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Hintergrund der Erfindung
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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Stator einer sich drehenden
elektrischen Maschine, wie beispielsweise eines Wechselstromgenerators (AC-Generators)
oder eines Wechselstrommotors, bei dem Spulen konzentriert um eine
Mehrzahl von Zähnen
eines Statorkerns gewickelt sind.
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Einen
Stator eines Typs mit konzentrierten Windungen einer sich drehenden
elektrischen Maschine umfasst einen Statorkern, welcher gebildet wird,
indem mehrere Kernsegmente bis zu einer speziellen Dicke aufgeschichtet
werden und die Kernsegmente durch Pressverbindung oder Schweißen verbunden
werden, und Spulen konzentriert in Schlitzen in dem Statorkern gewickelt
werden. Ein jedes der Kernsegmente hat mehrere Zähne, die sich radial nach innen
von einem hinteren Joch („back
yoke") erstrecken,
und Schlitze, die zwischen den benachbarten Zähnen ausgebildet sind. Diese
Kernsegmente werden beispielsweise hergestellt, indem ein elektromagnetisches
Stahlblech mit Hilfe einer Presse gestanzt wird.
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Üblicherweise
wird eine Spule um einen jeden der Zähne in Schichten übereinander
unter Verwendung einer Wickelmaschine gewickelt, welche einen Leiter
durch ein Mundstück
ablaufen lässt,
während
veranlasst wird, dass das Mundstück
Schlitze zwischen benachbarten Zähnen
durchfährt.
Um sicherzustellen, dass das Mundstück während der Wickeloperation nicht
mit einer der in der Nähe
liegenden Spulen in Kontakt gerät,
ist es nötig,
einen ausreichenden Platz zwischen dem Mundstück und den benachbarten Spulen
verfügbar
zu machen. Dieses Erfordernis verursacht jedoch eine Abnahme im Raumfaktor
der Wicklung in den Schlitzen, d.h., in dem Verhältnis der Querschnittsfläche der
Spule in einem jeden Schlitz zur Querschnittsfläche des Schlitzes, was schließlich zu
einem Anstieg der Größe der sich
drehenden elektrischen Maschine führt.
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Ein
vorbekannter Ansatz zum Verbessern des Raumfaktors der Wicklung
kann der Japanischen Patentanmeldung Nr. 1998-146030 entnommen werden.
In einer ersten in dieser Veröffentlichung
vorgeschlagenen Anordnung werden zwei Spulen in einem jeden Schlitz
gewickelt, eine Spule in einer inneren Schicht und die andere Spule
in einer äußeren Schicht.
Bei einer zweiten Anordnung, die in der Veröffentlichung vorgeschlagen
wurde, wird eine jede Spule in zwei benachbarten Schlitzen derart
gewickelt, dass eine jede Spule in einem Schlitz auf der einen Seite
eines Zahnes in einer inneren Schicht gelegt wird, und in einem
Schlitz auf der anderen Seite des Zahnes in einer äußeren Schicht
gelegt wird.
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In
der oben genannten ersten herkömmlichen
Anordnung, bei der zwei Spulen, oder parallele gerade Abschnitte
eines Paares von benachbarten Spulen, in der inneren und der äußeren Schicht
in einem jeden Schlitz angeordnet werden, unterscheiden sich die
Spulen in der inneren und der äußeren Schicht
voneinander bezüglich
des Widerstandes, der Induktivität
und der Kühl-Effizienz.
Dies könnte Probleme
verursachen, wie beispielsweise Fluktuationen in dem Ausgabedrehmoment
und anderer Ausgabecharakteristika sowie akustische Störungen.
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Bei
der oben genannten zweiten herkömmlichen
Anordnung, bei der eine Spule in dem Schlitz auf der einen Seite
eines Zahnes in der inneren Schicht gewickelt ist und in dem benachbarten Schlitz
auf der anderen Seite des Zahnes in der äußeren Schicht, können die
Spulen nacheinander gewickelt werden, so dass ein gerader Abschnitt
der einen Spule, welche in die äußere Schicht
gepasst wird, auf einem geraden Abschnitt der benachbarten Spule
liegt, die in die innere Schicht gepasst wurde. Diese zweite Anordnung
bringt jedoch das Problem mit sich, dass es äußerst schwierig ist, die letzte
der Spulen zu wickeln. Der Grund hierfür besteht darin, dass, wenn
die letzte Spule gewickelt wird, die äußere Schicht des letzten Schlitzes,
in welchem ein gerader Abschnitt der letzten Spule in der inneren
Schicht zu wickeln ist, bereits von einem geraden Abschnitt der
Spule besetzt ist, welche um den unmittelbar benachbarten Zahn gewickelt
ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Stator einer sich drehenden
elektrischen Maschine anzugeben, der Leichtigkeit bei der Spulenmontage
bietet, einen hohen Raumfaktor der Spulen in Schlitzen in einem
Statorkern und stabile Ausgabecharakteristika, bei dem zwei konzentriert
gewickelte Spulen derart in einen jeden Schlitz gepasst werden, dass
eine jede Spule in einem der beiden benachbarten Schlitze in eine
innere Schicht gelegt wird, und in dem anderen der beiden benachbarten
Schlitze in eine äußere Schicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zum Herstellen solch eines Stators einer sich drehenden elektrischen
Maschine anzugeben.
