DE102017004230A1

DE102017004230A1 - Elektromotor, Antriebsvorrichtung mit einem solchen Elektromotor und Verfahren zum Herstellen eines solchen Elektromotors

Info

Publication number: DE102017004230A1
Application number: DE102017004230.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2018-10-25

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor (1), insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor, mit einem radial innen angeordneten Stator (2) und einem den Stator (2) umgebenden Rotor (3) als Außenläufer. Erfindungsgemäß weist der Stator (2) mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete und elektrisch miteinander verbundene Statoreinheiten (4 bis 7) auf, wobei der Rotor (3) derart ausgebildet ist, dass sämtliche Statoreinheiten (4 bis 7) von einem gemeinsamen und beidseitig geschlossenen Rotor (3) umgeben sind. Bevorzugte Weiterbildungen sind auf eine Kühlung des Stators (3) gerichtet. Femer bezieht sich die Erfindung auf eine Antriebsvorrichtung mit einem solchen Elektromotor und auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Elektromotors.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, insbesondere bürstenlosen Gleichstrommotor, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, auf eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Wasserfahrzeug, nach dem Patentanspruch 10 und auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Elektromotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
Ein solcher Elektromotor, auch BLDC(Englisch: brushless DC)- oder EC (Englisch: electronically commutated)-Motor genannt, ist als sogenannter Außenläufer aus der Praxis bekannt. Bei einem derartigen Außenläufer dreht sich ein glockenförmiger, mit Permanentmagneten bestückter Rotor um einen feststehenden Stator aus Kupferspulen. Generell ist das Magnetfeld eines solchen Außenläufers stärker und insofern das erzeugte Drehmoment größer als bei einem sogenannten Innenläufer mit identischem Außenumfang, bei dem sich der Rotor innerhalb des Stators befindet. Allerdings sind in der Praxis der Effektivität selbst eines Außenläufers und damit der Leistung des Motors pro Bauvolumen bislang auch wegen einer unzureichenden Kühlung des Stators relativ enge Grenzen gesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der besonders effektiv arbeitet. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Wasserfahrzeug, zu schaffen und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Elektromotors anzugeben.
Diese Aufgabe wird in Bezug auf den Elektromotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, in Bezug auf die Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10, und in Bezug auf das vorgenannte Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß weist der Stator mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete und elektrisch miteinander verbundene Statoreinheiten auf, wobei der Rotor derart ausgebildet ist, das sämtliche Statoreinheiten von einem gemeinsamen und beidseitig geschlossenen Rotor umgeben sind. Ein solcher Elektromotor kann selbst bei kompakten Außenabmessungen ein sehr hohes Leistungsgewicht erzielen. Damit hat ein solcher Motor pro Bauvolumen eine hohe Leistung, so dass ein solcher Motor äußerst effektiv arbeiten kann.
Vorteilhafterweise weist der Motor an seinem vorderen und hinteren Ende ein Lager mit einem feststehenden Innenring und einem drehbaren Außenring auf, wobei der Innenring außen auf einer die Statoreinheiten tragenden Welle und der Außenring innen an dem Rotor so befestigt ist, dass der Rotor außen auf den Lagern sitzt. Ein solcher Rotor ist daher an seinen beiden Enden geschlossen, was für einen effektiven Einsatz eines solchen Motors insbesondere im Schiffsbau beträchtliche Vorteile bietet. Im Übrigen dienen die Lager somit auch als direkte Aufnahme für den Rotor, so dass weitere Teile zum Befestigen und Anordnen des Rotors entbehrlich sind.
Gemäß einer Weiterbildung weist der Stator zwischen Innenring und Welle eine ringförmige Aufnahme auf, die von Kabeldurchführungen für elektrische Leitungen der Statoreinheiten durchdrungen ist. Insofern dienen Teile des Lagers im Sinne einer Doppelwirkung auch dazu, die Aufnahme für Kabeldurchführungen zu halten und die elektrischen Leitungen von den Statoreinheiten weg nach außen, dass heißt in einen Bereich außerhalb des Elektromotors zu überführen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Welle zwecks Kühlung des Stators eine von einem Kühlmittel, vorzugsweise einer Kühlflüssigkeit, durchströmbare Hohlwelle, wobei die Hohlwelle vorzugsweise Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel zum direkten Kühlen der Statoreinheiten aufweist, so dass ein erster Teil des Kühlmittels die Hohlwelle durchströmt und ein zweiter Teil des Kühlmittels über die Durchtrittsöffnungen zu den Statoreinheiten zwecks Kühlung derselben strömt. Dadurch ist eine besonders effektive Statorkühlung gewährleistet. Diese Weiterbildung trägt mit dazu bei, eine extrem hohe Leistungsdichte und damit einen hohen Wirkungsgrad zu realisieren. Trotz eines geschlossenen Rotors bleibt somit der Stator in allen Betriebsbedingungen optimal gekühlt.
