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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der
US-Patentanmeldung Nr. 17/833,368 , die am 6. Juni 2022 eingereicht wurde, und beansprucht auch die Vorteile der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/415,820, die am 13. Oktober 2022 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin enthalten ist.
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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet elektrischer Maschinen und insbesondere Statorwicklungsanordnungen.
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STAND DER TECHNIK
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Statorwicklungen gibt es in verschiedenen Konfigurationen mit unterschiedlichen Merkmalen, die unterschiedliche Leistungseigenschaften für die elektrische Maschine bieten. Beispiele für verschiedene Wicklungsmerkmale schließen die Anzahl der Pole, die Anzahl der Phasen, die Anzahl der Nuten pro Pol pro Phase, den Leitertyp, die Anzahl der Leiterschichten, die Anzahl der parallelen Pfade pro Phase, die Anzahl der Polumdrehungen und die Art der Verbindungen zwischen den Leitern sowie zahlreiche weitere Wicklungsmerkmale ein.
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Die Statorwicklungen können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden. Statorwicklungen können beispielsweise aus Drahtlitzen gebildet werden, die kontinuierlich auf den Statorkern gewickelt werden, oder aus mehreren segmentierten Leitern, die auf dem Statorkern miteinander verbunden sind. Ein segmentierter Leiter schließt zwei gerade Segmente ein, die durch eine Endschleife miteinander verbunden sind. Dementsprechend werden segmentierte Leiter manchmal auch als „Haarnadelleiter“ oder „U-Turn-Leiter“ bezeichnet. Um eine Wicklung mit segmentierten Leitern zu bilden, werden die segmentierten Leiter axial in die Nuten eines Statorkerns eingeführt, die Enden der Leiter verwindet und die Klemmenabschnitte der Schenkelenden dann miteinander verbunden, um Pfade für die Wicklung zu bilden.
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Segmentierte Leiter sind besonders vorteilhaft, wenn spezielle Verbindungen zwischen Leitern erforderlich sind, um die Wicklung zu vervollständigen. Segmentierte Leiter gibt es in einer Reihe verschiedener Konfigurationen, darunter unterschiedlich große Leiter und Leiter mit verschiedenen Teilungen, die durch die Endwindungsschleife (d. h. den Abstand zwischen den geraden Segmenten solcher Leiter) definiert sind. Segmentierte Leiter können verwendet werden, um basierend auf der Größe und Form der segmentierten Leiter und den Verbindungen, die zwischen den segmentierten Leitern hergestellt werden, eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Wicklungsanordnungen zu bilden.
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Im Hinblick auf die Möglichkeit, verschiedene Wicklungsanordnungen mit unterschiedlichen Leistungseigenschaften zu bilden, wäre es vorteilhaft, eine elektrische Maschine mit einer Wicklungsanordnung bereitzustellen, die durch mehrere parallele Pfade, mehrere Umwicklungen von Polabschnitten und jeden Abschnitt des Pfades in Reihe geschaltet definiert ist. Darüber hinaus wäre es von Vorteil, wenn eine solche Wicklungsanordnung einzigartige Leistungseigenschaften einschließen und relativ einfach hergestellt und produziert werden könnte, ohne dass die Kosten im Vergleich zu anderen segmentierten Wicklungsanordnungen erheblich steigen würden. Diese Merkmale und Vorteile für eine elektrische Maschine sowie andere werden für den Durchschnittsfachmann unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen leichter ersichtlich. Obwohl es wünschenswert wäre, eine elektrische Maschine mit einer segmentierten Leiterwicklungsanordnung bereitzustellen, die eines oder mehrere dieser oder andere vorteilhafte Merkmale aufweist, wie sie für diejenigen, die diese Offenbarung durchsehen, offensichtlich sein mögen, erstrecken sich die hier offengelegten Lehren auf diejenigen Ausführungsformen, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen, unabhängig davon, ob sie einen oder mehrere der hier erwähnten Vorteile oder Merkmale einschließen oder verwirklichen.
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KURZDARSTELLUNG
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In mindestens einer hier offengelegten Ausführungsformen schließt ein Stator für eine elektrische Maschine einen Statorkern und eine auf dem Statorkern angeordnete mehrphasige Wicklung ein. Der Statorkern schließt eine Vielzahl von Zähnen ein, die eine Anzahl von Nuten im Statorkern definieren. Die mehrphasige Wicklung schließt eine Vielzahl von segmentierten Leitern ein, die miteinander verbunden sind, um eine Vielzahl von parallelen Pfaden pro Phase für die Wicklung bereitzustellen, wobei jeder Leiter (i) eine Endschleife, die an einem Kopfende des Statorkerns vorgesehen ist, (ii) zwei Schenkel, die sich durch die Nuten des Statorkerns erstrecken, und (iii) zwei Schenkelenden, die sich aus den Nuten an einem Verbindungsende des Statorkerns erstrecken, umfasst, wobei jedes Schenkelende einen Verwindungsabschnitt aufweist, wobei die Schenkelenden verschiedener Leiter miteinander verbunden sind, um die mehrphasige Wicklung zu bilden, die sich um den Statorkern wickelt. Die Wicklung definiert eine Anzahl von Leiterschichten in jeder Nut, eine Anzahl von Polen, eine Vielzahl von parallelen Pfaden pro Phase und eine Anzahl von Nuten pro Pol pro Phase. Die Endschleifen am Kopfende schließen eine Vielzahl von Endschleifen mit normaler Teilung und eine Vielzahl von Sätzen von Über-Unter-Endschleifen ein. Eine Vielzahl von Kreuzungsendschleifen für mindestens einen der Vielzahl von parallelen Pfaden pro Phase sind im Wesentlichen in einer radialen Richtung am Verbindungsende ausgerichtet.
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In mindestens einer hierin offengelegten Ausführungsform schließt eine elektrische Maschine einen Statorkern und eine Wicklung ein. Der Statorkern schließt eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Zähnen ein, die eine Anzahl von Nuten im Statorkern definieren. Die Wicklung ist auf dem Statorkern angeordnet und schließt eine Vielzahl von Leitern ein, die miteinander verbunden sind, um eine Vielzahl von parallelen Pfaden pro Phase für die Wicklung bereitzustellen. Die Wicklung definiert eine Anzahl von Leiterschichten in jeder Nut, eine Anzahl von Polen und eine Anzahl von Nuten pro Pol pro Phase. Die Wicklung schließt eine Vielzahl von Endschleifen mit normaler Teilung und eine Vielzahl von Sätzen mit überlappenden Endschleifen ein. Eine Vielzahl von Kreuzungsendschleifen für jeden der mehreren parallelen Pfade pro Phase sind im Wesentlichen in radialer Richtung auf dem Statorkern ausgerichtet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Schweißendes eines Statorkerns mit einer darauf positionierten segmentierten Leiterwicklungsanordnung.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften segmentierten Leiters, der verwendet wird, um die Wicklungsanordnung von 1 zu bilden.
- 3 ist ein tabellarisches Diagramm einer segmentierten Leiterwicklung, die zur Verwendung in Verbindung mit dem Stator von 1 konfiguriert ist, wobei die Anzahl der Polumdrehungen der Wicklung nicht gleichmäßig durch die Anzahl der Pole der Wicklung teilbar ist.
- 4 ist ein tabellarisches Diagramm einer ersten alternativen Ausführungsform der segmentierten Leiterwicklung von 3;
- 5 ist ein tabellarisches Diagramm einer zweiten alternativen Ausführungsform der segmentierten Leiterwicklung von 3;
- 6 ist eine Seitenansicht von Standard-Endwindungen (6er-Teilung) und Über-Unter-Endwindungen (7er-Teilung über 5er-Teilung), die für die Verwendung in der Wicklung von 5 konfiguriert sind;
- 7 ist ein Diagramm, in dem das Schweißmuster zwischen den Polen 4 und 5 der Wicklung von 5 dargestellt ist;
- 8 ist ein tabellarisches Diagramm einer dritten alternativen Ausführungsform der segmentierten Leiterwicklung von 3; und
- 9 ist eine Seitenansicht von Standard-Endwindungen (9er-Teilung), einer ersten Über-Unter-Endwindungskonfiguration (11er-Teilung über zwei 8er-Teilungen) und einer zweiten Über-Unter-Endwindungskonfiguration (zwei 10er-Teilungen über eine 7er-Teilung) zur Verwendung in der Wicklung von 8.
