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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Motoren und insbesondere einen Stator eines Motors und einen Motor.
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Stand der Technik
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Das chinesische Patent mit der Veröffentlichungsnummer
CN111446797A offenbart eine kontinuierliche Wellenwicklung aus Flachdraht, die mit einer Versetzung und einer kurzen Brückenteilung gewickelt ist, um zu bewirken, dass die Flachdrähte eine kontinuierliche Wellenwicklung bilden.
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Dieses Wickelverfahren kann jedoch bei mehrlagigem Wickeln eine ungleichmäßige Verteilung der Wicklungen in einer Umfangsrichtung des Statorkerns verursachen. Beispielsweise wird in dem darin offenbarten Wickelverfahren, das in 2 gezeigt ist, der Draht A1 während des Wickelvorgangs sowohl der ersten Lage als auch der zweiten Lage durch den Schlitz 1 gewickelt; und während des Wickelvorgangs der dritten Lage und der vierten Lage wird der Draht A1 nicht durch den Schlitz 1 gewickelt, sondern wird durch den Schlitz 2 gewickelt. Daher unterscheidet sich der Wechselstromwiderstand der ersten Lage und der zweiten Lage von dem Wechselstromwiderstand der dritten Lage und der vierten Lage, was zu Kupferverlust und ungleichmäßiger Erwärmung führt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorstehenden Nachteile des Standes der Technik zu überwinden oder zumindest zu mildern, und stellt einen Stator eines Motors und einen Motor bereit.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Stator eines Motors bereitgestellt, der einen Statorkern und eine Statorwicklung beinhaltet. Die Statorwicklung beinhaltet eine Vielzahl von Phasenwicklungen, die um den Statorkern gewickelt sind. Drähte der Wicklungen sind kontinuierlich wellenförmig in einer Umfangsrichtung des Statorkerns gewickelt. Die Drähte sind für 2N Lagen gewickelt, die Anzahl der Phasen der Wicklungen ist S, die Anzahl der Pole jeder Phasenwicklung ist 2P und N, S und P sind positive ganze Zahlen, wobei
4 × S × P Schlitze im Statorkern definiert sind, die Wicklung jedes Pols jeder Phase zwei Drahtgruppen umfasst und jede Drahtgruppe zwei Drähte umfasst, die parallel in benachbarten Schlitzen gewickelt sind.
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Teilungen jeder Drahtgruppe während des Wickelns beinhalten eine normale Teilung und eine Brückenteilung. Die normale Teilung beinhaltet eine erste Teilung und eine zweite Teilung, die abwechselnd auftreten, wobei die erste Teilung y + 1 ist und die zweite Teilung y - 1 ist. Die Brückenteilung beinhaltet eine dritte Teilung und eine vierte Teilung, wobei die dritte Teilung y ist und die vierte Teilung y - 2 ist. y ist eine positive ganze Zahl größer als 2.
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Für jede Drahtgruppe wird eine Brückenteilung jeweils nach P - 1 normalen Teilungen in einer gleichen Lage verwendet. Die Brückenteilung ermöglicht, dass zwei Drähte in der gleichen Drahtgruppe die Reihenfolge in einer Wickelrichtung entlang der Umfangsrichtung wechseln.
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In mindestens einer Ausführungsform wird für jede Drahtgruppe eine Brückenteilung zwischen zwei normalen Teilungen an einer Verbindungsstelle beliebiger benachbarter Lagen außer einer N-ten Lage und einer (N+1 )-ten Lage verwendet, sodass die zwei Drähte in derselben Drahtgruppe die Reihenfolge in der Wickelrichtung entlang der Umfangsrichtung wechseln.
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In mindestens einer Ausführungsform wird für jede Drahtgruppe eine Brückenteilung zwischen zwei normalen Teilungen an einer Verbindungsstelle beliebiger benachbarter Lagen verwendet, sodass die zwei Drähte in derselben Drahtgruppe die Reihenfolge in der Wickelrichtung entlang der Umfangsrichtung wechseln.
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In mindestens einer Ausführungsform ist, in eWickelrichtung entlang der Umfangsrichtung, die Brückenteilung, die von dem Draht in dem Schlitz, bei dem es sich in der Wickelrichtung um den vorderen handelt, verwendet wird, die vierte Teilung, und die Brückenteilung, die von dem Draht in dem Schlitz, bei dem es sich in der Wickelrichtung um den hinteren handelt, verwendet wird, die dritte Teilung.
