AT514709A1 - Scheibenläufermotor - Google Patents

Abstract

Es wird ein Scheibenläufermotor (1, 26) mit mindestens einem Stator (3, 4, 28, 31) der wenigstens eine elektrische Statorwicklung (14) und Statorzähne (11) aufweist, die einen Zahnhals (12) aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff ausbilden, und mit wenigstens einem scheibenförmigen Rotor (2, 27) gezeigt, der ausschließlich durch Ferritmagnete (7, 8) gebildete permanentmagnetische Pole (9) wenigstens zur Drehmomentenbildung aufweist, wobei Rotor (2, 27) und Stator (3, 4, 28, 31) parallel zueinander orientiert und durch einen axialen Spalt (5) voneinander beabstandet sind. Um zwischen Kosten, Gewicht bzw. Baugröße und Leistungs- und Drehmomentendichte ein Optimum zu finden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Statorzähne (11) jeweils in einem an ihren Zahnhals (12) anschließenden Zahnende (15) aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff enden, welches Zahnende (15) sich gegenüber dem Zahnhals (12) in seiner Querschnittsfläche (AE) erweitert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheibenläufermotor mit mindestens einem Stator, der wenigstens eine elektrische Statorwicklung und Statorzähne aufweist, die einen Zahnhals aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff ausbilden, und mit wenigstens einem scheibenförmigen Rotor, der ausschließlich durch Ferritmagnete gebildete permanentmagnetische Pole wenigstens zur Drehmomentenbildung aufweist, wobei Rotor und Stator parallel zueinander orientiert und durch einen axialen Spalt voneinander beabstandet sind.

Um einen in den Material kosten reduzierten Scheibenläufermotor zu schaffen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt (Autor: Sone, Kodai; et. al., Titel: „A Ferrite PM In-Wheel Motor Without Rare Earth Materials“, IEEE Transactions on Magnetics, 48(11): 2961-2964), einen als Läuferscheibe ausgebildeten Rotor ausschließlich mit Ferritmagnete zu bestücken, um damit die permanentmagnetischen Pole zur Drehmomentenbildung auszubilden. Der Bedarf an aus seltenen Erden bestehenden Permanentmagnete kann so vermieden werden, was neben reduzierten Kosten auch zu Scheibenläufermotoren mit vergleichsweise geringen Wirbelstromverlusten führt. Der Rotor ist, wie bei Scheibenläufermotoren üblich, parallel zum Stator orientiert und durch einen axialen Spalt vom Stator beabstandet. Das Statorjoch des Stators ist aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff hergestellt, und bildet Statorzähne mit bewickelten und stumpf endenden Zahnhälsen aus. Nachteilig muss bei einer Verwendung von kostengünstigen Ferritmagneten einerseits mit verminderten Leistungsdichten, andererseits mit niedrigeren Drehmomentendichten gerechnet werden. Vergrößerte Durchmesser auf der Läuferscheibe können dies zwar kompensieren - erhöhen jedoch den ohnehin durch dieses Motorkonzept ver gleichsweise großen Bauraum hinsichtlich des Motordurchmessers. Steht ein geringer Bauraum zur Verfügung, wie dies beispielsweise im Fahrzeugbau gefordert ist, sind derartige vergleichsweise kostengünstige, jedoch große Scheibenläufermotoren ungeeignet.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Scheibenläufermotor der eingangs geschilderten Art derart konstruktiv zu verändern, dass trotz Ferritmagnete am Rotor eine hohe Leistungs- und Drehmomentendichte erreicht und zusätzlich auch geringe Motorabmessungen eingehalten werden können, um einen Einbau in einem beengten Bauraum zu erlauben. Zudem soll der Scheibenläufermotor ein geringes Gewicht aufweisen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Statorzähne jeweils in einem an ihren Zahnhals anschließenden Zahnende aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff enden, welches Zahnende sich gegenüber dem Zahnhals in seiner Querschnittsfläche erweitert.

