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Die Erfindung betrifft einen Rotor für einen bürstenlosen Elektromotor. Der Rotor des bürstenlosen Elektromotors umfasst ein Blechpaket, das mehrere Freisparungen ausgebildet hat. In den Freisparungen können mehrere Magnete sternförmig in Bezug auf eine Achse des Rotors angeordnet werden.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Rotors für einen bürstenlosen Elektromotor.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2015 110 617 A1 offenbart einen Rotor für einen Elektromotor. Mit einem Rotorkörper ist eine Rotorwelle drehfest verbunden. Der Rotorkörper besteht aus einem Blechpaket mit axialen Ausnehmungen zur Aufnahme von Permanentmagneten. Im aufgenommenen Zustand weisen die Permanentmagneten zumindest bezüglich einer der Stirnflächen in axialer Richtung wenigstens einen Abstand von 1,5 mm zur nächstgelegenen Stirnfläche des Blechpakets auf.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2015 121 102 A1 offenbart eine Rotorvorrichtung für einen Elektromotor und/oder Generator, einen Rotor und Motor mit einer solchen Rotorvorrichtung, sowie Herstellungsverfahren. Der Rotorkörper weist eine Rotorwellenaufnahme und eine Vielzahl von koaxial zur Rotorwellenaufnahme angeordneten Magnetaufnahmen auf. Die Magnete werden mittels einer in die Magnetaufnahme eingespritzten Kunststoffmasse positioniert und starr dort befestigt.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2017 011 969 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Rotoreinheit für einen Elektromotor. Für die Herstellung der Rotoreinheit wird ein Rotorsegmentstapel bereitgestellt, an welchem eine Mehrzahl von Magnetelementen angeordnet sind. Anschließend erfolgt das Einlegen des Rotorsegmentstapels in eine Gussform. Anschließend wird eine Rotorwelle gegossen, wodurch die Rotorwelle mit dem Rotorsegmentstapel zu einer Rotoreinheit verbunden wird.
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Die deutsche Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2016 106 677.8 offenbart einen Rotor für einen Innenläufer-Elektromotor. Der Rotor besteht aus einem Blechpaket, das aus einem Stapel gegeneinander isolierter Bleche ausgebildet ist. Im Blechpaket sind mehrere Permanentmagnete eingebracht, wobei das Blechpaket mit einem metallischen Rotorguss umgossen und/oder teilweise ausgegossen ist.
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Die im Stand der Technik beschriebenen bürstenlosen Elektromotoren mit den vergrabenen Magneten haben mehrere Vorteile gegenüber Anwendungen mit Oberflächenmagneten. Die Rotormagnete sind bei der Technologie der vergrabenen Magnete mechanisch im Rotorpaket fixiert. Ebenso ist die Endmagnetisierungsfestigkeit höher, als bei Oberflächenmagneten. Beim Einsatz von Feldschwächungsstrategien sind die Handsteuerungsmöglichkeiten ebenfalls besser. Dagegen ist die Montage eines derartigen Rotors, bei dem die Magnete innen angeordnet sind, deutlich komplexer als bei der Verwendung von Oberflächenmagneten.
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Daher ist es Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, einen Rotor für einen bürstenlosen Elektromotor zu schaffen, der einfach zu montieren ist und dennoch die Magnete im Inneren des Rotorblechpakets angeordnet hat.
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Diese Aufgabe wird von einem Rotor für einen bürstenlosen Elektromotor gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Es ist ferner Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, ein Verfahren zur Montage eines Rotors für einen bürstenlosen Elektromotor zu schaffen, das einfach auszuführen ist und dabei eine sichere und passgenaue Positionierung der Magnete im Rotor ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Montage eines Rotors für einen bürstenlosen Elektromotor gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 4 umfasst.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung besteht ein Rotor für einen bürstenlosen Elektromotor aus einem Blechpaket, das mehrere Freisparungen ausgebildet hat. In den Freisparungen sind Magnete sternförmig in Bezug auf eine Achse des Rotors angeordnet. Die Magnete, die in die Freisparungen des Blechpakets des Rotors passen, sind auf einem einstückigen Träger angeordnet.
