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Querverweis
auf ein verwandtes Dokument
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil aus der japanischen
Patentanmeldung Nr. 2005-170969, die am 10. Juni 2005 eingereicht
wurde, deren Offenbarung hier unter Bezugnahme mit einbezogen wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine rotierende elektrische
Maschine, wie beispielsweise einen Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerator oder
einen Anlassermotor für
eine Kraftfahrzeugmaschine, der mit einem Stator ausgestattet ist,
der so ausgelegt ist, um eine gewünschte Leistung der Maschine
sicherzustellen.
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In
den letzten Jahren mußten
rotierende elektrische Maschinen, wie beispielsweise Wechselstromgeneratoren
für Kraftfahrzeuge,
die durch die Energie der Maschine angetrieben werden, in der Größe reduziert
werden und in der Ausgangsleistung und auch hinsichtlich des Wirkungsgrades
erhöht werden,
um den Anforderungen gemäß niedrigerer Leerlaufdrehzahlen
der Maschine, Einsparung von Gewicht des Fahrzeugs Rechnung zu tragen
oder um das Volumen eines Maschinenraumes zu Gunsten einer Vergrößerung des
Innenraumes des Fahrzeugs zu reduzieren. Als ein Versuch, solchen
Anforderungen gerecht zu werden, können die Statorwicklungsdrähte in jedem
Schlitz eines Statorkernes mit hoher Dichte angeordnet werden, das
heißt,
es wird dabei der Raumfaktor erhöht.
Das Erhöhen
des Raumfaktors kann dadurch erreicht werden, indem ein Draht durch
eine Vielzahl der Schlitze hindurchgeführt wird, die in einem rechteckförmigen parallelepipedförmigen laminierten
Kern ausgebildet sind, um dadurch eine Statorwicklung zu bilden,
und indem der Kern in eine ringförmige
Gestalt gebogen wird. Beispielsweise offenbart die japanische Patent-Erstveröffentlichung
Nr. 9-103052 eine solche Technik.
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Gewöhnlich stellt
ein Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator der rotierenden
elektrischen Maschine, der den größten magnetischen Widerstand
in einem magnetischen Kreis bildet, einen großen Faktor dar, der die Ausgangsleistungsqualität der elektrischen
rotierenden Maschine beeinflußt.
Es ist somit ratsam, daß ein
solcher Luftspalt so klein wie möglich
ausgelegt wird. Im Falle von Kraftfahrzeug-Wechselstromgeneratoren ist der Luftspalt
in typischer Weise so ausgelegt, daß er bei 0,15mm bis 0,3mm liegt.
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Die
elektrischen rotierenden Maschinen, die in dem Maschinenraum eines
Fahrzeugs montiert sind, müssen
gewöhnlich
einer Wasserlösung,
wie Fahrzeugshampoo, Salzwasser oder anderen fremden Mitteln widerstehen
können,
um die Leistung derselben aufrecht zu erhalten. Speziell der Luftspalt zwischen
dem Außenumfang
des Rotors und dem Innenumfang des Stators ist gewöhnlich sehr
eng, wodurch die Wasserlösung
dort verweilt, was zur Ausbildung von Rost führt. Dies führt dann zu einer Blockierung
des Rotors und einer Fehlfunktion des gesamten Betriebes der elektrischen
rotierenden Maschine. Der Widerstand gegen Rost wird in typischer
Weise dadurch erreicht, indem man den Innenumfang des Stators mit
einem antikorrosiven Anstrich beschichtet.
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Der
Statorkern bei der oben beschriebenen Konstruktion wird dadurch
gebildet, indem ein Draht durch ein Laminat von rechteckförmigen parallelepipedförmigen Stahlplatten
gewickelt wird, um die Statorwicklung zu bilden, und indem das Laminat
dann in eine ringförmige
Gestalt gebogen wird, so daß dabei eine
radiale Verschiebung oder Fehlausrichtung zwischen benachbarten
zwei der Stahlplatten auftritt, was zu Unregel mäßigkeiten an einer inneren
Umfangsfläche
des Statorkernes führt.
Die Beseitigung einer physikalischen Interferenz zwischen dem Stator
und dem Rotor, der sich innerhalb des Stators dreht, erfordert die
Auswahl eines Außendurchmessers
des Rotors in solcher Weise, um eine gewünschte Größe des Luftspaltes zwischen
dem Außenumfang
des Rotors und einem Abschnitt des Innenumfangs des Stators auszubilden,
der einen maximalen Innendurchmesser aufweist. Eine mittlere Größe des Luftspalts
ist daher in unerwünschter
Weise groß,
was dazu führt,
daß der
magnetische Widerstand des Luftspalts anwächst und die Ausgangsleistung
unter einen erwarteten Wert abfällt.
