Verfahren zur Herstellung einer Wicklung
1) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Herstellen einer Wicklung mit sinusförmig verteilten Windungen,
geeignet für eine Detektorwicklung, und speziell eine neue
Verbesserung, wobei eine 1-Phasen Nebenschlußwicklungsgruppe
gebildet wird durch serielles Verbinden von Windungsgruppen,
die sequentiell in Ein-Schlitz-Teilungsintervallen gewickelt
sind, und wobei ein 2P polarer und n-Phasen sinusförmig
verteilter Magnetfluß durch die Nebenschlußwicklung von
1-Phasen Windungsgruppen um n-Phasen erhalten wird, wobei das
Wickeln unter Verwendung einer automatischen Wickelmaschine
durchgeführt werden kann.
2) Beschreibung des Stands der Technik
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Herkömmlicherweise werden die in den Fig. 1 bis 5 gezeigten
Verfahren im allgemeinen als Verfahren zum Herstellen einer
Wicklung mit sinusförmig verteilten Windungen, geeignet für
Sensorwicklungen, wie z.B. Resolver, Drehmelder und
dergleichen, angewandt. Dabei bezeichnet in den Fig. 3 und 4 das
Bezugszeichen 20 einen Stator, der insgesamt zylindrisch
ausgebildet ist. Eine Vielzahl von Schlitzen bzw. Nuten 30
ist im Inneren des Stators 20 gebildet. In den Schlitzen Nr.
1 bis 16 sind erste 1-Phasen Statorwicklungen 21, die
jeweils vorher mit Ringgestalt gebildet wurden, zwischen den
Schlitzen 4 und 6, 3 und 7, 2 und 8, 1 und 9, 1 und 9, 16
und 10, 15 und 11, sowie 14 und 12 angeordnet. Eine
Rotoraufnahmeöffnung 22 ist im Inneren jedes Schlitzes 30 durch
Spreizen in Richtung des Pfeils B nach dem Anbringen der
ersten Statorwicklung 21 gebildet.
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In den Schlitzen 30 sind zweite Statorwicklungen, die
jeweils mit Ringgestalt gebildet sind, zwischen den Schlitzen
2 und 16, 3 und 15, 4 und 14, 5 und 13, 5 und 13, 6 und 12,
7 und 11 und 8 und 10 angeordnet, so daß sie zu der ersten
Statorwicklung 21 senkrecht sind. Wie Fig. 3 zeigt, sind die
Statorwicklungen 21 und 23 jeweils in dem Schlitz 30 eines
Stators 20 angeordnet, indem ein Spreizen in Richtung des
Pfeils A nach dem Anordnen der zweiten Statorwicklung 23
stattfindet. Ein Rotor, der eine Rotorwicklung (nicht
gezeigt) hat, ist drehbar in der Rotoraufnahmeöffnung 22
angeordnet. Die Statorwicklungen 21 und 23 sind, wie in den Fig.
1 und 2 gezeigt ist, auf eine solche Weise für einen in Fig.
9 gezeigten Resolver angeordnet, daß die Wicklung an jedem
Schlitz 30 einen sinusförmig verteilten Magnetfluß mit
Sinus- oder Kosinusphase (2-Phase) erzeugt.
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Wenn also beispielsweise eine festgelegte Wechselspannung an
die Rotorwicklung in dem oben genannten Zustand angelegt
wird, erzeugt die elektromagnetische Induktion eine Spannung
infolge eines verketteten Magnetflusses zwischen den
Statorwicklungen 21 und 23, so daß ein Rotationsdetektiersignal
erzeugt wird.
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Das herkömmliche Verfahren zum Herstellen einer Wicklung mit
sinusförmig verteilten Windungen fur eine Detektorwicklung
hat jedoch die folgenden Nachteile.
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Bei dem bekannten Verfahren werden ringförmige Wicklungen
vorher in jeden der Schlitze eingesetzt, indem die
angrenzenden Schlitze übersprungen werden, und dann werden die
Wicklungen gespreizt, um sie in jeweiligen Schlitzen
anzuordnen. Es ist also nicht möglich, das Wickeln mit einer
automatischen Verdrahtungsmaschine durchzuführen. Da jeder
Wickelvorgang manuell ausgeführt wird, ist es bisher
unmöglich, eine verbesserte Produktionseffizienz und
Kostensenkung zu erzielen.