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Die Anordnung der Magnete auf den Träger des Rotors ist dabei derart, dass sie in Bezug auf eine im Träger ausgebildete Lagerstelle sternförmig angeordnet sind. Ebenso hat der Träger mehrere radial am Träger ausgebildete Schnappelemente, die den Träger am Blechpaket haltern, wobei die am Träger angeordneten Magnete dann in den Freisparungen des Blechpakets sitzen.
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Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rotors hat den Vorteil, dass durch eine einfache steckbare Lösung die Magnete mittels des Trägers in dem Rotorblechpaket montiert werden können. Dabei stellt der Träger eine multifunktionelle Halterung dar, die die Magnete bereits integriert hat.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann der einstückige Träger ein Spritzgussteil sein, das aus einem homogenen Material hergestellt ist. Bei der Herstellung des Spritzgussteils sind die Aufnahmen für die Magnete bereits sternförmig am Träger ausgebildet. Die Magnete müssen nur noch in die Aufnahmen eingeschoben werden.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung sind die Magnete bereits vor dem Spritzgussprozess sternförmig angeordnet und werden während des Spritzgussprozesses mit dem Material des Trägers umspritzt. Die Aufnahmen für die Magnete werden somit während des Spritzgussprozesses gebildet. Bevorzugt wird der Träger mittels eines Kunststoffmaterials hergestellt, das für den Spritzgussprozess geeignet und beim fertigen Träger die erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweist.
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Ferner kann der Träger noch zwei zusätzliche Funktionen aufweisen. So kann an der Innenseite des Trägers eine Lagerstelle ausgebildet sein, in die ein Lager eingepresst oder bereits mit umspritzt werden kann. Ebenso hat der Träger mehrere Schnappelemente ausgebildet, die radial um die Lagerstelle herum angeordnet sind und somit den Träger am Blechpaket fixieren. Bei der Auslegung der Schnappelemente muss gleichzeitig deren Festigkeit und Flexibilität (niedrige Steifigkeit) berücksichtigt werden, damit die einzelnen Schnappelemente beim Zusammenführen des Trägers und des Blechpakets die erforderliche Beweglichkeit zur Herstellung der Schnappverbindung aufweisen.
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Das Blechpaket des Rotors besteht aus einer Vielzahl einzelner Bleche, die derart gestaltet sind, dass das Blechpaket bei jeder Freisparung für einen Magneten eine Ausformung ausgebildet hat. Die Ausformung für einen Magneten weist dabei in Richtung auf die Achse des Rotors hin. Dies hat den Vorteil, dass durch diese Ausgestaltung ein Flussverlust an einer Innenseite des Rotors reduziert werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage eines Rotors für einen bürstenlosen Elektromotor zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst ein Blechpaket aus mehreren gestapelten Blechen gebildet wird. Das Blechpaket weist zumindest mehrere Freisparungen für Magnete des Rotors auf. Mit einem Spritzgussprozess wird ein einstückiger Träger hergestellt, in dem die Magnete des Rotors in Bezug auf eine im Träger ausgebildete Lagerstelle sternförmig angeordnet werden. Nach dem Spritzgussprozess wird jeder der im Träger angeordneten Magnete mit einem Werkzeug magnetisiert. Das Werkzeug selbst umfasst einen Eisenkern und eine Spule. Mit der Spule wird ein Fluss erzeugt, der den im Spalt des Werkzeugs positionierten Magneten magnetisiert. Abschließend wird das Blechpaket des Rotors und der einstückige Träger mit den magnetisierten Magneten in Richtung der Achse des Rotors zusammengeschoben. Durch die Bewegung des Zusammenschiebens werden die Magnete in die Freisparungen des Blechpakets eingeschoben und sind dabei gleichzeitig sternförmig in Bezug auf die Achse des Rotors positioniert.
