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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Miniaturmotor, der eine fortlaufende
Durchführung ermöglicht zur Aufwicklung von Rotorpolwicklungen, zum
Verbinden von Rotorpolwicklungen mit Kommutatorsegmenten, und zum
Verbinden eines Kurzschlussdrahtes mit zwei Kommutatorsegmenten,
die zueinander radial gegenüberliegend angeordnet sind,
und betrifft ein Herstellungsverfahren für den Miniaturmotor.
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STAND DER TECHNIK
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Ein
4-Pol-Feld-Gleichstrom-(DC)-Miniaturmotor wird in einem Einsatzgebiet
verwendet, das große Ausgangsleistung erfordert, wie etwa
in dem Gebiet von motorbetriebenen Werkzeugen. Die 16 entspricht
einer Aufbauansicht, die das Prinzip herkömmlicher Rotorwicklungen
für einen 4-Pol-Feld-DC-Miniaturmotor darstellt (siehe
Patentdokument 1). Das Prinzip einer herkömmlichen Wicklung
wird für den Fall von sechs Rotorpolen (rotor poles) und
sechs Kommutatorsegmenten bzw. -lamellen beschrieben und als Beispiel
einer sogenannten multipolaren Wicklung herangezogen, bei der die Wicklung
um drei Rotorpole gewickelt ist. Die dargestellte Wicklung bzw.
Aufwicklung wird kontinuierlich mittels zwei elektrischer Drähte
ausgeführt. Die durchgezogene Linie zeigt eine erste Wicklung,
die von einem Kommutatorsegment a ausgeht bzw. beginnt, und eine
gestrichelte Linie, die eine zweite Wicklung darstellt, die von
einem Kommutatorsegment a' ausgeht.
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In 16 sind
die Kommutatorsegmente a und a', b und b' bzw. c und c' jeweils
radial gegenüberliegend zueinander auf einem Kommutator
angeordnet. Die erste Wicklung, die durch die durchgezogene Linie
angezeigt wird, fängt an dem Kommutatorsegment a an, wird
um die Rotorpole 3, 2 und 1 mit vorgebbaren Windungen (turns) gewickelt,
wird mit dem nächst benachbarten Kommutatorsegment b verbunden
(angeschlossen) und wird dann mit dem Kommutatorsegment b' verbunden,
das radial gegenüberliegend zu dem Kommutatorsegment b
angeordnet ist. Ein Abschnitt der ersten Wicklung, welcher die Kommutatorsegmente
b und b' verbindet, ist als ein Kurzschlussdraht dargestellt. Dann
geht die erste Wicklung an dem Kommutatorsegment b' weiter, wird auf ähnliche
Weise um die Rotorpole gewickelt, wird mit dem benachbarten Kommutatorsegment
c' verbunden und wird dann mit dem Kommutatorsegment c verbunden,
das radial gegenüberliegend zum Kommutatorsegment c' angeordnet
ist. Dann geht die erste Wicklung an dem Kommutatorsegment c weiter und
wird schließlich über das Kommutatorsegment a' mit
dem Kommutatorsegment a verbunden, von welchem die Wicklung ausgegangen
ist. Auf ähnliche Weise beginnt die zweite Wicklung, die
durch die Strichlinie angezeigt ist, am Kommutatorsegment a' und
endet am Kommutatorsegment a'.
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Die 17 ist
eine Aufbauansicht, die Rotorwicklungen eines tatsächlich
hergestellten herkömmlichen 4-Pol-Feld-Gleichstrom-Miniaturmotors
darstellt. Die herkömmliche Wicklung wird für
den Fall von 10 Rotorpolen und 10 Kommutatorsegmenten beschrieben
und als ein Beispiel einer sogenannten multipolaren Wicklung herangezogen,
bei der die Wicklung um drei Rotorpole gewickelt ist. In 17 sind
zur klaren Darstellung die Rotorpole in zwei vertikal getrennten
Reihen dargestellt, jedoch zeigt dieselbe Nummer bzw. Ziffer denselben
Rotorpol an. Die dargestellte Wicklung wird kontinuierlich mittels
zwei elektrischer Drähte ausgeführt. Die erste
Wicklung, die von dem Kommutatorsegment a ausgeht, ist unterhalb
einer Reihe von Kommutatorsegmenten dargestellt, und die zweite
Wicklung, die von dem Kommutator a' ausgeht, ist oberhalb der Reihe
der Kommutatorsegmente dargestellt. In 17 bezeichnet
S einen Wicklungsanfangspunkt und E bezeichnet einen Wicklungsendpunkt.
Das Verfahren des Aufwickelns ist in 17 dargestellt
und ist im Wesentlichen ähnlich zu dem in 16 dargestellten
Verfahren. Somit kann die Beschreibung des Wicklungsverfahrens ausgelassen
werden.
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Ein
4-Pol-Feld-Gleichstrom-Miniaturmotor, wie in 16 oder 17 gezeigt,
benötigt eigentlich Kurzschlussdrähte zur Verbindung
radial gegenüberliegender Kommutatorsegmente, wenn ein
Paar von Bürsten verwendet wird oder wenn, obwohl zwei Bürstenpaare
verwendet werden, eine Genauigkeit der Motorrotation es erfordert,
weiter verbessert zu werden. Die veranschaulichte Verdrahtungsmethode ermöglicht
es, das Wickeln um Rotorpole und das Verbinden von Kurzschlussdrähten
mittels Verwendung von zwei elektrischen Drähten kontinuierlich auszuführen.
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Jedoch
benötigt ein solches Wickelverfahren das Anschließen
von drei elektrischen Drähten an dem Wicklungsbeginn und
am Ende der Kommutatorsegmente. Beispielsweise kommen in 17 die elektrischen
Drähte an dem Kommutatorsegment a wie folgt zusammen: Zusätzlich
zu dem ersten Anschluß eines Wicklungsanfangsdrahtes und
dem zweiten Anschluß eines Wicklungsenddrahtes wird ein
elektrischer Draht von einem Kommutatorsegment e um Rotorpole gewickelt,
wird drittens an dem Kommutatorsegment a angeschlossen (third hooked) und
wird dann mit dem Kommutatorsegment a' verbunden, das radial gegenüberliegend
zum Kommutatorsegment a angeordnet ist. Die angeschlossenen elektrischen
Drähte sind an den jeweiligen Kommutatorsegmenten zur elektrischen
Verbindung und mechanischen Festigung punktverschweißt
bzw. punktfixiert. In dem Fall, bei dem Rotorwicklungen dicke Drähte
verwenden, um einen Motor mit großer Ausgangsleistung zu
implementieren, ist das Punktschweißen mit Schwierigkeiten
verbunden.
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Die 18 entspricht
einer Serie von Ansichten zur Erläuterung von Verbindungen
elektrischer Drähte mit einem Kommutatorsegment. Wie in (a)
der 18(A) gezeigt, ist ein Endbereich
eines Kommutatorsegmentes gebogen bzw. abgekantet, das auf einem
zylindrischen Kommutatorkern angeordnet ist, der an einer Welle
fixiert ist, wodurch ein elektrischer Drahtverbindungsbereich ausgebildet wird.
Als nächstes werden, wie in (b) bezeigt, elektrische Drähte
in einer Ausnehmung angeschlossen, die zwischen dem elektrischen
Drahtverbindungsbereich und dem Kommutatorsegment ausgebildet ist. Als
nächstes, wie in (c) gezeigt, wird eine Punktschweiß-Elektrode
gegen den elektrischen Drahtverbindungsbereich gepresst, und nachfolgend punkt-verschweißt.
Jedoch, wie in (d) gezeigt, sind mit dem Punktverschweißen
Schwierigkeiten verbunden, wenn drei dicke elektrische Drähte
angeschlossen werden. Falls der elektrische Drahtverbindungsbereich
verlängert wird (eine Nut wird vertieft, in der elektrische
Drähte verbunden sind), um die Punktschweißfähigkeit
zu verbessern, wächst die gesamte Motorlänge an.
Somit wird aufgrund der Beschränkung von Motorabmessungen
solch eine dimensionale Vergrößerung verhindert.
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Gemäß der
in 16 und 17 gezeigtem Wicklungsmethode,
und um das Aufwicklung um Rotorpole und die Verbindung von Kurzschlussdrähten durch
kontinuierliche Wicklungsvorgänge zu ermöglichen,
werden radial gegenüberliegende Kommutatorsegmente zweifach
verbunden, d. h. radial gegenüberliegende Kommutatorsegmente
werden über zwei Kurzschlussdrähte verbunden.