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BESCHREIBUNG
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Hierin wird ein Stator für eine elektrische Maschine offenbart. Der Stator beinhaltet einen Statorkern mit einer darauf gebildeten Wicklung. Die Wicklung beinhaltet Leiter, die in Lagen in Nuten des Statorkerns angeordnet sind. Die Leiter sind so angeordnet, dass die Wicklung eine Vielzahl von Phasen einschließt und eine Vielzahl von parallelen Pfaden pro Phase mit den Leitern eine Vielzahl von Spulen auf dem Statorkern bilden. Zumindest in einigen Ausführungsformen ist die Wicklung auch so konfiguriert, dass die Anzahl der Polumdrehungen für jeden parallelen Pfad der Wicklung nicht gleichmäßig durch die Anzahl der Pole der Wicklung teilbar ist.
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Allgemeine Konfiguration des Statorkerns mit segmentierter Leiterwicklung
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stators 10 für eine elektrische Maschine, einschließlich eines Statorkerns 12 mit einer auf dem Statorkern ausgebildeten Wicklung 20. Der Statorkern 12 besteht aus einem ferromagnetischen Material und ist typischerweise aus mehreren Stahlblechen gebildet, die gestanzt und aufeinandergestapelt werden, um ein Blechpaket zu bilden. Der Statorkern 12 ist allgemein zylindrisch geformt, wie durch eine Mittelachse 18 definiert, und umfasst eine innere Umfangsfläche und eine äußere Umfangsfläche. Die Innenumfangsfläche definiert einen Innendurchmesser (ID) für den Stator. Die Außenumfangsfläche definiert einen Außendurchmesser (AD) für den Stator.
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Eine Vielzahl von Zähnen 14 ist an der Innenseite des Statorkerns 12 ausgebildet und in Richtung der Mittelachse 18 gerichtet. Jeder Zahn 14 erstreckt sich radial nach innen und endet an der Innenumfangsfläche. In dem Statorkern 12 sind zwischen den Zähnen 14 axiale Nuten 16 ausgebildet. Jede Nut 16 ist zwischen zwei benachbarten Zähnen definiert, sodass zwei benachbarte Zähne zwei gegenüberliegende radiale Wände für eine Nut bilden. Die Zähne 14 und Nuten 16 erstrecken sich alle von einem ersten Ende 30 (d. h. einem „Kopfende“) zu einem zweiten Ende 32 (d. h. einem „Verbindungsende“ oder „Schweißende“) des Kerns.
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Radiale Öffnungen zu den Nuten 16 sind entlang der Innenumfangsfläche des Statorkerns 12 ausgebildet. Wenn die Nuten 16 halb geschlossen sind, hat jede radiale Öffnung zu einem Nut 16 eine Breite, die an der inneren Umfangsfläche kleiner ist als an radial weiter außen liegenden Positionen (d. h. Nutpositionen näher an der äußeren Umfangsfläche). Zusätzlich zu den radialen Öffnungen zu den Nuten 16 durch die innere Umfangsfläche sind auch axiale Öffnungen zu den Nuten 16 an den gegenüberliegenden Enden 30, 32 des Statorkerns 12 vorgesehen.
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Wie in 1 ist der Statorkern 12 dazu konfiguriert, die Wicklungsanordnung 20 innerhalb der Nuten 16 des Statorkerns 12 zu halten. Die Wicklungsanordnung 20 besteht aus einer Vielzahl miteinander verbundener Spulen, die in den Nuten 16 gehalten werden. Die Spulen bestehen aus miteinander verbundenen Leitersegmenten, die sich durch die Nuten erstrecken und Pfade bilden, die sich im Allgemeinen um den Kern 12 wickeln, wobei eine Vielzahl von Spulen auf dem Kern gebildet wird. Jede Nut 16 ist so konfiguriert, dass sie eine gewisse Anzahl von in der Nut befindlichen Segmenten in „Lagen“ der Nut hält, wobei die im Nut befindlichen Segmente typischerweise in einer einzigen Reihe angeordnet sind, sodass jede Lage der Nut ein einzelnes Leitersegment hält.
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Segmentierte Leiter für die Wicklungsanordnung
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Unter Bezugnahme auf 2 ist ein beispielhafter segmentierter Leiter 22 isoliert von der Wicklungsanordnung 20 dargestellt. Der segmentierte Leiter 22 ist aus einem Stück leitenden Materials wie Kupfer gebildet. Der beispielhafte segmentierte Leiter, der in 2 gezeigt ist, weist ebenfalls eine rechteckige Querschnittsform auf.
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Jeder segmentierte Leiter beinhaltet zwei Schenkel 26 mit einer Endschleife 24, die die zwei Schenkel 26 verbindet. Jeder Schenkel beinhaltet einen geraden Abschnitt 27, einen Verwindungsabschnitt 28 und einen Anschlussabschnitt 29. Der gerade Abschnitt 27 und der Anschlussabschnitt 29 erstrecken sich beide in axialer Richtung. Der gerade Abschnitt 27 ist so konfiguriert, dass er sich axial durch eine der Nuten des Statorkerns erstreckt und kann auch als „In-Nut-Abschnitt“ bezeichnet werden. Der Verwindungsabschnitt 28 hat axiale, umfängliche und radiale Richtungskomponenten und erstreckt sich zwischen dem geraden Abschnitt 27 und dem Klemmenabschnitt 29.
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Die Endschleife 24 (die auch als „End-Tum“ oder „U-Turn“ bezeichnet werden kann) jedes segmentierten Leiters 22 ist am Kopfende 30 des Kerns angeordnet und definiert eine Richtungsänderung von 180° für den segmentierten Leiter und erstreckt sich über einen Umfangsabstand, der mit einer Anzahl von Nuten des Statorkerns assoziiert ist. Dieser Abstand wird als „Teilung“ (P, pitch) der Endschleife bezeichnet. Eine Endschleife mit der Teilung P ist definiert als die Endschleife, die ein gerades Segment in einer bestimmten Nut (S) mit einem geraden Segment in Nut P + S verbindet. Eine Endschleife einer 11er-Teilung (d. h. P = 11) ist beispielsweise definiert als die Verbindung eines geraden Segments in Nut 1 des Kerns (d. h. S = 1) mit einem geraden Segment in Nut 12 des Kerns (d. h. 11 + 1 = 12). Im Beispiel des Leiters in 2 erstreckt sich die Endschleife 24 über eine Strecke, die elf Nuten des Kerns entspricht (d. h. P = 11). Wenn somit, wie im obigen Beispiel erwähnt, der gerade Teil 27 des ersten Schenkels in Nut eins des Kerns positioniert ist, befindet sich der gerade Teil 27 des zweiten Schenkels in Nut zwölf des Kerns.
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Bei der Bildung der Wicklung 20 sind die Schenkel 26 zunächst alle gerade und schließen den Verwindungsabschnitt 28 nicht ein. Dadurch können die Schenkel 26 axial in die Nuten 16 des Kerns 12 eingeführt werden, wobei alle Endschleifen 24 am Kopfende 30 des Kerns, alle geraden Abschnitte 27, die sich durch die Nuten 16 erstrecken, und alle Klemmenabschnitte 29 am Verbindungsende 32 des Kerns angeordnet sind. Für jeden segmentierten Leiter wird ein Schenkel in einer Lage einer Nut positioniert, und der andere Schenkel wird in einer benachbarten Lage einer anderen Nut positioniert, wobei die beiden Nuten durch die Teilung der Endschleife 24 am Kopfende 30 des Kern 12 getrennt sind. Nach dem Einsetzen in die Nuten ragen die Enden der Schenkel 26 axial aus dem Verbindungsende 32 des Statorkerns heraus. Die Enden der Schenkel 26 jedes segmentierten Leiters 22 werden dann in entgegengesetzte Richtungen gebogen/verwunden, so dass in jedem Schenkel ein Verwindungsabschnitt 28 gebildet wird, wobei sich der Verwindungsabschnitt 28 eines Schenkels in einer dem Verwindungsabschnitt 28 des anderen Schenkels entgegengesetzten Umfangsrichtung erstreckt. Dieser Umfangsabstand, der von jedem Verwindungsabschnitt 28 überspannt wird, ist einer Anzahl von Nuten des Statorkerns 12 zugeordnet und wird als die „Verwindung“ (T, twist) des Schenkels 26 bezeichnet. Im Beispielleiter von 2 hat jeder Schenkel 26 eine Verwindung von sechs Nuten. Während die Verwindungen in 2 in entgegengesetzten Richtungen von der Mittelachse 19 des segmentierten Leiters weg dargestellt sind, um die Verwindungen einfach zu zeigen, wird man erkennen, dass die Verwindungen, die mit der hier beschriebenen Wicklung assoziiert sind, und insbesondere die Wicklung von 3, tatsächlich in entgegengesetzten Richtungen zurück zur Mittelachse 19 des segmentierten Leiters verlaufen.