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Um das Ineinanderschieben des Blechpakets und des Trägers zu erleichtern, hat der Träger an den Aufnahmen für die Magnete eine entsprechende Einführgeometrie (z. B. eine zweistufige Phase) ausgebildet. Nach dem Zusammenführen des Blechpakets und des Trägers werden durch die Schnappelemente das Blechpaket und der Träger in axialer Richtung fixiert. Dabei sind in tangentialer Richtung das Blechpaket und der Träger durch die Magnete begrenzt. Um eine bessere Leistung (weniger Flussverlust durch die Innenseite des Rotors) zu erzielen, werden bei einem derartigen Elektromotor zusätzliche Öffnungen oder Ausnahmen im Blechpaket realisiert. Dabei ist zu beachten, dass die Größe der Öffnungen, bzw. der Ausnahmen die Funktion der axialen Befestigung des Trägers nicht stören darf. Zusätzlich hat die axiale Befestigung des Blechpakets den Vorteil, dass dadurch die Steifigkeit des Rotors erhöht wird.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun die Erfindung und ihre Vorteile durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dadurch die Erfindung auf das gezeigte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
- 1 eine Stirnansicht eines Rotors des Standes der Technik, in dem die Magnete sternförmig in Bezug auf eine Achse angeordnet sind;
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors, bei dem das Blechpaket und der Träger zusammengefügt sind;
- 3 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Trägers für die Magnete des Rotors;
- 4 eine perspektivische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Trägers aus 3;
- 5 eine perspektivische Ansicht des Rotors und des Trägers vor deren Zusammenschieben;
- 6 eine perspektivische Schnittansicht des mit dem Träger zusammengefügten Rotors;
- 7 eine Stirnansicht des erfindungsgemäßen Rotors, bei dem der Träger mit dem Blechpaket zusammengefügt ist;
- 8 eine perspektivische Ansicht, bei dem Werkzeuge die Magnete auf dem Träger magnetisieren; und
- 9 eine Detaildarstellung eines Werkzeugs, das einem zu magnetisierenden Magneten zugeordnet ist.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
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1 zeigt eine Stirnansicht eines Rotors 1 für einen bürstenlosen Elektromotor, gemäß dem Stand der Technik. Eine Vielzahl von Magneten 2 sind in einem Blechpaket 4 des Rotors 1 angeordnet. Die Magnete 2 sitzen dabei jeweils in Freisparungen 6 des Rotorblechpakets 4. Die einzelnen Magnete 2 sind dabei sternförmig im Blechpaket 4 des Rotors 1 angeordnet. Die Magnete 2 weisen in Richtung einer Achse A des Rotors. Ferner besitzt der Rotor 1 eine Aufnahme 5 für eine Rotorwelle (nicht dargestellt).
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Rotors 1. Der Rotor 1 ist dabei im Wesentlichen zweiteilig aufgebaut. Er besteht somit aus dem Blechpaket 4 des Rotors 1 und einem Träger 8 für die Magnete 2. Das Rotorblechpaket 4 ist aus einer Vielzahl von in Richtung der Achse A gestapelten Blechen 12 aufgebaut. Das Rotorblechpaket 4 sitzt auf einem Träger 8. Der Träger 8 besitzt eine Vielzahl von Schnappelementen 9, die radial um eine Lagerstelle 11 des Trägers 8 angeordnet sind. Die Schnappelemente 9 greifen auf einer Oberseite 4O des Blechpakets 4 an und haltern somit das Blechpaket 4 am Träger 8. Das Blechpaket 4 hat ferner eine Vielzahl von Freisparungen 6 ausgebildet, die ebenfalls sternförmig um die Lagerstelle 11 angeordnet sind. In die Freisparungen 6 greifen somit die Magnete 2, welche auf dem Träger 8 angeordnet sind. Bei dem Rotor 1 gemäß der Erfindung benötigen die Magnete 2 eine niedrige magnetische Remanenz (typischer Wert: Br = 0,7 T) im Vergleich zu den an der Oberfläche des Rotors 1 angeordneten Magneten 2 (Br > 1,2 T, des Standes der Technik). Die Entwicklung der Magnetisierung von in Kunststoff eingespritzten Magneten erlaubt es aktuell, eine Magnetisierung bis zu 0,8 T bereitzustellen. Folglich können gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Magnete 2 direkt mit dem Träger 8 gespritzt, bzw. hergestellt werden. Ebenso ist es gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung möglich, dass der Träger 8 auch mit den fertigen und gesinterten Magneten 2 umspritzt wird. Zur Verbesserung des magnetischen Flusses an einer Innenseite 14 des Rotors 4 hat der Rotor 4 Ausformungen 13, bzw. Öffnungen 15 ausgebildet.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Trägers 8, gemäß der Erfindung. Der Träger 8 besitzt eine Basis 8B, von der aus sich die Magnete 2 in Richtung der Achse A erstrecken. Wie bereits in der Beschreibung zu 2 erwähnt, können die Magnete 2 in einer Aufnahme 10 stecken. Für den Fall, dass die Magnete 2 beim Spritzvorgang direkt umspritzt werden, ist die beim Spritzvorgang entstehende Umhüllung für die Magnete 2 die Aufnahme 10. Ebenso hat der Träger 8 eine Vielzahl von Schnappelementen 9 ausgebildet, die sich ebenfalls in Richtung der Achse A erstrecken. An jedem freien Ende 9E der Schnappelemente 9 ist ein Haken 19 ausgebildet. Wie aus 2 zu erkennen ist, greift der Haken 19 auf der Oberseite 4O des Blechpakets 4 an und haltert dieses am Träger 8. Die Schnappelemente 9 müssen eine gewisse Festigkeit und Flexibilität aufweisen, um somit beim Zusammenführen des Blechpakets 4 mit dem Träger 8 die Beweglichkeit zu besitzen, damit die Halterung des Blechpakets 4 hergestellt werden kann.
