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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine dynamoelektrische Vorrichtung, zum Beispiel zum Erzeugen
einer Wechselspannung in einem Stator durch Rotieren eines Rotors.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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5 ist
ein Querschnitt eines Automobil-Wechselstromgenerators
(im folgenden einfach "Wechselstromgenerator" genannt), der eine
herkömmliche
dynamoelektrische Maschine ist.
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Der Wechselstromgenerator umfasst:
ein Gehäuse,
das einen Aluminium-Vorderseiten-Halter 1 und einen Aluminium-Rückseiten-Halter 2 ausweist;
eine Welle 5, die im Gehäuse angeordnet ist, um frei
zu rotieren, und die eine Riemenscheibe 4 besitzt, die
an einem Ende von der Welle befestigt ist; einen Rotor 6 des Lundell-Typs,
welcher an der Welle 5 befestigt ist; Lüfter 7, die an beiden
Enden des Rotors 6 befestigt sind; einen Stator 3,
welcher an der Innenwand des Gehäuses 3 befestigt
ist; Schleifringe 9, die am anderen Ende der Welle 5 befestigt
sind, um elektrischen Strom an den Rotor 6 zu liefern;
Bürsten 10,
welche in Kontakt mit den Schleifringen 9 gleiten; Bürstenhalterungen 11,
welche die Bürsten 10 aufnehmen;
einen Gleichrichter 12, welcher in elektrischem Kontakt
mit dem Stator 8 steht, zum Umwandeln des in dem Stator 8 erzeugten
Wechselstroms in einen Gleichstrom; eine Wärmeableitung 13, welcher über der
Bürstenhalterung 11 angebracht ist;
und einen Regler 14 zum Justieren der Größe der im
Stator 8 erzeugten Wechselspannung, welcher mittels Klebstoff
an der Wärmeableitung 13 befestigt
ist.
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Der Rotor 6 umfasst eine
Rotorwicklung 15 zum Hindurchleiten von elektrischem Strom
und zum Erzeugen eines magnetischen Flusses, und einen Polkern 16,
welcher die Rotorwicklung 15 abdeckt, in welcher magnetische
Pole mittels des magnetischen Flusses gebildet werden. Der Polkern 16 umfasst
eine erste Polkern-Baugruppe 17 und eine zweite Polkern-Baugruppe 18,
welche gegenseitig verriegelt sind. Die erste Polkern-Baugruppe 17 und
die zweite Polkern-Baugruppe 18 sind aus Eisen hergestellt
und haben insgesamt acht klauenförmige
magnetische Pole 19, 20 an ihren Enden. Zwischenräume (nicht
gezeigt) sind zwischen benachbarten klauenförmigen magnetischen Polen 19, 20 ausgebildet,
um zu verhindern, dass der magnetische Fluss zwischen den klauenförmigen magnetischen
Polen 19, 20 austritt, und auch, um als Kühlkanäle zum Abkühlen der
Rotorwicklung 15 zu fungieren.
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Der Stator 8 umfasst einen
Statorkern 22 und eine 3-Phasenstatorwicklung 23, die
aus Draht zusammengesetzt ist, welcher auf den Statorkern gewickelt
ist. Der Statorkern 22 wird hergestellt, indem dünne Bleche
aus einer Stahlplatte in eine gleichmäßig unterteilte Kammform ausgestanzt
und die kammförmigen
Platten in eine Ringform gewickelt oder laminiert werden. 6 ist eine grafische Darstellung,
welche einen Stator 8 zeigt, der an neun Stellen, die eben
abgewickelt sind, mit Zähnen 26 und
Schlitzen 27 ausbildet ist, jedoch sind die Schlitze 27 und
die Zähne 26,
welche sich in der radialen Richtung erstrecken, tatsächlich auf
dem Innenumfang des Statorkerns 22 ausgebildet. In der
Ringform sind die Zähne 26 mit
einer gleichmäßigen Unterteilung
von 40 mechanischen Graden ausgebildet, die 360 Grad geteilt durch
9 sind. Da die Schlitze 27 gleichmäßig mit den acht Polen korrespondieren,
liegt der elektrische Winkel zwischen den Mittellinien A der Öffnungen 29 der
Schlitze 27, die sich in der radialen Richtung erstrecken,
in diesem Beispiel bei 160 Grad.
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Die 3-Phasenstatorwicklung 23 ist
in die Schlitze 27 eingefügt. Die 3-Phasenstatorwicklung 23 umfasst einen
U-Phasenwicklungsabschnitt 31,
einen V-Phasenwicklungsabschnitt 32, und einen W-Phasenwicklungsabschnitt 33,
welche jeweils durch Wickeln von Draht auf die Zähne 26 gebildet sind.
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Die 3-Phasenstatorwicklung 23 ist
nach einer Methode gebildet, die "Konzentriertes Wickeln" genannt wird. Das
Verfahren für
diese Methode wird anschließend
erklärt.
Zuerst wird Draht im Uhrzeigersinn auf den Zahn 26 Nr.
1 gewickelt, und dann wird der Draht gegen den Uhrzeigersinn auf
den Zahn 26 Nr. 2 gewickelt. Der Draht wird dann. im Uhrzeigersinn
auf den Zahn 26 Nr. 3 gewickelt, um den U-Phasenwicklungsabschnitt 31 zu
bilden.