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Nach dem Verwinden der Schenkel 26 werden die Anschlussabschnitte 29 unterschiedlicher Leiter am Verbindungsende 32 des Statorkerns 12 miteinander verbunden (z. B. durch Schweißen oder ein anderes Verbindungsverfahren), um die Wicklung 20 zu vervollständigen. Zusammen bilden die Verwindungen (T) von zwei segmentierten Leitern, die an ihren jeweiligen Anschlussabschnitten 29 verbunden sind, eine Endschleife, die durch eine Teilung (P) am Schweißende 32 des Statorkerns definiert ist. Daher wird man erkennen, dass jede Endschleife 24 am Kopfende 30 eine Teilung hat, die durch die Endschleife des zugehörigen segmentierten Leiters 22 definiert ist, und dass jede Endschleife am Schweißende 32 eine Teilung hat, die durch die beiden Verwindungen (T) zweier verbundener Schenkelenden (d. h. die verbundenen Klemmenabschnitte 29 zweier Schenkelenden) definiert ist.
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Während 2 eine beispielhafte Ausführungsform eines segmentierten Leiters für die Wicklungsanordnung 20 darstellt, ist zu erkennen, dass anders geformte Leitersegmente ebenfalls in Betracht gezogen werden. Zum Beispiel können die Teilung der Endschleifen 24 und die Verwindung der Schenkelenden bei unterschiedlichen segmentierten Leitern, die in der Wicklungsanordnung 20 verwendet werden, unterschiedlich sein. Ein weiteres Beispiel: Die Leitungen 40 zu den Wicklungs- und/oder Stromschienenverbindungen können in Verbindung mit länglichen Klemmenabschnitten 29 vorgesehen werden, die sich über andere Klemmenabschnitte am Schweißende 32 des Statorkerns 12 hinaus erstrecken.
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Wicklungsanordnung mit parallelen Pfaden und Viererabschnitten
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Nun Bezug nehmend auf 3 ist eine tabellarische Ansicht einer Statorwicklungsanordnung 20 gezeigt, wobei die Wicklungsanordnung aus mehreren segmentierten Leitern 22 gebildet ist, wie oben beschrieben. Wie in den oberen beiden Zeilen der Tabelle in 3 angegeben, schließt die Wicklungsanordnung 20 sechs Pole ein (wie durch die sechs jeder Phase zugeordneten Nutsätze vermerkt) und ist für die Verwendung in einem Statorkern mit zweiundsiebzig Nuten konfiguriert. Wie in der ganz linken Spalte von 3 gezeigt, sind die Leiter der Wicklung (d. h. die geraden Abschnitte 27 der Leiterschenkel) in einer einzigen Reihe in acht Lagen (L) in jeder der zweiundsiebzig Nuten angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform der Wicklung ist die Schicht 1 eine äußere Schicht jeder Nut und die Schicht 8 eine innere Schicht jeder Nut, aber es wird anerkannt, dass die Wicklung auch in der umgekehrten Anordnung konfiguriert werden kann, wobei die Schicht 1 die innere Schicht und die Schicht 8 die äußere Schicht der Nut ist.
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In 3 ist nur eine Phase der Wicklung dargestellt, und es wird deutlich, dass bei einer dreiphasigen Wicklung die beiden anderen Phasen identisch mit der dargestellten sind, aber die erste zusätzliche Phase über vier Nuten und die zweite zusätzliche Phase über acht Nuten verschoben ist. Während die tabellarische Ansicht von 3 der Kürze halber nur drei Spalten/Nuten zwischen den Nutsätzen der dargestellten Phase zeigt, sind in Wirklichkeit acht Nuten zwischen jedem Nutensatz vorgesehen.
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Wie in 3 dargestellt, schließt jeder Pfad der Wicklung sechs parallele Pfade ein (d. h. Pfad A, der durch die Ziffern 1-32 in den Nuten dargestellt ist, und ähnlich konfigurierte Pfade B, C, D, E und F, wie in der Tabelle vermerkt). Gerade Leiterabschnitte für jeden der Pfade A-F sind in den Nuten angeordnet, wie in 3 dargestellt. Für den Pfad A beginnt der Pfad in der mit der Ziffer „1“ gekennzeichneten Nut, springt (über eine Enddrehung am Kopfende 30) zur nächsten mit der Ziffer „2“ gekennzeichneten Nut, springt (über eine Enddrehung am Verbindungsende 32) zur nächsten mit der Ziffer „3“ gekennzeichneten Nut, und so weiter, bis der Pfad an der mit der Ziffer „32“ gekennzeichneten Nut endet. Jeder der Pfade B, C, D, E und F hat ebenfalls zweiunddreißig ähnlich konfigurierte Leiter, die in den Nuten angeordnet sind. Die Leitungen 40 für jeden Pfad sind durch die fettgedruckten/verdunkelten Umrandungen dargestellt. Somit erstrecken sich in der Wicklung von 3 die Leitungen für den Pfad A vom Verbindungsende des Kerns an den Nuten, in denen sich die mit den Ziffern „1“ und „32“ gekennzeichneten Leiter befinden.
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Die Tabelle von 3 umfasst einen oberen Abschnitt 36 und einen unteren Abschnitt 38 zum Zwecke der einfachen Darstellung der Endschleifen für die Wicklung. Sowohl im oberen Abschnitt 36 als auch im unteren Abschnitt 38 der Tabelle zeigen die Linien, die sich zwischen den Nutsätzen erstrecken, die allgemeine Anordnung der Endschleifen, die sich zwischen den Nutsätzen erstrecken. Der obere Abschnitt 36 der Tabelle veranschaulicht die Endschleifen 24 am Kopfende 30 des Statorkerns, von denen sich jede zwischen den zwei Leitern in zwei verschiedenen Nuten der Wicklung erstreckt (d. h. jede Endschleife wird durch die vorgeformte Endschleife 24 eines der segmentierten Leiter 22 bereitgestellt). Der untere Abschnitt 38 der Tabelle veranschaulicht die am Verbindungsende 32 des Statorkerns gebildeten Endschleifen, die sich zwischen Leitern in verschiedenen Nuten für eine Phase der Wicklung erstrecken (d. h. Endschleifen, die durch die verwundenen Schenkelenden und Verbindungen zwischen den Anschlussabschnitten 29 gebildet werden). Der untere Abschnitt 38 ist eine Ansicht vom Kopfende 30 aus, mit Blick durch den Stator auf das Verbindungsende 32. Auch hier stellt jede „Endschleife“ (oder „Endwindung“) eine Verbindung zwischen zwei in verschiedenen Nuten angeordneten Leiterschenkeln her. Beispiele für Endschleifen schließen eine Endschleife ein, die durch den U-Tum Teil eines segmentierten Leiters gebildet wird, eine Endschleife, die durch die verschweißten Enden der Schenkel verschiedener segmentierter Leiter gebildet wird, oder einen fortlaufenden Draht, der gebogen wird, um eine Endschleife an einem der Enden des Statorkerns zu bilden.
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Im oberen Abschnitt 36 der Tabelle von 3 zeigen die Linien 21, die zwischen den Nuten verlaufen, die allgemeine Anordnung der Endschleifen 24 am Kopfende 30, vom Kopfende aus gesehen. Jede zwischen den Nutsätzen verlaufende Linie 21 ist mit einem Satz von vier Endschleifen am Kopfende des Stators assoziiert. Beispielsweise stellt die obere Linie 21a, die sich zwischen den zu den Polen zwei und drei gehörenden Nutsätzen auf dem oberen Abschnitt 36 der Tabelle erstreckt, vier verschiedene Endschleifen dar, die sich zwischen den Schichten 1 und 2 für die Leiter des Pfades A erstrecken. Dementsprechend stellt die Linie 21a die folgenden vier Endschleifen dar:
- - eine erste Endschleife mit einer 15er-Teilung (15) erstreckt sich zwischen dem mit der Nummer „1“ gekennzeichneten Leiter im linken Nutensatz (d. h. im Nutensatz, der dem zweiten Pol zugeordnet ist) und dem mit der Nummer „2“ gekennzeichneten Leiter im rechten Nutensatz (d. h. in dem Nutensatz, der dem dritten Pol zugeordnet ist);
- - eine zweite Endschleife mit einer 1 ler-Teilung (11) erstreckt sich zwischen dem mit der Ziffer „3“ gekennzeichneten Leiter im linken Nutensatz und dem mit der Ziffer „4“ gekennzeichneten Leiter im rechten Nutensatz;
- - eine dritte Endschleife mit einer 1 ler-Teilung (11) erstreckt sich zwischen dem mit der Zahl „5“ gekennzeichneten Leiter im linken Nutensatz und dem mit der Zahl „6“ gekennzeichneten Leiter im rechten Nutensatz; und
- - eine vierte Endschleife mit einer 1 ler-Teilung (11) erstreckt sich zwischen dem mit der Zahl „7“ gekennzeichneten Leiter im linken Nutensatz und dem mit der Zahl „8“ gekennzeichneten Leiter im rechten Nutensatz.
