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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(Gebiet der Erfindung)
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine drehende elektrische Maschine, die beispielsweise als Elektromotor oder Stromgenerator in einem Fahrzeug verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Stators.
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(Beschreibung der verwandten Technik)
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Es werden verschiedene Arten von drehenden elektrischen Maschinen verwendet, unter anderem für in Fahrzeugen eingebaute Elektromotoren und Stromgeneratoren. Eine bekannte Art einer drehenden elektrischen Maschine weist einen ringförmigen Statorkern und eine Statorspule als Stator für die drehende elektrische Maschine auf. Der Statorkern weist eine Mehrzahl von Nuten auf, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Statorspule ist um die Nuten im Statorkern gewickelt. Im Stator wird die Statorspule mittels eines Imprägnierungs- bzw. Überzugsmittels, beispielsweise eines Lacks, fixiert, um sicherzustellen, dass die Statorspule vibrationsbeständig ist.
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Es sind mehrere Verfahren bekannt, die für eine Vibrationsbeständigkeit sorgen sollen. Beispielsweise offenbart
JP-A-2008-189733 ein Verfahren, bei dem man das Imprägnierungsmittel von einer Spulenendabschnittsseite der Statorspule, die in Axialrichtung gesehen von einer Endfläche des Statorkerns übersteht, abtropfen bzw. ablaufen lässt, wodurch das Innere der Nuten imprägniert bzw. beschichtet wird.
JP-A-2006-262541 offenbart ein Verfahren, bei dem ein Teil des Statorkerns modifiziert wird und die Nuten ausgeweitet werden. Das gesamte Werkstück wird dann in ein Imprägnierungsmittel- bzw. Überzugsmittelbad getaucht und mit dem Imprägnierungs- bzw. Überzugsmittel beschichtet.
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Eine bekannte Art eines Statorkerns hat keinen Schulterabschnitt, der in einer Umfangsrichtung auf einer Zahnspitze vorsteht, um einen Füllfaktor der Spule innerhalb der Nuten zu verbessern. Wenn bei einem solchen Statorkern das in
JP-A-2008-109733 offenbarte Verfahren angewendet wird, kann das Imprägnierungsmittel nirgends zurückgehalten werden, da auf einer in radialer Richtung inneren Seite einer Spule, die bezogen auf den Durchmesser der Statorspule am weitesten innen angeordnet ist, kein Schulterabschnitt vorhanden ist. Infolgedessen kann die Spule, die bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnet ist, nicht zuverlässig am Statorkern befestigt werden.
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Bei dem Verfahren, das in
JP-A-2006-262541 offenbart ist, tritt das Problem auf, dass die Leistung infolge eines erhöhten magnetischen Widerstands im Nuterweiterungsabschnitt abnimmt. Wenn das gesamte Werkstück untertaucht wird, ergibt sich außerdem das Problem, dass das Imprägnierungsmittel in Bereichen abgeschieden wird, in denen kein Imprägnierungsmittel abgeschieden werden sollte (beispielsweise an einer Innenumfangsfläche des Statorkerns, die mit einem Rotor in Konflikt kommen kann, oder auf einem Eingriffsabschnitt oder einer Befestigungsfläche zwischen dem Statorkern und einem Gehäuseelement).
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Ein Spulendraht, der innerhalb der Nuten bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnet ist, muss zuverlässig fixiert werden. Daher kann Folgendes in Betracht gezogen werden: Man positioniert den Statorkern, um den die Statorspule gewickelt ist, so, dass seine axiale Linie der Horizontalen entspricht, und lässt das Imprägnierungsmittel von der Innenumfangsseite des Statorkerns her ablaufen, während man den Statorkern um die axiale Linie bzw. Achse rotieren lässt, wodurch die Innenseite der Nuten beschichtet wird. Jedoch stellt sich in diesem Fall das folgende Problem.
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In diesem Fall kann das in Kerndurchmesserrichtung hintere Ende der Nuten durch Zentrifugalkraft mit dem Imprägnierungsmittel beschichtet werden. Da das Imprägnierungsmittel nur schwer in Kernachsenrichtung fließt, wird jedoch der Bereich, der mit dem Imprägnierungsmittel benetzt ist, umso kleiner, je weiter der Spulendraht auf der Innendurchmesserseite liegt, und es ist schwierig, eine starke Fixierung zu erreichen. Außerdem wird eine Lorentz-Kraft aufgrund eines Streuflusses umso größer, je weiter der Spulendraht auf der Innendurchmesserseite liegt. Wenn die Stärke der Fixierung des Spulendrahts auf der Innendurchmesserseite abnimmt, kann daher der Spulendraht auf der Innendurchmesserseite aufgrund von elektromagnetischen Schwingungen in einen Spalt laufen und mit dem Rotor in Konflikt kommen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Probleme gemacht. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Ausbildung eines Stators für eine drehende elektrische Maschine, bei dem ein Spulendraht auf der Innendurchmesserseite durch eine verbesserte Beschichtung durch ein Imprägnierungsmittel in einer Kernachsenrichtung zuverlässiger fixiert werden kann, sowie ein Herstellungsverfahren für den Statur.
