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Die Erfindung betrifft einen mehrphasig versorgten Elektromotor mit Stator.
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Aus der
DE 10 2005 002 364 B4 ist bekannt, dass an einem Statorblechpaket Kappen anordenbar sind, mit welchen die Umlenkbereiche der Statorwicklung erzeugbar sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Motor weiterzubilden, wobei eine verbesserte Regelbarkeit erreichbar sein soll.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor sind, dass er ein mehrphasig versorgter Elektromotor mit Stator ist,
wobei die Statorwicklung Spulen aufweist, die verschiedenen Phasen zugeordnet sind,
wobei jede Spule aus einer ersten und einer zweiten Teilspule zusammengesetzt ist,
wobei die erste und zweite Teilspule elektrisch in Reihe geschaltet sind,
wobei in einem ersten axialen Bereich jede der ersten Teilspulen einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Wicklungsstrang aufweist,
in einem zweiten axialen Bereich jede der zweiten Teilspulen einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Wicklungsstrang aufweist,
wobei der erste und der zweite axiale Bereich einander nicht überlappen, insbesondere wobei der erste und der zweite axiale Bereich voneinander axial beabstandet sind.
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Von Vorteil ist dabei, dass jede der Spulen dieselbe gesamte Wicklungsdrahtlänge aufweist. Somit ist der Ohmsche Widerstand und die Induktivität gleich groß ausführbar. Außerdem ist auch das erzeugte Magnetfeld möglichst symmetrisch und möglichst homogen erzeugbar. Auf diese Weise ist auch eine verbesserte Regelbarkeit des Motors erreichbar.
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Wichtige Merkmale der Erfindung nach Anspruch 2 sind, dass der Elektromotor, insbeoondere Asynchronmotor, mit mehrphasiger Statorwicklung vorgesehen ist, deren Spulen jeweils aus einer Reihenschaltung einer ersten und einer zweiten Teilspule bestehen,
wobei eine erste Kappe die ersten Teilspulen der verschiedenen Phasen in Umfangsrichtung voneinander regelmäßig beabstandet,
wobei eine zweite Kappe die zweiten Teilspulen der verschiedenen Phasen in Umfangsrichtung voneinander regelmäßig beabstandet,
wobei die erste teilspule einer jeweiligen Phase und die zweite Teilspule derselben Phase in Umfangsrichtung sich gegenüberstehen, also einen Versatz von 180° zueinander aufweisen,
wobei die erste Kappe axial zwischen dem Statorblechpaket und der zweiten Kappe angeordnet ist.
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Von Vorteil ist dabei wiederum, dass jede der Spulen dieselbe gesamte Wicklungsdrahtlänge aufweist. Somit ist der Ohmsche Widerstand und die Induktivität gleich groß ausführbar. Außerdem ist auch das erzeugte Magnetfeld möglichst symmetrisch und möglichst homogen erzeugbar. Auf diese Weise ist auch eine verbesserte Regelbarkeit des Motors erreichbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wicklungsstränge der verschiedenen Phasen im ersten axialen Bereich in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet, insbesondere wobei die Wicklungsstränge der verschiedenen Phasen im zweiten axialen Bereich in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein möglichst gleichförmiges Feld erzeugbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wicklungsstränge, welche derselben Phase und verschiedenen Teilspulen zugeordnet sind, in Umfangsrichtung einander gegenüber angeordnet, also im Wesentlichen 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein sehr symmetrisches Magnetfeld erzeugbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an beiden axialen Enden des Stator jeweils ein erster und ein zweiter axialer Bereich angeordnet,
insbesondere wobei axial zwischen den beiden ersten axialen Beriechen ein Statorblechpaket angeordnet ist, welches Nuten zur Aufnahme der in Axialrichtung oder entgegen der Axialrichtung sich erstreckenden Abschnitte der Teilspulen,
