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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Stator und einem drehbeweglich um eine Rotationsachse am Stator gelagerten Rotor, wobei der Stator eine Magnetspule umfasst, die zumindest im Wesentlichen konzentrisch zur Rotationsachse ausgerichtet ist, und wobei an einander entgegengesetzten Stirnflächen der Magnetspule jeweils eine Flussleiteinrichtung angeordnet ist, die eine Umfangsfläche aufweist, wobei sich von der Umfangsfläche der Flussleiteinrichtung jeweils zur gegenüberliegenden Flussleiteinrichtung ausgerichtete Zähne erstrecken und wobei die Zähne der gegenüberliegenden Flussleiteinrichtungen in Umfangsrichtung abwechselnd, insbesondere ineinandergreifend, angeordnet sind, sowie mit einer dem Rotor zugehörigen Permanentmagnetanordnung, die für magnetische Wechselwirkungen mit einem von den Zähnen geführten Magnetfluss der Magnetspule zur Ausbildung eines Drehmoments auf den Rotor ausgebildet sind.
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Ein derartiger Elektromotor ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und wird auch als Klauenpolmotor oder Schenkelpolmaschine bezeichnet. Bei einem solchen Klauenpolmotor wird der magnetische Fluss, der durch die Magnetspule bei geeigneter Bestromung bereitgestellt werden kann, mit Hilfe der Flussleiteinrichtung derart umgelenkt, dass aufgrund einer kontaktlosen magnetischen Wechselwirkung zwischen der dem Rotor zugehörigen Permanentmagnetanordnung und dem in den Zähnen abschnittsweise geführten Magnetfluss ein Drehmoment hervorgerufen wird, das zu einer Rotationsbewegung des Rotors gegenüber dem Stator und zur Bereitstellung eines Antriebsmoments führt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Elektromotor mit einem verbesserten elektromechanischen Wirkungsgrad bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird für einen Elektromotor der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Magnetspule aus einem Material mit supraleitenden Eigenschaften hergestellt ist. Hierdurch wird ein Betrieb der Magnetspule zur Bereitstellung des Magnetflusses an die Zähne ohne einen elektrischen Widerstand ermöglicht. Bei bislang bekannten supraleitenden Materialien stellen sich supraleitende Eigenschaften ein, wenn das Material auf oder unter seine materialspezifische Sprungtemperatur abgekühlt wird. Beispielsweise sind nach derzeitigem Kenntnisstand supraleitende Materialien für eine Verwendung in einem derartigen Elektromotor einsetzbar, die als Typ-II Supraleiter bezeichnet werden und supraleitende Eigenschaften bereits bei Temperaturen im Bereich von ca. –180 Grad Celsius oder 90 Grad Kelvin aufweisen. Ein typischer Vertreter solcher supraleitender Materialien ist Yttriumbariumkupferoxid, das auch kurz als YBCO bezeichnet wird und das als Halbzeug in den unterschiedlichsten Formen, insbesondere als Drahtmaterial und Bandmaterial, zur Verfügung steht, um daraus Magnetspulen herstellen zu können. Durch die Gestaltung der Magnetspule aus einem derartigen elektrisch leitenden Material mit supraleitenden Eigenschaften kann bei Einhaltung oder Unterschreitung der Sprungtemperatur des Materials für die Magnetspule eine zumindest im Hinblick auf die Magnetspule verlustarme, vorzugsweise bis auf Ummagnetisierungsverluste, insbesondere zumindest nahezu verlustfreie Bereitstellung eines Magnetfelds an die Permanentmagnetanordnung des Rotors erfolgen.