Enden die Statorzähne jeweils in einem an den Zahnhals anschließenden Zahnende aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff, welches Zahnende sich gegenüber dem Zahnhals in seiner Querschnittsfläche erweitert, kann trotz eines Rotors mit Ferritmagneten ein Optimum hinsichtlich der Baugröße des Scheibenläufermotors und auch in Bezug auf dessen Leistungs- und Drehmomentendichte gefunden werden. Damit kann erfindungsgemäß erstmals möglich werden, auch mit Ferritmagneten in jene Klasse an Scheibenläufermotoren vorzutreten, die nach dem Stand der Technik ausschließlich von Rotoren mit Permanentmagneten aus seltenen Erden erreicht werden. Durch die sowohl sich zum Ende hin erweiternden Statorzähne als auch durch den besonderen Werkstoff (weichmagnetischer Pulververbundwerkstoff) des Zahnendes kann nämlich der permanentmagnetische Fluss der Ferritmagnete verlässlich und verlustarm in den Zahnhals und damit in den Stator eingeleitet werden - auch dann, wenn im optimierten Fall hinsichtlich der Leistungsund Drehmomentendichte die Ferritmagnete im Vergleich zum Zahnhals zwangs weise eine erheblich größere Querschnittsfläche aufweisen müssen. Die erfindungsgemäße Zahnform führt daher explizit für das Motorkonzept von Scheibenläufermotoren mit Ferritmagneten zu einer kompakten und gewichtsreduzierten Bauform bei dennoch hohen Leistungs- und Drehmomentendichten bzw. einem hohen Wirkungsgrad. Damit kann sich eine für solch einen Scheibenläufermotor unbekannte Anwendungsmöglichkeit im Automobilbau eröffnen.

Im Allgemeinen wird erwähnt, dass sich SMC („soft magnetic composites“) als weichmagnetischer Pulververbundwerkstoff besonders eignen kann. Überraschend konnte festgestellt werden, dass die gegenläufigen Optimierungsparameter von Gewicht bzw. Baugröße und Leistungs- und Drehmomentendichte ein Optimum finden, wenn der Quotient der kleinsten Querschnittsfläche des Zahnendes und der größten Querschnittsfläche des Zahnhalses größer 2 ist. Zudem ist damit eine einfach handhabbare Konstruktionsvorschrift für diesen Scheibenläufermotor gegeben.

Bestehen Zahnhals und Zahnende aus demselben weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff, kann die Herstellung des Stators vereinfacht werden. Insbesondere kann sich hierfür SMC als weichmagnetischer Pulververbundwerkstoff eignen.

Magnetische Verluste können noch weiter reduziert werden, wenn Zahnhals und Zahnende, in einem hergestellt, ein einstückiges Bauteil des Stators ausbilden. Zudem kann dies zu vereinfachten Verhältnissen im Zusammenbau des Stators führen, indem erst nach einem Bewickeln des einstückigen Statorzahns dieser mit dem magnetisch leitenden Statorjoch des Stators fest verbunden wird, beispielsweise durch Stoff- und/oder formschlüssige Maßnahmen zwischen den beiden Fügeteilen.

Alternativ zur Einstückigkeit des Statorzahns ist auch vorstellbar, dass das Zahnende auf dem Zahnhals aufgesetzt und damit fest verbunden ist, um eine Bewicklung des Zahnhalses zu ermöglichen.

Diese Option, die Statorzähne zu bewickeln, bevor das Zahnende mit dem Zahnhals fest verbunden wird, eröffnet auch die Möglichkeit, den Stator konstruktiv einfach herzustellen. Es können dann nämlich der Zahnhals und ein ein- oder mehrteiliges Statorjoch des Stators, in einem hergestellt, ein einstückiges Bauteil ausbilden -wodurch sich wiederum der Zusammenbau des Scheibenläufermotors erleichtert. Zudem können damit Statorjoch und Zahnhals aufgrund des gleichen weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffs idente magnetische Kennwerte aufweisen, was die Konstruktion des Scheibenläufermotors weiter erleichtern kann.

