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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe und insbesondere einen Elektromotor für eine Kraftstoffpumpe.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine typische Kraftstoffpumpe hat ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse aufgenommenen Motor und ein durch den Motor angetriebenes Flügelrad. Das Flügelrad wird gedreht, um Kraftstoff durch das Gehäuse und den Motor zu treiben. Der Motor hat einen Läufer mit einer Welle, einem an der Welle befestigten Läuferkern, einem an der Welle montierten Kommutator und einer Mehrzahl von Läuferkernwicklungen. Für einen besseren Gewichtsausgleich des Läufers ist an einer radial ganz außen liegenden Fläche des Läufers eine Nut gebildet, die durch Fräsen hergestellt ist. Aufgrund der Besonderheiten der Frästechniken kann die Nut einerseits nur an der ganz außen liegenden Fläche des Läuferkerns hergestellt werden. Andererseits variieren eine radiale Tiefe sowie eine umfangsseitige Breite der Nut entlang einer axialen Richtung des Läuferkerns, wodurch eine unerwünschte Wirbelströmung entsteht, wenn der Kraftstoff durch den Motor fließt.
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Aus diesem Grund wird ein verbesserter Motor benötigt, der die vorstehend beschriebenen Nachteile beseitigen kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor mit einem Ständer und einem Läufer angegeben, wobei der Läufer umfasst: eine Welle, an deren einem Ende eine Befestigungskonstruktion für den Anschluss an eine Last gebildet ist; einen an der Welle montierten Läuferkern, der durch das Aufeinanderschichten einer Mehrzahl von Lamellen gebildet ist und eine Mehrzahl von vorspringenden Polen hat, die entlang seines Umfangs angeordnet sind; und einen an der Welle montierten Kommutator, wobei die Befestigungskonstruktion bewirkt, dass eine Schwerachse des Läufers von einer Drehachse des Läufers abweicht, wobei der Läuferkern eine erste Öffnung in einem ersten der Pole definiert, wobei der erste Pol näher als mindestens ein weiterer Pol an der Schwerachse des Läufers liegt, wobei sich die erste Öffnung von einem ersten axialen Ende des Läuferkerns zu einem axial mittleren Bereich des Läuferkerns erstreckt und gebildet wird, indem erste Ausschnitte, die vor dem Aufeinanderschichten der Lamellen in entsprechenden Lamellen gebildet wurden, ausgerichtet werden.
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Vorzugsweise sind die ersten Ausschnitte in einer Kante der Lamellen gebildet, und die erste Öffnung ist eine freie Öffnung, die in einer radial ganz außen liegenden Fläche des entsprechenden Pols eine erste Nut bildet, wobei die erste Nut eine konstante radiale Tiefe und eine konstante umfangsseitige Breite entlang der axialen Richtung des Läuferkerns hat.
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Vorzugsweise definiert der Läuferkern eine Mehrzahl von Wicklungsschlitzen zwischen den Polen, wobei jeder Wicklungsschlitz an seinem radial äußersten Ende eine Öffnung hat und die umfangsseitige Breite der ersten Nut nicht größer ist als eine umfangsseitige Breite der Öffnung des Wicklungsschlitzes.
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Gemäß einer Alternative haben die ersten Ausschnitte der Lamellen die Form einer geschlossenen Öffnung, und die erste Öffnung ist eine Sacklochöffnung, die sich in dem entsprechenden Pol erstreckt.
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Vorzugsweise umfasst jeder Pol des Läuferkerns einen rechteckigen Halsbereich und einen gewölbten Kopfbereich, der sich an ein radial äußeres Ende des Halsbereichs anschließt, wobei die erste Öffnung in dem Kopfbereich definiert ist.
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Vorzugsweise definiert der Läuferkern eine zweite Öffnung in einem zweiten der Pole, wobei der zweite Pol weiter als der erste Pol von der Schwerachse des Läufers entfernt ist, wobei sich die zweite Öffnung von einem zweiten axialen Ende des Läuferkerns zu einem axial mittleren Bereich des Läuferkerns erstreckt und gebildet wird, indem die zweite Ausschnitte, die vor dem Aufeinanderschichten der Lamellen in entsprechenden Lamellen gebildet wurden, ausgerichtet werden.
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Vorzugsweise ist eine Summe von axialen Längen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung kleiner als eine axiale Länge des Läuferkerns.