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Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, weist ein Statur für eine drehende elektrische Maschine der vorliegenden Erfindung auf: einen ringförmigen Statorkern mit einer Vielzahl von Nuten, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind; eine Statorspule, die um die Nuten im Statorkern gewickelt ist; und ein Imprägnierungs- bzw. Überzugsmittel, das von einer Innenumfangsseite des Statorkerns her aufgetragen wird und das den Statorkern, der in den Nuten angeordnet ist, fixiert. Ein bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneter Spulendraht der Statorspule, der innerhalb der Nuten am weitesten auf einer Innendurchmesserseite liegt, weist einen ersten Winkelabschnitt, der in nach außen verlaufender Kernachsenrichtung von einem Ende zu einem anderen Ende in Kerndurchmesserrichtung abgewinkelt ist, und/oder einen zweiten Winkelabschnitt auf, der in nach außen verlaufender Kernachsenrichtung vom anderen Ende zum einen Ende in Kerndurchmesserrichtung abgewinkelt ist.
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Wenn das Imprägnierungsmittel von der Innenumfangsseite des Statorkerns her aufgetragen wird, gelangt das aufgetragene Imprägnierungsmittel gemäß dem oben beschriebenen Aufbau von der Innenumfangsfläche des Statorkerns her in die Nut und erreicht zuerst den bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht, der innerhalb der Nut am weitesten auf der Innendurchmesserseite liegt. Der Spulendraht, der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnet ist, weist den ersten Winkelabschnitt und/oder den zweiten Winkelabschnitt auf. Daher fließt das Imprägnierungsmittel, das den bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht erreicht hat, in Kernachsenrichtung durch den ersten Winkelabschnitt oder den zweiten Winkelabschnitt. Daher kann das Imprägnierungsmittel in Kernachsenrichtung des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts über einen großen Bereich aufgetragen werden. Der Bereich, der von dem Imprägnierungsmittel benetzt wird, wird vergrößert. Infolgedessen kann die Permeation bzw. das Vordringen des Imprägnierungsmittels in Kernachsenrichtung verbessert werden, und die Fixierung des Spulendrahts, der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnet ist, durch das Imprägnierungsmittel kann zuverlässiger durchgeführt werden.
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Da das Imprägnierungsmittel von der Innenumfangsseite des Statorkerns her aufgetragen wird, ist bzw. sind der erste Winkelabschnitt und/oder der zweite Winkelabschnitt nur an dem Spulendraht vorgesehen, der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnet ist. Wenn drei oder mehr Spulendrähte in den Nuten angeordnet sind, können jedoch Winkelabschnitte, die dem Winkelabschnitt ähneln, der an dem Spulendraht vorgesehen ist, der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnet ist, in von der Innendurchmesserseite aus gesehen zweiten und folgenden Spulendrähten vorgesehen sein. Infolgedessen kann das Vordringen des Imprägnierungsmittels in der Kernachsenrichtung weiter verbessert werden, und die Fixierung des Spulendrahts, der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnet ist, kann noch zuverlässiger durchgeführt werden.
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Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist ein Verfahren zum Herstellen eines Statorkerns der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine drehende elektrische Maschine, der einen ringförmigen Statorkern mit einer Mehrzahl von Nuten, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, und eine Statorspule aufweist, die um die Nuten im Statorkern gewickelt ist, wobei die Statorspule, die in den Nuten angeordnet ist, durch ein Imprägnierungsmittel, das von einer Innenumfangsseite des Statorkerns her aufgetragen wird, fixiert ist. Das Verfahren zum Herstellen eines Stators beinhaltet: einen Ausbildungsschritt zum Ausbilden eines bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts der Statorspule, der innerhalb der Nuten am weitesten auf der Innendurchmesserseite liegt, eines ersten Winkelabschnitts, der in nach außen verlaufender Kernachsenrichtung von einem Ende zu einem anderen Ende in Kerndurchmesserrichtung abgewinkelt ist, und/oder eines zweiten Winkelabschnitts, der in nach außen verlaufender Kernachsenrichtung von dem anderen Ende zu dem einen Ende in Kerndurchmesserrichtung angewinkelt ist; und einen Auftragungsschritt bzw. Beschichtungsschritt, in dem das Imprägnierungsmittel von der Innenumfangsseite des Statorkerns her aufgetragen wird, während der Statorkern, um den die Statorspule gewickelt ist, so angeordnet ist, dass eine Achse des Statorkerns der Horizontalen entspricht, und der Statorkern sich um die axiale Linie dreht.
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Da gemäß dem oben beschriebenen Aufbau der Ausbildungsschritt und der Auftragungsschritt vorgesehen sind, ist das Vordringen des Imprägnierungsmittels in Kernachsenrichtung verbessert, und der Spulendraht, der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnet ist, kann zuverlässiger fixiert werden.
