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DE3013424A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Elektrische maschine

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DE3013424A1
DE3013424A1 DE19803013424 DE3013424A DE3013424A1 DE 3013424 A1 DE3013424 A1 DE 3013424A1 DE 19803013424 DE19803013424 DE 19803013424 DE 3013424 A DE3013424 A DE 3013424A DE 3013424 A1 DE3013424 A1 DE 3013424A1
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DE
Germany
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generator according
rotor
stator
segment
generator
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DE19803013424
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English (en)
Inventor
Manfred Dipl Ing Frister
Siegfried E Dr-Ing Schustek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K6/485—Motor-assist type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/18—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators
    • H02K19/20—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/22—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators
    • H02K19/24—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/006—Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

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  • Transportation (AREA)
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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Description

R. 6 217.
8.2.198O Chr/Sm
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1
Elektrische Maschine Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Generator nach der Gattung des Hauptanspruchs, üblicherweise wird ein solcher Generator von der Kurbelwelle aus über Riemenscheiben und e,inen Keilriemen angetrieben. Das hat den Nachteil, "daß der Generator als separates Bauelement mechanischen Beschädigungen und der üblichen Verschmutzung im Motorraum ausgesetzt ist. Außerdem ist ein nicht geringer Aufwand für den Antriebsmechanismus für den Generator erforderlich, auch dieser Mechanismus ist störanfällig.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Generator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er innerhalb des Gehäuses des Antriebssystems mechanisch geschützt untergebracht ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß der Generator innerhalb des Gehäuses indirekt durch das Kühlsystem des Antriebssystems gekühlt und auf einer weitgehend konstanten Betriebstemperatur gehalten wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Generator kann das Schwungmoment des Schwungrades 27 um das Schwungmoment des Rotors 18 vermindert werden. Damit stellt der Rotor 18 kein zusätzliches Gewicht dar, als Generatorgewicht ist vielmehr lediglich das Gewicht des Stators 11 anzusetzen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Generators möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß der Generator zur Reduzierung des Gewichts des Abtriebssystems dadurch beiträgt, daß er mit dem Schwungrad integriert ist. Auch das Gewicht des Generators selbst wird v^ringert, und zwar allein auf das Gewicht des Ständers, wenn der Generatorrotor als Schwungrad mit verwendet wird. Schließlich ist es nicht erforderlich, daß der Ständer den gesamten Rotorumfang t bedeckt, wodurch sich der Generator besonders raumsparend unterbringen läßt. Wenn der Stator in mehrere Segmente aufgeteilt ist, kann in vorteilhafter Weise an jedes der Segmente ein eigener Verbraucherkreis angeschlossen werden, beispielsweise Verbraucher mit einer anderen Spannungslage oder Wechselspannungsverbraucher. Es können mehrpulsige Stromrichter zum Gewinnen von Gleichstrom vorgesehen werden.
Durch eine entsprechende Anordnung der Erregerwicklung läßt sich eine hohe magnetische Durchflutung bei einer vorgegebenen Betriebsspannung und einem vorgegebenem Wickelraum erreichen. Gegenüber bekannten Anordnungen ist dadurch eine höhere Ausgangsleistung des Generators erzielbar. Bei geeigneter Ausführung der Statorsegmente können diese zunächst zusammenhängend in der Form eines Rings hergestellt und dann durch ein Auftrennen des Rings im einzelnen gewonnen werden. Werden U-förmige Statorsegmente verwendet, ist die Ausgangsleistung des Generators weitgehend unabhängig vom Lagerspiel des Rotors. Bei einer entsprechenden Ausführung sind die
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- * - R. 6 2
.λ. Chr/Sm
Wicklungen vorteilhaft als fertig eingelegte vorgefertigte ' Einzelspulen ausführbar, es ergeben sich außerdem kleine mittlere Leiterlängen für die Erregerwicklung und die Ausgangswicklung.
Zeichnung .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt"den mechanischen Aufbau und einen Blick in ein Gehäuse eines Fahrzeugantriebs mit dem erfindungsgemäßen Generator j die Figuren 2 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele des Stators, Figuren 2, 3, 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele des Rotorkranzes.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Figur 1 zeigt den Aufbau eines heteropolaren Generators, wie er für die Erfindung verwendet, und einen Längsschnitt durch das Gehäuse eines Fahrzeugantriebs, beispielsweise mit einem Verbrennungsmotor, mit einem Blick insbesondere auf das Schwungrad und die Kupplung. Es sollen nur diejenigen Teile der an sich bekannten Anordnung beschrieben werden, die für das Verständnis der Erfindung von Wichtigkeit sind.