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Vorzugsweise sind die zweiten Ausschnitte in einer Kante der entsprechenden Lamellen gebildet, und die zweite Öffnung ist eine freie Öffnung, die eine zweite Nut in einer radial ganz außen liegenden Fläche des entsprechenden Pols bildet, wobei die zweite Nut eine konstante radiale Tiefe und eine konstante umfangsseitige Breite entlang der axialen Richtung des Läuferkerns hat.
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Vorzugsweise definiert der Läuferkern eine Mehrzahl von Wicklungsschlitzen zwischen den Polen, wobei jeder Schlitz an seinem radial äußersten Ende eine Öffnung hat und die umfangsseitige Breite der zweiten Nut nicht größer ist als eine umfangsseitige Breite der Öffnung des Wicklungsschlitzes.
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Gemäß einer Alternative haben die zweiten Ausschnitte der Lamellen die Form einer geschlossenen Öffnung, und die zweite Öffnung ist eine Sacklochöffnung, die sich in dem entsprechenden Pol erstreckt.
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Vorzugsweise umfasst jeder Pol des Läuferkerns einen rechteckigen Halsbereich und einen gewölbten Kopfbereich, der sich an ein radial äußeres Ende des Halsbereichs anschließt, wobei die zweite Öffnung in dem Kopfbereich definiert ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch eine Kraftstoffpumpe angegeben, umfassend: ein Gehäuse; eine in dem Gehäuse aufgenommene Pumpenkammer; ein in der Pumpenkammer aufgenommenes Flügelrad und einen Elektromotor mit einem Ständer und einem Läufer, wobei der Läufer umfasst: eine Welle, an deren einem Ende eine Befestigungskonstruktion für die Verbindung mit dem Flügelrad gebildet ist; einen an der Welle montierten Läuferkern, der durch das Aufeinanderschichten einer Mehrzahl von Lamellen gebildet ist und eine Mehrzahl von vorspringenden Polen hat, die entlang seines Umfangs angeordnet sind; und einen an der Welle montierten Kommutator, wobei die Befestigungskonstruktion bewirkt, dass eine Schwerachse des Läufers von einer Drehachse des Läufers abt, wobei der Läuferkern eine erste Öffnung in einem ersten der Pole definiert, wobei der erste Pol näher als mindestens ein weiterer Pol an der Schwerachse des Läufers liegt, wobei sich die erste Öffnung von einem ersten axialen Ende des Läuferkerns zu einem axial mittleren Bereich des Läuferkerns erstreckt und gebildet wird, indem erste Ausschnitte, die vor dem Aufeinanderschichten der Lamellen in entsprechenden Lamellen gebildet wurden, ausgerichtet werden.
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Vorzugsweise sind die ersten Ausschnitte in einer Kante der Lamellen gebildet, und die erste Öffnung ist eine freie Öffnung, die in einer radial ganz außen liegenden Fläche des entsprechenden Pols eine erste Nut bildet, wobei die erste Nut eine konstante radiale Tiefe und eine konstante umfangsseitige Breite entlang der axialen Richtung des Läuferkerns hat.
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Vorzugsweise definiert der Läuferkern eine Mehrzahl von Wicklungsschlitzen zwischen den Polen, wobei jeder Schlitz an seinem radial äußersten Ende eine Öffnung hat und die umfangsseitige Breite der ersten Nut nicht größer ist als eine umfangsseitige Breite der Öffnung des Wicklungsschlitzes.
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Gemäß einer Alternative haben die ersten Ausschnitte der Lamellen die Form einer geschlossenen Öffnung, und die erste Öffnung ist eine Sacklochöffnung, die sich in dem entsprechenden Pol erstreckt.
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Vorzugsweise umfasst jeder Pol des Läuferkerns einen rechteckigen Halsbereich und einen gewölbten Kopfbereich, der sich an ein radial äußeres Ende des Halsbereichs anschließt, wobei die erste Öffnung in dem Kopfbereich definiert ist.
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Vorzugsweise definiert der Läuferkern eine zweite Öffnung in einem zweiten der Pole, wobei der zweite Pol weiter als der erste Pol von der Schwerachse des Läufers entfernt ist, wobei sich die zweite Öffnung von einem zweiten axialen Ende des Läuferkerns zu einem axial mittleren Bereich des Läuferkerns erstreckt und die zweite Öffnung gebildet wird, indem zweite Ausschnitte, die vor dem Aufeinanderschichten der Lamellen in entsprechenden Lamellen gebildet wurden, ausgerichtet werden.
