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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Rotationsmaschine
(nachfolgend als "Drehmaschine" oder gelegentlich "Motor" bezeichnet, wenn
dies geeignet ist), und insbesondere eine Drehmaschine vom Radialspalttyp,
die einen Statoranker mit einzelnen ausgeprägten Polen aufweist.
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Bei
einer herkömmlichen
Drehmaschine enthaltend einen Statoranker (nachfolgend als "Anker" bezeichnet, wenn
dies geeignet ist), der so strukturiert ist, dass mehrere ringförmige Jochstücke, die aus
einer weichmagnetischen Platte wie einer Siliziumstahlplatte bestehen
und die mehrere radial vorstehende Polzahnbereiche haben, in der
axialen Richtung gestapelt sind, da jedes der ringförmigen Jochstücke zusammen
mit den mehreren Polzahnbereichen als ein einzelnes Stück ausgestanzt
wird (der aus den so strukturierten ringförmigen Jochstücken zusammengesetzte
Anker wird nachfolgend als ein "integraler
Anker" bezeichnet,
wenn dies geeignet ist), sind Polzähne, die jeweils aus einer
gestapelten Anzahl von Polzahnbereichen zusammengesetzt sind, strukturell
nicht geteilt und daher hat ein sich ergebender Anker einen überlegenen
magnetischen Wirkungsgrad (geringe Reluktanz) jedoch bewirkt bei einer
kleinen Drehmaschine, da gewöhnlich
ein Draht direkt auf jeden der Polzähne gewickelt wird, der integrale
Anker, dass der Wickelvorgang mühsam
ist, und es ist außerordentlich
mühsam,
wenn die Drehmaschine vom Innenrotortyp ist. Als eine Folge benötigt der
Wickelvorgang eine lange Zeit und das Wickeln bedingt außerdem einen
nicht zufrieden stellenden Raumfaktor. Und aufgrund des in diesem Fall
angewendeten Flyerwickelns wird der Draht während des Wickelvorgangs einer
Torsionsbeanspruchung unterzogen, so dass eine Zuverlässigkeit des
Wickelbereichs nicht sichergestellt werden kann.
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Unter
den vorstehend beschriebenen Umständen wurde kürzlich ein
seltener Erde-Magnet mit einem hohen Energieprodukt entwickelt und
die Struktur einer Drehmaschine kann mittels einer Analyse des magnetischen
Kreises unter Verwendung eines Computers überprüft werden. Hierdurch wird eine
Drehmaschine mit einem Anker mit ausgeprägter Einzelpolstruktur (dieser
Anker wird nachfolgend als "diskreter
Anker" bezeichnet,
wenn dies geeignet ist) ermöglicht,
um erforderliche Motoreigenschaften zu erhalten. Die Drehmaschine
mit dem diskreten Anker kann zu einer unerwünschten Erhöhung der Reluktanz führen, aber
bietet große
Vorteile hinsichtlich eines leichteren Wickelvorgangs und eines
erhöhten Raumfaktors
des Wickelns, die die nachteilige Erhöhung der Reluktanz überwiegen.
Hierdurch wird nun realisiert, dass die Drehmaschine mit dem diskreten Anker
ein höheres
Leistungsvermögen
erzeugt und insgesamt weniger kostenaufwendig hergestellt wird, und
es besteht eine zunehmende Nachfrage nach dem diskreten Anker.
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Gemäß einem
Beispiel wird der diskrete Anker so hergestellt, dass Polzahnbereiche
von ihrem Hauptkörperbereich
eines integralen Ankers getrennt werden, ein Draht um jeden der
abgetrennten Polzahnbereiche gewickelt wird, wodurch jeder ausgeprägte Polbereich
gebildet wird, und dass die jeweils mit einem umwickelten Draht
versehenen Polzahnbereiche (d.h. die ausgeprägten Polbereiche) wieder mit
dem Hauptkörperbereich
durch Laserschweißen oder
dergleichen verbunden werden.