Somit kommen in einem Bereich zwischen dem Kommutator und den Rotorpolen
die Kurzschlussdrähte zum Kommutator hin zusammen. Insbesondere
wenn ein dicker elektrischer Draht verwendet wird, sammeln sich
die elektrischen Drähte voluminös in der Nähe
der Kommutatorsegmente. Auch wird die äußere Erscheinung
der Wicklung ungleichförmig, woraus ein Unterschied in dem
Wicklungswiderstand unter den Wicklungen auftritt. Deshalb wird
die Funktionsfähigkeit (Strom) instabil.
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Die 19(A) und 19(B) entsprechen einem
Paar konzeptioneller Ansichten zur Erläuterung der ungleichförmigen
Wicklungserscheinung und zeigen Wicklungen, wie sie aus Längsrichtung eines
Rotor gesehen werden. Die 19(A) zeigt
einen Fall, bei dem durch Einsatz von zwei elektrischen Drähten
sechs Wicklungen kontinuierlich durch Aufwicklung von je zwei Wicklungen
aufgewickelt werden. Die 19(B) zeigt
einen Fall, wo durch Verwendung eines elektrischen Drahtes sechs
Wicklungen kontinuierlich gewickelt werden. In jedem Fall wird eine
multipolare Wicklung angewendet und die Anzahl, die den Wicklungen
zugeordnet ist, durch entsprechende Ellipsen in 19(A) und 19(B) angezeigt,
welche die Abfolge der Wicklung darstellt. Eine laterale Projektion
einer Wicklung 1, die zuerst gewickelt wird, ist gering. Da eine
nachfolgende Windung auf der vorhergehenden Windung aufgewickelt wird,
wächst eine laterale Projektion der nachfolgenden Windung
an (die äußere Erscheinung der Wicklung wird ungleichförmig).
Die Unförmigkeit der Erscheinung der Wicklung wird durch
voluminöses Zusammenkommen von Kurzschlussdrähten
in der Nähe der Kommutatorsegmente gesteigert und durch
Verwendung von dicken elektrischen Drähten. Da der elektrische
Widerstand jeder Wicklung, die zwischen zwei Kommutatorsegmenten
verbunden ist, von der Gesamtlänge abhängt, steigt
der elektrische Widerstand einer jeden Wicklung sequentiell in Richtung
der letzten gewickelten Windung an. Bei einem 4-poligen Feld-Gleichstrom-Motor
fließt Strom in zwei radial gegenüberliegende
Wicklungen zur selben Zeit, wodurch magnetische Felder derselben Richtung überlagernd
erzeugt werden. Insbesondere, wenn, wie in 19(A) gezeigt,
zwei Windungen mit geringem Widerstand und zwei Windungen mit großem
Widerstand jeweils in einer radial gegenüberliegenden Art
angeordnet sind, schwankt der Strom stark, der während
einer Umdrehung des Motors fließt.
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Die 20 entspricht
einer Ansicht, die die Schwankungen eines Stromsignals während
des Umlaufs einer Umdrehung des Rotors darstellt. In 20 gibt „Stand
der Technik” die Schwankungen in gemessenen Stromsignalen
eines Miniaturmotors an, der Wicklungen, wie in 17 gezeigt,
aufweist. Im Gegensatz zu einem Miniaturmotor der vorliegenden Erfindung
(erstes Ausführungsbeispiel wird später mit Bezug
auf 6 und 7 geschildert), hat der herkömmliche
Miniaturmotor in Messungen große Fluktuationen bzw. Schwankungen
im Strom aufgewiesen, der während eines Umlaufs einer Rotorumdrehung
fließt.
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Bei
dem in 16 und 17 gezeigten Wicklungsverfahren
sind die gegenüberliegenden Enden einer jeden Wicklungsspule,
die um Rotorpole gewickelt ist, mit entsprechenden Kommutatorsegmenten
verbunden, und radial gegenüberliegende Kommutatorsegmente
sind durch einen Kurzschlussdraht verbunden, wodurch zwei radial
gegenüberliegende Wicklungen parallel an eine Gleichstromversorgung
angeschlossen wird. Jedoch ist die Serienverbindung von Wicklungen
ebenfalls bekannt. Die 21 entspricht einer Ansicht
zur Erläuterung eines Beispiels von Wicklungen in allgemeiner
Serienverbindung. Wie in 21 gezeigt,
beginnt die Wicklung von dem Kommutatorsegment a ausgehend, wird
die Wicklung 1 um die Rotorpole 3, 2 und 1 mit vorgebbaren Windungen
(turns) gewickelt, kontinuierlich in Reihe mit der Wicklung 1 wird
eine Wicklung 2 um die Rotorpole 8, 7 und 6 gewickelt und dann wird
die Wicklung 2 mit dem nächsten benachbarten Kommutatorsegment
verbunden. Dann wird das Kommutatorsegment b über einen
Kurzschlussdraht mit dem Kommutatorsegment b' verbunden, das radial
gegenüberliegend zum Kommutatorsegment angeordnet ist.
Nachfolgend fährt das Aufwicklen in gleicher Weise fort.
In solchen seriellen Verbindungen von Wicklungen, werden zwei Wicklungen
in Serie zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten verbunden. Somit
sind radial gegenüberliegende Kommutatorsegmente miteinander
lediglich über einen Kurzschlussdraht verbunden, so dass
das oben genannte Problem des Anschlusses von drei elektrischen Drähten
nicht auftritt. Jedoch ist die Serienverbindung von Wicklungen in
ihrer Wirkungsweise der parallelen Verbindung von Wicklungen unterlegen.
Mittels eines Halbierens der Anzahl von Windungen und einer Verdopplung
des Bereiches (Dicke) des elektrischen Drahtes, kann die Serienverbindung
von Wicklungen eine Funktionsfähigkeit bzw. Wirksamkeit
vorweisen, die ähnlich zu jener von parallelen Verbindung
von Wicklungen ist. Jedoch bürdet das Aufwickeln eines
dicken elektrischen Drahtes bei Miniaturmotoren der Herstellung
eine Belastung auf. Außerdem erhöht das Aufwickeln
eines dicken Drahtes den Grad der Ungleichförmigkeit der äußeren
Erscheinung der Wicklung, wodurch ein Unterschied im Widerstand
unter den Rotorwicklungen auftritt.
- Patentdokument 1: Japanische Gebrauchsmuster-Veröffentlichung
(kokoku). Nr. H6-2463
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDEN AUFGABEN
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gleichstrom-Miniaturmotor
vorzuschlagen, der vier- oder mehrpolige Felder aufweist, der Kurzschlussdrähte
für parallele Verbindungen enthält, um somit kontinuierliches
Aufwickeln von Rotorwicklungen paralleler Verbindungen zu ermöglichen,
der vorteilhaft in seiner Wirkungsweise ist und der die elektrische
Verbindung erleichtert sowie die mechanische Befestigung von elektrischen
Drähten an Kommutatorsegmenten durch Beschränkung
auf eine Anzahl von elektrischen Drähten, die an dem Kommutatorsegment
angeschlossen sind, auf Zwei oder weniger ermöglicht.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABEN
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Die
vorliegende Erfindung schlägt einen Miniaturmotor und sein
Herstellungsverfahren vor, bei dem Magneten an einer inneren Umlauffläche
eines Motorgehäuses so angeordnet sind, dass ihre Nord- und
Südpole wechselweise umgekehrt sind, um somit als Feldmagneten
bzw. Ständermagneten zu dienen, wobei eine gerade Anzahl
von Rotorpolen und einen Kommutator, welcher dieselbe Anzahl an
Kommutatorsegmenten wie die Anzahl der Rotorpole aufweist, auf einer
drehbaren Welle bzw. Rotorwelle angeordnet sind, wobei jeder der
Rotorpole einen ausgeprägten magnetischen Polkern (pole
core) und eine Wicklung aufweist, die um einen einzelnen ausgeprägten
magnetischen Polkern oder um eine Vielzahl von ausgeprägten
magnetischen Polkernen gewickelt ist, wobei gegenüberliegende
Enden der Wicklung mit jeweiligen Kommutatorsegmenten verbunden
sind, und wobei ein Kurzschlussdraht zwei Kommutatorsegmente verbindet,
die zueinander radial gegenüberliegend angeordnet sind.