Eine Kurbelwelle 21 mit einer Wange 22 ist mit Hilfe eines Gleitlagers 23 im Gehäuse 24 des Verbrennungsmotors gelagert. Auf das Motorgehäuse 24 ist ein Kupplungsgehäuse 25 aufgesetzt, das unter anderem die Kupplung 26 enthält. Auch ein Schwungrad 27, das mit Hilfe von Schrauben 28 an die Kurbelwelle 21 angeflanscht ist, ist im Kupplungsgehäuse 25 enthalten.
Ein Stator 11 ist im Kupplungsgehäuse 25 befestigt. Der Stator 11 trägt eine Erregerwicklung 12 und eine Wechselstrom-Aus-
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λ Chr/Sm
gangswicklung 13. Die Wicklungen 12 und 13 liegen in Nuten zwischen Zähnen 16. In der Bohrung des Stators 11 ist ein Rotor 18, um die Welle 17 drehbar, gelagert. Der Rotor 18 weist zur Erzeugung von Leitwertschwankungen Zähne 19 auf, die zum Stator 11 hin gerichtet sind, oder besteht aus einem lameliierten mäanderförmig ausgebildetem Blechkranz, der teilweise in den U-förmigen Stator 11 hineinragt. Bei der Erfindung sind der Stator 11 und der Rotor 18 geblecht, also lamelliert, ausgeführt.
Es ist nicht erforderlich, daß sich der Stator 11 über den gesamten Umfang des Rotors 18 erstreckt. Wegen .es verhältnismäßig großen Durchmessers des Rotors 18, der durch den Durchmesser des Schwungrades 27 bedingt ist, kann die geforderte Generatorleistung von einem Stator 11 geliefert werden, der nur einen Teil des Umfangs des Rotors 18 bedeckt. Es ist möglich, den Stator 11 in eine Mehrzahl von Segmenten aufzuteilen und entsprechend dem Statorteil 11 in Figur 1 im Kupplungsgehäuse anzuordnen. Jedes einzelne Segment kann dann beispielsweise über voneinander getrennte Ausgpngswicklungen 13a, 13b ... einen eigenen Teil des Bordnetzes, beispielsweise mit abweichender Spannungslage oder einen Wechselspannungsverbraucher, speisen.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 2 der Rotor 18 als geblechtes Zahnrad mit Zähnen 19 ausgebildet. Dieses Zahnrad 18, 19 ist, wie schon beschrieben, auf das Schwungrad 27 aufgesetzt. In radialer Richtung längs des Umfangs des Zahnrades 18, 19 ist der Stator 11 in Form eines Kreis-Segments angeordnet. Das Segment 11 trägt eine Erregerwicklung 12, die beispielsweise um das Mittelstück des Segments 11 gewickelt ist, und eine Wechselstrom-Ausgangswicklung 13, die in Nuten 15 auf der dem Rotor 18 zugewandten Seite des Segments eingelegt sind. Im übrigen sind in Figur und in den folgenden Figuren für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen auch wie in Figur 1 verwendet.
