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GEBIET DER ERFINDUNG
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Das Gebrauchsmuster betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Waschmaschine und insbesondere eine Antriebsvorrichtung für den Antrieb einer Waschmaschinentrommel.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine Antriebsvorrichtung für den Antrieb von Waschmaschinentrommeln umfasst üblicherweise einen Motor, wobei traditionell häufig Permanentmagnet-Synchronmotoren verwendet werden. Der Permanentmagnet-Synchronmotor hat in der üblichen Weise einen Läufer und einen den Läufer umschließenden Ständer. Der Ständer hat einen Ständerkern mit einer Mehrzahl von Zähnen und eine aus einer Mehrzahl von Spulen bestehende Wicklung. Jede Spule ist um mehrere Zähne gewickelt, und benachbarte Spulen haben einander überlappende Enden. Aus diesem Grund haben später gewickelte Spulen hohe Spulenenden, deren Materialverbrauch und Raumbedarf groß sind. Der Permanentmagnet-Synchronmotor dieses Typs ist unhandlich und schwer.
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ÜBERSICHT
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Aus diesem Grund wird eine kleinere und leichtere Antriebsvorrichtung für eine Waschmaschine gewünscht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Antriebsvorrichtung für eine Waschmaschine angegeben, umfassend einen einphasigen bürstenlosen Außenläufermotor und einen durch den Motor angetriebenen Getriebemechanismus. Der einphasige bürstenlose Außenläufermotor ist konfiguriert für den drehenden Antrieb einer Waschmaschinentrommel über den Getriebemechanismus. Der einphasige bürstenlose Außenläufermotor hat einen Ständer und einen Läufer. Der Ständer hat einen Ständerkern und Wicklungen, die um den Ständerkern herumgeführt sind. Der Ständerkern hat ein Joch und eine Mehrzahl von Zähnen, die sich von dem Joch radial nach außen erstrecken. Jeder der Zähne hat einen Zahnkörper und eine Zahnspitze, die sich von einem distalen Ende des Zahnkörpers in einer Umfangsrichtung erstreckt. Der Läufer hat ein Läuferjoch, das um den Stator herum angeordnet ist, und einen Permanentmagnet, der an einer Innenwandfläche des Läuferjoches angeordnet ist, um eine Mehrzahl von Magnetpolen zu bilden. Innenflächen der Magnetpole sind Außenflächen der Zahnspitzen zugewandt, wobei dazwischen ein Spalt gebildet ist, damit sich der Läufer relativ zu dem Ständer drehen kann.
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Vorzugsweise ist der Spalt ein symmetrischer Spalt, so dass der Läufer bidirektional anlaufen kann.
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Vorzugsweise ist der Spalt ein symmetrischer ungleichmäßiger Spalt, und der Läufer kann durch ein Streumagnetfeld, das durch das Zusammenwirken des Permanentmagnets des Läufers mit den Zahnspitzen des Ständers generiert wird, in einer Ausgangsposition positioniert werden.
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Vorzugsweise ist eine radiale Breite des Spalts entsprechend jedem Magnetpol bezüglich einer umfangsseitigen Mittellinie des Magnetpols symmetrisch. Vorzugsweise erstreckt sich die Mittellinie entlang einer radialen Richtung des Läufers.
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Vorzugsweise nimmt eine radiale Breite des jedem Magnetpol zugeordneten Spalts von einem Mittelbereich in Richtung auf Umfangsenden des Magnetpols fortschreitend zu, und eine radiale Breite des jedem Magnetpol zugeordneten Spalts ist bezüglich einer Mittelachse des Magnetpols entlang der Umfangsrichtung symmetrisch.
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Vorzugsweise umfasst der Getriebemechanismus ein zweistufiges Riemengetriebe mit einem ersten Übertragungsriemen, einem Übertragungsrad und einem zweiten Übertragungsriemen. Einander gegenüberliegende Enden des ersten Übertragungsriemens sind jeweils mit einer Drehwelle des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors und dem Übertragungsrad derart verbunden, dass der einphasige bürstenlose Außenläufermotor das Übertragungsrad drehend antreibt, und einander gegenüberliegende Enden des zweiten Übertragungsriemens sind jeweils um das Übertragungsrad und das Antriebsrad herum befestigt, so dass das Übertragungsrad das Antriebsrad drehend antreibt.
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Vorzugsweise ist ein Übersetzungsverhältnis der Drehwelle des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors zu dem Übertragungsrad 2:1, und/oder ein Übersetzungsverhältnis des Übertragungsrads zu dem Antriebsrad ist 10:1.
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Vorzugsweise beträgt ein Außendurchmesser des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors 90 mm und eine axiale Größe des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors zwischen seinen beiden Endflächen 65 mm.
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Vorzugsweise ist zwischen jeweils zwei benachbarten Zahnspitzen eine Schlitzöffnung gebildet, und eine Breite der Schlitzöffnung in der Umfangsrichtung ist kleiner oder gleich dem Fünffachen einer minimalen radialen Breite des Spalts.
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Vorzugsweise ist zwischen jeweils zwei benachbarten Zahnspitzen eine Schlitzöffnung gebildet, wobei eine Breite der Schlitzöffnung in der Umfangsrichtung kleiner oder gleich dem Dreifachen einer minimalen radialen Breite des Spalts ist.
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Vorzugsweise ist ein Verhältnis einer maximalen radialen Breite zu einer minimalen radialen Breite des Spalts größer als 1,5.