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In
einem Hauptmerkmal der Erfindung umfasst ein Stator einer sich drehenden
elektrischen Maschine einen Statorkern, welcher Folgendes umfasst:
ein zylinderförmiges
hinteres Joch, eine Mehrzahl von Zähnen, die sich von dem Inneren
des hinteren Joches nach radial innen erstrecken, und eine Mehrzahl
von Schlitzen, von denen ein jeder zwischen je zwei benachbarten
Zähnen
ausgebildet ist, und eine Mehrzahl von Spulen, die so in die Schlitze gepasst
sind, dass die einzelnen Zähne
konzentriert von den Spulen umwickelt sind. Bei dem so aufgebauten
Stator werden die einzelnen Spulen als Spuleneinheiten ausgebildet,
die eine gemeinsame Form aufweisen, wobei eine jede der Spuleneinheiten
hergestellt wird, indem ein Leiter in einer im Wesentlichen rechteckigen
Form gewickelt wird, die Leiterbahnen aufeinander geschichtet werden,
und eine jede der Spuleneinheiten, welche zwei parallele gerade
Abschnitte aufweisen, in die Schlitze auf beiden Seiten eines jeden
Zahnes eingeführt
wird. Die beiden parallelen geraden Abschnitte des Leiters einer jeden
Spuleneinheit werden derart in zwei benachbarte Schlitze gepasst,
dass ein gerader Abschnitt des Leiters in einem der beiden benachbarten
Schlitze in eine innere Schicht gelegt wird, und der andere gerade
Abschnitt in dem anderen der beiden benachbarten Schlitze in eine äußere Schicht
gelegt wird.
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In
einem anderen Hauptmerkmal der Erfindung umfasst ein Verfahren zum
Herstellen des oben genannten Stators der Erfindung die folgenden Schritte:
das Herstellen einer jeden der Spuleneinheiten, indem ein Leiter
in einer im Wesentlichen rechteckigen Form gewickelt wird, das Aufschichten der
Leiterbahnen übereinander,
dergestalt, dass der so geformte Leiter zwei parallele gerade Abschnitte aufweist,
die in die Schlitze auf beiden Seiten eines jeden Zahnes einzuführen sind,
das Herstellen des Statorkerns, der geradlinig ausgestreckt ist,
indem eine Mehrzahl von Statorkern-Segmenten, die aus elektromagnetischen
Stahlblechen hergestellt werden, laminiert werden, wobei ein jedes
der Statorkern-Segmente einen linear-geformten hinteren Joch-Abschnitt
und eine Mehrzahl von Zahnabschnitten aufweist, welche sich von
dem hinteren Joch-Abschnitt rechtwinklig dazu erstrecken, das Anordnen der
Spuleneinheiten in einer Reihe, so dass ein gerader Abschnitt des
Leiters der Spuleneinheit, die um einen Zahn zu wickeln ist, unter
einem geraden Abschnitt des Leiters der einen Spuleineinheit, die
um einen benachbarten Zahn zu wickeln ist, liegt, und der andere
gerade Abschnitt des Leiters der Spuleneinheit auf einem geraden
Abschnitt des Leiters der Spuleneinheit, welche auf den anderen
benachbarten Zahn zu wickeln ist, liegt, das Einführen der
so angeordneten Spuleneinheiten in die aufeinanderfolgenden Schlitze,
so dass ein gerader Abschnitt des Leiters einer jeden Spuleneinheit
in einem von zwei benachbarten Schlitzen in einer inneren Schicht
liegt, und der andere gerade Abschnitt des Leiters in dem anderen
der beiden benachbarten Schlitze in einer äußeren Schicht liegt, das Formen
des Statorkerns, in den die Spuleneinheiten eingeführt wurden,
in eine zylindrische Form, so dass Endflächen des Statorkerns, der anfänglich geradlinig
ausgestreckt war, einander zugewandt angeordnet werden, und das Verbinden
der einander zugewandten Endflächen des
Statorkerns miteinander.
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Gemäß dem Stator
der sich drehenden elektrischen Maschine der Erfindung ist es möglich, die Spulen
mit Leichtigkeit auf stabile Weise in dem Statorkern zu montieren.
Außerdem
dient die oben genannte Struktur des Stators dazu, den Raumfaktor der
Windungen in den einzelnen Schlitzen zu verbessern, und dadurch
die Größe der sich
drehenden elektrischen Maschine zu verringern. Da darüber hinaus
alle Spulen die gleiche Form haben, liefert der Stator der Erfindung
stabile Ausgabecharakteristika.
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Gemäß dem oben
genannten Verfahren zum Herstellen des Stators der Erfindung ist
es möglich, die
Spuleneinheiten und den Statorkern gleichzeitig herzustellen, wodurch
die Gesamt-Herstellungszeit verringert
wird.
