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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Elektromotor und insbesondere eine Isolierungsanordnung für eine Statoranordnung des Elektromotors.
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HINTERGRUND
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Elektromotoren enthalten Statoranordnungen, welche Drähte für den Motor aufweisen. Der Statorstapel für die Statoranordnung enthält voneinander beabstandete Zähne, die sich vom Statorstapel aus radial erstrecken und Statornuten definieren. Die Drähte sind in die Statornuten hineingefädelt und individuell in ihre erforderlichen Positionen gebogen. Im Allgemeinen wird ein Metallwerkzeug verwendet, um das Beibehalten der Sollposition der Drähte während der Montage- und Biegeoperation zu unterstützen. Das Metallwerkzeug weist im Allgemeinen eine Anzahl von Metallfingern auf, die sich radial zwischen den einzelnen Drähten erstrecken, die in den Statorstapel eingefädelt werden. Nachdem die Anordnung vollständig ist, werden die Metallfinger entfernt. Die Drähte müssen vom Statorstapel elektrisch isoliert werden, um Kurzschlüsse von Phase zu Masse zu verhindern, und voneinander isoliert werden, um zu verhindern, dass Kurzschlüsse von Phase zu Phase auftreten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird eine Isolierungsanordnung bereitgestellt, die einen allgemein kranzförmig geformten Hauptkörper und mindestens zwei voneinander beabstandete Finger, die sich vom Hauptkörper aus radial nach innen erstrecken, umfasst. Die voneinander beabstandeten Finger definieren einen Spalt zwischen den Fingern. Eine Nutauskleidung kann in den Spalt eingeführt sein. Die Nutauskleidung kann als ein einziges extrudiertes Teil ausgebildet sein, das mehrere Hohlräume definiert. Mehrere Drähte, die sich von der Statoranordnung aus erstrecken können, können axial in einen jeweiligen der mehreren Hohlräume eingeführt sein. Die Isolierungsanordnung isoliert die Drähte im Elektromotor elektrisch vom Statorstapel und von anderen Drähten. Die Isolierungsanordnung funktioniert außerdem wie eine Montagevorrichtung, sodass ein separates Metallwerkzeug nicht länger benötigt wird, um das Beibehalten der Position der Drähte zu unterstützen.
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Der Hauptkörper kann mehrere umlaufend verteilte Segmente enthalten. Jedes der mehreren Segmente kann mit einem anderen der mehreren Segmente wirksam verbunden sein, um den kontinuierlichen Hauptkörper zu bilden. Mehrere Befestigungsmerkmale können um den Hauptkörper herum beabstandet sein. Der Hauptkörper kann aus einem formbaren Kunststoffmaterial bestehen. Die Nutauskleidung kann eine Endwand, die einen ersten sich nach innen verjüngenden Abschnitt definiert, enthalten. Die Nutauskleidung kann eine Seitenwand, die einen zweiten sich nach innen verjüngenden Abschnitt definiert, enthalten. Der erste und zweite sich nach innen verjüngende Abschnitt können ausgestaltet sein, um die Nutauskleidung im Spalt festzuhalten.
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Jeder der voneinander beabstandeten Finger kann mindestens eine Seite aufweisen, die eine Auskehlung definiert. Die Auskehlung kann ausgelegt sein, um jeweilige der mehreren Nutauskleidungen auszurichten. Jeder der voneinander beabstandeten Finger weist mindestens eine Seite auf, die eine abgeschrägte Oberfläche definiert. Die abgeschrägte Oberfläche kann ausgelegt sein, um das Einführen der Nutauskleidung in den Spalt zu führen. Jeder der voneinander beabstandeten Finger weist mindestens eine Seite auf, die eine gebogene Oberfläche definiert. Die gebogene Oberfläche kann ausgelegt sein, um das Einführen jedes der mehreren Drähte in den jeweiligen der mehreren Hohlräume zu leiten. Es wird auch ein Verfahren zum Montieren einer Statoranordnung bereitgestellt.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Isolierungsanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine vergrößerte schematische perspektivische Teilansicht eines Abschnitts der Isolierungsanordnung von 1;
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3 ist eine schematische perspektivische Teilansicht der Isolierungsanordnung von 1 an einer Biegeseite einer Statoranordnung;
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4 ist eine schematische Teildraufsicht auf einen Abschnitt der Isolierungsanordnung von 1;
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5 ist eine schematische perspektivische Teilansicht einer Nutauskleidung zur Verwendung in der Isolierungsanordnung von 1; und
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6 ist eine schematische perspektivische Teilansicht einer alternativen Ausführungsform einer Nutauskleidung zur Verwendung in der Isolierungsanordnung von 1.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche oder ähnliche Komponenten bezeichnen, ist 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Isolierungsanordnung 10. Die Isolierungsanordnung 10 umfasst einen allgemein kranzförmig geformten Hauptkörper 12, der eine Mittelöffnung 14 umgibt. 2 ist eine vergrößerte schematische perspektivische Teilansicht eines Abschnitts 16 der Isolierungsanordnung 10 mit Blick vom Mittelpunkt der Öffnung 14 nach außen. Die Isolierungsanordnung 10 enthält mindestens zwei voneinander beabstandete Finger 20, die sich vom Hauptkörper 12 weg erstrecken und radial nach innen zu der Mittelöffnung 14 hin vorstehen. Die voneinander beabstandeten Finger 20 definieren einen Spalt 22 zwischen den Fingern 20. Eine Nutauskleidung 24 kann in jeden Spalt 22 eingeführt sein oder so ausgelegt sein, dass sie dort hineinpasst. Die Nutauskleidung 24 steht mit den Fingern 20 in Eingriff, um ein komplettes Isolierungssystem für die Statoranordnung 26 bereitzustellen.