Eine vergleichsweise hohe Leistungs- und Drehmomentendichte am Scheibenläufermotor kann erreicht werden, wenn die Statorzähne und die Ferritmagnete konzentrisch im Randbereich des Stators bzw. Rotors angeordnet sind.

Weist der Rotor eine Trägerscheibe mit Öffnungen im Bereich der Ferritmagnete auf, kann eine erhöhte Masse an Ferritmagneten am Rotor befestigt und der Rotor dennoch schlank ausgebildet werden. Insbesondere die Verwendung von Edelstahl kann sich für die Trägerscheibe bewähren, um mechanisch stabil eine Vielzahl an Ferritmagneten zu lagern. Ein standfester Scheibenläufermotor kann sich dadurch ergeben.

Eine erhöhte Anzahl von Ferritmagneten kann an der Trägerscheibe auf konstruktiv einfache Weise vorgesehen werden, wenn je ein erster Ferritmagnet in eine Öffnung der Trägerscheibe eingesetzt und beidseitig von je einem an der Trägerscheibe aufliegenden zweiten Ferritmagneten abgedeckt ist. Dies kann neben einer Verbesserung der Leistungs- und Drehmomentendichte des Scheibenläufermotors auch für einen verminderten Durchmessers des Rotors und damit für weiter verringerte Abmessungen am Scheibenläufermotor sorgen.

Weisen die Öffnungen in der Trägerscheibe beidseitig einen stufenförmigen Öffnungsrand auf, kann die feste Verbindung der Ferritmagnete mit der Trägerscheibe mechanisch belastbarer ausgebildet werden, wenn die zweiten Ferritmagnete fluchtend in den stufenförmigen Öffnungsrand einragen. Damit bildet sich nämlich nicht nur zwischen dem ersten in die Öffnung eingesetzten Ferritmagneten und der Trägerscheibe eine formschlüssige Verbindung aus. Zudem können die zweiten Ferritmagnete eine formschlüssige Verbindung mit der Trägerscheibe über den gestuften Öffnungsrand eingehen. Ein besonders belastbarer und stabiler Rotor kann damit geschaffen werden, womit wiederum die Standfestigkeit des Scheibenläufermotors weiter erhöht wird.

Die Ausbildung von Wirbelströmen im Bereich der Öffnungen der Trägerscheibe kann verhindert werden, wenn die Trägerscheibe im Randbereich Schlitze aufweist. Dies kann unter anderem eine Entmagnetisierung der Ferritmagnete vermeiden, und die Standfestigkeit des Scheibenläufermotors erhöhen.

Bilden sich die Schlitze zwischen T-förmigen Stegen der Trägerscheibe aus, zwischen welchen Stegen sich die Öffnungen der Trägerscheibe für die Ferritmagnete befinden, kann auf konstruktiv einfache Weise eine Trägerscheibe in der Form eines geschlitzten Speichenrads geschaffen werden. Neben einer Gewichtsreduktion kann diese Konstruktion auch zu vorteilhaften magnetischen Verhältnissen führen und den Wirkungsgrad bzw. die Leistungs- und Drehmomentendichte des Scheibenläufermotors erhöhen.

Die mit den Ferritmagneten mechanisch belastete Trägerscheibe kann stirnseitig eine umlaufende Nut aufweisen, in der ein Verstärkungselement wenigstens teilweise vorgesehen ist. Das die Trägerscheibe umlaufende Verstärkungselement kann besonders Verformungen an den randseitigen Stegen entgegen wirken, wobei sich hier eine Bandage bewährt hat. Von einer erhöhten Standfestigkeit des Scheibenläufermotors kann somit ausgegangen werden.

Gewichtsersparend kann das Verstärkungselement mindestens eine Faser aufweisen. Zudem kann dies einen Kurzschluss der durch Schlitze getrennten Randberei che der Trägerscheibe vermeiden und hat somit keine nachteiligen Einflüsse auf den Wirkungsgrad bzw. die Leistungs- und Drehmomentendichte des Scheibenläufermotors. Fasern aus Glas- oder Kohlenstoffwerkstoff können sich hierzu bewähren.

