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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere eine Ständerkonstruktion eines Elektromotors.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Einphasen-Reihenmotor ist auch als Universalmotor bekannt, da er entweder mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom betrieben werden kann. Es handelt sich um einen Einphasenmotor mit einem Kommutator, dessen Läuferwicklungen über Brüsten mit den Ständerwicklungen in Reihe geschaltet sind. Aufgrund seiner Eigenschaften wie hohe Drehzahlen, kleine Größe, hohes Anzugsdrehmoment, komfortable Geschwindigkeitsregulierung und Reihenschlusserregung wird der Universalmotor häufig für den Antrieb von Kleinleistungsgeräten verwendet, die über eine hohe Drehgeschwindigkeit, eine kleine Größe und ein geringes Gewicht verfügen müssen, wie zum Beispiel medizinische Geräte, Elektrowerkzeuge, Haushaltsgeräte usw.
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Ein bekannter Universalmotor der typischen Art hat einen Standerkern mit zwei Zähnen (Ständerpolen), die sich gegenüberliegen, und zwei Jochen, die die beiden Zähne auf beiden Seiten verbinden. Wenn die Wicklungen unter Strom gesetzt werden, werden an den Ständerpolen zwei Magnetpole mit entgegengesetzter Polarität gebildet. Traditionell wird der Ständerkern gebildet, indem eine Vielzahl von Ständerlamellen aufeinandergeschichtet und paketiert wird, wobei jede Lamelle ein monolithisches Teil mit einer geschlossenen Konstruktion ist. Bei der Herstellung werden die Ständerlamellen aufeinandergeschichtet und paketiert, um zunächst den Ständerkern zu bilden. Dann werden die Ständerwicklungen um den Ständerkern gewickelt. Dabei ist es nicht zweckmäßig, Wicklungen an einer geschlossenen Konstruktion auszuführen, weshalb die Effizienz der Wicklung gering ist und die Anzahl der Windungen der Wicklung bisweilen begrenzt ist.
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Das Dokument
JP 131003 A beschreibt einen Motor, dessen Ständerkern gebildet wird, indem eine Vielzahl von geteilten Körpern zusammengesetzt wird. Bei der Herstellung werden zunächst die Ständerwicklungen an den geraden Bereichen der geteilten Körper ausgeführt. Danach werden die geteilten Körper mit den Ständerwicklungen zusammengesetzt. Bei dieser Patentanmeldung kann das eingangs genannte Problem gelöst werden. Jedoch lässt sich die Konzentrizität der Polbögen der Ständerpole nicht sicherstellen, da sich während des Zusammensetzens der geteilten Körper unerwünschte Lageabweichungen zwischen den Polbögen ergeben können.
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Aus diesem Grund ist ein Einphasen-Elektromotor mit einer verbesserten Ständerkonstruktion erwünscht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor angegeben, umfassend einen Ständer und einen in dem Ständer installierten Läufer, wobei der Ständer einen Ständerkern und mindestens zwei um den Ständerkern gewickelte Ständerwicklungen hat, wobei der Ständerkern durch das Aufeinanderschichten einer Mehrzahl von Ständerlamellen in einer axialen Richtung des Läufers gebildet wird und mindestens zwei dem Läufer gegenüberliegende Ständerpole und mindestens zwei Joche aufweist, die benachbarte Ständerpole verbinden, wobei jede Ständerlamelle durch mindestens zwei miteinander verbundene, separate Elemente gebildet wird, wobei die mindestens zwei Ständerpole lediglich an einem der mindestens zwei separaten Elemente angeordnet sind.
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Vorzugsweise hat der Ständer ferner zwei Endhalterungen, die in der axialen Richtung jeweils an beiden Seiten des Ständerkerns angeordnet sind, wobei jede Endhalterung nur an einem der mindestens zwei separaten Elemente befestigt ist.
