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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Rotor und einem in einem Gehäuse angeordneten Stator, der von einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten Statorsegmenten ausgebildet ist, wobei mindestens ein Statorsegment einen zugeordneten Statorsegmentkern aufweist, der mit mindestens einem Isolierkörper versehen ist, an dem eine dem Statorsegment zugeordnete Einzelwicklung angeordnet ist.
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Aus dem Stand der Technik ist ein derartiger Elektromotor bekannt, dessen Stator mehrere Statorsegmente aufweist. Diese sind ringförmig angeordnet und werden von einem am Außenumfang der Statorsegmente angeordneten Haltering in Ringform zusammengehalten und somit miteinander verbunden. Die derart in Ringform zusammengehaltenen Statorsegmente können dann als bauliche Einheit in einem zugeordneten Gehäuse angeordnet und befestigt werden.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass die von den in Ringform zusammengehaltenen Statorsegmenten gebildete, bauliche Einheit bei einer Befestigung in einem zugeordneten Gehäuse in einer vorgegebenen Position fixiert und gehalten werden muss, um die Befestigung zu ermöglichen. Hierdurch gestaltet sich die Befestigung der Statorsegmente im Gehäuse und somit die Montage des Elektromotors umständlich und kompliziert.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen neuen Elektromotor bereitzustellen, bei dessen Montage eine schnelle und einfache Befestigung einer Mehrzahl von Statorsegmenten in einem zugeordneten Gehäuse ermöglicht werden kann.
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Dieses Problem wird gelöst durch einen Elektromotor mit einem Rotor und einem in einem Gehäuse angeordneten Stator, der von einer Mehrzahl von ringförmig angeordneten Statorsegmenten ausgebildet ist, wobei mindestens ein Statorsegment einen zugeordneten Statorsegmentkern aufweist, der mit mindestens einem Isolierkörper versehen ist, an dem eine dem Statorsegment zugeordnete Einzelwicklung angeordnet ist. Der mindestens eine Isolierkörper weist zumindest ein dem Gehäuse zugewandtes Positionierglied auf, das von dem mindestens einen Statorsegmentkern zumindest abschnittsweise in Richtung des Gehäuses auskragt und zumindest eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Stator und dem Gehäuse ausbildet.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines neuen Elektromotors mit einem segmentierten Stator, bei dessen Montage durch die Verwendung geeigneter Positionierglieder eine schnelle und einfache Befestigung einer Mehrzahl von Statorsegmenten in einem zugeordneten Gehäuse ermöglicht werden kann.
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Bevorzugt bildet die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Stator und dem Gehäuse eine Presspassung aus.
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Somit kann eine sichere und zuverlässige Befestigung der Statorsegmente im Gehäuse ermöglicht werden.
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Der Stator ist vorzugsweise durch ein Klebemittel im Gehäuse fixiert.
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Somit kann eine dauerhafte und stabile Befestigung der Statorsegmente im Gehäuse erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform bildet das Positionierglied zumindest abschnittsweise eine radiale Erweiterung des Stators aus.
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Die Erfindung ermöglicht somit auf einfache Art und Weise die Ausbildung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem an zumindest einem Statorsegment angeordneten Positionierglied und dem Gehäuse.
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Das Positionierglied ist bevorzugt in axialer Richtung des Stators zumindest abschnittsweise keilförmig ausgebildet.
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Somit kann die Bereitstellung eines robusten und stabilen Positionierglieds ermöglicht werden.
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Vorzugsweise weist der Isolierkörper einen Kunststoff auf.
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Somit kann die Bereitstellung eines vergleichsweise leichten und kostengünstigen Isolierkörpers ermöglicht werden.
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Die Mehrzahl von ringförmig angeordneten Statorsegmenten sind bevorzugt formschlüssig aneinander befestigt.
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Somit kann eine sichere und dauerhafte Verbindung der Statorsegmente aneinander erreicht werden.