Eine vergleichsweise hohe Leistungs- und Drehmomentendichte am Scheibenläufermotor kann erreicht werden, wenn beidseitig des Rotors je ein Stator vorgesehen ist.

Die konstruktive Ausbildung des Scheibenläufermotors kann vereinfacht werden, wenn der Rotor eine magnetisch leitende Trägerscheibe aufweist, auf der die Ferritmagnete vollflächig befestigt sind, wobei der einseitig zum Rotor vorgesehene Stator über den axialen Spalt an die Seite der Trägerscheibe mit den Ferritmagneten angrenzt. Gegenüber einem Beidseitigen kann solch ein einseitiger Scheibenläufermotor den magnetischen Rückschluss durch die Trägerscheibe ausbilden - somit können die axialen Abmessungen am Scheibenläufermotor durch einen Verzicht auf einen zweiten Stator deutlich verringert werden. Zudem kann sich diese Ausführungsform durch ihren Kostenvorteil auszeichnen.

Der Wirkungsgrad bzw. die Leistungs- und Drehmomentendichte des Scheibenläufermotors kann erhöht werden, in dem der Stator ein magnetisch leitendes Statorjoch und einen im Vergleich zum Statorjoch eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Wärmeleiter aufweist, der über eine Ausnehmung oder Öffnung des Statorjochs an der Spule eines bewickelten Zahnhalses anliegt. Damit kann nämlich die Kühlung der Wicklung verbessert werden, welche Kühlung unter dem die Wicklung abschottenden Zahnenden leiden kann.

Diese Kühlung kann weiter verbessert werden, wenn der Wärmeleiter aus Aluminium oder eine seiner Legierungen besteht.

In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand von mehreren Ausführungsvarianten näher dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht auf einen hälftig geschnittenen beidseitigen Scheibenläufermotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine abgerissene und vergrößerte Ansicht zur Fig. 1,

Fig. 3 eine ab- und aufgerissene Draufsicht auf einen Stator des Scheibenläufermotors nach Fig. 1,

Fig. 4 eine ab- und aufgerissene Draufsicht auf den Rotor des Scheibenläufermotors nach Fig. 1,

Fig. 5 eine dreidimensionale Ansicht auf einen hälftig geschnittenen einseitigen Scheibenläufermotor nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine abgerissene und vergrößerte Ansicht zur Fig. 5,

Fig. 7 eine alternative Ausführung zu einem Stator mit einem Wärmeleiter und Fig. 8 eine alternative Ausführung zu einem Stator hinsichtlich dessen Statorzahns und Statorjochs.

Im dem nach Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein beidseitiger Scheibenläufermotor 1 gezeigt, der einen Rotor 2 zwischen zwei gleich ausgebildeten Statoren 3, 4 aufweist. Der Rotor 2 und die Statoren 3, 4 sind parallel zueinander orientiert und durch je einen axialen Spalt 5 voneinander beabstandet. Wie den Figuren 1, 2 und 4 zu entnehmen, weist der Rotor 2 eine scheibenförmige Form, im Wesentlichen geprägt durch seine Trägerscheibe 6, auf. An der Trägerscheibe 6 sind ausschließlich Ferritmagnete 7, 8 vorgesehen, um permanentmagneterregt drehmomentenbildende Pole 9 auszubilden. Auch ist vorstellbar, dass diese Pole 9 zur Kraftbildung beitragen, beispielsweise zur berührungslosen Lagerung des Rotors 2 dienen, was nicht näher dargestellt worden ist.