insbesondere wobei axial zwischen den beiden zweiten axialen Bereichen die beiden ersten axialen Berieche und das Statorblechpaket angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die ersten Teilspulen aller Phasen dieselbe Geometrie, Wicklungsdrahtlänge, denselben Ohmschen Widerstand und dieselbe Induktivität aufweisen und sich nur um einen Versatzwinkel in Umfangsrichtung, insbesondere um einen Versatzwinkel um 360°/n bei n Phasen, unterscheiden. Gleiches gilt für die zweiten Teilspulen. Somit weisen auch die Spulen, welche durch Reihenschaltung der jeweiligen ersten und zweiten Teilspule hergestellt sind, dieselben Vorteile auf.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Stator ein Statorblechpaket auf, an dessen axialen Endbereichen jeweils eine erste Kappe und eine zweite Kappe angeordnet sind, wobei das Statorblechpaket axial zwischen den beiden ersten kappen angeordnet ist und die beiden ersten Kappen axial zwischen den beiden zweiten Kappen angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass einfache Mittel verwendbar sind, die in Kunststoffspritzgusstechnik erzeugbar sind. In Weiterbildung sind die erste Kappe und die zweite Kappe auch als einteilige Kappe als Kunststoffspritzgussteil herstellbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede der Kappen einen Führungsabschnitt zur Führung der Wicklungsstränge in Umfangsrichtung und einen Wicklungsabschnitt auf, insbesondere wobei der Wicklungsabschnitt einen Umlenkabschnitt aufweist zur Umlenkung des axial verlaufenden Abschnittes der jeweiligen Teilspule in den in Umfangsrichtung verlaufenden Wicklungsstrang der Teilspule. Von Vorteil ist dabei, dass ein sicheres Aufnehmen des Wicklungsstrangs ermöglicht ist. Somit ist eine Bewickelung des Stators mittels Nadelwickler ermöglicht, also ohne Spuleneinzugsmaschine für Drehstromwicklungen. Die Statorwicklung ist mit Drehstrom oder einem mehrphasigen Strom betreibbar. Vorzugsweise sind drei Phasen vorhanden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Führungsabschnitte und Wicklungsabschnitte jeder Kappe in Umfangsrichtung alternierend angeordnet, also jeweils einander abwechseln. Von Vorteil ist dabei, dass eine sicher getrennte Drahtführung zwischen den erste Teilspulen erreichbar ist. Gleiches gilt für die zweiten Teilspulen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Führungsabschnitte und Wicklungsabschnitte jeder Kappe in Umfangsrichtung regelmäßig beabstandet. Von Vorteil ist dabei, dass eine hoch symmetrisches Magnetfeld erzeugbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede Kappe im Führungsabschnitt eine nach radial außen geöffnete Führungsnut auf, die den jeweiligen Wicklungsstrang aufnimmt. Von Vorteil ist dabei, dass der Wicklungsstrang in axialer Richtung durch die Nutwände der Nut begrenzbar ist und in radialer Richtung nach radial innen der Nutboden den Wicklungsstrang begrenzt. Der Nadelwickler ist also in der Lage, von radial außen den Wicklungsstrang zu erzeugen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jede Kappe in Umfangsrichtung zwischen Teilspulen verschiedener Phase einen Phasentrennabschnitt auf,
insbesondere wobei der Phasentrennabschnitt als ein sich axial und radial erstreckender Wandabschnitt ausgeführt ist, insbesondere dessen Wandstärke in Umfangsrichtung mindestens zehnmal kleiner ist als die Ausdehnung in radialer und/oder axialer Richtung. Von Vorteil ist dabei, dass eine sichere elektrische Trennung gewährleistbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung nimmt die jeweilige Kappe Abschnitte der Teilspulen, insbesondere Wicklungsstränge, auf,
wobei die Teilspulen, insbesondere Wicklungsstränge, verschiedener Phasen in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine sichere Drahtführung in einfacher Weise realisierbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an einer ersten Kappe ein Verbindungsteil befestigt, wobei der Wicklungsdraht einer Teilspule und eine Anschlussleitung, insbesondere eine Litzendraht umfassende Anschlussleitung, mit dem Verbindungsteil kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sind,
wobei das Verbindungsteil ein Stanz-Biegeteil ist, das eine Lasche aufweist, welche die Anschlussleitung gegen einen Wandabschnitt des Verbindungsteils drückt,
wobei die Anschlussleitung und/oder der Wicklungsdraht kontaktschweißverbunden mit dem Verbindungsteil ist,
wobei das Verbindungsteil mit der ersten Kappe formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine sichere Kontaktschweißverbindung zwischen der Anschlusslitze und dem Wicklungsdraht herstellbar ist. Außerdem ist das Verbindungsteil von der Kappe aufnehmbar, so dass auch eine Zugentlastung der elektrischen Kontaktierung zwischen Wicklungsdraht und Verbindungsteil erreichbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist die erfindungsgemäße Idee bezüglich des Wickelschemas an einem ersten axialen Endbereich des Stators des erfindungsgemäßen Elektromotors skizziert.