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Auf ähnliche Weise wird Draht im
Uhrzeigersinn auf den Zahn 26 Nr. 4 gewickelt, dann wird
der Draht gegen den Uhrzeigersinn auf den Zahn 26 Nr. 5
gewickelt, und der Draht wird dann im Uhrzeigersinn auf den Zahn 26 Nr.
6 gewickelt, um den V-Phasenwicklungsabschnitt 32 zu bilden.
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Gleichermaßen wird Draht im Uhrzeigersinn
auf den Zahn 26 Nr. 7 gewickelt, dann wird der Draht gegen
den Uhrzeigersinn auf den Zahn 26 Nr. 8 gewickelt, und
der Draht wird dann im Uhrzeigersinn auf den Zahn 26 Nr.
9 gewickelt, um den W-Phasenwicklungsabschnitt 33 zu bilden.
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Dann wird ein Ende von dem U-Phasenwicklungsabschnitt 31,
dem V-Phasenwicklungsabschnitt 32 und dem W-Phasenwicklungsabschnitt 33 mit
einem Ausgangsanschluß verbunden,
und das andere Ende von jedem der Abschnitte wird elektrisch mit
einem neutralen Punkt verbunden.
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In einem Fahrzeug-Wechselstromgenerator,
der die obige Konstruktion besitzt, wird ein Strom von einer Batterie
(nicht gezeigt) durch die Bürsten 10 und
die Schleifringe 9 hindurch zur Rotorwicklung 15 geliefert, wodurch
ein magnetischer Fluss erzeugt wird, und wodurch die klauenförmigen magnetischen
Pole 19 der ersten Polkernbaugruppe 17 mit nordsuchenden
(N) Polen polarisiert werden und die klauenförmigen magnetischen Pole 20 der
zweiten Polkernbaugruppe 18 mit südsuchenden (S) Polen polarisiert
werden.
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Gleichzeitig wird die Riemenscheibe 5 vom
Motor gedreht, und der Rotor 6 rotiert zusammen mit der Welle 5.
Infolgedessen wird ein rotierendes magnetisches Feld auf die Statorwicklung 23 ausgeübt und dadurch
eine elektromotorische Kraft erzeugt. Diese alternierende elektromotorische
Kraft wird mittels des Gleichrichters 12 in einen Gleichstrom
umgewandelt, seine Größe wird
vom Regler 14 geregelt, und die Batterie wird geladen.
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Weil in einem konventionellen Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerator,
welcher einen 8-poligen Rotor 6 und einen Stator 8 mit 9 Schlitzen
und einer konzentrierten Wicklung aufweist, der gesamte Draht konzentriert
auf die Zähnen 26 gewickelt
ist, hat dieser die Vorteile, es zu ermöglichen, die Rotor-Wicklungsenden
im Vergleich zu einer verteilten Wicklung oder Wellen-Wicklung zu
reduzieren, die Menge an verwendetem Draht zu reduzieren und den
Kupferverlust zu verringern, allerdings treten harmonische Frequenzen
jeder Ordnung der magnetischen Flussdichte-Wellenform leichter auf. Folglich war
es ein Problem, dass Stöße des magnetischen
Flusses infolge gegenseitiger Interferenzen zwischen den harmonischen
Frequenzen erhöht
werden, wodurch Schwankungen der erzeugten Spannung zunehmen.
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Ein anderes Problem ist, dass eine
magnetische Anziehung zwischen den klauenförmigen magnetischen Polen 19, 20 des
Rotors 6 und des Stators 8 entsteht, was infolge
der harmonischen Frequenzen den Stator 8, das Gehäuse 3 etc.
in Resonanz bringt und die klauenförmigen magnetischen Pole 19,
20 des Rotors 6 vibrieren lässt, was Anlaß zu Geräuschen gibt,
die für
die Fahrgäste
unangenehm sind.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf
ab, die obigen Probleme zu lösen,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerator
bereit zu stellen, der dazu geeignet ist, die Schwankungen in der
erzeugten Spannung zu verringern und Geräusche zu reduzieren, indem
die Reduzierung von magnetomotorischen harmonischen Frequenzen höherer Ordnung
des Stators ermöglicht
wird, die in einem hohen Maße
die Fluss-Stöße und die
magnetische Anziehung zwischen dem Stator und dem Motor beeinflussen.