Von den beiden gleich ausgebildeten Statoren 3 und 4 ist nach Fig. 1 je ein Statorjoch 10 dargestellt, das in mehreren parallelen Statorzähnen 11 endet. Die Statorzähne 11 bzw. der Zahnhälse 12 sind mit Spulen 13 einer Statorwicklung 14 bewickelt, die vorzugsweise dreisträngig (U, V, W) ausgebildet ist, was nicht näher dar gestellt wurde. Wie im Vergleich zu den Figuren 3 und 4 zu erkennen und auch im Allgemein zu versehen ist, ist die maximale Summe der Querschnittsfläche AH der Zahnhälse 12 kleiner der Summe der Polflächen, die sich je aus den Querschnittsflächen AF der zugeordneten Ferritmagnete 7, 8 ergeben. Die Ferritmagnete 7, 8 stehen daher den Zahnhälsen 12 der Statoren 3, 4 deutlich über, weil die gegenüber Permanentmagneten aus seltenen Erden verminderte Energiedichte der Ferritmagnete 7, 8 auszugleichen ist - erfindungsgemäß sollen ja ausschließlich Ferritmagnete 7, 8 dieselbe Leistungs- und Drehmomentendichte am Scheibenläufermotor 1 ermöglichen. Trotz Ausbildung des Zahnhalses 12 des Stators 3, 4 aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff, vorzugsweise SMC, bedarf es, wie aus dem Stand der Technik bekannt, einer erheblichen Baugröße am Scheibenläufermotor 1 - nämlich in seinem Durchmesser. Um diesen Nachteil, der insbesondere bei einem beengten Bauraum im Automobilbau auftritt, zu reduzieren, enden die Statorzähne 11 jeweils in einem an ihrem Zahnhals 12 anschließenden Zahnende 15, dessen Querschnittsfläche AE sich gegenüber der Querschnittsfläche AH des Zahnhalses 12 vergrößert. Dies in Kombination mit dem Aufbau des Zahnendes 15 aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff, vorzugsweise SMC -gleichwie beim Zahnhals 12-, eröffnet weitere Optionen zur Optimierung bzw. Verringerung der Baugröße des Scheibenläufermotors 1. Das besondere Material des Zahnendes 15 lässt nämlich eine dreidimensionale magnetische Flussführung zu, sodass der Statorzahn 11 an die Größe der Ferritmagnete 7, 8 angeglichen werden kann und sich damit eine Option zur weiteren Optimierung bzw. Verringerung der Baugröße des Scheibenläufermotors 1 ergibt. Damit ist ein Scheibenläufermotor 1 geschaffen, der trotz ausschließlicher Verwendung von Ferritmagneten 7, 8 im Rotor 2 eine hohe Leistungs- und Drehmomentendichte aufweist und dennoch in seinen Abmessungen klein gehalten werden kann. Auf kostenintensive Permanentmagnete aus seltenen Erden kann verzichtet werden. Der erfindungsgemäße kostengünstige Scheibenläufermotor 1 kann daher selbst im Automobilbau, wo meist ein beengter Bauraum zur Verfügung steht, verwendet werden.

Der Quotient der größten Querschnittsfläche AE des Zahnendes 15 und der kleinsten Querschnittsfläche AH des Zahnhalses 12 ist größer 2, also (AE/AH)>2. So ist nach den Figuren 2 und 3 eine zylindrische Form des Zahnhalses 12 zu erkennen, an den ein Zahnende 15 mit einer ebenso zylindrischen Form anschließt. Diese Maßnahme sorgt einerseits für einen hohen Wirkungsgrad bzw. hohe Leistungsund Drehmomentendichten und andererseits für kleinste Abmessungen am Scheibenläufermotor 1. Im Allgemeinen wird erwähnt, dass zwischen Zahnhals 12 und Zahnende 15 eine formschlüssige Verbindung vorstellbar ist, was jedoch nicht näher dargestellt wurde.

Wie nach den Figuren 1 und 2 zu erkennen ist, ist das Zahnende 15 auf dem Zahnhals 12 aufgesetzt und mit diesem stoffschlüssig verbunden. Ein formschlüssige Verbindung, alternativ oder ergänzend, ist ebenso vorstellbar, was jedoch nicht näher dargestellt worden ist. Die 3-dimensionale Flussführung des Zahnendes 15 schließt damit verlustarm an den Zahnhals 12 an und sorgt so für hohe Leistungsund Drehmomentendichten.