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Der elektromechanische Wirkungsgrad eines derartigen Elektromotors wird sowohl durch die Effizienz der Umsetzung der bereitgestellten elektrischen Energie in die am Rotor bereitgestellte Abtriebsleistung als auch durch den Energiebedarf für die Kühlung der Magnetspule bestimmt und kann bei geeigneter Auslegung der Magnetspule und des Kühlsystems für die Magnetspule gegenüber einem konventionellen Klauenpolmotor verbessert werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Magnetspule in einer Ausnehmung eines als ringförmiger Hohlkörper ausgebildeten Magnetspulenkastens angeordnet ist. Dabei besteht die Aufgabe des Magnetspulenkastens darin, einen Wärmestrom von der Magnetspule mit einem geringen Wärmewiderstand an eine Wärmesenke, beispielsweise einen Kühlfinger eines Kryostatkühlers, abzuführen, um eine vorteilhafte Temperierung der Magnetspule auf oder unterhalb der Sprungtemperatur des supraleitend ausgebildeten Magnetspulenmaterials zu gewährleisten. Eine thermische Abschirmung der im Magnetspulenkasten aufgenommenen Magnetspule gegenüber Umgebungseinflüssen, insbesondere Umgebungsluft, erfolgt vorzugsweise durch eine Außenhülle, die den Magnetspulenkasten umgibt. Diese Maßnahme ist erforderlich, sofern der Elektromotor in einer Umgebung betrieben werden soll, in der nicht von vornherein Temperaturen im Bereich oder unterhalb der materialspezifischen Sprungtemperatur vorliegen. Sofern dies nicht der Fall ist, würden sich ansonsten aufgrund der starken Temperaturdifferenz der Magnetspule gegenüber der umgebenden (Luft-)Atmosphäre Eiskristalle aus kondensierter Feuchtigkeit auf der Magnetspule oder auf dem Magnetspulenkasten absetzen, die die Funktionsweise des Elektromotors in Frage stellen könnten. Besonders bevorzugt ist die Außenhülle für den Magnetspulenkasten gasdicht ausgeführt, so dass gegebenenfalls im Inneren ein Vakuum aufrecht erhalten werden kann, um die gewünschte thermische Isolationswirkung für die Magnetspule zu unterstützen bzw. zu gewährleisten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetspulenkasten aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit und/oder elektrischen Isolierungseigenschaften, ausgebildet ist. Eine hohe thermische Leitfähigkeit des Magnetspulenkastens ist von Vorteil, wenn eine externe Kühlung der Magnetspule vorgesehen ist, beispielsweise durch Ankopplung einer Wärmepumpe, insbesondere eines Stirlingmotors. Hierbei kommt dem Magnetspulenkasten die Aufgabe zu, einen möglichst homogenen Wärmefluss von der Magnetspule hin zu der als Wärmesenke dienenden Kühleinrichtung zu gewährleisten und damit eine möglichst gleichmäßige Kühlung der Magnetspule zu unterstützen. Vorzugsweise weist der Magnetspulenkasten ergänzend oder alternativ auch vorteilhafte elektrischen Isolierungseigenschaften auf, so dass in einfacher Weise eine elektrische Isolierung der Magnetspule gewährleistet werden kann. Als besonders vorteilhaft für die Herstellung des Magnetspulenkastens hat sich Saphirmaterial herausgestellt, das eine besonders günstige Kombination einer hohen thermischen Leitfähigkeit/Wärmeleitfähigkeit und vorteilhaften elektrischen Isolierungseigenschaften aufweist.