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Andere Wirkungen als die oben beschriebenen werden anhand von Ausführungsformen verdeutlicht, die nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den begleitenden Zeichnungen sind:
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1 eine in axialer Richtung genommene Schnittansicht, die schematisch einen Aufbau einer drehenden elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
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2A und 2B Skizzen eines Stators gemäß der ersten Ausführungsform, wobei 2A eine Draufsicht auf den Statur ist und 2B eine seitliche Frontansicht des Stators ist;
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3 eine Draufsicht auf einen Statorkern gemäß der ersten Ausführungsform;
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4 eine Draufsicht auf einen Teilkern gemäß der ersten Ausführungsform;
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5 eine perspektivische Darstellung einer Statorspule gemäß der ersten Ausführungsform;
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6 eine Querschnittsdarstellung eines Spulendrahts, der die Statorspule gemäß der ersten Ausführungsform bildet;
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7A und 7B Skizzen, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen des Stators gemäß der ersten Ausführungsform zeigen, wobei 7A eine Querschnittsdarstellung des Stators entlang einer axialen Richtung ist, und 7B eine vergrößerte Teil-Querschnittsansicht von Hauptabschnitten in 7A ist;
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8 eine perspektivische Teilansicht von Hauptabschnitten des Stators, die schematisch das Verfahren zum Herstellen des Stators gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
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9 eine Teil-Querschnittsansicht von Hauptabschnitten, die 7B entspricht und die schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Stators eines Vergleichsbeispiels 1 darstellt; und
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10A und 10B Skizzen, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Stators gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellen, wobei 10A eine Querschnittsdarstellung des Stators entlang einer axialen Richtung ist, und 10B eine vergrößerte Teil-Querschnittsdarstellung von Hauptabschnitten in 10A ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend werden spezielle Ausführungsformen eines Stators für eine drehende elektrische Maschine und eines Verfahrens zum Herstellen des Stators der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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[Erste Ausführungsform]
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Ein Stator und ein Verfahren zum Herstellen des Stators gemäß einer ersten Ausführungsform werden mit Bezug auf 1 bis 9 beschrieben.
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1 ist eine Querschnittsdarstellung entlang einer axialen Richtung, die schematisch einen Aufbau einer drehenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 2A und 2B sind Skizzen eines Stators gemäß der ersten Ausführungsform. 2A ist eine Draufsicht auf den Statur, und 2B ist eine seitliche Frontansicht des Stators.
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Die drehende elektrische Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform weist ein Gehäuse 10, einen Rotor 14 und einen Stator 20 auf. Das Gehäuse 10 besteht aus einem Paar ungefähr zylindrischer Gehäuseelemente 10a und 10b, die einen Boden aufweisen und deren Öffnungsabschnitte miteinander verbunden sind. Der Rotor 14 ist an einer Drehwelle 13 befestigt, die durch Lager 11 und 12 so in dem Gehäuse getragen wird, dass sie sich ungehindert drehen kann
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die Längsrichtungen der Drehwelle 13, wie in 1 dargestellt, als axiale Richtung(en) AX, oder auch „Kernachsenrichtung” definiert, wie noch zu erklären ist, die radialen Richtungen, die von den axialen Richtungen AX ausgehen, sind als radiale Richtung(en) RA definiert, und Richtungen um die axiale Richtung AX sind als Umfangsrichtung(en) CR definiert.
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Der Statur 20 ist in einer solchen Position am Gehäuse 10 befestigt, dass er den Rotor 14 innerhalb des Gehäuses 10 umgibt. Der Rotor 14 bildet mittels Dauermagneten auf einer Außenumfangsseite, die einer Innenumfangsseite des Stators 20 in der radialen Richtung RA zugewandt ist, eine Mehrzahl von Magnetpolen mit unterschiedlichen Magnetpolaritäten, die sich in Umfangsrichtung CR abwechseln. Die Zahl der Magnetpole des Rotors 14 ist abhängig von der drehenden elektrischen Maschine unterschiedlich und ist daher nicht beschränkt. Gemäß der ersten Ausführungsform wird ein Rotor mit acht Polen (Vier N-Polen und vier S-Polen) verwendet. Wie in 2A und 2B dargestellt, weist der Statur 20 einen Statorkern 30 und eine Dreiphasen-Statorspule 40 auf. Der Statorkern 30 besteht aus einer Mehrzahl von Teilkernen 32. Die Statorspule 40 besteht aus einer Mehrzahl von Leiterdrähten. Isolierpapier kann zwischen dem Statorkern 30 und der Statorspule 40 angeordnet sein.
