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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung:
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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor.
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Zum Stand der Technik:
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In der offengelegten
japanischen Patentanmeldung 2016-086561 wird ein Elektromotor beschrieben, in den komprimierte Luft eingegeben wird, um zu verhindern, dass Fremdkörper in das Innere des Elektromotors eindringen. Die komprimierte Luft wird über eine sich axial erstreckende Vertiefung in einer Lagerabstützoberfläche eines Gehäuses in den Elektromotor zugeführt und in die Umgebung des Elektromotors abgelassen. In der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung 06-045118 wird eine Schmiereinrichtung für ein Lager beschrieben, wobei das Lager Durchgangslöcher aufweist, welche sich in axialer Richtung entlang einem inneren Laufring (innerer Ring) des Lagers erstrecken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Da bei der offengelegten
japanischen Patentanmeldung 2016-086561 die Vertiefung in der Lagerabstützoberfläche, welche das Lager abstützt, ausgeformt ist, ist es nicht möglich, eine Adhäsion (Grenzflächenkraft) zwischen dem Lager und der Lagerabstützoberfläche sicherzustellen und es besteht ein Problem dahingehend, dass das Lager nicht stabil abgestützt ist. Wenn zur Lösung des Problems in der
japanischen Patentanmeldung 2016-086561 Durchgangslöcher in einem inneren Ring des Lagers ausgeformt würden, wie bei dem japanischen Gebrauchsmuster 06-045118, bestehen Probleme aufgrund der Drehung des inneren Ringes bezüglich der Rotationsbalance (Rotationsausgleich, Auswuchtung), welche durch die Durchgangslöcher beeinträchtigt werden könnte, und es könnten unerwünschte Geräusche oder dergleichen entstehen.
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Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die obigen Probleme und hat zum Ziel die Bereitstellung eines Elektromotors, bei dem ein Rotationsausgleich eines inneren Laufrings eines Lagers sichergestellt ist, während das Lager stabil abgestützt ist.
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Gemäß einer Variante der Erfindung weist ein Elektromotor auf: einen Statorkern, der an einem Gehäuse fixiert ist, einen Rotorkern, der integral mit einer Welle rotiert, und ein Lager mit einem äußeren Laufring, dessen äußere Umfangsfläche in Anlage gegen das Gehäuse ist, und einen inneren Laufring mit einer inneren Umfangsfläche in Anlage gegen die Welle, und wobei das Lager die Welle drehbar in Bezug auf das Gehäuse abstützt. Durchgangslöcher sind im äußeren Laufring (44) vorgesehen, wobei die Durchgangslöcher (44b) den äußeren Laufring (44) in axialer Richtung durchsetzen.
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Mit der Erfindung ist es möglich, einen Rotationsausgleich des inneren Laufringes (Ringes) des Lagers zu gewährleisten und dabei das Lager stabil zu stützen.
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Obige sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert sind.
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Figurenliste
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- 1 ist ein axialer Schnitt durch einen Elektromotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung in der Umgebung eines ersten Lagers beim ersten Ausführungsbeispiel.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE IM EINZELNEN
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Die Erfindung wird nunmehr mit Blick auf verschiedene Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Die erläuternden Ausführungsbeispiele sollen den Gehalt der Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen nicht einschränken. Alle möglichen Kombinationen von im Zusammenhang mit den erläuternden Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen sind nicht unabdingbar erforderlich, um die erfindungsgemäße Lösung zu realisieren.
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[Erstes Ausführungsbeispiel]
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[Aufbau des Elektromotors]
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1 zeigt einen Axialschnitt eines Elektromotors 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Der Elektromotor 10 hat eine Welle 12, einen Rotorkern 14, einen Statorkern 16, ein Gehäuse 18, ein erstes Lager 20, ein zweites Lager 22, eine hintere Abdeckung 24 und eine Anschlussbox 26.
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Die Richtung, in welcher sich die Drehachse O der Welle 12 erstreckt, ist die Axialrichtung. Wird der Elektromotor 10 im Zustand gemäß 1 betrachtet, dann gilt hier die linke Seite als Frontseite und die rechte Seite als Rückseite. Die Richtung senkrecht zur Drehachse O, also eine Radialrichtung, wird hier als diametrale Richtung bezeichnet und die Richtung einer Drehung um die Drehachse O wird hier als umlaufend bezeichnet.