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4 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Trägers 8. Hier ist deutlich zu erkennen, dass sich die Schnappelemente 9 von der Lagerstelle 11 aus in Richtung der Achse A erstrecken. Das freie Ende 9E eines jeden Schnappelements 9 besitzt einen Haken 19, mit dem die Befestigung des Trägers 8 am Blechpaket 4 (siehe 2) des Rotors 1 hergestellt werden kann. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist zu erkennen, dass die Magnete 2 mit dem Material des Trägers 8 umspritzt sind. Somit bildet das Material des Trägers 8 die Aufnahmen 10 für die Magnete 2. Die Aufnahmen 10 für die Magnete 2 haben Phasen 16 ausgebildet, die das Einschieben des Trägers 8 in die Freisparungen 6 des Blechpakets 4 des Rotors 1 erleichtert (siehe 2, bzw. 5).
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5 zeigt den Einsteckvorgang des Trägers 8 in das Blechpaket 4. Wie bereits in der Beschreibung zu 4 erwähnt, haben die Magnete 2, bzw. deren Aufnahme 10 eine entsprechende Einführgeometrie ausgebildet (z. B. Phasen 16), die einen leichteren Einführungsprozess ermöglichen. Das Blechpaket 4 wird in Richtung der Achse A auf den Träger 8 aufgeschoben. Die Magnete 2, bzw. deren Aufnahmen 10 gelangen dann in die Freisparungen 6 des Blechpakets 4. Das Zusammenfügen des Blechpakets 4 und des Trägers 8 ist dann beendet, wenn das Blechpaket 4 auf der Basis 8B des Trägers 8 aufliegt. Gleichzeitig schnappen dann (wie in 2 dargestellt ist) die Schnappelemente 9 ein und sichern das Blechpaket 4 an dessen Oberseite 4O.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht des zusammengefügten Trägers 8 mit dem Blechpaket 4. Das Blechpaket 4 liegt dabei auf der Basis 8B des Trägers 8 auf. Auf der Oberseite 4O des Blechpakets 4 sind die Schnappelemente 9 derart eingeschnappt, dass jeweils ein Haken 19 am freien Ende 9E eines jeden Schnappelements 9 mit der Oberfläche 4O des Blechpakets 4 zusammenwirkt und dieses somit zwischen dem Haken 19 und der Basis 8B haltert. Aus der Darstellung der 6 wird ebenfalls ersichtlich, dass sich die Schnappelemente 9 von der Lagerstelle 11 aus in Richtung zur Oberfläche 4O des Blechpakets 4 erstrecken. Das Blechpaket 4 hat ebenfalls sich in Richtung der Achse A erstreckende Ausnehmungen 13, bzw. Öffnungen 15 ausgebildet. Durch die Öffnungen 15, bzw. die Ausnehmungen 13 erreicht man eine bessere Leistung (weniger Flussverlust durch die Innenseite 14 des Rotors 1). Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Größe der Ausnehmungen 13, bzw. der Öffnungen 15 die Funktion für die axiale Befestigung des Blechpakets 4 am Träger 8 nicht stören soll.