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Da
darüber
hinaus die Spuleneinheiten in die aufeinanderfolgenden Schlitze
eingeführt
werden, während
der Statorkern geradlinig ausgestreckt ist, ist es möglich, die
Spuleneinheiten, die aus dickeren Leitern hergestellt sind, leicht
in den Statorkern zu passen und anzuordnen, ohne den Spuleneinheiten Schaden
zuzufügen.
Dies ermöglicht
es außerdem, den
Raumfaktor der Windungen in den einzelnen Schlitzen zu verbessern.
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Die
sich drehende elektrische Maschine, welche den Stator des Typs mit
konzentrierten Windungen der vorliegenden Erfindung umfasst, kann beispielsweise
als Wechselstromgenerator oder Wechselstrommotor in einem Kraftfahrzeug
verwendet werden.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
bei Lektüre
der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den
beigefügten
Zeichnungen deutlicher.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Querschnitts-Diagramm einer sich drehenden elektrischen Maschine
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung;
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2A und 2B sind
ein perspektivisches Diagramm, das die Form einer jeden Spuleneinheit,
welche in einen Stator der sich drehenden elektrischen Maschine
der ersten Ausführungsform gepasst
wird, zeigt, bzw. ein Querschnitts-Diagramm, das zeigt, wie mehrere
Spuleneinheiten in den Stator gepasst werden;
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3A und 3B sind
Querschnitts-Diagramme der Leiter, die in einem Stator einer sich
drehenden elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden;
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4 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Stators einer
sich drehenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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5 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Stators einer
sich drehenden elektrischen Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform
der Erfindung;
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6 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Stators einer
sich drehenden elektrischen Maschine gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
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7 ist
eine Querschnittsansicht eines Stators einer sich drehenden elektrischen
Maschine gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der Erfindung;
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8 ist
eine Querschnittsansicht eines Stators einer sich drehenden elektrischen
Maschine gemäß einer
siebten Ausführungsform
der Erfindung;
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9 ist
eine Querschnittsansicht eines Stators einer sich drehenden elektrischen
Maschine gemäß einer
achten Ausführungsform
der Erfindung; und
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10 ist
eine Querschnittsansicht eines Stators einer sich drehenden elektrischen
Maschine gemäß einer
zehnten Ausführungsform
der Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Erste Ausführungsform
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1 ist
ein Querschnittsdiagramm einer sich drehenden elektrischen Maschine
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung. 2A ist ein perspektivisches
Diagramm, das die Form einer jeden Spuleneinheit 12 zeigt,
die in einem Stator 1 der sich drehenden elektrischen Maschine
der ersten Ausführungsform
angeordnet wird, und 2B ist ein Querschnittsdiagramm,
das zeigt, wie eine Mehrzahl von Spuleneinheiten 12 eingepasst
werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, umfasst die sich drehende elektrische
Maschine den oben genannten Stator 1, der als ein Anker
dient (oder eine Anordnung, welche die den Hauptstrom führenden
Leiter umfasst), einen Rotor 2, der als eine felderzeugende Anordnung
dient, und eine Halterung (nicht gezeigt), in der der Stator 1 und
der Rotor 2 auf einer gemeinsamen Achse gehalten werden.
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Der
Stator 1, der den Rotor 2 umgibt, umfasst einen
Statorkern 11 und die oben genannten Spuleneinheiten 12.
Der Statorkern 11 wird aufgebaut, indem eine Mehrzahl von
dünnen
elektromagnetischen Stahlblechen bis zu einer benötigten Dicke laminiert
bzw. aufgeschichtet werden, wobei die Schichten der Stahlbleche
miteinander durch Pressverbindung oder Schweißen verbunden werden, um die
Bleche in einer laminierten Form zu halten.
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Der
Statorkern 11 umfasst ein zylinderförmiges hinteres Joch 10,
eine Mehrzahl von Zähnen,
die sich vom Inneren des hinteren Jochs 10 radial nach innen
erstrecken, und eine Mehrzahl von Schlitzen 14, von denen
ein jeder zwischen je zwei benachbarten Zähnen 13 ausgebildet
ist. Die Spuleneinheiten 12 sind so in den Statorkern 11 gepasst,
dass eine jede Spuleneinheit 12 einen Zahn 13 mit
geraden Abschnitten einer jeden Spuleneinheit 12 umgibt,
welche in den Schlitzen 14 auf beiden Seiten des Zahnes 13 liegen.
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Eine
jede der Spulen 12 wird hergestellt, indem ein Leiter 22 in
einer im Wesentlichen rechteckigen Form gewickelt wird, wobei die
Leiterbahnen aufeinander gestapelt werden, wie in 2A gezeigt
ist. Zwei parallele gerade Abschnitte des Leiters 22, der so
geformt wurde, werden in die Schlitze 14 auf beiden Seiten
eines jeden Zahnes 13 eingeführt. Vor dem Zusammensetzen
werden so viele Spuleneinheiten 12 hergestellt, wie zur
Herstellung des Stators 1 benötigt werden.