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Es ist bekannt, dass jeder Satz von vier Endschleifen am Kopfende 30 (z. B. die Endschleifen, die mit der Linie 21a assoziiert sind, wie oben erwähnt) einen Satz von Über-Unter-Endschleifen definiert, die sich zwischen zwei Polen erstrecken. Insbesondere schließt jeder Satz von vier Endschleifen eine Endschleife mit einer 15er-(15) Teilung ein, die sich über drei ineinander verschachtelte Endschleifen mit einer 11er- (11) Teilung erstreckt.
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Der untere Abschnitt 38 der Tabelle in 3 ähnelt dem oberen Abschnitt 36, wobei die zwischen den Nutsätzen verlaufenden Linien die allgemeine Anordnung der Verwindungen und der zugehörigen Verbindungen zwischen den Schenkelenden angeben, um Endschleifen am Schweißende 32 des Statorkerns 12 zu bilden. Jede kurze Linie 23, die sich horizontal von einer Nut im unteren Abschnitt 38 von 3 erstreckt, stellt vier verschiedene Schenkelenden dar, die jeweils eine Verwindung von sechs aufweisen. Jedes Oval 25 im unteren Abschnitt 38 von 3 stellt eine der Verbindungen zwischen zwei verwundenen Schenkelenden dar. Daher stellt jeder Satz von zwei Linien 23 und drei Ovalen 25 drei Endschleifen für einen Pfad von Leitern am Verbindungsende 32 des Statorkerns 12 dar. Zwischen den Polen zwei und drei schließen die drei Endschleifen 24a zum Beispiel Folgendes ein:
- - eine erste Endschleife, die sich zwischen dem mit der Ziffer „2“ gekennzeichneten Leiter in Schicht 2 des rechten Nutensatzes und dem mit der Ziffer „3“ gekennzeichneten Leiter in Schicht 1 des linken Nutensatzes erstreckt;
- - eine zweite Endschleife, die sich zwischen dem mit der Ziffer „4“ gekennzeichneten Leiter in Schicht 2 des rechten Nutensatzes und dem mit der Ziffer „5“ gekennzeichneten Leiter in Schicht 1 des linken Nutensatzes erstreckt; und
- - eine dritte Endschleife, die sich zwischen dem mit der Ziffer „6“ gekennzeichneten Leiter in Schicht 2 des rechten Nutensatzes und dem mit der Ziffer „7“ gekennzeichneten Leiter in Schicht 1 des linken Nutensatzes erstreckt.
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Zusätzlich weist das Oval an der Endschleife 24b auf eine besondere Kreuzverbindung zwischen dem mit der Ziffer „8“ gekennzeichneten Leiter in Lage 2 des rechten Nutensatzes und dem mit der Ziffer „9“ gekennzeichneten Leiter in Lage 3 des linken Nutensatzes hin.
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Wie in 3 gezeigt, sind die meisten Endschleifen 24 am Verbindungsende 32 des Statorkerns regelmäßige Endwindungen 24a, die jeweils zwei gerade Leitersegmente innerhalb desselben Schichtenpaares miteinander verbinden (z. B. ist die Endschleife 24, die den mit der Ziffer „2“ gekennzeichneten Leiter der Bahn A in Schicht zwei mit dem mit der Ziffer „3“ gekennzeichneten Leiter des Pfades A in Schicht 1 verbindet, eine regelmäßige Endwindung mit einer 12er-Teilung). Allerdings schließen die Endwindungen am Verbindungsende 32 zusätzlich zu den regulären Endwindungen 24a, die sich zwischen Leitern desselben Schichtenpaares erstrecken, auch eine Gruppe von Kreuzungsendwindungen 24b ein, von denen jede einen Leiter in einem Schichtenpaar mit einem Leiter in einem benachbarten Schichtenpaar verbindet (z. B. ist die Endschleife, die den mit der Ziffer „8“ gekennzeichneten Leiter des Pfades A in Schicht 2 des rechten Nutensatzes und den mit der Ziffer „9“ gekennzeichneten Leiter in Schicht 3 des linken Nutensatzes verbindet, eine Kreuzungsendwindung; Dementsprechend bezieht sich der Begriff „Kreuzungs“-Endwindung, wie er hier verwendet wird, auf eine Endwindung, die Leiter in zwei verschiedenen Schichtenpaaren der Wicklung miteinander verbindet). Für jeden Pfad jeder Phase sind zwei Kreuzungsendwindungen 24b eingeschlossen. In Bezug auf Pfad A schließen die Kreuzungsendwindungen eine erste Kreuzungsendwindung ein, die sich zwischen den Polen zwei und drei erstreckt und Verbindungsleiter in Schicht 2 mit Verbindungsleitern in Schicht 3 verbindet, sowie eine zweite Kreuzungsendwindung, die sich zwischen den Polen fünf und sechs erstreckt und Verbindungsleiter in Schicht 6 mit Verbindungsleitern in Schicht 7 verbindet.
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Zusätzlich zu den Kreuzungsendwindungen 24b enthält die Wicklung auch eine Stromschiene 34 für jeden Pfad der einzelnen Phasen. Ähnlich wie die Kreuzungsendwindungen 24b stellt jede Stromschiene 34 eine Verbindung zwischen Leitern in zwei benachbarten Schichtenpaaren her, insbesondere eine Verbindung zwischen Leitern in Schicht 4 und Leitern in Schicht 5 für einen bestimmten Pfad. Allerdings erstreckt sich die Stromschiene 34 über eine wesentlich größere Anzahl von Nuten als die Kreuzungsendwindungen 24b (die eine 12-er Teilung haben). Beispielsweise erstreckt sich in 3 die Stromschienenverbindung für den Pfad A über insgesamt vierundzwanzig Nuten von dem mit „16“ bezeichneten Leiter in Schicht 4 bis zu dem mit „17“ bezeichneten Leiter in Schicht 5, und somit erstreckt sich die Stromschiene 34 über die doppelte Anzahl von Nuten wie die Kreuzungsendwindung 24b.
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Die Stromschienen 34 stellen Verbindungen zwischen Leitern in Schicht 4 und Schicht 5 der Wicklung her, die nicht bequem zwischen zwei benachbarten Schenkelenden hergestellt werden können. Dementsprechend können sich die Klemmenabschnitte der mit einer Stromschiene 34 verbundenen Schenkelenden axial über die anderen Klemmenabschnitte hinaus erstrecken (z. B. kann sich der Klemmenabschnitt der in 3 mit „16“ und „17“ bezeichneten Leiter axial über die anderen nahegelegenen Leiter, wie die mit „14“ und „23“ bezeichneten, hinaus erstrecken). Die Stromschiene 34 lässt sich leicht mit diesen Schenkelenden verbinden und in Umfangsrichtung oberhalb (d. h. an einer Position axial außerhalb) der anderen Schenkelenden verlegen, mit denen die Endwindungen 24 am Verbindungsende 32 des Kerns 12 gebildet werden.
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Um die Wicklung von 3 zu bilden, werden segmentierte Leiter vom Kopfende 30 aus axial in die Nuten 16 des Kerns 12 eingeführt. Infolgedessen befindet sich die vorgeformte Endwindung 24 jedes segmentierten Leiters am Kopfende 30, wobei sich die Schenkel des segmentierten Leiters durch zwei verschiedene Schichten von zwei verschiedenen Nuten des Kerns erstrecken und die Schenkelenden am Verbindungsende 32 des Kerns axial nach außen verlaufen. Die Schenkel am Verbindungsende des Kerns werden dann verwunden, und die benachbarten Enden 29 der Schenkel werden miteinander verbunden, um regelmäßige Endwindungen 24a und überkreuzte Endwindungen 24b am Verbindungsende des Kerns zu bilden. Danach werden Stromschienen 34 an die verbleibenden Schenkelenden angeschlossen, die so konfiguriert sind, dass sie die Stromschienenverbindungen zwischen den von Schicht 4 und Schicht 5 ausgehenden Leitern herstellen.