Die Wicklungen, welche jeweils mit den Kommutatorsegmenten verbunden
sind, stellen eine Kombination von Wicklungen ersten Typs und Wicklungen
zweiten Typs dar, wobei die Wicklung des ersten Typs mit benachbarten
Kommutatorsegmenten so verbunden ist, dass ihr erstes Ende mit einem
der benachbarten Kommutatorsegmente verbunden ist und ihr anderes Ende
mit dem anderen der benachbarten Kommutatorsegmente verbunden ist,
wobei die Wicklung des zweiten Typs mit Kommutatorsegmenten so verbunden
ist, dass mindestens ihr eines Ende mit einem Kommutatorsegment
verbunden ist, das radial gegenüberliegend zu einem der
benachbarten Kommutatorsegmente angeordnet ist, mit denen die Enden der
Wicklung verbunden wären, wenn die Wicklung vom ersten
Typ wäre. Nur ein Kurzschlussdraht wird für jede
Kurzschlussverbindung von radial gegenüberliegenden Kommutatorsegmenten
verwendet.
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Wenn
die Anzahl der Kommutatorsegmente gleich der geraden Anzahl von
Rotorpolen ist und durch 2 × N repräsentiert wird,
wobei N eine Integer-Zahl darstellt, und wenn jedes Paar der Wicklungen
aus zwei Windungen besteht, die radial gegenüberliegend
zueinander angeordnet sind, werden die Wicklungen des ersten Typs
und die Wicklungen des zweiten Typs so verwendet, dass, wenn N einer
geraden Anzahl entspricht, jedes der mindestens N/2 Paare aus der
Wicklung des ersten Typs und aus der Wicklung des zweiten Typs besteht,
und jedes der übrigen Paare aus der Wicklung des ersten
Typs und der Wicklung des zweiten Typs besteht oder aus zwei Wicklungen
des ersten Typs besteht, oder so dass, wenn N eine ungerade Anzahl
darstellt, jedes der mindestens (N – 1)/2 Paare aus der
Wicklung des ersten Typs und der Wicklung des zweiten Typs besteht
und jedes der verbleibenden Paare aus der Wicklung des ersten Typs
und der Wicklung des zweiten Typs besteht oder aus zwei Wicklungen
des ersten Typs besteht.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt auch einen Rotor für
einen Miniaturmotor vor, bei dem, während Wicklungen kontinuierlich
durch Verwendung von einem oder zwei elektrischen Drähten
gewickelt werden, zwei oder ein elektrischer Draht an einem elektrischen
Drahtverbindungsabschnitt eines jeden Kommutatorsegmentes angeschlossen
ist. Wenn die Anzahl der Kommutatorsegmente gleich ist zur geraden
Anzahl von Rotorpolen und durch 2 × N repräsentiert
wird, wobei N eine Integer-Zahl darstellt, und wenn jedes Paar von
Kommutatorsegmenten aus zwei Kommutatorsegmenten besteht, die zueinander radial
gegenüberliegend angeordnet sind, besteht jedes von (N – 1)
Paaren aus einer Gesamtzahl von N-Paaren aus einem Kommutatorsegment,
an dem vier elektrische Drähte zusammentreffen und aus
einem Kommutatorsegment, an dem zwei elektrische Drähte
zusammentreffen. Das verbleibende eine Paar, das die Kommutatorsegmente
enthält, an denen die Wicklung beginnt oder endet, ist
derart, dass, wenn die Wicklung an demselben Kommutatorsegment beginnt
und endet, das eine Paar aus einem Kommutatorsegment besteht, an
dem vier elektrische Drähte zusammentreffen, und aus einem
Kommutatorsegment besteht, an dem die Windung beginnt und endet
und an dem zwei elektrische Drähte zusammentreffen, und
ist derart, dass, wenn die Wicklung an jeweils verschiedenen Kommutatorsegmenten
beginnt und endet, die zueinander radial gegenüberliegend
angeordnet sind, das eine Paar aus zwei Kommutatorsegmenten besteht,
an denen drei elektrische Drähte jeweils zusammenkommen.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung zur kontinuierlichen Aufwicklung von Rotorwicklungen
in paralleler Verbindung bzw. Verdrahtung, was vorteilhaft in der
Wirkungsweise ist, kann ein Gleichstrom-Miniaturmotor mit einem
vier- oder mehrpoligen Feld so konfiguriert werden, dass nur ein
Kurzschlussdraht für jede Kurzschlussverbindung von radial
gegenüberliegenden Kommutatorsegmenten verwendet wird,
und so, dass die Anzahl der elektrischen Drähte, die an
jedem Kommutatorsegment angeschlossen sind, auf Zwei oder weniger
begrenzt ist.
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Selbst
wenn ein dicker elektrischer Draht verwendet wird, vermeidet der
Einsatz von lediglich einem Kurzschlussdraht für jede Kurzschlussverbindung
das Problem, bei dem elektrische Drähte voluminös
in der Nähe der Kommutatorsegmente zusammentreffen, was
andererseits sich aus dem Zusammenkommen von Kurzschlussdrähten
in Richtung des Kommutators im Bereich zwischen dem Kommutator und
den Rotorpolen ergeben könnte, wodurch die Unförmigkeit
der äußeren Erscheinung der Wicklung beschränkt
wird und die Ungleichheit des Widerstandes unter den Wicklungen
beschränkt wird. Demzufolge kann die Funktionsfähigkeit
bzw. Wirkung (Strom) stabilisiert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1(A) entspricht einer vertikalen Schnittansicht,
die einen gesamten 4-Pol-Feld-Miniaturmotor darstellt, auf den die
vorliegende Erfindung angewendet werden kann, und 1(B) entspricht einer Ansicht, die lediglich einen
Kommutator darstellt.
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2(A) ist eine frontale Ansicht, die einen Rotor
darstellt vor der Ausführung einer Wicklung auf seiner
horizontal liegenden Welle, und 2(B) ist eine
seitliche Ansicht des Rotors wie er von der Kommutatorseite aus
gesehen wird.
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3 ist eine Ansicht, die eine Lagerelation eines
Bürstenpaares zum Kommutator darstellt, und 3(B) ist eine Ansicht, die eine Anordnung von zwei
Bürstenpaaren darstellt.
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4 ist eine konzeptionelle Ansicht zur
Erläuterung des Prinzips der einfachsten herkömmlichen
Drahtverbindung für einen 4-poligen Motor und 4 ist eine Ansicht zur Erläuterung
einer herkömmlichen kontinuierlichen Aufwicklung.
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5(A) ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer
Wicklung darstellt zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden
Erfindung und 5(B) ist eine Ansicht, die ein
weiteres Beispiel einer Wicklung der vorliegenden Erfindung darstellt.
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6 ist
eine Aufbauansicht, die Rotorwicklungen eines ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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7 ist
eine erläuternde Ansicht, die die Wicklungen nach 6 in
einer umlaufend angeordneten Art und Weise darstellt.
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8 ist
eine Ansicht zur Erläuterung einer Wicklungssequenz für
die in 7 dargestellte Wicklungskonfiguration.
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9 ist
eine Ansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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10 ist
eine Ansicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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11 ist
eine Ansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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12 ist
eine Ansicht, die ein fünftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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13 ist
eine Ansicht, die ein sechstes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung darstellt.
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14 ist
eine Ansicht, die ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
darstellt.
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15 ist
eine Ansicht, die ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
darstellt.
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16 ist
eine Aufbauansicht, die das Prinzip der herkömmlichen Rotorwicklungen
für einen 4-Pol-Feld-Gleichstrom-Miniaturmotor darstellt.
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17 ist
eine Aufbauansicht, die Rotorwicklungen eines tatsächlich
hergestellten herkömmlichen 4-Pol-Feld-Gleichstrom-Miniaturmotors
darstellt.
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18 ist
eine Reihe von Ansichten zur Erläuterung der Verbindungen
bzw. Anschlüsse von elektrischen Drähten mit einem
Kommutatorsegment.
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19(a) und 19(B) entsprechen
einem Paar von konzeptionellen Ansichten zur Erläuterung
der ungleichförmigen äußeren Erscheinung
der Wicklungen, welche die Wicklungen, von der Rotorseite aus gesehen,
darstellen, 19(A) zeigt einen Fall, bei
dem durch Anwendung von zwei elektrischen Drähten, sechs
Wicklungen kontinuierlich gewickelt werden mittels gleichzeitiger
Wicklung von je zwei Wicklungen, und 19(B) zeigt
einen Fall, bei dem durch Einsatz eines elektrischen Drahtes sechs Wicklungen
kontinuierlich gewickelt werden.