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Vorzugsweise hat der Standerkern zwei Ständerpole, die sich gegenüberliegen, und zwei U-förmige Joche, die die Ständerpole auf beiden Seiten verbinden, wobei zwei Magnetpole mit entgegengesetzter Polarität an den Ständerpolen gebildet werden, wenn die Ständerwicklungen unter Strom gesetzt werden.
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Vorzugsweise ist die Ständerlamelle durch ein Streifenelement und ein U-förmiges Element mit zwei Schenkeln und einer die Schenkel verbindenden Basis gebildet, wobei die beiden Ständerpole an den beiden Schenkeln angeordnet sind.
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Vorzugsweise umfasst der Ständer ferner zwei Endhalterungen, die in der axialen Richtung jeweils an beiden Seiten des Ständerkerns angeordnet sind, wobei jede Endhalterung eine Brücke zwischen den beiden Schenkeln bildet.
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Vorzugsweise bestehen die Endhalterungen aus einem magnetisch leitenden Material.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor angegeben, umfassend einen Ständer und einen in dem Ständer installierten Läufer, wobei der Ständer einen Ständerkern, mindestens zwei an dem Ständerkern ausgeführte Ständerwicklungen und zwei Endhalterungen hat, die in einer axialen Richtung des Läufers jeweils an beiden Seiten des Ständerkerns angeordnet sind, wobei der Ständerkern durch das Aufeinanderschichten einer Mehrzahl von Ständerlamellen in der axialen Richtung gebildet wird und mindestens zwei dem Läufer gegenüberliegende Ständerpole und mindestens zwei Joche aufweist, die benachbarte Ständerpole verbinden, wobei jede Ständerlamelle mindestens zwei miteinander verbundene separate Elemente umfasst, wobei jede Endhalterung nur an einem der mindestens zwei separaten Elemente befestigt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Elektromotor angegeben, umfassend einen Ständer und einen in dem Ständer installierten Läufer, wobei der Ständer einen Ständerkern, vier Ständerwicklungen und zwei Endhalterungen aufweist, die in einer axialen Richtung des Läufers jeweils an beiden Seiten des Ständerkerns angeordnet sind, wobei der Ständerkern zwei Ständerpole hat, die sich und dem Läufer gegenüberliegen, und zwei U-förmige Joche, die die beiden Ständerpole auf beiden Seiten verbinden, wobei jedes U-förmige Joch zwei Schenkelbereiche und einen die beiden Schenkelbereich verbindenden Basisbereich hat, wobei die Ständerwicklungen, wenn sie mit Strom versorgt werden, an den Ständerpolen zwei Magnetpole mit entgegengesetzter Polarität bilden, wobei jedes U-förmige Joch zwei der vier Ständerwicklungen trägt; und wobei jede Endhalterung eine Brücke zwischen den Basisbereichen der U-förmigen Joche bildet und an den U-förmigen Jochen an Positionen zwischen den beiden Ständerwicklungen befestigt ist.
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Vorzugsweise bestehen die Endhalterungen aus einem magnetisch leitenden Material.
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Vorzugsweise sind zwei der vier Ständerwicklungen an jedem der zwei Schenkelbereiche des entsprechenden U-förmigen Jochs angeordnet.
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Vorzugsweise wird der Standerkern durch das Aufeinanderschichten einer Vielzahl von Ständerlamellen in der axialen Richtung gebildet, wobei jede Ständerlamelle mindestens zwei separate Elemente umfasst, die miteinander verbunden sind.
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Vorzugsweise ist jede Ständerlamelle durch zwei separate U-förmige Elemente gebildet, wobei jedes U-förmige Element zwei Schenkel hat, und jeder Ständerpol ist durch zwei Ständerpolbereiche gebildet, die sich von jeweiligen Schenkeln der beiden U-förmigen Elemente erstrecken.
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Gemäß einer Alternative ist jede Ständerlamelle durch ein U-förmiges Element gebildet, das zwei Schenkel und ein Streifenelement hat, die miteinander verbunden sind.