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In mindestens einer Ausführungsform ist y gleich einer Polteilung.
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In mindestens einer Ausführungsform ist der Wert S der Phasenanzahl gleich 3.
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In mindestens einer Ausführungsform ist die Anzahl der Pole 8 und P = 4.
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In mindestens einer Ausführungsform ist die Anzahl der Lagen 4 und N = 2.
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In mindestens einer Ausführungsform ist jeder Draht ein intakter Draht ohne Zwischenverbindungspunkt in einem Wicklungspfad.
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In mindestens einer Ausführungsform sind die Drähte Flachdrähte.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motor bereitgestellt, der einen Stator beinhaltet, wobei der Stator der Stator gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
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Der Stator des Motors gemäß der vorliegenden Erfindung weist gleichmäßige Wicklungen auf, sodass das magnetische Potential weniger harmonische Komponenten aufweist und die Wechselstromwiderstände ausgeglichen sind.
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Der Stator und der Motor gemäß der vorliegenden Erfindung weisen eine hohe Zuverlässigkeit auf und können im Vergleich zum Stand der Technik eine höhere Leistungsdichte bereitstellen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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- 1 bis 3 zeigen jeweils schematische Diagramme von Wicklungsverfahren von Dreiphasenwicklungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines Wicklungsverfahrens einer Phasenwicklung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung von Bezugszeichen:
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C Umfangsrichtung; L1 erste Lage; L2 zweite Lage; L3 dritte Lage; L4 vierte Lage.
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Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass diese konkreten Beschreibungen Fachleute nur lehren sollen, wie die vorliegende Erfindung zu realisieren ist, und weder alle möglichen Variationen der vorliegenden Erfindung erschöpfend darlegen noch den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einschränken sollen.
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Anhand eines Dreiphasenmotors (d. h. Phasenanzahl S = 3) als Beispiel werden ein Motor und ein Stator eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
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Der Stator beinhaltet einen Statorkern und eine Statorwicklung. In dieser Ausführungsform sind 48 Schlitze in dem Statorkern definiert und die Figuren zeigen die 48 Schlitze entfaltet in einer Umfangsrichtung C. Die Anzahl von Polen 2P, die durch die Statorwicklung gebildet wird, ist 8, das heißt, die Anzahl von Polpaaren P = 4. Die entsprechende Anzahl von Schlitzen pro Phase und Pol beträgt 2.
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Nach dem Grundwissen über Wicklungen ist eine entsprechende Polteilung der vorstehenden Wicklung y = 6. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Wicklung durch ein Verfahren mit verkürzter Teilung gewickelt, sodass einige Teilungen, die in bestimmten Bereichen verwendet werden, kürzer als die Polteilung sind. Darüber hinaus wird während des Wickelvorgangs das Wickelverfahren zum Kombinieren der normalen Teilung mit der Brückenteilung verwendet, sodass die Drähte gleichmäßig auf die Lagen verteilt sind und das magnetische Potential weniger harmonische Komponenten aufweist.
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1 bis 3 zeigen jeweils schematische Diagramme von Wicklungsverfahren der Phasenwicklungen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Jede Phasenwicklung beinhaltet vier Drähte. Die vier Drähte bilden zwei Drahtgruppen und jede Drahtgruppe beinhaltet zwei Drähte. Die Ströme in jeder Drahtgruppe fließen in die gleiche Richtung und die Ströme in den beiden Drahtgruppen jeder Phase fließen in entgegengesetzte Richtungen. Pfeile unter den Drähten in den Figuren zeigen die Flussrichtungen der Ströme in den Drähten. Die Wickelregel für jede Phasenwicklung ist die gleiche, der einzige Unterschied besteht darin, dass anfängliche Wicklungsschlitze für jede Phasenwicklung unterschiedlich sind, sodass unterschiedliche Schlitze von unterschiedlichen Phasenwicklungen verwendet werden.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird mittels einer Phasenwicklung (wie etwa die U-Phasenwicklung) als Beispiel die Wickelregel der Wicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 ist ein schematisches Diagramm, das 48 Schlitze zeigt, die entlang der Umfangsrichtung C des Statorkerns entfaltet sind. Eine vertikale Linie neben jeder Seriennummer repräsentiert einen Schlitz. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird der Schlitz an der entfalteten Position zweimal jeweils am Anfang und am Ende des entfalteten Diagramms gezeigt (d. h. zweimal gezeigt).