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Die vorliegende Erfindung dient dem Zweck, die oben
angesprochenen Probleme zu überwinden. Insbesondere ist es eine
Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer
sinusförmig verteilten Wicklung für einen Detektor
anzugeben, wobei eine 1-Phasen Windungsgruppe aufgebaut wird durch
serielles Verbinden von Windungsgruppen, die sequentiell in
Ein-Schlitz-Teilungsintervallen gewickelt sind, wobei durch
Wickeln von Gruppen zu n-Phasen ein polarer und n-Phasen
sinusförmig verteilter Magnetfluß erzeugt wird, und die
Wicklung unter Verwendung einer automatischen Wickelmaschine
gebildet werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Wicklung mit sinusförmig verteilten Windungen, geeignet für
eine Detektorwicklung angegeben, wobei n-Phasen
Windungsgruppen (Z) auf einen Ringkern gewickelt sind, der eine
vorgegebene Anzahl (S) von Zahnbereichen und Schlitzen auf
seiner Innenumfangsseite aufweist, so daß jede von einer
Vielzahl von 1-Phasen Windungsgruppen (y) eine 2P polare und
sinusförmig verteilte Magnetflußverteilung der n-Phasen
Windungsgruppen (Z) erzeugt, und ist gekennzeichnet durch
folgende Verfahrensschritte: serielles Verbinden einer Anzahl
(F) von Windungsgruppen (X) auf dem Ringkern (20), um die 1-
Phasen Windungsgruppen (y) mit der Anzahl (S) zu bilden, die
der Anzahl von den Schlitzen entspricht, wobei die
Windungsgruppen in Ein-Schlitz-Teilungsintervallen gewickelt werden,
und Verwenden einer Vielzahl von den 1-Phasen
Windungsgruppen (y), um die n-Phasen Windungsgruppen (Z) zu bilden, so
daß ein 2P polarer und n-Phasen, sinusförmig verteilter
Magnetfluß erzeugt wird&sub9;
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Bei einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens ist
vorgesehen, daß die Anzahl von Windungen in jedem der Schlitze
der 1-Phasen Nebenschlußwicklung bestimmt ist durch die
nachstehende Formel:
... Gleichung (1),
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wobei
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Nk(n) = Anzahl von Windungen des Wicklungsbereichs in dem
k-ten oder einem gegebenen ganzzahligen Schlitz,
der die Bedingung i = 1 bis s in der n-ten
Windungsgruppe in der n-Phase erfüllt;
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W = Gesamtzahl von Windungen (die Summe der Windungen,
die in jedem Schlitz in einer Phase gewickelt
sind, wenn i = 1 bis s); und
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S = Anzahl der Schlitze.
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Im einzelnen wird in den n-Phasen Windungsgruppen ein
Resolver in der Sinusphasenwicklung und der Kosinusphasenwicklung
gebildet, die alternierend in der Innenseite und der
Außenseite jedes der Schlitze angeordnet sind.
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Dabei wird die n-Phasen Windungsgruppe mittels eines
Führungsstifts gewickelt, der an einer äußeren Position von
jedem von Schlitzen in dem Ringkern angeordnet ist.
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Ferner ist als weiteres Detail ein Isolierteil mit einem
Führungsstift an jedem von Schlitzen in dem Ringkern
angeordnet, und die n-Phasen Windungsgruppe wird mittels des
Führungsstifts gewickelt.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen einer
Wicklung mit sinusförmig verteilten Windungen, geeignet für
einen Detektor, werden Windungsgruppen, die einer
vorbestimmten Anzhl von Schlitzen entsprechen, durch
sequentielles Bilden von Wicklungen in dem Ringkern in Ein-
Schlitz-Intervallen erhalten, während ein automatisches
Wickeln unter Verwendung einer Wickelmaschine durchgeführt
werden kann, um 1-Phasen Windungsgruppen durch serielles
Verbinden jeder der Windungsgruppen zu bilden. Ein
sinusförmig verteilter N-Phasen Magnetfluß kann durch Wickeln
einer 1-Phasen Windungsgruppe mit n Phasen erhalten werden.