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Vorzugsweise liegen die Außenflächen der Zahnspitzen an derselben zylindrischen Fläche, und eine Mittelachse der zylindrischen Fläche koinzidiert mit einer Mittelachse des Läufers.
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Vorzugsweise ist die Innenfläche des Permanentmagnetpols eine ebene Fläche oder eine Bogenfläche mit einem Polbogenkoeffizienten größer als 0,75.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Waschmaschine angegeben, umfassend eine Trommel, einen einphasigen bürstenlosen Außenläufermotor und einen durch den Motor angetriebenen Getriebemechanismus. Der einphasige bürstenlose Außenläufermotor ist konfiguriert für den drehenden Antrieb der Trommel über den Getriebemechanismus. Der einphasige bürstenlose Außenläufermotor hat einen Ständer und einen Läufer. Der Ständer hat einen Ständerkern und Wicklungen, die um den Ständerkern herumgeführt sind. Der Ständerkern hat ein Joch und eine Mehrzahl von Zähnen, die sich von dem Joch radial nach außen erstrecken. Jeder der Zähne hat einen Zahnkörper und eine Zahnspitze, die sich von einem distalen Ende des Zahnkörpers in einer Umfangsrichtung erstreckt. Der Läufer hat ein Läuferjoch, das rund um den Ständerkern angeordnet ist, und einen Permanentmagnet, der an einer Innenwandfläche des Läuferjochs angeordnet ist, um eine Mehrzahl von Magnetpolen zu bilden. Innenflächen der Magnetpole sind Außenflächen der Zahnspitzen zugewandt, wobei dazwischen ein Spalt gebildet ist, damit sich der Läufer relativ zu dem Ständer drehen kann, und der Getriebemechanismus umfasst ein zweistufiges Riemengetriebe.
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Vorzugsweise ist der Spalt ein symmetrischer Spalt, so dass der Läufer bidirektional anlaufen kann.
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Vorzugsweise ist der Spalt ein symmetrischer ungleichmäßiger Spalt, und der Läufer kann in einer Ausgangsposition positioniert werden, in welcher eine Mittellinie der Zahnspitze des Ständers näher an einer Mittellinie eines Bereichs zwischen zwei benachbarten Magnetpolen liegt als die Mittellinien der beiden benachbarten Magnetpole.
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In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung arbeitet die Antriebsvorrichtung für die Waschmaschine mit einem einphasigen bürstenlosen Außenläufermotor. Der Ständerkern des Motors hat kleine Schlitzöffnungen oder Magnetbrücken, und der Spalt ist optimal konfiguriert, zum Beispiel als ein symmetrischer Spalt. Die Größe und das Gewicht des Motors werden daher verringert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Antriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
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2 zeigt einen einphasigen bürstenlosen Außenläufermotor der Antriebsvorrichtung von 1;
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3 ist eine Schnittansicht des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors von 2 entlang einer radialen Richtung;
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4 ist eine Schnittansicht des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors von 3 entlang einer axialen Richtung;
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5 ist eine vergrößerte Ansicht des gestrichelt eingefassten Bereichs von 3;
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6 zeigt einen Ständerkern des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors von 2;
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7 zeigt eine Isolierhalterung des einphasigen bürstenlosen Außenläufermotors von 2;
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8 ist eine Ansicht des Ständerkerns von 6 und der Isolierhalterung von 7 im montieren Zustand;
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9 zeigt den Läufer in der Totpunktlage, wenn der einphasige bürstenlose Außenläufermotor nicht bestromt wird;
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10 zeigt den Läufer in einer Ausgangsposition, wenn der einphasige bürstenlose Außenläufermotor von 2 nicht bestromt wird;
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11 zeigt einen Ständerkern eines Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters.
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12 einen Ständerkern eines Motors gemäß einer dritten Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters;
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13 und 14 zeigen einen Läufer eines Motors gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters;
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15 zeigt einen Ständer eines Motors gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters;
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16 zeigt einen Läufer eines Motors gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters;
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17 zeigt einen Motor gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird auf 1 Bezug genommen. Eine Waschmaschine (nicht dargestellt) gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters enthält eine Antriebsvorrichtung 100 für den drehenden Antrieb einer Waschmaschinentrommel. Die Antriebsvorrichtung 100 umfasst einen einphasigen Außenläufermotor 90 (2) und einen Getriebemechanismus. Vorzugsweise ist der Getriebemechanismus ein zweistufiger Riemengetriebemechanismus mit einem ersten Übertragungsriemen 91, einem Übertragungsrad 93, einem zweiten Übertragungsriemen 95 und einem Antriebsrad 97. Einander gegenüberliegende Enden des ersten Übertragungsriemens 91 sind jeweils um eine Drehwelle des einphasigen Motors 90 und um ein Übertragungsrad 93 herum befestigt, so dass der einphasige Motor 90 das Übertragungsrad 93 drehend antreibt. Die Übertragung zwischen dem Motor 90 und dem Übertragungsrad 93 hat bevorzugt ein Übersetzungsdrehzahlverhältnis von 2:1. Insbesondere ist an einer Drehwelle 21 des Motors eine Riemenscheibe 94 montiert, die sich zusammen mit der Drehwelle 21 dreht, und der Übertragungsriemen 91 ist um die Riemenscheibe 94 und um ein Ende des Übertragungsrads 93 herumgeführt. Einander gegenüberliegende Enden des zweiten Übertragungsriemens 95 sind jeweils um ein weiteres Ende des Übertragungsrads 93 und um das Antriebsrad 97 herumgeführt, so dass das Übertragungsrad 93 das Antriebsrad 97 drehend antreiben kann. Die Übersetzung zwischen dem Übertragungsrad 93 und dem Antriebsrad 97 hat bevorzugt ein Übersetzungsdrehzahlverhältnis von 10:1. Das Antriebsrad 97 ist konfiguriert für den drehenden Antrieb einer Waschmaschinentrommel. Die Antriebsvorrichtung 100 arbeitet mit einem zweistufigen Getriebe, umfassend den ersten Übertragungsriemen 91 und den zweiten Übertragungsriemen 95. Durch die Verwendung des Riemengetriebes werden ein hohes Übersetzungsverhältnis und eine bessere Stabilität erreicht. Es versteht sich, dass die Antriebsvorrichtung in anderen Ausführungsformen derart konfiguriert sein kann, dass diese je nach Notwendigkeit ein anderes Übersetzungsverhältnis erzielt.