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Wenn
die Spuleneinheiten 12 in die Schlitze 14, die
in dem Statorkern 11 ausgebildet sind, eingeführt werden,
werden die einzelnen Zähne 13 konzentriert
von den Spuleneinheiten 12 wie in 1 dargestellt
umwickelt. Insbesondere werden die beiden parallelen geraden Abschnitte
des Leiters 22 einer jeden Spuleneinheit 12, die
wie in 2A gezeigt vorgeformt sind,
so in zwei benachbarte Schlitze 14 auf beiden Seiten eines
Zahnes 13 eingeführt,
dass ein gerader Abschnitt des Leiters 22 auf einer Seite des
Zahnes 13 in dem Schlitz 14 in einer inneren Schicht
angeordnet ist, und der andere gerade Abschnitt des Leiters 22 in
dem Schlitz 14 auf der gegenüberliegenden Seite des Zahnes 13 in
einer äußeren Schicht
angeordnet ist. Wenn die Spuleneinheiten 12 auf diese Weise
in die Schlitze 14 eingeführt werden, werden die geraden
Abschnitte der Leiter 22 von je zwei benachbarten Spuleneinheiten 12 zusammen
in einen Schlitz 14 gepasst, wobei die geraden Abschnitte
der beiden benachbarten Spuleneinheiten 12 in einer radialen
Richtung in einer inneren und einer äußeren Schicht aufeinandergelegt werden.
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Um
die einzelnen Spuleneinheiten 12 in den Statorkern 11 so
einzusetzen, dass ein gerader Abschnitt des Leiters 22 einer
jeden Spuleneinheit 12 in einem Schlitz 14 in
der inneren Schicht liegt, und der andere gerade Abschnitt des Leiters 22 in
dem benachbarten Schlitz 14 in der äußeren Schicht liegt, werden
die Spuleneinheiten 12 wie folgt in die Schlitze 14 eingepasst.
Beispielsweise werden, wie in 2B gezeigt
ist, zuerst drei Spuleneinheiten 12A, 12B und 12C so
angeordnet, dass ein gerader Abschnitt des Leiters 22 der
Spuleneinheit 12B, welche um den einen Zahn 13 (in
der Darstellung von 2B den mittleren Zahn 13)
zu wickeln ist, in dem einen Schlitz 14A unter einen geraden
Abschnitt des Leiters 22 der Spuleneinheit 12A gelegt
würde,
welcher um einen benachbarten Zahn 13 zu wickeln ist, und
der andere gerade Abschnitt des Leiters 22 der Spuleneinheit 12B in
die äußere Schicht
in dem benachbarten Schlitz 14B auf einen geraden Abschnitt des
Leiters 22 der Spuleneinheit 12C gelegt würde, die
um den anderen benachbarten Zahn 13 zu wickeln ist. Dann
werden die Leiter 22 der Spuleneinheiten 12A, 12B, 12C,
die so angeordnet wurden, in die aufeinanderfolgenden Schlitze 14 gedrückt. Während die
einzelnen Spuleneinheiten 12 auf diese Weise in die aufeinanderfolgenden
Schlitze 14 gezwungen werden, werden Endabschnitte der
Leiter 22, welche außerhalb
der beiden axialen Enden eines jeden Schlitzes 14 angeordnet
sind, so verformt, dass ein gerader Abschnitt des Leiters 22 einer
jeden Spuleneinheit 12, die um einen Zahn 13 zu
wickeln ist, in der inneren Schicht im Schlitz 14 auf der
einen Seite des Zahnes 13 liegt, während der andere gerade Abschnitt
des Leiters 22 der Spuleneinheit 12 in der äußeren Schicht
in dem benachbarten Schlitz 14 auf der gegenüberliegenden
Seite des Zahnes 13 liegt, wie in 1 dargestellt
ist.
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Gemäß der oben
beschriebenen ersten Ausführungsform
der Erfindung wird eine jede der Spuleneinheiten 12 gebildet,
indem der Leiter 22 in mehrfachen Windungen in einer im
Wesentlichen, rechteckigen Form gewickelt wird, wobei eine Leiterbahn auf
die andere geschichtet wird. Bevor die einzelnen Spuleneinheiten 12 in
die Schlitze 14 eingeführt
werden, werden die Spuleneinheiten 12 so angeordnet, dass
ein gerader Abschnitt des Leiters 22 einer jeden Spuleneinheit 12 in
die innere Schicht in einen Schlitz 14 gelegt würde, und
der andere gerade Abschnitt des Leiters 22 derselben Spuleneinheit 12 in
die äußere Schicht
im benachbarten Schlitz 14 gelegt würde. Da die so angeordneten
Spuleneinheiten 12, bei denen die geraden Abschnitte der
Leiter 22 eines jeden Paares von benachbarten Spuleneinheiten 12 aufeinanderliegen,
in die Schlitze 14 gedrückt
werden, ist es möglich,
die Spuleneinheiten 12 auf extrem stabile Weise mit Leichtigkeit
in die aufeinanderfolgenden Schlitze 14 einzuführen. Da
außerdem sämtliche
Spuleneinheiten 12 die gleiche Form haben, tritt kein Unterschied
im Widerstand, in der Induktivität
oder der Kühleffizienz
unter den Spuleneinheiten 12 auf. Somit dient die erwähnte Anordnung der
Ausführungsform
dazu, die Fluktuationen in dem Ausgabe-Drehmoment und anderer Ausgabe-Charakteristika
sowie akustische Störungen
zu verringern.