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Was dies anbelangt, so wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine dynamoelektrische Maschine bereit gestellt, umfassend:
einen Stator, mit einem Statorkern, welcher mit 9n Schlitzen ausgebildet
ist (wobei n eine ganze Zahl größer oder
gleich 1 ist), welche sich in Längsrichtung
an dessen innerem Umfang erstrecken, und einer ersten 3-Phasenstatorwicklung
und einer zweiten 3-Phasenstatorwicklung,
welche in die Schlitze eingesetzt sind; und einen Rotor, welcher
innerhalb des Stators angeordnet ist, so dass dieser frei rotiert,
und welcher eine Rotorwicklung zur Hindurchführung von elektrischen Strom
und zur Erzeugung eines magnetischen Flusses sowie Polkerne aufweist,
welche die Rotorwicklung abdecken, um 8n magnetische Pole mittels des
magnetischen Flusses zu bilden, die erste 3-Phasenstatorwicklung
und die zweite 3- Phasenstatorwicklung umfassen
jeweils einen U-Phasenwicklungsabschnitt,
einen V-Phasenwicklungsabschnitt, und einen W-Phasenwicklungsabschnitt,
die jeweils durch die Windung eines Drahtes auf die Zähne gebildet
werden, welche die Schlitze begrenzen, wobei jeder der Phasenwicklungsabschnitte
der ersten 3-Phasenstatorwicklung und der Phasenwicklungsabschnitte
der zweiten 3-Phasenstatorwicklung,
welche mit den Phasenwicklungsabschnitten korrespondieren, derart
positioniert sind, dass diese um einen Abstand von einem Zahn in
Umfangsrichtung voneinander versetzt sind.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegende Erfindung wird eine dynamoelektrische Maschine bereitgestellt,
welche umfasst: einen Stator mit einem Statorkern, welcher mit 9n
Schlitzen ausgebildet ist (wobei n eine ganze Zahl größer oder
gleich 1 ist), welche sich an dessen inneren Umfang in Längsrichtung
erstrecken, und einer 3-Phasenstatorwicklung, welche in die Schlitze
eingefügt
ist; und einen Rotor, der innerhalb des Stators angeordnet ist,
um frei zu rotieren, und welcher eine Rotorwicklung zum Hindurchführen von
elektrischen Strom und zum Erzeugen eines magnetischen Flusses sowie
Polkerne aufweist, welche die Rotorwicklung abdecken, um 8n magnetische
Pole mittels des magnetischen Flusses zu bilden, wobei die 3-Phasenstatorwicklung
einen U-Phasenwicklungsabschnitt,
einen V-Phasenwicklungsabschnitt und einen W-Phasenwicklungsabschnitt
aufweist, welche jeweils durch Wickeln von Draht auf die Zähne ausgebildet
werden, welche die Schlitze begrenzen, und wobei ein Teil von 2-Phasenwicklungsabschnitten
von dem U-Phasenwicklungsabschnitt,
dem V-Phasenwicklungsabschnitt und dem W-Phasenwicklungsabschnitt
um jeden dritten Zahn gewickelt ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
vorliegende Erfindung wird eine dynamoelektrische Maschine bereitgestellt,
umfassend: einen Stator mit einem Statorkern, welcher mit 18n Schlitzen
ausgebildet ist (wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist), welche
sich in Längsrichtung
an dessen inneren Umfang erstrecken, und einer ersten 3-Phasenstatorwicklung
und einer zweiten 3-Phasenstatorwicklung,
welche in die Schlitze eingefügt
sind; und einen Rotor, der innerhalb des Stators angeordnet ist,
um frei zu rotieren, und welcher eine Rotorwicklung zum Hindurchführen von
elektrischem Strom und zum Erzeugen eines magnetischen Flusses sowie
die Rotorwicklung abdeckende Polkerne zur Bildung von 8n magnetischen
Polen mittels des magnetischen Flusses aufweist, wobei die erste
3-Phasenstatorwicklung
und die zweite 3-Phasenstatorwicklung jeweils einen U-Phasenwicklungsabschnitt,
einen V-Phasenwicklungsabschnitt
und einen W-Phasenwicklungsabschnitt umfasst, welche jeweils durch
Wickeln eines Drahtes um benachbarte Paare von Zähnen gebildet werden, welche
die Schlitze begrenzen, und wobei jeder der Phasenwicklungsabschnitte
der ersten 3-Phasenstatorwicklung und die Phasenwicklungsabschnitte
der zweiten 3-Phasenstatorwicklung,
welche den Phasenwicklungsabschnitten entsprechen, derart positioniert
sind, dass diese um einen Abstand von einem Zahn in Umfangsrichtung
voneinander versetzt sind, wobei die Unterteilung zwischen sich
in radialer Richtung erstreckenden Mittellinien A von benachbarten Öffnungen
der Schlitze ungleichförmig
ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine ebene Abwicklung eines Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerators gemäß einer
Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine ebene Abwicklung eines Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerators gemäß einer
Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine ebene Abwicklung eines Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerators gemäß einer
Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine graphische Darstellung, welche ein Beispiel zeigt, in dem der
Abstand zwischen den Mittellinien der Öffnungen der Schlitze ungleichmäßig ist;
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5 ist
ein Querschnitt eines konventionellen Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerators;
und
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6 ist
eine ebene Abwicklung des Stators in 5.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1
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1 ist
eine graphische Darstellung zur Erläuterung eines Stators 50 für einen
Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerator,
welcher eine dynamoelektrische Maschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung ist, wobei der ringförmige
Stator 50 eben abgewickelt dargestellt ist. In dieser Ausführungsform
ist die Konstruktion von anderen Teilen als der Stator 50 die
gleiche wie die in 5 gezeigte
Konstruktion, und sie wird nachfolgend unter Verwendung der gleichen
Bezugszeichen erklärt.
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Der Stator 50 besitzt einen
Statorkern 52, welcher mit neun Schlitzen 51 ausgebildet
ist, welche sich in Längsrichtung
an dessen Innenumfang erstrecken, und eine erste 3-Phasenstatorwicklung 53 und
eine zweite 3-Phasenstatorwicklung 54,
welche in die Schlitze 51 eingefügt sind.
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Die erste 3-Phasenstatorwicklung 53 und
die zweite 3-Phasenstatorwicklung 54 umfassen
U-Phasenwicklungsabschnitte 56, 57, V-Phasenwicklungsabschnitte 58, 59,
und W-Phasenwicklungsabschnitte 60, 61, die
jeweils durch Wickeln von Draht auf die Zähne 55 gebildet sind,
welche die Schlitze 51 begrenzen.
