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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich.
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Im Allgemeinen umfasst ein Gleichstrom-Elektromotor:
- - einem Stator, der im Allgemeinen aus einem Außengehäuse besteht,
- - ein oder mehrere Paare von Magnetpolen, die an der Außenhülle befestigt sind,
- - und einen gewickelten Rotor, der im Allgemeinen eine rotierende Welle und einen zylindrisch geformten Körper mit einer Vielzahl von polaren Ausdehnungen umfasst, die sich in entsprechenden radialen Richtungen in Bezug auf die Rotationsachse entwickeln und mit Schlitzen für eine oder mehrere Wicklungen des Leiterdrahts durchsetzt sind,
- - einem Schalter, der dauerhaft an der rotierenden Welle befestigt ist und eine Vielzahl von benachbarten Segmenten mit Kupplungsaussparungen für den Leiterdraht der Wicklungen umfasst,
- - mindestens ein Paar Stromversorgungsbürsten, die am Stator befestigt sind und mit den entsprechenden Druckmitteln radial gegen den Schalter gedrückt werden.
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Die Hauptprobleme bei der Konstruktion eines Elektromotors für den Automobilsektor betreffen die Notwendigkeit, dass der neue Elektromotor gleichzeitig mit einem strukturellen Gleichgewicht, einem elektrischen Gleichgewicht und einem magnetischen Gleichgewicht ausgestattet sein muss, zusammen mit einer insgesamt extrem kompakten Abmessung, die für Anwendungen wie z. B. in Fahrzeugsitzen zur Einstellung der Sitzposition, in den Autotüren zum Bewegen der Fensterscheiben und dergleichen.
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Ein wichtiger Faktor zur Erreichung eines solch empfindlichen Satzes von Gleichgewichten ist die Verteilung der Wicklung oder der Wicklungen des Leiterdrahtes um die Polausdehnungen.
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Im Folgenden bezieht sich der Begriff „Wicklung“ auf die Gesamtheit aller Spulen, die mit einem einzigen kontinuierlichen Wickelvorgang ohne Unterbrechung, d. h. ohne Schnitte, im Leiterdraht hergestellt werden.
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Ein gewickelter Rotor kann daher eine einzige Wicklung enthalten, die mittels einer Maschine mit einem einzigen „Flyer“-hergestellt ist, oder er kann eine Wicklung enthalten, die aus zwei Halbwicklungen besteht, die jeweils mit einem Flyer von zwei gegenüberliegenden Flyern hergestellt werden. Zwei Flyer-Maschinen reduzieren die Produktionszeit eines einzelnen gewickelten Rotors.
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Heute ist es in der Branche üblich, die Begriffe „verteilte Spulen“ für die Leiterdrahtstränge zu verwenden, die so angeordnet sind, dass sie zwei oder mehr Polausdehnungen umgeben, und „konzentrierte Spulen“ für die Leiterdrahtstränge, die so angeordnet sind, dass sie eine einzige Polausdehnung umgeben.
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Heutzutage besteht insbesondere im Automobilsektor ein zunehmender Bedarf daran, Elektromotoren bereitzustellen, die nicht nur kompakt, sondern auch belastbar und leise sind.
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Da solche Elektromotoren tatsächlich in schwer zugänglichen Bereichen eines Fahrzeugs, wie z. B. im Inneren einer Tür oder in der Struktur eines Sitzes, positioniert werden, müssen sie ein sehr hohes Maß an Betriebskontinuität gewährleisten. Außerdem sind solche Elektromotoren in der Nähe des Fahrers positioniert sind, sollten sie außerdem so leise wie möglich sein und generell so wenig Vibrationen wie möglich abgeben.
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Defekte und Vibrationen können verursacht werden durch Probleme mit Funkenbildung, was die Bürsten verschleißt, und durch Kurzschluss zwischen Abschnitten des Leiterdrahts, die übermäßig zusammengedrängt und bis zu einem Punkt belastet sind, an welchem der Decklack des Leiterdrahts reißen kann, was zu einem Kurzschluss führt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gleichstrom-Elektromotor bereitzustellen, der in der Lage ist, die oben genannten Nachteile und Einschränkungen des bekannten Standes der Technik zu überwinden.
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Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, einen Gleichstrom-Elektromotor bereitzustellen, der kompakt und gleichzeitig strukturell, elektrisch und magnetisch ausbalanciert, sowie außerdem leise und weniger anfällig für Fehlfunktionen aufgrund von Bürstenverschleiß und Kurzschlussproblemen zwischen Leiterdrahtabschnitten ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Gleichstrom-Elektromotor bereitzustellen, der auf die gleiche Weise wie ähnliche Elektromotoren des bekannten Typs einfach installierbar ist, auch an Bord von bestehenden Autos.
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Die Aufgabe sowie die oben genannten Ziele werden durch einen Gleichstrom-Elektromotor nach Anspruch 1 gelöst.
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Weitere Eigenschaften des Gleichstrom-Elektromotors nach Anspruch 1 sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Aufgabe und die oben genannten Ziele sowie die Vorteile, die im Folgenden erwähnt werden, werden durch die Beschreibung von vier Ausführungsformen der Erfindung hervorgehoben, die als Hinweis, aber nicht als Einschränkung, unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren angegeben sind, wobei:
- - 1 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Elektromotors darstellt;
- - 2 eine schematische Querschnittsansicht des Rotors eines erfindungsgemäßen Elektromotors zeigt;
- - 3 ein Diagramm einer ersten Wicklung des Rotors des Elektromotors nach der Erfindung in seiner ersten Ausführungsform darstellt;
- - 4 ein Diagramm einer zweiten Wicklung des Elektromotorrotors in seiner ersten Ausführungsform zeigt;
- - 5 ein Diagramm einer ersten Wicklung des Rotors des Elektromotors gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform darstellt;
- - 6 ein Diagramm einer zweiten Wicklung des Elektromotorrotors in seiner zweiten Ausführungsform zeigt;
- - 7 ein Schema einer ersten Wicklung des Rotors des Elektromotors gemäß der Erfindung in einer dritten Ausführungsform darstellt;
- - 8 ein Diagramm einer zweiten Wicklung des Elektromotorrotors in seiner dritten Ausführungsform zeigt;
- - 9 ein Diagramm einer ersten Wicklung des Rotors des Elektromotors gemäß der Erfindung in ihrer vierten Ausführungsform darstellt;
- - 10 ein Diagramm einer zweiten Wicklung des Elektromotorrotors in seiner vierten Ausführungsform darstellt.
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Unter Bezugnahme auf die genannten Figuren wird ein erfindungsgemäßer Gleichstrom-Elektromotor insbesondere für Automobilanwendungen als Ganzes in seiner ersten Ausführungsform mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet.
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Dieser Gleichstrom-Elektromotor 10 umfasst:
- - ein Stator 11 mit vier Polen, zwei Pluspolen 12 und zwei Minuspolen 13,
- - einen gewickelten Rotor 14, der seinerseits eine Drehwelle 15, einen Anker 16 mit sechs Polausdehnungen 17 bzw. 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 17f, entsprechenden sechs Schlitzen 77 zwischen zwei flankierten Polausdehnungen 17a, 17b, 17c, 17d, 17e, 17f mindestens zwei Leiterdrahtwicklungen 18, 19 und einen Schaltverteiler 20, der fest mit der Drehwelle 15 verbunden ist; der Schaltverteiler 20 umfasst eine Anzahl von benachbarten Segmenten, z. B. zwölf Segmenten 21, jedes mit einer entsprechenden Kupplungsaussparung für mindestens einen Leiterdraht 22, 23 der mindestens zwei Leiterdrahtwicklungen 18, 19;
- - mindestens ein Paar Stromversorgungsbürsten 24, 25, die am Stator 11 befestigt sind und mit ihrem jeweiligen Druckmittel, das als von einem bekannten Typ zu verstehen ist, radial gegen den Schaltverteiler 20 gedrückt werden.