Vorteilhafterweise weist jede Statoreinheit sternförmig gleichmäßig um den Außenumfang der Hohlwelle verteilt angeordnete Statorelemente auf, wobei in Umfangsrichtung benachbarte Statorelemente jeweils einen Zwischenraum ausbilden und der zweite Teil des Kühlmittels entlang der Zwischenräume zwischen den Statorelementen hindurch strömt. Diese Weiterbildung ermöglicht eine sehr effiziente Kühlung, da pro Zwischenraum die beiden angrenzenden Statorelemente gekühlt werden können. Die sternförmige Anordnung der Statorelemente auf der Hohlwelle trägt ferner zu einer sehr hohen Leistungsdichte des Motors bei.
Gemäß einer anderen Weiterbildung sind die Durchtrittsöffnungen in Strömungsrichtung des Kühlmittels den Statoreinheiten vor- und nachgeordnet vorgesehen, wobei jedem Zwischenraum zwischen den Statorelementen eine den Statoreinheiten vor- und nachgeordnete Durchtrittsöffnung und ferner jeder Durchtrittsöffnung ein Leitkanal derart zugeordnet ist, dass das Kühlmittel vom Innenraum der Hohlwelle durch die jeweilige vorgeordnete Durchtrittsöffnung hindurch über einen Leitkanal zu dem jeweiligen Zwischenraum zwischen den Statorelementen, durch diesen hindurch und von dem jeweiligen Zwischenraum über einen weiteren Leitkanal durch die jeweilige nachgeordnete Durchtrittsöffnung hindurch zurück in den Innenraum der Hohlwelle strömen kann. Damit sind erster und zweiter Teil des Kühlmittels größtenteils parallel geführt. Es kann somit ein erster Teil des Kühlmittels zentral durch die Hohlwelle und ein zweiter Teil des Kühlmittels ebenfalls in axialer Strömungsrichtung entlang zahlreicher über den Außenumfang der Hohlwelle verteilt angeordneter Zwischenräume radial weiter außen strömen, wodurch die Statorelemente gleichzeitig in zweierlei Hinsicht, nämlich indirekt über den ersten Teil des Kühlmittels und direkt über den zweiten Teil des Kühlmittels, besonders effektiv gekühlt werden können.
Vorteilhafterweise sind im Innenraum der Hohlwelle diffusor- und/oder düsenartige Einbauten zum Beeinflussen der Geschwindigkeit und des Druckes des strömenden Kühlmittels vorgesehen. Diese Weiterbildung trägt mit zu einer äußerst effektiven Kühlung und damit zu einem hohen Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Elektromotors bei.
Gemäß einer anderen Weiterbildung sind die Statorelemente jeder Statoreinheit an ihren mit dem Kühlmittel in Berührung stehenden Bereichen mit einer Schutzschicht, vorzugsweise einer Epoxidharz-Schutzschicht umgeben. Diese Schutzschicht trägt mit zu einer hohen Lebensdauer der Statorelemente und damit der Statoreinheiten bei, was sich zusätzlich positiv auf die Effektivität des gesamten Elektromotors auswirkt.
Die vorgenannte Aufgabe wird auch durch eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Wasserfahrzeug, wie eine Yacht, mit einem vorgenannten Elektromotor, wie in Patentanspruch 10 angegeben, gelöst. Eine solche Antriebsvorrichtung lässt sich mit hohem Wirkungsgrad bei allen Fahrzeugen, insbesondere auch bei Wasserfahrzeugen, wie Yachten, effektiv einsetzen, da das die Yacht umgebende Wasser besonders einfach als Kühlmittel für den Elektromotor genutzt werden kann. Eine solche Antriebsvorrichtung kann schon von daher sehr effektiv arbeiten.
Verfahrensseitig wird die vorgenannte Aufgabe gemäß Patentanspruch 11 durch die vorgenannten Schritte gelöst:

a) Vorsehen eines radial innen angeordneten Stators und eines den Stator umgebenden Rotors als Außenläufer, wobei mehrere in axialer Richtung hintereinander auf einer von einem Kühlmittel durchströmbaren und Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel aufweisenden Hohlwelle angeordnete und elektrisch miteinander verbundene Statoreinheiten den Stator bilden und der Rotor gemeinsam sämtliche Statoreinheiten umgibt;
b) sternförmig gleichmäßig um den Außenumfang der Hohlwelle verteiltes Anordnen von jede Statoreinheit bildenden Statorelementen unter Ausbildung jeweils eines Zwischenraumes zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Statorelementen;
c) Vorsehen einer Gießform in jedem Zwischenraum zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Statorelementen;
d) Aufbringen einer Schutzschicht durch Gießen eines Harzes, vorzugsweise Epoxidharzes, zwischen die Gießform und das Statorelement auf diejenigen Bereiche jedes Statorelements, die mit dem Kühlmittel in Berührung stehen;
e) Ausgießen jedes Zwischenraumes in einem radial außen liegenden Bereich zwecks Abdichtung des Stators zum Rotor hin;
f) Entfernen der Gießform aus jedem Zwischenraum.