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Die Phasenwicklungsabschnitte 56, 58, 60 der
ersten 3-Phasenstatorwicklung 53 und
die Phasenicklungsabschnitte 57, 59, 61 der
zweiten 3-Phasenstatorwicklung 54, welche mit den Phasenwicklungsabschnitten 56, 58, 60 korrespondieren,
sind derart um einen Abstand von einem Zahn 55 in Umfangsrichtung
voneinander versetzt, dass der Phasenunterschied zwischen dem Ausgangsstrom,
der in der ersten 3-Phasenstatorwicklung 53 fließt, und
dem, der in der zweiten 3-Phasenstatorwicklung r fließt, 20 Grad
(160 Grad) beträgt.
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Es wird jetzt das Verfahren zum Einfügen der
ersten 3-Phasenstatorwicklung 53 und
der zweiter. 3-Phasenstatorwicklung 54 in
den Statorkern 52 erklärt
werden.
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Zuerst wird Draht im Uhrzeigersinn
auf den Zahn 55 Nr. 1 gewickelt, und dann wird der Draht
gegen den Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr. 2 gewickelt.
Der Draht wird anschließend
im Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr. 3 gewickelt, um den
U-Phasenwicklungsabschnitt 56 der
ersten 3-Phasenstatorwicklung 53 zu bilden.
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Auf ähnliche Weise wird Draht im
Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr. 4 gewickelt, dann wird
der Draht gegen den Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr. 5
gewickelt, und der Draht wird dann im Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr.
6 gewickelt, um den V-Phasenwicklungsabschnitt 58 der ersten
3-Phasenstatorwicklung 53 zu
bilden.
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Gleichermaßen wird Draht im Uhrzeigersinn
auf den Zahn 55 Nr. 7 gewickelt, dann wird der Draht gegen
den Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr. 8 gewickelt, und
der Draht wird anschließend
im Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr. 9 gewickelt, um den
W-Phasenwicklungsabschnitt 60 der ersten 3-Phasenstatorwicklung 53 zu
bilden.
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Dann wird ein Ende von dem U-Phasenwicklungsabschnitt 56,
dem V-Phasenwicklungsabschnitt 58 und dem W-Phasenwicklungsabschnitt 60 mit
einem Ausgangsanschluss verbunden, und das andere Ende von jedem
Abschnitt wird elektrisch mit einem neutralen Punkt verbunden.
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Als nächstes wird Draht im Uhrzeigersinn
auf den Zahn 55 Nr. 2 gewickelt, und dann wird der Draht gegen
den Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr. 3 gewickelt. Der
Draht wird dann im Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr. 4
gewickelt, um den U-Phasenwicklungsabschnitt 57 der zweiten
3-Phasenstatorwicklung 54 zu
bilden.
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Auf ähnliche Weise wird Draht im
Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr. 5 gewickelt, dann wird
der Draht gegen den Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr. 6
gewickelt, und der Draht wird dann im Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr.
7 gewickelt, um den V-Phasenwicklungsabschnitt 59 der zweiten
3-Phasenstatorwicklung 54 zu bilden.
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Gleichermaßen wird Draht im Uhrzeigersinn
auf den Zahn 55 Nr. 8 gewickelt, dann wird der Draht gegen
den Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr. 9 gewickelt, und
der Draht wird dann im Uhrzeigersinn auf den Zahn 55 Nr.
1 gewickelt, um den W-Phasenwicklungsabschnitt 61 der zweiten
3-Phasenstatorwicklung 54 zu bilden.
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Dann wird ein Ende von dem U-Phasenwicklungsabschnitt 57,
dem V-Phasenwicklungsabschnitt 59 und dem W-Phasenwicklungsabschnitt 61 mit
einem Ausgangsanschluss verbunden, und das andere Ende von jedem
Abschnitt wird elektrisch mit einem neutralen Punkt verbunden.
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In dieser Ausführungsform sind die erste 3-Phasenstatorwicklung 53 und
die zweite 3-Phasenstatorwicklung 54 in solch einer Weise
auf den Zähnen 55 montiert,
dass die Wicklungsabschnitte 56, 58, 60 der ersten
3-Phasenstatorwicklung 53 und
die Wicklungsabschnitte 57, 59, 61 der
zweiten 3-Phasenstatorwicklung 54, welche mit den Wicklungsabschnitten 56, 58, 60 korrespondieren,
um einen Zahn 55 in Umfangsrichtung voneinander versetzt
sind. Und wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, kann. dadurch die
Erzeugungsrate von magnetomotorischen harmonischen Frequenzen des
Stators (in Bezug zur Grundfrequenz) im Vergleich zum durch das
konzentrierte Wickeln repräsentierten
konventionellen Beispiel reduziert werden. Die Tabelle 1 wurde durch
eine elektromagnetische Feld-Analyse von den Erfindern erhalten.
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Tabelle
1 Gehalt von magnetomotorischen harmonischen Frequenzen in einem
8-poligen Rotor und einem Stator mit 9 Schlitzen.
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Ausführungsform 2
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2 ist
eine graphische Darstellung zur Erläuterung eines Stators 65 für einen
Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerator,
welcher eine dynamoelektrische Maschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung ist, wobei der ringförmige
Stator 65 eben abgewickelt dargestellt ist.