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7 zeigt eine Stirnansicht des erfindungsgemäßen Rotors 1, wobei der Träger 8 das Blechpaket 4 haltert. Die Magnete 2 des Trägers 8 sind sternförmig auf die Achse A des Rotors 1 hin ausgerichtet. Die Magnete 2 sind in eine erste Gruppe 1G und eine zweite Gruppe 2G eingeteilt. Die Magnetisierung der ersten Gruppe 1G der Magnete 2 und die Magnetisierung der zweiten Gruppe 2G der Magnete 2 ist dabei derart ausgebildet, dass sich in radialer Richtung gleiche Pole abwechselnd gegenüberliegen.
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8 zeigt eine perspektivische Darstellung des Trägers 8, bei dem die Magnete 2 mittels Werkzeugen 20 magnetisiert werden. Jedes der Werkzeuge 20 besitzt einen Eisenkern 21 und eine Spule 22, die einen bestimmten magnetischen Fluss im Eisenkern 21 erzeugt. Nach dem Spritzprozess sind die Magnete 2 im Träger 8 neutral oder besitzen eine reduzierte Magnetisierung. Um den Magneten 2 eine erforderliche Magnetisierung aufzuprägen, wird ein Magnetisierungsprozess mit den Werkzeugen 20 durchgeführt. Bei der Darstellung in 8 sind die Werkzeuge 20 derart ausgebildet, dass jeweils die erste Gruppe 1G oder die zweite Gruppe 2G der Magnete 2 des Trägers 8 in den Eisenkern 21 des Werkzeugs 20 eingebracht werden kann. Wenn die Spule 22 bestromt wird, wird ein magnetischer Fluss erzeugt und der Magnet 2 kann dabei entsprechend magnetisiert werden.
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9 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Werkzeugs 20, das einem Magneten 2 des Trägers 8 zugeordnet ist. Bei der hier gezeigten Darstellung ist das Werkzeug 20 einem Magneten 2 der ersten Gruppe 1G der auf dem Träger 8 angeordneten Magneten 2 zugeordnet. Wie bereits in der Beschreibung zu 8 erwähnt, wird durch Bestromung der Spule 22 im Eisenkern 21 ein magnetischer Fluss 25 induziert. Die Magnetisierung des Magneten 2 ist dann folgendermaßen, dass auf einer radialen Seite des Magneten 2 ein Südpol S und auf der anderen gegenüberliegenden radialen Seiten des Magneten 2 ein Südpol N ausgebildet wird. Aus 8 ist zu erkennen, dass aufgrund des Platzbedarfs das Werkzeug 20 für die Magnetisierung derart gestaltet ist, dass die erste Gruppe 1G und die zweite Gruppe 2G nacheinander magnetisiert werden können. Das Werkzeug 20 selbst muss so optimiert sein, damit ein maximaler Abstand zu dem nicht zu magnetisierenden Magnet (Magnete 2 der zweiten Gruppe 2G) eingehalten wird. Die Einhaltung des Abstandes vom Magnet 2 der ersten Gruppe 1G zum Magnet 2 der zweiten Gruppe 2G ist erforderlich, damit der Magnet 2 der zweiten Gruppe 2G nicht dadurch demagnetisiert wird. Zwischen dem Magnet 2 und dem Eisenkern 21 des Werkzeugs 20 ist ein Luftspalt 23 ausgebildet. Durch den Luftspalt 23 ist es möglich, auf einfache Weise den Magneten 2 in den Eisenkern 21 des Werkzeugs 20 einzuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 1 G
- erste Gruppe
- 2
- Magnet
- 2G
- zweite Gruppe
- 4
- Blechpaket
- 4O
- Oberseite des Blechpakets
- 5
- Aufnahme
- 6
- Freisparungen
- 8
- Träger
- 8B
- Basis
- 9
- Schnappelemente
- 9E
- freies Ende
- 10
- Aufnahme
- 11
- Lagerstelle
- 12
- Blech
- 13
- Ausformung, Ausnehmung
- 14
- Innenseite
- 15
- Öffnung
- 16
- Phasen
- 19
- Haken
- 20
- Werkzeug
- 21
- Eisenkern
- 22
- Spule
- 23
- Luftspalt
- 25
- magnetischer Fluss
- A
- Achse
- S
- Südpol
- N
- Südpol
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015110617 A1 [0003]
- DE 102015121102 A1 [0004]
- DE 102017011969 A1 [0005]
- DE 202016106677 [0006]