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Die mindestens zwei Wicklungen des Leiterdrahts 18, 19 sind so konfiguriert, dass sie mindestens zwei konzentrierte Spulen 26, 27 für jede der Polausdehnungen 17 definieren.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleichstrom-Elektromotors 10 umfasst dieser Elektromotor 10 zwei Drahtwicklungen, jeweils 18 bzw. 19.
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Mit dem Begriff „Wicklung“ wird ein Satz von Spulen bezeichnet, die nacheinander mit einem einzigen Leiterdraht ausgebildet sind, und zwar zwischen einem anfänglichen Ende, das mit einer anfänglichen Kupplungsaussparung verbunden ist, und einem endseitigem Ende, das mit einer endseitigen Kupplungsaussparung verbunden ist, wobei zwischen einer Spule und einer weiteren aufeinanderfolgenden Spule ein oder mehrere Durchgänge des Leiterdrahts um eine dazwischenliegende Kupplungsaussparung herum angeordnet sein können.
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Mit dem Begriff „Spule“ ist, in bekannter Weise, ein Strang aus Leiterdraht gemeint, der so angeordnet ist, dass er eine oder mehrere Polausdehnungen umringt.
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Eine „konzentrierte Spule“, wie oben beschrieben, ist zu verstehen als eine Spule, die auf einer einzigen Polausdehnung angeordnet ist.
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Jede Wicklung dieser mindestens zwei Wicklungen 18 und 19 umfasst:
- - mindestens drei konzentrierte erste Spulen, z. B. drei konzentrierte Spulen 26a, 26b, 26c, die jeweils auf einer polaren Ausdehnung einer ersten Serie von drei nebeneinander liegenden polaren Ausdehnungen positioniert sind, z. B. die polaren Ausdehnungen 17a, 17b, 17c;
- - mindestens drei zweite konzentrierte Spulen 27a, 27b, 27c, von denen jede auf einer zweiten Serie von drei nebeneinander angeordneten Polausdehnungen positioniert ist; beispielsweise umfasst diese zweite Serie von Polausdehnungen in der ersten Ausführungsform der Erfindung die gleichen Polausdehnungen wie die erste Serie 17a, 17b, 17c;
- - Für jede Wicklung 18 und 19 werden mindestens zwei dieser zweiten konzentrierten Spulen 27a und 27b von den entsprechenden ersten konzentrierten Spulen 26a und 26b überlagert.
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Insbesondere sind in dieser ersten Ausführungsform, schematisch dargestellt in den und , drei zweite konzentrierte Spulen 27a, 27b und 27c von entsprechenden ersten konzentrierten Spulen 26a, 26b, 26c überlagert, wie auch schematisch in in Bezug auf eine erste Wicklung 18 dargestellt ist.
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Mindestens eine der beiden Wicklungen 18 oder 19, zum Beispiel eine erste Wicklung 18, weist die mindestens drei ersten konzentrierten Spulen 26a, 26b, 26c auf, die in Reihe geschaltet sind, und die mindestens drei zweiten konzentrierten Spulen 27a, 27b und 27c, die in Reihe miteinander und in Reihe mit den ersten konzentrierten Spulen 26a, 26b und 26c geschaltet sind.
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In der ersten Ausführungsform der und befindet sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden konzentrierten Spulen, oder mittig zwischen zwei aufeinanderfolgenden konzentrierten Spulen, eine Kurzschlussstrecke 28, die so konfiguriert ist, dass sie die Kopplungsvorsprünge von zwei diametral gegenüberliegenden Schaltsegmenten 21 verbindet.
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Die zwölf Schaltsegmente 21 des Schaltverteilers 20 sind in den Abbildungen aufsteigend von 21.01 bis 21.12 gekennzeichnet.
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Beispielsweise ist in der ersten Wicklung 18 der ersten Ausführungsformform des Gleichstrom-Elektromotors 10 eine erste Kurzschlussstrecke 28a zwischen dem letzten Ende 26a.F der ersten konzentrierten Spule 26a und dem ersten Ende 26b.I der zweiten konzentrierten Spule 26b angeordnet; diese erste Kurzschlussstrecke 28a verbindet insbesondere den Kopplungsvorsprung eines zweiten Schaltsegments 21.02 mit dem Kopplungsvorsprung eines diametral gegenüberliegenden achten Schaltsegments 21.08.
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Insbesondere bevorzugt weist der Gleichstrom-Elektromotor 10 in seiner ersten Ausführungsform eine erste Wicklung 18 auf, die in schematisch dargestellt ist, und die aus einem ersten Leitungsdraht 22 gebildet ist.
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Diese erste Wicklung 18 umfasst seinerseits der Reihenfolge nach:
- - eine erste konzentrierte Spule 26a, die zu der ersten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um eine erste Polausdehnung 17a definiert ist, mit einem anfänglichen Ende 26a.l, das an dem Kopplungsvorsprung eines ersten Schaltsegments 21.01 befestigt ist, und einem endseitigem Ende 26a.F, das an der Kopplungsvorsprung eines zweiten Schaltsegments 21.02 befestigt ist, das an das erste Schaltsegment 21.01 angrenzt;
- - eine erste Kurzschlussstrecke 28a, die zwischen dem endseitigem Ende 26a.F der ersten konzentrierten Spule 26a und dem anfänglichen Ende 26b.l der zweiten konzentrierten Spule 26b angeordnet ist, wobei diese erste Kurzschlussstrecke 28a den Kopplungsvorsprung des zweiten Schaltsegments 21.02 mit dem Kopplungsvorsprung eines diametral gegenüberliegend angeordneten achten Schaltsegments 21.08 verbindet;
- - eine zweite konzentrierte Spule 26b, die zu der ersten Serie konzentrierter Spulen gehört und um eine dritte Polausdehnung 17c herum gebildet ist, wobei ein anfängliches Ende 26b.l an dem Kopplungsvorsprung des achten Schaltsegments 21.08 und ein endseitiges Ende 26b.F an dem Kopplungsvorsprung eines dritten Schaltsegments 21.03befestigt ist, angrenzend an das zweite Schaltsegment 21.02, von dessen Kopplungsvorsprung aus die vorherige erste Kurzschlussstrecke 28a beginnt;
- - eine zweite Kurzschlussstrecke 28b, der zwischen dem endseitigem Ende 26b.F der zweiten konzentrierten Spule 26b und dem anfänglichen Ende 26c.l der dritten konzentrierten Spule 26c angeordnet ist, wobei diese zweite Kurzschlussstrecke 28b den Kopplungsvorsprung des dritten Schaltsegments 21.03 mit den Kopplungsvorsprung eines diametral gegenüberliegend angeordneten neunten Schaltsegments 21.09 verbindet;