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20 ist
eine Ansicht, die Fluktuationen bzw. Schwankungen im Stromverlauf
während des Umlaufs einer Umdrehung des Rotors darstellt.
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21 ist
eine Ansicht zur Erläuterung eines Beispiels von Wicklungen
in einer allgemeinen seriellen Verbindung.
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BESTE WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindungen werden als Nächstes anhand
von Beispielen beschrieben. Vor der Beschreibung der Ausführungsbeispiele
wird ein Miniaturmotor mit Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben, auf den die vorliegende
Erfindung angewendet werden kann. Die 1 entspricht
einem Paar von Ansichten, die einen 4-Pol-Feld-Miniaturmotor darstellen,
auf dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, wobei
die 1(A) einer vertikalen Querschnittsansicht
entspricht, die den Motor in Gänze darstellt, und die 1(B) einer Ansicht entspricht, die nur einen Kommutator
darstellt. In dem dargestellten Motor sind zwei Paare von Magneten
(vier Pole) an einer innen umlaufenden Fläche des Motorgehäuses
angeordnet, welches aus einem metallischen Material in einer rohrförmigen,
unten abgeschlossenen Form derart ausgebildet ist, dass ihre Nord-
und Südpole alternierend umgekehrt sind, um somit als Feldmagneten
bzw. Ständermagneten zu dienen. Die vorliegende Erfindung
kann auf einen Motor mit vier oder mehrpoligen Feldern angewendet
werden, jedoch wird unten stehend als Beispiel ein 4-Pol-Feld-Miniaturmotor
beschrieben.
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Wie
in 1(A) gezeigt wird, ist eine
Gehäuseabdeckung an einem Öffnungsbereich des
Motorgehäuses angepasst. Ein Lager bzw. eine Lagerung zur
Aufnahme einer Welle ist in einem zentralen Abschnitt der Gehäuseabdeckung
untergebracht. Das andere Ende der Welle wird durch ein Lager bzw. eine
Lagerung gestützt, die an der Mitte des unteren Abschnitts
des rohrförmigen unten geschlossenen Motorgehäuses
angeordnet ist. Eine gerade Anzahl von Rotorpolen und ein Kommutator,
der dieselbe Anzahl an Kommutatorsegmenten hat wie die Anzahl der
Rotorpole, sind an der Welle befestigt, wodurch ein Rotor des Miniaturmotors
ausgebildet wird. Jeder der Rotorpole enthält einen lamellenförmig
ausgeprägten magnetischen Polkern und eine Wicklung bzw.
Windung, die um den ausgeprägten magnetischen Polkern gewickelt
ist (der Anschluß, bzw. die Verbindung der Wicklung zu
den Kommutatorsegmenten ist nicht dargestellt). Ein Paar oder zwei
Paare von Kohlebürsten, die in Kontakt mit dem Kommutator
stehen, werden von der Gehäuseabdeckung über Federelemente
aufgenommen. Die Bürsten sind elektrisch mit einem Paar
von externen Anschlüssen verbunden. Die 1(B) veranschaulicht einen Kommutator mit den
Kommutatorsegmenten. Die Kommutatorsegmente sind aus einem elektrisch
leitenden Material gebildet und voneinander durch Schlitze am Kommutatorkern
getrennt, welcher aus einem elektrisch isolierenden Material (Harz)
gebildet ist. Ein Endabschnitt eines jeden Kommutatorsegmentes ist
gekrümmt, um somit einen elektrischen Drahtverbindungs-
bzw. -anschlußbereich auszubilden. Die Endabschnitte bzw.
-bereiche der um die ausgeprägten Magnetpolkerne gewickelten
Wicklungen sind mit den jeweiligen elektrischen Drahtanschlußbereichen,
nachfolgend durch Punktschweißen, verbunden (siehe 18).
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Die 2 entspricht einem Paar von Ansichten,
die den Rotor vor der Ausführung der Wicklung darstellen,
wobei die 2(A) einer frontalen Ansicht entspricht,
die den Rotor mit seiner horizontal liegenden Welle zeigt, und wobei 2(B) eine seitliche Ansicht des Rotors wiedergibt,
wie sie von der Kommutatorseite aus gesehen wird. Die 3 entspricht einem Paar von Ansichten,
die die Lagerelation der Bürsten zu dem Kommutator darstellt,
wobei die 3(A) eine Anordnung von Bürstenpaaren
zeigt, und wobei die 3(B) die
Anordnung von zwei Bürstenpaaren zeigt. In dem Fall, bei
dem zwei Bürstenpaare, wie in 3 gezeigt,
an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, wobei sie angeordnet sind,
zum Beispiel mit der dargestellten Polarität, sind die
zwei Pluspole bzw. die zwei Minuspole elektrisch zusammen verbunden.
In dem dargestellten Beispiel sind die Bürsten von der
Position her fluchtend mit der Mitte der entsprechenden Magnete
ausgerichtet.
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Wie
in 2(B) für die nachfolgende
Beschreibung gezeigt wird, sind die 10 dargestellten Kommutatorsegmente
(und elektrischen Drahtanschlussbereiche) durch Bezugszeichen a
bis e und a' bis e' angegeben, und es sind gleich viele ausgeprägte
magnetische Polkerne wie die Kommutatorsegmente durch Bezugszeichen
1 bis 10 angegeben. Gemäß einem grundlegenden
Aufwicklungsverfahren kann eine um jeden der ausgeprägten
Magnetpolkerne gewickelte Wicklung so sein, dass ihre gegenüberliegenden
Enden mit den entsprechenden Kommutatorsegmenten verbunden sind.
Beispielsweise sind die gegenüberliegenden Enden einer
um einen ausgeprägten magnetischen Polkern 2 gewickelten
Wicklung mit den Kommutatorsegmenten a und b verbunden. Wie im Falle
des hier dargestellten Beispiels, sind, um die Stromrichtung einer
Wicklung im Zentrum des Feldmagneten bzw. Ständers wechseln
zu lassen, die Zentren der Wicklungen (Zentren der ausgeprägten
Magnetpolkerne) ausgestaltet, damit sie mit den entsprechenden Schlitzen
zwischen den Kommutatorsegmenten in Übereinstimmung sind,
wodurch alle Wicklungen, die um die ausgeprägten magnetischen
Polkerne gewickelt sind, auf eine elektrisch neutrale Art und Weise
angeschlossen werden können (ohne positionelle Falschausrichtung
zu den Schlitzen zwischen den Kommutatorsegmenten). Jedoch kann
die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Konfiguration angewendet
werden, bei der eine elektrische Neutralität hergestellt
wird, sondern auch auf eine Konfiguration angewendet werden, bei
der der Motor vorlaufend (oder nachlaufend) im Winkel eingestellt
ist. Gemäß einem bekannten Verfahren zur Konfigurierung
der verzögerten Winkelstruktur werden die radial gegenüberliegenden
Bürsten in einer solchen Weise angeordnet, damit sie mit
den entsprechenden Zentren der Nord- und Südmagnete bzw.
-pole übereinzustimmen, und werden die Kommutatorsegmente
des Rotors so angeordnet, damit sie betreffend Position bzw. Lage von
den Rotorpolen in Rotationsrichtung des Rotors verschoben sind.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf einen Motor angewendet werden,
der eine solche vorlaufende Winkelstruktur (oder nachlaufende Winkelstruktur)
aufweist. Auch wurde auf herkömmliche Art eine multipolare
Wicklung, bei der die Wicklung um zwei oder drei Rotorpole erfolgt,
ausgeführt, um in größtmöglichem
Ausmaß die Fluktuationen bzw. Schwankungen in Spannung
und Strom, der an den Kommutator geschaltet wird, zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung kann nicht bloß auf eine unipolare
Wicklungsstruktur angewendet werden, bei der die Wicklung um einen
einzelnen ausgeprägten magnetischen Polkern gewickelt ist,
sondern kann auch auf eine multipolare Wicklungsstruktur angewendet
werden.