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Nun wird der Statorkern 30 mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben. 3 ist eine Draufsicht auf den Statorkern 30 gemäß der ersten Ausführungsform. 4 ist eine Draufsicht auf den Teilkern 32 gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 3 und 4 dargestellt, wird der Statorkern 30 durch die Vielzahl von Teilkernen 32 (zweiundvierzig Teilkerne gemäß der ersten Ausführungsform), die in der Umfangsrichtung CR angeordnet sind, in Ringform ausgebildet. Der Statorkern 30 weist eine Vielzahl von Nuten 31 auf, die in der Umfangsrichtung CR auf seiner Innenumfangsfläche ausgebildet sind. Der Statorkern 30 besteht aus einem ringförmigen hinteren Kernabschnitt 33, der auf der Außenumfangsseite angeordnet ist, und einer Mehrzahl von Zähnen 34, die so angeordnet sind, dass sie vom hinteren Kernabschnitt 33 aus in radialer Richtung nach innen vorstehen. Die in Mehrzahl vorhandenen Zähne 34 sind mit einem vorgegebenen Abstand voneinander in der Umfangsrichtung CR angeordnet. Infolgedessen sind die Nuten 31, die zur Innenumfangsseite des Statorkerns 30 hin offen sind und sich in der radialen Richtung RA erstrecken, zwischen einander gegenüber liegenden Seitenflächen 34a von einander in der Umfangsrichtung CR benachbarten Zähnen 34 ausgebildet. Die Seitenflächen 34a der benachbarten Zähne 34, die einander in der Umfangsrichtung CR gegenüber liegen, oder anders ausgedrückt die beiden Seitenflächen 34a, die eine einzelne Nut 31 abteilen, sind parallele Ebenen, die zueinander parallel sind. Infolgedessen erstreckt sich jede Nut 31 in der radialen Richtung RA über eine konstante Umfangsbreite. In einem vordersten Vorsprungsabschnitt der Zähne 34 ist an den Seitenflächen 34a kein Schulterabschnitt, der in der Umfangsrichtung CR vorsteht, vorgesehen.
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Gemäß der ersten Ausführungsform ist die Statorspule 40 eine auf zwei Nuten verteilte Wicklung. Daher sind pro Zahl der Magnetpole (acht Magnetpole) zwei Nuten 31 pro Phase der Statorspule 40 vorgesehen. Anders ausgedrückt sind achtundvierzig Nuten 31 ausgebildet (8 × 3 × 2 = 48). In diesem Fall werden die achtundvierzig Nuten 31 von der gleichen Anzahl Zähne 34, oder, anders ausgedrückt, von achtundvierzig Zähnen 34 gebildet.
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Die Teilkerne 32, die den Statorkern 30 bilden, werden aus einer Mehrzahl von durch Stanzpressen in eine vorgegebene Form gebrachten, elektromagnetischen Stahlblechen gebildet, die in der axialen Richtung AX des Statorkerns 30 gestapelt sind. Der Statorkern 30 wird von einem Außenzylinder 37, der auf den Außenumfang der in Ringform angeordneten Teilkerne 31 gesetzt ist, fixiert (formstabil gehalten) (siehe 2A).
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Wie in 5 dargestellt, bildet die Statorspule 40 ein bandförmiges Leiterdrahtbündel, in dem eine vorgegebene Anzahl von Leiterdrähten (Spulendrähten) 45 (zwölf Leiterdrähte 45 gemäß der ersten Ausführungsform), die in einer vorgegebenen Wellenform ausgebildet sind, in einem vorgegebenen Zustand gestapelt sind. Das Leiterdrahtbündel ist zu einer Spirale gewunden, wodurch eine zylindrische Form ausgebildet wird. Die Leiterdrähte 45, aus denen die Statorspule 40 besteht, sind in Wellenform ausgebildet mit in Nuten aufgenommenen Abschnitten 46 (d. h. Abschnitten, die nach einer Zusammensetzung mit dem Statorkern in Nuten aufgenommen werden) und Biegungsabschnitten 47. Die in Nuten aufgenommenen Abschnitte 46 sind somit in die Nuten 31 des Statorkerns 30 gelegt. Die Biegungsabschnitte 47 verbinden die in Nuten aufgenommenen Abschnitte 46, die in Umfangsrichtung CR in unterschiedlichen Nuten 31 aufgenommen sind, außerhalb der Nuten 31. Wie in 6 dargestellt, wird ein isolierend ummantelter Flachdraht, der aus einem Kupferleiter 48 mit einem rechteckigen Querschnitt und einer Isolierschicht bzw. -folie 49 besteht, als Leiterdraht 45 verwendet. Die Isolierschicht 49 weist eine innere Lage 49a und eine äußere Lage 49b auf und bedeckt den Außenrand des Leiters 48, Die Dicke der Isolierschicht 49, d. h. die kombinierte Dicke der inneren Lage 49a und der äußeren Lage 49b, liegt in einem Bereich von 100 μm bis 200 μm.
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Die Statorspule 40 wird auf die folgende Weise mit dem Statorkern 30 zusammengesetzt: Die Zahnabschnitte 34 jedes Teilkerns 32 werden von der Außenumfangsseite her in die Statorspule 40 eingeführt. Nachdem alle Teilkerne 32 entlang der Statorspule 40 in Ringform angeordnet wurden, wird der zylindrische Außenzylinder 37 um den Außenumfang bzw. Außenrand der Teilkerne 32 herum aufgesetzt. Infolgedessen wird die Statorspule 40, wie in 2 dargestellt, so zusammengesetzt, das die vorgegebenen, in Nuten aufzunehmenden Abschnitte 46 jedes Leiterdrahts 45 innerhalb der vorgegebenen Nuten 31 des Statorkerns 30 aufgenommen werden.