Wie in Figur 3 dargestellt, bildet der Zahnhals 12 und das einteilige Statorjoch 10 des Stators 3, 4 ein einstückiges Bauteil 16 aus, was Verluste in der magnetischen Flussführung gering hält. Es ist aber auch durchaus vorstellbar, dass das Statorjoch 10 segmentiert ausgeführt ist, um damit den technischen Anforderungen der Presswerkzeuge zu entsprechen.

Statorzähne 11 und Ferritmagnete 7, 8 sind konzentrisch im Randbereich 19, 20 des Stators 3, 4 bzw. Rotors 2 angeordnet, wie dies in den Figuren 1 bis 4 zu entnehmen ist. Damit kann der Scheibenläufermotor 1 ein hohes Drehmoment erzeugen, was zusätzlich durch die beidseitige Anordnung je eines Stators 3, 4 zum mittigen Rotor 2 verstärkt wird.

Hohe Drehzahlen kann der Rotor 2 verformungsfrei aufnehmen, indem seine Trägerscheibe 6 aus Edelstahl besteht. Zudem weist diese Trägerscheibe 6 Öffnungen 17 auf, von denen eine in der Fig. 4 zur Gänze zu erkennen ist, indem dort keine Ferritmagnete 7 und 8 des Rotors 2 dargestellt sind. Eine Dämpfung des magnetischen Flusses aufgrund der Trägerscheibe 6 kann so vermieden werden. Zudem wird durch diese Öffnungen 17 eine Stapelung der Ferritmagnete 7 und 8 möglich. So ist ein erster Ferritmagnet 8 in die Öffnung 17 der Trägerscheibe 6 passgenau eingesetzt. Dieser erste Ferritmagnet 8 wird beidseitig von je einem an der Trägerscheibe 6 aufliegenden zweiten Ferritmagneten 7 abgedeckt. Im Bereich einer Öffnung 17 sind damit drei Ferritmagnete 7, 8 vorgesehen, was pro permanentmagnetischem Pol 9 eine hohe magnetische Durchflutung sicherstellt.

Zudem weisen die Öffnungen 17 in der Trägerscheibe 6 beidseitig einen stufenförmigen Öffnungsrand 18 auf, in den die zweiten Ferritmagnete 7 fluchtend einragen, was die feste Verbindung mit den äußeren Ferritmagneten 7 deutlich erhöht.

Des Weitern sind nach der Figur 4 im Randbereich 20 der Trägerscheibe 6 Schlitze 21 zu erkennen, um Wirbelströme in und damit Verluste bei der Trägerscheibe 6 zu reduzieren. Diese Schlitze 21 bilden sich zwischen T-förmigen Stegen 22 der Trägerscheibe 6 aus, die zudem zur Vereinfachung der Konstruktion an die Öffnungen 17 der Trägerscheibe 6 für die Ferritmagnete 7, 8 anschließen.

Zur mechanischen Verstärkung der Trägerscheibe 6 weist diese stirnseitig eine umlaufende Nut 23 auf, in die ein Verstärkungselement 24 eingesetzt ist. Dieses Verstärkungselement 24 wirkt als Bandage und ist in Umfangsrichtung verlaufenden Fasern 25 aus einem Glas- oder Kohlenstoffwerkstoff verstärkt, was eine hohe Stand- und Schwingungsfestigkeit des Rotors 2 bzw. des Scheibenläufermotors 1 garantiert.