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In der 2 ist die erste Kappe 90 gezeigt, wobei eine als Litze ausgeführte Anschlussleitung 20 mit einem Verbindungsteil 30 verbunden ist.
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In der 3 ist ein Herstellungsschritt für den Stator des erfindungsgemäßen Elektromotors gezeigt, wobei die ersten Kappen 90 am jeweiligen axialen Endberiech des Stator-Blechpakets 31 angeordnet sind.
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In der 4 ist als weiterer Schritt die von einem Nadelwickler ausgeführte Wicklung gezeigt, welche die erste Kappe 90 bewickelt.
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In der 5 ist eine weitere Schrägansicht hierzu dargestellt.
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In der 6 ist an beiden axialen Endberiechen des Stators jeweils eine zweite Kappe 100 aufgesetzt, so dass die erste Kappe 90 axial zwischen Kappe 100 und Statorblechpaket 31 angeordnet.
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In der 7 ist für einen weiteren Herstellschritt auch eine Bewicklung der zweiten Kappe 100 gezeigt.
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In der 8 ist nur die Statorwicklung dargestellt. Alle anderen Teile, wie beispielsweise Statorblechpaket 31 und Kappen (90, 100) sind weggelassen.
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In der 9 ist die erste Kappe 90 in Schrägansicht gezeigt.
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In der 10 ist die zweite Kappe 100 in Schrägansicht gezeigt.
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Wie in 1 dargestellt, werden in einem ersten gemeinsamen axialen Bereich drei Wicklungsstränge 40 angeordnet, die voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sind und jeweils zu einer anderen Phase (U, V, W) gehören.
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Zu jeder der Phasen (U, V, W) ist auch ein weiterer Wicklungsstrang in einem wiederum zweiten gemeinsamen axialen Bereich angeordnet.
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Die zu den Wicklungssträngen 40 gehörenden Spulen der jeweils gleichen Phase (U, V, W) sind elektrisch in Reihe zusammengeschaltet.
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Die axiale Richtung ist hierbei durch die Rotorachse vorgegeben.
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Am anderen axialen Ende des Stators ist die der 1 entsprechende Anordnung vorhanden.
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Da die Wicklungsstränge des ersten axialen Bereichs und ebenso die jeweiligen zugeordneten Spulen gleichartige ausgeführt sind, aber in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet sind, ist eine hohe Ausnutzung des Wickelraums ausführbar. Es liegt also eine diskrete Drehsymmetrie vor, insbesondere mit einem Drehwinkel von 120°.
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Die Winkelposition der Wicklungsstränge der jeweils gleichen Phase des ersten und zweiten axialen Bereichs unterscheiden sich um 180°, liegen also symmetrisch zueinander, wobei die Symmetrieachse die Rotorachse ist.