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Die
radiale Fehlausrichtung zwischen den Stahlplatten verursacht auch,
daß innenliegende Kanten
der Stahlplatten nach innen vorragen, was dann zu einer schlechten
Adhäsion
des Antikorrosions-Anstriches an den Kanten führt und auch zu einer nicht
einheitlichen Dicke einer Schicht des Antikorrosions-Anstriches,
wenn der Antikorrosions-Anstrich auf die innere Umfangsfläche des
Statorkernes aufgebracht wird. Die führt zu einer Erhöhung der
erforderlichen Menge des Antikorrosions-Anstriches.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die dem Stand der
Technik anhaftenden Nachteile zu beseitigen.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Konstruktion
einer rotierenden elektrischen Maschine zu schaffen, die es ermöglicht, daß ein Luftspalt
zwischen einem Rotor und einem Stator minimal gestaltet werden kann,
um die Leistung derselben zu verbessern.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Konstruktion
einer rotierenden elektrischen Maschine zu schaffen, die so ausgelegt
ist, um Rost zwischen einem Rotor und einem Stator minimal zu halten
und um ein Blockieren des Rotors zu vermeiden.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird eine rotierende elektrische Maschine geschaffen,
die in Kraftfahrzeugen verwendet werden kann. Die rotierende elektrische
Maschine umfaßt
Folgendes: (a) einen Rahmen; (b) einen Rotor, der durch den Rahmen
in Lage gehalten wird; und (c) einen Stator, der durch den Rahmen
in Lage gehalten wird. Der Stator ist mit einem ringförmigen Statorkern
ausgestattet, der dem Rotor gegenüberliegt, und eine Statorwicklung
ist in dem Statorkern angeordnet. Der Statorkern besitzt eine Vielzahl
von magnetischen Polzähnen, die
nach innen weisen, und einen Verbindungsabschnitt, der die magnetischen
Polzähne
verbindet. Die Statorwicklung enthält leitende Abschnitte, die
innerhalb der Schlitze angeordnet sind, von denen jeder zwischen
benachbarten zwei der magnetischen Polzähne ausgebildet ist, und Verbindungsabschnitte,
welche die leitenden Abschnitte verbinden und sich von den Schlitzen
aus erstrecken, um die Wicklungsenden zu definieren. Der Statorkern
wird durch Biegen eines Laminats aus Streifen gebildet, die sich im
wesentlichen geradlinig erstrecken, wobei der Biegevorgang zu einer
ringförmigen
Gestalt führt
und indem eine Innenumfangsfläche
des Laminats aus Streifen bearbeitet wird, um eine exakte oder hohe Kreisgestalt
zu erreichen. Dies ermöglicht
die Realisierung eines Luftspaltes zwischen dem Rotor und dem Stator,
der minimal groß ist,
um die Qualität
der rotierenden elektrischen Maschine zu verbessern, und ermöglicht auch
eine Minimierung der Rostbildung zwischen dem Rotor und dem Stator,
um ein Blockieren des Rotors zu vermeiden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die innere Umfangsfläche des Laminats aus Streifen
mit einem vorausgewählten
Material beschichtet, was zur Ausbildung einer flachen Oberfläche des
Innenumfangs des Statorkernes führt.
Dies vermeidet es, daß innere
Vorsprünge
von Kanten der Streifen entstehen, und führt auch zur Minimierung der
Menge des verwendeten Materials.
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Die
Wicklungsenden werden durch ein Harz abgedichtet, um eine Beschädigung der
Isolierfilme an den Wicklungsenden zu vermeiden, die aus dem Abheben
oder Abschneiden von Spänen
während der
Bearbeitung des Statorkernes resultieren.
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Ein
Innenumfang von jedem der Wicklungsenden ist koaxial mit einem Innenumfang
des Statorkernes gelegen. Dies minimiert das Ausmaß eines Batterie-Elektrolyten
usw., der von außerhalb
des Rahmens eindringt und in dem Luftspalt zwischen dem Rotor und
dem Stator verweilt, so daß die
Ausbildung von Rost zwischen dem Rotor und dem Statorkern vermieden
wird.
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Der
Rotor kann einen Polkern mit magnetischen Klauenpolen und einen
Ventilator enthalten, der an einem axial orientierten Ende des Polkerns
installiert ist. Dies minimiert weiter den Betrag an Batterie-Elektrolyt
usw.