- - eine dritte konzentrierte Spule 26c, die zu der ersten Serie konzentrierter Spulen gehört und um eine zweite Polausdehnung 17b herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 26c.l, das an dem Kopplungsvorsprung des neunten Schaltsegments 21.09 befestigt ist, und einem endseitigem Ende 26c.F, das an dem Kopplungsvorsprung eines vierten Schaltsegments 21.04 befestigt ist, das an das dritte Schaltsegment 21.03 angrenzt, von dessen Kopplungsvorsprung die vorhergehende zweite Kurzschlussstrecke 28b ausgeht;
- - eine dritte Kurzschlussstrecke 28c, die zwischen dem endseitigem Ende 26c.F der dritten konzentrierten Spule 26c und dem anfänglichen Ende 27a.I der vierten konzentrierten Spule 27a angeordnet ist, wobei diese dritte Kurzschlussstrecke 28c den Kopplungsvorsprung des vierten Schaltsegments 21.04 mit dem Kopplungsvorsprung eines diametral gegenüberliegend angeordneten zehnten Schaltsegments 21.10 verbindet;
- - eine vierte konzentrierte Spule 27a, die zur zweiten Serie konzentrierter Spulen gehört und um die erste Polausdehnung 17a gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 27a.l, das an dem Kopplungsvorsprung des zehnten Schaltsegments 21.10 befestigt ist, und einem endseitigem Ende 27a.F, das an dem Kopplungsvorsprung eines fünften Schaltsegments 21.05 befestigt ist, das an das vierte Schaltsegment 21.04 angrenzt, von dessen Kopplungsvorsprung die vorherige dritten Kurzschlussstrecke 28c ausgeht; wobei diese vierte konzentrierte Spule 27a über der ersten konzentrierten Spule 26a angeordnet ist;
- - einer vierten Kurzschlussstrecke 28d, die zwischen dem endseitigem Ende 27a.F der vierten konzentrierten Spule 27a und dem anfänglichen Ende 27b.I einer fünften konzentrierten Spule 27b angeordnet ist, wobei dieser vierte Kurzschlussabschnitt 28d den Kopplungsvorsprung des fünften Schaltsegments 21.05 mit dem Kopplungsvorsprung eines diametral gegenüberliegend angeordneten elften Schaltsegments 21.11 verbindet;
- - eine fünfte konzentrierte Spule 27b, die zu der zweiten Serie konzentrierter Spulen gehört und um die dritte Polausdehnung 17c herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 27b.l, das an dem Kopplungsvorsprung des elften Schaltsegments 21.11 befestigt ist, und einem endseitigem Ende 27b.F, das an dem Kopplungsvorsprung eines sechsten Schaltsegments 21.06 befestigt ist, das an das fünfte Schaltsegment 21.05 angrenzt, von dessen Kopplungsvorsprung die vorhergehende vierte Kurzschlussstrecke 28d ausgeht; diese fünfte konzentrierte Spule 27b ist über der zweiten konzentrierten Spule 26b angeordnet;
- - eine fünfte Kurzschlussstrecke 28e, die zwischen dem endseitigen Ende 27b.F der fünften konzentrierten Spule 27b und dem anfänglichen Ende 27c.l einer sechsten konzentrierten Spule 27c angeordnet ist, wobei dieser fünfte Kurzschlussabschnitt 28e den Kopplungsvorsprung des sechsten Schaltsegments 21.06 mit dem Kopplungsvorsprung eines diametral gegenüberliegenden zwölften Schaltsegments 21.12 verbindet;
- - eine sechste konzentrierte Spule 27c, die zur zweiten Serie von konzentrierten Spulen gehört und um die zweite Polausdehnung 17b herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 27c.l, das an dem Kopplungsvorsprung des zwölften Schaltsegments 21.12 befestigt ist, und einemendseitigem Ende 27c.F, das an dem Kopplungsvorsprung des ersten Schaltsegments 21.01 befestigt ist; diese sechste konzentrierte Spule 27c ist über der dritten konzentrierten Spule 26c angeordnet;
- - einer sechsten Kurzschlussstrecke 28f, die zwischen dem endseitigen Ende 27c.F der sechsten konzentrierten Spule 27c und dem Kopplungsvorsprung eines siebten Schaltsegments 21.07 angeordnet ist, wobei diese sechste Kurzschlussstrecke 28f den Kopplungsvorsprung des ersten Schaltsegments 21.01 mit dem Kopplungsvorsprung eines diametral gegenüberliegenden siebten Schaltsegments 21.07 verbindet.
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Für jedes Paar überlappender Spulen 26a mit 27a, 26b mit 27b und 26c mit 27c wird eine erste Spule gemäß einer ersten Drehrichtung gewickelt, die zweite Spule gemäß einer zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung.
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Insbesondere die konzentrierten Spulen 26a, 26b, 26c, 27a, 27b, 27c werden abwechselnd in entgegengesetzten Drehrichtungen gewickelt; in der Praxis ist eine erste konzentrierte Spule 26a mit einer ersten Drehrichtung gewickelt, die nächste zweite konzentrierte Spule 26b ist mit der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung gewickelt, die nächste dritte konzentrierte Spule 26c ist wieder mit der ersten Drehrichtung gewickelt, die nächste vierte konzentrierte Spule 27a ist mit der zweiten Drehrichtung gewickelt, die nächste fünfte konzentrierte Spule 27b ist mit der ersten Drehrichtung gewickelt und die nächste sechste konzentrierte Spule 27c ist mit der zweiten Drehrichtung gewickelt.
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Der Gleichstrom-Elektromotor 10 weist in seiner ersten Ausführungsform eine zweite Wicklung 19 auf, die in schematisch dargestellt ist und mit einem zweiten Leitungsdraht 23 hergestellt ist.
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In ähnlicher Weise wie die oben beschriebene erste Wicklung 18 umfasst diese zweite Wicklung 19:
- - eine erste Serie von drei ersten konzentrierten Spulen, zum Beispiel drei konzentrierte Spulen 36a, 36b, 36c, die jeweils auf einer Polausdehnung einer ersten Serie von drei nebeneinander liegenden Polausdehnungen positioniert sind, zum Beispiel die Polausdehnungen 17d, 17e, 17f;
- - eine zweite Serie von drei zweiten konzentrierten Spulen 37a, 37b, 37c, von denen jede auf einer zweiten Serie von drei nebeneinander angeordneten Polausdehnungen angeordnet ist; beispielsweise umfasst diese zweite Serie von Polausdehnungen in der ersten Ausführungsform der Erfindung die gleichen Polausdehnungen wie die erste Serie 17d, 17e, 17f.