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Wie bereits erwähnt, schließt die Wicklung sechs Pfade ein (d. h. die Pfade A, B, C, D und E), und jeder Pfad ist ähnlich konfiguriert wie der Pfad A, jedoch um eine bestimmte Anzahl von Nuten auf dem Kern verschoben. Wie in 3 dargestellt, beginnt der Pfad A an der Leitung 40 am Verbindungsende 32, die von dem mit „1“ bezeichneten Leiter ausgeht. Der Leiter „1“ verläuft durch den Kern, und am gegenüberliegenden Ende (d. h. am Kopfende 30) verbindet eine Überkopfwindung mit einer 15er-Teilung den Leiter „1“ mit dem Leiter „2“. Der Leiter „2“ erstreckt sich dann durch den Kern bis zum Verbindungsende 32, wo das Schenkelende des Leiters „2“ um sechs Nuten nach links verwunden und mit dem Schenkelende des Leiters „3“ verschweißt wird, dessen Schenkelende um sechs Nuten nach rechts verwunden ist, so dass am Verbindungsende zwischen dem Leiter „2“ und dem Leiter „3“ eine Endwindung mit einer 12er-Teilung entsteht. Danach verläuft der Leiter „3“ durch den Kern zurück zum Kopfende 30, wo er mit einer Endschleife mit einer 1 ler-Teilung verbunden ist, die den Leiter „3“ mit dem Leiter „4“ verbindet. Dieses Muster aus einer Endschleife mit einer 12er-Teilung am Verbindungsende 32 und einer Endschleife mit einer 11er- Teilung am Kopfende 30 wird dann bis zum Leiter „8“ wiederholt. Man erkennt, dass das Muster der Leiter „1“ bis „8“ eine erste Spule auf dem Statorkern mit geraden Leiterabschnitten bildet, die sich durch die mit den Polen zwei und drei assoziierten Nuten erstrecken, wobei sich die Endwindungen 24 zwischen den geraden Abschnitten erstrecken.
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Bei Leiter „8“ verwindet sich das Schenkelende am Verbindungsende 32 um sechs Nuten nach links und wird mit dem Schenkelende von Leiter „9“ verschweißt, das sich um sechs Nuten nach rechts verwindet. So entsteht an dem Verbindungsende, das sich zwischen den Schichten 2 und 3 erstreckt (und somit ein erstes Schichtenpaar mit einem zweiten Schichtenpaar verbindet), eine Kreuzungsendschleife mit einer 12er-Teilung. Das oben beschriebene Muster der Leiter „1“ bis „8“ wird für jeden der Leiter „9“ bis „16“ wiederholt, außer dass die Leiter in den Schichten 3 und 4 angeordnet sind. Somit bilden die Leiter „1“ bis „8“ eine erste Spule auf dem Statorkern, und die Leiter „9“ bis „16“ bilden eine zweite Spule auf dem Statorkern. Es ist zu erkennen, dass sowohl die erste Spule als auch die zweite Spule mit demselben Polpaar (d. h. den Polen zwei und drei) assoziiert sind. Es ist auch zu erkennen, dass sowohl die erste Spule als auch die zweite Spule eine Vielzahl von geraden Abschnitten 27 in einem Pol (d. h. Pol zwei) und eine Vielzahl von geraden Abschnitten in einem anderen Pol (d. h. Pol drei) aufweisen.
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Am Leiter „16“ verbindet eine Stromschiene 34 den Verbindungsleiter „16“ in Schicht 4 mit dem Leiter „17“ in Schicht 5 (wobei der Leiter „17“ vierundzwanzig Nuten vom Leiter „16“ entfernt ist, wie oben beschrieben). Das Muster der Leiter „1“ bis „16“ wird dann als Leiter „17“ bis „32“ wiederholt, nur dass die Leiter jetzt in den Schichten 5-8 statt in den Schichten 1-4 angeordnet sind.) Am Leiter „32“ enden die Pfade an einer Leitung 40. Es ist zu erkennen, dass das Muster der Leiter „17“ bis „24“ eine dritte Spule auf dem Statorkern bildet und das Muster der Leiter „25“ bis „32“ eine vierte Spule auf dem Statorkern bildet. Sowohl die dritte Spule als auch die vierte Spule sind demselben Polpaar zugeordnet (d. h. den Polen fünf und sechs). Die Spulen definieren vier verschiedene Abschnitte für jeden parallelen Pfad, einschließlich eines ersten Abschnitts, der von der ersten Spule definiert wird, eines zweiten Abschnitts, der von der zweiten Spule definiert wird, eines dritten Abschnitts, der von der dritten Spule definiert wird, und eines vierten Abschnitts, der von der vierten Spule definiert wird.
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Wie hierin beschrieben, ist die Wicklungsanordnung von 3 als dreiphasige, sechs (6) polige Wicklung mit sechs (6) parallelen Pfaden pro Phase konfiguriert. Die Wicklung ist auf einem Statorkern mit zweiundsiebzig (72) Nuten angeordnet. Die Wicklung schließt acht (8) Leiter pro Nut mit acht Schichten von Leitern in jeder Nut ein. Somit sind die Leiter in jeder Nut einreihig angeordnet. Die Wicklung ist durch vier (4) Nuten pro Pol und Phase definiert (d. h. 72 Nuten / (6 Pole x 3 Phasen) = 72/18 = 4 Nuten pro Pol und Phase). Die Wicklung wird auch durch sechzehn Polumdrehungen (PT) definiert. Die Anzahl der Polwindungen für eine bestimmte Wicklung bezieht sich auf die Anzahl der Nutsegmente pro parallelem Pfad (SS) geteilt durch zwei (d. h. PT=SS/2), wobei SS gleich der Anzahl der geraden Leitersegmente ist, die sich durch den Kern in jedem parallelen Pfad erstrecken. Somit ist im Beispiel der Wicklung von 3 SS=32, wie durch die Leiter „1“ bis „32“ für Pfad A vermerkt. Dementsprechend ist die Anzahl der Polumdrehungen (pro parallelem Pfad) sechzehn für die Wicklung von 3 (d. h. PT = SS/2 = 32/2 = 16).
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In Anbetracht der obigen Ausführungen ist zu beachten, dass die Wicklung von 3 so konfiguriert ist, dass die Anzahl der Polumdrehungen nicht gleichmäßig durch die Anzahl der Pole teilbar ist. Insbesondere beträgt die Anzahl der Polumdrehungen sechzehn (16) und die Anzahl der Pole sechs (6), also 16/6 = 2 2/3. Daher ist zu beachten, dass die Division der Anzahl der Polwindungen für jeden parallelen Pfad der Wicklung durch die Anzahl der Pole eine gemischte Zahl ergibt (d. h. eine nicht ganzzahlige Zahl, die sowohl eine ganze Zahl als auch einen richtigen Bruch einschließt). Diese Wicklungsanordnung bietet eine einzigartige Konfiguration, bei der die Anzahl der Polumdrehungen für jeden parallelen Pfad der Wicklung nicht ganzzahlig ist, wodurch eine Wicklung mit einzigartigen und speziellen Leistungseigenschaften entsteht, die bei anderen Wicklungsanordnungen nicht üblich sind.
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Obwohl hierin Ausführungsformen der Wicklungsanordnung offenbart sind, versteht es sich, dass auch andere Ausführungsformen möglich sind. Während beispielsweise die hierin offenbarten Wicklungsanordnungen im Zusammenhang mit segmentierten Leitern mit geschweißten Endschleifen am Verbindungsende beschrieben wurden, können die Wicklungsanordnungen in zumindest einigen Ausführungsformen mit durchgehenden Drahtsegmenten gebildet werden (z. B. kann die gesamte Bahn A für eine bestimmte Phase mit einem durchgehenden Draht gebildet werden). In diesem Fall können die unterschiedlichen Verwindungen in den Endschleifen durch eine Endschleifenbildungsmaschine gebildet werden. In anderen Ausführungsformen kann eine beliebige Anzahl von Wicklungsmerkmalen geändert werden, z. B. die Anzahl der Pole der Wicklung, die Anzahl der Polumdrehungen der Wicklung, die von sechzehn abweichen kann, die Anzahl der parallelen Pfade und die Anzahl der Nuten pro Pol und Phase.
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Erste alternative Ausführungsform der Wicklung
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Ein erstes Beispiel für eine alternative Ausführungsform der Wicklungsanordnung ist in 4 dargestellt. Die Wicklung in 4 ähnelt in gewisser Weise der in 3 beschriebenen Wicklung, weist jedoch wesentliche Unterschiede auf, die eine Wicklung mit anderen Merkmalen als die in 3 dargestellte ermöglichen. Nur eine Phase der Wicklung ist in 4 dargestellt, und es ist zu erkennen, dass bei einer dreiphasigen Wicklung die beiden anderen Phasen identisch mit der dargestellten sind, aber die erste zusätzliche Phase ist über zwei Nuten und die zweite zusätzliche Phase über vier Nuten verschoben.