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Vorzugsweise ist eine Summe von axialen Längen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung kleiner als eine axiale Länge des Läuferkerns.
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Vorzugsweise sind die zweiten Ausschnitte in einer Kante der entsprechenden Lamellen gebildet, und die zweite Öffnung ist eine freie Öffnung, die eine zweite Nut in einer radial ganz außen liegenden Fläche des entsprechenden Pols bildet, wobei die zweite Nut eine konstante Tiefe und eine konstante umfangsseitige Breite entlang der axialen Richtung des Läuferkerns hat.
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Vorzugsweise definiert der Läuferkern eine Mehrzahl von Wicklungsschlitzen zwischen den Polen, wobei jeder Wicklungsschlitz an seinem radial äußersten Ende eine Öffnung hat und die umfangsseitige Breite der zweiten Nut nicht größer ist als eine umfangsseitige Breite der Öffnung des Wicklungsschlitzes.
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Gemäß einer Alternative haben die zweiten Ausschnitte der Lamellen die Form einer geschlossenen Öffnung, und die zweite Öffnung ist eine Sacklochöffnung, die sich in dem entsprechenden Pol erstreckt.
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Vorzugsweise umfasst jeder Pol des Läuferkerns einen rechteckigen Halsbereich und einen gewölbten Kopfbereich, der sich an ein radial äußeres Ende des Halsbereichs anschließt, wobei die erste Öffnung in dem Kopfbereich definiert ist.
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Vorzugsweise bildet das Gehäuse einen Teil des Ständers des Motors.
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Durch bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wird ein Elektromotor bereitgestellt, bei dem an einem Ende der Welle eine Befestigungskonstruktion für den Anschluss an eine Last gebildet ist, wobei die Befestigungskonstruktion den Schwerpunkt aus der Drehachse des Läufers verlagert, mit einer Konstruktion, die eine Verlagerung des Schwerpunkts durch die Befestigungskonstruktion zurück in Richtung auf die Drehachse ausgleicht, so dass die Notwendigkeit eines scharfen Schleifens des Läuferkerns nach der Montage zur Wiederherstellung eines einwandfreien Gleichgewichts des Läufers verringert wird. Die Befestigungskonstruktion kann ganz einfach eine einzelne ebene Fläche sein, die an einem Endebereich der Welle durch Schneiden, Prägen, Schmieden oder ein anderes Verfahren hergestellt wird und die durch das Entfernen von Material der Welle das dynamische Gleichgewicht des Läufers stört.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr anhand eines Beispiels beschrieben, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 zeigt eine Kraftstoffpumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Schnittansicht der Pumpe von 1;
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3 ist eine isometrische Darstellung eines Läufers des Motors von 2, wobei die Wicklungen des Läufers weggelassen wurden;
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4 ist eine Endansicht des Läufers von 3;
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5 ist eine Ansicht ähnlich wie in 3, jedoch von einer anderen Seite;
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6 zeigt einen Läufer gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7 ist eine Endansicht des Läufers von 6; und
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8 zeigt den Läufer von 6 von einer anderen Seite.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst eine Kraftstoffpumpe 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 11 mit einem ersten und einem zweiten Ende. Eine Pumpenkammer 14 verschließt das erste Ende des Gehäuses 11, und ein Flügelrad 15 ist in der Pumpenkammer angeordnet. Eine Endkappe 13 verschließt das zweite Ende des Gehäuses 11. Das Gehäuse 11 bildet einen Teil eines Ständers eines Motors, der die Pumpe antreibt, d. h. das Gehäuse der Kraftstoffpumpe bildet auch ein Gehäuse des Motors. Der Ständer hat ein Paar von Permanentmagneten 18, die an dem Gehäuse befestigt sind. Der Motor hat einen Läufer 20 mit einer Welle 21, mit der das Flügelrad 15 verbunden ist. Während des Betriebs wird das Flügelrad 15 gedreht, um Kraftstoff durch das Gehäuse 11 zu treiben.
