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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug und insbesondere auf eine Leitungsdrahtanordnung eines Stators eines Wechselstromgenerators.
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EP 0 881 752 A1 offenbart einen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug, der kompakt, effizient und geräuscharm arbeitet, wobei eine Zweischichtspulenanordnung in einer Nut zum Eliminieren von Behinderungen der Spulenenden ebenso wie zur Verbesserung des Nutfüllfaktors benutzt werden. Bei diesen Wechselstromgenerator weist die Statorwicklung zwei Sätze von dreiphasigen Statorwicklungen aus, die jeweils um einen elektrischen Winkel von 30° Grad zueinander verschoben sind. Diese ersten und zweiten Wicklungen sind seriell miteinander verbunden und weisen durch diese Anordnung den Vorteil auf, dass Magnetgeräusche bzw. Magnetisierungsgeräusche aufgrund der pulsierenden magnetomotorischen Kraft stark verringert sind. Damit wird insgesamt unter anderem eine Verringerung des Geräuschpegels des Wechselstromgenerators erreicht, soweit sie durch die Magnetisierungsvorgänge in dem Stator erzeugt werden.
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Die Dokumente
JP H 04-165 949 A und
JP H 04-026 345 A offenbaren Wechselstromgeneratoren, welche einen Rahmen, einen Stator, einen Rotor, eine Gleichrichtereinheit, eine Stromabnehmer- bzw. Bürsteneinheit und einen Spannungsregler aufweisen. Der Stator weist eine dreiphasige Statorwicklung auf und ist im Inneren des Rahmens aufgenommen, und die Gleichrichtereinheit ist außerhalb des Rahmens befestigt. Bei dieser Art eines Wechselstromgenerators ist es erforderlich, eine Mehrzahl von Leitungsdrahtlöchern an einer Wand des Rahmens für eine Mehrzahl von Leitungsdrähten vorzusehen, welche sich von der Statorwicklung durch den Rahmen zur Verbindung mit der Gleichrichtereinheit erstrecken.
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Wenn die Anzahl der Löcher zunimmt, wird die Wand noch ungleichmäßiger, wodurch ein lautes Lüfter- bzw. Ventilatorgeräusch verursacht wird. Überdies steigen auch die Herstellungskosten aufgrund der steigenden Anzahl der in die Löcher einzubringenden Isolatoren.
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Wechselstromgeneratoren mit bestimmten Leitungsdrahtanordnungen der hier betrachteten allgemeinen Art sind weiter in der
EP 0 881 752 A1 , der
JP H 07-336 974 A , der
EP 0 454 039 B1 und der
JP H 04-26 346 A offenbart.
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Als der dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung nächstliegender Stand der Technik ist der Inhalt der
US 5 682 070 A anzusehen. In dieser Schrift ist ein Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug mit einem Rotor mit einer Welle, einem Stator, mit einer ersten und einer zweiten dreiphasigen Statorwicklung, welche Ausgangsleitungsdrähte für jeweilige Phasenspannungen aufweist, einer Gleichrichtereinheit, welche mit den Ausgangsleitungsdrähten verbunden ist und einem Rahmen mit einer Wand, welche den Stator an ihrer einen Seite und die Gleichrichtereinheit an der anderen Seite hält, bekannt. Die Wand weist Leitungsdrahtführungen für die Ausgangsleitungsdrähte auf und die erste und zweite dreiphasige Statorwicklung sind im Stator angeordnet, um dreiphasige Spannungen zu erzeugen, welche in der Phase nahe zueinander vorliegen. Jeweils zwei der Ausgangsleitungsdrähte der ersten und der zweiten dreiphasigen Statorwicklungen bilden insgesamt drei Bündel, wobei jeweils ein Bündel durch eines der drei Leitungsdrahtführungen verläuft und die zwei Ausgangsleitungsdrähte jedes Bündels in der Phase nahe zueinander vorliegen.