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Die 4(A) ist eine Ansicht zur Erläuterung des
Prinzips der einfachsten herkömmlichen Drahtverbindung
für einen 4-Pol-Feld-Motor. Die 4(B) zeigt
ein herkömmliches kontinuierliches Aufwickeln. Die 5(A) entspricht einer Ansicht, die ein Beispiel einer
Wicklung zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden
Erfindung darstellt. Die 5(B) ist
eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel einer Wicklung der vorliegenden
Erfindung darstellt. In 4 und 5 werden die Wicklungspulen (von denen
zwei dargestellt sind), durch entsprechende Dreiecke repräsentiert, und
die gegenüberliegenden Enden einer jeden Wicklungsspule
sind jeweils mit benachbarten bzw. daneben liegenden Kommutatorsegmenten
verbunden.
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Wie
in 4(A) gemäß der
herkömmlichen einfachsten Motor-Verdrahtung bzw. -drahtverbindung
gezeigt wird, treffen an jedem Kommutatorsegment drei (eine ungerade
Anzahl von) elektrische(n) Drähte(n), insbesondere je ein
Ende von Wicklungsspulen, die an entsprechend gegenüberliegenden Seiten
eines Kommutatorsegmentes angeordnet sind, und ein Kurzschlussdraht
zur Verbindung der radial gegenüberliegenden Kommutatorsegmente, zusammen.
Gemäß einer solchen Drahtverbindungsmethode wird
kontinuierliches Aufwickeln verhindert. Somit wird beispielsweise
das Aufwickeln kontinuierlich ohne Verbindung oder Anschluß von
Kurzschlussdrähten durchgeführt, nachfolgend werden die
Kurzschlussdrähte verbunden. Für kontinuierliches
Aufwickeln, wie in 4 gezeigt, müssen
zwei Kurzschlussdrähte für jedes Kommutatorsegment bereitgestellt
werden. In diesem Falle, weil vier (eine gerade Anzahl von) elektrische(n)
Drähte(n) an jedem Kommutatorsegment zusammentreffen, wird kontinuierliches
Aufwickeln durch Verwendung einer Wicklungsmaschine ermöglicht.
In der folgenden Beschreibung wird das Anschließen eines
Drahtes, der aus einem Draht(-Abschnitt), welcher ein bestimmtes Kommutatorsegment
erreicht, und aus einem Draht(-Abschnitt), welcher von dem Kommutatorsegment
abgeht, hier als „Anschließen eines Drahtes” bezeichnet.
Deshalb bedingen bei einem kontinuierlichen Aufwickeln vier zusammenkommende
Drähte den Anschluß von insgesamt zwei Drähten.
Jedoch werden an einem Wicklungsanfangs-Kommutatorsegment und dem
Wicklungsende-Kommutatorsegment der Anschluß eines Wicklungsanfangs
des elektrischen Drahtes und der Anschluß eines Wicklungsendes
des elektrischen Drahtes zusätzlich jeweils benötigt.
Demnach Somit werden, wie mit Bezugnahme auf 16 und 17 beschrieben,
an dem Wicklungsanfangs-Kommutatorsegment und an dem Wicklungsende-Kommutatorsegment
insgesamt drei elektrische Drähte verbunden bzw. angeschlossen.
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Wie
in 5(A) und 5(B) gezeigt,
verwendet die vorliegende Erfindung Wicklungen vom Typ A und Wicklungen
vom Typ B in einer kombinierten Art und Weise. Die Typ-A-Wicklung
ist zwischen zwei benachbarten Kommutatorsegmenten verbunden. Die
Typ-B-Wicklung ist mit den Kommutatorsegmenten so verbunden, dass
mindestens ihr eines Ende verbunden ist mit einem Kommutatorsegment, das
radial gegenüberliegend zu einem der benachbarten Kommutatorsegmente
angeordnet ist, zu denen die Enden der Wicklung verbunden wären,
wenn die Windung dem Typ A entsprechen würde (hier wird nachfolgend
ein solches Kommutatorsegment als „Kommutatorsegment, das
radial gegenüberliegend zu einem gewöhnlichen
benachbarten Kommutatorsegment angeordnet ist” bezeichnet).
Die Typ-B-Wicklung, wie in 5(A) dargestellt,
ist mit den Kommutatorsegmenten so verbunden, dass nur ein Ende
davon mit einem Kommutatorsegment verbunden ist, das radial gegenüberliegend
zu einem gewöhnlichen benachbarten Kommutatorsegment angeordnet
ist. Die Typ-B-Wicklung, wie in 5(B) dargestellt,
ist mit Kommutatorsegmenten so verbunden, dass beide ihrer gegenüberliegenden
Enden mit entsprechenden Kommutatorsegmenten verbunden sind, die
radial gegenüberliegend zu benachbarten Kommutatorsegmenten
angeordnet sind, an denen die Enden der Wicklung verbunden bzw.
angeschlossen wären, wenn die Wicklung dem Typ A entspräche (hier
werden nachfolgend solche Kommutatorsegmente als „Kommutatorsegmente,
die radial gegenüberliegend zu gewöhnlichen benachbarten
Kommutatorsegmenten angeordnet sind” bezeichnet).
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Die
Typ B-Wicklung, wie unten in 5(A) gezeigt,
(ihr eines Ende ist mit einem Kommutatorsegment verbunden, das radial
gegenüberliegend zu einem gewöhnlichen benachbarten
Kommutatorsegment angeordnet ist) wird gewöhnlicherweise
mit dem Kommutatorsegment a' und dem Kommutatorsegment b' verbunden
(siehe 4(B)), ist aber an einem seiner
Enden mit dem Kommutatorsegment a verbunden, das radial gegenüberliegend
zu dem Kommutatorsegment a' angeordnet ist. Diese Verbindung bzw.
Verdrahtung bedingt lediglich einen Kurzschlussdraht zur Verbindung
von radial gegenüberliegenden Kommutatorsegmenten. Darüber
hinaus und im Kontrast zur 4(A),
wird die Anzahl von elektrischen Drähten, die an dem Kommutatorsegment
a' in 5(A) zusammentreffen, von Vier
auf Zwei reduziert, obwohl die Anzahl an elektrischen Drähten,
die an dem Kommutatorsegment a in 5(A) zusammenlaufen,
unverändert bleibt, d. h. die Anzahl von zusammenlaufenden
Drähten weiterhin Vier beträgt. Somit beträgt,
wenn das Kommutatorsegment a einem zwischenliegenden Kommutatorsegment
in der Mitte einer kontinuierlichen Wicklung entspricht, die Anzahl
von angeschlossenen Drähten an dem Kommutatorsegment a'
Eins. Wenn das Kommutatorsegment a' einem Wicklungsanfangs-Kommutatorsegment
oder einem Wicklungsende-Kommutatorsegment entspricht, beträgt
die Anzahl von angeschlossenen Drähten am Kommutatorsegment
a' Zwei.
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Auf ähnliche
Weise ist die Typ B-Wicklung, wie unten in 5(B) gezeigt
(beide ihrer gegenüberliegenden Enden sind mit entsprechenden
Kommutatorsegmenten verbunden, die radial gegenüberliegend
zu gewöhnlichen benachbarten Kommutatorsegmenten angeordnet
sind), an ihren gegenüberliegenden Enden mit entsprechenden
Kommutatorsegmenten verbunden, die radial gegenüberliegend
zu gewöhnlichen benachbarten Kommutatorsegmenten angeordnet
sind (ein bestimmtes Verdrahtungs- bzw. Verbindungsbeispiel wird
später mit Bezugnahme auf 12 beschrieben).
Die Typ B-Wicklung dient gewöhnlich dazu, mit dem Kommutatorsegment
a' und dem Kommutatorsegment b' verbunden zu werden (siehe 4(B)), wird aber an seinen gegenüberliegenden
Enden mit dem Kommutatorsegment a und dem Kommutatorsegment b jeweils
verbunden. Somit wird nur ein Kurzschlussdraht benötigt,
um die radial gegenüberliegenden Kommutatorsegmente zu verbinden
bzw. anzuschließen. Im Gegensatz zu 4(B) und
obwohl die Anzahl der elektrischen Drähte, die an den Kommutatorsegmenten
a und b in 5(B) zusammen kommen, unverändert
bleibt, d. h. die Anzahl der zusammenkommenden Drähte vier beträgt,
wird die Anzahl an elektrischen Drähten, die an den Kommutatorsegmenten
a' und b' in 5(B) zusammentreffen, von vier
auf zwei reduziert. Somit beträgt die Anzahl von angeschlossenen
Drähten a' und b' Eins, wenn die Kommutatorsegmente a'
und b' dazwischenliegende Kommutatorsegmente in der Mitte der kontinuierlichen
Wicklung darstellen. Wenn jedes der Kommutatorsegmente a' und b'
einem Wicklungsanfangs-Kommutatorsegment oder einen Wicklungsende-Kommutatorsegment
entspricht, beträgt die Anzahl der angeschlossenen Drähte
an dem Kommutatorsegment a' und b' Zwei.
