen
entlang den Pfaden, die zu der Spitze von jedem Zahn 11 hin
verschoben sind, nicht vorgenommen und es wird der Wicklungsdraht
einfach so gewickelt, daß die
Führungsenden
bzw. Anschlußenden 23 und 24 auf
der gleichen Frontfläche
von jedem der Zähne 11 in
der kernaxialen Richtung zu liegen kommen. Bei dieser Konfiguration
verläuft
die letzte Windung 229 der zweiten geschichteten Wicklung 22 schräg, so daß sie eine
Interferenz mit dem Anschlußende 23 schafft.
Das heißt,
die letzte Windung 229 reitet auf dem Anschlußende 23,
wenn die letzte Windung 229 gebogen wird, um eine Fortführung von
dem vorderen Wicklungsende F zu einem seitlich verlaufenden Wicklungssegment
zu bilden. Obwohl solch eine Unbequemlichkeit oder Nachteil verbleiben
kann, entstehend doch vielfältige
Vorteile, die sich aus der Konfiguration ergeben, bei der beide
Anschlußenden oder
Führungsenden 23 und 24 auf
der gleichen Kernrückenseitenfläche von
jedem der Zähne 11 angeordnet
sind, und zwar in der kernradialen Richtung, ähnlich wie bei den vorangegangenen
Ausführungsformen.
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Es ist gemäß einer anderen abgewandelten Ausführungsform
ebenso möglich,
daß die
flache Gestalt des Kupferdrahtes, der als ein Wicklungsdraht bei
den vorangegangenen Ausführungsformen verwendet
wird, in andere Typen geändert
wird, die einen runden Kupferdraht umfassen.
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Die vorliegende Erfindung kann in
anderen spezifischen Ausführungsformen
realisiert werden, ohne jedoch dabei den Rahmen oder die wesentlichen
Charakteristika derselben zu verlassen. Die vorliegenden Ausführungsformen
sind daher lediglich in allen Beziehungen als veranschaulichend
und nicht als einschränkend
zu verstehen, wobei der Rahmen der vorliegenden Erfindung aus den
anhängenden
Ansprüchen
hervorgeht und nicht durch die vorangegangene Beschreibung eingegrenzt
wird, und wobei alle Anderungen, die innerhalb der Bedeutung und
dem Bereich einer Äquivalenz
der Ansprüche
liegen, hier mit erfaßt
sein sollen.
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Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung
Nr. 2002-17230, eingereicht am 27. Januar 2003, mit Beschreibung,
Ansprüchen
und Zeichnungen und auch einer Zusammenfassung wird hier in ihrer
Gesamtheit durch Bezugnahme mit einbezogen.