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• a ·
BAD ORIGINAL
-A - R- 62 1 7
J^ Chr/Sm
Durch die Ausführungsbeispiele in Figur 2 und 3 lassen sieh bei einer relativ kleinen Rotorzähnezahl aufgrund der günstigen mittleren Windungslänge der Erregerwicklung eine hohe Erregerdurchflutung bei einer vorgegebenen Betriebsspannung im gegebenen Wickelraum unterbringen. Gegenüber Ausführungen mit einer längs des Umfangs in zwei Spulen verteilten Erregerwicklung 12 läßt sich durch die Anordnung der Erregerwicklung 12 gemäß dem .Ausführungsbeispiel nach Figur 2 oder 3 ein Generator mit günstigerem Leistungsgewicht erzielen.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind die Zähne 19 des geblechten Zahnrades 18, das den Rotor bildet und auf dem Schwungrad 27 befestigt ist, in axialer Richtung angeordnet. Ebenfalls in axialer Richtung steht dem Zahnrad 18, 19 ein Statorsegment 11 gegenüber. Die Erregerwicklung 12 und die Ausgangswicklung 13 sind wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 vorgesehen. Der Läufer-Zahnkranz l83 19 und die Statorsegmente 11 lassen sich aus Streifen von Dynamoblech herstellen, dabei werden.zuerst die Nuten unter Berücksichtigung der Durchmesseränderung gestanzt und dann der Zahnkranz 18, 19 und das Statorsegment 12 als Wickel gefertigt. Nach einem Fixieren der ringförmigen Wickel durch Kleben oder Nieten lassen sich die Statorsegmente 11 aus den betreffenden Ringen herausschneiden. Eine Nachbearbeitung ist nur auf der genuteten Stirnseite der ringförmigen Wickel und für den Fall einer formschlüssigen Befestigung auf der Innenseite oder Außenseite des LäuferZahnrades 18, 19 auf dem Schwungrad 27 erforderlich.
Figur 4 zeigt zwei Varianten eines weiteren Ausführungsbeispieles. Auf dem Schwungrad 27 ist ein mäanderförmiger geblechter Rotorkranz 18 befestigt. Geblechte Statorsegmente tragen eine konzentrierte Erregerwicklung 12 und eine verteilte - Figur ka. - oder konzentrierte - Figur 4b - Wechselstrom-Ausgangswicklung 13-
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"^- R· 6 2 1 7
αΛ Chr/Sm
• /W-
In Figur 5 ist gezeigt, wie der mäanderförmige Rotorkranz 18 auf dem Schwungrad 27 befestigt werden kann. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 5a ist der Rotorkranz 18 durch einen den Rotorkranz 18 halbseitig umschließenden Blechmantel 31 am Schwungrad 27 befestigt. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 5b ist der Rotorkranz 18 mit Hilfe von Stiften 32 befestigt. Die Stifte 32 können von Isolierhülsen 33 umgeben sein; dies ist in Figur 5c dargestellt. Schließlich kann der Rotorkranz 18 einseitig in ein nichtmagnetisches Material 34 eingegossen sein. Als besonders günstig hat sich hierfür Aluminium erwiesen. Der Rotorkranz 18 ist dann zusammen mit diesem umgossenen nichtmagnetischen Material j'h auf dem Schwungrad 27 befestigt.
Dadurch, daß der Rotorkranz 18 bei den Ausführungsbeispielen nach Figur 4 und 5 von dem Statorsegment oder den Statorsegmenten 11 beidseitig umschlossen ist, ist die vom Generator abgegebene Leistung unabhängig vom Lagerspiel des Rotors 18 oder des Sehwungrades 27. Die geblechten Statorsegmente 11 lassen sich als Halbschnitte - Figur 4a - oder aus einzelnen Teilschnitten - Figur 4b - aufschichten und zusammenfügen. Die Wicklungen 12, 13 lassen sich fertigungstechnisch sehr vorteilhaft als konzentrierte Spulen herstellen und dann als fertige Spulen einlegen.
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Stator-Sektor-Segmente 11 hufeisenförmig ausgebildet und mit Nuten in Form von Schlitzen 35, 36 für die Ausgangswicklung 13"und die Erregerwicklung 12 versehen sind. Die abgegebene elektrische Leistung des Generators wird damit auch bei diesem Ausführungsbeispiel weitgehend unabhängig vom Lagerspiel des Rotors 18. Außerdem ergibt sich durch die gewählte Formgebung eine kleine mittlere Leiterlänge für die Erregerwicklung 12 und die Ausgangswicklung 13·
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■: " ":-:: 3Q13424
-/St-
R.6217
8.2,1980 Chr/Sm
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart
Elektrische Maschine
Zusammenfassung
Es wird ein heteropolarer Generator für ein Batterieladesystem vorgeschlagen, der als Teil eines Schwungrades der Antriebsmaschine ausgebildet ist. Ein solcher Generator ist besonders vorteilhaft bei'Antriebssystemen in Kraftfahrzeugen verwendbar.