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Eine
nach innen orientierte Öffnung
von jedem der Schlitze ist mit Harz gefüllt. Dies vermeidet das Eindringen
von Schneidspänen
in die Schlitze während
der Bearbeitung des Statorkernes.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
eines Statorkernes einer elektrischen rotierenden Maschine geschaffen,
die mit einem Rotor ausgestattet ist, der einem Innenumfang des
Statorkernes gegenüberliegt, mit
einer Vielzahl an magnetischen Polzähnen, die in dem Statorkern
ausgebildet sind und nach innen zeigen, einem Verbindungsabschnitt,
der die magnetischen Polzähne
verbindet, und mit einer Statorwicklung, die leitende Abschnitte
enthält,
welche innerhalb der Schlitze angeordnet sind, von denen jeder zwischen
benachbarten zwei der magnetischen Polzähne und der Verbindungsabschnitte
ausgebildet ist, die die leitenden Abschnitte verbinden und sich
von den Schlitzen aus erstrecken, um die Wicklungsenden festzulegen.
Das Verfahren umfaßt
die folgenden Schritte: (a) Vorbereiten eines Laminats aus Streifen,
die sich im wesentlichen geradlinig erstrecken; (b) Biegen des Laminats
in eine ringförmige Gestalt;
und (c) Bearbeiten einer inneren Umfangsfläche des Laminats aus Streifen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
das Verfahren ferner das Beschichten der inneren Umfangsfläche des
Laminats mit einem vorausgewählten
Material.
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Das
Verfahren kann auch das Abdichten der Wicklungsenden mit Harz umfassen.
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Das
Verfahren umfaßt
auch das Füllen
einer nach innen orientierten Öffnung
von jedem der Schlitze mit Harz.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung kann vollständiger anhand der folgenden
detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
unter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen verstanden werden, die jedoch nicht so zu interpretieren
sind, daß sie
die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen beschränken, sondern
lediglich zum Zwecke der Erläuterung
und zum Zwecke des Verständnisses
beschrieben sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Teil-Längsschnittansicht,
welche die Konstruktion eines Wechselstromgenerators gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 eine
perspektivische Ansicht, die einen Statorkern wiedergibt, der bei
dem Wechselstromgenerator von 1 verwendet
wird;
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3 eine
perspektivische Teilansicht, die einen Abschnitt der ursprünglichen
Form des Statorkernes darstellt;
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4 eine
Teil-Schnittansicht, die einen Statorkern und ein Wicklungsende
veranschaulicht; und
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5 eine
Teil-Schnittansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen Statorkernes und eines Wicklungsendes
wiedergibt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungs
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Gemäß den Zeichnungen,
in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten
bezeichnen, zeigt insbesondere 1 einen
Wechselstromgenerator oder eine Wechselstrommaschine 1 für Kraftfahrzeuge
gemäß der Erfindung.
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Der
Wechselstromgenerator 1 besteht im wesentlichen aus einem
Stator 3, einem Rotor 2, einem Rahmen 4,
einer Gleichrichtervorrichtung 5 und einem Regler 7.
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Der
Rotor 2 ist mit einer Kernanordnung ausgestattet, die aus
einem Paar von Randel-Typ-Polkernen 71 und 72 und
einer Feldwicklung 8 gebildet ist. Kühlventilatoren 11 und 12 sind
an den Front- und Heckenden des Rotors 2 jeweils befestigt
und folgen der Drehung des Rotors 2, um Strömungen von
Kühlluft
zu erzeugen. Der Rahmen 4 enthält Lufteinlässe 41, die an Front-
und Heck-Endwänden
ausgebildet sind, und enthält
Luftauslässe 42,
die in einer peripheren Endwand ausgebildet sind. Die Kühlventilatoren 11 und 12 arbeiten
in solcher Weise, daß sie
Luft in den Rahmen 4 über
die Lufteinlässe 41 ansaugen und
diese dann zu den Luftauslässen 42 blasen,
wodurch eine Statorwicklung 31, die Gleichrichtervorrichtung 5,
der Regulator 7 usw. gekühlt werden, die in dem Rahmen 4 installiert
sind.
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Der
Wechselstromgenerator 1 enthält auch eine Welle 6,
an welcher der Rotor 2 befestigt ist. Es sind ferner Schleifringe 9 und 10 an
der Welle 6 befestigt. Die Welle 6 wird durch
den Rahmen drehbar in Lage gehalten. Der Stator 3 ist an
dem Rahmen 4 befestigt und liegt dem Außenumfang des Rotors 2 gegenüber.