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Durch dieses Wickelschema ist allen drei Phasen jeweils die gleiche Wicklungsdrahtlänge, der gleiche Ohmsche Widerstand und dieselbe Induktivität zugeordnet.
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Wichtig ist also bei dem erfindungsgemäßen Wickelschema, dass die Statorwicklungen der Phasen (U, V, W) jeweils aus zwei in Reihe geschalteten Teilspulen bestehen, wobei die erste Teilspule jeweils in dem ersten axialen Bereich umgelenkt wird, wobei sie, insbesondere auch ihre Umlenkbereiche, innerhalb des ersten axialen Bereichs in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet sind und wobei die zweite Teilspule jeweils in dem zweiten axialen Bereich umgelenkt wird, wobei sie, insbesondere auch ihre Umlenkbereiche, innerhalb des ersten axialen Bereichs in Umfangsrichtung regelmäßig voneinander beabstandet sind.
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In 1 sind nur Umlenkbereiche des jeweiligen Wicklungsstrangs gezeigt, also die innerhalb des ersten und zweiten axialen Bereichs liegenden Wicklungsstrangabschnitte.
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Wie in 2 gezeigt, weist die erste Kappe 90 in Umfangsrichtung sich einander abwechselnde Wicklungsabschnitte 23 und Führungsabschnitte 21 auf, in welchen eine radial nach außen offene Nut als Führungsnut 22 eingebracht ist.
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Der Litzendraht 20 der Phase U ist zu einem Verbindungsteil 30 geführt und dort kontaktschweißverbunden, wobei das Verbindungstiel 30 in eine Vertiefung der Kappe 90 eingeführt ist. Ebenso sind regelmäßig in Umfangsrichtung beabstandet die Litzendrähte 20 der anderen Phasen V und W angeordnet und mittels Verbindungsteilen 30, die in jeweilige Vertiefungen der Kappe 90 eingesteckt sind, mit dem Wicklungsdraht der jeweiligen Phase U, V oder W verbunden. Die Verbindungsteile 30 sind in einem jeweiligen Wicklungsabschnitt 23 angeordnet.
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Der Stator weist ein Statorblechpaket 31 auf, das nach radial innen gerichtete Zähne aufweist, zwischen denen Wicklungsnuten in axialer Richtung sich erstrecken.
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Wie in 3 gezeigt, ist an beiden axialen Enden des Statorblechpakets 31 jeweils eine Kappe 90 angeordnet, die in 3 noch unbewickelt ist.
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Der Wicklungsdraht wird mit einem Nadelwickler verlegt, der zunächst den Wicklungsdraht einer jeden Teilspule in eine Nut des Statorblechpakets 31 einlegt, die in axialer Richtung verläuft. Am axialen Ende des Statorblechpakets 31 wird der Wicklungsdraht im Umlenkbereich 21 in die Führungsnut 22 eingelegt und in einer in Umfangsrichtung beabstandeten Nut entgegen der axialen Richtung geführt und am anderen axialen Ende in der dortigen Kappe 90 wiederum umgelenkt.
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Die Spulen verschiedener Phasen (U, V, W) werden durch einen Phasentrennabschnitt 24 der Kappe 90 getrennt.
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Wie in 4 gezeigt, ist nach dem Bewickeln der Teilspule der Phase U ein aus axialer Richtung kommender Wicklungsstrang durch die in Umfangsrichtung sich erstreckende Führungsnut 22 geführt.
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Wie in 5 gezeigt, sind nach dem Bewickeln der Teilspulen der weiteren Phasen V und W diese ebenfalls in Führungsnuten 22 der Kappe 90 in Umfangsrichtung geführt. Somit überdecken die Teilspulen aller Phasen jeweils denselben axialen Bereich, also ersten axialen Bereich.
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Wie in 6 gezeigt, wird in einem weiteren Herstellschritt eine zweite Kappe 100 angesetzt, wobei die erste Kappe 90 zwischen dem Statorblechpaket 31 und der zweiten Kappe 100 angeordnet ist.