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Mit Bezug auf 3 kann die Isolierungsanordnung 10 in einer Statoranordnung 26 für einen Elektromotor 27 verwendet werden. 3 ist eine schematische perspektivische Teilansicht der Isolierungsanordnung 10 von einer Biegeseite 28 der Statoranordnung 26 aus. Die Isolierungsanordnung 10 kann an der Biegeseite 28 oder einer Kronenseite (nicht gezeigt) der Statoranordnung 26 oder an beide angebracht sein. Die Statoranordnung 26 enthält einen Statorstapel 30. Der Statorstapel 30 für die Statoranordnung 26 definiert mehrere Statornuten 32 (in 3 gezeigt), die sich vollständig durch den Statorstapel 30 hindurch erstrecken. Jeder Spalt 22 in der Isolierungsanordnung 10 entspricht einer der Statornuten 32 im Statorstapel 30.
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Die Nutauskleidung 24 kann eine multi-lumen bzw. mehradrige Nutauskleidung 24 sein, die mehrere Hohlräume 36 definiert, wie in 2 gezeigt ist. Mehrere Drähte 34 (in 2–3 gezeigt) sind durch jeweilige der mehreren Hohlräume 36 hindurch gefädelt. Die Drähte 34 erstrecken sich sowohl von der Biegeseite 28 als auch der Kronenseite (nicht gezeigt) des Statorstapels 30 weg. Die Isolierungsanordnung 10 isoliert die Drähte 34 elektrisch voneinander und von den Enden des Statorstapels 30. Die Anzahl und die Form der Hohlräume 36 sind durch die Anzahl und die Form der Drähte 34 bestimmt, welche in jeder Statornut 32 montiert sind. Bei der gezeigten Ausführungsform gibt es vier Drähte 34 pro Statornut 32. Die Drähte 34 können aus einer Ader mit einer quadratischen Querschnittsform gebildet sein. Die Anzahl und die Form der Drähte 34 und somit der Hohlräume 36 kann gemäß der Konstruktion und dem Zweck des Elektromotors 27 variieren. Der Fachmann ist in der Lage, die geeignete Anzahl und Form der Drähte 34 und Hohlräume 36 für eine spezielle Konfiguration zu bestimmen.
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Die Nutauskleidung 24 kann durch Extrusion aus einem dielektrischen Material als eine einstückige Nutauskleidung 24 ausgebildet sein. Das Bereitstellen einer extrudierten Nutauskleidung 24 verringert die Anzahl von Graten und Falten im Material der Nutauskleidung 24, was diese weniger anfällig für ein Zerreißen beim Einführen oder aufgrund der Relativbewegung zwischen der Nutauskleidung 24 und dem Statorstapel 30 macht. Alternativ kann die Nutauskleidung 24 gebildet werden, indem einzeln extrudierte Röhren (die jeweils einen einzelnen Hohlraum definieren) miteinander verbunden werden, um eine Anordnung mit einer einstückigen Nutauskleidung 24 mit mehreren Hohlräumen zu bilden.