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In diesem Fall werden die in Nuten aufzunehmenden Abschnitte 46 jedes Leiterdrahts 45 pro vorgegebener Zahl der Nuten (drei Phasen multipliziert mit zwei Nuten (Doppelnuten) gleich sechs Nuten gemäß der ersten Ausführungsform) in den Nuten 31 aufgenommen. In jeder Nut 31 wird eine vorgegebene Zahl von Spulendrähten (zehn Spulendräte gemäß der ersten Ausführungsform) (in Nuten aufzunehmende Abschnitte 46 der Leiterdrähte 45) so angeordnet, dass sie in Kerndurchmesserrichtung in einer Reihe angeordnet sind. Außerdem stehen die Biegungsabschnitte 47, die einander benachbarte, in Nuten aufzunehmende Abschnitte 46 der Leiterdrähte 45 miteinander verbinden, jeweils von beiden Endflächen 30a, bezogen auf die axiale Richtung AX des Statorkerns 30, vor. Als Folge der zahlreichen vorstehenden Biegungsabschnitte 47 sind Spulenendabschnitte 40a und 40b, bezogen auf die axiale Richtung, in beiden Endabschnitten der Statorspule 40 ausgebildet (siehe 2B).
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Um die Vibrationsbeständigkeit der Statorspule 40, die mit dem Statorkern 30 zusammengesetzt wird, zu gewährleisten, wird dann ein Verfahren zum Fixieren der Statorspule 40 am Statorkern durch die Auftragung eines Imprägnierungsmittels durchgeführt. Gemäß der ersten Ausführungsform wird vor der Auftragung eines Imprägnierungsmittels zunächst ein Winkelabschnitt-Ausbildungsverfahren durchgeführt. in dem Winkelabschnitts-Ausbildungsverfahren werden ein erster Winkelabschnitt 42 und ein zweiter Winkelabschnitt 43 in einem bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41 der Statorspule 40 ausgebildet, wobei der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnete Spulendraht 41 in den Nuten 31 am weitesten auf der Innendurchmesserseite liegt. In diesem Fall werden in dem Winkelabschnitt-Ausbildungsverfahren Ringelemente 61a und 61b jeweils in die Innenumfangsseite beider Spulenendabschnitte 40a und 40b der Statorspule 40 eingeführt, die in axialer Richtung gesehen von den Endflächen des Statorkerns 30 überstehen. Dadurch wird der Durchmesser der Spulenendabschnitte 40a und 40b vergrößert (siehe 7A). Infolgedessen werden im bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41 der Statorspule 40, der innerhalb der Nuten 31 am weitesten auf der Innendurchmesserseite liegt, der erste Winkelabschnitt 42 und der zweite Winkelabschnitt 43 ausgebildet. Der erste Winkelabschnitt 42 ist von einer Endseite in der nach außen verlaufenden Kernachsenrichtung (links in 7A) zur anderen Endseite (rechts in 7A) in Kerndurchmesserrichtung abgewinkelt. Der zweite Winkelabschnitt 43 ist von der anderen Endseite in nach außen verlaufender Kernachsenrichtung zur einen Endseite in Kerndurchmesserrichtung abgewinkelt. Der erste Winkelabschnitt 42 und der zweite Winkelabschnitt 43 kreuzen einen in der Kernachsenrichtung mittleren Abschnitt (einen ungefähr mittleren Abschnitt) des Spulendrahts 41, der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnet ist. Der Kreuzungsabschnitt bildet einen Vorprungsabschnitt 44, der in nach innen verlaufenden Kerndurchmesserrichtung am weitesten vorsteht.
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Wenn von dem Ringelement 61a und dem Ringelement 61b der erste Winkelabschnitt 42 und der zweite Winkelabschnitt 43 des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 gebildet werden, werden außerdem Winkelabschnitte, die dem ersten Winkelabschnitt 42 und dem zweiten Winkelabschnitt 43 des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 ähnlich sind, in den von der Innendurchmesserseite aus gesehen zweiten bis vierten Spulendrähten innerhalb der Nuten 31 ausgebildet. Jedoch nimmt der Winkel der Winkelabschnitte in den von der Innendurchmesserseite aus gesehen zweiten bis vierten Spulendrähten mit zunehmender Entfernung des Spulendrahts von der Innendurchmesserseite immer weiter ab.
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Wie in 7A dargestellt, wird dann der Statorkern 30, in dem der erste Winkelabschnitt 42 und der zweite Winkelabschnitt 43 ausgebildet sind, in einem Halteabschnitt 62 einer Drehvorrichtung so gehalten, dass eine axiale Linie L des Statorkerns 30 in der horizontalen Richtung verläuft. Während die Drehvorrichtung den Statorkern 30 um die axiale Linie L herum dreht, lässt man dann von einem Imprägnierungsmittelauslass einer Düse 63, die sich auf der Innenumfangsseite des Statorkerns 30 befindet, ein Imprägnierungsmittel 64 in Richtung auf den in der axialen Richtung AX ungefähr mittleren Abschnitt (den Vorsprungsabschnitt 44 des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41) auf der Innenumfangsseite des Statorkerns 30 laufen bzw. tropfen.