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Vorzugsweise ist dem Magnetspulenkasten eine Kühleinrichtung, insbesondere ein Kühlfinger eines Stirlingmotors, zugeordnet, die mit dem Magnetspulenkasten und/oder direkt mit der Magnetspule thermisch leitend gekoppelt ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung in thermischer Kopplung mit dem Magnetspulenkasten steht. Ergänzend oder alternativ steht die Kühleinrichtung in direkter thermisch leitender Kopplung mit der im Magnetspulenkasten aufgenommenen Magnetspule.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung eine elektrische Leitung zur Kopplung der Magnetspule mit einer Stromquelle umfasst. Durch eine derartige Kombination einer Wärmeabfuhr von der Magnetspule und einer Zufuhr von elektrischer Energie an die Magnetspule werden eine besonders kompakte Bauweise und ein möglichst geringer Wärmeeintrag aus der Umgebung an die Magnetspule über die elektrische Leitung sichergestellt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Kühleinrichtung und dem Magnetspulenkasten ein thermisch leitendes Koppelmittel mit hoher thermischer Leitfähigkeit angeordnet ist, das von der elektrischen Leitung durchsetzt ist. Exemplarisch weist das Koppelmittel elektrischen Isolierungseigenschaften auf, so dass die elektrische Leitung ohne weitere Maßnahmen elektrisch isoliert von der Kühleinrichtung bis in den Magnetspulenkasten zur elektrischen Kontaktierung der Magnetspule geführt werden kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Koppelmittel als Stab aus Saphirmaterial hergestellt ist und somit eine vorteilhafte Kombination von thermischer Leitfähigkeit und elektrische Isolierung aufweist.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Flussleiteinrichtung in axialer Richtung beabstandet zum Magnetspulenkasten angeordnet ist und wenn der Magnetspulenkasten an einer Außenoberfläche mit einer Isolierung versehen ist, die einen Ringspalt zwischen Flussleiteinrichtung und Magnetspulenkasten ausfüllt. Dabei besteht die Aufgabe der Isolierung darin, einen Wärmeeintrag aus der Umgebung auf den Magnetspulenkasten zu minimieren, so dass die von der Kühleinrichtung zur Verfügung zu stellende Kühlleistung zur Temperierung der Magnetspule auf oder unterhalb ihrer materialspezifischen Sprungtemperatur möglichst gering gehalten werden kann.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Umfangsfläche der Flussleiteinrichtung als Außenumfangsfläche mit einem gegenüber der Magnetspule vergrößerten Außendurchmesser ausgebildet ist und wenn der Rotor hülsenförmig mit innenliegender Permanentmagnetanordnung ausgebildet ist und den Stator umgibt. Bei einer derartigen Anordnung der Umfangsfläche ergibt sich eine radial außen liegende Positionierung der Zähne, die für die bereichsweise Führung des magnetischen Flusses der Magnetspule ausgebildet sind. In diesem Fall ist der Elektromotor als Außenläufer ausgebildet, bei dem der Rotor um den Stator rotiert. Bevorzugt ist an einer Außenoberfläche des Rotors eine Profilierung, insbesondere eine Verzahnung, vorgesehen. Mit dieser Profilierung kann eine Kraftübertragung auf nachfolgende Maschinenelemente wie Zahnräder oder Zahnriemen zur Weiterleitung der vom Rotor bereitgestellten Abtriebsenergie vorgesehen werden. Bei einer Ausführung des Elektromotors als Außenläufer kann ein besonders hohes Drehmoment bereitgestellt werden.
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Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Umfangsfläche der Flussleiteinrichtung als Innenumfangsfläche einer zumindest im Wesentlichen konzentrisch zur Rotationsachse in der Flussleiteinrichtung ausgebildeten Ausnehmung ausgebildet ist und dass der Rotor zylindrisch mit außenliegender Permanentmagnetanordnung ausgebildet ist und zentral im Stator aufgenommen ist, wobei der Stator von einer an den Rotor angepassten Ausnehmung durchsetzt wird. In diesem Fall ist der Elektromotor als Innenläufer ausgebildet, der insbesondere für eine Bereitstellung hoher Drehzahlen vorteilhaft genutzt werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass benachbart zu einer Innenumfangsfläche oder zu einer Außenumfangsfläche des Magnetspulenkastens ein konzentrisch angeordneter, ringförmiger Flussleiter angeordnet ist. Die Aufgabe des Flussleiters besteht darin, den von der Magnetspule bereitgestellten magnetischen Fluss in vorteilhafter Weise auf die Flussleiteinrichtungen lenken zu können.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flussleiteinrichtung als Flussleitscheibe mit rechtwinklig von der Flussleitscheibe abragenden Zähnen ausgebildet ist. Hierdurch wird eine besonders stabile Aufbauweise für die Flussleiteinrichtung ermöglicht, die insbesondere bei einer Ausgestaltung des Elektromotors als Innenläufer vorteilhaft sein kann.