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Der Stator 65 besitzt einen
Statorkern 67, welcher mit neun Schlitzen 66 ausgebildet
ist, welche sich in Längsrichtung
an dessen Innenumfang erstrecken, und eine 3-Phasenstatorwicklung 68, welche
in die Schlitze 66 eingesetzt ist.
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Die 3-Phasenstatorwicklung 68 umfasst
einen U-Phasenwicklungsabschnitt 70,
einen V-Phasenwicklungsabschnitt 71, und einen W-Phasenwicklungsabschnitt 72,
welche jeweils durch Wickeln von Draht auf die Zähne 69, welche die
Schlitze 66 begrenzen, ausgebildet sind.
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Ein Teil des U-Phasenwicklungsabschnitts 70 und
ein Teil des W-Phasenwicklungsabschnitts 72 sind um den
Zahn 69 Nr. 1 gewickelt. Ein Teil des U-Phasenwicklungsabschnitts 70 und
ein Teil des V-Phasenwicklungsabschnitts 71 sind um den
Zahn 69 Nr. 4 gewickelt. Ein Teil des V-Phasenwicklungsabschnitts 71 und
ein Teil des W-Phasenwicklungsabschnitts 72 sind um den
Zahn 69 Nr. 7 gewickelt.
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Es wird nun das Verfahren zum Einfügen der
3-Phasenstatorwicklung 68 in
den Statorkern 67 erklärt werden.
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Zuerst wird Draht im Uhrzeigersinn
auf den Zahn 69 Nr. 1 gewickelt, dann wird der Draht gegen
den Uhrzeigersinn auf den Zahn 69 Nr. 2 gewickelt, anschließend wird
der Draht im Uhrzeigersinn auf den Zahn 69 Nr. 3 gewickelt,
und dann wird der Draht zusätzlich
gegen den Uhrzeigersinn um den Zahn 69 Nr. 4 gewickelt, um
den U-Phasenwicklunsabschnitt 70 der 3-Phasenstatorwicklung 68 zu
bilden.
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Auf ähnliche Weise wird Draht im
Uhrzeigersinn auf den Zahn 69 Nr. 4 gewickelt, dann wird
der Draht gegen den Uhrzeigersinn auf den Zahn 69 Nr. 5
gewickelt, der Draht wird dann im Uhrzeigersinn auf den Zahn 69 Nr.
6 gewickelt, und anschließend
wird der Draht zusätzlich
gegen den Uhrzeigersinn um Zahn 69 Nr. 7 gewickelt, um
den V-Phasenwicklungsabschnitt 71 der
3-Phasenstatorwicklung 68 zu bilden.
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Gleichermaßen wird Draht im Uhrzeigersinn
auf den Zahn 69 Nr. 7 gewickelt, dann wird der Draht. gegen
den Uhrzeigersinn auf den Zahn 69 Nr. 8 gewickelt, der
Draht wird dann im Uhrzeigersinn auf Zahn 69 Nr. 9 gewickelt,
und anschließend
wird der Draht zusätzlich
gegen den Uhrzeigersinn teilweise um den Zahn 69 Nr. 9
gewickelt, um den W-Phasenwicklungsabschnitt 72 der 3-Phasenstatorwicklung 68 zu
bilden.
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Dann wird ein Ende von dem U-Phasenwicklungsabschnitt 70,
dem V-Phasenwicklungsabschnitt 71 und dem W-Phasenwicklungsabschnitt 72 zu
einem Ausgangsanschluss verbunden, und das andere Ende von jedem
Abschnitt wird elektrisch mit einem neutralen Punkt verbunden.
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In der Ausführungsform 2 wird ein Teil
des U-Phasenwicklungsabschnitts 70 und
ein Teil des W-Phasenwicklungsabschnitts 72 auf
den Zahn 69 Nr. 1 gewickelt, ein Teil des U-Phasenwicklungsabschnitts 70 und ein
Teil des V-Phasenwicklungsabschnitts 71 wird auf den Zahn 69 Nr.
4 gewickelt, und ein Teil des V-Phasenwicklungsabschnitts 71 und
ein Teil des W-Phasenwicklungsabschnitts 72 wird auf den
Zahn 69 Nr. 7 gewickelt, und wie aus der Tabelle 1 ersichtlich
ist, kann dadurch die Erzezgungsrate von magnetomotorischen harmonischen
Frequenzen des Stators (in Bezug zur Grundfrequenz) im Vergleich
zum konzentrierten Wickeln, welches das konventionelle Beispiel
dargestellt, reduziert werden.
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Ausführungsform 3
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3 ist
eine graphische Darstellung zur Erläuterung eines Stators 75 für einen
Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerator,
welcher eine dynamoelektrische Maschine gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden
Erfindung ist, wobei der ringförmige
Stator 75 eben abgewickelt gezeigt ist.
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Der Stator 75 besitzt einen
Statorkern 77, welcher mit 18 Schlitzen 76 ausgebildet
ist, welche sich in Längsrichtung
an dessen Innenumfang erstrecken, und eine erste 3-Phasenstatorwicklung 78 und
eine zweite 3-Phasenstatorwicklung 79,
welche in die Schlitze 76 eingefügt sind.
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Ein Rotor 6, der eine Rotorwicklung 15 zum
Hindurchleiten von elektrischem Strom und zum Erzeugen eines magnetischen
Flusses sowie einen Polkern 16 aufweist, welcher die Rotorwicklung 15 abdeckt
und in dem 8 magnetische Pole mittels des magnetischen Flusses erzeugt
werden, ist innerhalb des Stators 75 angeordnet, um frei
zu rotieren.