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Die zweite Wicklung 19, die in schematisch dargestellt ist, umfasst wiederum in dieser Reihenfolge:
- - eine erste konzentrierte Spule 36a, die zu der ersten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um eine erste Polausdehnung 17d gebildet ist, mit einem anfänglichem Ende 36a.l, das an dem Kopplungsvorsprung eines siebten Schaltsegments 21.07 befestigt ist, und einem endseitigem Ende 36a.F, das an dem Kopplungsvorsprung des achten Schaltsegments 21.08 neben dem siebten Schaltsegment 21.07 befestigt ist;
- - eine erste Kurzschlussstrecke 38a, die zwischen dem endseitigen Ende 36a.F der ersten konzentrierten Spule 36a und dem anfänglichem Ende 36b.l der zweiten konzentrierten Spule 36b angeordnet ist, wobei diese erste Kurzschlussstreck 38a den Kopplungsvorsprung des achten Schaltsegments 21.08 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegend angeordneten zweiten Schaltsegments 21.02 verbindet;
- - eine zweite konzentrierte Spule 36b, die zur ersten Serie konzentrierter Spulen gehört und um eine dritte Polausdehnung 17f herum gebildet ist, mit einem anfänglichem Ende 36b.l, das an dem Kopplungsvorsprung des zweiten Schaltsegments 21.02 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 36b.F, das an dem Kopplungsvorsprung eines neunten Schaltsegments 21.09 befestigt ist, das an das achte Schaltsegment 21.08 angrenzt, von dessem Kopplungsvorsprung die vorhergehende erste Kurzschlussstrecke 38a ausgeht;
- - eine zweite Kurzschlussstrecke 38b, die zwischen dem endseitigen Ende 36b.F der zweiten konzentrierten Spule 26b und dem anfänglichen Ende 36c.l der dritten konzentrierten Spule 36c angeordnet ist, wobei diese zweite Kurzschlussstrecke 38b den Kopplungsvorsprung des neunten Schaltsegments 21.09 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegend angeordneten dritten Schaltsegments 21.03, verbindet;
- - eine dritte konzentrierte Spule 36c, die zur ersten Serie konzentrierter Spulen gehört und um eine zweite Polausdehnung 17e herum gebildet ist, mit einem anfänglichem Ende 36c.l, das an dem Kopplungsvorsprung des dritten Schaltsegments 21.03 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 36c.F, das an dem Kopplungsvorsprung des zehnten Schaltsegments 21.10 befestigt ist, das an das neunte Schaltsegment 21.09 angrenzt, von dessen Kopplungsvorsprung die vorhergehende zweite Kurzschlussstrecke 38b ausgeht;
- - eine dritte Kurzschlussstrecke 38c, die zwischen dem endseitigen Ende 36c.F der dritten konzentrierten Spule 36c und dem anfänglichen Ende 37a.l der vierten konzentrierten Spule 37a angeordnet ist, wobei diese dritte Kurzschlussstrecke 38c den Kopplungsvorsprung des zehnten Schaltsegments 21.10 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegend angeordneten vierten Schaltsegments 21.04 verbindet;
- - eine vierte konzentrierte Spule 37a, die zur zweiten Serie konzentrierter Spulen gehört und um die erste Polausdehnung 17d herum gebildet ist, mit einem anfänglichem Ende 37a.l, das an dem Kopplungsvorsprung des dritten Schaltsegments 21.03 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 37a.F, das an dem Kopplungsvorsprung des elften Schaltsegments 21.11 befestigt ist, das an das zehnte Schaltsegment 21.10 angrenzt, von dessen Kopplungsvorsprung die vorherige dritte Kurzschlussstrecke 38c ausgeht; diese vierte konzentrierte Spule 37a ist über der ersten konzentrierten Spule 36a angeordnet;
- - eine vierte Kurzschlussstrecke 38d, die zwischen dem endseitigen Ende 37a.F der vierten konzentrierten Spule 37a und dem anfänglichen Ende 37b.l einer fünften konzentrierten Spule 37b angeordnet ist, wobei diese vierte Kurzschlussstrecke 38d den Kopplungsvorsprung des elften Schaltsegments 21.11 mit dem Kopplungsvorsprung eines diametral gegenüberliegend angeordneten fünften Schaltsegments 21.05 verbindet;
- - eine fünfte konzentrierte Spule 37b, die zu der zweiten Serie konzentrierter Spulen gehört und um die dritte Polausdehnung 17f herum gebildet ist, mit einem anfänglichem Ende 37b.l, das an dem Kopplungsvorsprung des fünften Schaltsegments 21.05 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 37b.F, das an dem Kopplungsvorsprung des zwölften Schaltsegments 21.12 neben dem elften Schaltsegment 21.11 befestigt ist, von dessen Kopplungsvorsprung der vorhergehende vierte Kurzschlussabschnitt 38d ausgeht; diese fünfte konzentrierte Spule 37b ist über der zweiten konzentrierten Spule 36b angeordnet;
- - eine fünfte Kurzschlussstrecke 38e, die zwischen dem endseitigen Ende 37b.F der fünften konzentrierten Spule 37b und dem anfänglichen Ende 37c.l einer sechsten konzentrierten Spule 37c angeordnet ist, wobei diese fünfte Kurzschlussstrecke 38e den Kopplungsvorsprung des zwölften Schaltsegments 21.12 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegend angeordneten sechsten Schaltsegments 21.06 verbindet;
- - eine sechste konzentrierte Spule 37c, die zur zweiten Serie konzentrierter Spulen gehört und um die zweite Polausdehnung 17e herum gebildet ist, mit einem anfänglichem Ende 37c.l, das an dem Kopplungsvorsprung des sechsten Schaltsegments 21.06 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 37c.F, das an dem Kopplungsvorsprung des siebten Schaltsegments 21.07 befestigt ist; diese sechste konzentrierte Spule 37c ist über der dritten konzentrierten Spule 36c angeordnet;
- - eine sechste Kurzschlussstrecke 38f, die zwischen dem endseitigen Ende 37c.F der sechsten konzentrierten Spule 37c und dem Kopplungsvorsprung des ersten Schaltsegments 21.01 angeordnet ist, wobei diese sechste Kurzschlussstrecke 38f den Kopplungsvorsprung des siebten Schaltsegments 21.07 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegend angeordneten ersten Schaltsegments 21.01 verbindet.
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Für jedes Paar überlappender Spulen 36a mit 37a, 36b mit 37b und 36c mit 37c ist eine erste Spule gemäß einer ersten Drehrichtung gewickelt, die zweite Spule ist gemäß einer zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung gewickelt.
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Insbesondere sind die konzentrierten Spulen 36a, 36b, 36c, 37a, 37b, 37c abwechselnd in entgegengesetzten Drehrichtungen gewickelt; In der Praxis ist eine erste konzentrierte Spule 36a mit einer ersten Drehrichtung gewickelt, die nächste zweite konzentrierte Spule 36b ist mit der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung gewickelt, die nächste dritte konzentrierte Spule 36c ist wieder mit der ersten Drehrichtung gewickelt, die nächste vierte konzentrierte Spule 37a ist mit der zweiten Drehrichtung gewickelt, die nächste fünfte konzentrierte Spule 37b ist mit der ersten Drehrichtung gewickelt und die nächste sechste konzentrierte Spule 37c ist mit der zweiten Drehrichtung gewickelt.
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Bei dieser ersten Ausführungsform der Erfindung weist jede der konzentrierten Spulen 26a, 26b, 26c, 27a, 27b, 27c ihr eigenes anfängliches Ende auf, das mit einem Kopplungsvorsprung eines Schaltsegments verbunden ist, und ein endseitigem Ende, das mit einem Schaltsegment verbunden ist, das entlang der Oberfläche der Drehwelle 15 in einer einzigen dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung A1 erreicht wird, wobei man den Rotor 14 in Richtung seiner Achse X vom Abschnitt des Schalters 20 aus betrachtet.
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In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung ist jede der konzentrierten Spulen mit einem Segment des Schalters mittels eines Leiterdrahtes verbunden, der entlang der Oberfläche der Drehwelle 15 im Gegenuhrzeigersinn A1 verläuft ,wobei man den Rotor 14 in Richtung seiner Achse X vom Abschnitt des Schalters 20 aus betrachtet.
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Die Laufrichtungen A1 und A2 des Leitungsdrahtes in Bezug auf die Drehwelle 15 sind in den und dargestellt.
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In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Elektromotors 110, dargestellt in den und , enthält jede Wicklung der beiden Wicklungen 118 und 119:
- - drei erste konzentrierte Spulen 126a, 126b, 126c, die jeweils auf einer Polausdehnung einer ersten Serie von drei benachbarten Polausdehnungen angeordnet sind, zum Beispiel die Polausdehnungen 17a, 17b, 17c;
- - drei zweite konzentrierte Spulen 127a, 127b, 127c, die jeweils auf einer zweiten Serie von drei benachbarten Polausdehnungen angeordnet sind; z. B. die gleichen Polausdehnungen der ersten Serie 17a, 17b, 17c.