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Die
Welle 6 ist mit einer Riemenscheibe 20 gekoppelt,
die durch das Ausgangsdrehmoment einer Maschine (nicht gezeigt)
angetrieben wird, die in einem Kraftfahrzeug montiert ist. Die Riemenscheibe 20 ist
mit der Welle 6 zusammen mit dem Rotor 2 verbunden.
Wenn ein Erregerstrom der Feldwicklung 8 des Rotors 2 über die
Schleifringe 9 und 10 zugeführt wird und wenn die Riemenscheibe 20 durch
die Maschine an getrieben wird, wird bewirkt, daß die Polkerne 71 und 72 N-
und S-Pole bilden, um ein umlaufendes Magnetfeld zu entwickeln.
Dies induziert dann eine Wechselstromspannung in der Statorwicklung 31,
die ihrerseits mit Hilfe der Gleichrichtervorrichtung 5 gleichgerichtet
wird, um einen Gleichstrom an den Ausgangsanschlüssen auszugeben.
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Der
Stator 3 enthält
den Statorkern 32 und die Statorwicklung 31. Der
Statorkern 32 liegt dem Rotor 2 gegenüber. Die
Statorwicklung 31 ist in dem Statorkern 32 gewickelt. 2 zeigt
eine perspektivische Ansicht, die den Statorkern 32 veranschaulicht. Der
Statorkern 32 besteht aus einem Laminat von ringförmigen Streifen
(z.B. Stahlplatten) und besteht aus einer Vielzahl von Polzähnen 322 und
einem Verbindungsring 323, der die Polzähne 322 miteinander verbindet.
Benachbarte zwei der Polzähne 322 definieren
jeden Schlitz 321. Die Statorwicklung 31 besteht
aus im Schlitz befindlichen Abschnitten, die innerhalb der Schlitze 321 angeordnet
sind, und aus Wicklungsenden 31a und 31b, die
als Verbindungsdraht dienen und die gemäß der Darstellung in 1 aus
den Schlitzen 321 außerhalb
der Enden des Statorkernes 32 vorragen, und zwar einander
gegenüberliegend
in einer axialen Richtung des Statorkerns 32.
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Der
Statorkern 32 ist ursprünglich
nicht ringförmig
ausgebildet, wie in 2 gezeigt ist, sondern ist rechteckförmig parallelepipedförmig gestaltet. 3 zeigt
eine perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt der ursprünglichen
Form des Statorkernes 32 wiedergibt. Spezifischer ausgedrückt besteht
der Statorkern 32 ursprünglich
aus einem rechteckförmigen
parallelepipedförmigen
Teil 320, welches durch ein Laminat aus Platten gebildet
ist, von denen jede Magnetpolzähne 322 und
einen verbindenden geraden Abschnitt 323 enthält. Die
Magnetpolzähne 322 sind
in einer Linie angeordnet. Die Schlitze 321 sind je durch
benachbarte zwei der Magnetpolzähne 322 festgelegt.
Das endgültige
Produkt des Statorkernes 32 wird dadurch gebildet, indem
man die Statorwicklung 31 durch die Schlitze 321 des
parallelepipedförmigen
Teiles 320 jeweils verlegt und dann das parallelepipedförmige Teil 320 in
eine Ringgestalt biegt, wobei die oberen Abschnitte der Magnetpolzähne 322 nach
innen hin orientiert sind, und indem man dann die sich gegenüberliegenden
Enden des parallelepipedförmigen
Teiles 320 in eine durchgehende Ringgestalt verbindet.
Dadurch wird dann der Stator 3 vervollstän digt. Das
Verbinden kann durch Schweißen
oder durch Verkerben realisiert werden. Schließlich wird der Innenumfang
(d.h. die oberen Abschnitte der Magnetpolzähne 322) des Statorkernes 32 bearbeitet
oder abgedreht, um dadurch der Kreisgestalt zu genügen. Dies
beseitigt dann Unregelmäßigkeiten an
der inneren Umfangsfläche
des Statorkernes 32, wodurch eine relative Drehung des
Stators 3 zu dem Rotor 2 ohne irgendeine physikalische
Interferenz dazwischen ermöglicht
wird. Es wird auch möglich, den
Luftspalt zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 zu
minimieren, wodurch der magnetische Widerstand in dem Luftspalt
reduziert wird und dadurch die Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators 1 verbessert
wird.
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Die
Kühlventilatoren 11 und 12,
die gemäß den obigen
Ausführungen
an sich axial gegenüberliegenden
Endwänden
der Polkerne 71 und 72 befestigt sind, arbeiten
in solcher Weise, daß sie
Luft von außerhalb
des Rahmens 4 ansaugen und diese zur Außenseite des Rahmens 4 austragen.