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Leerseite

Claims (1)

  1. κ. 62 17
    8.2.1980 Chr/Sm
    ROBERT BOSCH GMBH. 7000 Stuttgart 1
    Ansprüche·
    /l.JMit einem Schwungrad integrierter Generator, insbesondere Wechselstromgenerator in einem Kraftfahrzeug, mit einem Stator und einem Rotor, der als heteropolarer Generator mit einer Erregerwicklung und einer Wechselstrom-Ausgangswicklung ausgeführt und dessen Rotor am Schwungrad des Fahrzeugantriebs befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (11) sowohl die Erregerwicklung (12) als auch die Ausgangswicklung (13) trägt.
    2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator-Rotor (18) im wesentlichen ein Bestandteil des Schwungrades (27) ist.
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    Chr/Sm
    3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (11) radial gegenüber dem äußeren Umfang des Rotors (18) am Gehäuse des Fahrzeugantriebs (24, 25) befestigt ist.
    4. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (11) als Segment ausgebildet ist und nur einen Teil des äußeren Umfangs des Rotors (18) bedeckt.
    5. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (11) in mehrere Segmente mit voneinander getrennten Ausgangswicklungen (13a, 13b, ...) aufgeteilt ist.
    6. Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
    an die Ausgangswicklungen (13a, 13b, ...) jedes der Segmente des Stators (11) ein eigener Verbraucherkreis angeschlossen ist.
    7. Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
    an die Ausgangswicklungen (13a, 13b, ...) jedes der Segmente des Stators (11) ein mehrpulsiger Stromrichter zum Gewinnen von Gleichstrom angeschlossen ist.
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    3013A2A
    - 3 - R. 62 1
    Chr/Sm
    8. Generator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,daß das Segment des Stators (11) in radialer Richtung gegenüber dem äußeren Umfang des Rotors (18) angeordnet ist (Figur 2).
    9. Generator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Segment des Stators (11) in axialer Richtung gegenüber dem äußeren Umfang des Rotors (18) angeordnet ist (Figur 3)·
    10. Generator nach einem der Ansprüche H bis 7a dadurch gekennzeichnet, daß das Segment des Stators (11) im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und die beiden Schenkel des U-förmigen Segments (11) in axialer Richtung gegenüber dem äußeren Umfang des Rotors (18) enden (Figur H).
    11. Generator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schenkel des· U-förmigen Segments (11) eine Ausgangswicklung (13) tragen.
    12. Generator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausgangswicklung (13) tragende Schenkel des Segments (11) zum Rotor (18) hin abgebogen sind.
    130042/0193
    Chr/Sm
    13- Generator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich ein Schenkel des U-förmigen Segments (11) eine Ausgangswicklung (13) trägt.
    lh. Generator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswicklung (13) tragende Schenkel des Segments (11) zum Rotor (l8) hin abgebogen ist.
    15. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (l8) als geblechter Ring mit Nuten und Zähnen (19) ausgeführt ist.
    16. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis Ih3 dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (l8) als geblechtes in radialer Richtung mäanderförmig gewelltes Band ausgeführt ist (Figur 5).
    17. Generator nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (l8) mit einem beidseitig aufgesetzten Blechband (31) am Schwungrad (27) befestigt ist (Figur 5a).·
    18. Generator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (18) mit Hilfe von Stiften (32) am Schwungrad (27) befestigt ist (Figur 5b).
    130042/0193
    Chr/Sm
    19· Generator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (32) von Isolierhülsen (33) umgeben sind (Figur 5c).
    20. Generator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (18) in ein nichtmagnetisches liaterial (3*0 eingegossen ist und mit diesem Material (3*0 zusammen einen auf das Schwungrad (27) aufsetzbaren Ring bildet (Figur 5d).
    21. Generator nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (18) ein ringförmiger Wickel aus Dynamoblech ist und daß die Uuten im noch gestreckten Zustand ausgestanzt sind.
    22. Generator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorsegment (11) durch Aufschneiden eines ringförmigen Wickels aus Dynamoblech, bei dem im noch gestreckten Zustand Nuten (35 > 3t>) ausgestanzt sind, hergestellt ist.
    23. Generator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stator-Segment (11) mit einem Schlitz (35) für die Ausgangsvicklung (13) und einem senkrecht dazu angeordneten Schlitz (36) für die Erregerwicklung versehen ist (Figur 6).
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