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Der Rotorkern 14 ist integral und drehbar an der Welle 12 befestigt. Der Rotorkern 14 ist aus einer Mehrzahl von Magneten hergestellt, welche in umlaufender Richtung (Umfangsrichtung) ausgerichtet sind und so angeordnet sind, dass die magnetischen Pole benachbarter Magnete in Umfangsrichtung verschieden sind. Der Statorkern 16 besteht aus laminierten Metallplatten aus magnetischem Material und eine Spule 28 ist um den Statorkern 16 gewickelt. Der Rotorkern 14 ist an einer inneren Umfangsfläche des Statorkerns 16 angeordnet und ein Luftspalt 30, also ein Spalt in radialer Richtung, liegt zwischen dem inneren Umfang des Statorkerns 16 und dem äußeren Umfang des Rotorkerns 14.
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Der Statorkern 16 wird durch das Gehäuse 18 abgestützt. Das Gehäuse 18 hat einen ersten Gehäuseabschnitt 32 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 34. Der erste Gehäuseabschnitt 32 ist auf der Frontseite des Statorkerns 16 befestigt und der zweite Gehäuseabschnitt 34 ist auf der Rückseite des Statorkerns 16 befestigt.
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Der erste Gehäuseabschnitt 32 hat einen Hauptabschnitt 32a in Ringform und einen Flanschabschnitt 32b, der sich vom Hauptabschnitt 32a radial nach innen erstreckt. Der Statorkern 16 ist an der rückseitigen Stirnfläche des Hauptabschnittes 32a befestigt. Das erste Lager 20 ist auf einer inneren Umfangsfläche des Flanschabschnittes 32b des ersten Gehäuseabschnittes 32 montiert.
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Der zweite Gehäuseabschnitt 34 hat einen Hauptabschnitt 34a in Ringform und ein Lagerabstützelement 34b, welches getrennt vom Hauptabschnitt 34a ausgebildet ist und welches an einer inneren Umfangsseite des Hauptabschnittes 34a befestigt ist. Der Statorkern 16 ist an einer frontseitigen Stirnfläche des Hauptabschnittes 34a befestigt. Das zweite Lager 22 ist auf dem Lagerabstützelement 34b montiert.
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Die Welle 12 ist drehbar gelagert durch das erste Lager 20, welches weiter frontseitig angeordnet ist als der Rotorkern 14. Ein Endabschnitt auf der Frontseite der Welle 12 steht über den ersten Gehäuseabschnitt 32 nach außen vor. Die Frontseite der Welle 12 ist mit beispielsweise einer Spindel einer (nicht dargestellten) Werkzeugmaschine verbunden oder mit einem Kugelgewindetrieb eines Arbeitstisches oder dergleichen.
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Die Welle 12 ist drehbar gelagert mittels des zweiten Lagers 22, welches weiter auf der Rückseite angeordnet ist als der Rotorkern 14. Ein Endabschnitt 12 auf der Rückseite steht über den zweiten Gehäuseabschnitt 34 nach außen vor. Ein Codierer 36 detektiert eine Drehposition und eine Rotationsgeschwindigkeit der Welle 12 und ist am rückseitigen Ende der Welle 12 angeordnet.
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Eine rückwärtige Abdeckung 24 ist rückseitig des Hauptabschnittes 34a des zweiten Gehäuseabschnittes 34 so angeordnet, dass die Öffnung im Hauptabschnitt 34 abgedeckt ist. Die Anschlussbox 26 ist auf der äußeren Umfangsseite des zweiten Gehäuseabschnittes 34 befestigt. Das Innere der Anschlussbox 26 und das Innere des zweiten Gehäuseabschnittes 34 kommunizieren miteinander über eine Kommunikationsöffnung 34c, die im Hauptabschnitt 34a des zweiten Gehäuseabschnittes 34 ausgebildet ist. Ein (nicht dargestelltes) Kabel zur Zufuhr von elektrischer Energie zur Spule 28 wird von außen in die Anschlussbox 26 geführt und das Kabel erstreckt sich durch die Kommunikationsöffnung 34c in den zweiten Gehäuseabschnitt 34 und ist mit der Spule 28 verbunden.