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Die
JP H 05-161 259 A offenbart einen Wechselstromgenerator mit einer Wand, welche Leitungsdrahtlöcher aufweist, wobei in diesen jeweils ein säulenförmiges Anschlussteil angeordnet ist, das jeweils zum Halten eines Bündels der Ausgangsleitungsdrähte der Statorwicklungen dient.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kostengünstige Minimierung des Ventilatorgeräusches bei gleichzeitig verbesserter Leitungsdrahtanordnung für einen Wechselstromgenerator eines Fahrzeugs zu erreichen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung enthält ein Wechselstromgenerator einen Stator mit einer mehrphasigen Statorwicklung, eine Gleichrichtereinheit und einen Rahmen mit einer Wand, welche den Stator an ihrer einen Seite und die Gleichrichtereinheit an der anderen Seite hält. Die Wand weist eine minimale Anzahl an Leitungsdrahtlöchern für die Ausgangsleitungsdrähte auf. In den Leitungsdrahtlöchern sind Anschlußteile zum Halten der Ausgangsleitungsdrähte angeordnet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
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Weitere Zwecke, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sowie die Funktionen der entsprechenden Teile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Figuren verdeutlicht. In den Figuren zeigt:
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1 eine Teilschnittansicht eines Wechselstromgenerators für ein Fahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2 ein schematisches Schaltdiagramm des Wechselstromgenerators gemäß der Darstellung in 1;
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3 eine Draufsicht, welche einen Stator mit einer Statorwicklung darstellt;
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4 eine schematische Draufsicht auf eine Gleichrichtereinheit des Wechselstromgenerators;
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5 einen Ausschnitt einer Vorderansicht, welcher eine Verbindungseinheit der Gleichrichtereinheit darstellt;
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6 einen Ausschnitt einer Seitenansicht, welche die Verbindungseinheit der Gleichrichtereinheit darstellt;
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7 einen Ausschnitt einer Schnittansicht, welche die Verbindungseinheit darstellt;
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8 eine Ansicht, welche die Verbindungseinheit aus der Position P in 7 betrachtet darstellt;
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9 eine Draufsicht auf einen hinteren Rahmen des Wechselstromgenerators;
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10 eine Abwandlung des Stators gemäß der Darstellung in 3;
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11 einen Ausschnitt einer Seitenansicht, welche eine Abwandlung des Stators darstellt; und
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12 einen Ausschnitt einer Seitenansicht, welche eine Abwandlung des Stators darstellt.
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Gemäß der Darstellung in 1 enthält ein Wechselstromgenerator 1 für ein Fahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Stator 2 mit 96 Schlitzen an seiner inneren Peripherie, einen Rotor 3 mit 16 Hakenpolen, einen Rahmen 4, eine Gleichrichtereinheit 7, eine Riemenscheibe 20 und andere Teile. Der Wechselstromgenerator stellt eine Gleichstrom-Ausgabeleistung bereit, wenn die Riemenscheibe 20 durch einen Motor über einen V-Riemen (nicht dargestellt) in einer bekannten Weise gedreht wird.
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Der Stator 2 weist einen Statorkern 22 und eine Statorwicklung 23 auf, wobei Magnetdrähte in den Schlitzen des Stators angeordnet sind. Die Statorwicklung 23 ist aus einer ersten dreiphasigen, im Stern geschalteten Wicklung 23a und einer zweiten dreiphasigen, im Stern geschalteten Wicklung 23b gebildet. Sie sind zueinander um einen Phasenwinkel von 30° oder einen Schlitzabstand verschoben. Die erste Wicklung 23a weist drei Phasenwicklungen X, Y und Z auf, welche miteinander an ihren einen Enden zur Bildung eines ersten neutralen Punkts N1 verbunden sind, und die zweite Wicklung 23b weist drei Phasenwicklungen U, V und W auf, welche miteinander an ihren einen Enden zur Bildung eines zweiten neutralen Punkts N2 verbunden sind, wie dies in 2 gezeigt ist. Jede Phasenwicklung weist acht Spulen mit zwei Windungen auf, welche in den Schlitzen in gleichen Intervallen angeordnet sind, und enthält vier Drähte, welche in jedem Schlitz angeordnet sind.