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Die Konstruktion des Läufers wird mit Bezug auf die 3 bis einschließlich 5 beschrieben. Der Läufer 20 hat eine Welle 21, einen Kommutator 23 und einen an der Welle 21 befestigten Läuferkern 24 und eine Mehrzahl von (nicht dargestellten) Wicklungen an dem Läuferkern 24. Der Läuferkern 24 ist an einem zentralen Abschnitt der Welle 21 montiert. Der Kommutator 23 ist an ein erstes Ende der Welle 21 benachbart angeordnet. Das Flügelrad 15 ist an einem zweiten Ende der Welle 21 montiert. Ein Befestigungsbereich 22 zur Befestigung des Flügelrads 15 ist an dem zweiten Ende der Welle 21 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform hat der Befestigungsbereich 22 einen D-förmigen Querschnitt, der durch die Ausbildung eines flachen Bereichs auf einer Seite der Welle gebildet wird, wodurch die Schwerachse O2 des Läufers 20 von der Drehachse O1 des Läufers abweicht, was zu Vibrationen führen kann, wenn sich der Läufer dreht.
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Der Läuferkern 24 ist durch eine Anzahl von Lamellen 30 gebildet, die aufeinander geschichtet sind und die sorgfältig ausgerichtet sind. Jede der Lamellen 30 hat eine Anzahl von vorspringenden Zähnen 31, die in gleichen Abständen entlang ihres Umfangs angeordnet sind. Die axial ausgerichteten Zähne 31 der Lamellen 30 bilden zusammenwirkend einen Pol 27 des Läuferkerns 24. Jeder der Pole 27 hat einen rechteckigen Halsbereich 25 und einen gewölbten Kopfbereich 26, der sich an ein radial äußeres Ende des Halsbereichs 25 anschließt. Jeweils zwei benachbarte Pole 27 definieren zwischen sich einen Wicklungsschlitz 32, und der Wicklungsschlitz 32 hat an einem radial äußersten Ende eine Öffnung 33 zwischen den Kopfbereichen, durch die während der Wicklung des Motors ein Draht in den Schlitz 32 eingeführt werden kann.
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Eine erste Öffnung 28 ist in einem Pol 27 gebildet, der am nächsten zur Schwerachse O2 des Läufers 20 liegt. Gemäß einer Alternative kann die erste Nut 28 in einem von drei Polen 27 gebildet sein, der am nächsten zur Schwerachse O2 des Läufers 20 liegt. Die erste Öffnung 28 reduziert das Gewicht einer entsprechenden Hälfte des Läuferkerns 24, in der sich die Schwerachse O2 des Läufers 20 befindet, wodurch das Gleichgewicht des Läufers 20 verbessert wird. Die erste Öffnung 28 ist eine freie Öffnung, die eine sich axial erstreckende erste Nut in einer radial ganz außen liegenden Fläche des entsprechenden Pols 27 bildet. Die erste Öffnung 28 erstreckt sich von einem ersten axialen Ende des Läuferkerns 24, das an den Befestigungsbereich 22 angrenzt, zu einem zentralen Bereich des Läuferkerns 24, wodurch die erste Öffnung 28 eine axiale Länge hat, die kürzer als die des Läuferkerns 24 ist.
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Die erste Öffnung 28 wird durch das Ausrichten von Ausschnitten in entsprechenden Lamellen 30 gebildet. Im Speziellen haben die entsprechenden Lamellen 30 jeweils einen Ausschnitt, der vor dem Schichten eine freie Öffnung an einer radial ganz außen liegenden Fläche eines entsprechenden Zahns bildet, und die Öffnungen in den Lamellen 30 werden so ausgerichtet, dass sie nach der Montage eine erste Nut in dem Pol 27 bilden. Vorzugsweise sind die Ausschnitte in den Lamellen durch Stanzen hergestellt.
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Die radiale Tiefe der ersten Öffnung 28 ist entlang einer axialen Richtung des Läuferkerns 24 konstant, und die erste Öffnung 28 hat eine konstante umfangsseitige Breite entlang der axialen Richtung des Läuferkerns 24, so dass die Wirbelströmung vermieden oder reduziert wird, wenn der Kraftstoff durch den Motor fließt. Vorzugsweise ist die umfangsseitige Breite der ersten Öffnung 28 nicht größer als eine umfangsseitige Breite der Öffnung 33 des Wicklungsschlitzes 32.
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Eine zweite Öffnung 29 ist in einem Pol 27 gebildet, der von der Schwerachse O2 des Läufers 20 am weitesten entfernt ist. Alternativ kann die zweite Öffnung 29 in einem der drei Pole 27 gebildet sein, der am weitesten von der Schwerachse O2 des Läufers 20 entfernt ist. Die zweite Öffnung 29 hat ebenfalls die Form einer freien Öffnung, die an einer radial ganz außen liegenden Fläche des entsprechenden Pols 27 eine Nut bildet. Die zweite Öffnung 29 wird ebenfalls durch eine Ausrichtung der Ausschnitte in entsprechenden Lamellen 30 gebildet. Vorzugsweise sind die Ausschnitte in den Lamellen durch Stanzen hergestellt.