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Die vorgenannten Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Strukturdiagramm, das ein herkömmliches
Wickelverfahren zeigt;
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Fig. 2 ist ein Strukturdiagramm, das ein herkömmliches
Wickelverfahren zeigt;
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Fig. 3 ist eine Perspektivansicht, die einen
herkömmlichen Resolver zeigt;
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Fig. 4 ist ein Strukturdiagramm, das herkömmliches
Wickeln zeigt;
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Fig. 5 ist ein Strukturdiagramm, das herkömmliche
Windungen und eine Sinuswellenverteilung zeigt;
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Fig. 6 ist eine Perspektivansicht, die einen Ringkern
zeigt, der eine Detektorwicklung gemäß der
Erfindung verwendet;
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Fig. 7 ist ein Strukturdiagramm, das 1- oder 2-Phasen
Windungen zeigt;
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Fig. 8 ist eine Strukturansicht, die eine 3-Phasen
Windung zeigt, die als Synchrowicklung bezeichnet
wird;
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Fig. 9 ist ein Strukturdiagramm, das eine 4-Phasen =
unregelmäßige Zweiphasenwindung zeigt, die als
Resolver-Wicklung bezeichnet wird;
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Fig. 10 ist ein Strukturdiagramm, das eine n-Phasen
Wicklung zeigt;
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Fig. 11 ist eine Perspektivansicht, die eine andere
Ausführungsform der in Fig&sub4; 6 gezeigten Wicklung
zeigt;
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Fig. 12 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht,
die eine andere Ausführungsform der in Fig. 11
gezeigten Wicklung zeigt;
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Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht eines Resolvers;
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Fig. 14 ist eine Seitenansicht eines Resolvers;
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Fig. 15 ist ein Strukturdiagramm, das eine 1-Phasen
Windungsgruppe mit sinusförmig verteilter Amplitude
zeigt;
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Fig. 16 ist ein Strukturdiagramm, das eine andere
Ausführungsform einer 1-Phasen
Nebenschlußwicklungsgruppe mit sinusförmig verteilter Amplitude zeigt;
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Fig. 17 ist ein Strukturdiagramm, das eine Wicklungsgruppe
in jedem von Schlitzen zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen folgt nun
eine genaue Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform
eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum Herstellen einer
Wicklung mit sinusförmig verteilten Windungen für eine
Detektorwicklung. Gleiche oder ähnliche Bereiche wie beirn
Stand der Technik sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Die Fig. 6 bis 17 zeigen ein Verfahren zum
Herstellen einer Wicklung mit sinusförmig verteilten Windungen,
geeignet für eine Detektorwicklung, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In Fig. 6 bezeichnet 20 einen Ringkern als Stator, der eine
gegebene Anzahl von Schlitzen 30 und Zähnen 31 hat, die
sich an der Innenseite des Innendurchmessers öffnen, und der
durch Schichten einer großen Anzahl von Kernelementen
gebildet ist. In der 1-Phasen Windungsgruppe , die in jedem der
Schlitze 30 angeordnet ist, zeigt Fig. 7 eine 2-Phasen oder
1-Phasen Windung, Fig. 8 zeigt eine 3-Phasen Windung
(Synchro), Fig. 9 zeigt eine 4-Phasen Windung (oder einen
unregelmäßigen 2-Phasen Resolver), und Fig. 10 zeigt eine n
Phasen Windung.
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In Fig. 11 sind Führungsstifte 41 in den äußeren Positionen
von Schlitzen 30 in einem Ringkern 20 angeordnet, und die n-
Phasen Windungsgruppe ist über den Führungsstift 41
gewickelt.
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Bei dem in Fig. 12 gezeigten Verfahren ist ein Paar von
Ringisolierteilen 43 und 43a, die integral mit einem
Schlitzisolierbereich 42 innerhalb von jedem der Schlitze 30
gebildet sind, an beiden Enden des Ringkerns 20 angebracht.
Die Ringisolierteile 43 und 43a haben einen
Schlitzisolierbereich, der integral mit einem Führungsstift gebildet ist.
Die n-Phasen Windungsgruppe wird über den Führungsstift 41
gewickelt.