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Insgesamt
gilt: Wenn die Anzahl der Kommutatorsegmente 2 × N beträgt
(N ist eine Integerzahl) ähnlich zur Anzahl der Rotorpole,
d. h. wenn N Paare von Kommutatorsegmenten vorhanden sind, und wenn
jedes Paar an Kommutatorsegmenten aus zwei radial gegenüberliegenden
Kommutatorsegmenten besteht, gibt es (N – 1) Paare an Kommutatorsegmenten,
was sich aus dem Ausschluß von einem Paar aus N-Paaren
ergibt, wobei das eine Paar Kommutatorsegmente umfasst, an denen
die Wicklung beginnt oder endet und dergestalt sind, dass vier elektrische
Drähte an einem Segment der jeweils (N – 1) Paare
zusammentreffen (zwei elektrische Drähte sind angeschlossen),
wohingegen zwei elektrische Drähte an dem anderen Kommutatorsegment
eines jeden der (N – 1) Paare zusammentreffen (ein elektrischer
Draht ist angeschlossen). Im Falle eines Paares von Kommutatorsegmenten,
an denen die Wicklung anfangt bzw. endet, hängt die Anzahl
von elektrischen Drähten, die an jedem Kommutatorsegment zusammentreffen,
davon ab, ob die Wicklung an demselben Kommutatorsegment anfangt
und endet oder an jeweils verschiedenen Kommutatorsegmenten anfangt
und endet, die radial zueinander gegenüberliegend angeordnet
sind. In dem Fall, bei dem die Wicklung an demselben Kommutatorsegment
beginnt und endet (siehe z. B. 7), treffen
vier elektrische Drähte an einem der gepaarten Kommutatorsegmente
zusammen (zwei elektrische Drähte sind angeschlossen),
wohingegen zwei elektrische Drähte an dem anderen Kommutatorsegment
zusammentreffen, an dem die Wicklung beginnt und endet (zwei elektrische
Drähte sind angeschlossen). In dem Fall, wo die Wicklung
an jeweils verschiedenen Kommutatorsegmenten beginnt und endet,
die radial gegenüberliegend zueinander angeordnet sind
(siehe z. B. 9), treffen drei elektrische
Drähte an jedem der Kommutatorsegmente zusammen (zwei elektrische Drähte
sind angeschlossen).
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Als
nächstes wird ein erstes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben.
Das erste Ausführungsbeispiel ist ein Gleichstrom-Miniaturmotor, der
ein 4-poliges Feld aufweist und ein oder zwei Bürstenpaare
aufweist und bei dem die Anzahl der Rotorpole und die Anzahl der
Kommutatorsegmente derselben gradzahligen Anzahl von Sechs oder
mehr entspricht, die durch 2 × N (N ist eine Integerzahl)
repräsentiert wird. 6 entspricht
einem Abwicklungsschema bzw. einer Aufbauansicht, die 10-Schlitz-Rotorwicklungen
darstellt. Die 7 ist eine veranschaulichende
Ansicht, die die Windungen bzw. Wicklungen nach 6 in
einer umlaufend angeordneten Art und Weise darstellt.
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Wie
mit Bezugnahme auf 5 beschrieben wird,
gibt es zwei Arten von Wicklungen (Wicklungen des Typs A und Wicklungen
des Typs B), welche sich unterscheiden in der Art der Verbindung
bzw. des Anschlusses von gegenüberliegenden Enden einer Wicklungsspule
mit den Kommutatorsegmenten. In 7 wird die
Typ-A-Wicklung durch ein Dreieck mit durchgezogenen Linien repräsentiert
und ist mit Kommutatorsegmenten bzw. -lamellen so verbunden, dass
eines ihrer Enden mit einem beliebigen bzw. willkürlichen
Kommutatorsegment verbunden ist und das andere Ende mit einem Kommutatorsegment
verbunden ist, welches benachbart zu dem beliebigen Kommutatorsegment
angeordnet ist. Die Typ-B-Wicklung wird durch ein Diamantsymbol
mit Strichlinien repräsentiert und ist mit den Kommutatorsegmenten
so verbunden, dass eines ihrer Enden mit einem Kommutatorsegment
verbunden ist, dass radial gegenüberliegend zu einem gewöhnlichem
benachbarten Kommutatorsegment angeordnet ist (an welches die Typ-A-Wicklung
angeschlossen ist). In den Beispielen nach den 6 und 7 sind
fünf (N) Typ-A-Wicklungen alternierend bzw. wechselweise
in einer umlaufenden Richtung angeordnet. Die Buchstaben A und B,
welche unten in 6 erscheinen, zeigen die Wicklungstypen
an. Ein Kurzschlussdraht wird für jede Kurzschlussverbindung
von radial gegenüberliegenden Kommutatorsegmenten verwendet
und eine Gesamtanzahl von Kurzschlussdrähten entspricht
der Hälfte (5) der Anzahl (10) an Kommutatorsegmenten.
Somit kann die Anzahl an elektrischen Drähten, die an jedem
Kommutatorsegment angeschlossen sind, auf zwei oder weniger reduziert
worden. Ebenso ist ein kontinuierliches Aufwickeln (Aufwickeln ohne
zwischenzeitliches Abschneiden) unter Verwendung eines Drahtes oder
zweier Drähte möglich.
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Die
Wicklung wird weiter im besonderem beschrieben. Wie in 6 und 7 gezeigt
wird, dient das Kommutatorsegment a als Wicklungsanfangspunkt S
und als Windungsendpunkt E. In den Ausführungsbeispielen,
die unten beschrieben werden, können der Windungsanfangspunkt
S und der Windungsendpunkt E verkehrt bzw. vertauscht sein, d. h. die
Wicklung kann von dem Windungsendpunkt E starten und kann an dem
Windungsstartpunkt S enden. Jedoch zum Zwecke der Vereinfachung
der Beschreibung beginnt die Wicklung von dem Windungsstartpunkt
S und endet am Windungsendpunkt E.
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Zuerst
werden die erste bis Nte (fünfte) Wicklung bzw. Windung
als Typ-A-Wicklung aufgewickelt. Im besonderen beginnt die Wicklung
vom Kommutatorsegment a und der elektrische Draht wird um die Rotorpole
6, 5 und 4 für eine multipolare Wicklung umwickelt und
wird dann an das Kommutatorsegment b angeschlossen, das benachbart
zum Kommutatorsegment a ist. Nachfolgend wird der elektrische Draht
an das Kommutatorsegment b' angeschlossen, das radial gegenüberliegend
dem Kommutatorsegment b angeordnet ist, wodurch ein kontinuierlicher
Kurzschlussdraht dazwischen ausgebildet wird; wird dann um die Rotorpole
2, 1 und 10 gewickelt; und wird dann an das Kommutatorsegment c' angeschlossen,
das benachbart zu dem Kommutatorsegment b' ist. Anschließend
wird die Wicklung auf ähnliche Weise durchgeführt.
Um die letzte Typ-A-Wicklung aufzuwickeln, d. h. die Nte (fünfte) Wicklung
bzw. Windung, wird der elektrische Draht vor dem Kommutatorsegment
e ausgehend um die Rotorpole 10, 9 und 8 gewickelt und wird dann
mit dem Kommutatorsegment a' verbunden, welches nächst
benachbart zum Kommutatorsegment e ist.
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Anschließend
werden die N + 1te bis 2Nte (sechste bis zehnte) Windung als Typ-B-Wicklung gewickelt.