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Der
so strukturierte und hergestellt Anker hat jedoch den Nachteil,
dass der integrale Anker zuerst in den Hauptkörperbereich und die Polzahnbereiche getrennt
werden muss und später
die getrennten Bereiche wieder zusammen gebracht werden müssen, wodurch
zusätzliche
Zeit erforderlich ist. Auch müssen,
wenn die Polzahnbereiche mit jeweils einer Wicklung (ausgeprägte Pole)
wieder mit dem Hauptkörperbereich
vereinigt werden, die Stapelschichten der beiden Bereiche einander
angepasst werden, und daher ist es erforderlich, dass jeweilige
Bereiche durch ein gut gewartetes Werkzeug zusammengehalten und
sicher Platte für
Platte verschweißt
werden, um die Genauigkeit zu gewährleisten, was zu einer verringerten
Herstellbarkeit führt.
Und die Verbindungen (geschweißte
Bereiche) verschlechtern sich beträchtlich hinsichtlich mechanischer
Festigkeit und magnetischen Eigenschaften.
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Um
die vorbeschriebenen Probleme zu überwinden, haben die vorliegenden
Erfinder in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr. 2001-238377 eine Drehmaschine vom Radialspalttyp offenbart,
in der ein Statoranker aufweist: mehrere ausgeprägte Einzelpole; einen zylindrischen
Polzahnring zum Positionieren und magnetischen und mechanischen
Verbinden der ausgeprägten
Pole miteinander; und einen zylindrischen Statorring, der ausgebildet
ist, um die ausgeprägten
Pole aufzunehmen und den sich aus der magnetischen Diskontinuität ergebenden
Leckfluss herabzusetzen.
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Bei
der vorbeschriebenen Drehmaschine wird ein Pressharz innerhalb des
Statorrings injiziert, das die den Anker bildenden Komponenten integral fixieren
kann und gleichzeitig einen zylindrischen Raum für die Aufnahme eines Rotors
bilden kann mit einer Genauigkeit, die so groß ist, dass sie der eines verwendeten
Injektionsformstempels entspricht.
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Die
Drehmaschine jedoch hat ein Problem dahingehend, dass das Pressharz,
wenn es injiziert wird, Verbindungen zwischen Statorspulendrahtanschlüssen und
Spulenanschlussstiften beeinträchtigen
kann und auch auf die Verbindungen aufgebrachtes Lötmittel
derart beschädigen
kann, dass wenn das geschmolzene Pressharz in dem Statorring injiziert
wird, das Lötmittel
aufgrund der Wärme (etwa
200°C) und
der Strömung
des Harzes geschmolzen wird, wodurch Probleme wie ein loser Kontakt
bewirkt werden, und in einem Extremfall werden die Drähte gebrochen
oder das geschmolzene Lötmittel
fließt
zu den ausgeprägten
Polen oder anderen Elektroden, was zu elektrischen Störungen führt.
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Die
japanische Patentanmeldung Nr. 06 178 484 offenbart eine Anordnung,
bei der ein einzelner ringförmiger
Rahmenkörper
auf einer Platte auf der oberen Oberfläche eines Stators befestigt
ist. Das US-Patent Nr. 6,177,751 offenbart eine Anordnung, bei der
Durchgangslöcher
in mehreren Spulenkörpern
vorgesehen sind, um dem Harz zu ermöglichen, durch die Durch gangslöcher zu
fließen,
um einen Raum zwischen dem Gehäuse
und den Statorjochen zu füllen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts des vorgenannten Problems
gemacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Drehmaschine
vorzusehen, bei der ein Statoranker so strukturiert ist, dass die
Verbindungen der Spulendrahtanschlüsse mit den Spulenanschlussstiften
und das auf die Verbindungen aufgebrachte Lötmittel frei von Beeinträchtigungen
oder Beschädigungen
gehalten werden, wenn das Pressharz in den Statorring injiziert
wird.