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Der Rotor 3 weist einen Polkern 31, eine Feldspule 32, einen Axial-Radial-Frontlüfter bzw. -ventilator 35 und einen hinteren Umlaufventilator 36 auf. Der Polkern 31 weist acht Hakenpole 33 auf, welche alternierend miteinander verzahnt sind, um einen achtpoligen Rotor zu bilden. Die Feldspule 32 wird durch die Hakenpole 33 in einer bekannten Weise umschlossen.
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Der Rahmen 4 stützt den Stator 2 und den Rotor 3 derart, daß der Rotor 3 mit einer Rotorwelle 34 innerhalb des Stators 2 rotieren kann. Der Rahmen 4 wird aus einem vorderen Rahmen 4a und einem hinteren Rahmen 4b gebildet, welche durch vier Bolzen 41 festgelegt sind. Der Rahmen 4 weist Luftabgabefenster 42 an den Abschnitten hiervon auf, welche den Spulenenden der Statorwicklung 23 gegenüber liegen, und enthält Lufteintrittsfenster an seinen zentralen Abschnitten.
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Der Spannungsregler 6, die Gleichrichtereinheit 7 und die Bürsteneinheit 8 sind jeweils an der hinteren Wandfläche des hinteren Rahmens 4b befestigt und werden durch eine hintere Abdeckung 5 abgedeckt.
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Gemäß der Darstellung in 2 besteht die Gleichrichtereinheit 7 im Wesentlichen aus einem Paar von dreiphasigen Vollwegbrückenschaltungen 7a und 7b. Diese sind jeweils mit der Statorwicklung 23 über Ausgangsleitungsdrähte X1, Y1 und Z1, welche sich jeweils von den drei Phasenwicklungen X, Y und Z der ersten Wicklung 23a an Eingangsabschnitten 71a, 72a und 73a erstrecken, und über Ausgangsleitungsdrähte U1, V1 und W1 verbunden, welche sich jeweils von den drei Phasenwicklungen U, V und W der zweiten Wicklung 23b an Eingangsabschnitten 71b, 72b und 73b erstrecken. Der erste neutrale Punkt N1 wird durch neutrale Leitungsdrähte X2, Y2 und Z2 gebildet, welche sich von den drei Phasenwicklungen X, Y und Z erstrecken, und der zweite neutrale Punkt N2 durch neutrale Leitungsdrähte U2, V2 und W2 gebildet, welche sich jeweils von den drei Phasenwicklungen U, V und W erstrecken.
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Gemäß der Darstellung in 3 erstrecken sich die Ausgangsleitungsdrähte X1 und Y1 der ersten Wicklung 23a jeweils von Abschnitten, welche nahe zueinander vorliegen, um ein erstes Bündel von Ausgangsleitungsdrähten zu bilden, während sich der Ausgangsleitungsdraht Z1 der gleichen Wicklung von einem Abschnitt entfernt von den vorherigen Abschnitten erstreckt. Die neutralen Leitungsdrähte X2, Y2 und Z2 erstrecken sich jeweils von Abschnitten nahe den Abschnitten, von denen sich die Ausgangsleitungsdrähte X1, Y1 und Z1 erstrecken. Der neutrale Leitungsdraht Z2 erstreckt sich ferner im Uhrzeigersinn entlang der axialen Endfläche der peripheren Spulenenden zu den Abschnitten, von denen sich die anderen neutralen Leitungsdrähte X2 und Y2 der ersten Wicklung 23a erstrecken. Die drei neutralen Leitungsdrähte X2, Y2 und Z2 der ersten Wicklung sind miteinander verschweißt oder verlötet, um den ersten neutralen Punkt N1 zu bilden.