Vorteilhaft und besonders effektiv ist diese Vorgehensweise dadurch, dass alle Statorelemente in einem Gießvorgang beschichtet und damit gegen das Kühlmittel, beispielsweise Meerwasser, geschützt werden können.
Gemäß einer Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Verfahren durch die weiteren Schritte gekennzeichnet: Vorsehen von den Statoreinheiten in Strömungsrichung des Kühlmittels vor- und nachgeordneten Durchtrittsöffnungen; Vorsehen eines Leitkanals zwischen jeder Durchtrittsöffnung der Hohlwelle und jedem Zwischenraum, so dass das Kühlmittel von der Hohlwelle durch die Durchtrittsöffnungen hindurch über Leitkanäle zu den Zwischenräumen, durch diese hindurch und über weitere Leitkanäle und Durchtrittsöffnungen zurück in die Hohlwelle strömen kann. Mithilfe der Leitkanäle lässt sich also das Kühlmittel gezielt und damit besonders effektiv in den jeweiligen Zwischenraum und von dort wieder zurück in die Hohlwelle leiten. Es kann also dabei bleiben, dass das Kühlmittel an einem Ende der Hohlwelle in diese eintritt und am anderen Ende der Hohlwelle aus dieser austritt. Damit ist ein eindeutiger Strömungsweg für das Kühlmittel für jeden Elektromotor festgelegt.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung bilden. Es zeigen:

1 einen schematischen, perspektivischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Elektromotor;
2 einen schematischen Längsschnitt durch den Elektromotor gemäß 1;
3 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Stators des Elektromotors gemäß 1;
4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Antriebsvorrichtung für ein Wasserfahrzeug, insbesondere eine Yacht, mit einem Elektromotor gemäß 1;
5 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Stators gemäß 3 mit Gießformen zwischen einzelnen Statorelementen;
6 eine perspektivische Ansicht des Stators gemäß 5 im vergossenen Zustand;
7 eine perspektivische Ansicht gemäß 6 mit montierten Dichtungsringen;
8 eine schematische, perspektivische Ansicht des Stators gemäß 7 mit beidseits montierten, Leitkanäle aufweisenden Endstücken; und
9 eine schematische, perspektivische Ansicht des Stators gemäß 8 mit auf der Welle des Stators montiertem Lager und teilweise den Stator umgebendem Rotor.

In 1 ist ein schematischer, perspektivischer Längsschnitt durch einen Elektromotor 1, nämlich einen bürstenlosen Gleichstrommotor, dargestellt. 2 zeigt den Elektromotor 1 in einem schematischen Längsschnitt.
Der Elektromotor 1 hat einen radial innen angeordneten Stator 2 und einen den Stator 2 umgebenden Rotor 3. Insofern ist der Elektromotor 1 als sogenannter Außenläufer ausgebildet. Der Stator 2 hat mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete und elektrisch miteinander verbundene Statoreinheiten 4, 5, 6, 7. Der Stator 2 gemäß den 1 und 2 hat also beispielsweise vier Statoreinheiten 4 bis 7.
Der Rotor ist gemäß den 1 und 2 derart ausgebildet, dass sämtliche Statoreinheiten 4 bis 7 von einem gemeinsamen und beidseitig geschlossenen Rotor 3 umgeben sind.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist der Elektromotor 1 an seinem vorderen Ende 10 und an seinem hinteren Ende 11 ein Lager 12, 13 auf. Jedes Lager 12, 13 hat einen feststehenden Innenring 14 und einen drehbaren Außenring 15. Der Innenring 14 ist außen auf einer die Statoreinheiten 4 bis 7 tragenden Welle 16 befestigt, während der Außenring 15 innen an dem Rotor 3 so befestigt ist, dass der Rotor 3 außen auf den Lagern 12, 13 sitzt. Der jeweilige Innenring 14 umgibt also umfangsseitig die Welle 16, während der Rotor 3 den jeweiligen Außenring 15 umfangsseitig fest umschließt.
Der Stator 2 hat gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zwischen Innenring 14 und Welle 16 eine ringförmige Aufnahme 18, die von Kabeldurchführungen 17 für elektrische Leitungen 20 der Statoreinheiten 4 bis 7 durchdrungen ist. Die elektrischen Leitungen 20 dienen beispielsweise zum Anschließen der Statoreinheiten 4 bis 7 an eine nicht näher gezeigte Energiequelle, wie zum Beispiel eine Batterie, und/oder zum Anschließen der Statoreinheiten an ein ebenfalls nicht näher gezeigtes Steuergerät. Gemäß den 1, 2 und 4 ist die ringförmige Aufnahme 18 zur Kabeldurchführung lediglich an einem Ende des Stators, beispielsweise am vorderen Ende 10, nicht jedoch am gegenüber liegenden anderen Ende, z.B. am hinteren Ende 11, vorgesehen.