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Wie in 7B und 8 dargestellt ist, gelangt das ablaufende Imprägnierungsmittel 64 von der Innenumfangsfläche des Statorkerns 30 aus in die Nut 31 und erreicht den Vorsprungsabschnitt 44 des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41, der innerhalb der Nut 31 am weitesten auf der Innendurchmesserseite Liegt. Das Imprägnierungsmittel 64, das den Vorsprungsabschnitt 44 erreicht hat, fließt vom in Kernachsenrichtung mittleren Abschnitt aus nach beiden Seiten durch den ersten Winkelabschnitt 42 und den zweiten Winkelabschnitt 43. Das Imprägnierungsmittel 64 wird dadurch über einen breiten Bereich in Kernachsenrichtung des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 aufgetragen. Dabei dringt das Imprägnierungsmittel 64, das auf den bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41 aufgebracht wird, als Folge der Wirkung der Zentrifugalkraft, die mit der Drehung des Statorkerns 30 einhergeht, in der radialen Richtung auswärts zur Rückseite der Nut 31 vor. Infolgedessen überzieht das Imprägnierungsmaterial 64 in Kernachsenrichtung AX nahezu den gesamten Bereich innerhalb der Nut 31.
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Infolge einer Aushärtung des Imprägnierungsmittels 64, das die Nuten 31 überzieht, wird dann die Statorspule 40 (in den Nuten aufgenommene Abschnitte 46) innerhalb der Nuten 31 am Statorkern 30 fixiert, wodurch Vibrationsbeständigkeit erhalten wird. Genauer fließt gemäß der ersten Ausführungsform das Imprägnierungsmittel 64 infolge des ersten Winkelabschnitts 42 und des zweiten Winkelabschnitts 43, die in dem bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41 vorgesehen sind, zu beiden Endabschnitten des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41. Daher wird der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnete Spulendraht 41 fest und zuverlässig fixiert.
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Wenn der erste Winkelabschnitt 42 und der zweite Winkelabschnitt 43 in dem bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41 nicht vorgesehen sind, wie in 9 als Vergleichsbeispiel dargestellt, überzieht das Imprägnierungsmittel 64, das aus dem Imprägnierungsmittelauslass der Düse 63, die auf der Innenumfangsseite des Statorkerns angeordnet ist, zum in der axialen Richtung AX ungefähr mittleren Abschnitt der Innenumfangsfläche des Statorkerns 30 hin abläuft, die Rückseite der Nuten 31 in der radialen Richtung auswärts, ohne in der Kernachsenrichtung zu beiden Endabschnitten des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 zu fließen. Daher kann eine zuverlässige Fixierung des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 durch das ausgehärtete Imprägnierungsmittel 64 nur schwer erreicht werden.
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Im Stator 20 der drehenden elektrischen Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform, der aufgebaut ist wie oben beschrieben, sind der erste Winkelabschnitt 42 und der zweite Winkelabschnitt 43 in dem bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41, der innerhalb der Nuten am weitesten auf der Innendurchmesserseite liegt, vorgesehen. Nachdem das Imprägnierungsmittel 64 von der Innenumfangsseite des Statorkerns 30 her aufgetragen wurde, kann daher das Imprägnierungsmittel 64 in der Kernachsenrichtung über einen breiten Bereich des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 aufgetragen werden. Da ein Vordringen des Imprägnierungsmittels 64 in der Kernachsenrichtung verbessert werden kann, kann somit die Fixierung des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 durch das Imprägnierungsmittel zuverlässiger durchgeführt werden.
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Gemäß der ersten Ausführungsform weist der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnete Spulendraht 41 den Vorsprungsabschnitt 44 auf, der in dem in der Kernachsenrichtung ungefähr mittleren Abschnitt, wo der erste Winkelabschnitt 42 und der zweite Winkelabschnitt 43 sich kreuzen, in Kerndurchmesserrichtung nach innen vorsteht. Als Folge davon, dass das Imprägnierungsmittel 64 in Richtung auf den Vorsprungsabschnitt 44 des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 aufgetragen wird, kann daher das Imprägnierungsmittel 64 in Kernachsenrichtung zu beiden Endabschnitten geschickt werden. Somit kann das Imprägnierungsmittel 64 in der Kernachsenrichtung über dem gesamten Bereich des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 aufgetragen werden. Da das Vordringen des Imprägnierungsmittels 64 in der Kernachsenrichtung weiter verbessert werden kann, kann daher der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnete Spulendraht 41 zuverlässiger fixiert werden.
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Außerdem besteht die Statorspule 40 gemäß der ersten Ausführungsform aus Flachdrahtspulen (Leiterdrähten 45) mit einem in senkrechter Richtung zur Verlaufsrichtung rechtwinkligen Querschnitt. Die Flachdrahtspulen (Leiterdrähte 45) sind in den Nuten 31 in der Kerndurchmesserrichtung in einer Reihe angeordnet. Daher kann der Füllfaktor der Spulendrähte (Leiterdrähte) innerhalb der Nuten 31 verbessert werden.
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Außerdem werden bei dem Verfahren zum Herstellen des Stators 20 gemäß der ersten Ausführungsform die oben beschriebenen Winkelausbildungs- und Imprägnierungsmittel-Auftragungsverfahren durchgeführt, und daher ist das Vordringen des Imprägnierungsmittels 64 in der Kernachsenrichtung verbessert. Es kann ein Stator 20 hergestellt werden, in dem der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnete Spulendraht 41 zuverlässiger fixiert ist.