Dies minimiert die Menge an Batterie-Elektrolyt usw., der von außerhalb
in den Rahmen 4 gelangt und in dem Luftspalt zwischen dem
Rotor 2 und dem Stator 2 verweilt, wodurch dann
die Ausbildung von Rost zwischen dem Rotor 2 und dem Statorkern 32 vermieden
wird.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform
beschrieben wurde, um das bessere Verständnis der Erfindung zu erleichtern,
sei darauf hingewiesen, daß die
Erfindung in vielfältigster
Weise realisiert werden kann, ohne dabei die Prinzipien der Erfindung
zu verlassen.
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Beispielsweise
kann nach der maschinellen Bearbeitung die innere Umfangswand des
Statorkernes 32 veredelt oder mit einem Rostverhinderungsmittel
behandelt werden. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform
des Statorkernes 32, der eine innere Umfangswand besitzt,
die mit einem antikorrosiven Anstrich 314 beschichtet ist. 5 veranschaulicht
die innere Umfangswand des Statorkernes 32, wenn diese
mit dem Antikorrosions-Anstrich 314 beschichtet ist, ohne
Bearbeitung. In diesem Fall können
Ränder
oder Kanten der ringförmigen
Streifen des Statorkernes 32 nach innen vorragen, was zu einem
Fehlen einer Adhäsion
des Antikorrosions-Anstriches 314 an den Rändern oder
Kanten führt
und zu einer Reduzierung der Wirkung der Rostverhinderung führt. Das
Aufgingen des Antikorrosions-Anstriches 314 auf die bearbeitete
innere Umfangswand des Statorkernes 32, wie in 4 veranschaulicht
ist, vermeidet die Ausbildung von Rost zwischen dem Rotor 3 und
dem Statorkern 32, der zum Blockieren des Stators 2 beiträgt. Die
Ränder
oder Kanten der ringförmigen
Streifen des Statorkernes 32 liegen bündig aneinander, was zu einer
einheitlichen Dicke des Antikorrosions-Anstriches 314 führt, wodurch
die erforderliche Menge an Antikorrosions-Anstrich 314 minimiert
wird.
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Die
Wicklungsenden 31a und 31b der Statorwicklungen 31 können gemäß den Darstellungen
in den 1 und 4 mit Harzschichten 312 bedeckt oder
abgedichtet sein, um eine mechanische Beschädigung eines Isolationsfilmes
auf der Statorwicklung 31 zu vermeiden, die aus Metallabhebespänen während der
Bearbeitung der inneren Umfangswand des Statorkernes 32 resultiert.
Dies stellt auch eine Exaktheit des Innendurchmessers des Statorkernes 32 sicher,
und zwar ohne einen Kompromiß mit
dem Umweltwiderstand der Statorwicklungen 31.
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Die
Innenumfänge
der Wicklungsenden 31 und 31b (d.h. die Ringanordnungen
der Harzschichten 312 oder die Ringanordnungen der Wicklungsende-Windungen)
können
koaxial mit dem Innenumfang des Statorkernes 32 sein, wodurch
weiter die Menge an Batterie-Elektrolyt usw. reduziert wird, der von
außerhalb
des Rahmens 4 eindringt und in dem Luftspalt zwischen dem
Rotor 2 und dem Stator 3 verweilt, wodurch die
Wirkung bei der Vermeidung der Ausbildung von Rost zwischen dem
Rotor 2 und dem Statorkern 32 erhöht wird.
Der Innenumfang der Anordnungen der Harzschichten 312 kann
geglättet werden,
um eine Turbulenz der Kühlluft
zu minimieren, die durch die Kühlventilatoren 11 und 12 bewirkt wird,
die an den Enden des Stators 2 installiert sind, was zu
einer Reduzierung der Geräuschentwicklung der
Kühlluft
beiträgt.
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Ein
Luftspalt zwischen benachbarten zwei der Magnetpolzähne 322 entlang
dem Innenumfang des Statorkernes 32, das heißt, den
innenseitigen Öffnungen
der Schlitze 321, kann mit Harzschichten 312 oder
irgendeinem anderen die Wicklung bindenden Harzmaterial gefüllt sein.
Dies vermeidet das Eindringen von Metallabhebespänen in die Schlitze 321 während der
Bearbeitung der inneren Umfangswand des Statorkernes 32,
wodurch eine mechanische Beschädigung
der Isolationsfilme der Statorwicklung 31 vermieden wird
und die Einfachheit der Beschichtung der inneren Umfangswand des
Statorkernes 32 unterstützt
wird, ohne einen Kompromiß mit
dem Umweltwiderstand der Statorwicklungen 31 einzugehen.