Die Welle 16 ist zwecks Kühlung des Stators 2 eine von einem Kühlmittel, vorzugsweise einer Kühlflüssigkeit, durchströmbare Hohlwelle 21. Wie in den 1 und 2 angedeutet, zusätzlich aber auch in den 3 bis 7 gezeigt, weist die Hohlwelle 21 Durchtrittsöffnungen 22, 23 für das Kühlmittel zum direkten Kühlen der Statoreinheiten 4 bis 7 auf. Gemäß der in den 1 bis 7 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung sind die Durchtrittsöffnungen 22, 23 in Form länglicher, zueinander paralleler Schlitze ausgebildet, die gleichmäßig über den Umfang der Hohlwelle 21 verteilt angeordnet sind. Das Kühlmittel tritt gemäß den 1 und 2 am vorderen Ende 10 des Motors in Richtung des Pfeils A in die Hohlwelle 21 ein. Ein erster Teil des Kühlmittels strömt entlang der Pfeile B zentral durch die Hohlwelle 21, während ein zweiter Teil des Kühlmittels mittels der Durchtrittsöffnungen 22, 23 entlang der Pfeile C im Vergleich zum ersten Teil radial weiter außen zu den Statoreinheiten 4 bis 7 strömt, um diese zu kühlen.
In 3 ist ein Teil des Stators 2 in einer perspektivischen Ansicht schematisch dargestellt. Zu erkennen sind die Hohlwelle 21 und die vier in axialer Richtung hintereinander angeordneten und elektrisch auf nicht näher gezeigte Weise miteinander verbundenen Statoreinheiten 4 bis 7.
Jede Statoreinheit 4, 5, 6, 7 weist sternförmig gleichmäßig um den Außenumfang 24 der Hohlwelle 21 verteilt angeordnete Statorelemente 25 auf. In Umfangsrichtung benachbarte Statorelemente 25 bilden jeweils einen Zwischenraum 26 aus, wobei der zweite Teil des Kühlmittels gemäß den Pfeilen C entlang der Zwischenräume 26 zwischen den Statorelementen 25 hindurch strömt.
In Strömungsrichtung (siehe Pfeil A in 1 bis 3) des Kühlmittels sind die Durchtrittsöffnungen 22 den Statoreinheiten 4 bis 7 vorgeordnet und die Durchtrittsöffnungen 23 den Statoreinheiten 4 bis 7 nachgeordnet, wobei jedem Zwischenraum 26 zwischen den Statorelementen 25 eine den Statoreinheiten 4 bis 7 vor- und nachgeordnete Durchtrittsöffnung 22, 23 zugeordnet ist. Ferner ist jeder Durchtrittsöffnung 22, 23 ein Leitkanal 30, 31 zugeordnet, wobei die Leitkanäle 30 den vorgeordneten Durchtrittsöffnungen 22 und die Leitkanäle 31 den nachgeordneten Durchtrittsöffnungen 23 zugeordnet sind, wie dies schematisch in den 1, 2 und 4 sowie 8 und 9 angedeutet ist. Diese Zuordnung von Durchtrittsöffnungen und Leitkanälen ist derart ausgebildet, dass das Kühlmittel vom Innenraum 32 der Hohlwelle 21 durch die jeweilige vorgeordnete Durchtrittsöffnung 22 hindurch über einen der Leitkanäle 30 zu dem jeweiligen Zwischenraum 26 zwischen den Statorelementen 25, durch diesen hindurch und von dem jeweiligen Zwischenraum 26 über einen der weiteren Leitkanäle 31 durch die jeweilige nachgeordnete Durchtrittsöffnung 23 hindurch zurück in den Innenraum 32 der Hohlwelle 21 strömen kann, wie dies in den 1 und 2 mithilfe der Pfeile C angedeutet ist.