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Bei vorliegendem Gebrauchsmuster wird vorzugsweise ein einphasiger bürstenloser Außenläufermotor 90 mit geringerer Größe und geringerem Gewicht verwendet. 2 bis einschließlich 4 zeigen eine Ausführungsform des einphasigen Außenläufermotors. Der einphasige bürstenlose Außenläufermotor hat einen Ständer 10 und einen Läufer 20, der den Ständer 10 umschließt. In der dargestellten Ausführungsform hat der einphasige bürstenlose Außenläufermotor einen Außendurchmesser von 90 mm. Es versteht sich, dass der einphasige bürstenlose Außenläufermotor je nach Notwendigkeit eine andere geeignete Größe aufweisen kann.
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Der Ständer 10 hat einen Ständerkern 11 aus einem magnetisch leitenden Material wie Eisen, eine Isolierhalterung 13, die rund um den Ständerkern 11 angebracht ist, und Wicklungen 15, die um die Isolierhalterung 13 herumgeführt sind.
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Es wird auch auf 3 bis einschließlich 6 Bezug genommen. Der Ständerkern 11 hat einen ringförmigen Bereich 110, d. h. ein Ständerjoch, das in einer Mitte des Ständerkerns 11 angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Zähnen, die sich von dem ringförmigen Bereich 110 radial und nach außen erstrecken. Ein Wicklungsschlitz ist zwischen jeweils zwei benachbarten Zähnen gebildet. Jeder Zahn hat einen Zahnkörper 112 und eine Zahnspitze 114, die sich von einem distalen Ende des Zahnkörpers 112 entlang einer Umfangsrichtung erstreckt. Vorzugsweise umfasst die Wicklung 15 eine Mehrzahl von Spulen, die jeweils auf dem Zahnkörper 112 eines einzelnen Zahns gewickelt sind, weshalb sich keine Spulen überlappen. Jeweils zwei benachbarte Zahnspitzen 114 definieren zwischen sich eine Schlitzöffnung 115, die mit einem entsprechenden Wicklungsschlitz in Verbindung steht. In einer Ausführungsform ist jede Schlitzöffnung 115 in der Umfangsrichtung jeweils gleich breit. Das heißt, die Zahnspitzen 114 sind entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet. In einer Ausführungsform ist jede Zahnspitze bezüglich eines Radius des Motors, der durch eine Mitte des Zahnkörpers dieses Zahns verläuft, symmetrisch. Vorzugsweise haben die Zahnspitzen die gleiche Umfangsbreite. Es versteht sich, das die Größe jeder Schlitzöffnung 115 unterschiedlich sein kann und dass auch die Umfangsgröße jeder Zahnspitze je nach Notwendigkeit unterschiedlich sein kann.
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Der ringförmige Bereich 110 hat allgemein die Form eines Hohlzylinders. Eine Durchgangsöffnung 111 ist durch einen zentralen Bereich des ringförmigen Bereichs 110 entlang einer axialen Richtung definiert. Wie in 2 bis einschließlich 4 gezeigt ist, hat der Ständer 10 ferner eine Basis 16 und einen an der Basis 16 gebildeten Lagerhalter 17. Die Basis 16 ist allgemein kreisscheibenförmig. Der Lagerhalter 17 erstreckt sich senkrecht von einem zentralen Bereich der Basis 16, für die feste Montage des Ständerkerns 11 an der Basis. Insbesondere ist der Lagerhalter 17 durch die Durchgangsöffnung 111 des ringförmigen Bereichs 110 des Ständerkerns 11 eingesetzt. In dem Lagerhalter 17 ist eine Wellenöffnung für die drehbare Lagerung einer Drehwelle 21 des Läufers in der Wellenöffnung definiert.
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Der Zahnkörper 112 erstreckt sich von einer Außenwandfläche des ringförmigen Bereichs 110 radial, und die Zahnkörper 112 sind entlang der Umfangsrichtung des ringförmigen Bereichs 110 gleichmäßig angeordnet. Jeder Zahnkörper 112 hat eine Zahnspitze 114, die an seinem radialen distalen Ende gebildet ist. In einer Ausführungsform ist die Zahnspitze 114 bezüglich eines Radius des Motors, der durch eine Mitte des Zahnkörpers 112 verläuft, symmetrisch. Es wird auch auf 5 Bezug genommen. Eine Außenfläche 117 der Zahnspitze 114, d. h. eine dem Läufer 20 zugewandte Fläche ist eine Bogenfläche. In einer Ausführungsform liegen die Außenflächen 117 der Zahnspitzen 114 an derselben zylindrischen Fläche, deren Mittelachse mit einer Mittelachse der Drehwelle 21 koinzidiert. Eine Innenfläche 118 der Zahnspitze 114, d. h. eine dem ringförmigen Bereich 110 zugewandte Fläche, ist allgemein eine ebene Fläche.