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Um
die vorgenannte Aufgabe zu lösen,
ist gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine elektrische Rotationsmaschine
vom Radialspalttyp, aufweisend einen zylindrischen Statorring; einen
magnetischen Feldpol, bestehend aus einem Permanentmagneten, der
drehbar getragen wird; und einer Ankeranordnung, bestehend aus mehreren ausgeprägten getrennten
Polen, die dem magnetischen Feldpol mit einem kleinen Luftspalt
dazwischen gegenüber
liegen und mit Bezug auf eine Drehachse radial angeordnet sind,
wobei die ausgeprägten
Pole jeweils einen Polzahn und eine Wicklung enthalten, auf der
Innenfläche
des zylindrischen Statorrings angeordnet sind und Pressharz in einem Bereich
zwischen dem zylindrischen Statorring und den ausgeprägten Polen
gefüllt
ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung Drahtanschlüsse enthält, wobei
jeder Drahtanschluss mit einem Wicklungsanschlussstift durch Löten verbunden
ist, ein Anschlusshalter vorgesehen ist zum Positionieren der auf
einer Seite des ausgeprägten
Pols befindlichen Wicklungsanschlussstifte in einer Achsenrichtung,
und mehrere Trennwände
auf dem Anschlusshalter vorgesehen sind, welche Trennwände jeweils radial
außerhalb
der Wick lungsanschlussstifte so vorgesehen sind, dass der gelötete Bereich
vor dem Pressharz geschützt
ist.
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Jede
der Trennwände
ist zwischen der Injektionsöffnung
der Formmatrize und zwei Wicklungsanschlussstiften mit denen die
Wicklung ihre beiden Drahtanschlüsse
jeweils verbunden hat, angeordnet. Vorzugsweise enthält der Anschlusshalter
Löcher, die
so ausgebildet sind, dass die Anschlussstifte in diese eingesetzt
werden.
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Vorteilhaft
ist der Anschlusshalter aus Harz gebildet.
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Somit
sind bei der Drehmaschine nach der vorliegenden Erfindung die Trennwände jeweils
zwischen der Injektionsöffnung
der Formmatrize und den Verbindungen der Wicklungsdrahtanschlüsse mit
den beiden Wicklungsanschlussstiften positioniert, und das Lötmittel
ist auf die Verbindungen aufgebracht, wodurch die Trennwände verhindern,
dass das injizierte Pressharz direkt zu den Verbindungen und dem
Lötmittel
läuft.
Demgemäß erhalten
die Verbindungen und das Lötmittel
nicht direkt einen körperlichen
und thermischen Stoß des
hereinfließenden
Pressharzes, wodurch das Harz in den Statorring injiziert werden
kann ohne Beeinträchtigung
der Verbindungen und des Lötmittels.
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1 ist
eine axiale Schnittansicht einer Drehmaschine gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine teilweise Radialschnittansicht von 1;
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3A und 3B bilden
zusammen eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines
ausgeprägten
Pols (die Wicklung ist weggelassen), der in den 1 und 2 gezeigt
ist, wobei jeweils ein Spulenkörper
und ein Polzahn gezeigt sind;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht eines ausgeprägten Pols (enthaltend die Wicklung),
der in den 1 und 2 gezeigt
ist, wobei eine Teil vergrößert ist;
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5A bis 5C bilden
zusammen eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer in 1 gezeigten
Ankeranordnung, wobei 5A sechs ausgeprägte Einzelpole
zeigt, die sich radial erstrecken und in Umfangsrichtung in regelmäßigen Winkelabständen von
60° mit
jeweiligen Spulenkörper-Innenflanschen
in gegenseitigem Kontakt angeordnet sind, 5B einen
Zahnpolring zeigt und 5C einen Statorring zeigt;
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6A und 6B sind
jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht auf einen
Anschlusshalter gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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7 ist
eine Draufsicht auf einen Anschlusshalter gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
und
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8 ist
eine Querschnittsansicht der Drehma schine nach 2 entlang
der Linie A-A.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben.