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Der obere Abschnitt 46 der Tabelle in 4 ist eine Ansicht der Endschleifen, die sich zwischen den Nuten des Stators erstrecken, wobei die Leitungen in die Seite zeigen. Die geraden Abschnitte der segmentierten Leiter sind in den Kästchen der Tabelle mit 1-64 nummeriert, wobei jedes Kästchen einen geraden Abschnitt eines segmentierten Leiters in einer Schicht einer Nut darstellt. Die Linien zwischen den Kästen sind Endschleifen 24, mit denen die geraden Abschnitte der Leiter verbunden werden. Der untere Abschnitt 48 der Tabelle in 4 ist eine Ansicht vom Ende der Endschleife aus, mit Blick durch den Stator auf das Schweißende. Auch hier stellen die Ovale Schweißungen am Verbindungsende des Statorkerns dar.
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Wie in den oberen beiden Zeilen der Tabelle in 4 vermerkt, schließt die Wicklungsanordnung 20 acht Pole ein (wie durch die acht jeder Phase zugeordneten Nutsätze vermerkt) und ist für die Verwendung in einem Statorkern mit achtundvierzig Nuten konfiguriert. Wie in der Spalte ganz links in 4 angegeben, sind die Leiter der Wicklung (d. h. die geraden Abschnitte 27 der Leiterschenkel) einreihig in acht Schichten (L) in jeder der zweiundsiebzig Nuten angeordnet. Jeder Pol der Wicklung erstreckt sich über drei Nuten (pro Phase). Zum Beispiel ist Pol #1 in den Nuten 1, 2 und 3 angeordnet, Pol #2 in den Nuten 7, 8 und 9, Pol #3 = Nuten 13, 14 und 15.
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Wie in 4 dargestellt, schließt jeder Pfad der Wicklung zwei parallele Pfade ein (d. h. Pfad A und Pfad B). Jeder Parallelpfad ist in ähnlicher Weise konfiguriert, wobei der erste Parallelpfad (Pfad A) um einen Pol gegenüber dem zweiten Parallelpfad (Pfad B) verschoben ist. Für den Pfad A beginnt der Pfad mit der mit der Ziffer „1“ gekennzeichneten Leitung in Schicht 1 von Nut 19, springt (über eine Enddrehung am Kopfende 30) zur nächsten mit der Ziffer „2“ gekennzeichneten Nut in Schicht 2 von Nut 13, springt (über eine Enddrehung am Verbindungsende 32) zur nächsten mit der Ziffer „3“ gekennzeichneten Nut in Schicht 1 von Nut 7, und so weiter, bis der Pfad an der mit der Ziffer „64“ gekennzeichneten Nut in Schicht 8 von Nut 26 endet. In ähnlicher Weise beginnt der Pfad B mit der mit der Ziffer „1“ gekennzeichneten Leitung in Schicht 1 der Nut 25 und endet mit der mit der Ziffer „64“ gekennzeichneten Leitung in Schicht 8 der Nut 32
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Wie in 4 zu sehen ist, hat die Wicklung zwei Nuten pro Pol und Phase. Die Wicklung hat eine Standard-Endschleife mit einer 6er-Teilung. So hat beispielsweise die Endschleife, die das mit der Ziffer „1“ gekennzeichnete Nutsegment in Nut 25 mit dem mit der Ziffer „2“ gekennzeichneten Nutsegment in Nut 19 verbindet, eine Endschleife mit einer 6er-Teilung (d. h. 25-19 = 6). Alle Endschleifen am Kopfende 30 und am Verbindungsende 32 sind, wenn nicht anders dargestellt, Kopfwindungen mit einer 6er-Teilung.
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Die Wicklung von 4 schließt pro Pfad eine Kreuzungsendwindung 42 mit kurzer Teilung ein, um eine Phasenverschiebung zu erzeugen. Diese Kopfwindung mit kurzer Teilung befindet sich am Verbindungsende 32 in der Mitte der Wicklung zwischen den Schichten 4 und 5 und zwischen den Leitersegmenten, die mit den Ziffern „32“ und „33“ gekennzeichnet sind. Die beiden Endwindungen 42 mit kurzer Teilung sind auch im unteren Teil 48 der Tabelle von 4 durch die Ziffer „5“ in den Ovalen zwischen den Leitersegmenten mit den Ziffern „32“ und „33“ gekennzeichnet.
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Zusätzlich zu den Standard-Endschleifen und den Endschleifen mit kurzer Teilung schließt die Wicklung von 4 auch eine Reihe von Über-Unter-Endschleifen 24c am Kopfende 30 des Stators ein, wobei die Endschleifen 44 im oberen Teil der Tabelle von 4 mit „7-5“ gekennzeichnet sind, um die 7er Teilung der Über-Endschleifen und die 5erTeilung der Unter-Endschleifen zu bezeichnen (und jedes Paar von zugehörigen 7erTeilungs-/5erTeilungs- Endschleifen definiert einen „Satz“ von Über-Unter-Endschleifen). Bei diesen Endschleifen 44 überbrücken die oberen Endschleifen die unteren Endschleifen vollständig. Zum Beispiel verbindet für Pfad A eine Endschleife mit einer 5er-Teilung das mit der Ziffer „7“ gekennzeichnete Nutsegment in Schicht 1 von Nut 37 mit dem mit der Ziffer „8“ gekennzeichneten Nutsegment in Schicht 2 von Nut 32, und eine Endschleife mit einer 7er-Teilung verbindet das mit der Ziffer „15“ gekennzeichnete Nutsegment in Schicht 1 von Nut 38 mit dem mit der Ziffer „16“ gekennzeichneten Nutsegment in Schicht 2 von Nut 31. Zur Erzielung dieser Anordnung mit langer/kurzer Teilung wird eine Konfiguration mit Über-Unter-Endschleife verwendet (d. h., die Endschleife mit einer 7er-Teilung überbrückt direkt die Endschleife mit einer Ser-Teilung).
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Zur weiteren Beschreibung der Wicklung von 4 wird nun einer der beiden parallelen Pfade (Pfad B) detailliert beschrieben. Der Pfad beginnt mit einer Leitung zu dem mit der Ziffer „1“ gekennzeichneten Nutsegment in Schicht 1 der Nut 25. Eine Endschleife verbindet das Nutsegment 1 mit dem Nutsegment „2“, das sich in der Schicht 2 der Nut 19 auf der Seite des Kopfendes 30 des Stators befindet. Vom Nutsegment „2“ verbindet eine Endschleife am Verbindungsende 32 das Nutsegment „2“ mit dem Nutsegment „3“, das sich in Schicht 1 von Nut 13 befindet. Dieses Muster setzt sich abwechselnd um den Kern herum bis zum Nutsegment „7“ in Schicht 1 der Nut 37 fort.
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Im Nutsegment „7“ verbindet eine Endschleife mit einer 5er-Teilung (unten) das Nutsegment „7“ mit dem Nutsegment „8“ in Schicht 2 von Nut 32. Ausgehend vom Nutsegment „8“ verbindet eine Endschleife am Verbindungsende 32 (die hier auch als „Schweißschleife“ bezeichnet werden kann) das Nutsegment „8“ mit dem Nutsegment „9“, das sich in der Schicht 1 der Nut 26 befindet. Damit ist eine Umwicklung des Stators abgeschlossen.
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Nach der ersten Umschlingung des Stators verbindet eine Endschleife am Kopfende 30 (die hier auch einfach als „Endschleife“ bezeichnet werden kann) das Nutsegment „9“ in Schicht 1 von Nut 26 mit dem Nutsegment „10“ in Schicht 2 von Nut 20. Eine Schweißschleife verbindet das Nutsegment „10“ mit dem Nutsegment „11“, das sich in Schicht 1 und Nut 14 befindet. Dieses Muster setzt sich fort, bis das Nutsegment „15“ in Schicht 1 der Nut 38 erreicht wird. Am Nutsegment „15“ verbindet eine Endschleife mit einer 7er-Teilung das Nutsegment „15“ mit dem Nutsegment „16“, das sich in der Schicht 2 der Nut 31 befindet. Dies vervollständigt eine zweite Umschlingung (oder „Wende“) um den Statorkern für den Pfad. Eine Kreuzungsendschleife 24b verbindet das Nutensegment „16“ mit dem Nutensegment „17“, das sich in der Schicht 3 der Nut 25 befindet. Damit ist der Weg A für das Schichtenpaar, das mit den Schichten 1 und 2 assoziiert ist, abgeschlossen, und die Kreuzungsendschleife 24b leitet den Weg in das nächste Schichtenpaar, das mit den Schichten 3 und 4 assoziiert ist, über.