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In einigen Ausführungsformen sind in Verbindungseckbereichen zwischen der Zahnspitze 114 und dem Zahnkörper 112 Schlitze 116 gebildet. Das Vorsehen der Schlitze 116 erleichtert das Biegen der Zahnspitzen 114 relativ zu dem Zahnkörper 112 und verhindert Falten beim Biegen der Zahnspitze 114 des Ständerkerns 11. Insbesondere erstrecken sich zwei Flügelbereiche der Zahnspitze 114 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Zahnkörpers 112 in einem Ausgangszustand radial nach außen, so dass die Breite der Schlitzöffnung 115 des Wicklungsschlitzes vergrößert werden kann, um das Ausführen der Wicklungen 15 zu erleichtern. Nachdem die Wicklung erfolgt ist, werden die beiden Flügelbereiche der Zahnspitze 114 mit einem Werkzeug um die Schlitze 116 nach innen in eine endgültige Position gebogen. Es versteht sich, dass der Schlitz 116 in einigen Ausführungsformen nur in einem Verbindungseckbereich zwischen dem Zahnkörper 112 und dem Flügelbereich der Zahnspitze 112 auf einer Seite des Zahnkörpers 112 gebildet sein kann.
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Es wird auf 7 und 8 Bezug genommen. Die Isolierhalterung 13 hat einen oberen Halterungsbereich 131 und einen unteren Halterungsbereich 133. Der obere Halterungsbereich 131 und der untere Halterungsbereich 133 bedecken den Ständerkern 11 jeweils von seinen einander axial gegenüberliegenden Enden.
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Der obere Halterungsbereich 131 und der untere Halterungsbereich 133 sind im Wesentlichen form- und baugleich und liegen einander gegenüber. Der obere Halterungsbereich 131 und der untere Halterungsbereich 133 haben jeweils einen Ringbereich 130, der rund um den ringförmigen Bereich 110 des Ständerkerns 11 angebracht ist, Hülsenbereiche 132, die rund um die Zahnkörper 112 angebracht sind, und Widerstandsbereiche 134, die den Innenflächen der Zahnspitzen 114 einen Widerstand entgegenbringen. Der Ringbereich 110 ist allgemein rundrohrförmig und umschließt den Außenwandbereich des ringförmigen Bereichs 110 des Ständerkerns. Ein ringförmiger Endflansch 136 erstreckt sich von einem oberen axialen Ende des Ringbereichs 130 nach innen. Der Endflansch 136 bedeckt eine obere Endfläche des ringförmigen Bereichs 110. Eine Seitenwand des ringförmigen Bereichs 130 bildet eine Mehrzahl von Öffnungen (nicht näher bezeichnet), an denen die Hülsenbereiche 132 angeordnet sind. Die Öffnungen 112 ermöglichen den Durchtritt des Zahnkörpers 112. Der Hülsenbereich 132 hat auch Endflächen und Seitenflächen, die der Endfläche und den Seitenflächen des Zahnkörpers 112 entsprechen. Der Hülsenbereich 132 bedeckt Endflächen und zwei Seitenflächen des Zahnkörpers 112. Wie vorliegend beschrieben, beziehen sich die Endflächen des Zahnkörpers 112 auf eine Oberfläche und eine Unterfläche des Zahnkörpers 112 in der axialen Richtung des Motors, und die Seitenflächen des Zahnkörpers 112 beziehen sich auf zwei Seitenflächen, die zur radialen Richtung parallel sind. Es versteht sich, dass der Hülsenbereich 132 des oberen Halterungsbereichs 131 die Oberfläche und die beiden Seitenflächen des Zahnkörpers 112 bedeckt und dass der Hülsenbereich 132 des unteren Halterungsbereichs 133 die Unterfläche und die beiden Seitenflächen des Zahnkörpers 112 bedeckt. Der obere Halterungsbereich 131 und der untere Halterungsbereich 133 bedecken im Wesentlichen die gesamten Seitenflächen und Endflächen des Zahnkörpers 112, um den Ständerkern 11 gegenüber den Wicklungen 15 zu isolieren.
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Der Widerstandsbereich 134 ist gebildet durch ein entlang der Umfangsrichtung gebogenes radiales distales Ende des Hülsenbereichs 132, das der Innenfläche 118 einer entsprechenden Zahnspitze 114 einen Widerstand entgegenbringt.
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Ferner ist eine gebogene Platte 135, 137 an einem axialen Ende des Widerstandsbereich 134 angeordnet. Die gebogene Platte 135, 137 bedeckt eine Endfläche des axialen Endbereichs der Zahnspitze 114 zumindest teilweise. Insbesondere ist die gebogene Platte 135 an einem oberen axialen Ende des Widerstandsbereichs 134 des oberen Halterungsbereichs 131 angeordnet und bedeckt eine obere axiale Endfläche einer entsprechenden Zahnspitze 114 zumindest teilweise. Die gebogene Platte 137 ist an einem unteren axialen Ende des Widerstandsbereichs 134 des unteren Halterungsbereichs 133 angeordnet und bedeckt eine untere axiale Endfläche einer entsprechenden Zahnspitze 114.