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In
den 1 und 2 sind illustriert: ausgeprägte Pole 6,
eine Ankeranordnung 10, Flansche 12 und 13,
eine Rotoranordnung 20, eine Welle 21, eine Manschette 22,
ein Rotorfeldmagnet 23, ein Rotorpositions-Erfassungsmagnet 23a,
ein Abstandshalter 24, ein Kugellager 25, ein
Manschettenlager 26, einen Vorlastfederhaltern 27,
eine Vorlastfeder 28, Polzähne 34, Polzahn-Endbereiche 34a,
Spulenkörper 36,
Magnetdrähte 38,
Wicklungsanschlussstifte 40, einen Anschlusshalter 41,
Anschlusshalterlöcher 41a,
Anschlusshalter-Trennwände 41b,
einen Polzahnring 50, Polzahnringstütze 50a, eine gedruckte
Schaltungsplatte 51, ein Hall-Sensor 52, Verbinderanschlüsse 53,
ein Positionierungsring 54, ein Verbinder 57,
ein Pressharz 60, ein Pressharz-Injektionsraum 60a und
ein Statorring 100.
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Die
hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
beziehen sich auf einen bürstenlosen
Dreiphasen-Gleichstrommotor
vom Innenrotortyp mit sechs ausgeprägten Polen und acht magnetischen
Polen auf dem Rotor, und die 1 und 2 enthaltend eine
sogenannte integrierte harzgeformte Ankeranordnung, die so strukturiert
ist, dass ein Harz in eine Ankeranordnung mit Ausnahme eines Bereichs,
in welchem ein Rotorfeldmagnet aufgenommen wird, gefüllt ist.
Der bürstenlose
Gleichstrommotor weist im allgemeinen auf: die Ankeranordnung 10;
die beiden Flansche 12 und 13, die jeweils an
beiden axialen Enden der Ankeranordnung 10 angeordnet sind;
und die Rotoranord nung 20, die drehbar innerhalb der Ankeranordnung 10 angeordnet
ist.
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Die
Ankeranordnung 10 enthält:
den Statorring 100 als ihren äußern Umfang; und sechs der ausgeprägten Pole 6,
die sich axial erstrecken und in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Winkelabständen von
60° angeordnet
sind.
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Die
ausgeprägten
Pole 6 werden nachfolgend mit Bezug auf die 3A, 3B und 4 beschrieben.
In den 3A, 3B und 4 haben
diejenigen Teile, die dieselben wie die in den 1 und 2 gezeigten
sind oder diesen entsprechen, dieselben Bezugszahlen.
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Die
ausgeprägten
Pole 6 sind jeweils so strukturiert, dass der Polzahn 34 (3B)
aus sieben aufeinander gestapelten, oberflächenisolierten magnetischen
Stahlplatten zusammengesetzt ist, wobei jede Platte eine Dicke von
0,5 mm hat und im wesentlichen T-förmig ausgestanzt
ist, deren vertikaler Stabbereich (in der Figur horizontal orientiert)
in ein rechteckiges Loch 36a des Harzspulenkörpers 36 (3A)
eingesetzt ist, und derart, dass der Magnetdraht 38 auf
den Spulenkörper 36 zwischen
den Spulenkörperflanschen 36b und 36c gewickelt
ist, wie in 4 gezeigt ist. Der im wesentlichen
T-förmige
Polzahn 34 hat eine Dicke T1, sein vertikaler Stabbereich
hat eine Breite T2 und eine Länge
derart, dass er um eine Abmessung T3 insgesamt von der Oberfläche des
Spulenkörperflansches 36b vorsteht, wenn
er in das Loch 36a des Spulenkörpers 36 eingesetzt
ist.
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Der
Polzahn 34 kann alternativ aus einem weichmagnetischen
Material wie einem keramischen Formteil bestehen, das durch Sintern
eines weichmagnetischen Pulvers gebildet ist und ein metallisches Formteil,
das durch Sintern eines weichmagnetischen Materials, das auch Mikropulver
aus oberflächenisoliertem
reinem Eisen zusammengesetzt ist, gebildet ist. Der Polzahn 34,
der aus unterschiedlichen weichmagnetischem Stahlmaterial enthaltend Fe-Ni-Cr-Serienstahl
besteht, hält
nicht nur eine hohe Thermeabilität,
sondern hat auch einen relativ hohen elektrischen Widerstand, wodurch
seine Wirbelstromverluste herabgesetzt werden, und ist gleichzeitig
korrosionsbeständig
ohne Rostschutzbehandlung, wodurch er geeignet ist für die Verwendung
in extremen Umgebungen wie für
Automobile.