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Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch einen Isolierkörper für einen Statorsegmentkern, an dem zumindest ein Positionierglied vorgesehen ist, das dazu ausgebildet ist, von einem mit dem Isolierkörper verbundenen Statorsegmentkern zumindest abschnittsweise auszukragen.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Isolierkörpers für einen Statorsegmentkern, bei dem durch die Bereitstellung des Positionierglieds auf einfache Art und Weise eine kraftschlüssige Verbindung des Stators mit dem Gehäuse ermöglicht wird.
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Das Eingangs genannte Problem wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor, der eine Mehrzahl von ringförmig in einem zugeordneten Gehäuse angeordneten Statorsegmenten aufweist, wobei mindestens ein Statorsegment einen zugeordneten Statorsegmentkern aufweist, der mit mindestens einem Isolierkörper versehen ist, an dem eine dem Statorsegment zugeordnete Einzelwicklung angeordnet ist. Der Stator wird in das Gehäuse eingeschoben, wobei durch mindestens ein an dem mindestens einen Isolierkörper ausgebildetes Positionierglied, das von dem mindestens einen Statorsegmentkern zumindest abschnittsweise in Richtung des Gehäuses auskragt, eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Stator und dem Gehäuse ausgebildet wird.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Herstellung eines Elektromotors mit einem segmentierten Stator, bei der durch die Bereitstellung geeigneter Positionierglieder am Stator eine schnelle und einfache Befestigung einer Mehrzahl von Statorsegmenten in einem zugeordneten Gehäuse ermöglicht werden kann.
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Der Stator wird bevorzugt in das Gehäuse eingepresst.
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Somit kann der Stator sicher und zuverlässig im Gehäuse befestigt werden.
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Vorzugsweise wird der Stator durch ein Klebemittel im Gehäuse fixiert.
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Somit kann der Stator auf einfache Art und Weise dauerhaft im Gehäuse fixiert werden.
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Das Gehäuse wird bevorzugt vor dem Einpressen des Stators erwärmt.
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Die Erfindung ermöglicht somit ein im Wesentlichen kraftfreies Einführen des Stators in das Gehäuse, wobei eine Spanbildung beim Einpressen verhindert werden kann und so zusätzlich eine Vermeidung von Schmutzpartikeln im Gehäuse und/oder Stator, z.B. in Form von Stahlspänen und Flitter, ermöglicht werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf einen Elektromotor mit einem Stator und einem Gehäuse gemäß einer Ausführungsform,
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2 eine perspektivische Ansicht des Elektromotors von 1,
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3 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses von 1 und 2,
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4 eine perspektivische Ansicht zweier Statorsegmente des Stators von 1 und 2, gemäß einer Ausführungsform,
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5 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts von 4, und
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6 eine perspektivische Ansicht eines Isolierkörpers eines Statorsegments des Stators von 1 und 2 gemäß einer Ausführungsform.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt einen beispielhaft als Innenläufermotor ausgebildeten Elektromotor 100 mit einem auf einer Motorwelle 120 angeordneten Innenrotor 110 und einem segmentierten Außenstator 160, die illustrativ in einem Gehäuse 150 angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform weist der segmentierte Außenstator 160 eine Mehrzahl 170 von ringförmig angeordneten Statorsegmenten auf, illustrativ zwölf Statorsegmente. Diese zwölf Statorsegmente sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie ringförmig zusammenfügbar sind, wobei jeweils in Umfangsrichtung des Außenstators 160 bzw. des Gehäuses 150 benachbarte Statorsegmente bevorzugt formschlüssig miteinander verbunden bzw. aneinander befestigt sind, z.B. über eine geeignete Nut-Steg-Verbindung 195. Insbesondere sind die zwölf Statorsegmente bevorzugt zumindest im Wesentlichen baugleich ausgebildet. Deshalb ist zwecks Einfachheit und Übersichtlichkeit der Zeichnung lediglich ein einzelnes Statorsegment der Mehrzahl 170 von Statorsegmenten repräsentativ mit dem Bezugszeichen 171 gekennzeichnet und wird nachfolgend stellvertretend für die Mehrzahl 170 von Statorsegmenten beschrieben.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Außenstator 160 axial unbeweglich und verdrehgesichert im Gehäuse 150 befestigt und der Innenrotor 110 ist drehbeweglich im Gehäuse 150 gelagert. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Außenstatoren und Innenrotoren beschränkt ist, sondern analog auch bei Außenrotoren und z.B. auf Lagerrohren zu befestigenden Innenstatoren Anwendung finden kann. Deshalb wird der Außenstator 160 nachfolgend auch als der „Stator 160“ bezeichnet. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung auch nicht auf segmentierte Statoren beschränkt, sondern kann analog auch bei Statoren mit einem einstückigen Statorkern Anwendung finden. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die Darstellung von zwölf Statorsegmenten 171 lediglich beispielhaften Charakter hat und ebenfalls nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen ist, die bei einer beliebigen Anzahl von Statorsegmenten Anwendung finden kann.