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Es wird auf 2 bis einschließlich 4 Bezug genommen. Der Läufer 20 hat eine Drehwelle 21, die durch den ringförmigen Bereich 110 verläuft, ein Läuferjoch 22, das mit der Drehwelle 21 fest verbunden ist, und einen Permanentmagnet 24, der an einer Innenwandfläche des Läuferjoches 22 angeordnet ist, um eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen 24 zu bilden. In dieser Ausführungsform hat der Permanentmagnet 24 mehrere geteilte Magneten, deren jeder einen Permanentmagnetpol 24 bildet. In einer alternativen Ausführungsform kann der Permanentmagnet zu einem einteiligen Ringmagnet geformt sein, wie in 16 dargestellt. Der Ringmagnet 24 umfasst eine Mehrzahl von Abschnitten, deren jeder einen Permanentmagnetpol 24 bildet. In einer Ausführungsform ist eine Innenfläche 241 des Permanentmagnets 24 eine ebene Fläche, so dass die Herstellung des Permanentmagnets 24 vereinfacht werden kann. Es versteht sich jedoch, dass die Innenfläche des Permanentmagnets 24 auch eine Bogenfläche sein kann. In einer Ausführungsform ist der Polbogenkoeffizient des Permanentmagnets 24, d. h. ein Verhältnis eines tatsächlichen aufgespannten Winkels des Permanentmagnets 24 entlang der Umfangsrichtung zu dem Quotient von 360 Grad geteilt durch die Anzahl der Läuferpole, größer als 0,75, wodurch die Rastmomentcharakteristiken verbessert werden können und der Wirkungsgrad des Motor vergrößert werden kann.
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Es wird auf 4 Bezug genommen. Die Drehwelle 21 ist in der Wellenöffnung des Lagerhalters 17 drehbar angeordnet. Zum Beispiel ist die Drehwelle 21 durch ein Lager in dem Lagerhalter 17 drehbar gelagert. Das Läuferjoch 22 ist allgemein fassförmig und bedeckt den Ständerkern 11. Das Läuferjoch 22 hat eine Endplatte 221, die mit der Drehwelle 21 fest verbunden ist, und eine ringförmige Seitenwand 222, die sich von der Endplatte 221 erstreckt. Die Endplatte 221 ist der Basis 16 gegenüberliegend angeordnet, wobei zwischen einem axialen Ende der Seitenwand 222 und der Basis 16 ein Spalt gebildet ist. Die Endplatte 221 und die Basis 16 haben jeweils eine von dem Ständerkern und den Magneten des Motors entfernte Endfläche. In dieser Ausführungsform beträgt die axiale Größe des Motors zwischen zwei Endflächen desselben 65 mm. In der Endplatte 221 ist eine Mehrzahl von Fenstern gebildet, die Außenluft einströmen lassen, um das Motorinnere zu kühlen. Während des Betriebs des Motors drehen sich das Läuferjoch 22 und der Permanentmagnet 24 unter Zusammenwirken zwischen den Magnetfeldern der Permanentmagnete 24 und dem Ständer relativ zu dem Ständer.
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In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl der Permanentmagnetpole die gleiche sein oder in einem vielfachen Verhältnis zur Anzahl des Zähne stehen. Die Anzahl der Zähne entspricht zum Beispiel dem Zwei- oder Dreifachen der Anzahl der Permanentmagnetpole. In dieser Ausführungsform hat der Läufer 20 acht Permanentmagnete, die jeweils acht Permanentmagnetpole bilden. Der Ständer 10 hat acht Ständerzähne, und es sind insgesamt acht Wicklungsschlitze zwischen benachbarten Zähnen gebildet, wodurch ein 8-poliger Motor mit 8 Schlitzen gebildet wird. In einer Ausführungsform sind die Ständerwicklungen an einen einphasigen Gleichstrom angeschlossen und werden durch einen einphasigen bürstenlosen Gleichstrommotortreiber mit dem Gleichstrom versorgt, wodurch ein einphasiger bürstenloser Gleichstrommotor gebildet wird. Es versteht sich, dass der Motor gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster als einphasiger Permanentmagnet-Synchronmotor verwendet werden kann, bei dem die Ständerwicklungen mit einer einphasigen Wechselstromquelle verbunden sind.
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Wie in 5 gezeigt ist, sind die Innenflächen 241 der Permanentmagnetpole 24 den Außenflächen 117 der Zahnspitze 114 zugewandt, wobei dazwischen ein Spalt 119 gebildet ist. Eine radiale Breite des Spalts 119 variiert entlang einer Umfangsrichtung des Permanentmagnetpols 24, wodurch ein ungleichmäßiger Spalt gebildet wird. Die radiale Breite des Spalts 119 nimmt von einer Umfangsmitte in Richtung auf gegenüberliegende Umfangsenden einer Innenfläche 117 des Permanentmagnetpols 24 fortschreitend zu. Vorzugsweise ist der mit jedem Magnetpol 24 korrespondierende Spalt um die umfangsseitige Mittellinie des Magnetpols 24 symmetrisch, um so einen symmetrischen ungleichmäßigen Spalt zu bilden, so dass der Läufer bidirektional anlaufen kann. Ein radialer Abstand zwischen einem umfangsseitigen Mittelpunkt der Innenfläche des Permanentmagnetpols 24 und einer zylindrischen Fläche, in welcher die Außenfläche der Zahnspitze 114 liegt, ist die minimale radiale Breite G1 des Spalts 119, und ein radialer Abstand zwischen einem umfangsseitigen Endpunkt der Innenfläche des Permanentmagnetpols 24 und der zylindrischen Fläche, in welcher die Außenfläche der Zahnspitze 114 liegt, ist die maximale radiale Breite G2 des Spalts 119. Ein Verhältnis der maximalen radialen Breite zur minimalen radialen Breite des Spalts 119 ist größer als 1,5, d. h. G2:G1 > 1,5. Weiter bevorzugt ist das Verhältnis der maximalen radialen Breite zu der minimalen radialen Breite des Spalts größer als 2, d. h. G2:G1 > 2.