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Da
die Spulen-Einbauoperation durchgeführt wird, indem die Spuleneinheiten 12,
die in eine im Wesentlichen rechteckige Form vorgeformt sind, in die
Schlitze 14 im Statorkern eingeführt werden, ist es möglich, den
Durchmesser eines jeden Leiters 22 der Breite eines jeden
Schlitzes 14 so weit wie möglich anzunähern. Dies ermöglicht es,
den Raumfaktor der Windungen in den Schlitzen 14 zu verbessern, und
als Resultat daraus, die Größe der sich
drehenden elektrischen Maschine zu verringern.
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Bei
der vorhergehenden Ausführungsform werden
die Leiter 22 der Spuleneinheiten 12 so in den
Statorkern 11 eingepasst, dass die Leiterbahnen in einem
jeden Schlitz 14 aufeinanderliegen, der sich in einer radialen
Richtung an beiden axialen Enden des Statorkerns 11 öffnet, wo
die Spulen-Endabschnitte der Leiter 22 freiliegen. Dieser
Aufbau der Ausführungsform
dient dazu, die Leiter-Stapelhöhe
an den Spulen-Endabschnitten zu verringern, welche keine effektive
Arbeit beim Drehen der elektrischen Maschine leisten. Darüber hinaus
liefert dieser Aufbau ein verbessertes Kühlungsverhalten, indem sichergestellt
wird, dass alle Leiter 22 dem Fluss von Kühlluft ausgesetzt
sind.
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Zweite Ausführungsform
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3A und 3B sind
Querschnittsdiagramme von Leitern 22, die in einem Stator 1 einer sich
drehenden elektrischen Maschine verwendet werden, gemäß zweier
variierter Formen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der
in 3A gezeigte Leiter 22 hat einen leicht
flachen Querschnitt, der zwei flache Flächen aufweist, als wäre er durch
das Abplatten eines runden Leiters von zwei gegenüberliegenden
Seiten erzeugt, während
der in 3B gezeigte Leiter 22 einen
quadratischen Querschnitt mit vier ebenen Flächen hat.
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Wenn
die in 3A und 3B gezeigten Leiter 22 verwendet
werden, um die einzelnen Spuleneinheiten 12 herzustellen,
ist es möglich,
aufeinanderfolgende Windungen auf eine solche Weise zu wickeln und
zu schichten, dass die flachen Flächen von benachbarten Bahnen
des flachen oder quadratischen Leiters 22 Fläche an Fläche miteinander
angeordnet werden. Diese Anordnung dient dazu, eine Lücke zwischen
einer Windung und der nächsten
eines jeden Leiters 22 zu verringern, wodurch es möglich wird,
den Raumfaktor der Wicklungen in den einzelnen Schlitzen 14 zu
verbessern.
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Dritte Ausführungsform
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4 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Stators 1 einer
sich drehenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung, welche insbesondere einen Hauptteil des Stators 1 zeigt.
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Bei
dieser Ausführungsform
werden die Spuleneinheiten 12 so in den Statorkern 11 gepasst,
dass die Enden 23 der Spuleneinheiten 12 aus benachbarten
Schlitzen 14 an einem axialen Ende des Statorkerns 11 in
einer versetzten Form herausgeführt
werden. Insbesondere wird ein abgehendes Ende 23 einer
Spuleneinheit 12A von einer innersten Schicht in einem
Schlitz 14 herausgeführt,
und das andere abgehende Ende 23 der Spuleneinheit 12A wird
von einer äußersten
Schicht in dem benachbarten Schlitz 14 herausgeführt, wie
in 4 dargestellt ist. Auf gleiche Weise wird ein
abgehendes Ende 23 einer benachbarten Spuleneinheit 12B aus
einer innersten Schicht in einem Schlitz 14 herausgeführt, und
das andere abgehende Ende 23 der Spuleneinheit 12B wird
von einer äußersten
Schicht in dem benachbarten Schlitz 14 herausgeführt.
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Da
die Enden 23 der einzelnen Spuleneinheiten 12,
die als Verbindungsabschnitte derselben dienen, an einem axialen
Ende des Statorkerns wie oben beschrieben konzentriert sind, ist
es möglich, Verluste
bei der Spulen-Verbindungsoperation zu vermeiden.
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Da
darüber
hinaus die gegenüberliegenden Enden 23 einer
jeden Spuleneinheit 12 separat von der innersten und der äußersten
Schicht von benachbarten Schlitzen 14 herausgeführt werden,
ist es möglich,
Fehler bei den Spulenverbindungen zu verhindern.
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Vierte Ausführungsform
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5 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Stators 1 einer
sich drehenden elektrischen Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform
der Erfindung, welche insbesondere einen Hauptteil des Stators 1 zeigt.
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Bei
dieser Ausführungsform
werden Spuleneinheiten 12 derart in einen Statorkern 11 gepasst, dass
die Enden 23 der einzelnen Spuleneinheiten 12 an
aufeinanderfolgenden Schlitzen 14 aus einem axialen Ende
des Statorkerns 11 herausgeführt werden. Insbesondere werden
die abgehenden Enden 23 von zwei benachbarten Spuleneinheiten 12A, 12B ungefähr von der
Mitte der inneren und der äußeren Schicht
von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen 14 herausgeführt, wie
in 5 dargestellt ist.