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Das Statorsegment 171 weist vorzugsweise einen zugeordneten Statorsegmentkern 190 auf, der z.B. aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet sein kann. Hierbei kann der Statorsegmentkern 190 eine Mehrzahl gestapelter Blechlamellen aufweisen, die bevorzugt aneinander befestigt sind, z.B. miteinander verschweißt sind, und von gestanzten Elektroblechen gebildet werden.
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Der Statorsegmentkern 190 ist mit mindestens einem und bevorzugt zwei Isolierkörpern 130 versehen, an denen eine dem Statorsegment 171 zugeordnete Einzelwicklung 181 angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, mit weiteren Einzelwicklungen des Stators 160 zu einer Motorwicklung 180 verschaltet zu werden. Diese Einzelwicklung 181 wird z.B. durch Flyerwickeln oder Spulenwickeln auf das Statorsegment 171 aufgewickelt und ist bevorzugt gegenüber dem Statorsegment 171 durch die Isolierkörper 130 elektrisch isoliert, der bevorzugt Kunststoff aufweist. Jedoch könnte der Isolierkörper 130 auch ein beliebiges anderes, elektrisch isolierendes Material aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist mindestens einer der Isolierkörper 130 zumindest ein dem Gehäuse 150 zugewandtes Positionierglied 140 auf. Dieses kragt von dem mindestens einen Statorsegmentkern 190 zumindest abschnittsweise in Richtung des Gehäuses 150 aus und bildet zumindest eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Stator 160 und dem Gehäuse 150 aus. Im Kontext der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „auskragen“ ein Überstehen des Positionierglieds 140 in Richtung des Gehäuses 150 über einen von den Statorsegmentkernen 190 gebildeten Außenumfang des Stators 160.
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2 zeigt den in dem Gehäuse 150 angeordneten, Stator 160 von 1. Analog zu 1 ist auch in 2 zwecks Einfachheit und Übersichtlichkeit der Zeichnung lediglich eines der Mehrzahl 170 von Statorsegmenten des Stators 160 repräsentativ mit dem Bezugszeichen 171 gekennzeichnet.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die ringförmig angeordnete Mehrzahl 170 von Statorsegmenten bei einer Montage des Stators 160 im Gehäuse 150 z.B. mittels eines geeigneten Presswerkzeugs in das Gehäuse 150 eingepresst. Hierbei wird der Stator 160 über das am Isolierkörper 130 vorgesehene Positionierglied 140 bevorzugt durch Presspassung im Gehäuse 150 befestigt, sodass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Stator 160 und dem Gehäuse 150 ausgebildet wird. Um das Einpressen zu vereinfachen, kann die Mehrzahl 170 von Statorsegmenten zusätzlich durch ein geeignetes Hilfswerkzeug in der vorgegebenen Ringform gehalten werden. Darüber hinaus kann, um das Einpressen zumindest zu erleichtern, das Gehäuse 150 vor dem Einpressen der Mehrzahl 170 von Statorsegmenten erwärmt werden, z.B. in einer Position unmittelbar ober- oder unterhalb der Mehrzahl 170 von Statorsegmenten. Dies kann z.B. mit Hilfe einer geeigneten Induktionsspule ermöglicht werden. Durch das Erwärmen des Gehäuses 150 vor dem Einpressen des Stators 160 kann eine Spanbildung beim Einpressen im Wesentlichen verhindert werden und so zusätzlich eine Vermeidung von Schmutzpartikeln, z.B. in Form von Stahlspänen und Flitter, im Gehäuse 150 und/oder dem Stator 160 erreicht werden.