Wie ferner in den 1, 2 und 4 verdeutlicht, sind im Innenraum 32 der Hohlwelle 21 diffusor- und/oder düsenartige Einbauten 33, 34 zum Beeinflussen der Geschwindigkeit und des Druckes des strömenden Kühlmittels vorgesehen. Die Einbauten 33 sind dabei im Bereich der Durchtrittsöffnungen 22 und der Statoreinheit 4 angeordnet und etwa wie ein Diffusor ausgebildet. Die Einbauten 34 sind im Bereich der Statoreinheit 7 und der nachgeordneten Durchtrittsöffnungen 33 angeordnet und weisen in Strömungsrichtung des Kühlmittels (siehe Pfeil A) zunächst eine Querschnittsverengung und dann wieder eine Querschnittserweiterung auf. Dabei entsteht aufgrund der Querschnittsverengung eine erhöhte Geschwindigkeit des Kühlmittels und damit ein Sogeffekt in Richtung der Pfeile B, wohingegen die Einbauten 33 eine Strömungsverlangsamung und -vergleichmäßigung bewirken, so dass ausreichend Zeit für einen guten Wärmeübergang zur Verfügung steht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Statorelemente jeder Statoreinheit an ihren mit dem Kühlmittel in Berührung stehenden Bereichen mit einer Schutzschicht, vorzugsweise einer Epoxidharz-Schutzschicht, umgeben. Eine solche Schutzschicht verhindert eine Beschädigung oder Korrosion der einzelnen Statorelemente durch das Kühlmittel. Insofern sind die einzelnen Statorelemente beispielsweise auch gegen Meerwasser gut geschützt, was sich positiv auf die Lebensdauer der Statorelemente und damit des gesamten Elektromotors auswirkt.
In 4 ist schematisch, teilweise im Längsschnitt, eine Antriebsvorrichtung 35 für ein nicht näher gezeigtes Fahrzeug, hier beispielhaft ein Wasserfahrzeug, wie eine Yacht, dargestellt. Der erfindungsgemäße Elektromotor kann also bei jedwedem Fahrzeug, wie einem Land-, Wasser-, Luftfahrzeug, zur Anwendung kommen. Die Antriebsvorrichtung weist den Elektromotor 1 auf, wie er zuvor beschrieben und in den 1, 2 und 4 gezeigt ist. Zentraler Teil der Antriebsvorrichtung 35 ist der Elektromotor 1 mit seinem Stator 2 und Rotor 3, insbesondere auch mit seiner vorgeordnete Durchtrittsöffnungen 22 und nachgeordnete Durchtrittsöffnungen 23 aufweisenden Hohlwelle 21 einschließlich seiner Leitkanäle 30, 31.
Am Außenumfang 36 des Rotors 3 sind gemäß 4 schaufelartige Vortriebselemente 37 vorgesehen, welche durch das umgebende Wasser 40 frei anströmbar sind. Form und Gestalt dieser Vortriebselemente 37 können in weiten Grenzen variieren.
Der Rotor 3 sitzt, wie zuvor bereits erwähnt, an seinen Längsenden auf dem Außenring 15 der Lager 12, 13. Über Dichtungen 41, vorzugsweise Gleitringdichtungen, ist der Rotor 3 an seinen beiden Längsenden mit haubenförmigen Abdeckungen 42, 43 verbunden, welche stromlinienförmig gestaltet sind. Auch diese Form der Abdeckungen 42, 43 trägt mit zu einer effektiven Ausbildung des Elektromotors 1 bei. Die haubenförmigen Abdeckungen 42, 43 weisen zentrale Öffnungen 44, 45 auf, die mit dem Innenraum 32 der Hohlwelle 21 fluchten.
Der Elektromotor 1 ist, wie in 4 gezeigt, über eine Halterung 46 fest mit einem nicht näher gezeigten Fahrzeug, hier einem Wasserfahrzeug, insbesondere einer Yacht, verbunden. Die Halterung 46 greift über Stege 47 an den Abdeckungen 42, 43 an. Vorzugsweise sind die Stege 47 gleichmäßig um den Umfang der Abdeckungen 42, 43 angeordnet, wobei benachbarte Stege jeweils einen Winkel von 90 Grad einschließen können.
4 verdeutlicht ferner die Kabeldurchführungen 17 durch die ringförmige Aufnahme 18 innerhalb des Lagers 12, mit deren Hilfe die elektrischen Leitungen 20 von den einzelnen Statoreinheiten 4 bis 7 durch die Aufnahme 18 hindurch und schließlich, wie in 4 verdeutlicht, durch die Abdeckung 42 hindurch entlang eines der Stege 47 bis hin zu nicht näher gezeigten Steuereinrichtungen und Energiequellen in der Yacht geführt sind.
Wie ferner in 4 angedeutet, ist beispielsweise am hinteren Ende 11 des Elektromotors 1 eine Überdruckleitung 50 vorgesehen, welche an der Halterung 46 und einem der Stege 47 entlang bis in einen Innenraum 51 der Abdeckung 43 geführt ist. Die Überdruckleitung 50 ist an ein mit einem nicht gezeigten Kompressor verbundenes Ausgleichsgefäß (nicht gezeigt) angeschlossen, so dass der gesamte, sich innerhalb des Elektromotors 1 befindliche Raum unter einem geringen Überdruck von beispielsweise 0,1 bis 0,5 bar steht. Damit ist sichergestellt, dass in den Elektromotor kein Wasser eindringen kann. Der Überdruck kann im Sinne einer Doppelwirkung auch dazu dienen, Undichtigkeiten im Elektromotor beispielsweise dadurch festzustellen, dass der Druck im Ausgleichsgefäß häufiger abfällt und insofern der Kompressor häufiger anläuft, um Druckluft zu erzeugen. Auch diese Weiterbildung trägt mit zu einem effektiv arbeitenden Elektromotor bei, da Undichtigkeiten frühzeitig entdeckt und behoben werden können.