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Die zweite Kappe 100 weist ebenfalls wie auch die erste Kappe 90 in Umfangsrichtung jeweils abwechselnd einen jeweiligen Führungsabschnitt 22 und einen Wicklungsabschnitt 23 auf.
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Wie in 7 gezeigt, ist die zweite Teilspule jeder Phase gewickelt, wobei der Nadelwickler bei der Bewickelung in axialer Richtung nicht nur den axialen Bereich des Statorblechpakets 31 sondern auch den axialen Bereich der ersten Kappe 90 durchläuft und dann durch den Umlenkbereich und Führungsabschnitt 22 in Umfangsrichtung hindurch. Danach wird der Wicklungsdraht entgegen der axialen Richtung bis zur am anderen axialen Ende angeordneten zweiten Kappe 100 geführt, die ebenfalls durch die zwischen ihr und dem Statorblechpaket 31 angeordneten ersten Kappe 90 beabstandet ist vom Statorblechpaket 31.
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Somit ist der Stator in axialer Richtung symmetrisch zu einer durch seinen Mittelpunkt verlaufenden Ebene ausgeführt, welche die Rotorachsrichtung als Normalenrichtung aufweist.
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Wie in 8 gezeigt, sind die jeweils ersten Teilspulen jeder Phase voneinander in Umfangsrichtung beabstandet.
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Die zweite Teilspule der jeweils gleichen Phase ist zwar in dem zweiten axialen Bereich angeordnet, also axial beabstandet, jedoch liegt sie in Umfangsrichtung der ersten Teilspule gegenüber, also 180° versetzt.
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Wie in 9 gezeigt, weist die erste Kappe 90 einen Phasentrennwandabschnitt 91 auf, der in Umfangsrichtung zwischen zwei Teilspulen verschiedener Phase angeordnet ist. In Umfangsrichtung folgt auf einen jeweiligen Wicklungsabschnitt 23 ein jeweiliger Führungsabschnitt 21. Im Wicklungsabschnitt 23 sind in Umfangsrichtung zwischen dem Phasentrennwandabschnitt 91 und dem Führungsabschnitt 21 jeweils ein Umlenkabschnitt 92 angeordnet, der den axial verlaufenden Teil der Teilspule in einen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt der Teilspule umlenkt.
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Wie in 10 gezeigt, weist die zweite Kappe 100 ebenfalls einen Phasentrennwandabschnitt 91 auf, der in Umfangsrichtung zwischen zwei Teilspulen verschiedener Phase angeordnet ist und an dem das Verbindungsteil 30 verbunden ist. In Umfangsrichtung folgt auf einen jeweiligen Wicklungsabschnitt 23 ein jeweiliger Führungsabschnitt 21. Im Wicklungsabschnitt 23 sind in Umfangsrichtung zwischen dem Phasentrennwandabschnitt 91 und dem Führungsabschnitt 21 jeweils ein Umlenkabschnitt 92 angeordnet, der den axial verlaufenden Teil der Teilspule in einen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt der Teilspule umlenkt. Im Führungsabschnitt 21 ist in Umfangsrichtung mittig eine Radialvertiefung als Ablagenut 101 angeordnet zur Drahtablage.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Litzendraht
- 21
- Führungsabschnitt
- 22
- Führungsnut
- 23
- Wicklungsabschnitt
- 30
- Verbindungsteil
- 40
- Wicklungsstrang
- 31
- Statorblechpaket
- 80
- Statorwicklung, insbesondere Axial verlaufender Abschnitt der Statorwicklung
- 90
- erste Kappe
- 91
- Phasentrennwandabschnitt
- 92
- Umlenkabschnitt
- 100
- zweite Kappe
- 101
- Ablagenut
- U, V, W
- Phase der Statorwicklung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005002364 B4 [0002]