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Die Ausgangsleitungsdrähte V1 und W1 der zweiten Wicklung 23b erstrecken sich jeweils von Abschnitten, welche nahe zueinander vorliegen, um ein zweites Bündel von Ausgangsleitungsdrähten zu bilden, während sich der Ausgangsleitungsdraht U1 der gleichen Wicklung von einem Abschnitt entfernt von den vorherigen Abschnitten, jedoch nahe zum Ausgangsleitungsdraht Z1 erstreckt, um ein drittes Bündel von Ausgangsleitungsdrähten zu bilden. Die neutralen Leitungsdrähte U2, V2 und W2 erstrecken sich jeweils von Abschnitten, die nahe zu den Abschnitten sind, von denen sich die Ausgangsleitungsdrähte U1, V1 und W1 erstrecken. Der neutrale Leitungsdraht U2 erstreckt sich ferner entgegen dem Uhrzeigersinn längs der axialen Endfläche der peripheren Spulenenden zu den Abschnitten, von denen sich die anderen neutralen Leitungsdrähte V2 und W2 der zweiten Wicklung 23b erstrecken. Die neutralen Leitungsdrähte U2, V2 und W2 der zweiten Wicklung 23b sind miteinander verschweißt oder verlötet, um den zweiten neutralen Punkt N2 zu bilden. Die beiden neutralen Punkte N1 und N2 können daher an entfernt voneinander vorliegenden Spulenendabschnitten ausgebildet werden. Dies vereinfacht die Verbindungstätigkeit.
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Gemäß der Darstellung in 4 enthält die Gleichrichtereinheit 7 ein bogenförmiges Negativkühlblech (negative cooling fin) 74, welches sechs negativseitige Dioden 751 bis 756 hält, ein bogenförmiges Positivkühlblech (positive cooling fin) 76, welches sechs positivseitige Dioden 771 bis 776 hält, und eine Verbindungseinheit 78, welche zwischen dem Negativkühlblech 74 und dem Positivkühlblech 76 angeordnet ist. Die Verbindungseinheit 78 beabstandet und isoliert die Kühlbleche voneinander und verbindet ferner jede Diode, um jeweils die dreiphasigen Vollwegbrückenschaltungen 7a und 7b zu bilden. Die Brückenschaltung 7a wird aus drei negativseitigen Dioden 751 bis 753 und drei positivseitigen Dioden 771 bis 773 gebildet, welche am linken Abschnitt der Gleichrichtereinheit 7 angeordnet sind, und die Brückenschaltung 7b wird aus drei negativseitigen Dioden 754 bis 756 und drei positivseitigen Dioden 774 bis 776 gebildet, welche am rechten Abschnitt der Gleichrichtereinheit 7 angeordnet sind.
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Die Verbindungseinheit 78 weist drei Anschlußteile 781, 782 und 783 auf, welche voneinander entlang der bogenförmigen Peripherie beabstandet sind. Sie verbinden die Ausgangsleitungsdrähte X1, Y1, Z1, U1, V1 und W1 mit den jeweiligen Gleichrichterbrückenschaltungen 7a und 7b.
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Das erste Anschlußteil 781 ist nahe den negativen Dioden 751 und 752 und den positiven Dioden 771 und 772, und nahe dem ersten Bündel an Ausgangsleitungsdrähten X1 und Y1 angeordnet; das zweite Anschlußteil 782 ist nahe den negativen Dioden 755 und 756 und den positiven Dioden 775 und 776, und nahe dem zweiten Bündel an Ausgangsleitungsdrähten V1 und W1 angeordnet; und das dritte Anschlußteil 783 ist nahe den negativseitigen Dioden 753 und 754 und den positivseitigen Dioden 773 und 774, und nahe dem dritten Bündel an Ausgangsleitungsdrähten Z1 und U1 angeordnet. Daher sind die drei Schaltgruppen regelmäßig in Umfangsrichtung angeordnet.