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Vorzugsweise ist der eine der Ständerpole an dem U-förmigen Element und der andere an dem Streifenelement angeordnet.
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Vorzugsweise sind die Ständerpole an den beiden Schenkeln des U-förmigen Elements angeordnet.
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Vorzugsweise ist jede Endhalterung lediglich an den beiden Schenkeln des U-förmigen Elements befestigt.
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Gemäß einer Alternative ist jede Ständerlamelle durch vier separate Elemente gebildet, die durch vier Verbindungsflächenpaare mit Verbindungskonstruktionen miteinander verbunden sind, wobei die vier Verbindungsflächenpaare an vier Ecken der beiden U-förmigen Joche angeordnet sind.
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Gemäß einer Alternative ist jede Ständerlamelle durch vier separate Elemente gebildet, die durch vier Verbindungsflächenpaare mit Verbindungskonstruktionen miteinander verbunden sind, wobei die vier Verbindungsflächenpaare an den Ständerpolen angeordnet sind.
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Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Konzentrizität der Polbögen der Ständerpole sichergestellt werden, die Endhalterungen können an einer ebenen Fläche montiert werden, und die Kosten für den Motor können gesenkt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird 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 ist eine Ansicht eines Elektromotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Ansicht eines Ständers des Motors von 1;
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3 ist eine Ansicht einer Ständerlamelle des Ständers von 2;
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4 bis 6 sind Modifikationen der Ständerlamelle von 3;
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7 ist eine Ansicht eines Elektromotors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 ist eine Darstellung des Motors von 7 in Draufsicht, wobei die Endhalterungen entfernt wurden;
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9 zeigt teilweise einen Elektromotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10 ist eine Ansicht einer Ständerlamelle des Motors von 9;
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11 zeigt teilweise einen Ständerkern und einen Läuferkern eines Elektromotors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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12 zeigt teilweise einen Ständerkern und einen Läuferkern eines Elektromotors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird auf die 1 bis 3 Bezug genommen, in denen ein Einphasen-Reihenmotor 10 in einer bevorzugten Ausführungsform einen Ständer 12 und einen in dem Ständer 12 installierten Läufer 14 aufweist. Der Läufer 14 hat eine Welle 16, einen an der Welle 16 befestigten Läuferkern 16, einen dem Läuferkern 18 benachbart an der Welle 16 befestigten Kommutator 20 und Läuferwicklungen (in den Figuren nicht gezeigt), die um Zähne 22 des Läuferkerns 18 herumgeführt und mit Segmenten 20 des Kommutators elektrisch verbunden sind.
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Der Ständer 12 hat einen Ständerkern 30 und Ständerwicklungen 32. Der Ständerkern 12 wird gebildet durch das Aufeinanderschichten einer Vielzahl von Ständerlamellen 31 in einer axialen Richtung der Welle 16 und hat ein Paar von Ständerpolen 34, die sich gegenüberliegen, und ein Paar von U-förmigen Jochen 36 und 38, die die Ständerpole 34 auf beiden Seiten verbinden. Der Läufer 14 ist zwischen bogenförmigen Polflächen 40 der Ständerpole 34 angeordnet. Jedes Joch 36, 38 hat zwei Schenkelbereiche 42 und einen die beiden Schenkelbereiche 42 verbindenden Basisbereich 46. Zwei Ständerwicklungen 32 sind jeweils um die Basisbereiche 46 der Joche 36 und 38 herumgeführt und erzeugen, wenn sie unter Strom gesetzt werden, an den Ständerpolen 34 zwei Magnetpole mit entgegengesetzter Polarität. Jede Ständerlamelle 31 hat ein Streifenelement 50 und ein U-förmiges Element 52, die zusammen eine geschlossene Konstruktion bilden. Die Ständerpole 34 erstrecken sich von den beiden Schenkeln 53 des U-förmigen Elements 52 nach innen. Das Streifenelement 50 und das U-förmige Element 52 sind durch zwei Paare von Verbindungsflächen 55 und 57 miteinander verbunden. Die Flächen 55 und 57 haben jeweils eine Nut 54 und eine in die Nut 54 eingreifende vorspringende Rippe 56. Bei der Herstellung werden mehrere Streifenelemente 50 und mehrere U-förmige Elemente 50 jeweils aufeinandergeschichtet, um zwei geteilte Körper zu bilden. Danach werden an den beiden geteilten Körpern isolierte Spulenträger 58 angeordnet und die Ständerwicklungen 32 um die isolierten Spulenträger 58 herumgeführt. Die beiden geteilten Körper mit den Ständerwicklungen 32 werden dann zusammengesetzt.