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Bei einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flussleiteinrichtung als sternförmige Anordnung von, vorzugsweise gleichverteilt angeordneten, Radialarmen ausgebildet ist, wobei die Radialarme an einem innenliegenden Zentralbereich miteinander verbunden sind und an jedem der Radialarme radial außenliegend ein Zahn abragt. Besonders bevorzugt sind die Radialarme in gleicher Winkelteilung zur Rotationsachse des Elektromotors angeordnet und tragen jeweils endseitig einen längs der Rotationsachse erstreckten Zahn. Hierdurch werden unerwünschte Wirbelströme in der Flussleiteinrichtung zumindest weitestgehend unterbunden. Eine solche Ausgestaltung der Flussleiteinrichtung ist insbesondere bei einer Auslegung des Elektromotors als Außenläufer vorgesehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stator paarweise spiegelbildlich zu einer normal zur Rotationsachse angeordnete Magnetspulen und zugeordnete Flussleitmittel und Kühleinrichtungen umfasst. Durch die zwei Magnetspulen können an den jeweils zugeordneten Zähnen abwechselnd geeignete Magnetfelder bereitgestellt werden, mit denen ein vorteilhafter Rundlauf des Rotors gegenüber dem Stator ermöglicht wird.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:
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1 eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Elektromotors, der als Außenläufer ausgebildet ist und mit zwei Magnetspulen, den zugehörigen Magenspulenkästen, Flussleiteinrichtungen und Kühleinrichtungen ausgestattet ist,
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2 eine vereinfachte seitliche Schnittdarstellung des Stators des Elektromotors gemäß der 1,
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3 eine vereinfachte axiale Schnittdarstellung des Stators des Elektromotors gemäß den 1 und 2, und
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4 eine vereinfachte Draufsicht auf die Flussleitmittel gemäß den 1 bis 3.
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Ein in den 1 bis 4 in unterschiedlichen Perspektiven und Einzeldarstellungen gezeigter Elektromotor 1 ist rein exemplarisch als Außenläufer ausgebildet und zur Bereitstellung einer Rotationsbewegung an einer Außenoberfläche eines Rotors 3 gegenüber einem Stator 2 vorgesehen.
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In der Darstellung der 1 sind die wesentlichen Komponenten des Elektromotors 1 dargestellt, allerdings wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine detaillierte Darstellung der Kühleinrichtungen 30 verzichtet, mit deren Hilfe ein Wärmestrom/Wärmeabfluss aus den nachstehend näher beschriebenen Magnetspulenkästen 4 zur Kühlung der darin aufgenommenen Magnetspulen 5 ermöglicht wird. Die Kühleinrichtungen 30 können beispielsweise als elektrisch betriebene Stirling-Motoren für die Wärmeabfuhr von den Magnetspulen 5 ausgebildet sein.
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Rein exemplarisch ist der Elektromotor 1 mit einer spiegelbildlichen Anordnung von zwei koaxial zueinander beabstandeten Magnetspulen 5 ausgerüstet, wobei für die nachstehenden Ausführungen davon ausgegangen wird, dass die den jeweiligen Magnetspulen 5 zugeordneten Komponenten in identischer Weise ausgeführt sind und daher und auch ohne separate Würdigung vollständig von der jeweiligen Beschreibung umfasst sind. Eine andere Anzahl von Magnetspulen könnte ebenfalls vorgesehen sein.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Magnetspule 5 als mehrlagige Wicklung eines nicht näher dargestellten Drahtmaterials ausgebildet ist und an einer kreisringförmigen Stirnfläche zwei beabstandet voneinander angeordnete elektrische Abzapfungen aufweist, die als elektrische Anschlüsse für eine Verbindung der Magnetspule 5 mit einer nicht dargestellten Stromquelle dienen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Magnetspule 5 kreisringförmig ausgebildet ist und koaxial zu einer Rotationsachse 6 ausgerichtet ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Magnetspule 5 in einer die Rotationsachse 6 umfassenden, der Bildebene der 3 entsprechenden Schnittebene einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wodurch eine kompakte Gestaltung und eine hohe Packungsdichte für die Magnetspule 5 erreicht werden kann. Um supraleitende Eigenschaften bereitstellen zu können, ist die Magnetspule 5 aus einem Material hergestellt, das zumindest unter gewissen Randbedingungen supraleitend ist. Bevorzugt wird nach derzeitigem Kenntnisstand hierzu ein Typ-II-Supraleiter, insbesondere Yttriumbariumkupferoxid, eingesetzt, so dass bei einer Abkühlung auf ca. –200 Grad Celsius supraleitende Eigenschaften der Magnetspule 5 vorliegen.