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In der Anschlussbox 26 ist ein Luftströmungskanal 38 vorgesehen, der mit dem Inneren der Anschlussbox 26 kommuniziert. Der Luftströmungskanal 38 ist mit einer Einrichtung 40 zum Liefern von komprimierter Luft verbunden, die extern vom Gehäuse 18 angeordnet ist. Die komprimierte Luft liefernde Einrichtung 40 wird durch eine Pumpe gebildet und damit komprimierte Luft wird über den Luftströmungskanal 38 in das Innere des zweiten Gehäuseabschnittes 34 über den Luftströmungskanal 38, die Anschlussbox 26 und die Kommunikationsöffnung 34c geführt.
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[Der Aufbau in der Umgebung des ersten Lagers]
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2 ist eine Ansicht in vergrößertem Maßstab der Umgebung des ersten Lagers 20. Das erste Lager 20 ist ein Kugellager und hat einen inneren Laufring 42, einen äußeren Laufring 44, eine Vielzahl von Kugeln 46 und einen Kä48.
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Der innere Laufring 42 ist ringförmig und die Welle 12 ist in dessen inneren Umfang eingeschoben. Der innere Laufring 42 rotiert integral mit der Welle 12. Der äußere Laufring 44 ist ringförmig und eine äußere Umfangsfläche desselben ist mit dem Flanschabschnitt 32b des ersten Gehäuseabschnittes 32 verbunden. Durch den Kä 48 gehalten, können die Kugeln 46 zwischen einer Lauffläche 42a auf der Umfangsfläche des inneren Laufringes 42 abrollen sowie auf einer Lauffläche 44a in der inneren Umfangsfläche des äußeren Laufringes 44. Eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 44b, welche in Axialrichtung verlaufen, sind in umlaufender Richtung im äußeren Laufring 44 ausgeformt.
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Eine ringförmige Wand 50 ist am Flanschabschnitt 32b des ersten Gehäuseabschnittes 32 weiter frontseitig als das erste Lager 20 befestigt. Ein vorstehender Abschnitt 50a, welcher in Richtung weg vom ersten Lager 20 vorsteht, ist auf der äußeren Umfangsseite der ringförmigen Wand 50 ausgeformt und ein abgebogener Abschnitt 50b, welcher in Richtung hin auf das erste Lager 20 abgebogen ist, ist auf der inneren Umfangsseite der ringförmigen Wand 50 ausgeformt. Der vorstehende Abschnitt 50a ist an einer Stelle ausgeformt, welche in radialer Richtung mit dem äußeren Laufring 44 überlappt und der abgebogene Abschnitt 50b ist an einer Stelle ausgeformt, an welcher er in radialer Richtung mit einem Bereich zwischen dem inneren Umfang des äußeren Laufringes 44 und dem äußeren Umfang des inneren Laufringes 42 überlappt.
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[Luft-Spülfunktion]
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Wie oben beschrieben, wird der Elektromotor 10 dieses Ausführungsbeispieles eingesetzt in einer Umgebung mit Anschluss an die Spindel einer Werkzeugmaschine oder an eine Kugelgewindespindel oder dergleichen, wobei Fremdkörper, wie Späne oder auch Kühlflüssigkeit oder dergleichen auftreten. Dringt derartiges Fremdmaterial in den Elektromotor 10, kann dies zu Schäden führen und deshalb ist es erforderlich, das Eindringen von derartigem Fremdmaterial in den Elektromotor 20 zu verhindern. Mit einem Elektromotor 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel und der Luft-Spülfunktion mit komprimierter Luft, welche in das Innere des Elektromotors 10 eingeführt wird und gegen die äußere Umfangsfläche der Welle 12 in der Umgebung des ersten Lagers 20 eingeblasen wird, ist es möglich, das Eindringen von Fremdmaterialien in den Elektromotor 10 zu verhindern.