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In dieser Ausführungsform sind die Drähte jeder Phase in einer radialen Richtung des Statorkerns in vier Lagen gewickelt, welche die erste Lage L1, die zweite Lage L2, die dritte Lage L3 und die vierte Lage L4 sind. Es sollte beachtet werden, dass zwei Gruppen von Drähten (entsprechend den Drähten, die sowohl durch die durchgezogene Linie als auch durch die gepunktete Linie in jedem Schlitz in der Figur dargestellt sind) für den Rückfluss von Strömen in jeder Lage bereitgestellt werden müssen. Daher beinhaltet jede Lage tatsächlich ferner zwei Drahtlagen, das heißt, bei dieser Ausführungsform sind acht Drähte radial in jedem Schlitz gestapelt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind die acht Drähte hierin in die vorstehenden vier Drahtlagen unterteilt.
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In der Figur bilden der Draht A1 und der Draht A2 eine Drahtgruppe und der Draht A3 und der Draht A4 bilden die andere Drahtgruppe. Die zwei Drähte in jeder Drahtgruppe werden während jedes Schritts des Wickelvorgangs parallel in benachbarte Schlitze gewickelt. Da die Wickelregeln der zwei Drahtgruppen gleich sind, wird die durch den Draht A1 und den Draht A2 gebildete Drahtgruppe als Beispiel für die Beschreibung herangezogen.
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Von der ersten Lage L1 aus betrachtet, beginnen der Draht A1 und der Draht A2 jeweils von dem Schlitz 1 und dem Schlitz 2 und bewegen sich in der Umfangsrichtung C des Statorkerns vorwärts, wie durch den Pfeil d1 angezeigt. Nachdem der ganz rechte Schlitz 32 in der Figur erreicht ist, wendet sich die Betrachtung dem ganz linken Schlitz 32 in der Figur zu, und der Draht A1 und der Draht A2 bewegen sich weiter in der Umfangsrichtung C des Statorkerns vorwärts, wie durch den Pfeil d2 angezeigt. Nachdem die Drähte in der Umfangsrichtung C des Statorkerns für einen vollen Kreis gewickelt sind, werden die Drähte weiter in der zweiten Lage L2 gewickelt. Dann wird das vorstehende Beobachtungsverfahren weiter verwendet, um die Fortschreitungsrichtung der Drähte in der nachfolgenden Lage zu beobachten. Teilungen der Drähte während des Wickelvorgangs beinhalten eine normale Teilung und eine Brückenteilung. In dieser Ausführungsform wird in jeder Lage eine Brückenteilung nach jeweils drei normalen Teilungen verwendet; und zwischen benachbarten Lagen wird die Brückenteilung in dem Schritt verwendet, in dem der Draht von einer vorherigen Lage in die nächste Lage geführt wird, das heißt, eine Brückenteilung wird zwischen der normalen Teilung am hinteren Ende der vorherigen Lage und der normalen Teilung am vorderen Ende der nächsten Lage verwendet.
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Bei jeder Verwendung der Brückenteilung wechseln die zwei Drähte einer Drahtgruppe die Reihenfolge in der Wickelrichtung entlang der Umfangsrichtung C, das heißt, vor Verwenden der Brückenteilung in der Wickelrichtung entlang der Umfangsrichtung C (das heißt, die durch die Pfeile d1 und d2 in der Figur angezeigten Richtungen) erfüllen die Drähte, die in jedem Schritt in benachbarten Schlitzen mit normalen Teilungen gewickelt werden, beispielweise Folgendes: Nach einer Brückenteilung wird der Draht A2, der zuvor der vordere war, zum hinteren, und der Draht A1, der zuvor der hintere war, wird zum vorderen.
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Insbesondere beinhaltet die normale Teilung eine erste Teilung und eine zweite Teilung. In dieser Ausführungsform ist die Polteilung = 6, die erste Teilung ist 7 (d. h. y + 1) und die zweite Teilung ist 5 (d. h. y - 1).
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Die Brückenteilung beinhaltet eine dritte Teilung und eine vierte Teilung. Die dritte Teilung ist 6 (d. h. y) und die vierte Teilung ist 4 (d. h. y - 2).