Der nach den Figuren 5 und 6 dargestellte Scheibenläufermotor 26 als zweites Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum nach den Figuren 1 bis 4 dargestellten Scheibenläufermotor 1 im Wesentlichen durch dessen einseitige Motorkonstruktion. Dieser Unterschied manifestiert sich im Wesentlichen in konstruktiven Änderungen am Rotor 27. So ist beim Rotor 27 zu erkennen, dass auf dessen Trägerscheibe 6 pro magnetischem Pol 9 ein Ferritmagnet 7 befestigt ist. Die Trägerscheibe 6 ist magnetisch leitend und weist zur Konzentration des magnetischen Flusses im Bereich der Ferritmagnete 7 keine Öffnungen auf. Damit sind die Ferritmagnete 7 vollflächig auf der Trägerscheibe 6 befestigt, vorzugsweise stoffschlüssig. Wiederum ist zwischen Stator 3 und Rotor 27 ein axialer Spalt 5 vorgesehen, der diese voneinander trennt. Der Stator 3 des Scheibenläufermotors 26 ist identisch zum Stator 3 des Scheibenläufermotors 1 aufgebaut, wie dies an einem Vergleich der Figuren 1 und 5 zu erkennen ist. Die an der linken Seite des aufgeschnittenen Scheibenläufermotors 26 den Statorzähnen 11 nicht dargestellten Spulen 13 der Statorwicklung 14 dienen dem Zweck der Übersichtlichkeit und besseren Sicht auf die Statorzähne 11. Der Scheibenläufermotor 26 nach den Figuren 5 und 6 ermöglicht durch seine vergleichsweise kurze Baulänge äußerst kompakte elektrische Antriebe.

Im Allgemeinen wird erwähnt, dass für alle Ausführungsbeispiele es nicht zwingend ist, dass alle Statorzähne 11 bewickelt sein müssen.

Nach Fig. 7 wird eine alternative Ausführung zu einem Stators 28 dargestellt, der zum Unterschied zu den Statoren der Figuren 1, 2, 3, 5 und 6 eine Öffnung 29 für einen Wärmeleiter 30 aufweist. Diese Öffnung 29 ist im Statorjoch 10 des Stators vorgesehen, und erlaubt es, dem Wärmeleiter 30 an den Boden der Spule 13 der Wicklung des Statorzahns 11 anzuschließen, um die Verlustwärme der Spule 13 verbessert abzuführen. Die Kühlung der Spule 13 kann nämlich unter der abdeckende Wirkung des Zahnendes leiden. Der Wirkungsgrad bzw. die Leistungs- und Drehmomentendichte des Scheibenläufermotors 1, 26 ist damit erhöht. Zudem schließt der Wärmeleiter 30, der zum Statorjoch 10 eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweist, seitlich an der Spule 13 bereichsweise an, was die Kühlung weiter verbessert, die Verschaltung der Spulen 13 jedoch nicht behindert. Wärmeleiter 30 besteht aus Aluminium kann aber auch jedes andere Wärme leitende Material aufweisen. Zudem kann der Wärmeleiter 30 als Träger bzw. Gehäuse für den Stator 28 dienen, in dem dieser das Statorjoch, wie in Fig. 7 zu sehen, einfasst. Eine standfester Scheibenläufermotor 1,26 ist damit geschaffen.

Fig. 8 zeigt eine weitere alternative Ausführung zu einem Stator 31 hinsichtlich dessen Statorzahns 11 und Statorjochs 10. Zahnhals 12 und Zahnende 15, in einem hergestellt, bilden nämlich ein einstückiges Bauteil 32 des Stators 31 aus. Das Bauteil 32 formt somit den Statorzahn 11 vollständig aus. Dieses Bauteil 32 ist stoff-und/oder formschlüssig mit dem magnetisch leitenden Statorjoch 10 des Stators 31 verbunden. Damit treten magnetische Verluste zwischen Zahnhals 12 und Zahnende 15 vermindert auf.

Claims (18)