Im besonderen beginnt die Wicklung am Kommutatorsegment a' und der
elektrische Draht wird um die Rotorpole 1, 10 und 9 gewickelt und
wird dann an das Kommutatorsegment b angeschlossen, das radial gegenüberliegend
zum Kommutatorsegment b' angeordnet ist, welches benachbart zum Kommutatorsegment
a' ist. Nachfolgend wird die Windung auf ähnliche Weise
durchgeführt. Schließlich wird, um die 2Nte (zehnte)
Windung zu wickeln, der elektrische Draht vom Kommutatorsegment
e' um die Rotorpole 5, 4 und 3 gewickelt. Nachfolgend wird der elektrische
Draht an dem Kommutatorsegment a' angeschlossen, das radial gegenüberliegend
dem Kommutatorsegment a' angeordnet ist und wird dann an dem anfänglichen
Kommutatorsegment a angeschlossen, wodurch die Aufwicklung abgeschlossen wird.
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Die 8 zeigt
eine Ansicht zur Erläuterung der Wicklungssequenz für
die Wicklungskonfiguration wie in 7 gezeigt.
Die Wicklungssequenz bzw.- -reihenfolge wird durch die Nummern zwischen
1 und 10 repräsentiert. Die Typ-A-Wicklung wird durch ein Dreieck
aus durchgehenden Linien repräsentiert und die Typ-B-Wicklung
wir durch ein Diamantensymbol aus gestrichelten Linien repräsentiert,
wobei diese alternierend in einer Umfangsrichtung angeordnet sind und
sich in einer radial gegenüberliegenden Lage befinden.
Eine Wicklung, die als nächstes zu einer bestimmten Wicklung
gewickelt werden soll, ist benachbart zu einer Wicklung angeordnet,
die radial gegenüberliegend zu der bestimmten Windung angeordnet ist.
Jedoch ist die sechste Windung, die nach dem Wickeln der fünften
Windung gewickelt werden muss, benachbart zu der fünften
Wicklung angeordnet. Diese Wicklungskonfiguration ermöglicht
ein kontinuierliches Aufwickeln durch Verwendung von einem elektrischen
Draht auf einer Wickelmaschine, die als „single flyer” bezeichnet
wird oder durch Verwendung von zwei elektrischen Drähten
auf einer Wickelmaschine, die als „double flyer” bezeichnet
wird. Jedoch selbst im Falle des Aufwickelns unter Verwendung von
zwei elektrischen Drähten muss das Windungsanfangs-Kommutatorsegment
und das Windungsende-Kommutatorsegment ausgewählt werden,
um somit das Anschließen von drei elektrischen Drähten
zu verhindern. Wie oben erwähnt, wird die äußere
Erscheinung der Wicklung nicht ungleichförmig werden, weil
die Wicklungen nacheinander in einer wohl ausgewogenen Form in Umfangsrichtung
gewickelt werden können, so dass ein Unterschied im Widerstand
bei den Rotorwicklungen sehr klein ist. Wie oben mit Bezugnahme
auf 20 beschrieben wurde und im Vergleich zum Stand
der Technik zeichnet sich der Rotor, der gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel eingerichtet bzw. konfiguriert
ist, in Messungen durch geringe Fluktuation bezüglich des
Stromes aus, der während des Umlaufs einer Umdrehung des
Rotors fließt.
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Wie
oben erwähnt, gibt es, wenn eine Wicklung als Typ-B-Wicklung
verwendet wird, deren Ende mit einem Kommutatorsegment verbunden
ist, das an einer radial gegenüberliegenden Position angeordnet
ist, und wenn jedes Paar von Windungsspulen aus zwei radial gegenüberliegenden
Windungsspulen besteht, N – 1 Paare an Wicklungsspulen,
die jeweils aus der Typ-A-Wicklung und der Typ-B-Wicklung bestehen,
und das verbleibende Paar an Windungsspulen kann vom Typ-A-Wicklung
oder vom Typ-B-Wicklung sein oder kann aus zwei Typ-A-Wicklungen
bestehen. In den Ausführungsbeispielen, die unten beschrieben
werden, können die Typ-A-Wicklung und die Typ-B-Wicklung,
die radial gegenüberliegend zueinander angeordnet sind,
bezüglich des Windungstyps ungeklärt sein. Bezugnehmend
auf die 9 bis 15 werden
andere typische Ausführungsbeispiele als nächstes
beschrieben.
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9 ist
eine Ansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
in den Wicklungsstart- und -endpositionen. Gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel wird, nachdem die zehnte Wicklung
gewickelt ist, die zehnte Wicklung an das benachbarte bzw. nächste
Kommutatorsegment a angeschlossen. Die Wicklung beginnt mit einem
Kurzschlussdraht, der von dem Kommutatorsegment a' ausgeht zu dem
Kommutatorsegment a. In diesem Beispiel gibt es, weil die 10 Windungen
zur Typ-A-Wicklung hin geändert werden, N + 1 Typ-A-Windungen
und N – 1 Typ-B-Windungen. Mit anderen Worten besteht jedes
N – 1te Paar aus Typ-A-Wicklungen und die Typ-B-Wicklung,
die radial zueinander gegenüberliegend angeordnet sind,
wohingegen das andere verbleibende Paar aus zwei Typ-A-Wicklungen
besteht, die zueinander radial gegenüberliegend angeordnet
sind.
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Die 10 ist
eine Ansicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt. Ein Motor aus dem dritten Ausführungsbeispiel weist
dieselbe Konfiguration auf wie die oben beschriebenen Beispiele,
hat aber eine unterschiedliche Wicklungsreihenfolge. Die Wicklung
beginnt am Wicklungsstartpunkt S und wird in aufsteigender Reihenfolge
der Anzahl durchgeführt. Die ersten vier Wicklungen sind
Typ-B-Wicklungen. Bevor mit dem Aufwickeln der fünften
Wicklung begonnen wird, sind die Verbindungen aller Kurzschlussdrähte
abgeschlossen. Die fünfte und nachfolgenden Wicklungen sind
Typ-A-Wicklungen und werden nacheinander von einer zur benachbarten
ausgeführt ohne Bedingung einer Kurzschlussdrahtverbindung.
Schließlich wird das Wicklungsende der zehnten Wicklung
an das benachbarte Kommutatorsegment angeschlossen, wodurch der
gesamte Aufwicklungsablauf abgeschlossen ist. Das veranschaulichte
Beispiel weist (N – 1) Typ-B-Windungen auf, die in einer
sequentiell benachbarten Relation angeordnet sind, und (N + 1) Typ-A-Windungen
auf, die in einer sequentiell benachbarten Relation angeordnet sind.
Da die Wicklung so durchgeführt wird, dass Wicklungen in
einer sequentiell benachbarten Relation angeordnet sind, wird die äußere
Erscheinung der Wicklung ungleichmäßig; jedoch
wird nur ein Kurzschlussdraht für jede Kurzschlussverbindung
von radial gegenüberliegenden Kommutatorsegmenten verwendet
und die Anzahl der angeschlossenen Drähte kann auf zwei
oder weniger reduziert werden.
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Die 11 ist
eine Ansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt. Das dargestellte Beispiel weist nachfolgend zu einer
Typ A-Wicklung, (N – 1) Typ-B-Wicklungen auf, die in einer
sequenziellen benachbarten Relation angeordnet sind und weist N
Typ-A-Wicklungen auf, die in einer sequenziell benachbarten Relation
angeordnet sind. Die Wicklung beginnt von dem Wicklungsstartpunkt
S und wird in aufsteigender Reihenfolge der Anzahl ausgeführt.
Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem
oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel darin, dass
die erste Wicklung einer Typ-A-Wicklung entspricht und die fünfte
Wicklung einer Typ-B-Wicklung entspricht. Jedoch führt
das vierte Ausführungsbeispiel zu Wirkungen die ähnlich
jenen sind, zu denen das dritte Ausführungsbeispiel führt.
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Die 12 ist
eine Ansicht, die ein fünftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Das fünfte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsbeispiel
darin, dass die eingesetzte Typ-B-Wicklung einer Wicklung entspricht,
deren beiden gegenüberliegenden Enden mit entsprechenden Kommutatorsegmenten
verbunden sind, die radial gegenüberliegend zu üblichen
benachbarten Kommutatorsegmente angeordnet sind (siehe 5(B)). Wie in dem Fall der oben beschriebenen
Beispiele wird in dem fünften Ausführungsbeispiel,
wie in 12 gezeigt, die Typ A-Wicklung
durch ein Dreieck mit durchgezogener Linie repräsentiert
und wird die Typ B-Wicklung durch ein Diamantsymbol mit gestrichelten
Linien repräsentiert. Die zu den jeweiligen Wicklungen
angeordneten Nummern zeigen eine Wicklungssequenz bzw. -reihenfolge
an. Das veranschaulichte Beispiel weist drei Typ B-Wicklungen auf, von
denen eine so ist, dass nur ihr eines Ende mit einem Kommutatorsegment
verbunden ist, das radial gegenüberliegend zu einem üblichen
benachbarten Kommutatorsegment angeordnet ist, und von denen zwei
so sind, dass beide ihrer gegenüberliegenden Enden mit
entsprechenden Kommutatorsegmenten verbunden sind, die radial gegenüberliegend
zu üblichen benachbarten Kommutatorsegmenten angeordnet
sind. Somit, wenn jedes Paar von Wicklungsspulen aus zwei radial
gegenüberliegenden Wicklungsspulen besteht, besteht jedes
der drei Paare aus der Typ A-Wicklung und der Typ B-Wicklung, und jedes
der verbleibenden zwei Paare besteht aus zwei Typ A-Wicklungen.