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Vom Nutsegment „17“ verbindet eine Endschleife das Nutsegment „17“ mit dem Nutsegment „18“, das sich in der Schicht 4 von Nut 19 befindet. Der Pfad setzt sich in den Schichten 3 und 4 fort (ähnlich wie bei der doppelten Umwicklung in den Schichten 1 und 2), um eine dritte Umwicklung und eine vierte Umwicklung zu vollenden, die am Nutsegment „32“ in Schicht 4 der Nut 31 endet.
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Am Nutsegment „32“ verbindet eine kurze Kreuzschweißschleife mit einer 5er-Teilung das Nutsegment „32“ mit dem Nutsegment 33 in Lage 5 der Nut 26. Die kurze Teilung 5 erzeugt das phasenverschobene oder 4-8-4-Nutmuster. Während eine kurze Schweißschleife mit einer 5er-Teilung verwendet wird, um die Phasenverschiebung zu erzeugen, wird in mindestens einer alternativen Ausführungsform eine Endschleife mit einer 7er-Teilung anstelle der Endschleife mit einer 5er-Teilung verwendet, um die Phasenverschiebung oder das 4-8-4-Nutmuster zu erzeugen.
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Ähnlich wie bei den vier zuvor beschriebenen Wicklungen werden eine fünfte und eine sechste Wicklung in den Schichten 5 und 6 vollzogen. Die sechste Umwicklung endet am Nutsegment „48“ in der Schicht 6 der Nut 32. Eine Kreuzschweißschleife wird dann verwendet, um das Nutsegment „48“ der Lage 6 mit dem Nutsegment „49“ in der Lage 7 der Nut 26 zu verbinden. Danach wird eine siebte und achte Umhüllung in ähnlicher Weise in den Schichten 7 und 8 ausgeführt. Die Wicklung endet dann im Nutsegment „64“ in Lage 8 der Nut 32.
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Wie in 4 zu sehen ist, sind die Kreuzungsendschleifen, die den Wickelweg zwischen Schichtenpaaren überleiten (d. h. die Endschleifen, die Verbindungen (i) zwischen den Schichten eins/zwei und drei/vier, (ii) zwischen den Schichten drei/vier und fünf/sechs und (iii) zwischen den Schichten fünf/sechs und sieben/acht herstellen), zweckmäßigerweise zwischen den Polen ausgerichtet. Beispielsweise sind für den Pfad A in 4 die Kreuzungsendschleifen alle zwischen den Polen 4 und 5 am Verbindungsende des Statorkerns angeordnet. Anders ausgedrückt: Die Schweißungen, mit denen die Schenkelenden verbunden sind, bilden die Kreuzungsendschleifen und sind alle in radialer Richtung zwischen zwei Polen des Pfades ausgerichtet. Obwohl die tatsächlichen Schweißungen, mit denen die Schenkelenden verbunden sind, aus denen die Kreuzungsendwindungen gebildet werden, in radialer Richtung nicht perfekt ausgerichtet sind, sind sie alle im Wesentlichen in radialer Richtung ausgerichtet, so dass alle Schweißungen, mit denen die Kreuzungsendwindungen für einen bestimmten Pfad gebildet werden, zwischen zwei Polen angeordnet sind (z. B. können die Schweißungen um einen gewissen Betrag wie 10°-30° relativ zur radialen Richtung versetzt sein, sind aber dennoch in radialer Folge an einer Stelle der Wicklung zwischen zwei Polen für den Pfad angeordnet). Diese Anordnung der fluchtenden, überkreuzten Endwindungen am Schweißende 32 wird zumindest teilweise durch die überkreuzten Endwindungen 24c am Kopfende 30 begünstigt.
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Zweite alternative Ausführungsform der Wicklung
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Ein zweites Beispiel einer alternativen Ausführungsform der Wickelanordnung wird in Verbindung mit den 5-7 offenbart. Die Wicklungsanordnung von 5 ist im Wesentlichen die gleiche wie die von 4, aber die Anordnung von 5 schließt nicht die kurzen Schweißschleifen mit einer 5er-Teilung ein, die für die Anordnung der Phasenverschiebung von 4 sorgen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn ein 8-8-Nutmuster anstelle des (phasenverschobenen) 4-8-4-Nutmusters von 4 gewünscht wird. In diesem Fall ersetzt eine standardmäßige 6er-Teilung die zuvor beschriebene kurze 5er-Teilung von 4. Ein tabellarisches Diagramm einer Wicklung mit einem 8-8-Nutmuster ist in 5 dargestellt. Die Wicklungsanordnung in 5 ist im Wesentlichen die gleiche wie in 4, mit der Ausnahme, dass für alle Kreuzungsendwindungen in 5 eine standardmäßige Schweißendschleife mit einer 6er-Teilung verwendet wird, im Gegensatz zu den zwei kurzen Kreuzungsendwindungen mit einer 5er-Teilung in 4. Daraus ergibt sich das in der tabellarischen Darstellung von 4 gezeigte 8-8-Nutmuster. Alle anderen Verbindungen, einschließlich der Über-Unter-Endwindungen mit einer 6er-/7er- Teilung am Kopfende 30, sowie die Endwindungen mit Standardteilung und die Leitungspositionen bleiben unverändert.
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6 ist eine Radial-/Seitenansicht, in der die Konfiguration der Endwindungen am Kopfende der Wicklungsanordnung von 5 dargestellt ist. Wie auf der linken Seite von 6 dargestellt, sind zwei Standard-Endwindungen 24 mit einer 6er-Teilung in einer Beziehung gezeigt, in der eine Standard-Endwindung mit einer benachbarten Standard-Endwindung verschachtelt ist. Im Gegensatz dazu zeigt die rechte Seite von 6 ein Paar von Über-Unter-Endschleifen 24c, bei denen sich die Über-Endschleife mit einer 7er-Teilung vollständig über die Endschleife mit einer 5er-Teilung erstreckt und diese überbrückt.
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7 zeigt ein Schweißmusterdiagramm für die Wicklung von 5. Diese Ansicht ist vom Kopfende 30 des Stators aus gesehen, mit Blick durch den gesamten Stator und auf die Anschlüsse am Verbindungsende 32. Die Rechtecke in 7 stellen die Schenkel verschiedener Leiter dar, und die Ovale stellen die Schweißungen dar, die Spitzen der Schenkel verbinden. Die Nummern in den Rechtecken sind die Nutsegmente, die in der tabellarischen Darstellung von 5 den einzelnen Leitern zugeordnet sind. Zum Beispiel ist das Nutsegment „1“ der Schicht 1 der Nut 19 eine Leitung an dem Verbindungsende 32 des Stators. Das Nutsegment „9“ in Schicht 1 der Nut 20 verlässt die Nut am Verbindungsende 32 des Stators und verwindet sich um drei Nuten nach rechts, während das Nutsegment „8“ in Schicht 2 der Nut 26 die Nut verlässt und sich um drei Nuten nach links verwindet. Nach dem Verwinden wird das Nutsegment „9“ der Schicht 1 mit dem Nutsegment „8“ der Schicht 2 an einer Position am Verbindungsende 32 zwischen den Polen 4 und 5 ausgerichtet. Wie in 7 gezeigt, sind die Schenkel der Nutsegmente „8“ und „9“ miteinander verschweißt, wie durch das Oval zwischen den beiden Nutsegmenten dargestellt. In ähnlicher Weise verlässt das Nutsegment „17“ in Schicht 3 von Nut 19 die Nut und verwindet sich um drei Nuten nach rechts, während das Nutsegment „16“ in Schicht 2 von Nut 25 die Nut verlässt und sich um drei Nuten nach links verwindet. Die Schenkel der Nutsegmente „16“ und „17“ sind miteinander verschweißt, wie durch das Oval zwischen den beiden Nutsegmenten in 7 dargestellt. Eine ähnliche Verwindungs- und Schweißverbindung ist auch in 7 für jedes der Nutsegmente „24“ und „25“, „32“ und „33“ usw. dargestellt. Bei diesem Muster verwinden sich die Nutsegmente der Schichten 1, 3, 5 und 7 um drei Nuten nach rechts und die Nutsegmente der Schichten 2, 4, 6 und 8 verwinden sich um drei Nuten nach links.