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Endhalterungen 60 und 62 sind in der axialen Richtung der Welle an Enden des Ständerkerns 30 angeordnet. Die Welle 16 ist durch Lager 64, die an den Endhalterungen 60 und 62 montiert sind, drehbar gehalten. Ein Paar von Bürstenhaltern 66 ist an der Endhalterung 60 befestigt. Bürsten 67 sind in die Bürstenhalter 66 derart eingesetzt, dass sie sich in Gleitkontakt mit Segmenten des Kommutators 20 befinden. Die Ständerwicklungen 32 sind über die Bürsten 67 und den Kommutator 20 mit den Läuferwicklungen elektrisch verbunden. Jede Endhalterung 60, 62 bildet eine Brücke zwischen den beiden Schenkeln 53 des U-förmigen Elements 52. Die Endhalterungen 60, 62 und der Standerkern 30 sind durch Schrauben aneinander befestigt, die durch Befestigungsöffnungen 68, 70 an den Endhalterungen und Schenkeln 53 eingeführt werden. Da bei dieser Ausführungsform eine relative hohe magnetische Potenzialdifferenz zwischen den beiden Schenkeln 53 vorliegt, sind die Endhalterungen 60, 62 aus einem magnetisch nichtleitenden Material hergestellt, zum Beispiel aus Aluminium, Kunststoff oder dergleichen, um einen Leckmagnetfluss über die Endhalterungen zu verhindern.
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Die 4 bis 6 zeigen Modifikationen der Ständerlamelle von 3. In den Figuren sind Verbindungskonstruktionen verschiedener Formen durch Nuten 54 und vorspringende Rippen 56 an den Verbindungsflächen 55, 57 des Streifenelements 50 und des U-förmigen Elements 52 gebildet. In 3 ist die Rippe ein Vorsprung mit parallelen Seiten und einem abgerundeten Ende. In 4 ist die Rippe in Draufsicht im Wesentlichen rund und hat einen Halsbereich, um einem seitlichen Lösen von dem Streifenelement 50 standhalten zu können. In 5 ist die Rippe keilförmig, und in 6 ist die Rippe T-förmig.
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In der bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich beide Ständerpole 34 einstückig mit dem U-förmigen Element 52, so dass die relative Position zwischen den Polflächen 40 der Ständerpole nach der Formung des U-förmigen Elements 52 festgelegt ist und mögliche Lageabweichungen zwischen den Polbögen 40, die sich beim Zusammenbau ergeben, vermieden werden können, wodurch die Konzentrizität der Polbögen 40 sichergestellt wird. Da jede der Endhalterungen 60, 62 lediglich an dem U-förmigen Element 62 befestigt ist, wird zum anderen auch sichergestellt, dass jede Endhalterung 60, 62 auf einer horizontalen Ebene montiert ist.