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Ein Montageverfahren für den Statorstapel 30 umfasst, dass der Hauptkörper 12 und die voneinander beabstandeten Finger 20 (die sich vom Hauptkörper 12 weg erstrecken) an dem Statorstapel 30 angebracht werden. Die Nutauskleidung 24 kann in den Spalt 22 zwischen benachbarten Fingern 20 eingeführt werden. Die Drähte 34 können in die individuellen Hohlräume 36, die durch die Nutauskleidung 24 definiert sind, eingeführt werden. Die Nutauskleidung 24 kann auf die für einen speziellen Elektromotor 27 benötigte Länge vorab zugeschnitten werden. Alternativ kann die Nutauskleidung 24 als eine kontinuierliche Rolle bereitgestellt werden und zum Zeitpunkt der Montage im Statorstapel 30 zurechtgeschnitten werden. Somit kann die Länge der Nutauskleidung 24 so gewählt werden, wie es von der Anwendung benötigt wird. Da die Isolierungsanordnung 10 vor der Einführung der Drähte 34 am Statorstapel 30 montiert werden kann, kann die Isolierungsanordnung 10 wie eine Montagevorrichtung wirken, um die Montage der Statoranordnung 26 zu unterstützen.
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Die Finger 20 können eine erste Oberfläche 37 und eine zweite Oberfläche 38 enthalten, wie in 2 gezeigt ist. Die erste Oberfläche 37 und die zweite Oberfläche 38 sind durch eine erste Seite 40 und eine zweite Seite 41 miteinander verbunden. Die erste Seite 40 und die zweite Seite 41 definieren jeweils eine gebogene Oberfläche 42. Die gebogene Oberfläche 42 (in 2 gezeigt) kann einer Kurve 44 (in 3 gezeigt) der Drähte 34 entsprechen. Mit anderen Worten kann der Radius der gebogenen Oberfläche 42 (in 2 gezeigt) dem Sollradius einer Kurve 44 (in 3 gezeigt) an den Drähten 34 entsprechen, sobald die Biegeoperation abgeschlossen ist. Die gebogene Oberfläche 42 unterstützt das Ausrichten der Drähte 34 während der Montage und verhindert eine Bewegung, d. h. ein Ziehen, der Drähte 34 während der Biegeoperation. Die erste Seite 40 und die zweite Seite 41 der Finger 20 definieren auch jeweils eine abgeschrägte Oberfläche 46. Die abgeschrägte Oberfläche 46 unterstützt das Führen der Platzierung der Nutauskleidung 24 in den Spalt 22 zwischen benachbarten Fingern 20. Durch eine abgeschrägte Oberfläche 46 anstatt einer scharfen Kante kann eine Beschädigung der Nutauskleidung 24 während der Montage minimiert werden.
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Die erste Seite 40 und die zweite Seite 41 der Finger 20 definieren jeweils eine Auskehlung 48. Die Auskehlung 48 ist an der gleichen axialen Position am Statorstapel 30 angeordnet wie die Nutauskleidung 24. Somit richtet die Auskehlung 48 die Nutauskleidung 24 in der axialen Sollposition relativ zum Statorstapel 30 aus. Die Auskehlung 48 schützt außerdem die Nutauskleidung 24 während der Montage der Statoranordnung 26 und verringert die Belastung, die von den Drähten 34 auf die Enden der Nutauskleidung 24 aufgebracht wird. Die Querschnittsform der Finger 20 kann in Abhängigkeit von der Anwendung und der spezifischen verwendeten Statoranordnung 26 von einer Anwendung zur nächsten variieren. Es kann eine beliebige Form gemäß der spezifischen Statoranordnung verwendet werden. Die Finger 20 definieren auch eine Innenwand 52.
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Die vorstehend beschriebene Ausführungsform ist für eine Statoranordnung 26 mit axial eingeführten Drähten 34. Die Isolierungsanordnung 10 kann jedoch außerdem auch mit radial eingeführten Drähten 34 verwendet werden. Weil die Isolierungsanordnung 10 ein elektrischer Isolator ist, kann die Isolierungsanordnung 10 in der Statoranordnung 26 verbleiben, sobald die Montage abgeschlossen ist, und den Betrieb der Statoranordnung 26 nicht beeinträchtigen. Eine zweite Isolierungsanordnung (nicht gezeigt) kann am Statorstapel 30 vor dem Einführen der mehreren Drähte 34 von der Kronenseite (nicht gezeigt) der Statoranordnung 30 aus montiert werden. Die zweite Isolierungsanordnung kann eine Form gemeinsam mit der Isolierungsanordnung aufweisen, die an der Biegeseite 28 des Statorstapels 30 angeordnet ist.