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Die erste 3-Phasenstatorwicklung 78 und
die zweite 3-Phasenstatorwicklung 79 umfassen
jeweils U-Phasenwicklungsabschnitte 81, 82,
V-Phasenwicklungsabschnitte 83, 84, und W-Phasenwicklungsabschnitte 85, 86,
welche jeweils durch Wickeln eines Drahtes um benachbarte Paare
von Zähnen 80 gebildet sind,
welche die Schlitze 76 begrenzen.
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Die Wicklungsabschnitte 81, 83, 85 der
ersten 3-Phasenstatorwicklung 78 und
die Wicklungsabschnitte 82, 84, 86 der
zweiten 3-Phasenstatorwicklung 79, welche mit diesen Wicklungsabschnitten 81, 83, 85 korrespondieren,
sind um einen Abstand von einem Zahn 80 in Umfangsrichtung
voneinander versetzt.
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Die Schlitze 76 sind derart
ausgebildet, dass die Teilung T1, T2, T3 zwischen benachbarten Mittellinien A
der Öffnungen 36,
welche sich in radialer Richtung erstrecken, ungleichmäßig ist.
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4 zeigt
ein Beispiel, bei dem die Größe der Teilung-T1,
T2, T3 jeweils einen elektrischen Winkel von 150 Grad, 180 Grad,
und 150 Grad aufweist. In diesem Beispiel ist die Teilungen T1,
T2, T3 festgelegt, indem die Breite der Zwischenabschnitte der Zähne 80 in
radialer Richtung so eingestellt ist, dass sie das Verhältnis a
: b = 5 : 6 erfüllt.
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Darüber hinaus kann die Teilung
T1, T2, T3 auch durch Einstellen der Länge der Flansche 88 in
Umfangsrichtung auf den Spitzen der Zähne 80 festgelegt
werden.
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Ferner müssen die Flansche 88 nicht
während
des Stanzens des Metallblechs gebildet werden; sie können auch
gebildet werden, indem Enden der Zähne 80 geformt werden,
nachdem die 3-Phasenstatorwicklungen 78, 79 in
den Statorkern 77 eingefügt worden sind.
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Es wird nun das Verfahren zum Einfügen der
ersten 3-Phasenstatorwicklung 78 und
der zweiten 3-Phasenstatorwicklung 79 in
den Statorkern 77 erklärt
werden.
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Zuerst wird Draht im Uhrzeigersinn
um den Zahn 80 Nr. 1 und um den Zahn 80 Nr. 2
gewickelt, dann wird der Draht gegen den Uhrzeigersinn um die Zähne 80 Nr.
3 und Nr. 4 gewickelt, anschließend
wird der Draht im Uhrzeigersinn um die Zähne 80 Nr. 5 und Nr.
6 gewickelt, um den U-Phasenwicklungsabschnitt 81 der ersten 3-Phasenstatorwicklung 78 zu
bilden.
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Auf ähnliche Weise wird Draht im
Uhrzeigersinn um den Zahn 80 Nr. 7 und den Zahn 80 Nr.
8 gewickelt, dann wird der Draht gegen den Uhrzeigersinn um die
Zähne 80 Nr.
9 und Nr. 10 gewickelt, und der Draht wird anschließend im
Uhrzeigersinn um die Zähne 80 Nr.
11 und Nr. 12 gewickelt, um den V-Phasenwicklungsabschnitt 83 der
ersten 3-Phasenstatorwicklung 78 zu
bilden.
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Gleichermaßen wird Draht im Uhrzeigersinn
um den Zahn 80 Nr. 13 und den Zahn 80 Nr. 14 gewickelt, dann
wird der Draht gegen den Uhrzeigersinn um die Zähne 80 Nr. 15 und
Nr. 16 gewickelt, und der Draht wird anschließend im Uhrzeigersinn um die
Zähne 80 Nr.
17 und Nr. 18 gewickelt, um den W-Phasenwicklungsabschnitt 85 der
ersten 3-Phasenstatorwicklung 78 zu bilden.
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Dann wird ein Ende von dem U-Phasenwicklungsabschnitt 81,
dem V-Phasenwicklungsabschnitt 83 und dem W-Phasenwicklungsabschnitt 85 mit
einem Ausgangsanschluss verbunden, und das andere Ende von jedem
Abschnitt wird elektrisch mit einem neutralen Punkt verbunden.
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Als nächstes wird Draht im Uhrzeigersinn
auf den Zahn 80 Nr. 2 und den Zahn 80 Nr. 3 gewickelt,
und dann wird der Draht gegen den Uhrzeigersinn auf den Zehn 80 Nr.
4 und Nr. 5 gewickelt. Der Draht wird dann im Uhrzeigersinn auf
den Zahn 80 Nr. 6 und Nr. 7 gewickelt, um der U-Phasenwicklungsabschnitt 82 der
zweiten 3-Phasenstatorwicklung 79 zu
bilden.
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Auf ähnliche Weise wird Draht im
Uhrzeigersinn um den Zahn 80 Nr. 8 und den Zahn 80 Nr.
9 gewickelt, dann wird der Draht gegen den Uhrzeigersinn um die
Zähne 80 Nr.
10 und Nr. 11 gewickelt, der Draht wird dann im Uhrzeigersinn um
die Zähne 80 Nr.