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7 ist eine Ansicht eines Elektromotors 80 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 zeigt den Motor 80 bei abgenommenen Endhalterungen in Draufsicht. In dieser Ausführungsform hat die Ständerlamelle ein Streifenelement 50 und ein U-förmiges Element 52, die durch zwei Paare von Verbindungsflächen 55 und 57 mit Nuten 54 und vorspringenden Rippen 56 miteinander verbunden sind. Einer der beiden Ständerpole 34 erstreckt sich von der Basis 51 des U-förmigen Elements 52 nach innen, und der andere erstreckt sich von dem Streifenelement 50 nach innen. Vier Ständerwicklungen 32 sind jeweils um Bereiche der U-förmigen Joche 36 und 38 gewickelt, die die Ständerpole verbinden, und bilden an den Ständerpolen 34 zwei Magnetpole mit entgegengesetzter Polarität. Jede Endhalterung 60, 62 bildet eine Brücke zwischen den beiden Schenkeln 53 des U-förmigen Elements 52. Die Endhalterungen 60, 62 und der Standerkern 30 sind durch Schrauben aneinander befestigt, die durch Befestigungsöffnungen 68, 70 an der Endhalterung und an den Schenkeln 53 eingeführt werden. Bei dieser Ausführungsform ist die magnetische Potenzialdifferenz zwischen den beiden Schenkeln 53 des U-förmigen Elements 52 gering, so dass die Endhalterungen 60, 62 aus magnetisch leitendem Material hergestellt werden können, zum Beispiel aus Eisen, um die Kosten zu senken. Ähnlich wie der Motor 10 ist jede Endhalterung 60, 62 lediglich an dem U-förmigen Element 52 befestigt und kann auf einer horizontalen Ebene montiert werden.
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9 zeigt teilweise einen Elektromotor 82 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10 ist eine Ansicht einer Ständerlamelle des Motors 82. In dieser Ausführungsform hat die Ständerlamelle 31 zwei U-förmige Elemente 84, die durch ein Paar von Verbindungsflächen 55 und 57 mit Nuten 54 und vorspringenden Rippen 56 miteinander verbunden sind. Die zwei Paare von Verbindungsflächen sind jeweils an den Ständerpolen 34 angeordnet. Jeder Ständerpol 34 wird durch zwei Ständerpolbereiche 88 gebildet, die sich jeweils von den einander gegenüberliegenden Schenkeln 86 der beiden U-förmigen Elemente 84 erstrecken. Vier Ständerwicklungen 32 sind jeweils an vier Ecken um die U-förmigen Joche 36 und 38 herumgeführt. Diese Konfiguration erlaubt Ständerwicklungen 32 mit mehr Windungen. Jede Endhalterung 60, 62 bildet eine Brücke zwischen zwei Basen 87 der beiden U-förmigen Elemente 84 und besteht zur Senkung der Kosten vorzugsweise aus einem magnetisch leitenden Material, da die magnetische Potenzialdifferenz zwischen den Verbindungspunkten gering ist.
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11 zeigt teilweise einen Ständerkern und einen Läuferkern eines Elektromotors 90 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Ständerlamelle 31 durch vier separate Streifenelemente 92–95 gebildet, die an vier Ecken durch vier Paare von Verbindungsflächen 55 und 57 miteinander verbunden sind. Die Nut 54 und die vorspringende Rippe 56 jedes Verbindungsflächenpaares bilden eine Verbindungskonstruktion. Die beiden Ständerpole 34 erstrecken sich von zwei einander gegenüberliegenden Streifenelementen 93 und 95 nach innen. Eine oder zwei Ständerspulen (nicht gezeigt) können an jedem U-förmigen Joch 36, 38 angeordnet sein.
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12 zeigt teilweise einen Ständerkern und einen Läuferkern eines Elektromotors 96 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Ständerlamelle durch vier separate Elemente 92–95 gebildet, die an den beiden Ständerpolen 34 durch vier Paare von Verbindungsflächen 55 und 57 miteinander verbunden sind. Die separaten Elemente 92 und 94 sind U-förmig und liegen einander gegenüber. Jeder Ständerpol 34 ist durch eines der separaten Elemente 93 und 95 gebildet, wobei sich zwei Ständerpolbereiche jeweils von den Schenkeln der beiden U-förmigen Elemente 92 und 94 erstrecken. Eine oder zwei Ständerspulen (nicht gezeigt) können an jedem U-förmigen Joch 36, 38 angeordnet sein.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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