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Auch in dieser zweiten Ausführungsform, die in den und schematisch dargestellt ist, sind die drei zweiten konzentrierten Spulen 127a, 127b und 127c den entsprechenden ersten konzentrierten Spulen 126a, 126b, 126c überlagert, wie auch schematisch in in Bezug auf eine erste Wicklung 118 dargestellt ist.
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Bei mindestens eine der beiden Wicklungen 118 oder 119, z. B. eine erste Wicklung 118, sind die drei ersten konzentrierten Spulen 126a, 126b, 126c in Reihe geschaltet und die drei zweiten konzentrierten Spulen 127a, 127b und 127c in Reihe zueinander und in Reihe zu den ersten konzentrierten Spulen 126a, 126b und 126c geschaltet.
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Auch in dieser zweiten Ausführungsform gibt es zwischen zwei aufeinanderfolgenden konzentrierten Spulen eine Kurzschlussstrecke 128, die so konfiguriert ist, dass sie die Kopplungsvorsprünge von zwei diametral gegenüberliegenden 21 Schaltsegmenten verbindet.
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Diese erste Wicklung 118 umfasst wiederum in dieser Reihenfolge:
- - eine erste konzentrierte Spule 126a, die zu der ersten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um eine erste Polausdehnung 17a gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 126a.l, das an dem Kopplungsvorsprung eines ersten Schaltsegments 21.01 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 126a.F, das an dem Kopplungsvorsprung eines achten Schaltsegments 21.08 befestigt ist, das durch eine erste Kurzschlussstrecke 128a mit dem zweiten Schaltsegment 21.02, das an das erste Schaltsegment 21.01 angrenzt, kurzgeschlossen ist;
- - einen erste Kurzschlussstrecke 128a, die zwischen dem endseitigen Ende 126a.F der ersten konzentrierten Spule 126a und dem anfänglichen Ende 126b.l der zweiten konzentrierten Spule 126b angeordnet ist, wobei diese erste Kurzschlussstrecke 128a den Kopplungsvorsprung des achten Schaltsegments 21.08 mit dem Kopplungsvorsprung des zweiten Schaltsegments 21.02 verbindet, das dem ersten Schaltsegment 21.01, von dessen Kopplungsvorsprung die erste konzentrierte Spule 126a ausgeht, diametral gegenüber und benachbart angeordnet ist;
- - eine zweite konzentrierte Spule 126b, die zu der ersten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um eine dritte Polausdehnung 17c gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 126b.1, das an dem Kopplungsvorsprung des zweiten Schaltsegments 21.02 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 126b.F, das an dem Kopplungsvorsprung des dritten Schaltsegments 21.03 befestigt ist, das an das zweite Schaltsegment 21.02 angrenzt;
- - eine zweite Kurzschlussstrecke 128b, die zwischen dem endseitigen Ende 126b.F der zweiten konzentrierten Spule 126b und Dem anfänglichen Ende 126c.l der dritten konzentrierten Spule 126c angeordnet ist, wobei diese zweite Kurzschlussstrecke 128b den Kopplungsvorsprung des dritten Schaltsegments 21.03 mit dem Kopplungsvorsprung eines diametral gegenüberliegend angeordneten neunten Schaltsegments 21.09 verbindet;
- - eine dritte konzentrierte Spule 126c, die zur ersten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um eine zweite Polausdehnung 17b herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 126c.1, das an dem Kopplungsvorsprung des neunten Schaltsegments 21.09 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 126c.F, das an dem Kopplungsvorsprung des zehnten Schaltsegments 21.10 neben dem neunten Schaltsegment 21.09 befestigt ist;
- - eine dritte Kurzschlussstrecke 128c, die zwischen dem endseitigen Ende 126c.F der dritten konzentrierten Spule 126c und dem anfänglichen Ende 127a.l der vierten konzentrierten Spule 127a angeordnet ist, wobei diese dritte Kurzschlussstrecke 128c den Kopplungsvorsprung des zehnten Schaltsegments 21.10 mit dem Kopplungsvorsprung eines diametral gegenüberliegend angeordneten vierten Schaltsegments 21.04 verbindet;
- - eine vierte konzentrierte Spule 127a, die zu der zweiten Serie konzentrierter Spulen gehört und um die erste Polausdehnung 17a herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 127a.l, das an dem Kopplungsvorsprung des vierten Schaltsegments 21.04 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 127a.F, das an dem Kopplungsvorsprung des elften Schaltsegments 21.11 befestigt ist, das an das zehnte Schaltsegment 21.10 angrenzt, von dessen Kopplungsvorsprung die vorhergehende dritte Kurzschlussstrecke 128c ausgeht; diese vierte konzentrierte Spule 127a ist über der ersten konzentrierten Spule 126a angeordnet;
- - eine vierte Kurzschlussstrecke 128d, die zwischen dem endseitigen Ende 127a.F der vierten konzentrierten Spule 127a und dem anfänglichen Ende 127b.l einer fünften konzentrierten Spule 127b angeordnet ist, wobei diese vierte Kurzschlussstrecke 128d den Kopplungsvorsprung des elften Schaltsegmentes 21.11 mit dem Kopplungsvorsprung eines diametral gegenüberliegend angeordneten fünften Schaltsegmentes 21.05 verbindet;
- - eine fünfte konzentrierte Spule 127b, die zur zweiten Serie konzentrierter Spulen gehört und um die dritte Polausdehnung 17c herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 127b.l, das an dem Kopplungsvorsprung des fünften Schaltsegments 21.05 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 127b.F, das an dem Kopplungsvorsprung des zwölften Schaltsegments 21.12 befestigt ist, das dem elften Schaltsegment 21.11 benachbart ist, von dessen Kopplungsvorsprung die vorhergehende vierte urzschlussstrecke128d ausgeht; diese fünfte konzentrierte Spule 127b ist über der zweiten konzentrierten Spule 126b angeordnet;
- - eine fünfte Kurzschlussstrecke 128e, die zwischen dem endseitigen Ende 127b.F der fünften konzentrierten Spule 127b und dem anfänglichen Ende 127c.l einer sechsten konzentrierten Spule 127c angeordnet ist, wobei diese fünfte Kurzschlussstrecke 128e den Kopplungsvorsprung des zwölften Schaltsegments 21.12 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegend angeordneten sechsten Schaltsegments 21.06 verbindet;
- - eine sechste konzentrierte Spule 127c, die zur zweiten Serie konzentrierter Spulen gehört und um die zweite Polausdehnung 17b herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 127c.l, das an dem Kopplungsvorsprung des sechsten Schaltsegments 21.06 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 127c.F, das an dem Kopplungsvorsprung des ersten Schaltsegments 21.01 befestigt ist; diese sechste konzentrierte Spule 127c ist über der dritten konzentrierten Spule 126c angeordnet;
- - eine sechste Kurzschlussstrecke 128f, die zwischen dem endseitigen Ende 127c.F der sechsten konzentrierten Spule 127c und dem Kopplungsvorsprung eines siebten Schaltsegmentes 21.07 angeordnet ist, wobei diese sechste Kurzschlussstrecke 128f den Kopplungsvorsprung des ersten Schaltsegmentes 21.01 mit dem diametral gegenüberliegend angeordneten Kopplungsvorsprung des siebten Schaltsegmentes 21.07 verbindet.