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Gemäß der Darstellungen in den 5 und 6 weist das erste Anschlußteil 781 ein Paar an Anschlüssen 71a und 72a und ein säulenförmiges Anschlußteil auf, welches sich in der axialen Richtung erstreckt. Das säulenförmige Anschlußteil weist in seinem Inneren ein Paar von nach unten glockenförmig aufgeweiteten Austiefungen 82 auf, um jeweils die Ausgangsleitungsdrähte X1 und Y1 zu halten und sie in das Paar von Anschlüssen 71a und 72a einzuführen. Die Austiefung 82 wird zum offenen Ende derart zunehmend breiter, daß die Leitungsdrähte auf einfache Weise eingefügt werden können. Der Anschluß 71a verbindet den Ausgangsleitungsdraht X1 mit dem Verknüpfungspunkt der negativseitigen Diode 751 und der positivseitigen Diode 771, und der Anschluß 72a verbindet den Ausgangsleitungsdraht Y1 mit dem Verknüpfungspunkt der negativseitigen Diode 752 und der positivseitigen Diode 772. Die Verbindung wird durch Verlöten, Schweißen oder eine Bolzenbefestigung durchgeführt.
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Gemäß der Darstellung in den 7, 8 und 9 wird das erste Anschlußteil 781 in eines von drei Leitungsdrahtlöchern 44 eingefügt, welche koaxial an der Seitenwand des hinteren Rahmens 4b ausgebildet sind. Die anderen beiden Leitungsdrahtlöcher 44 sind entsprechend dem zweiten und dritten Anschlußteil 782 und 783 ebenfalls an den Abschnitten des hinteren Rahmens 4b ausgebildet. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Anzahl der Leitungsdrahtlöcher 44 gleich der Anzahl an Phasen (z. B. drei).
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Wenn neutrale Diodenschaltungen an die neutralen Punkte N1 und N2 in einer bekannten Weise angeschlossen werden, ist ein weiteres Leitungsdrahtloch für ein anderes Anschlußteil erforderlich, um die beiden weiteren Ausgangsleitungsdrähte zu halten. Daher ist die Anzahl an Leitungsdrahtlöchern derart minimiert, daß Unregelmäßigkeiten an der Wandfläche des hinteren Rahmens 4b, welche dem hinteren Ventilator 36 gegenüber liegt, minimiert werden können. Dies vermeidet den Ventilatorlärm effektiv. Die Anzahl an Leitungsdrahtlöchern verändert sich nicht, auch wenn die dreiphasige, im Stern geschaltete Wicklung in eine dreiphasige, im Dreieck geschaltete (Δ-connected) Wicklung verändert wird.
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Das zweite Anschlußteil 782 für die Ausgangsleitungsdrähte V1 und W1 und das dritte Anschlußteil 783 für die Ausgangsleitungsdrähte Z1 und U1 weisen die gleiche Struktur auf.
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Eine Abwandlung der Statorwicklung 23 gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird nun anhand von 10 erläutert.
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Der Ausgangsleitungsdraht Z1 der ersten Wicklung 23a und der Ausgangsleitungsdraht W1 erstrecken sich jeweils von Abschnitten, welche nahe zueinander sind, um ein erstes Bündel an Ausgangsleitungsdrähten zu bilden, welches im ersten Anschlußteil 781 gehalten wird; der Ausgangsleitungsdraht Y1 der ersten Wicklung 23a und der Ausgangsleitungsdraht V1 erstrecken sich jeweils von Abschnitten, welche nahe zueinander sind, um ein zweites Bündel an Ausgangsleitungsdrähten zu bilden, welches im zweiten Anschlußteil 782 gehalten wird; und der Ausgangsleitungsdraht X1 der ersten Wicklung 23a und der Ausgangsleitungsdraht U1 erstrecken sich jeweils von Abschnitten, welche nahe zueinander sind, um ein drittes Bündel an Ausgangsleitungsdrähten zu bilden, welches im dritten Anschlußteil 783 gehalten wird. Das dritte Bündel von Ausgangsleitungsdrähten ist in der Mitte zwischen den ersten und zweiten Bündeln der Ausgangsleitungsdrähte angeordnet. Mit anderen Worten ist das dritte Bündel um 90° im Winkel beabstandet vom ersten Bündel und vom zweiten Bündel.