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Von der Einrichtung 40 für komprimierte Luft kommende komprimierte Luft strömt durch den Luftströmungskanal 38, passiert die Anschlussbox 26 und gelangt über die Kommunikationsöffnung 34c in einen Raum S1, welcher durch den zweiten Gehäuseabschnitt 34 und die hintere Abdeckung 24 gebildet wird. Danach passiert die komprimierte Luft den Luftspalt 30 zwischen dem inneren Umfang des Statorkerns 16 und dem äußeren Umfang des Rotorkerns 14 und gelangt in einen Raum S2, der vom ersten Gehäuseabschnitt 32 geformt wird. Die komprimierte Luft passiert die Durchgangslöcher 44b im äußeren Laufring 44 des ersten Lagers 20 und gelangt in einen Raum S3, welcher durch das erste Lager 20 und den vorstehenden Abschnitt 50a der ringförmigen Wandung 50 gebildet wird. In den Raum S3 gelangende komprimierte Luft wird in Richtung auf die äußere Umfangsfläche der Welle 12 geblasen, und zwar aus einem Spalt, der zwischen dem ersten Lager 20 und dem abgebogenen Abschnitt 50b der ringförmigen Wand 50 geformt ist.
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Um das Eindringen von unerwünschten Materialien zu verhindern, kann in Betracht gezogen werden, ein Dichtungselement oder ein Labyrinth zwischen der Welle 12 und dem ersten Gehäuseabschnitt 32 an einem Ort vor dem ersten Lager 20 vorzusehen. Da aber die Welle 12 mit hoher Geschwindigkeit rotiert, kann eine hinreichende Lebensdauer eines derartigen Dichtungselementes nicht gesichert werden und diese Lösung ist für einen langlebigen Betrieb wenig geeignet. Da größere Mengen an unerwünschten Materialien gestreut werden, kann auch ein Labyrinth kaum mit hinreichender Zuverlässigkeit das Eindringen von unerwünschten Materialien verhindern. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die komprimierte Luft in Richtung und gegen die äußere Umfangsfläche der Welle 12 geblasen, und zwar in einem Abschnitt derselben vor, also frontseitig des ersten Lagers 20 und in Umgebung des ersten Lagers 20, wodurch eine Abdichtung des Elektromotors 10 verbessert wird und das Eindringen von unerwünschten Stoffen verhindert ist.
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[Betrieb und Wirkungen]
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Um die Abdichtung des Elektromotors 10 zu verbessern, ist es erforderlich, eine hinreichende Menge komprimierter Luft in Richtung auf die äußere Umfangsfläche der Welle 12 zu blasen. Insbesondere ist es erforderlich, eine hinreichende Menge an komprimierter Luft vom Raum S2 in den Raum S3 zu fördern. Da der Spalt zwischen dem inneren Laufring 42 und dem äußeren Laufring 44 des ersten Lagers 20 gegeben ist, kann die komprimierte Luft zwischen dem inneren Laufring 42 und dem äußeren Laufring 44 durchtreten. Allerdings kann mittels des Passierens zwischen dem inneren Laufring 42 und dem äußeren Laufring 44 keine hinreichende Menge an komprimierter Luft in den Raum S3 gelangen.
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Um eine hinreichende Menge an komprimierter Luft in den Raum S3 zu bringen, kann ein Kommunikationskanal ausgeformt werden für eine Kommunikation zwischen dem Raum S2 und dem Raum S3. Hierzu kann in Betracht gezogen werden, eine Rille auszuformen, welche sich in Axialrichtung erstreckt, und zwar in einem Bereich, wo der Flanschabschnitt 32b des ersten Gehäuseabschnittes 32 und die äußere Umfangsfläche des äußeren Laufringes 44 miteinander in Kontakt sind. Da aber der Flanschabschnitt 32b und die äußere Umfangsfläche des äußeren Laufringes 44 bei Rotation der Welle 12 dort in Kontakt sind, wo die Rille ausgeformt wäre, bestehen Bedenken, dass es zu Schwingungen kommen könnte im ersten Lager 20, was die strukturelle Stabilität des ersten Lagers 20 beeinträchtigen würde. Weiterhin könnte in Betracht gezogen werden, Durchgangslöcher auszuformen, welche sich in Axialrichtung im inneren Laufring 42 erstrecken und die als Kommunikationskanäle dienen könnten. Da aber der innere Laufring 42 integral mit der Welle 12 rotiert, bestehen Bedenken, dass der Rotationsausgleich aufgrund der Bildung der Durchgangslöcher beeinträchtigt werden könnte und dass unerwünschte Geräusche oder dergleichen erzeugt werden könnten. Da die Durchgangslöcher zusammen mit dem inneren Laufring 42 rotieren würden, wäre das Fördern der komprimierten Luft in die Durchgangslöcher schwierig und es bestehen Bedenken, dass überhaupt eine hinreichende Menge an komprimierter Luft gefördert werden wird.