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Da
die Enden 23 der einzelnen Spuleneinheiten 12,
die als Anschlussteile derselben dienen, an einem axialen Ende des
Statorkerns 11 wie oben beschrieben konzentriert sind,
ist es möglich,
Verluste bei der Spulen-Verbindungsoperation zu vermeiden.
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Da
darüber
hinaus die entgegengesetzten Enden 23 einer jeden Spuleneinheit 12 ungefähr von der
Mitte zwischen der inneren und der äußeren Schicht von zwei aufeinanderfolgenden
Schlitzen 14 herausgeführt
werden, ist es möglich,
den Raum zur Beherbergung der Spulenverbindungen zu verringern.
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Fünfte Ausführungsform
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6 ist
eine fragmentarische perspektivische Ansicht eines Stators 1 einer
sich drehenden elektrischen Maschine gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, welche
insbesondere einen Hauptteil des Stators 1 zeigt.
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Bei
dieser Ausführungsform
werden die Spuleneinheiten 12 derart in einen Statorkern 11 gepasst, dass
die abgehenden Enden 23 einer jeden Spuleneinheit 12A, 12B an
beiden axialen Enden des Statorkerns 11 herausgeführt werden,
wie in 6 dargestellt ist.
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Da
die Enden 23 der Spuleneinheiten 12 an entgegengesetzten
Enden des Statorkerns 11 aus den Schlitzen 14 herausgeführt werden,
werden die Anschlussteile der einzelnen Spuleneinheiten 12 in zwei
Gruppen unterteilt. Daher ist es möglich, den Platz zum Beherbergen
der Spulenverbindungen an jedem axialen Ende des Statorkerns 11 zu
verringern.
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Sechste Ausführungsform
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7 ist
eine Querschnittsansicht eines Stators 1 einer sich drehenden
elektrischen Maschine gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der Erfindung, welche insbesondere einen Hauptteil des Stators 1 zeigt.
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Ein
Statorkern 11 wird durch Schnittflächen 15 geschnitten
und vor dem Einbau der Spulen geradlinig gestreckt, wie in 7 gezeigt
ist.
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Da
der Statorkern 11 durch die Schnittflächen 15 geschnitten
ist und wie dargestellt geradlinig ausgestreckt wird, wird eine Öffnung mit
einer Weitenbreite W in einem jeden Schlitz 14 gebildet.
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Nachdem
die einzelnen Spuleneinheiten 12 in die Schlitze 14 eingeführt wurden,
wird der gestreckte Statorkern 11 in eine zylindrische
Form geformt, und die einander zugewandten Schnittflächen 15 werden
beispielsweise durch Schweißen
fest miteinander verbunden.
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Gemäß der sechsten
Ausführungsform
hat ein jeder Schlitz 14 eine weite Öffnungsbreite W, so dass Spuleneinheiten 12,
die aus dickeren Leitern 22 hergestellt sind, in die Schlitze 14 eingeführt werden können, ohne
den Spuleneinheiten 12 Schaden zuzufügen. Dies macht es möglich, den
Raumfaktor der Wicklungen in den einzelnen Schlitzen 14 zu
verbessern.
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Siebte Ausführungsform
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8 ist
eine Querschnittsansicht eines Stators 1 einer sich drehenden
elektrischen Maschine gemäß einer
siebten Ausführungsform
der Erfindung, welche insbesondere einen Hauptteil des Stators 1 zeigt.
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Ein
Statorkern 11 wird durch Schnittflächen 15 geschnitten
und vor dem Einbau geradlinig gestreckt, wie in 8 gezeigt
ist. Bei dieser Ausführungsform
sind die Schnittflächen 15 in
einem Zahn 13 ausgebildet, als würde man den Zahn 13 in
zwei getrennte Teile zerschneiden.
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Nachdem
die einzelnen Spuleneinheiten 12 in die Schlitze 14 eingeführt wurden,
wird der gestreckte Statorkern 11 in eine zylindrische
Form geformt, und die einander zugewandten Schnittflächen 15 werden
miteinander beispielsweise durch Schweißen verbunden. Da die Schnittflächen 15 in
einem der Zähne 13 ausgebildet
sind, können
die einander zugewandten Schnittflächen 15 durch Schweißen an zwei
Verbindungsbereichen 13a verbunden werden, die entlang
eines inneren und eines äußeren Endes der
Schnittflächen 15 angeordnet
sind. Diese Konfiguration der Ausführungsform macht es möglich, den Statorkern 11 mit
einer erhöhten
mechanischen Festigkeit herzustellen.
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Achte Ausführungsform
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9 ist
eine Querschnittsansicht eines Stators 1 einer sich drehenden
elektrischen Maschine gemäß einer
achten Ausführungsform
der Erfindung, welche insbesondere einen Hauptteil des Stators 1 zeigt.