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Der allgemein kranzförmig geformte Hauptkörper 12 kann als ein Stück ausgebildet sein, wie in 1 gezeigt ist. Optional kann der Hauptkörper 12 aus einer Anzahl von Segmenten 50 (in 2 und 4 gezeigt) ausgebildet sein, die umlaufend verteilt sind. 4 ist eine teilweise schematische Draufsicht auf einen Abschnitt 54 der Isolierungsanordnung 10. 4 zeigt ein erstes Segment 56 und ein zweites Segment 58. Das erste Segment 56 ist mit dem zweiten Segment 58 durch einen ersten Abschnitt 60, der so geformt ist, dass er in einen entsprechenden zweiten Abschnitt 62 passt, wirksam verbunden. Jedes Segment 50 ist mit zwei anderen Segmenten wirksam verbunden, um einen geschlossenen kontinuierlichen Ring auszubilden, wie in 1 gezeigt ist. Eine beliebige Konfiguration oder Form kann verwendet werden, um die Segmente 50 aneinander zu verriegeln oder festzuhalten.
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Optional können die Segmente 50 unter Verwendung eines Klebstoffs oder eines beliebigen geeigneten Materials befestigt werden. Die Segmente 50 können miteinander verbunden werden, um einen kontinuierlich kranzförmig geformten Hauptkörper 12 auszubilden, bevor er auf dem Statorstapel 30 positioniert oder befestigt wird. Alternativ können die Segmente 50 einzeln und sequentiell am Statorstapel 30 platziert werden und dann zu einem kontinuierlichen kranzförmig geformten Hauptkörper 12 montiert werden.
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Optional können Befestigungsmerkmale 64 (in 1 gezeigt) an verschiedenen Stellen des Hauptkörpers 12 angeordnet sein. Die Befestigungsmerkmale 64 können verwendet werden, um die Isolierungsanordnung 10 am Statorstapel 30 zu befestigen. Die Befestigungsmerkmale 64 können eine Zunge 66 (in 1 und 3 gezeigt) umfassen, die vom Hauptkörper 12 radial nach außen vorsteht. Ein Stift 68 (in 1 gezeigt) kann sich von der Zunge 66 weg erstrecken und so geformt sein, dass er in ein entsprechendes Loch (nicht gezeigt) passt, das im Statorstapel 30 ausgebildet ist.
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Der Hauptkörper 12, die Finger 20 und die Nutauskleidung 24 können aus einem elektrisch isolierenden Material, etwa Kunststoff, bestehen. Der Hauptkörper 12 kann durch Spritzformen hergestellt sein. Optional kann der Hauptkörper 12 aus einem leitfähigen Material hergestellt sein und mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sein.
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5 ist eine schematische perspektivische Teilansicht eine Nutauskleidung 24. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann die Nutauskleidung 24 eine multi-lumen Nutauskleidung 24 sein, die mehrere Hohlräume 36 definiert. Die Nutauskleidung 24 weist ein Paar einander gegenüberliegender Seitenwände 70, ein Paar einander gegenüberliegender Endwände 72 und mindestens eine Trennwand 74 auf. Die einander gegenüberliegenden Seitenwände 70 weisen eine erste Wandstärke 76 auf, die einander gegenüberliegenden Endwände 72 weisen eine zweite Wandstärke 78 auf und die Trennwände 74 weisen eine dritte Wandstärke 80 auf. Die Nutauskleidung 24 kann als ein Stück extrudiert sein, sodass die Trennwände 24 keine doppelte Wandstärke aufweisen, was manchmal auftritt, wenn Materialbögen gebogen werden, um die gewünschte Form auszubilden. Um den von der Nutauskleidung 24 und den Drähten 34 benötigten Einbauraum zu verringern, kann die Nutauskleidung 24 mit Seitenwänden 70, Endwänden 72 und Trennwänden 74 ausgebildet sein, welche die kleinstmögliche Wandstärke zur Beibehaltung der elektrischen Isolierung aufweisen.
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Bei der gezeigten Ausführungsform sind die erste, zweite und dritte Wandstärke 76, 78, 80 gleich, sodass die Seitenwände 70, die Endwände 72 und die Trennwände 74 eine gleiche Wandstärke aufweisen. Alternativ können die erste Wandstärke 76, die zweite Wandstärke 78 und/oder die dritte Wandstärke 80 verschiedene Wandstärken sein, um unterschiedliche Beträge an elektrischer Isolierung bereitzustellen. Beispielsweise können Endwände 72 weniger elektrische Isolierung benötigen als die Trennwände 74, und daher kann die zweite Wandstärke 78 kleiner als die dritte Wandstärke 80 sein. Der Fachmann ist in der Lage, die benötigte Wandstärke für jede der Seitenwände 70, der Endwände 72 oder der Trennwände 74 zu bestimmen.