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Die Magnetspule 5 ist in dem als ringförmiger Hohlkörper ausgebildeten Magnetspulenkasten 4 aufgenommen und wird von diesem vorzugsweise vollständig, insbesondere gasdicht, umschlossen. Die Aufgabe des Magnetspulenkastens 4 liegt zum einen in einer elektrischen Isolierung der Magnetspule 5. Zum anderen dient der Magnetspulenkasten 4 für eine vorteilhafte thermische Kopplung der Magnetspule 5 mit der nicht näher dargestellten Kühleinrichtung 30. Dementsprechend ist der Magnetspulenkasten 4 aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit und vorteilhaften elektrischen Isolierungseigenschaften, insbesondere einem Saphirmaterial, hergestellt. Exemplarisch ist der Magnetspulenkasten 4 mit einem U-förmigen Querschnitt ausgebildet, wobei U-Schenkel 28, 29 des Magnetspulenkastens 4 in radialer Richtung nach außen abragen. Dadurch kann die Magnetspule 5 in einfacher Weise in den Magnetspulenkasten 4 gewickelt werden. Für die vorteilhafte thermische Ankopplung der gesamten Magnetspule 5 ist am Magnetspulenkasten 4 ein radial außenliegender, umlaufender Abdeckring 27 vorgesehen, der die Magnetspule 5 im Magnetspulenkasten 4 einschließt. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass jeweils an stirnseitigen Endflächen der Magnetspule 5 jeweils ein Flussleitring 26 angeordnet ist, mit dessen Hilfe der von der Magnetspule 5 bereitgestellte magnetische Fluss mit einem hohen Wirkungsgrad aus der Axialrichtung in die Radialrichtung umgelenkt werden kann, um eine besonders vorteilhafte magnetische Wechselwirkung mit den nachstehend näher beschriebenen Zähnen 12 zu ermöglichen.
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Aufgrund der rein exemplarischen Konstruktion des Elektromotors 1 als Außenläufer und der spiegelbildlichen Anordnung zweier Magnetspulen 5 und der zugeordneten Peripheriekomponenten kann in einem zentralen Bereich um die Rotationsachse 6 ein Verbindungsstab 7 angeordnet werden. Der Verbindungsstab 7 durchsetzt die beiden Magnetspulen 5, die zugeordneten Magnetspulenkästen 4, die den Magnetspulen 5 jeweils beidseitig zugeordneten Flussleiteinrichtungen 8 sowie die jeweils an den axialen Stirnseiten des Elektromotors 1 vorgesehenen Endplatten 9.
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Für eine Führung des von den Magnetspule 5 bereitgestellten magnetischen Flusses ist weiterhin ein konzentrisch zum Verbindungsstab 7 angeordneter, beispielhaft als ringförmiger Flussleiter ausgeführter Flussleitring 10 vorgesehen, der an einer Außenoberfläche des Verbindungsstabs 7 und an einer Innenoberfläche der Isolierung 19 anliegt. Exemplarisch ist der Flussleitring 10 endseitig jeweils kegelförmig zulaufend ausgebildet, wodurch ein großflächiger Kontakt mit den beidseitig zum Magnetspulenkasten 4 angeordneten Flussleiteinrichtungen 8 hergestellt werden kann. Die Flussleiteinrichtungen 8 sind ihrerseits jeweils mit einer zum Flussleitring 10 korrespondierenden Konusfläche versehen, wie dies auch aus der Darstellung der 3 näher hervorgeht.