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In den Fig. 13 und 14 ist ein Stator unter Verwendung des
vorgenannten Ringkerns 20 gebildet, und ein Rotor 44 ist in
der Rotorführungsöffnung 22 drehbar angeordnet, die in der
Mitte des Ringkerns 20 gebildet ist. Ein Resolver 55 weist
den Ringkern 20 und den Rotor 44 auf. Der Ringkern 20 sollte
auf einen Stator beschränkt sein, kann aber auch für den
Rotor verwendbar sein.
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Das Verfahren zum Herstellen einer Detektorwicklung mit
sinusförmig verteilten Windungen gemäß der Erfindung wird
nachstehend erläutert.
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Wie Fig. 15 zeigt, hat der Ringkern 20 beispielsweise 10
Schlitze 30 (oder S=10) und 10 Zähne 31 und einen 2P polaren
Resolver mit einer 1-Phase Nebenschlußwicklungsgruppe y. In
diesem Fall sind die Windungen 40 sequentiell in Ein-
Schlitz-Teilungsintervallen gewickelt; Windungsgruppen
(oder S=10) für jeden Schlitz 30 sind seriell miteinander
verbunden; die 1-Phasen Nebenschlußwindungsgruppe y ist aus
den 10 Windungsgruppen x gebildet; und schließlich ist die
n-Phasen Nebenschlußwindungsgruppe durch Vereinigen von
1-Phasen Nebenschlußwindungsgruppen y der Anzahl n gebildet.
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Daher erzeugt, wie Fig. 15 zeigt, die n-Phasen
Nebenschlußwindungsgruppe in dem gesamten Winkel von 2π Radian des
Ringkerns 20 eine impulsförmige magnetomotorische Kraft (wie
ein Säulendiagramm) zu jeder der Windungsgruppen x (mit
unterschiedlicher Windungszahl) in jedem Schlitz 30. Ein
sinuswellenförmiger Magnetfluß wird durch die Envelope der
magnetomotorischen Kräfte gebildet.
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Im Fall von 12 Schlitzen (oder S=12), wie in Fig. 16 gezeigt
ist, wird die 1-Phasen Nebenschlußwindungsgruppe y, die
durch serielles Verbinden von 12 Windungsgruppen x erhalten
wird, durch Anwendung des gleichen Wickelverfahrens, wie es
oben beschrieben ist, gebildet. Die Magnetflußverteilung auf
der Sinusseite und der Kosinusseite kann erhalten werden
durch Verwendung der Erstphasen-Nebenschlußwindungsgruppe ,
die n Zweitphasen-Nebenschlußwindungsgsgruppen verwendet
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Die 1-Phasen Nebenschlußwindungsgruppe y wird gebildet,
indem die Windungsgruppen x jeweils seriell verbunden werden.
Die n-Phasen Nebenschlußwindungsgruppe , die durch Wickeln
der 1-Phasen Windungsgruppe y mit n-Phasen gebildet wird,
läßt sich gemäß der nachstehenden allgemeinen Gleichung (1)
darstellen:
....Gleichung (1),
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wobei
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Nk(n) = Anzahl von Windungen des Wicklungsbereichs in dem
k-ten oder einem gegebenen ganzzahligen Schlitz,
der die Bedingung i = 1 bis s in der n-ten Win
dungsgruppe in der n-Phase erfüllt;
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W = Gesamtzahl von Windungen (die Summe der Windungen,
die in jedem Schlitz in einer Phase gewickelt
sind, wenn i = 1 bis s); und
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S = Anzahl der Schlitze.
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Von den Schlitzen 30 mit der Anzahl S ist die k-te
Windungszahl von dem ersten Schlitz zu dem (S)ten Schlitz gezeigt,
und verschiedene Gleichungen für Nk&sub1; bis Nk(n) werden in
bezug auf Schlitze 30 in den Fig. 15 und 16 angewandt.
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Die Gleichung (1) ist eine allgemeine Gleichung für n-Phasen
Windungen und sollte beispielsweise nicht auf einen Resolver
beschränkt sein. Im Fall eines Resolvers, bei dem n=4 gilt,
ergibt sich eine unregelmäßige 2-Phase.
Gleichung (2).