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Die zweite Öffnung 29 erstreckt sich von einem gegenüberliegenden zweiten axialen Ende des Läuferkerns 24, das von dem Befestigungsbereich 22 der Welle 21 entfernt ist, zu einem zentralen Bereich des Läuferkerns 24. Die zweite Öffnung 29 hat eine axiale Länge, d. h. eine in der axialen Richtung des Läuferkerns 24 gemessene Länge, die kürzer als die des Läuferkerns 24 ist. Vorzugsweise ist die Summe der axialen Längen ersten Öffnung 28 und der zweiten Öffnung 29 kleiner als die axiale Länge des Läuferkerns 24. Da die erste Öffnung 28 und die zweite Öffnung 29 im Wesentlichen in zwei einander diametral gegenüberliegenden Polen 27 gebildet sind, ist die Schwerachse des Läufers 20 so eingestellt, dass sie näher an der geometrischen Mitte des Läuferkerns 24 liegt, wodurch das Gleichgewicht des Läufers 20 um seine Drehachse verbessert wird.
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Die radiale Tiefe der zweiten Öffnung 29 ist entlang der axialen Richtung des Läufers 20 konstant, und die zweite Öffnung 29 hat eine konstante umfangsseitige Breite entlang der axialen Richtung des Läufers 20, so dass eine Wirbelströmung vermieden oder zumindest reduziert wird, wenn der Kraftstoff durch den Motor fließt. Vorzugsweise ist die umfangsseitige Breite der zweiten Öffnung 29 nicht größer als die umfangsseitige Breite der Öffnung 33 des Wicklungsschlitzes.
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Die 6 bis einschließlich 8 zeigen eine Alternative des Läufers 20, der sich von dem vorstehend beschriebenen Läufer der ersten Ausführungsform wie folgt unterscheidet. Die Nuten in der Außenfläche der Pole sind durch Sacklochöffnungen ersetzt, die in dem Körper der Pole gebildet sind. Die Öffnungen 41 und 42 sind Sacklochöffnungen, die in den Kopfbereichen 26 der jeweiligen Pole 27 gebildet sind. Die erste Öffnung 41 und die zweite Öffnung 42 sind jeweils von der radial ganz außen liegenden Fläche des jeweiligen Pols 27 beabstandet, so dass eine Wirbelströmung vermieden wird, während der Kraftstoff durch den Motor fließt. Insbesondere sind die erste Öffnung 41 und die zweite Öffnungen 42 jeweils durch ein Ausrichten von Ausschnitten in den entsprechenden Lamellen 30 gebildet. Die Ausschnitte haben die Form von geschlossenen Öffnungen, die von der Kante der Lamellen entfernt in dem Körper der Lamellen gebildet sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Ausschnitt kreisförmig. Der Fachmann wird erkennen, dass auch viele andere Formen Anwendung finden können. Vorzugsweise sind die Ausschnitte in den Lamellen durch Stanzen hergestellt.
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Die Öffnungen, ob diese nun Nuten 28, 29 oder Sacklochöffnungen 41, 42 sind, bedeuten eine Entfernung von Material von dem Läuferkern und kompensieren die Entfernung von Material von einer Seite eines Endbereichs der Welle zur Bildung der D-förmigen Verbindungs- oder Befestigungskonstruktion für das Flügelrad, wodurch das Gleichgewicht des Läufers verbessert wird.
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Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist. Während das Gehäuse der Kraftstoffpumpe auch ein Gehäuse für den Motor bildet, kann der Motor auch ein separater Motor sein, der in das Gehäuse eingepresst oder anderweitig an dem Gehäuse der Kraftstoffpumpe befestigt ist.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind. Es ist zu beachten, dass sich in der vorstehenden Beschreibung der Begriff ”axiale Länge” der ersten Nut oder der zweiten Nut auf eine Länge bezieht, die entlang einer zur Drehachse des Läufers parallelen Richtung gemessen wird. Der Begriff ”radiale Tiefe” der ersten Nut oder der zweiten Nut bezieht sich auf eine Tiefe, die entlang einer radialen Richtung des Läufers gemessen wird, und der Begriff ”umfangsseitige Breite” der ersten Nut oder der zweiten Nut bezieht sich auf eine Breite, die entlang einer Umfangsrichtung des Läufers gemessen wird.