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Wie insbesondere aus den exemplarischen Darstellungen der 2 und 4 entnommen werden kann, ist die Flussleiteinrichtung 8 beispielhaft aus einer kreisförmigen Scheibe 11 und daran angeordneten Zähnen 12 aufgebaut. Eine Mittelachse der Scheibe 11 verläuft koaxial zur Rotationsachse 6. Die Zähne 12 sind an einer Umfangsfläche 13 der Scheibe 11 angeordnet und beispielhaft abgestuft ausgebildet und weisen in axialer Richtung jeweils zur gegenüberliegend angeordneten Flussleiteinrichtung 8, ohne mit dieser in mechanischen Kontakt zu stehen. Aufgrund der exemplarischen Ausgestaltung des Elektromotors 1 als Außenläufer sind die Zähne 12 an der Außenumfangsfläche der Scheibe 11 angeordnet. Die Zähne 12 weisen mit einer größten Ausdehnung jeweils in Richtung des minimalen Abstands zur gegenüberliegend angeordneten kreisförmigen Scheibe 11 und sind somit vorzugsweise parallel zur Rotationsachse 6 ausgerichtet.
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Wie insbesondere aus der Darstellung der 2 entnommen werden kann, sind die Zähne 12 der gegenüberliegend angeordneten Flussleiteinrichtungen 8 ineinandergreifend, jedoch beabstandet zueinander angeordnet. Die Zähne 12 ermöglichen damit jeweils eine Führung des magnetischen Flusses, der von der Magnetspule 5 bereitgestellt wird, bis in einen Luftspalt 15, in dem der magnetische Fluss jeweils eine Luftstrecke zwischen den Zähnen 12 gegenüberliegender Flussleiteinrichtungen 8 überwinden muss. In diesem Bereich findet auch die magnetische Wechselwirkung mit dem rein schematisch in der 2 dargestellten Rotor 3 statt. Dabei trägt der Rotor 3 gemäß der Darstellung der 1 an einer Innenoberfläche eine Permanentmagnetanordnung 16, die in geeigneter Weise ausgebildet ist, um durch die magnetische Wechselwirkung mit dem magnetischen Fluss im Luftspalt 15 ein Drehmoment auf den Rotor 3 auszuüben. Für eine Drehbewegung des Rotors 3 gegenüber dem Stator 2 ist vorzugsweise eine Beaufschlagung der Magnetspule 5 mit einem Wechselstrom vorgesehen, so dass die Flussrichtung im Luftspalt 15 wechselt.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Rotor 3 jeweils in endseitigen Bereichen seiner Außenoberfläche 14 mittels eines Wälzlagers 17 drehbeweglich an den Endplatten 9 aufgenommen ist. Rein exemplarisch ist der Rotor 3 an seiner Außenoberfläche 2 mit einer Verzahnung 18 ausgestattet, die eine formschlüssige Kraftübertragung auf einen nicht dargestellten Zahnriemen oder ein ebenfalls nicht dargestelltes Zahnrad ermöglicht.
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Wie aus den Darstellungen der 1 und 3 entnommen werden kann, ist der Magnetspulenkasten 4 zumindest nahezu vollständig von einer Isolierung 19 umgeben, die für eine thermische Entkopplung des Magnetspulenkastens 4 von den Flussleiteinrichtungen 8 und dem Flussleitring 10 ausgebildet ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Isolierung 19 als geschlossener, ringförmiger Kasten aus einem formstabilen, nichtmagnetischen Material, insbesondere einem Glasfaserkunststoff, hergestellt ist und gasdicht ausgebildet ist, so dass ein von der Isolierung 19 umschlossenes Raumvolumen, in dem der Magnetspulenkasten 4 angeordnet ist, vorzugsweise zumindest nahezu vollständig evakuiert werden kann.
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Für eine Wärmeabfuhr von den Magnetspulen 5 ist ein stabförmiges Koppelmittel 20 vorgesehen, dessen größte Erstreckung im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse 6 ausgerichtet ist und das beispielhaft in einer Halteplatte 21 verbunden ist, deren größte Oberfläche normal zur Rotationsachse 6 ausgerichtet ist und die einen in Richtung der Rotationsachse 6 erstreckten, rohrförmigen Anschlussflansch 31 aufweist. In eine zylindrische Ausnehmung des Anschlussflansches 31 ist ein kalter Bereich der Kühleinrichtung 30 eingeschoben. Hierdurch wird eine thermische Kopplung zwischen dem kalten Bereich der Kühleinrichtung 30, dem Anschlussflansch 31, der Halteplatte 21 und der daran aufgenommenen Koppelmittel 20 bis hin zum Magnetspulenkasten 4 gewährleistet. Exemplarisch ist dem Anschlussflansch 31 ein Temperatursensor 32 zugeordnet, mit dessen Hilfe die Temperatur der Halteplatte 21 und des damit verbundenen Koppelmittel 20 bestimmt werden kann.