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Die zweite Wicklung 119 dieser zweiten Ausführungsvariante ist axialsymmetrisch zur ersten Wicklung in Bezug auf die Rotationsachse X des Elektromotors 110.
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Die zweite Wicklung 119 ist auf den Polausdehnungen 17d, 17e, 17f angeordnet, die an der ersten Wicklung 118 nicht beteiligt sind.
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Diese zweite Wicklung 119 umfasst:
- - drei erste konzentrierte Spulen 136a, 136b, 136c, die jeweils auf einer Polausdehnungen einer ersten Serie von drei benachbarten Polausdehnungen positioniert sind, zum Beispiel die Polausdehnungen 17d, 17e, 17f;
- - drei zweite konzentrierte Spulen 137a, 137b, 137c, die jeweils auf einer zweiten Serie von drei benachbarten Polausdehnungen angeordnet sind; zum Beispiel die gleichen Polausdehnungen der ersten Serie 17d, 17e, 17f.
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Auch in dieser zweiten Ausführungsform, die in den und schematisch dargestellt ist, sind die drei zweiten konzentrierten Spulen 137a, 137b und 137c den entsprechenden ersten konzentrierten Spulen 136a, 136b, 136c überlagert, die ebenfalls in schematisch dargestellt sind.
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Auch die Wicklung 119 weist die drei ersten konzentrierten Spulen 136a, 136b, 136c, die in Reihe geschaltet sind, und die drei zweiten konzentrierten Spulen 137a, 137b und 137c, die zueinander in Reihe geschaltet sind und zu den ersten konzentrierten Spulen 136a, 136b und 136c in Reihe geschaltet sind, auf.
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Zwischen zwei aufeinanderfolgenden konzentrierten Spulen ist eine Kurzschlussstrecke 138 angeordnet, die so konfiguriert ist, dass sie die Kopplungsvorsprünge von zwei diametral gegenüberliegenden Schaltsegmente 21 verbindet.
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Die Wicklungen 118 und 119 dieses Elektromotors 110 in seiner zweiten Ausführungsform sind kompakter und kürzer in Bezug auf den verwendeten Leitungsdraht.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsformsind bei dieser zweiten Ausführungsformeinige der Kurzschlussstrecken 128 und 138 so ausgebildet, dass sie die Drehwelle 15 in der ersten Erstreckungsrichtung A1 umgehen, während andere Kurzschlussstrecken 128 und 138 so ausgebildet sind, dass sie die Drehwelle 15 in der zweiten, entgegengesetzten Erstreckungsrichtung A2 umgehen.
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Zum Beispiel erstrecken sich für die erste Wicklung 118 in die erste Kurzschlussstrecke 128a und die dritte Kurzschlussstrecke 128c in der zweiten Erstreckungsrichtung A2, während sich die anderen Kurzschlussstrecken in der ersten Erstreckungsrichtung A1 erstrecken.
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Die erste Wicklung 118, in dargestellt, ist durch einen ersten Leitungsdraht 122 ausgebildet.
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Die zweite Wicklung 119, in dargestellt, ist durch einen zweiten Leitungsdraht 123 ausgebildet.
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Die ersten 118 und zweiten 119 Wicklungen sind axialsymmetrisch in Bezug auf die Drehachse X; diese Besonderheit begünstigt sowohl das geometrische als auch das elektrische Gleichgewicht.
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In einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Elektromotors 210, dargestellt in den und , enthält jede Wicklung der beiden Wicklungen 218 und 219:
- - drei erste konzentrierte Spulen 226a, 226b, 226c, die jeweils auf einer ersten Polausdehnung einer Serie von drei benachbarten Polausdehnungen angeordnet sind, z. B. Polausdehnungen 17a, 17b, 17c;
- - drei zweite konzentrierte Spulen 227a, 227b, 227c, die jeweils auf einer zweiten Serie von drei nebeneinander liegenden Polausdehnungen angeordnet sind; zum Beispiel den gleichen Polausdehnungen der ersten Serie 17a, 17b, 17c.
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Auch in dieser zweiten Ausführungsform sind die drei zweiten konzentrierten Spulen 227a, 227b und 227c den entsprechenden ersten konzentrierten Spulen 226a, 226b, 226c überlagert, wie auch in bezüglich einer ersten Wicklung 218 schematisch dargestellt ist.
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Jede der beiden Wicklungen 218 oder 219, z. B. eine erste Wicklung 218, weist die drei ersten konzentrierten Spulen 226a, 226b, 226c, die in Reihe geschaltet sind, und die drei zweiten konzentrierten Spulen 227a, 227b und 227c, die in Reihe zueinander und in Reihe zu den ersten konzentrierten Spulen 226a, 226b und 226c, d. h. ohne Unterbrechung des Leitungsdrahts 222, auf.
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In dieser dritten Ausführungsform,
- - ist in einer ersten Wicklung 218 zwischen zwei aufeinanderfolgenden konzentrierten Spulen keine Kurzschlussstrecke vorhanden, die konfiguriert ist, um die Kopplungsvorsprünge zweier diametral gegenüberliegender Schaltsegmente zu verbinden,
- - ist in einer zweiten Wicklung 219 zwischen zwei aufeinanderfolgenden konzentrierten Spulen eine Kurzschlussstrecke 228 vorhanden, die konfiguriert ist, um die Kopplungsvorsprünge von zwei diametral gegenüberliegenden Schaltsegmenten 21 zu verbinden.
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Zum Beispiel weist die erste Wicklung 218 in dieser Reihenfolge auf:
- - eine erste konzentrierte Spule 226a, die zu der ersten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um eine vierte Polausdehnung 17d herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 226a.l, das an dem Kopplungsvorsprung eines ersten Schaltsegments 21.01 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 226a.F, das an dem Kopplungsvorsprung eines achten Schaltsegments 21.08 befestigt ist;
- - eine zweite konzentrierte Spule 226b, die zu der ersten
- - Serie konzentrierter Spulen gehört, die um eine dritte Polausdehnung 17c herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 226b.l, das an dem Kopplungsvorsprung des achten Schaltsegments 21.08 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 226b.F, das an dem Kopplungsvorsprung des dritten Schaltsegments 21.03 befestigt ist;
- - eine dritte konzentrierte Spule 226c, die zur ersten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um eine fünfte Polausdehnung 17e herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 226c.l, das an dem Kopplungsvorsprung des dritten Schaltsegments 21.03 befestigt ist und ein endseitigem Ende 226c.F, das an dem Kopplungsvorsprung des vierten Schaltsegments 21.04 befestigt ist,
- - eine vierte konzentrierte Spule 227a, die zu der zweiten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um die vierte Polausdehnung 17d herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 227a.l, das an dem Kopplungsvorsprung des vierten Schaltsegments 21.04 befestigt ist, und einem endseitigem Ende 227a.F, das an dem Kopplungsvorsprung des fünften Schaltsegments 21.05 befestigt ist, wobei diese vierte konzentrierte Spule 227a über der ersten konzentrierten Spule 226a angeordnet ist;
- - eine fünfte konzentrierte Spule 227b, die zur zweiten Serie von konzentrierten Spulen gehört, die um die dritte Polausdehnung 17c herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 227b.I an dem Kopplungsvorsprung des fünften Schaltsegments 21.05 und einem endseitigem Ende 227b.F, das an dem Kopplungsvorsprung des sechsten Schaltsegments 21.06 befestigt ist; diese fünfte konzentrierte Spule 227b ist über der zweiten konzentrierten Spule 226b angeordnet,
- - eine sechste konzentrierte Spule 227c, die zur zweiten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um die fünfte Polausdehnung 17e herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 227c.l, das an dem Kopplungsvorsprung des sechsten Schaltsegments 21.06 befestigt ist, und einem endseitigem Ende 227c.F, das an dem Kopplungsvorsprung des siebten Schaltsegments 21.07 befestigt ist; diese sechste konzentrierte Spule 227c ist über der dritten konzentrierten Spule 226c angeordnet.