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Es ist zu erkennen, dass die nummerierten Nutsegmente in 7 dem Pfad A zugeordnet sind und eine Reihe von sich kreuzenden Endwindungen 24b zeigen, die Verbindungen zwischen Schichtenpaaren herstellen (d. h. die Schweißung zwischen „16“ und „17“ verbindet Schichtenpaar 1-2 mit Schichtenpaar 3-4, die Schweißung zwischen „32“ und „33“ verbindet Schichtenpaar 3-4 mit Schichtenpaar 5-6, und die Schweißung zwischen „48 und 49“ verbindet Schichtenpaar 5-6 mit Schichtenpaar 7-8). Diese Schweißungen für die kreuzenden Verbindungsenden sind alle in radialer Richtung ausgerichtet und gleichzeitig gegenüber den benachbarten Schweißungen, die innerhalb eines Schichtenpaares die regulären Verbindungsenden 24a bilden, versetzt (z. B. ist die kreuzende Verbindungsende 24b zwischen „16“ und „17“ in Umfangsrichtung gegenüber der regulären Verbindungsende 24a zwischen „8“ und „9“ sowie „24“ und „25“ versetzt). In der Anordnung von 5 und 7 sind alle Schweißungen für die Kreuzungsendwindungen von Pfad A zwischen den Polen 4 und 5 angeordnet, während alle Schweißungen für die Kreuzungsendwindungen für Pfad B zwischen den Polen 5 und 6 angeordnet sind. Dementsprechend sind die benachbarten Schweißungen zwischen diesen Polen alle in Umfangsrichtung versetzt (d. h. nicht in Umfangsrichtung ausgerichtet).
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Während die Schweißungen für Endwindungen mit benachbarten, sich kreuzenden Endwindungen in Umfangsrichtung versetzt sind, werden die Schweißungen für reguläre Endwindungen 24a, die nicht mit einer benachbarten, sich kreuzenden Endwindung 24b verbunden sind, alle in Umfangsrichtung ausgerichtet sein. In 5 und 7 ist beispielsweise zu erkennen, dass alle Endwindungen zwischen den Polen 3 und 4 sowie alle Endwindungen zwischen den Polen 7 und 8 ausgerichtet sind. Diese Anordnung mit ausgerichteten regelmäßigen Endwindungen 24a zwischen den meisten Polen und einigen versetzten Endwindungen für überkreuzte Verbindungen 24b zwischen einigen wenigen Polen ist vorteilhaft, da sie ein schnelles und bequemes Verschweißen der Schenkelenden am Verbindungsende des Stators während der Montage ermöglicht. Somit bietet die beschriebene Wicklungsanordnung nicht nur vorteilhafte Merkmale innerhalb des Stators, sondern ist auch relativ einfach herzustellen.
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Dritte alternative Ausführungsform der Wicklung
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Ein drittes Beispiel einer alternativen Ausführungsform der Wickelanordnung wird in Verbindung mit den 8-9 offenbart. 8 zeigt ein tabellarisches Diagramm dieser dritten alternativen Ausführungsform der Wicklung. Die Wicklung von 8 ähnelt der von 4 und 5, weist jedoch einige wesentliche Unterschiede auf. Wie in 8 gezeigt, ist die Wicklung als eine Wicklung mit drei Nuten pro Pol pro Phase (SPPPP) konfiguriert, im Gegensatz zu zwei SPPPP wie in 4 und 5. Die Wicklung in 8 hat ebenfalls nur sechs Pole.
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Für die Wicklungsanordnung von 8 haben die Standardendwindungen 24a eine 9er-Teilung (Standardteilung = 9) und die Über-Unter-Endwindungen 24c eine 11er- (über), 8er- (unter #1) bzw. 8er- (unter #2) Teilung (d. h. es gibt zwei Unter-Endwindungen mit einer 8er-Teilung und eine Über-Endwindung mit einer 11er-Teilung, wobei die Über-Endwindung mit einer 1 ler-Teilung die beiden Unter-Endwindungen mit einer 8er-Teilung überbrückt). Ein Beispiel für die Anordnung eines über/zwei unterliegenden Endes ist in 8 zwischen den Polen 3 und 4 auf den Ebenen 1 und 2 dargestellt. An dieser Stelle verbindet eine Endwindung mit einer 1 ler-Teilung das Nutsegment „17“ in Schicht 1 der Nut 34 mit dem Nutsegment „18“ in Schicht 2 der Nut 23; eine Endwindung mit einer 8er-Teilung verbindet das Nutsegment „11“ in Schicht 1 von Nut 33 mit dem Nutsegment „12“ in Schicht 2 von Nut 25; und eine Endwindung mit einer 8er-Teilung verbindet das Nutsegment „5“ in Schicht 1 von Nut 32 mit dem Nutsegment „6“ in Schicht 2 von Nut 24.
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9 ist eine Radial-/Seitenansicht, die die Konfiguration der Endwindungen am Kopfende der Wicklungsanordnung von 8 zeigt. Wie auf der linken Seite von 9 dargestellt, sind drei Standard-Endwindungen 24a mit einer 9er-Teilung in einer Beziehung gezeigt, in der jede Standard-Endwindung mit den benachbarten Standard-Endwindungen verschachtelt ist.
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Die mittlere Ansicht von 9 zeigt einen Satz von drei Über-Unter-Endschleifen 24c, wobei sich die Über-Endschleife mit einer 1 ler-Teilung vollständig über zwei Endschleifen mit einer 8er-Teilung erstreckt, die in benachbarten Nuten und Schichten miteinander verschachtelt sind. Wie in der Mitte von 9 dargestellt, überbrückt die Endschleife mit einer 1 ler-Teilung die beiden Endschleifen mit einer 8er-Teilung.
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Die rechte Seite von 9 zeigt eine alternative Anordnung für die Über-Unter-Endschleifen 24c der Wicklung von 8. Bei dieser Anordnung gibt es zwei Endschleifen mit einer 10er-Teilung und eine Endschleife mit einer 7er-Teilung. Die beiden Über-Endschleifen mit einer 10er-Teilung sind ineinander verschachtelt und überbrücken über die eine Endschleife mit einer 7er-Teilung.
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Zusätzliche Ausführungsformen
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Während verschiedene Ausführungsformen der Statorwicklung mit Über-Unter-Endwindungen für die Kreuzungsausrichtung hier offenbart wurden, sind zahlreiche weitere Ausführungsformen ebenfalls möglich. Beispiele für weitere alternative Ausführungsformen schließen Folgendes ein:
- - Weniger Leiter in jeder Nut (z. B. 2) oder mehr Leiter in jeder Nut (z. B. 10);
- - Die Schweißungen könnten durchgehende Endschleifen an beiden Enden sein (und nicht nur ein axiales Ende in Form von Schweißendschleifen, wie es bei einem Haarnadelstator der Fall ist);
- - Es kann mehr Nuten pro Pol pro Phase (SPPPP) geben, z. B. 4;
- - Für 4 SPPPP ist die Standard-Teilung = 12 und die Über-Unter-Teilung = eine 15 über drei 11er-Teilungen;
- - Für 4 SPPPP könnten die Über-Unter-Endschleifenabstände alternativ drei 13er-Teilungungen über eine 9er-Teilung sein;
- - Bei 2 SPPPP weist die gezeigte Konstruktion für jede Umwicklung von zwei Leitern um 360 Grad einen Bereich von 7 über 5 Endschleifen auf. In einer Ausführungsform muss die Anzahl der 7 über 5 Endschleifen eine ungerade Anzahl pro Umwicklung für 2 Drähte sein. Also entweder eins, drei, fünf.....usw. pro Umwicklung;
- - Für 3 SPPPP, für jede Wicklung von drei Leitern, muss es einen oder drei plus 1 Bereiche für die Endschleife pro Wicklung geben. Also zum Beispiel 1,4,7....usw.; und
- - Bei 4 SPPPP sollte für jede Umwicklung von vier Leitern ein oder vier plus 1 Über-Endschleifenbereiche vorhanden sein, z. B. 1, 5, 9....usw.
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Obwohl hier beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbart wurden, wird der Fachmann erkennen, dass auch andere Implementierungen und Anpassungen möglich sind. Ferner können Aspekte der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen kombiniert oder durch Aspekte von anderen Merkmalen ersetzt werden, um zu anderen Ausführungsformen als den hier beschriebenen zu gelangen. Darüber hinaus versteht es sich, dass verschiedene der vorstehend offenbarten und andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon wünschenswerterweise in viele andere unterschiedliche Systeme oder Anwendungen kombiniert werden können. Verschiedene derzeit unvorhergesehene oder nicht erwartete Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen daran können anschließend vom Fachmann vorgenommen werden, die ebenfalls von jeglichen schließlich beigefügten Ansprüchen abgedeckt sein sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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