12 und Nr. 13 gewickelt, um den V-Phasenwicklungsabschnitt 84 der
zweiten 3-Phasenstatorwicklung 79 zu
bilden.
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Auf ähnliche Weise wird Draht im
Uhrzeigersinn um den Zahn 80 Nr. 14 und den Zahn 80 Nr.
15 gewickelt, dann wird der Draht gegen den Uhrzeigersinn um die
Zähne 80 Nr.
16 und Nr. 17 gewickelt, der Draht wird anschließend im Uhrzeigersinn um die
Zähne 80 Nr.
18 und Nr. 1 gewickelt, um den W-Phasenwicklungsabschnitt 86 der
zweiten 3-Phasenstatorwicklung 79 zu
bilden.
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Dann wird ein Ende von dem U-Phasenwicklungsabschnitt 82,
dem V-Phasenwicklungsabschnitt 84 und dem W-Phasenwicklungsabschnitt 86 mit
einem Ausgangsanschluss verbunden, und das andere Ende von jedem
Abschnitt wird elektrisch mit einem neutralen Punkt verbunden.
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In der Ausführungsform 3 sind die Wicklungsabschnitte 81, 83, 85 der
ersten 3-Phasenstatorwicklung 78 und die Wicklungsabschnitte 82, 84, 86 der
zweiten 3-Phasenstatorwicklung 79,
welche mit diesen Wicklungsabschnitten 81, 83, 85 korrespondieren,
um einen Abstand von einem Zahn 80 in der Umfangsrichtung voneinander
versetzt, und die Schlitze 76 sind derart ausgebildet,
dass die Teilung T1, T2, T3 zwischen benachbarten Mittellinien A
der Öffnungen 36,
die sich in der radialen Richtung erstrecken, ungleichmäßig ist. Aus
diesem Grund ist, wie aus der Tabelle 2 hervorgeht, die Erzeugungsrate
von magnetomotorischen harmonischen Frequenzen des Stators (im Verhältnis zur
Grundfrequenz) verglichen mit einer geraden Teilung reduziert, wenn
die Ordnung der harmonischen Frequenzen 0.25 ist. Tabelle 2 zeigt
Ergebnisse, welche von den Erfindern durch dreidimensionale elektromagnetische
Feldanalyse erhalten wurden.
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Weiterhin kann man, wie in der Tabelle
3 gezeigt ist, ersehen, dass, wenn die Teilung ungleichmäßig ist,
der Wicklungsfaktor groß ist
im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Teilung gleichmäßig ist,
was die erzeugte Ausgangsgröße verbessert.
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Ferner wurde bei jeder der obigen
Ausführungsformen
ein Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerator verwendet, um eine dynamoelektrische
Maschine zu erklären,
jedoch kann die vorliegende Erfindung auch für einen elektrischen Motor
angewendet werden.
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Tabelle
2 Gehalt von magnetomotorischen harmonischen Frequenzen des Stators
(8n Pole, 18n Schlitze).
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Tabelle
3 Wicklungsfaktor
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Wie oben erklärt, umfasst eine dynamoelektrische
Maschine gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung: einen Stator mit einem Statorkern,
welcher mit 9n Schlitzen ausgebildet ist (wobei n eine ganze Zahl größer oder
gleich 1 ist), welche sich in Längsrichtung
an dessen inneren Umfang erstrecken, und einer ersten 3-Phasenstatorwicklung
und einer zweiten 3-Phasenstatorwicklung, welche in die Schlitze
eingefügt
sind; und einen Rotor, welcher innerhalb des Stators angeordnet
ist, um frei zu rotieren, und welcher eine Rotorwicklung zum Hindurchleiten
von elektrischem Strom und zum Erzeugen eines magnetischen Flusses
sowie Polkerne aufweist, welche die Rotorwicklung abdecken, um 8n
magnetische Pole mittels des magnetischen Flusses zu bilden, die
erste 3-Phasenstatorwicklung und die zweite 3-Phasenstatorwicklung jeweils umfassend
einen U-Phasenwicklungsabschnitt,
einen V-Phasenwicklungsabschnitt und einen W-Phasenwicklungsabschnitt,
die jeweils durch Wickeln eines Drahtes auf die Zähne gebildet
sind, welche die Schlitze begrenzen, wobei jeder der Phasenwicklungsabschnitte
der ersten 3-Phasenstatorwicklung und der Phasenwicklungsabschnitte
der zweiten 3-Phasenstatorwicklung, welche mit den Phasenwicklungsabschnitten
korrespondieren, derart positioniert sind, dass diese um einen Abstand
von einem Zahn in Umfangsrichtung voneinander versetzt sind. Deshalb
wird die Erzeugung von magnetomtorischen harmonischen Frequenzen
des Stators sogar in konzentrierten Wicklungen unterdrückt, was
die Verringerung von Schwankungen der Ausgangsgröße und die Verringerung von
Geräuschbildung
ermöglicht.