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Der
Spulenkörperflansch 36c hat
auf jeder seiner beiden Seiten zwei Kerben 36d, 36d,
die Harzinjektionslöcher 37 bilden
(die später
beschrieben werden: siehe nachfolgende 5A), um
das Pressharz 60 durch diese zu injizieren.
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Die
Anschlüsse
des Magnetdrahts 38 sind um die Wicklungsanschlussstifte 40 gelegt
und an diese gelötet,
wie in 4 gezeigt ist (siehe einen gelöteten Bereich 40a in
der von einem Kreis umgebenen vergrößerten Ansicht).
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Die
Ankeranordnung 10 wird mit Bezug auf die 5A bis 5C beschrieben,
in denen diejenigen Teile, die dieselben wie die in den 1 bis 4 gezeigten
sind oder diesen entsprechen, dieselben Bezugszahlen haben.
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Gemäß 5A sind
zwei der vorgenannten Harzinjektionslöcher 37 an jeder Schnittfläche zwischen
zwei benachbarten Spulenkörperflanschen 36c, 36c gebildet
(siehe 3A und 4), die
seitlich aneinander stoßen,
so dass zwei Kerben 36d, 36d (siehe 3A und 4),
die in der aneinander stoßenden
Oberfläche
eines Spulenkörperflansches 36c der
beiden gebildet sind, jeweils zwei Kerben 36d, 36d gegenüber liegen,
die in der aneinander stoßenden
Oberfläche
des anderen Spulenkörperflansches 36c der
beiden gebildet sind.
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Gemäß 5B ist
der Polzahnring 50 ein hohler Zylinder aus einer weichmagnetischen
Stahlplatte und hat sechs Schlitze 50a, die ausgebildet sind,
um jeweils die Endbereiche 34a des Polzahns 34 der
ausgeprägten
Pole 6 aufzunehmen, wodurch die ausgeprägten Pole 6 positioniert
werden.
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Gemäß 5C ist
der Statorring 100 ein hohler Zylinder aus einer weichmagnetischen
Stahlplatte und nimmt den Polzahnring 50 auf, in welchem die
ausgeprägten
Pole angeordnet sind, wodurch ein magnetischer Kreis gebildet wird.
Der Statorring 100 hat anders als der Polzahnring 50 keine
derartigen Ausbildungen wie Schlitze 50a. Der Statorring 100 hat
einen inneren Durchmesser SR4, der gleich einem oder geringfügig größer als
ein äußerer Durchmesser
TR4 des Polzahnrings 50 gesetzt ist, so dass der Polzahnring 50 fest
in den Statorring 100 eingepasst werden kann. Der Statorring 100 hat
eine axiale Abmessung SR1, die gleich einer oder größer als eine
axiale Dimension TR1 des Polzahns 50 gesetzt ist, so dass
der Polzahnring 50 vollständig durch den Statorring 100 umschlossen
ist. Demgemäß sind die Ausbildungen,
insbesondere die Schlitze 50a, die in dem Polzahnring enthaltend
die Polzähne
vorgesehen sind, nicht freigelegt, und die magnetische Diskontinuität ist abgedeckt,
wodurch ein Leckfluss beträchtlich
herabgesetzt wird. Die Produkterscheinungsqualität ist ebenfalls erhöht. Der
Statorring 100 hat eine Wandstärke SR2, die so gesetzt ist,
dass sie größer als
eine Wandstärke
TR2 des Polzahnrings 50 ist, da die Flansche 12 und 13 an
diesen geschweißt
werden müssen,
aber die Wandstärke
SR2 sollte insoweit minimiert sein, wie die Flansche 12 und 13 ordnungsgemäß angeschweißt werden
können.
Der Statorring 100 ist mit einem Ausschnitt 100a für die Aufnahme
des Verbinders 47 versehen (siehe 1).