(Sinusseite)
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Eine sinusseitige (Erst-Phasen) Wicklung ist gezeigt und hat
Windungen der Anzahl 5.
Gleichung (3).
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Eine Kosinusseite (Zweit-Phasen) ist gezeigt und hat
Windungen der Anzahl .
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Das heißt, die 1-Phasen Nebenschlußwindungsgruppe y, die
Erst-Phasen Windungen auf der Sinusseite hat, wird
entsprechend der Gleichung (2) gebildet. Die 1-Phasen
Nebenschlußwindungsgruppe y, die Zweit-Phasen Windungen auf der
Kosinusseite hat, wird entsprechend der Gleichung (3) gebildet.
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Die n-Phasen Nebenschlußwindungsgruppe Z weist die
Wicklungen x und y auf. In diesem Fall entfällt eine Erläuterung,
weil die Dritt-Phasen Wicklung die gleiche wie die erste
ist, während die Viert-Phasen Wicklung die gleiche wie die
zweite ist.
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Die Windungsgruppe x (mit der Anzahl von Schlitzen 30)
wird durch die Gleichung (4) dargestellt, indem die Erst-
Phasen Nebenschlußwicklung auf der Sinusseite, die durch die
Gleichung (2) ausgedrückt ist, in Schlitze 30 aufgelöst
wird.
Gleichung (4)
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Untere Indizes geben die Windungszahl von jeder der
Windungsgruppen x an.
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Nk2 in der Gleichung (3) wird ferner durch die Gleichung (5)
dargestellt durch Auflösen der Zweit-Phasen Windungsgruppe y
auf der Kosinusseite an jedem Schlitz 30.
Gleichung (5)
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Die Indizes geben die Anzahl von Windungen beim Wickeln
jeder Windungsgruppe x an. Dabei ist Nk2 in der Gleichung (3)
die Windungszahl in dem Schlitz 30.
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Wie Fig. 17 zeigt, sind die Windungen N1l, N2l, N3l und N4l
in der Windungsgruppe x, die durch die Gleichungen (4) und
(5) wiedergegeben sind, an den Innenseiten bzw. den
Außenseiten in den Schlitzen 30 angeordnet.
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Die Windungsgruppen x in den Schlitzen 30 auf der Sinusseite
(dargestellt durch die Gleichung (4)) und der Kosinusseite
(dargestellt durch die Gleichung (5)) in der oben
angegebenen 1-Phasen Windungsgruppe y sind jeweils so angeordnet,
wie es in Tabelle 1 angegeben ist. In der Tabelle 1
entsprechen die Symbole S1 bis S4 den jeweiligen Endpunkten S1 bis
S4 in Fig. 4.
Tabelle 1
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Das Symbol * bezeichnet einen Kurzschlußzustand
S1 bis S4 bezeichnen Anschlüsse.
(1) - (32) zeigen eine Windungsfolge.
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Wie die Tabelle 1 zeigt, sind also die Windungsgruppen x
alternierend an den Innenseiten und den Außenseiten der
Schlitze 30 angeordnet, wie in Fig. 17 gezeigt ist.
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Da das Verfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen einer
Wicklung mit sinusförmig verteilten Windungen für eine
Detektorwicklung wie oben beschrieben durchgeführt wird, ist
es möglich, eine Windung in allen Ein-Schlitz-Abständen
vorzusehen. Es war bisher nicht möglich, Wickeln unter
Anwendung einer automatischen Wickelmaschine durchzuführen. Die
Erfindung ermöglicht jedoch ein automatisches Wickeln, was
zu einer erheblichen Kostensenkung führt.
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Da ferner die Windungszahl in jedem Wicklungsbereich unter
Anwendung der Gleichung (1) leicht berechnet werden kann,
kann die sinusförmig verteilte Magnetflußverteilung präzise
erreicht werden, so daß die Genauigkeit eines analogen
Rotationssignals, das von einem Resolver oder dergleichen
erhalten wird, erheblich verbessert werden kann.
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Außerdem ist es möglich, die Windungsposition einer
Sinus- und einer Kosinusseite in den Schlitzen zu vergleichmäßigen,
so daß ein stabiler, praziser Detektor erhalten wird.