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Bei
der oben genannten siebten Ausführungsform,
die in 8 gezeigt wurde, werden die einander zugewandten
Schnittflächen 15 in
einem der Zähne 13 ausgebildet,
so dass die Spuleneinheit 12, die um den Zahn 13,
in dem die Schnittflächen 15 ausgebildet
sind, zu wickeln ist, über
die beiden separaten Teile des Zahnes 13 gepasst werden
muss, wobei sie die einander zugewandten Schnittflächen 15 überbrückt. Bei
der siebten Ausführungsform
ist es nötig,
die einzelnen Spuleneinheiten 12 so auf aufeinanderfolgende
Zähne 13 zu
montieren, dass die Spuleneinheiten 12 richtig in den Schlitzen 14 angeordnet
würden,
wenn der Statorkern 11 in eine zylindrische Form geformt
wird. Diese Konfiguration der siebten Ausführungsform verursacht einige
Schwierigkeiten bei der Spulen-Zusammenbauoperation.
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In
der Absicht, den oben genannten Nachteil der siebten Ausführungsform
zu lösen,
wird der Stator 1 der achten Ausführungsform wie in 9 gezeigt
konfiguriert. Insbesondere sind die einander zugewandten Schnittflächen 15 auf
gegenüberliegenden
Seiten eines hinteren Joches 10 am Boden des Schlitzes 14 ausgebildet.
Bei dieser Konfiguration ist es nicht nötig, eine der nebeneinanderliegenden Spuleneinheiten 12A, 12B, 12C, 12D so
anzuordnen, dass sie die einander zugewandten Schnittflächen 15 überbrückt. Daher
ermöglicht
die Konfiguration der achten Ausführungsform es, den gestreckten
Statorkern 11 leicht in eine zylindrische Form zu formen, nachdem
alle Spuleneinheiten 12 auf aufeinanderfolgende Zähne 13 montiert
wurden, wodurch die Spulen-Einbauoperation erleichtert wird.
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Neunte Ausführungsform
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10 ist
eine Querschnittsansicht eines Stators 1 einer sich drehenden
elektrischen Maschine gemäß einer
neunten Ausführungsform
der Erfindung, die insbesondere einen Hauptteil des Stators 1 zeigt.
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Ein
Statorkern 11 wird durch Schnittflächen 15 geschnitten
und vor dem Spuleneinbau geradlinig ausgestreckt, wie in 10 gezeigt
ist. Die einander zugewandten Schnittflächen 15 sind an gegenüberliegenden
Seiten des hinteren Joches 10, von dem sich mehrere Zähne 13 erstrecken,
ausgebildet. Anders als bei der Konfiguration der oben genannten achten
Ausführungsform
von 9 sind bei dieser Ausführungsform die einander zugewandten
Schnittflächen 15 nicht
unmittelbar an dem Boden eines Schlitzes 14 ausgebildet,
sondern an einer Stelle, die von der Mitte des Bodens des Schlitzes 14 etwas
versetzt ist. Genauer gesagt ist eine Schnittfläche 15 an einer Seite
des hinteren Joches 10 ausgebildet, die sich seitlich von
einem Basisteil eines Zahnes 13 erstreckt, während die
andere Schnittfläche 15 an
der gegenüberliegenden
Seite des hinteren Joches 10 an einem Basisteil des benachbarten
Zahnes 13 ausgebildet ist. Bei dieser Konfiguration der
neunten Ausführungsform
ist eine Kerbe 24 am Boden des Schlitzes 14 ausgebildet,
so dass eine innerste Leiterbahn einer Spuleneinheit 12A (wie
gezeigt) in die Kerbe 24 passt.
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Da
die einander zugewandten Schnittflächen 15 zwischen zwei
benachbarten Zähnen 13 so
ausgebildet sind, dass die Kerbe 24, in welche die innerste
Leiterbahn einer Spuleneinheit 12 passt, an dem Boden des
Schlitzes 14 ausgebildet wird, passt die innerste Leiterbahn
in die Kerbe 24 und setzt sie sich in ihrer Position auf
zuverlässige
Weise fest. Als Resultat daraus ist es möglich, eine Verrückung der Spuleneinheiten 12 zu
verhindern, wenn der gestreckte Statorkern 11 in eine zylindrische
Form geformt wird, um dadurch den Statorkern 11 auf eine stabilere
Weise herzustellen.
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Zehnte Ausführungsform
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Eine
zehnte Ausführungsform
der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stators 1 einer
sich drehenden elektrischen Maschine gemäß der obigen ersten Ausführungsform.
Das Herstellungsverfahren dieser Ausführungsform wird im Folgenden
unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
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Das
Herstellungsverfahren der zehnten Ausführungsform umfasst einen Prozess
zum Herstellen von Spuleneinheiten 12 und einen Prozess
zum Herstellen eines linear-geformten bzw. geraden Statorkerns 11,
wobei diese beiden Prozesse in zwei getrennten Schritten durchgeführt werden.
Nach der Beendigung dieser beiden Prozesse werden die Spuleneinheiten 12 in
einer Reihe angeordnet und zusammen gleichzeitig in die Schlitze 14 in
dem linear-geformten Statorkern 11 gepasst. Danach wird
der Statorkern 11 in eine zylindrische Form geformt, und die
einander zugewandten Enden des Statorkerns 11 werden miteinander,
beispielsweise durch Schweißen,
verbunden.