1. Patentansprüche: 1. Scheibenläufermotor mit mindestens einem Stator (3, 4, 28, 31), der wenigstens eine elektrische Statorwicklung (14) und Statorzähne (11) aufweist, die einen Zahnhals (12) aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff ausbilden, und mit wenigstens einem scheibenförmigen Rotor (2, 27), der ausschließlich durch Ferritmagnete (7, 8) gebildete permanentmagnetische Pole (9) wenigstens zur Drehmomentenbildung aufweist, wobei Rotor (2, 27) und Stator (3, 4, 28, 31) parallel zueinander orientiert und durch einen axialen Spalt (5) voneinander beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorzähne (11) jeweils in einem an ihren Zahnhals (12) anschließenden Zahnende (15) aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff enden, welches Zahnende (15) sich gegenüber dem Zahnhals (12) in seiner Querschnittsfläche (AE) erweitert.
2. 2. Scheibenläufermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient der größten Querschnittsfläche (AE) des Zahnendes (15) und der kleinsten Querschnittsfläche (AH) des Zahnhalses (12) größer 2 ist.
3. 3. Scheibenläufermotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Zahnhals (12) und Zahnende (15) aus demselben weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff, insbesondere SMC, bestehen.
4. 4. Scheibenläufermotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Zahnhals (12) und Zahnende (15), in einem hergestellt, ein einstückiges Bauteil (32) des Stators (31) ausbilden, welches Bauteil (32) mit einem magnetisch leitenden Statorjoch (10) des Stators (31) fest verbunden ist.
5. 5. Scheibenläufermotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnende (15) auf dem Zahnhals (12) aufgesetzt und damit fest verbunden ist.
6. 6. Scheibenläufermotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnhals (12) und ein ein- oder mehrteiliges Statorjoch (10) des Stators (3, 4, 28), in einem hergestellt, ein einstückiges Bauteil (16) ausbilden.
7. 7. Scheibenläufermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorzähne (11) und die Ferritmagnete (7, 8) konzentrisch im Randbereich (19, 20) des Stators (3, 4, 28, 31) bzw. Rotors (2, 27) angeordnet sind.
8. 8. Scheibenläufermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) eine, insbesondere aus Edelstahl bestehende, Trägerscheibe (6) mit Öffnungen (17) im Bereich der Ferritmagnete aufweist.
9. 9. Scheibenläufermotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass je ein erster Ferritmagnet (8) in eine Öffnung (17) der Trägerscheibe (6) eingesetzt und beidseitig von je einem an der Trägerscheibe (6) aufliegenden zweiten Ferritmagneten (7) abgedeckt ist.
10. 10. Scheibenläufermotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (17) in der Trägerscheibe (6) beidseitig einen stufenförmigen Öffnungsrand (18) aufweisen, in den die zweiten Ferritmagnete (7) fluchtend einragen.
11. 11. Scheibenläufermotor nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerscheibe (6) im Randbereich Schlitze (21) aufweist.
12. 12. Scheibenläufermotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schlitze (21) zwischen T-förmigen Stegen (22) der Trägerscheibe (6) ausbilden, zwischen welchen Stegen (22) sich die Öffnungen (17) der Trägerscheibe (6) für die Ferritmagnete (8) befinden.
13. 13. Scheibenläufermotor nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerscheibe (6) stirnseitig eine umlaufende Nut (23) aufweist, in der ein Verstärkungselement (24), insbesondere eine Bandage, wenigstens teilweise vorgesehen ist.
14. 14. Scheibenläufermotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (24) mindestens eine Faser (25), insbesondere aus Glasoder Kohlenstoffwerkstoff, aufweist.
15. 15. Scheibenläufermotor nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des Rotors (2) je ein Stator (3, 4, 28, 31) vorgesehen ist.
16. 16. Scheibenläufermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (27) eine magnetisch leitende Trägerscheibe (6) aufweist, auf der die Ferritmagnete (7) vollflächig befestigt sind, wobei der einseitig zum Rotor (27) vorgesehene Stator (3, 28, 31) über den axialen Spalt (5) an die Seite der Trägerscheibe (6) mit den Ferritmagneten (7) angrenzt.
17. 17. Scheibenläufermotor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (28) ein magnetisch leitendes Statorjoch (10) und einen im Vergleich zum Statorjoch (10) eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Wärmeleiter (30) aufweist, der über eine Ausnehmung oder Öffnung (29) des Statorjochs (10) an die Spule (13) eines bewickelten Zahnhalses (12) anliegt.
18. 18. Scheibenläufermotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleiter (30) aus Aluminium oder eine seiner Legierungen besteht.