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Es wird auf die Abwesenheit von Kurzschlussstrecken zwischen den verschiedenen Kopplungsvorsprüngen der Schaltsegmente hervorgehoben. Die zweite Wicklung 219, die in schematisch dargestellt ist, enthält stattdessen:
- - eine erste konzentrierte Spule 236a, die zu der ersten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um eine erste Polausdehnung 17a herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 236a.l, das an dem Kopplungsvorsprung des siebten Schaltsegments 21.07 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 236a.F, das an dem Kopplungsvorsprung eines achten Schaltsegments 21.08 befestigt ist, wobei dieses durch eine erste Kurzschlussstrecke 238a mit dem zweiten Schaltsegment 21.02 kurzgeschlossen ist;
- - eine erste Kurzschlussstrecke 238a, die zwischen dem endseitigen Ende 236a.F der ersten konzentrierten Spule 236a und dem anfänglichen Ende 236b.l der zweiten konzentrierten Spule 236b angeordnet ist, wobei diese erste Kurzschlussstrecke 238a den Kopplungsvorsprung des achten Schaltsegments 21.08 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegend angeordneten zweiten Schaltsegments 21.02 verbindet;
- - eine zweite konzentrierte Spule 236b, die zu der ersten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um eine dritte Polausdehnung 17c herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 236b.l, das an dem Kopplungsvorsprung des zweiten Schaltsegments 21.02 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 236b.F, das an dem Kopplungsvorsprung des neunten Schaltsegments 21.09 befestigt ist, das an das achte Schaltsegment 21.09 angrenzt;
- - eine zweite Kurzschlussstrecke 238b, die zwischen dem endseitigen Ende 236b.F der zweiten konzentrierten Spule 236b und dem anfänglichen Ende 236c.I der dritten konzentrierten Spule 236c angeordnet ist, wobei diese zweiten Kurzschlussstrecke 238b den Kopplungsvorsprung des neunten Schaltsegments 21.09 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegenden dritten Schaltsegments 21.03 verbindet;
- - eine dritte konzentrierte Spule 236c, die zu der ersten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um eine zweite Polausdehnung 17b herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 236c.l, das an dem Kopplungsvorsprung des dritten Schaltsegments 21.03 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 236c.F, das an dem Kopplungsvorsprung des zehnten Schaltsegments 21.10 befestigt ist;
- - eine dritte Kurzschlussstrecke 238c, die zwischen dem endseitigen Ende 236c.F der dritten konzentrierten Spule 236c und dem anfänglichen Ende 237a.I der vierten konzentrierten Spule 237a angeordnet ist, wobei diese dritte Kurzschlussstrecke 238c den Kopplungsvorsprung des zehnten Schaltsegments 21.10 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegend angeordneten vierten Schaltsegments 21.04 verbindet;
- - eine vierte konzentrierte Spule 237a, die zur zweiten Serie konzentrierter Spulen gehört, die um die erste Polausdehnung 17a herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 237a.l, das an dem Kopplungsvorsprung des vierten Schaltsegments 21.04 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 237a.F, das an dem Kopplungsvorsprung des elften Schaltsegments 21.11 befestigt ist; diese vierte konzentrierte Spule 237a ist über der ersten konzentrierten Spule 236a angeordnet;
- - eine vierte Kurzschlussstrecke 238d, die zwischen dem endseitigen Ende 237a.F der vierten konzentrierten Spule 237a und dem anfänglichen Ende 237b.I einer fünften konzentrierten Spule 237b angeordnet ist, wobei diese vierte Kurzschlussstrecke 238d den Kopplungsvorsprung des elften Schaltsegments 21.11 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegend angeordneten fünften Schaltsegments 21.05 verbindet;
- - eine fünfte konzentrierte Spule 237b, die zur zweiten Serie von konzentrierten Spulen gehört, die um die sechste Polausdehnung 17f herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 237b.l, das an dem Kopplungsvorsprung des fünften Schaltsegments 21.05 befestigt ist, und einem endseitigen Ende 237b.F, das an dem Kopplungsvorsprung des zwölften Schaltsegments 21.12 befestigt ist; diese fünfte konzentrierte Spule 237b ist über der zweiten konzentrierten Spule 236b angeordnet;
- - eine fünfte Kurzschlussstrecke 238e, die zwischen dem endseitigen Ende 237b.F der fünften konzentrierten Spule 237b und dem anfänglichen Ende 237c.l einer sechsten konzentrierten Spule 237c angeordnet ist, wobei diese fünfte Kurzschlussstrecke 238e den Kopplungsvorsprung des zwölften Schaltsegments 21.12 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegend angeordneten sechsten Schaltsegments 21.06 verbindet;
- - eine sechste konzentrierte Spule 237c, die zur zweiten Serie von konzentrierten Spulen gehört, die um die zweite Polausdehnung 17b herum gebildet ist, mit einem anfänglichen Ende 237c.l, das an dem Kopplungsvorsprung des sechsten Schaltsegments 21.06 dem Kopplungsvorsprung und einem endseitigen Ende 237c.F, das an dem Kopplungsvorsprung des ersten Schaltsegments 21.01 befestigt ist; diese sechste konzentrierte Spule 237c ist über der dritten konzentrierten Spule 236c angeordnet;
- - eine sechste Kurzschlussstrecke 238f, die zwischen dem endseitigen Ende der sechsten konzentrierten Spule 237c.F und dem Kopplungsvorsprung eines siebten Schaltsegments 21.07 angeordnet ist, wobei diese sechste Kurzschlussstrecke 238f den Kopplungsvorsprung des ersten Schaltsegments 21.01 mit dem Kopplungsvorsprung des diametral gegenüberliegend angeordneten siebten Schaltsegments 21.07 verbindet.
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Diese zweite Wicklung 219 ist den für die erste und zweite Ausführungsform beschriebenen Wicklungen ähnlich.
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Der Elektromotor 210 ist in seiner dritten Ausführungsform, dank der ersten Wicklung 218 ohne Kurzschlussstrecken, mit weniger Leiterdraht gebildet, mit reduzierten Durchgängen für die Kopplungsvorsprünge der Schaltsegmente und mit daraus resultierenden Vorteilen in Bezug auf die Schweißqualität.
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Eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Elektromotors ist in den und schematisch dargestellt und hier als Ganzes mit dem Bezugszeichen 310 gekennzeichnet.
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In dieser vierten Ausführungsform des Gleichstrom-Elektromotors 310 umfasst jede Wicklung der beiden Wicklungen 318 und 319:
- - drei erste konzentrierte Spulen 326a, 326b, 326c, die jeweils auf einer Polausdehnung einer ersten Serie von drei benachbarten Polausdehnungen angeordnet sind, zum Beispiel die Polausdehnungen 17c, 17d, 17e,
- - drei zweite konzentrierte Spulen 327a, 327b, 327c, die jeweils auf einer zweiten Reihe von drei benachbarten Polausdehnungen angeordnet sind.