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Auch umfasst eine dynamoelektrische
Maschine gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegende Erfindung: einen Stator mit einem
Statorkern, welcher mit 9n Schlitzen ausgebildet ist (wobei n eine
ganze Zahl größer oder
glich 1 ist), welche sich in Längsrichtung
an dessen inneren Umfang erstrecken, und einer 3-Phasenstatorwicklung,
welche in die Schlitze eingefügt
ist; und einen Rotor, welcher innerhalb des Stators angeordnet ist,
um frei zu rotieren, und welcher eine Rotorwicklung zum Hindurchleiten
von elektrischen Strom und zum Erzeugen eines magnetischen Flusses
aufweist, sowie Polkerne, welche die Rotorwicklung abdecken, um 8n
magnetische Pole mittels des magnetischen Flusses zu bilden, die
3-Phasenstatorwicklung umfassend einen U-Phasenwicklungsabschnitt, einen V-Phasenwicklungsabschnitt
und einen W-Phasenwicklungsabschnitt, welche jeweils durch Wickeln
von Draht auf die Zähne
gebildet sind, welche die Schlitze begrenzen, wobei ein Teil von
2-Phasenwicklungsabschnitten
von dem U-Phasenwicklungsabschnitt, dem V-Phasenwicklungsabschnitt
und dem W-Phasenwicklungsabschnitt um jeden dritten Zahn gewickelt
ist.
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Deshalb wird die Erzeugung von magnetomotorischen
harmonischen Frequenzen des Stators sogar in konzentrierten Wicklungen
unterdrückt,
was die Verringerung von Schwankungen in der erzeugten Ausgangsgröße und die
Verringerung von Geräuschbildung
ermöglicht.
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Ferner umfasst eine dynamoelektrische
Maschine gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung: einen Stator mit einem
Statorkern, welcher mit 18n Schlitzen ausgebildet ist (wobei n eine
ganze Zahl größer oder
gleich 1 ist), welche sich in Längsrichtung
an dessen inneren Umfang erstrecken, und einer ersten 3-Phasenstatorwicklung
und einer zweiten 3-Phasenstatorwicklung, welche in die Schlitze
eingefügt
sind; und einen Rotor, welcher innerhalb des Stators angeordnet
ist, um frei zu rotieren, und welcher eine Rotorwicklung zum Hindurchleiten
von elektrischem Strom und zum Erzeugen eines magnetischen Flusses
aufweist, sowie Polkerne, welche die Rotorwicklung abdecken, um
8n magnetische Pole mittels des magnetischen Flusses zu bilden, die
erste 3-Phasenstatorwicklung und die zweite 3-Phasenstatorwicklung jeweils umfassend
einen U-Phasenwicklungsabschnitt,
einen V-Phasenwicklungsabschnitt und einen W-Phasenwicklungsabschnitt, welche
jeweils durch Wickeln eines Drahtes auf die Zähne gebildet sind, welche die
Sehlitze begrenzen, wobei jeder der Phasenwicklungsabschnitte der
ersten 3-Phasenstatorwicklung und die Phasenwicklungsabschnitte der
zweiten 3-Phasenstatorwicklung, welche mit den Phasenwicklungsabschnitten
korrespondieren, derart positioniert sind, dass sie um einen Abstand
von einem Zahn in der Umfangsrichtung voneinander versetzt sind, wobei
die Teilung zwischen Mittellinien A von benachbarten Öffnungen
der Schlitze, welche sich in der radialen Richtung erstrecken, ungleichmäßig ist.
Deshalb wird die Erzeugung von magnetomotorischen harmonischen Frequenzen
des Stators der Ordnung 0.25 sogar in konzentrierten Wicklungen
unterdrückt,
was die Verringerung von Schwankungen der erzeugten Spannung und
die Verringerung der Geräuschbildung
ermöglicht.
Ferner wird der Wicklungsfaktor erhöht, und dadurch wird der Output
verbessert. Zusätzlich
kann der Winkel der Ausgangsphasendifferenz gemäß den Soll-Stößen für eine Reduzierung
eingestellt werden, und zwar unabhängig von der Anzahl der Schlitze.
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Gemäß einer Form der dynamoelektrischen
Maschine können
die Flansche, die sich in der Umfangsrichtung erstrecken, an den
Enden der Zähne
ausgebildet werden, welche die Schlitze begrenzen; und die Länge der
Flansche kann dazu verwendet werden, die Teilung zwischen den Mittellinien
von benachbarten Öffnungen
einzustellen. Folglich kann die Teilung zwischen den Mittellinien
der benachbarten Öffnungen
leicht mittels der Länge
der Flansche eingestellt werden.
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Gemäß einer anderen Form der dynamelektrischen
Maschine kann die Breite des Zwischenabschnitts der Zähne, welche
die Schlitze begrenzen, in Umfangsrichtung ungleichmäßig sein.
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Wenn ein magnetischer Fluss durch
die Zähne
mit kleiner Breite hindurch tritt, wird deshalb eine magnetische
Sättigung
gefördert,
jedoch wird in den benachbarten Zähnen mit großer Breite
statt dessen die magnetische Sättigung
eingeschränkt,
was den Output erhöht.
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Gemäß einer noch anderen Form der
dynamoelektrischen Maschine kann die Anzahl der Schlitze 18 sein,
die Anzahl von magnetischen Polen kann 8 sein, und die Teilung zwischen
den Mittellinien der benachbarten Öffnungen kann bei elektrischen
Winkeln von 60 Grad und 90 Grad liegen. Deshalb wird die Erzeugung von
magnetomotorischen harmonischen Frequenzen der Ordnung 0.25 sogar
in konzentrierten Wicklungen zuverlässig unterdrückt, was
die Verringerung von Schwankungen des Outputs und die Verringerung
der Geräuschbildung
ermöglicht.
Außerdem
wird der Wicklungsfaktor erhöht,
was den Output verbessert.