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Die neutralen Leitungsdrähte X2, Y2 und Z2 erstrecken sich jeweils von Abschnitten in der Nachbarschaft davon, von wo sich die Ausgangsleitungsdrähte X1, Y1 und Z1 erstrecken. Der neutrale Leitungsdraht Z2 erstreckt sich ferner entgegen dem Uhrzeigersinn längs der axialen Endfläche der peripheren Spulenenden zu einem Abschnitt, der nahe dem dritten Bündel von Ausgangsleitungsdrähten ist, von wo sich die anderen neutralen Leitungsdrähte X2 und Y2 der zweiten Wicklung 23b erstrecken. Der neutrale Leitungsdraht Y2 erstreckt sich ferner im Uhrzeigersinn längs der axialen Endfläche der peripheren Spulenenden, zu denen sich die anderen neutralen Leitungsdrähte X2 und Y2 der ersten Wicklung 23a erstrecken. Die drei neutralen Leitungsdrähte X2, Y2 und Z2 der ersten Wicklung 23a sind miteinander verschweißt oder verlötet, um den ersten neutralen Punkt N1 zu bilden.
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Da die erste Wicklung 23a und die zweite Wicklung 23b voneinander um den Phasenwinkel von 30° verschoben sind, haben die Ausgangsspannungen der in jedem Anschlußteil gehaltenen Ausgangsleitungsdrähte eine kleine Phasendifferenz zwischen sich. Auch wenn die Ausgangsleitungsdrähte des Bündels miteinander kurzgeschlossen sind, kann daher wenigstens ein Teil der Ausgangsleistung bereit gestellt werden.
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Die neutralen Leitungsdrähte U2, V2 und W2 erstrecken sich jeweils in unmittelbarer Nähe zu den Ausgangsleitungsdrähten U1, V1 und W1. Der neutrale Leitungsdraht V2 erstreckt sich ferner entgegen dem Uhrzeigersinn längs der axialen Fläche der peripheren Spulenenden, und der neutrale Leitungsdraht W2 erstreckt sich ferner im Uhrzeigersinn längs der axialen Endfläche der peripheren Spulenenden, so daß sie sich am neutralen Leitungsdraht U2 treffen. Die drei neutralen Leitungsdrähte U2, V2 und W2 der zweiten Wicklung 23b sind miteinander verschweißt oder verlötet, um den zweiten neutralen Punkt N2 zu bilden. Daher können zwei neutrale Punkte N1 und N2 an den Spulenendabschnitten entfernt voneinander ausgebildet werden.
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Es ist ferner möglich, zwei andere Ausgangsleitungsdrähte zusammen zu bringen, als jene die oben erläutert wurden, um ein Bündel von Ausgangsleitungsdrähten zu bilden, welches in einem Anschlußteil in einer ähnlichen Weise gehalten wird.
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In der Darstellung gemäß 11 erstrecken sich zwei Ausgangsleitungsdrähte Z1 und U1 von Positionen, welche relativ entfernt voneinander vorliegen.
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In 12 sind die beiden in 11 gezeigten Ausgangsleitungsdrähte Z1 und U1 in einer gekröpften Gestalt ausgebildet, um für den Stator gemäß der Darstellung in 1 ausgetauscht zu werden. Die gekröpfte Gestalt kann eine Deformation der Ausgangsleitungsdrähte vermeiden.
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Die Anschlußteile können von der Verbindungseinheit abgetrennt sein.
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In der vorherigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde die Erfindung anhand ihrer spezifischen Ausführungsformen offenbart. Es ist jedoch erkennbar, daß verschiedene Abwandlungen und Veränderungen an den spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne vom breiten Grundgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den angefügten Ansprüchen ausgeführt ist. Dementsprechend ist die Beschreibung der vorliegenden Erfindung in diesem Dokument mehr im illustrativen als einem restriktiven Sinn zu betrachten.