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Außerdem wird in dem Imprägnierungsmittel-Auftragungsverfahren das Imprägnierungsmittel 64 auf den Vorsprungsabschnitt 44 des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 aufgetragen, der in der Kerndurchmesserrichtung am weitesten nach innen vorsteht. Daher kann das Imprägnierungsmittel 64 in der Kernachsenrichtung zuverlässig über einem breiten Bereich des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 aufgetragen werden.
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Im Winkelausbildungsverfahren werden die Ringelemente 6la und 61b jeweils in beide Spulenendabschnitte 40a und 40b der Statorspule 40 eingeführt. Der erste Winkelabschnitt 42 und der zweite Winkelabschnitt 43 werden somit als Ergebnis davon gebildet, dass die Durchmesser der Spulenendabschnitte 40a und 40b vergrößert werden. Daher können der erste Winkelabschnitt 42 und der zweite Winkelabschnitt 43 so ausgebildet werden, dass der in der axialen Richtung AX mittlere Abschnitt des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41 in Kerndurchmesserrichtung nach innen vorsteht.
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[Zweite Ausführungsform]
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Nun werden ein Statur für eine drehende elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen des Stators gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 10A und 10B beschrieben.
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10A und 10B sind Skizzen, die das Verfahren zum Herstellen des Stators gemäß der zweiten Ausführungsform schematisch darstellen. 10A ist eine Querschnittsansicht des Stators entlang der axialen Richtung AX. 10B ist eine vergrößerte Teil-Querschnittsansicht von Hauptabschnitten in 10A. Der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnete Spulendraht 41 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform weist den ersten Winkelabschnitt 42 und den zweiten Winkelabschnitt 43 auf. Der in der Kernachsenrichtung mittlere Abschnitt steht in Kerndurchmesserrichtung am weitesten nach innen vor. Der Statur 20 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von demjenigen gemäß der ersten Ausführungsform nur darin, dass ein bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneter Spulendraht 41A nur einen ersten Winkelabschnitt 42A aufweist, der von einer Endseite (der linken Seite in 10A) in nach außen verlaufender Kernachsenrichtung zur anderen Endseite (der rechten Seite in 10A) in Kerndurchmesserrichtung abgewinkelt ist, und der eine Endabschnitt in der nach innen verlaufenden Kernachsenrichtung in der Kerndurchmesserrichtung am weitesten vorsteht. Daher haben Komponenten, die sich auch in der ersten Ausführungsform finden, die gleichen Bezugszahlen, und auf ihre ausführliche Beschreibung wird verzichtet. Die Unterschiede sind nachstehend beschrieben.
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Wie in 10A dargestellt, wird der erste Winkelabschnitt 42A gemäß der zweiten Ausführungsform dadurch ausgebildet, dass das Ringelement 61a in die Innenumfangsseite eines Spulenendabschnitts 40a von den beiden Spulenendabschnitten 40a und 40b des Statorkerns 40 eingeführt wird und dass der Durchmesser des Spulenendabschnitts 40a vergrößert wird. Infolgedessen wird der erste Winkelabschnitt 42A, der von der einen Endseite in der Kernachsenrichtung (der linken Seite in 10A) zur anderen Endseite (der rechten Seite in 10A) in nach außen verlaufender Kerndurchmesserrichtung abgewinkelt ist, über der gesamten Länge des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41A ausgebildet. Gemäß der zweiten Ausführungsform bildet ein Endabschnitt in der nach innen verlaufenden Kernachsenrichtung des bezogen auf den Durchmesser angeordneten Spulendrahts 41A einen vorstehenden Abschnitt 44A, der in Kerndurchmesserrichtung am weitesten nach innen vorsteht.
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Wenn der erste Winkelabschnitt 42A des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41A von dem Ringelement 61a gebildet wird, werden außerdem Winkelabschnitte, die dem ersten Winkelabschnitt 42A des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41A ähnlich sind, in den von der Innendurchmesserseite aus gesehen zweiten bis vierten Spulendrähten in den Nuten 31 ausgebildet. Jedoch nimmt der Winkel des Winkelabschnitts in den von der Innendurchmesserseite aus gesehen zweiten bis vierten Spulendrähten umso mehr ab, je weiter der Spulendraht von der Innendurchmesserseite weg ist.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform wird, wie in 10A dargestellt, der Statorkern 30, in dem der erste Winkelabschnitt 42A von dem Ringelement 61a ausgebildet wurde, vom Halteabschnitt 62 der drehenden Vorrichtung so gehalten, dass die axiale Linie L des Statorkerns 30 in der horizontalen Richtung liegt. Während die drehende Vorrichtung den Statorkern 30 um die axiale Linie L dreht, lässt man dann das Imprägnierungsmittel 64 vom Imprägnierungsmittelauslass der Düse 63, die auf der Innenumfangsseite des Statorkerns 30 angeordnet ist, auf den in der axialen Richtung AX gesehen einen Endabschnitt (den Vorsprungsabschnitt 44A des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41A) des Statorkerns 30 ablaufen.