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Der
Anschlusshalter 41 wird mit Bezug auf die 6A und 6B beschrieben.
Der Anschlusshalter 41 kann ein flacher kreisförmiger Ring
sein, der beispielsweise aus Polybutylen Terephtalat (PBT)-Harz
gebildet ist, mehrere Anschlusslöcher 41a hat,
deren Anzahl der Gesamtzahl der Wicklungsanschlussstifte 40 entspricht
(bei diesem Ausführungsbeispiel
sind 12 Anschlusslöcher
vorgesehen, um sechs ausgeprägten
Polen zu entsprechen, die jeweils zwei Wicklungsanschlussstifte
haben), und ist mit mehreren Trennwänden 41b versehen, deren
Anzahl der Anzahl der ausgeprägten
Pole entspricht (bei diesem Ausführungsbeispiel
sind sechs Trennwände
vorgesehen). Die Trennwände 41b können integral
mit dem flachen kreisförmigen
Ring unter Verwendung desselben Materials wie dem des flachen kreisförmigen Rings
ausgebildet sein, oder sie können
getrennt unter Verwendung eines unterschiedlichen Materials ausgebildet
und an dem flachen kreisförmigen
Ring befestigt sein. Die Trennwände 41b sind
vorzugsweise aus einem isolierenden Material mit einem hohen Schmelzpunkt
gebildet, aber können
alternativ aus Harz gebildet sein, das auch wirksam ist, um zu verhindern,
dass das Pressharz direkt zu den Wicklungsanschlussstiften 40 und
dem gelöteten
Bereichen 40a fließt.
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Bei
dem so strukturieren Anschlusshalter 41 sind die Wicklungsanschlussstifte 40 durch
die Anschlusslöcher 41a eingesetzt,
wodurch die Wicklungsanschlussstifte 40 positioniert sind,
das Pressharz wird in den Innenraum des Statorrings 100 injiziert
und die Trennwände 41b,
die auf dem Anschlusshalter 41 vorgesehen sind, sind ausgebildet, um
die Wicklungsanschlussstifte 40 und die gelöteten Bereiche 40a vor
der Wärme
und dem Druck des injizierten Pressharzes zu schützen.
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Bei
dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
sind die Trennwände 41b jeweils
in eine Form wie eine ebene Platte und zur Abdeckung des Bereichs
von zwei Löchern 40a ausgebildet,
wie in den 6A und 6B gezeigt
ist, aber sie sind nicht auf diese Ausbildung beschränkt. Gemäß 7 ist ein
Anschlusshalter 141 so strukturiert, dass Trennwände 141b jeweils
so ausgebildet sind, dass sie gekrümmt sind, um zwei Löcher 141a zu
umschließen.
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Gemäß 8 nimmt
das Pressharz 60, das von der Injektionsöffnung der
Formmatrize in den Statorring 100 injiziert wird, einen
Strömungspfad, der
durch den abgewinkelten dicken Pfeil angezeigt ist. Wie in der Figur
gezeigt ist, ist die Trennwand 41b zwischen der Injektionsöffnung der
Formmatrize und dem Wicklungsanschlussstift 40 einschließlich des gelöteten Bereichs 41a angeordnet
um zu verhindern, dass das Pressharz 60 direkt zu dem Wicklungsanschlussstift 40 und
dem gelöteten
Bereich 40a fließt.
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Die
vorstehende Beschreibung wurde nur zur Illustration und zur Beschreibung
der Erfindung gegeben. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung
auf irgendeine offenbarte genaue Form beschränken. Viele Modifikationen
und Variationen sind möglich
ange sichts der vorstehenden Lehre. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel
wurde gewählt
und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische
Anwendung am besten zu erläutern,
um anderen Fachleuten zu ermöglichen,
die Erfindung in verschiedenen Ausführungsbeispielen und mit verschiedenen
Modifikationen, die für
die betrachtete besondere Verwendung geeignet sind, am besten zu benutzen.
Es ist beabsichtigt, dass der Bereich der Erfindung durch die folgenden
Ansprüche
definiert ist.