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Eine Breite D (die sich normalerweise auf die minimale Breite der Schlitzöffnung 115 in der Umfangsrichtung bezieht) der Schlitzöffnung 115 ist größer als 0, jedoch kleiner oder gleich dem Fünffachen der minimalen radialen Breite des Spalts 119, d. h. 0 ≤ D ≤ 5G1. In einer Ausführungsform ist die radiale Breite D der Schlitzöffnung 115 gleich der oder größer als die minimale radiale Breite des Spalts 119, jedoch kleiner oder gleich dem Dreifachen der minimalen radialen Breite des Spalts 119, d. h. G1 ≤ D ≤ 3G1. Alternativ können benachbarte Zahnspitzen 114 durch eine schmale Brücke 115a mit einem hohen Magnetwiderstand verbunden sein, wie in 15 gezeigt.
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Es wird auch auf 9 und 10 Bezug genommen. Wenn der Motor nicht bestromt wird, erzeugt der Permanentmagnet 24 des Läufers 20 eine Anziehungskraft, die die Zähne des Ständers 10 anzieht. 9 und 10 zeigen den Läufer 20 in verschiedenen Positionen. Insbesondere zeigt 9 den Läufer 20 in einer Totpunktlage (d. h. eine Mitte des Magnetpols des Läufers ist auf eine Mitte der Zahnspitze des Ständers ausgerichtet). 10 zeigt den Läufer 20 in einer Ausgangsposition (d. h. die Stoppposition des Läufers bei nicht mit Strom gespeisten oder abgeschaltetem Motor). Wie in 9 und 10 dargestellt ist, ist der Magnetfluss des Magnetfeldes, das durch den Magnetpol des Läufers 20 erzeugt wird und durch den Ständer 10 verläuft, gleich ϕ1, wenn sich der Läufer 20 in der Totpunktlage befindet. Der Magnetfluss des Magnetfeldes, das durch den Magnetpol des Läufers 20 erzeugt wird und durch den Ständer 10 verläuft, ist gleich ϕ2, wenn sich der Läufer 20 in der Ausgangsposition befindet, und ϕ2 > ϕ1, und der Weg von ϕ2 ist kürzer als der von ϕ1 und der Widerstand von ϕ2 deshalb kleiner als der von ϕ1. Deshalb kann der Läufer 20 in der Ausgangslage positioniert werden, wenn der Motor nicht mit Strom gespeist wird, wodurch die Totpunktlage vermieden wird und somit auch, dass der Läufer nicht anläuft, wenn der Motor mit Strom gespeist wird. In dieser Ausführungsform stoppt der Läufer 20 in der Ausgangsposition, die in 10 gezeigt ist, wenn der Motor nicht bestromt wird oder abgeschaltet ist. In dieser Ausgangsposition ist eine Mittellinie der Zahnspitze 112 des Ständerkerns auf eine Mittellinie des Bereichs zwischen zwei benachbarten Magnetpolen 24 ausgerichtet. In dieser Ausführungsform sind die Magnetpole 24 Permanentmagnetpole, und die Mittellinie jeder Zahnspitze 112 des Ständerkerns ist auf die Mittellinie des Neutralbereichs zwischen zwei benachbarten Läufermagnetpolen 24 ausgerichtet. Diese Position weicht am weitesten von der Totpunktlage ab, wodurch sich wirksam vermeiden lässt, dass der Läufer nicht anläuft, wenn der Motor aktiviert wird. Bedingt durch andere Faktoren in der Praxis, zum Beispiel Reibung, kann die Mittellinie des Zahnkörpers 12 des Ständerkerns von der Mittellinie des Bereichs zwischen zwei benachbarten Läufermagnetpolen 24 um einen Winkel von beispielsweise 0 bis 30 elektrischen Grad abweichen, doch ist die Stoppposition immer noch weit von der Totpunktlage entfernt. Das heißt, wenn der Motor nicht mit Strom gespeist wird, stoppt der Läufer in einer Ausgangsposition, in der die Mittellinie der Zahnspitze des Ständerkerns näher zur Mittellinie des Bereichs zwischen zwei benachbarten Magnetpolen liegt als Mittellinien der beiden benachbarten Magnetpole 24.