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Der
Statorkern 11 wird produziert, indem eine Mehrzahl von
Statorkern-Segmenten laminiert wird, die beispielsweise durch das
Stanzen eines elektromagnetischen Stahlblechs mit Hilfe einer eine Presse
hergestellt werden. Ein jedes der Statorkern-Segmente hat einen
linear-geformten hinteren Joch-Abschnitt
und eine Mehrzahl von Zahnabschnitten, die sich von dem hinteren
Joch-Abschnitt im rechten Winkel dazu erstrecken. Die so geformten Statorkern-Segmente
werden aufeinander geschichtet und beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden,
um den linear-geformten Statorkern 11 herzustellen, der
ein linear-geformtes hinteres Joch 10 und eine Mehrzahl
von Zähnen 13 hat.
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Eine
jede der Spuleneinheiten 12 wird hergestellt, indem ein
Leiter 22 in eine im Wesentlichen rechteckige Form gewickelt
wird, wobei die Leiterbahnen aufeinander geschichtet werden. Zwei
parallele gerade Abschnitte einer jeden so vorgeformten Spuleneinheit 12 werden
in zwei benachbarte Schlitze auf beiden Seiten eines Zahnes 13 derart
eingeführt,
dass ein gerader Abschnitt des Leiters 22 in dem Schlitz 14 auf
einer Seite des Zahnes 13 in eine innere Schicht gelegt
wird, und der andere gerade Abschnitt des Leiters 22 in
den Schlitz 14 auf der gegenüberliegenden Seite des Zahnes 13 in
eine äußeren Schicht
gelegt wird.
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Wie
in 10 gezeigt wird, werden beispielsweise drei benachbarte
Spuleneinheiten 12A, 12B und 12C zuerst
so angeordnet, dass ein gerader Abschnitt des Leiters 22 der
Spuleneinheit 12B, welche um einen Zahn 13 zu
wickeln ist, in die innere Schicht in einem Schlitz 14A unter
einen geraden Abschnitt des Leiters 22 der Spuleneinheit 12A gelegt würde, welche
um einen benachbarten Zahn 13 zu wickeln ist, und der andere
gerade Abschnitt des Leiters 22 der Spuleneinheit 12B in
die äußere Schicht in
dem benachbarten Schlitz 14B auf einen geraden Abschnitt
des Leiters 22 der Spuleneinheit 12C gelegt würde, welche
um den anderen benachbarten Zahn 13 zu wickeln ist. Danach
werden die Leiter 22 der so angeordneten Spuleneinheiten 12A, 12B und 12C in
die aufeinanderfolgenden Schlitze 14 gedrückt. Indem
die einzelnen Spuleneinheiten 12 in die aufeinanderfolgenden
Schlitze gezwungen werden, wobei die Leiterbahnen, die in einem
jeden Schlitz 14 in die innere und die äußere Schicht einzuführen sind,
auf diese Weise übereinander
gelegt sind, verformen und schieben die Leiterbahnen der Spuleneinheit 12A,
die in die äußere Schicht
zu legen sind, die Leiterbahnen der Spuleneinheit 12B,
die in die innere Schicht in den Schlitz 14A zu legen sind.
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Da
der Prozess des Produzierens der Spuleneinheiten 12 und
der Prozess des Produzierens des Statorkerns 11 wie oben
festgehalten in zwei getrennten Schritten durchgeführt werden,
ist es möglich,
die Spuleneinheiten 12 und den Statorkern 11 gleichzeitig
herzustellen, wodurch die Gesamt-Herstellungszeit
verringert wird.
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Da
darüber
hinaus die Spuleneinheiten 12, die in einer Reihe angeordnet
sind, in die Schlitze 14 in den linear-geformten Statorkern 11 eingeführt werden,
hat ein jeder Schlitz 14 eine weite Öffnungsbreite, so dass die
Spuleneinheiten 12, welche aus dickeren Leitern 22 hergestellt
sind, in die Schlitze 14 eingeführt werden können, ohne
den Spuleneinheiten 12 Schaden zuzufügen. Dies ermöglicht es
außerdem,
den Raumfaktor der Wicklungen in den einzelnen Schlitzen 14 zu
verbessern.
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Bei
der oben beschriebenen zehnten Ausführungsform verformen die Leiterbahnen
einer jeden Spuleneinheit 12, die in die äußere Schicht
zu legen sind, die Leiterbahnen der benachbarten Spuleneinheit 12,
welche in die innere Schicht zu legen sind, wenn die Leiterbahnen
der beiden benachbarten Spuleneinheiten 12 in einen jeden
Schlitz 14 gezwungen werden. Diese Anordnung der zehnten
Ausführungsform
kann so modifiziert werden, dass die einzelnen Spuleneinheiten 12,
bevor die Spuleneinheiten 12 in die Schlitze 14 eingeführt werden,
so verformt werden, dass die geraden Abschnitte von je zwei benachbarten
Spuleneinheiten 12, die in den gleichen Schlitz 14 zu
legen sind, in inneren und äußeren Schichten
angeordnet würden,
wenn sie in diesen eingeführt
werden.