Nachfolgend wird insbesondere mit Bezug auf die 5 bis 9 ein Verfahren zum Herstellen des zuvor beschriebenen Elektromotors 1 näher erläutert.
Gemäß diesem Verfahren sind folgende Schritte vorgesehen:

a) Vorsehen eines radial innen angeordneten Stators 2 und eines den Stator 2 umgebenden Rotors 3 als Außenläufer, wobei mehrere in axialer Richtung hintereinander auf einer von einem Kühlmittel durchströmbaren und Durchtrittsöffnungen 22, 23 für das Kühlmittel aufweisenden Hohlwelle 21 angeordnete und elektrisch miteinander verbundene Statoreinheiten 4 bis 7 den Stator 2 bilden und der Rotor 3 gemeinsam sämtliche Statoreinheiten 4 bis 7 umgibt, wobei diese Anordnung und Ausbildung von Stator und Rotor beispielhaft in den 1, 2 und 4 dargestellt ist;
b) sternförmig gleichmäßig um den Außenumfang der Hohlwelle 21 verteiltes Anordnen von jede Statoreinheit 4 bis 7 bildenden Statorelementen 25 unter Ausbildung jeweils eines Zwischenraums 26 zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Statorelementen 25, wobei dieses sternförmige Anordnen der Statorelemente 25 beispielhaft in 3 gezeigt ist;
c) Vorsehen einer Gießform 52 in jedem Zwischenraum 26 zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Statorelementen 25, wobei dieser Schritt in 5 veranschaulicht ist, wonach sich U-förmige Gießformen 52 in Längsrichtung vollständig durch den jeweiligen Zwischenraum 26 erstrecken, jedoch ein radial außen liegender Bereich 53 zwischen Polschuhen 54 jeweils benachbarter Statorelemente 25 freibleibt, so dass sich in diesem außen liegenden Bereich 53 keine Gießform befindet (siehe 5);
d) Aufbringen einer Schutzschicht 27 durch Gießen eines Harzes, vorzugsweise Epoxidharzes, zwischen die Gießform 52 und das Statorelement 25 auf diejenigen Bereiche 55 bis 58 jedes Statorelements 25, die mit dem Kühlmittel in Berührung stehen, so dass gewickelte Spulen 60 (siehe 3 und 5) der Statorelemente 25 vollständig von der Schutzschicht 27 bedeckt sind (siehe 6);
e) Ausgießen jedes Zwischenraumes in dem radial außen liegenden Bereich 53 zwecks Abdichtung des Stators 2 zum Rotor 3 hin, so dass gemäß 6 der Zwischenraum 26 zwischen Polschuhen 54 benachbarter Statorelemente 25 vollständig mit dem Harz ausgegossen ist (siehe 6);
f) Entfernen der Gießform 52 aus jedem Zwischenraum 26, so dass die Darstellung gemäß 6 entsteht.

Es wird darauf hingewiesen, dass die vorgenannten Schritte d) und e) auch gleichzeitig durchgeführt werden können. Das vorerwähnte Gießharz ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein hochwärmeleitfähiges Kupfer-Epoxidharz, wobei die in dem Harz befindlichen Kupferelemente länglich, insbesondere stäbchenförmig ausgebildet sind. Die einzelnen Gießformen 52 sind vorzugsweise mit einem Trennmittel versehen, so dass sie zum Entfernen aus jedem Zwischenraum leicht von der aufgebrachten Schutzschicht getrennt werden können. Vorzugsweise ist das Gießverfahren ein Vakuumgießverfahren.
Üblicherweise werden anschließend gemäß 7 auf die Außenseiten der nunmehr beschichteten Statoreinheiten 4 und 7 beidseits Dichtungen 61 aufgebracht, wie dies in 7 angedeutet ist. Die Dichtungen 61 sind vorzugsweise statische Dichtungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist ferner die Schritte auf: Vorsehen von den Statoreinheiten 4 bis 7 in Strömungsrichtung (siehe Pfeil A) des Kühlmittels vor- und nachgeordneten Durchtrittsöffnungen 22, 23; Vorsehen eines Leitkanals 30, 31 zwischen jeder Durchtrittsöffnung 22, 23 der Hohlwelle 21 und jedem Zwischenraum 26, so dass das Kühlmittel von der Hohlwelle 21 durch die Durchtrittsöffnungen 22 hindurch über die Leitkanäle 30 zu den Zwischenräumen 26, durch diese hindurch und über weitere Leitkanäle 31 und die Durchtrittsöffnungen 23 zurück in die Hohlwelle 21 strömen kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Schritt „Vorsehen von den Statoreinheiten vor- und nachgeordneten Durchtrittsöffnungen 22, 23“ üblicherweise bei der Herstellung der Hohlwelle 21 durchgeführt wird.