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Wie in 10B dargestellt, gelangt das ablaufende Imprägnierungsmittel 64 von der Innenumfangsfläche des Statorkerns 30 aus in die Nut 31 und erreicht den Vorsprungsabschnitt 44A des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41A, der innerhalb der Nut 31 am weitesten auf der Innendurchmesserseite liegt. Das Imprägnierungsmittel 64, das den Vorsprungsabschnitt 44A erreicht hat, fließt vom einen Endabschnitt in der Kernachsenrichtung durch den ersten Winkelabschnitt 42A zur anderen Endseite. Das Imprägnierungsmittel 64 wird dadurch in der Kernachsenrichtung über einen breiten Bereich des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41A aufgebracht. Dabei dringt das Imprägnierungsmittel 64, das auf den bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41A aufgetragen wird, infolge der Wirkung der Zentrifugalkraft, die mit der Drehung des Statorkerns 30 einhergeht, in der radialen Richtung auswärts zur Rückseite der Nut 30 vor. Als Folge davon überzieht das Imprägnierungsmittel 64 in der Kernachsenrichtung nahezu den gesamten Bereich innerhalb der Nut 31.
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Als Folge einer Aushärtung des Imprägnierungsmittels 64, das die Nuten 31 überzieht, wird dann die Statorspule 40 (die in Nuten anzuordnenden Abschnitte 46) innerhalb der Nuten 31 am Statorkern 30 fixiert, wodurch Vibrationsbeständigkeit sichergestellt wird. Auch gemäß der zweiten Ausführungsform fließt das Imprägnierungsmittel 64 als Folge davon, dass der erste Winkelabschnitt 42A in dem bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41A vorgesehen ist, von dem einen Endabschnitt zu dem anderen Endabschnitt des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41A. Daher wird der bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordnete Spulendraht 41A fest und zuverlässig fixiert.
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Im Stator 20 der drehenden elektrischen Maschine 1 gemäß der zweiten Ausführungsform, der aufgebaut ist wie oben beschrieben, ist der erste Winkelabschnitt 42A, der sich fortlaufend von einem Endabschnitt in der Kernachsenrichtung zum anderen Endabschnitt erstreckt, in dem bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41A innerhalb der Nuten 31 vorgesehen. Wenn das Imprägnierungsmittel 64 von der Innenumfangsseite des Statorkerns 30 her aufgetragen wird, kann daher das Imprägnierungsmittel 64 in der Kernachsenrichtung über einem breiten Bereich des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41A auf ähnliche Weise aufgetragen werden wie bei der ersten Ausführungsform. Da das Vordringen des Imprägnierungsmittels 64 in der Kernachsenrichtung verbessert werden kann, kann somit die Fixierung des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41A durch das Imprägnierungsmaterial 64 zuverlässiger durchgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es können verschiedene Modifikationen durchgeführt werden, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise werden gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen die Ringelemente 61a und 6lb in die Innenumfangsseiten der Spulenendabschnitte 40a und 40b des Statorkerns 40 eingeführt, und der erste Winkelabschnitt 42 und der zweite Winkelabschnitt 43 werden im bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41A ausgebildet, und der erste Winkelabschnitt 42A wird im bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41A ausgebildet, bevor der Statorkern 30, um den die Statorspule 40 gewickelt ist, im Halteabschnitt 62 der drehenden Vorrichtung gehaltert wird. Jedoch können die Ringelemente 61a und 61b in die Innenumfangsseiten der Spulenendabschnitte 40a und 40b der Statorspule 40 eingeführt werden, und der erste Winkelabschnitt 42 und der dritte Winkelabschnitt 43 können in dem bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41A ausgebildet werden, und der erste Winkelabschnitt 42A kann in dem bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41A ausgebildet werden, nachdem der Statorkern 30, um den die Statorspule 40 gewickelt ist, im Halteabschnitt 62 der drehenden Vorrichtung gehaltert wurde und bevor das Imprägnierungsmittel 64 aufgetragen wird.
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Wenn das Imprägnierungsmittel 64 aufgetragen wird, wird gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen das Imprägnierungsmittel 64 auf die Vorsprungsabschnitte 44 und 44A des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrahts 41A aufgetragen, die in der nach innen verlaufenden Kernachsenrichtung am weitesten vorstehen. Jedoch kann man das Imprägnierungsmittel 64 auch auftragen, während man den Imprägnierungsmittelauslass der Düse 63, die in der Kernachsenrichtung auf der Innenumfangsseite des Statorkerns 30 angeordnet ist, vibrieren lässt. Infolgedessen kann das Vordringen des Imprägnierungsmittels 64 in der Kernachsenrichtung verbessert werden, und das Imprägnierungsmittel 64 kann zuverlässiger vollständig über die bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendrähte 41 und 41A aufgetragen werden. Außerdem kann eine lokale Abscheidung des Imprägnierungsmittels 64 in der Kernachsenrichtung unterdrückt werden. Diese Wirkungen sind besonders dann von Vorteil, wenn der erste Winkelabschnitt 42 und der zweite Winkelabschnitt 43, die in dem des bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41 vorgesehen sind, und der erste Winkelabschnitt 42A in dem bezogen auf den Durchmesser am weitesten innen angeordneten Spulendraht 41A nicht auf einen ausreichend großen Winkel eingestellt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2008-189733 A [0003]
- JP 2006-262541 A [0003, 0005]
- JP 2008-109733 A [0004]