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Zudem umhüllen die Seitenwände 70, die Endwände 72 und die Trennwände 74 die Hohlräume 36 um einen Abschnitt der Länge des Drahts 34 herum. Die Enden des Drahts 34, die sich vom Statorstapel 30 axial weg erstrecken, bleiben freigelegt, was zum Betrieb des Elektromotors 27 notwendig ist.
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Die Nutauskleidung 24 weist eine Länge 82, ein erstes Ende 84 und ein zweites Ende 86 auf. Das erste Ende 84 der Nutauskleidung 24 ist anpassbar oder ausgelegt, um in den Spalt 22 zu passen, der zwischen benachbarten Fingern 20 existiert. Die Nutauskleidung 24 kann an die erste und zweite Seite 40, 41 der Finger 20 mit einem Klebstoff oder einem beliebigen anderen geeigneten Material befestigt oder damit verschmolzen werden. Ein beliebiges geeignetes Verfahren zum Befestigen oder Verschmelzen kann verwendet werden. Ein derartiges Verfahren umfasst, dass Ultraschallvibrationen lokal aufgebracht werden, während die Teile unter Druck zusammengehalten werden, um eine Ultraschallverbindung zu erzeugen. Optional kann die Nutauskleidung 24 einstückig mit dem Hauptkörper 12 ausgebildet sein.
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6 stellt eine alternative Ausführungsform für eine Nutauskleidung 100 dar. Die Nutauskleidung 100 enthält mehrere Hohlräume 102, die durch ein Paar einander gegenüberliegender Seitenwände 104, ein Paar einander gegenüberliegender Endwände 106 und mindestens eine Trennwand 108 vollständig umschlossen sind. Bei der gezeigten Ausführungsform gibt es vier Hohlräume 102, jedoch kann eine beliebige Anzahl von Hohlräumen ausgebildet sein, um eine entsprechende Anzahl von Drähten zu halten. Die einander gegenüberliegenden Seitenwände 104 weisen eine erste Wandstärke 110 auf, die einander gegenüberliegenden Endwände 106 weisen eine zweite Wandstärke 112 auf und die Trennwände 108 weisen eine dritte Wandstärke 114 auf. Die Nutauskleidung 100 weist eine Länge 116, ein erstes Ende 118 und ein zweites Ende 120 auf. Die Nutauskleidung 100 wird in den Spalt 22 zwischen benachbarten Fingern 20 der Isolierungsanordnung 10 eingeführt.
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Mit Bezug auf 6 kann die Nutauskleidung 100 einen ersten sich verjüngenden Abschnitt 122 an einer oder beiden Endwänden 106 definieren. Die Nutauskleidung 100 kann einen zweiten sich verjüngenden Abschnitt 124 an einer oder beiden einander gegenüberliegenden Seitenwänden 104 definieren. Der erste und zweite sich verjüngende Abschnitt 122, 124 können sich nach innen verjüngen und am ersten Ende 118 der Nutauskleidung 100 ausgebildet sein. Die Nutauskleidung 100 kann eine Länge 116 aufweisen, die größer als die Länge des Statorstapels 30 ist, um den ersten und zweiten sich verjüngenden Abschnitt 122, 124 zu berücksichtigen.
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Wenn die Nutauskleidung 100 in den Spalt 22 zwischen benachbarten Fingern 20 eingebracht wird, kann der erste sich verjüngende Abschnitt 122 ausgelegt sein, um mit der Innenwand 52 der Finger 20 (in 2 gezeigt) in Kontakt zu treten oder darüber stehen zu bleiben. Wenn die Nutauskleidung 100 in den Spalt 22 zwischen benachbarten Fingern 20 eingebracht wird, kann der zweite sich verjüngende Abschnitt 124 ausgelegt sein, um mit der gebogenen Oberfläche 42 der Finger 20 in Kontakt zu treten oder darüber stehen zu bleiben. Der erste und zweite sich verjüngende Abschnitt 122, 124 können verhindern, dass die Nutauskleidung 100 durch die Finger 20 hindurch und in den Statorstapel 30 hineinfällt. Mit anderen Worten können der erste und zweite sich verjüngende Abschnitt 122, 124 zum Halten der Position der Nutauskleidung 100 im Spalt 22 ohne die Verwendung von Klebstoffen, Verschmelzung oder anderen Materialien beitragen.
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Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.