8 verdeutlicht die abgedichtete Anordnung jedes Leitkanals 30, 31 einerseits zu der betreffenden Durchtrittsöffnung 22 bzw. 23 der Hohlwelle 21 hin, andererseits zur Dichtung 61 hin, wobei die Leitkanäle 30, 31 einerseits mit den Durchtrittsöffnungen 22 bzw. 23 und andererseits mit den Zwischenräumen 26 zwischen benachbarten Statorelementen 25 fluchten. 8 zeigt den Zustand des Stators, bei dem sämtliche Leitkanäle 30, 31 fest mit dem Stator verbunden sind.
Auf der Hohlwelle 21 werden anschließend die Lager 12, 13 befestigt, woraufhin der ringförmige Rotor 3 mit seinen sich in Längsrichtung erstreckenden und voneinander beabstandeten sowie gleichmäßig über den Innenumfang angeordneten Permanentmagneten 62 auf den Stator so aufgeschoben wird, dass, wie in 9 gezeigt, die Permanentmagnete 62 über einen Luftspalt 63 hinweg radial außen auf den Polschuhen 54 angeordnet sind. Letztlich ergibt sich dann die in den 1, 2 und 4 dargestellte Anordnung.
Wie in den 1, 2 und 4 dargestellt, ist der Stator 2 am vorderen Ende 10 und am hinteren Ende 11 gelagert. Der Rotor ist glockenförmig den Stator vollständig umschließend ausgebildet und ebenfalls an seinen beiden Längsenden fest mit jeweils einem Lager verbunden. Die dreisträngige Drehstromwicklung des Stators wird durch eine geeignete, nicht näher gezeigte Schaltung so angesteuert, dass sie ein drehendes magnetisches Feld erzeugt, welches den permanenterregten Rotor mitzieht. Bei dem erfindungsgemäßen, als Außenläufer ausgebildeten Elektromotor hat das Magnetfeld des Stators einen wesentlich längeren Hebelarm, um den Rotor in Bewegung zu setzen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Umfang des als Außenläufer ausgestalteten Rotors signifikant, nämlich um etwa 60 bis 70 % größer ist als bei einem als Innenläufer ausgestalteten Elektromotor. Es ist klar, dass die dargestellte Ausführungsform mit einem vierstufigen Außenläufer lediglich beispielhaft zu verstehen ist.
Die Vortriebselemente 37, welche außen am Rotor 3 angebracht sind (siehe 4) können auch in Form von Schraubenflügeln ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Elektromotor kann beispielsweise als Direktantrieb mit Impellerblättern in Form eines Jetantriebs zum Einsatz kommen. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Einbauten 33, 34 (siehe 1, 2 und 4) und die Querschnittsflächen der Durchtrittsöffnungen 22, 23 sowie der Zwischenräume 26 derart ausgestaltet und bemessen sein können, dass der größere Teil des Kühlmittels in Richtung der Pfeile C also unmittelbar zu den Statorelementen 25 und insofern der geringere Teil des Kühlmittels in Richtung der Pfeile B, dass heißt im Innenraum 32 der Hohlwelle 21 verbleibend, durch den Stator strömt. Lediglich der Vollständigkeit halber wird mit Bezug auf 4 darauf hingewiesen, dass die Bewegungsrichtung des nicht näher gezeigten Wasserfahrzeugs von links nach rechts erfolgt.
Damit ist ein Elektromotor geschaffen, welcher besonders effektiv arbeitet. Ferner sind eine Antriebsvorrichtung mit einem solchen Elektromotor und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Elektromotors angegeben.

Claims

Elektromotor, insbesondere bürstenloser Gleichstrommotor, mit einem radial innen angeordneten Stator (2) und einem den Stator (2) umgebenden Rotor (3) als Außenläufer, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete und elektrisch miteinander verbundene Statoreinheiten (4, 5, 6, 7) aufweist und der Rotor (3) derart ausgebildet ist, dass sämtliche Statoreinheiten (4 bis 7) von einem gemeinsamen und beidseitig geschlossenen Rotor (3) umgeben sind.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (1) an seinem vorderen und hinteren Ende (10, 11) ein Lager (12, 13) mit einem feststehenden Innenring (14) und einem drehbaren Außenring (15) aufweist, wobei der Innenring (14) auf einer die Statoreinheiten (4 bis 7) tragenden Welle (16) und der Außenring (15) innen an dem Rotor (3) so befestigt ist, dass der Rotor (3) außen auf den Lagern (12, 13) sitzt.
Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) zwischen Innenring (14) und Welle (16) eine ringförmige Aufnahme (18) aufweist, die von Kabeldurchführungen (17) für elektrische Leitungen (20) der Statoreinheiten (4 bis 7) durchdrungen ist.
Elektromotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (16) zwecks Kühlung des Stators (2) eine von einem Kühlmittel, vorzugsweise einer Kühlflüssigkeit, durchströmbare Hohlwelle (21) ist.
Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (21) Durchtrittsöffnungen (22, 23) für das Kühlmittel zum direkten Kühlen der Statoreinheiten (4 bis 7) aufweist, so dass ein erster Teil des Kühlmittels die Hohlwelle (21) durchströmt und ein zweiter Teil des Kühlmittels über die Durchtrittsöffnungen (22, 23) zu den Statoreinheiten (4 bis 7) zwecks Kühlung derselben strömt.
Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Statoreinheit (4 bis 7) sternförmig gleichmäßig um den Außenumfang (24) der Hohlwelle (21) verteilt angeordnete Statorelemente (25) aufweist, wobei in Umfangsrichtung benachbarte Statorelemente (25) jeweils einen Zwischenraum (26) ausbilden und der zweite Teil des Kühlmittels entlang der Zwischenräume (26) zwischen den Statorelementen (25) hindurch strömt.
Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (22, 23) in Strömungsrichtung des Kühlmittels den Statoreinheiten (4 bis 7) vor- und nachgeordnet vorgesehen sind und jedem Zwischenraum (26) zwischen den Statorelementen (25) eine den Statoreinheiten (4 bis 7) vor- und nachgeordnete Durchtrittsöffnung (22, 23) und ferner jeder Durchtrittsöffnung (22, 23) ein Leitkanal (30, 31) derart zugeordnet ist, dass das Kühlmittel vom Innenraum (32) der Hohlwelle (21) durch die jeweilige vorgeordnete Durchtrittsöffnung (22) hindurch über einen Leitkanal (30) zu dem jeweiligen Zwischenraum (26) zwischen den Statorelementen (25), durch diesen hindurch und von dem jeweiligen Zwischenraum (26) über einen weiteren Leitkanal (31) durch die jeweilige nachgeordnete Durchtrittsöffnung (23) hindurch zurück in den Innenraum (32) der Hohlwelle (21) strömen kann.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (32) der Hohlwelle (21) diffusor- und/oder düsenartige Einbauten (33, 34) zum Beeinflussen der Geschwindigkeit und des Druckes des strömenden Kühlmittels vorgesehen sind.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorelemente (25) jeder Statoreinheit (4 bis 7) an ihren mit dem Kühlmittel in Berührung stehenden Bereichen (55 bis 58) mit einer Schutzschicht (27), vorzugsweise einer Epoxidharz-Schutzschicht, umgeben sind.
Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Wasserfahrzeug, mit einem Elektromotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Vorsehen eines radial innen angeordneten Stators (2) und eines den Stator (2) umgebenden Rotors (3) als Außenläufer, wobei mehrere in axialer Richtung hintereinander auf einer von einem Kühlmittel durchströmbaren und Durchtrittsöffnungen (22, 23) für das Kühlmittel aufweisenden Hohlwelle (21) angeordnete und elektrisch miteinander verbundene Statoreinheiten (4 bis 7) den Stator (2) bilden und der Rotor (3) gemeinsam sämtliche Statoreinheiten (4 bis 7) umgibt; b) sternförmig gleichmäßig um den Außenumfang (24) der Hohlwelle (21) verteiltes Anordnen von jede Statoreinheit (4 bis 7) bildenden Statorelementen (25) unter Ausbildung jeweils eines Zwischenraums (26) zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Statorelementen (25); c) Vorsehen einer Gießform (52) in jedem Zwischenraum (26) zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Statorelementen (25); d) Aufbringen einer Schutzschicht (27) durch Gießen eines Harzes, vorzugsweise Epoxidharzes, zwischen die Gießform (52) und das Statorelement (25) auf diejenigen Bereiche (55 bis 58) des Statorelements (25), die mit dem Kühlmittel in Berührung stehen; e) Ausgießen jedes Zwischenraums (26) in einem radial außen liegenden Bereich (53) zwecks Abdichtung des Stators (2) zum Rotor (3) hin; f) Entfernen der Gießform (52) aus jedem Zwischenraum (26).
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: Vorsehen von den Statoreinheiten (4 bis 7) in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor- und nachgeordneten Durchtrittsöffnungen (22, 23); Vorsehen eines Leitkanals (30, 31) zwischen jeder Durchtrittsöffnung (22, 23) der Hohlwelle (21) und jedem Zwischenraum (26), so dass das Kühlmittel von der Hohlwelle (21) durch die Durchtrittsöffnungen (22) hindurch über Leitkanäle (30) zu den Zwischenräumen (26), durch diese hindurch und über weitere Leitkanäle (31) und Durchtrittsöffnungen (23) zurück in die Hohlwelle (21) strömen kann.