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Deshalb sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Durchgangslöcher 44b so ausgeformt, dass sie den äußeren Laufring 44 in Axialrichtung durchsetzen. Damit kann eine hinreichende Menge an komprimierter Luft (Druckluft) in Richtung auf und gegen die äußere Umfangsfläche der Welle 12 geblasen werden und die Abdichtung des Elektromotors kann verbessert werden. Da die Durchgangslöcher 44b im Inneren des äußeren Laufringes 44 ausgeformt sind, kann die äußere Umfangsfläche des äußeren Laufringes 44 in Kontakt bleiben mit dem Flanschabschnitt 32b, und zwar über den gesamten Umfang desselben und Schwingungen des ersten Lagers 20 können vermieden werden. Da der äußere Laufring 44 selbst nicht rotiert, bestehen keine Bedenken, dass der Rotationsausgleich aufgrund der Durchgangslöcher 44b leiden könnte.
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[Weitere Ausführungsbeispiele]
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Zwar wurde die Erfindung oben mit Blick auf besondere Ausführungsbeispiele näher erläutert, jedoch ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf solche Beispiele beschränkt. Es versteht sich, dass verschiedene Abwandlungen oder Verbesserungen bezüglich der Ausführungsbeispiele möglich sind. Aus den Ansprüchen ergibt sich, dass im Rahmen des Umfangs der Erfindung verschiedene Abwandlungen durch Hinzufügungen oder Weglassungen möglich sind.
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Beispielsweise wird gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel komprimierte Luft in das Innere des Elektromotors 10 eingebracht. Allerdings ist das eingebrachte Fluid nicht auf Luft beschränkt und unterschiedliche Fluide können passend ausgewählt werden unter Berücksichtigung des Drehwiderstandes der Welle 12 und unter Berücksichtigung des Inneren des Elektromotors 10. Auch ist das Konzept der Erfindung nicht eingeschränkt auf Anwendungen bei einem Elektromotor, der mit einer Werkzeugmaschine verwendet wird, sondern kann auch eingesetzt werden bei einem Elektromotor, der in jeglicher Umgebung arbeitet, wo unerwünschte Materialien gestreut werden.
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[Sich aus den Ausführungsbeispielen ergebendes technisches Konzept]
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Die sich aus den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ergebende technische Lehre wird nunmehr beschrieben.
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Der Elektromotor 10 ist versehen mit einem Statorkern 16, der an dem Gehäuse 18 befestigt ist, einem Rotorkern 14, der integral mit der Welle 12 rotiert, und einem Lager 20 mit einem äußeren Laufring 44, dessen äußere Umfangsfläche in Anlage gegen das Gehäuse 18 gebracht ist, und mit einem inneren Laufring 42 mit einer inneren Umfangsfläche in Anlage an der Welle 12. Das Lager 20 stützt die Welle 12 drehbar in Bezug auf das Gehäuse 18 ab. Durchgangslöcher 44b sind in dem äußeren Laufring 44 vorgesehen, wobei die Durchgangslöcher 44b den äußeren Laufring 44 in dessen Axialrichtung durchsetzen. Mit diesen Merkmalen ist es möglich, das Lager 20 stabil im Gehäuse 18 abzustützen unter Vermeidung von Störungen des Rotationsausgleichs des Lagers 20.
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Der Elektromotor 10 kann eine Einrichtung 40 für eine Fluid-Versorgung aufweisen, welche eingerichtet ist zum Liefern eines komprimierten Fluids in das Gehäuse 18. Mit diesem Merkmal kann eine hinreichende Menge komprimierten Fluids in die äußere Umgebung des Elektromotors 10 abgeblasen werden und die Abdichtung des Elektromotors kann verbessert werden.
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Bei dem oben beschriebenen Elektromotor 10 kann die Einrichtung 40 für die Fluidversorgung extern in Bezug auf das Gehäuse 18 angeordnet werden. Damit ist es möglich, die relativ groß bauende Einrichtung 40 für die Fluidversorgung extern vom Gehäuse anzuordnen, was die Möglichkeiten der Anordnung und des Einsatzes des Elektromotors 10 erweitert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2016086561 [0002, 0003]