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Des Weiteren wird der Stator 160 nach dem Einpressen in das Gehäuse 150 bevorzugt durch ein Klebemittel und/oder durch ein Aufschmelzen des Positionierglieds 140 im Gehäuse 150 befestigt. Hierbei kann das Aufschmelzen des Positionierglieds 140 z.B. mittels Ultraschall- oder Laserschweißen erfolgen oder als Folge der Erwärmung des Gehäuses 150. Ein entsprechendes Verkleben kann an einer Innenwand (225 in 3) des Gehäuses 150 und/oder an einer an diese angrenzenden, einer Motorwellenöffnung 210 zugewandten Bodenfläche 220 des Gehäuses 150 erfolgen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die Statorsegmente 171 der Mehrzahl 170 von Statorsegmenten auch jeweils einzeln oder gruppenweise in das Gehäuse 150 eingeschoben werden. Hierfür weist das Gehäuse 150 bevorzugt an seiner Innenwand (225 in 3) für jedes Positionierglied 140 eine zugeordnete Führungsrille auf. Über derartige Führungsrillen können die Positionierglieder 140 der einzelnen Statorsegmente 171 im Gehäuse 150 geführt werden und dann z.B. mit Hilfe eines Klebemittels an der Innenwand (225 in 3) des Gehäuses 150 und/oder an der Bodenfläche 220 des Gehäuses 150 befestigt werden.
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3 zeigt das mit der Motorwellenöffnung 210 von 2 versehene Gehäuse 150 von 1 und 2, das zur Verdeutlichung einer zur Auflage des mit dem Bezugszeichen 171 gekennzeichneten Statorsegments von 1 und 2 vorgesehenen Innenwand 225 des Gehäuses 150 im Uhrzeigersinn um ca. 90° gedreht ist. Das Gehäuse 150 ist bevorzugt nach Art eines Motor-, Stator- und/oder Polgehäuses ausgebildet.
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Illustrativ weist das Gehäuse 150 einen becher- bzw. glockenförmigen Grundkörper 260 mit einer Ringwand 205 auf, die die Innenwand 225 ausbildet. An einem ersten axialen Ende 250 der Ringwand 205 ist eine Bodenfläche 220 des Grundkörpers 260 ausgebildet und auf einer dem ersten axialen Ende 250 gegenüberliegenden, zweiten axialen Ende 251 ist ein Umfangskragen 230 vorgesehen. An der Bodenfläche 220 ist eine ring- bzw. rohrförmige Erweiterung 215 angeordnet, an der die Motorwellenöffnung 210 ausgebildet ist. Der Umfangskragen 230 weist mindestens eine und illustrativ drei Befestigungsabschnitte 240 mit jeweils einer Öffnung 241 zur Befestigung des Gehäuses 150 z.B. in einer mobilen Arbeitsmaschine, einem Lenkantrieb, einem Scheibenwischerantrieb oder einem Fahrradantrieb auf.
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4 zeigt zwei mit dem Bezugszeichen 171 versehene Statorsegmente der Mehrzahl 170 von Statorsegementen 171 von 1 und 2, die formschlüssig über die Nut-Steg-Verbindung 195 miteinander verbunden bzw. aneinander befestigt sind. Illustrativ ist ein Nut-Abschnitt 320 der Nut-Steg-Verbindung 195 an dem – in 4 links angeordneten – Statorsegmentkern 190 verdeutlicht.