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Wenn die normale Teilung verwendet wird, werden die erste Teilung und die zweite Teilung abwechselnd verwendet. Wenn die Brückenteilung verwendet wird, wird der vordere Draht in der Wickelrichtung mit der vierten Teilung gewickelt und der hintere Draht wird in der Wickelrichtung mit der dritten Teilung gewickelt, sodass der vordere Draht und der hintere Draht nach der Brückenwicklung die Reihenfolge in der Wickelrichtung wechseln.
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Das Wickeln des Drahtes A1 und des Drahtes A2 ausgehend von dem Schlitz 1 und dem Schlitz 2 der ersten Lage wird als Beispiel für eine detaillierte Beschreibung genommen.
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Während des Wickelns des Drahtes A1 in der ersten Lage L1 wird der Draht A1 nacheinander in der folgenden Reihenfolge durch die Schlitze gewickelt: 1→8→13→20→26→33→38→45; und die verwendeten Teilungen sind: 7 (8-1), 5 (13-8), 7 (20-13), 6 (26-20), 7 (33-26), 5 (38-33), 7 (45-38), wobei die Teilung von 6 die Brückenteilung (die dritte Teilung) ist, die in der Lage verwendet wird.
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Danach wird der Draht A1 von dem Schlitz 45 der ersten Lage L1 zu dem Schlitz 1 der zweiten Lage L2 gewickelt und wird weiter in der zweiten Lage L2 gewickelt. Der Draht A1 wird nacheinander durch die Schlitze in der folgenden Reihenfolge gewickelt: 45 (L1)→1 (L2)→8→13→20→26→33→38→45; und die verwendeten Teilungen sind: 4, 7, 5, 7, 6, 7, 5, 7, wobei die Teilung 4 die Brückenteilung (die vierte Teilung) ist, die zwischen den Lagen verwendet wird, und die Teilung 6 die Brückenteilung (die dritte Teilung) ist, die in der Lage verwendet wird.
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Während des Wickelns des Drahtes A2 in der ersten Lage L1 wird der Draht A2 nacheinander in der folgenden Reihenfolge durch die Schlitze gewickelt: 2→9→14→21→25→32→37→44; und die verwendeten Teilungen sind: 7, 5, 7, 4, 7, 5, 7, wobei die Teilung 4 die Brückenteilung (die vierte Teilung) ist, die in der Lage verwendet wird.
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Danach wird der Draht A2 von dem Schlitz 44 der ersten Lage L1 zu dem Schlitz 2 der zweiten Lage L2 gewickelt und wird weiter in der zweiten Lage L2 gewickelt. Der Draht A2 wird nacheinander durch die Schlitze in der folgenden Reihenfolge gewickelt: 44 (L1)→2 (L2)→9→14→21→25→32→37→44; und die verwendeten Teilungen sind: 6, 7, 5, 7, 4, 7, 5, 7, wobei die Teilung 4 die Brückenteilung (die vierte Teilung) ist, die in der Lage verwendet wird, und die Teilung 6 die Brückenteilung (die dritte Teilung) ist, die zwischen den Lagen verwendet wird.
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Es sollte beachtet werden, dass in dieser Ausführungsform für die Wicklung mit einer Gesamtanzahl von Lagen von 2N die Brückenteilung an einer Verbindungsstelle zwischen einer N-ten Lage und einer (N+1)-ten Lage (oder zwischen der N-ten Lage und der (N+1)-ten Lage) nicht verwendet wird. Wie in 1 gezeigt, ist N = 2 und die Brückenteilung wird zwischen der zweiten Lage L2 und der dritten Lage L3 nicht verwendet.
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Beispielsweise wird für den Draht A1, wenn der Draht A1 von dem Schlitz 45 der zweiten Lage L2 zu der dritten Lage L3 gewickelt wird, die Brückenteilung nicht verwendet und stattdessen die normale Teilung verwendet. Da die im vorherigen Schritt verwendete Teilung vor dem Schlitz 45 der zweiten Lage L2 die erste Teilung mit einem Teilungswert von 7 ist (vom Schlitz 38 der zweiten Lage L2 bis zum Schlitz 45), tritt der Draht dann in den Schlitz 2 der dritten Lage L3 mit der zweiten Teilung der normalen Teilung mit einem Teilungswert von 5 ein.
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Danach wird in der dritten Lage L3 die bisherige Regel „Verwenden einer Brückenteilung nach jeweils drei normalen Teilungen“ befolgt. Zwischen der dritten Lage L3 und der vierten Lage L4 wird noch eine Brückenteilung verwendet.