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In den vorstehenden Ausführungsformen des vorliegenden Gebrauchsmusters kann der Läufer durch das Streumagnetfeld, das durch den Läufer-Permanentmagnetpol 24 erzeugt wird, der sich mit den Zahnspitzen des Ständerkerns 11 gegenseitig anzieht, in der Ausgangsposition positioniert werden, die von der Totpunktlage abweicht. Das durch den Permanentmagnetpol 24 des Läufers erzeugte Streumagnetfeld verläuft nicht durch die Zahnkörper 112 und die Wicklungen. Das Rastmoment des einphasigen bürstenlosen Permanentmagnetmotors, der in dieser Weise konfiguriert ist, lässt sich wirksam unterdrücken, so dass der Motor über einen besseren Wirkungsgrad und eine bessere Leistung verfügt. Versuche zeigen, dass eine Spitze des Rastmoments eines einphasigen bürstenlosen Gleichstrom-Außenläufermotors, der in vorstehend beschriebener Weise ausgebildet ist (das Nenndrehmoment ist 1 Nm, die Nenndrehzahl ist 1000 U/min, und die Stapelhöhe des Ständerkerns ist 30 mm), ist kleiner als 80 mNm. Der Motor gemäß vorliegendem Gebrauchsmuster kann je nach Notwendigkeit mit einer bidirektionalen Startmöglichkeit ausgebildet sein. Zum Beispiel lässt sich die bidirektionale Drehung durch die Verwendung von zwei Hall-Sensoren und einer zugeordneten Steuerung erreichen. Der Motor kann jedoch auch für einen Start in nur einer Richtung ausgebildet sein, wobei dann nur ein Positionssensor benötigt wird.
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Außerdem beträgt ein Abstand zwischen der Endplatte 221 des einphasigen bürstenlosten Außenläufermotors und der Endfläche der Basis 16, die von der Endplatte 221 entfernt ist, 65 mm.
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11 zeigt einen Ständerkern 40 eines Motors gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters. Der Ständerkern 40 unterscheidet sich von dem Ständerkern 11 der vorstehenden Ausführungsform dadurch, dass der Ständerkern 40 der vorliegenden Ausführungsform eine Mehrzahl von individuellen Zahnabschnitten 41 hat, die miteinander verbunden sind. Jeder Zahnabschnitt 41 hat einen Jochbereich 410, einen Zahnkörper 412, der sich von dem Jochbereich 410 radial nach außen erstreckt, und eine Zahnspitze 414, die sich von einem distalen Ende des Zahnkörpers 414 in einer Umfangsrichtung erstreckt. Die Zahnabschnitte 41 sind entlang der Umfangsrichtung angeordnet, um zusammen den Ständerkern 40 zu bilden. Die Jochbereiche 410 der Zahnabschnitte 410 bilden zusammen ein ringförmiges Joch. Die Jochbereiche 410 können durch eine zwischen diesen gebildete konvex-konkave Verriegelungsstruktur verriegelt sein. In dieser Ausführungsform ist an einer Umfangsseite jedes Jochbereichs 410 ein Vorsprung 415 und an der anderen Umfangsseite jedes Jochbereichs 410 eine Ausnehmung 417 gebildet. Der Vorsprung 415 jedes Jochbereichs 410 rastet in der Ausnehmung 417 eines weiteren, benachbarten Jochbereichs 410 ein, und die Ausnehmung 417 jedes Jochbereichs 410 nimmt den Vorsprung 415 eines weiteren, benachbarten Jochbereichs 410 auf, so dass alle Zahnbereiche zu einem ganzen Körper zusammengeschlossen sind. Alternativ können die Jochbereiche 410 ebene Kontaktflächen aufweisen, die miteinander verschweißt sind. Da der Ständerkern 40 durch eine gegenseitige Verbindung von individuellen Zahnabschnitten 41 gebildet werden kann, lässt sich die Wicklung ausführen, bevor die Zahnabschnitte 41 zu einem ganzen Körper zusammengefügt werden. Aus diesem Grund kann die Schlitzöffnung zwischen den Zahnspitzen 414 kleiner sein, ohne den Wicklungsprozess zu beeinträchtigen.
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12 zeigt einen Ständerkern 50 gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters. Der Ständerkern 50 unterscheidet sich von dem Ständerkern 11 der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Ständerkern 50 der vorliegenden Ausführungsform erste Zähne 52 hat, die mit dem Joch 510 einstückig ausgebildet sind, und einen separat gebildeten zweiten Zahn 52. Der zweite Zahn 52 rastet an dem Joch 510 ein, und die ersten Zähne 51 und die zweiten Zähne 52 sind entlang der Umfangsrichtung alternierend angeordnet. In einer Ausführungsform sind die zweiten Zähne 52 in den Jochbereich 510 eingesetzt. Der Jochbereich 510 hat eine Mehrzahl von Einführschlitzen 511. Ein radial inneres Ende des zweiten Zahns 52 hat einen Einführbereich 522, dessen Form dem Einführschlitz 511 angepasst ist. In einer Ausführungsform ist der Einführschlitz 511 ein schwalbenschwanzförmiger Schlitz. Der Ständerkern 50 dieser Ausführungsform enthält individuelle zweite Zähne 52, die nach Fertigstellung der Wicklung in das Joch 510 eingesetzt werden können. Die Schlitzöffnung zwischen den Zahnspitzen kann daher kleiner sein, ohne dass der Wicklungsprozess hierdurch beeinträchtig wird.
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13 und 14 zeigen eine Läufer 60 gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters. Der Läufer 60 unterscheidet sich von dem Läufer 20 der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Läufer 60 einen Umspritzungsbereich 65 hat. Insbesondere wird der Läufer 60 umspritzt, indem das Läuferjoch 62 und die Permanentmagnete 64 in einen Formenhohlraum eingesetzt werden und Kunststoff in den Formenhohlraum eingespritzt wird.