Weiterhin können die Typ A-Wicklung und die Typ B Wicklung,
die radial gegenüberliegend zueinander angeordnet sind,
im Wicklungstyp umgekehrt bzw. vertauscht sein.
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Als
nächstes wird das Aufwickeln beschrieben. Wie in 12 gezeigt,
dient das Kommutatorsegment A als Wicklungsstartpunkt S und als
Wicklungsendpunkt E. Wie im Falle des oben beschriebenen und in 8 gezeigten
Beispiels, werden zuerst die erste bis fünfte Wicklung
bzw. Windung als Typ A-Wicklungen gewickelt. Jedoch in dem in 12 dargestellten
Beispiel werden nachfolgend die sechste und achte Wicklung auch
als Typ A-Wicklung gewickelt. Die siebte, neunte und zehnte Wicklung werden
als Typ B-Wicklungen gewickelt. Die siebte und neunte Wicklung sind
so, dass beide ihrer gegenüberliegenden Enden mit entsprechenden
Kommutatorsegmenten verbunden sind, die radial gegenüberliegend
zu üblichen benachbarten Kommutatorsegmenten angeordnet
sind. Die zehnte Wicklung ist so, dass nur ihr eines Ende mit einem
Kommutatorsegment verbunden ist, das radial gegenüberliegend zu
einem üblichen benachbarten Kommutatorsegment angeordnet
ist. Somit wird in dem Falle der oben beschriebenen Beispiele ein
Kurzschlussdraht für jede Kurzschlussverbindung von radial
gegenüberliegenden Kommutatorsegmenten verwendet, und eine
Gesamtzahl von Kurzschlussdrähten beträgt die
Hälfte (5) der Anzahl (10) an Kommutatorsegmenten. Somit
kann die Anzahl von elektrischen Drähten, die an jedem
Kommutatorsegment angeschlossen sind, auf zwei oder weniger reduziert
werden. Außerdem ist kontinuierliches Aufwickeln (Wickeln
ohne zwischenzeitliches Abschneiden) durch Verwendung von einem
oder von zwei Drähten möglich.
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Die 13 ist
eine Ansicht, die ein sechstes Ausführungsbeispiel darstellt.
Das sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von
dem fünften Ausführungsbeispiel in der Verwendung
von zwei Typ B-Wicklungen. Die 13 zeigt
ein Beispiel, bei dem, wenn jedes Paar von Wicklungsspulen aus zwei
radial gegenüberliegenden Spulen besteht, jedes der zwei
Paare aus der Typ A-Wicklung und der Typ B-Wicklung besteht, und
jedes der verbleibenden drei Paare aus den zwei Typ A-Wicklungen
besteht. Wie oben genannt, kann die vorliegende Erfindung auf einen
Gleichstrom-Miniaturmotor bzw. -Kleinstmotor angewendet werden,
bei dem die Anzahl der Rotorpole und die Anzahl der Kommutatorsegmente
derselben geraden Anzahl entsprechen, die gleich oder größer
als Sechs ist und repräsentiert wird durch 2 × N
(N ist eine Integer-Zahl). Wenn N einer geraden Anzahl entspricht,
entspricht die maximale Anzahl von Paaren, die jeweils aus zwei
Typ A-Wicklungen bestehen N/2. Wenn N einer ungeraden Anzahl entspricht,
entspricht die maximale Anzahl an Paaren, die jeweils aus zwei Typ
A-Wicklungen bestehen, (N + 1)/2. Somit beträgt, wenn N
einer geraden Anzahl entspricht, die Anzahl an Paaren, die aus Typ
A-Wicklungen und Typ B-Wicklungen bestehen, mindestens N/2. Wenn
N einer ungeraden Anzahl entspricht, ist die Anzahl an Paaren, die
jeweils aus Typ A-Wicklungen und Typ B-Wicklungen bestehen, (N – 1)/2.
In dem Falle des Beispiels nach 13, das
10 (N = ungerade Anzahl 5 (Paare)), zu Wicklungen (Rotorpole) aufweist,
beträgt die maximale Anzahl von Paaren, die jeweils aus
zwei Typ A-Wicklungen bestehen, (5 + 1)/2 = 3. Die Anzahl von Paaren,
die jeweils aus der Typ A-Wicklung und der Typ B-Wicklung besteht,
ist zumindest (5 – 1)/2 = 2.
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Die 14 ist
eine Ansicht, die ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt. Das siebte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel darin,
dass die Anzahl der Rotorpole 20 beträgt (N = gerade Anzahl
10 (Paare)). Wie oben erwähnt ist, und weil N eine gerade
Anzahl darstellt, beträgt die maximale Anzahl an Paaren,
die jeweils aus zwei Typ A-Wicklungen besteht, N/2 = 5, und beträgt
die Anzahl von Paaren, die jeweils aus der Typ A-Wicklung und der
Typ B-Wicklung bestehen, mindestens 5. die 14 zeigt
ein Beispiel, das die maximale Anzahl an Paaren aufweist, d. h.
fünf Paare, von denen jedes aus zwei Typ A-Wicklungen besteht.
In der 14 zeigen die Nummern, die zu
den Kommutatorsegmenten angeordnet sind, die Anzahl der angeschlossenen
Drähte.
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Die 15 ist
eine Ansicht, die ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt. Das achte Ausführungsbeispiel ist ein
Gleichstrom-Miniaturmotor, der ein 4-Pol-Feld aufweist und ein oder
zwei Paare von Bürsten und bei dem die Anzahl von Rotorpolen
und die Anzahl von Kommutatorsegmenten derselben Anzahl von sechs
(gerade Anzahl) entspricht. Das achte Ausführungsbeispiel zeigt,
dass die vorliegende Erfindung anwendbar ist, solange die Anzahl
an Rotorpolen und die Anzahl an Kommutatorsegmenten derselben geraden
Anzahl entsprechen. Die Aufwicklung startet von dem Wicklungsstartpunkt
S und wird bis hin zur sechsten Wicklung in aufsteigender Reihenfolge
gemäß Anzahl ausgeführt.
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Zusammenfassung
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Eine
Typ-A-Wicklung, die durch ein Dreieck mit durchgezogenen Linien
repräsentiert wird, wird an Kommutatorsegmente so angeschlossen,
dass ihr eines Ende verbunden ist mit einem beliebigen Kommutatorsegment
und dass ihr anderes Ende verbunden ist mit einem Kommutatorsegment,
das benachbart zu dem beliebigen Kommutatorsegment angeordnet ist.
Eine Typ-B-Wicklung wird durch ein Diamantensymbol mit gestrichelten
Linien repräsentiert und ist mit Kommutatorsegmenten so
verbunden, dass ihr eines Ende mit einem Kommutatorsegment verbunden
ist, das radial gegenüberliegend zu einem gewöhnlichen
benachbarten Kommutatorsegment angeordnet ist. Die Typ-A-Wicklungen
und die Typ-B-Wicklungen werden in Kombination eingesetzt. Ein Kurzschlussdraht
wird für jede Kurzschlussverbindung von radial gegenüberliegenden Kommutatorsegmenten
verwendet. Eine Gesamtanzahl an Kurzschlussdrähten beträgt
die Hälfte (5) der Anzahl (10) an Kommutatorsegmenten.
Somit kann die Anzahl an elektrischen Drähten, die an jedem Kommutatorsegment
angeschlossen sind, auf Zwei oder weniger reduziert werden. Auch
kann kontinuierliches Aufwickeln durch Verwendung von einem Draht
oder von zwei Drähten ermöglicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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