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Durch die Verwendung des Wickelverfahrens sind die Schlitze, die in jeder Lage von jeder Drahtgruppe der Wicklung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, festgelegt oder die gleichen. Beispielsweise sind für die Drahtgruppe, die durch den Draht A1 und den Draht A2 gebildet wird, die Schlitze, durch die der Draht A1 und der Draht A2 in den vier Lagen gewickelt werden, immer die Schlitze: 1, 2, 8, 9, 13, 14, 20, 21, 25, 26, 32, 33, 37, 38, 44 und 45.
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Ferner hat jede Phasenwicklung die Eigenschaften festgelegter Schlitze, sodass die Dreiphasenwicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung eine gleichmäßige Wicklung in der Umfangsrichtung C aufrechterhalten können und die durch die Wicklungen gebildeten Wechselstromwiderstände ausgeglichener sind.
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Die Wicklungsverfahren der V-Phasenwicklung und der W-Phasenwicklung, die in 2 und 3 gezeigt sind, sind ähnlich dem Wicklungsverfahren der U-Phasenwicklung, die hierin nicht im Detail beschrieben werden.
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Alternativ kann unter Bezugnahme auf 4 in anderen möglichen Ausführungsformen die Brückenteilung zwischen der N-ten Lage und der (N+1)-ten Lage verwendet werden, das heißt, die Brückenteilung wird zwischen jeweils zwei benachbarten Lagen verwendet. Für die anderen zwei Phasenwicklungen kann die Brückenteilung auch zwischen jeweils zwei benachbarten Lagen verwendet werden und die entsprechenden Darstellungen werden in der vorliegenden Erfindung weggelassen.
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Vorzugsweise sind die Drähte der Wicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung Flachdrähte, besonders bevorzugt Kupferflachdrähte. Die Füllrate des Schlitzes kann durch Verwendung des Flachdrahts 60 % oder mehr erreichen.
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Vorzugsweise ist jeder der vier Drähte jeder Phase gemäß der vorliegenden Erfindung ein intakter Draht ohne Spleißen oder Schweißpunkt in einem Wicklungspfad. Daher wird die Zuverlässigkeit der Wicklungen verbessert, und es ist unwahrscheinlich, dass ein Wicklungsfehler auftritt, der durch eine Beschädigung des dazwischenliegenden Schweißpunkts verursacht wird. Darüber hinaus ist es in der tatsächlichen Produktion unter Berücksichtigung verschiedener Gründe auch möglich, mehrere Drähte zu verwenden, die Ende an Ende verbunden werden, um einen längeren Draht zu bilden. In einer Ausführungsform können die vier Drähte jeder Phase gemäß der vorliegenden Erfindung in Reihe, parallel oder parallel in Reihe verbunden sein. Die drei Phasenwicklungen können in Dreieck- oder Sternform verbunden sein.
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Es versteht sich, dass in dem Fall, in dem zwei Schlitze für jeden Pol jeder Phase vorgesehen sind, die Anzahl der Pole jeder Phase, die Anzahl der Schlitze des Statorkerns und die Anzahl der Lagen der Wicklung (die eine gerade Zahl sein muss) durch die vorliegende Erfindung nicht eingeschränkt sind.
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Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung ferner einen Motor bereitstellt, der den vorstehenden Stator beinhaltet.
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Einige der vorteilhaften Wirkungen der vorstehend genannten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend kurz beschrieben.
- (i) Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die normale Teilung und die Brückenteilung abwechselnd in einem bestimmten Intervall verwendet, und die erste Teilung und die zweite Teilung werden in Intervallen für die normale Teilung verwendet, sodass die Wicklungen in der Umfangsrichtung C des Statorkerns gleichmäßiger gewickelt sind und die Wechselstromwiderstände ausgeglichener sind.
- (ii) Das magnetische Potential an der Brückenteilung hat weniger harmonische Komponenten und die Leistung des Motors ist ausgezeichnet.
- (iii) Die Drähte werden kontinuierlich wellenförmig gewickelt, was die Anzahl der Schweißpunkte stark reduziert und die Zuverlässigkeit der Wicklungen erhöht.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Ausführungsformen nur beispielhaft sind und die vorliegende Erfindung nicht einschränken sollen. Fachleute können verschiedene Modifikationen und Änderungen an den vorstehend genannten Ausführungsformen gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung vornehmen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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