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17 zeigt einen Motor gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters. In dieser Ausführungsform hat der Läufer 70 Permanentmagnete 26 und Magnetelemente 24, die in der Umfangsrichtung alternierend und voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Permanentmagnete 26 sind in der Umfangsrichtung des Läufers magnetisiert. Benachbarte Permanentmagnete 26 haben entgegengesetzte Polarität. Die Magnetelemente 24 können aus einem hartmagnetischen Material wie ferromagnetisches Material oder seltene Erden bestehen oder aus einem weichmagnetischen Material wie Eisen. Das Magnetelement 24 hat eine Dicke, die von einer Umfangsmitte zu seinen beiden Umfangsseiten fortschreitend abnimmt. Eine minimale Dicke des Magnetelements 24, d. h. die Dicke an seinen Umfangsseiten, ist im Wesentlichen die gleiche wie die Dicke des Permanentmagnets 26. Vorzugsweise ist die dem Ständer zugewandte innere Umfangsfläche des Magnetelements 24 eine ebene Fläche, die sich parallel zu einer Tangentialrichtung einer Außenfläche des Ständers erstreckt. Solchermaßen bilden die inneren Umfangsflächen der Permanentmagnete und die äußeren Umfangsflächen der Magnetelemente zusammen die Innenfläche des Läufers, die in einem radialen Querschnitt des Läufers 70 ein symmetrisches Vieleck ist. Die Innenflächen des Permanentmagnets 26 und die Innenflächen der Magnetelemente 24 bilden zusammen eine vieleckige Innenfläche des Läufers 70. Der Ständer 10 und der Läufer 70 bilden zwischen sich einen symmetrischen ungleichmäßigen Spalt, der eine Größe hat, die von einer Umfangsmitte zu den beiden Umfangsseiten des Magnetelements 24 fortschreitend größer wird und die maximale Breite Gmax an einer dem Permanentmagnet 26 entsprechenden Position erreicht. Wenn der Motor außer Strom gesetzt wird, kann der Läufer 50 durch das Streumagnetfeld, das durch die Permanentmagnete 26 erzeugt wird, die Permanentmagnetpole bilden, in einer Ausgangsposition positioniert werden, wobei das Streumagnetfeld eine Mehrzahl Magnetflusskreisen umfasst, die durch einen entsprechenden Permanentmagnetpol 26, zwei benachbarte Magnetelemente 24 auf einander gegenüberliegenden Seiten des entsprechenden Permanentmagnetpols 26 und eine entsprechende Zahnspitze 114 des Ständers in der Nähe des entsprechenden Permanentmagnetpols 26 verläuft.
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18 zeigt einen Läufer gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Gebrauchsmusters. Die Zahnspitzen 114 des Ständers 10 sind über Magnetbrücken 116 in der Umfangsrichtung verbunden, und die gesamte Außenfläche des Ständers 10, d. h. die Außenfläche 117 der Zahnspitze 114, ist eine geschlossene zylindrische Fläche. Die Innenfläche des Läufers 80, d. h. die inneren Umfangsflächen 241 der Permanentmagnete 24, liegen an einer zylindrischen Fläche, die koaxial zur äußeren Umfangsfläche 117 des Ständers 10 ist. Die äußere Umfangsfläche 117 des Ständers 10 und die innere Umfangsfläche 241 des Läufers 80 definieren einen symmetrischen gleichmäßigen Spalt. Die äußere Umfangsfläche 117 der Zahnspitze 114 ist mit Positionierungsnuten 42 versehen, wodurch der Zahnspitze 114 eine symmetrische Struktur verliehen wird und dadurch sichergestellt wird, dass bei stillstehendem Läufer eine Mittellinie des Bereichs zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten 54 relativ zu einer Mittellinie der Zahnspitze 114 des Zahns des Ständers 10 um einen Winkel abweicht. Vorzugsweise ist der Positionierungsschlitz 42 des Ständers 10 bei stillstehendem Läufer auf die Mittellinie der beiden benachbarten Permanentmagnete 24 des Läufers 80 ausgerichtet, wodurch der Läufer 80 jedes Mal, wenn der Motor aktiviert wird, erfolgreich anlaufen kann. Es versteht sich, dass die Zahnspitzen 114 des Ständers 10 in dieser Ausführungsform über eine schmale Schlitzöffnung in der Umfangsrichtung voneinander getrennt sein können.
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Bei der Antriebsvorrichtung 100 für die Waschmaschine wird der einphasige bürstenlose Außenläufermotor 90 verwendet. Der Ständerkern 11, 40, 70, 80 des Motors 90 hat die kleine Schlitzöffnung, und der Spalt 119 ist optimal konfiguriert, zum Beispiel als ein symmetrischer ungleichmäßiger Spalt. Dadurch werden die Größe und das Gewicht des Motors 90 verringert.
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Wenngleich das Gebrauchsmuster mit Bezug auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen möglich sind. Zum Beispiel können die Läuferpole einem integrierten Typ anstelle des geteilten Typs wie in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben entsprechen. Die Anzahl der Schlitze und Pole kann von 2 Polen und 2 Schlitzen bis hin zu N Polen und N Schlitzen variieren, ohne den Rahmen des vorliegenden Gebrauchsmusters zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche bestimmt wird.