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Gemäß einer Ausführungsform sind an jedem Statorsegmentkern 190 wie bei 1 beschrieben bevorzugt zwei Isolierkörper 130 angeordnet, vorzugsweise an jedem axialen Ende des Statorsegmentkerns 190. Bevorzugt werden die Isolierkörper 130 auf die axialen Enden des Statorsegmentkerns 190 derart aufgeschoben, dass sie sich entweder gegenseitig berühren oder zumindest der Statorsegmentkern 190 gegen einen brückenartigen Abschnitt (599 in 6) des Isolierkörpers 130 anliegt. Danach können die Isolierkörper 130 mit den Einzelwicklungen 181 umwickelt werden und somit am Statorsegmentkern 190 zusammen gehalten bzw. fixiert werden.
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Zur exakten Führung entsprechender Wicklungsenden 481 der Einzelwicklungen 181, um deren Verschaltung zu einer Motorwicklung 180 zu ermöglichen, weist jeder Isolierkörper 130 bevorzugt eine Ausnehmung 310 auf. Vorzugsweise ist jeweils im Bereich dieser Ausnehmung 310 das dem Gehäuse 150 zugewandte Positionierglied 140 angeordnet, jedoch könnte das Positionierglied 140 auch an einer beliebigen anderen Stelle am Isolierkörper 130 angeordnet sein. Die Anordnung des Positionierglieds 140 am Statorsegment 171 bzw. am Isolierkörper 130 wird in einer vergrößerten Ansicht des Ausschnitts 400 in 5 verdeutlicht.
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5 zeigt den vergrößerten Ausschnitt 400 von 4, zur Verdeutlichung der zumindest abschnittsweisen Auskragung des Positionierglieds 140 des Isolierkörpers 130 vom Statorsegmentkern 190 in Richtung des Gehäuses 150, sodass das Positionierglied 140 vorzugsweise zumindest abschnittsweise eine radiale Erweiterung des Stators 160 ausbildet. Darüber hinaus liegt der Isolierkörper 130 illustrativ über eine an diesem ausgebildete, auskragende Kante 530 an einem axialen Ende 501 des Statorsegmentkerns 190 an.
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Bevorzugt ist das Positionierglied 140 in axialer Richtung des Stators 160 zumindest abschnittsweise keilförmig ausgebildet. Diese keilförmige Ausbildung des Positionierglieds 140 ist beispielhaft in zwei Bereiche 141, 142 unterteilt, die zumindest abschnittsweise vom Statorsegmentkern 190 in radialer Richtung des Stators 160 auskragen. Zumindest einer der Bereiche 141, 142 ist bevorzugt aus einem aufschmelzbaren Kunststoff ausgebildet.
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6 zeigt den gemäß einer Ausführungsform U-förmig ausgebildeten Isolierkörper 130 von 1, 2, 4 und 5, der zur Aufnahme des Statorsegmentkerns 190 von 1, 2, 4 und 5 eine von einem brückenartigen Abschnitt 599 begrenzte Innenaufnahme 510 ausbildet. Zur Aufnahme der Einzelwicklung 181 von 1, 2, 4 und 5 ist eine Außenaufnahme 520 vorgesehen. Vorzugsweise weist diese Außenaufnahme 520 zum vereinfachten Aufwickeln der Einzelwicklung auf den Isolierkörper 130 zugeordnete Auskerbungen 521 auf.
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Die Außenaufnahme 520 weist bevorzugt Begrenzungswände auf, von denen illustrativ zwei – in 1 und 2 dem Gehäuse 150 zugewandte Begrenzungswände – mit den Bezugszeichen 531, 532 gekennzeichnet sind, die über die vom Isolierkörper 130 auskragende Kante 530 miteinander verbunden sind.