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In dieser vierten Form sind die drei zweiten konzentrierten Spulen 327a, 327b und 327c nicht auf den gleichen Polausdehnungen der ersten Serie, sondern auf zwei Polausdehnungen der ersten Serie 17d, 17e und auf einer weiteren benachbarten Polausdehnung 17f angeordnet.
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Die zweite Serie der benachbarten Polausdehnungen 17d, 17e, 17f fällt nicht mit der ersten Serie der Polausdehnungen 17c, 17d, 17e zusammen. In dieser vierten Bauform enthält jede der Wicklungen 318 und 319 konzentrierte Spulen, die insgesamt auf vier nebeneinander liegende Polausdehnungen 17c, 17d, 17e, 17f für die erste Wicklung 318, verteilt sind, wobei auf zwei dieser Polausdehnungen 17d und 17e für die erste Wicklung 318, zwei sich überlappende konzentrierte Spulen angeordnet sind, nämlich 326a bzw. 327a für die vierte Polausdehnung 17d und 326c und 327c für die fünfte Polausdehnung 17e immer für die erste Wicklung 318, während auf den beiden anderen dieser Polausdehnungen 17c und 17f nur eine konzentrierte Spule 326b für die dritte Polausdehnung 17c und 327b für die sechste Polausdehnung 17f angeordnet ist.
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Ähnlich wie oben für die erste Wicklung 318 beschrieben, umfasst die zweite Wicklung 319 konzentrierte Spulen, die insgesamt auf vier nebeneinander liegende Polausdehnungen 17f, 17a, 17b, 17c verteilt sind, wobei auf zwei dieser Polausdehnungen, 17a und 17b, zwei sich überlappende konzentrierte Spulen angeordnet sind, nämlich. 336a und 337a für die erste Polausdehnung 17a und 336c und 337c für die zweite Polausdehnung 17b, während bei zwei weiteren Polausdehnungen 17c und 17f eine einzige konzentrierte Spule 336b für die dritte Polausdehnung 17c und 337b für die sechste Polausdehnung 17f angeordnet ist.
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Bei dieser vierten Ausführungsform der Erfindung überlagern sich die beiden Wicklungen 318 und 319, die jeweils mit einem Leitungsdraht 322 und 323 ausgeführt sind, In Höhe der zwei Polausdehnungen 17c und 17f, durch entsprechende Spulen:
- - die zweite konzentrierte Spule 326b der ersten Wicklung 318 und die fünfte konzentrierte Spule 337b der zweiten Wicklung 319 auf der dritten Polausdehnung 17c,
- - die zweite konzentrierte Spule 336b der zweiten Wicklung 319 und die fünfte konzentrierte Spule 327b der ersten Wicklung 318 auf der sechsten Polausdehnung 17f.
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Im Beispiel der hier beschriebenen vierten Ausführungsform, die so zu verstehen ist, dass sie die Erfindung selbst nicht einschränkt, weist jede der beiden Wicklungen 318 oder 319, zum Beispiel eine erste Wicklung 318, die drei in Reihe geschalteten ersten konzentrierten Spulen 326a, 326b, 326c und die drei zweiten konzentrierten Spulen 327a, 327b und 327c auf, die in Reihe zueinander und in Reihe zu den ersten konzentrierten Spulen 326a, 326b und 326c geschaltet sind, d. h. ohne Unterbrechung des Leitungsdrahtes.
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In dieser vierten Ausführungsform,
- - weist eine erste Wicklung 318 zwischen zwei aufeinanderfolgenden konzentrierten Spulen keine Kurzschlussstrecke auf, die konfiguriert ist, um die Kopplungsvorsprünge zweier diametral gegenüberliegender Schaltsegmente zu verbinden,
- - weist eine zweite Wicklung 319 zwischen zwei aufeinanderfolgenden konzentrierten Spulen eine Kurzschlussstrecke 328 auf, die so konfiguriert ist, dass sie die Kopplungsvorsprünge von zwei diametral gegenüberliegenden 21 Schaltsegmente verbindet.
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Für jede der oben beschriebenen Ausführungsformen ist vorgesehen, die Bürsten 24 und 25 180° zueinander anzuordnen.
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Selbstverständlich umfasst die Erfindung auch die der Einfachheit der Figuren halber nicht abgebildeten Ausführungsformen, bei denen die Bürsten 24 und 25 90° zueinander angeordnet sind.
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Der Durchmesser der Leiterdrähte 22, 23, 122, 123, 222, 223, 322, 323 hat einen Querschnittsdurchmesser zwischen 0,20 mm und 0,63 mm.
Die beiden Wicklungen 18, 118, 218, 318 und 19, 119, 219, 319 werden jeweils durch einen entsprechenden Flyer gebildet.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Rotors 14 mit zwei Wicklungen 18, 19, 118, 119, 218, 219, 318, 319 wie oben beschrieben.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Erfindung die gestellten Aufgaben und Ziele erreicht.
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Insbesondere wird mit dem Gefundenen ein kompakter Gleichstrom-Elektromotor bereitgestellt, der strukturell, elektrisch und magnetisch gleichzeitig ausbalanciert ist.
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Darüber hinaus wurde mit der Erfindung ein Gleichstrom-Elektromotor bereitgestellt, der dank der oben beschriebenen Optimierung der Verteilung der konzentrierten Spulen durch den Einsatz von Kurzschlussstrecken kürzer oder durch Verzicht auf die Verwendung von Kurzschlussstrecken zugunsten deren Verwendung in nur einer der beiden Wicklungen sowie dank der Begrenzung des Durchmessers des Leitungsdrahts der Wicklungen mit einer besseren Qualität der Verschweißung des Leitungsdrahts bereitgestellt werden kann.
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Darüber hinaus wurde mit der Erfindung ein Elektromotor bereitgestellt, bei dem die Leiterdrähte so gebogen werden, dass sie in kürzerer Weise als bei bekannten Motoren über die Kopplungsvorsprünge des Schalters geführt sind, wodurch das Risiko eines unerwünschten Kurzschlusses in Bereichen mit starker Drahtüberlappung verringert wird.
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Insgesamt wird mit der Erfindung einen Gleichstrom-Elektromotor bereitgestellt, der im gegenüber bekannten Motoren leiser und weniger anfällig für Fehlfunktionen aufgrund von Bürstenverschleiß und Kurzschlussproblemen zwischen Leiterdrahtabschnitten ist.
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Mit der Erfindung wurde ein Gleichstrom-Elektromotor bereitgestellt, der auf dieselbe Weise wie ähnliche Elektromotoren eines bekannten Typs einfach installiert werden konnte, auch an Bord bereits bestehender Autos.
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Die so konzipierte Erfindung bietet die Möglichkeit für zahlreiche Modifikationen und Variationen, die alle in den Bereich des erfinderischen Konzepts fallen; darüber hinaus können alle Einzelheiten durch andere technisch gleichwertige Elemente ersetzt werden.
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In der Praxis können die verwendeten Komponenten und Materialien, sofern sie mit der spezifischen Nutzung kompatibel sind, sowie die Abmessungen und unwesentlichen Formen entsprechend den Bedürfnissen und dem Stand der Technik beliebig sein.
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Wenn auf den in einem Anspruch genannten Merkmalen und Techniken Bezugszeichen folgen, sind solche Bezugszeichen nur verstanden werden, um die Verständlichkeit der Ansprüche zu erhöhen, und folglich haben diese Referenzzeichen keine einschränkende Wirkung auf die Auslegung von jedes durch solche beispielhaften Bezugszeichen gekennzeichneten Elements.