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Das Koppelmittel 20 durchsetzt einerseits die Isolierung 19 des Magnetspulenkastens 4, um eine vorteilhafte thermische Kopplung mit dem Magnetspulenkasten 4 verwirklichen zu können. Andererseits ist das Koppelmittel 20 seinerseits mit einer umlaufenden Isolierhülle 22 versehen, die sich ausgehend von der Isolierung 19 des Magnetspulenkastens 4 bis zur Halteplatte 21 erstreckt. Exemplarisch ist vorgesehen, dass das Koppelmittel 20 und die Halteplatte 21 jeweils aus Saphirmaterial hergestellt sind, um eine vorteilhafte Wärmeleitfähigkeit für einen Wärmestrom von der Magnetspule 5 zur nicht dargestellten Kühleinrichtung zu gewährleisten.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Koppelmittel 20 von einer nicht näher dargestellten elektrischen Anschlussleitung durchsetzt ist, die an einem Ende in elektrisch leitende Verbindung mit einer der beiden, ebenfalls nicht näher dargestellten Abzapfungen der Magnetspule 5 steht und an einem anderen Ende mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden ist. Für eine vorteilhafte Vermeidung eines Wärmestroms über die Anschlussleitung zur Magnetspule 5 umgibt die Anschlussleitung die Kühleinrichtung 30 abschnittsweise wendelförmig, so dass sie an einer kalten Außenoberfläche der Kühleinrichtung 30 anliegt und damit einen unerwünschten Wärmestrom zur Magnetspule 5 vermieden werden kann.
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Rein exemplarisch sind den Endplatten 9 jeweils becherförmige Gehäuse 24 zugeordnet, die an einem Bodenbereich mit einer Ausnehmung 25 versehen sind. Durch diese Ausnehmung 25 wird die Kühleinrichtung 30 in Kontakt mit der nicht näher dargestellten Anschlussleitung und der Halteplatte 21 gebracht. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine abdichtende Verbindung zwischen der Kühleinrichtung und dem Gehäuse 24 sowie der jeweiligen Endplatte 9 vorgesehen ist, um gegebenenfalls eine zumindest teilweise Evakuierung des vom Gehäuse 24 umschlossenen Raumvolumens zu ermöglichen und dadurch einen geringen Wärmeeintrag in diesem Schnittstellenbereich zu gewährleisten.
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Aus der Schnittdarstellung der 2 ist die Anordnung der Zähne 12 zu erkennen, wobei die Zähne 12 der gegenüberliegenden Flussleiteinrichtungen 8 entsprechend der Darstellung der 3 ineinandergreifend beabstandet zueinander angeordnet sind und ferner längs der Rotationsachse 6 bereichsweise überlappen.
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Bei der nicht näher dargestellten Kühleinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Stirling-Motor, der dazu eingerichtet ist, eine Abkühlung der Magnetspulen 5 auf eine Temperatur im Bereich oder unterhalb der Sprungtemperatur des Magnetspulenmaterials der Magnetspulen 5 zu bewirken.
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Sofern der Elektromotor 1 in einer Umgebung betrieben werden soll, in der ohnehin Temperaturen unterhalb der Sprungtemperatur des Magnetspulenmaterials der Magnetspulen 5 vorherrschen, kann auf die Komponenten Kühleinrichtung, Koppelmittel und Halteplatte sowie Isolierung und Isolierhülle verzichtet werden, wodurch sich eine nicht dargestellte Variante des Elektromotors mit noch einfacherem Aufbau ergibt.
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Bei einer ebenfalls nicht dargestellten Variante des Elektromotors ist der Kühlfinger, der insbesondere die kalte Seite eines Stirlingmotors darstellt, unmittelbar bis an den Magnetspulenkasten geführt, so dass auf das Koppelmittel und die Halteplatte verzichtet werden kann. Hierdurch ergibt sich ebenfalls eine vereinfachte Ausführung des Elektromotors.
