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Die Erfindung betrifft einen Scheibenläufermotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welcher Scheibenläufermotor einen Stator und einen Rotor und eine Vielzahl von Leiterelementen umfasst, die an dem Stator oder dem Rotor angeordnet sind, wobei die Leiterelemente zumindest abschnittsweise in radialer Richtung in Bezug auf eine Drehachse des Rotors angeordnet sind und die Leiterelemente in Bezug auf die Drehachse in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind.
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Scheibenläufermotoren, die beispielsweise zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sind, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Diese weisen eine Vielzahl von Leiterelementen auf, die je nach Ausgestaltung des Scheibenläufermotors, an dem Rotor des Scheibenläufermotors oder an dem Stator des Scheibenläufermotors angeordnet werden können. Zum Beispiel kann der Rotor die Leiterelemente aufweisen und der Stator dazu korrespondierende Magnetelemente. Ebenso ist es möglich, dass der Stator die Leiterelemente aufweist und der Rotor die dazu korrespondierenden Magnetelemente trägt. Die Leiterelemente verlaufen dabei üblicherweise mit wenigstens einem Abschnitt in radialer Richtung in Bezug auf die Drehachse des Rotors, sodass das zumindest abschnittsweise in axialer Richtung wirkende Magnetfeld in den stromdurchflossenen Leiterelementen die für den Antrieb des Rotors benötigte Kraft erzeugen kann. Hierbei sind die Leiterelemente üblicherweise in Umfangsrichtung verteilt angeordnet, das heißt, dass die Vielzahl der Leiterelemente benachbart in Umfangsrichtung angeordnet ist und die einzelnen Leiterelemente im Wesentlichen in radialer Richtung ausgerichtet sind.
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Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass in Abhängigkeit der Leistungsanforderungen, die an den Scheibenläufermotor gestellt wird, eine entsprechend hohe Anzahl von Leiterelementen bzw. ein entsprechend großer Leiterelementbereich, in dem die Leiterelemente von Strom durchflossen und in dem Magnetfeld der Magnetelemente bewegt werden, vorgesehen sein muss, um den Rotor mit der erforderlichen Drehzahl bzw. dem geforderten Drehmoment antreiben zu können. Für entsprechend hohe Leistungsanforderungen sind demnach vergleichsweise hohe Ströme bzw. Spannungen erforderlich. Die geforderten Ströme bzw. Spannungen hängen hierbei nicht zuletzt von der Verschaltung der Leiterelemente ab.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Scheibenläufermotor anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch einen Scheibenläufermotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Wie zuvor beschrieben, betrifft die Erfindung einen Scheibenläufermotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, der eine Vielzahl von Leiterelementen aufweist, die wahlweise an dem Stator oder an dem Rotor des Scheibenläufermotors angeordnet sein können. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass wenigstens zwei Leiterelemente parallel oder in Reihe geschaltet und zu wenigstens einer Untergruppe von Leiterelementen verbunden sind.
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Demnach schlägt die Erfindung vor, eine Untergruppe von Leiterelementen auszuwählen bzw. auszubilden, der wenigstens zwei Leiterelemente zugeordnet sind, wobei die wenigstens zwei Leiterelemente parallel oder in Reihe geschaltet sind. Die gruppenweise Zuordnung erlaubt somit, den geforderten Strom bzw. die geforderte Spannung einzustellen. Hierbei kann die Untergruppengröße letztlich beliebig gewählt werden, sodass einer einzelnen Untergruppe eine beliebige Anzahl von Leiterelementen zugeordnet werden kann. Ebenso ist es möglich, eine beliebige Kombination aus in Reihe geschalteten und/oder parallelgeschalteten Leiterelementen einer Untergruppe zuzuordnen bzw. die Untergruppe als eine Anordnung von beliebig in Reihe oder parallel geschalteter Leiterelemente zu definieren.
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Die Wahl der Untergruppengröße und die Festlegung der Verschaltung der Leiterelemente stellt letztlich die Betriebsspannung und den Strom ein, mit dem der Scheibenläufermotor betrieben werden kann. Durch die beschriebene Anordnung der Leiterelemente, wobei wenigstens ein Abschnitt eines jeden Leiterelements in radialer Richtung ausgerichtet ist, durchfließt der Strom den entsprechenden Abschnitt des Leiterelements in radialer Richtung, d.h., zwischen einer ersten Radialposition und einer zweiten Radialposition, also entweder in radialer Richtung von innen nach außen oder von außen nach innen. Die radiale Richtung kann hierbei insbesondere auf die Drehachse des Rotors bezogen werden, sodass eine radial nach innen gerichtete Bewegung von einer weiter in Bezug auf die Drehachse beanstandeten Position in Richtung einer näher an der Drehachse angeordneten Position gerichtet ist. Ein entsprechender Leiterbereich, in dem die Leiterelemente radial von dem Strom durchflossen werden, kann sonach zwischen einer ersten Radialposition und einer zweiten Radialposition angeordnet oder definiert sein. Beispielsweise kann als zweite Radialposition oder äußere Radialposition der Außendurchmesser bzw. Außenradius verstanden werden, wobei als erste Radialposition ein zwischen der Drehachse und der zweiten Radialposition angeordnete Umfangsposition oder Durchmesser verstanden werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Scheibenläufermotors kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Leiterelemente, insbesondere alle Leiterelemente derselben axialen Ebene, zu derselben Untergruppe zugeordnet sind und untereinander parallelgeschaltet sind. Die beschriebene Ausgestaltung betrifft somit eine Gruppenbildung derart, dass pro axialer Seite bzw. pro axialer Ebene wenigstens zwei Leiterelemente, insbesondere alle Leiterelemente, zu derselben Untergruppe zugeordnet sind. Untereinander sind die wenigstens zwei Leiterelemente derselben Untergruppe nach dieser Ausgestaltung parallelgeschaltet, wobei insbesondere die Stromrichtung in beiden axialen Ebenen gleichgerichtet sein kann oder gegengleich gewählt sein kann. Bei der beschriebenen Ausgestaltung ist vorteilhafterweise keine Kommutierung nötig.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Scheibenläufermotors kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei in Umfangsrichtung benachbarte, insbesondere unmittelbar benachbarte, Leiterelemente in Reihe geschaltet sind, insbesondere sämtliche Leiterelemente einer oder beider axialer Ebenen, wobei die wenigstens zwei Leiterelemente paarweise an ihrem Außenumfang oder Innenumfang, insbesondere in Umfangsrichtung wechselweise, miteinander verbunden sind.
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Nach dieser Ausgestaltung können somit wenigstens zwei Leiterelemente derselben Untergruppe zugeordnet sein, wobei die Leiterelemente untereinander in Reihe geschaltet sind. Dabei kann die Untergruppengröße letztlich beliebig vergrößert werden, sodass auch eine Zuordnung sämtlicher Leiterelemente einer axialen Ebene bzw. beider axialer Ebenen zu einer Untergruppe möglich ist. Zur Reihenschaltung der wenigstens zwei Leiterelemente sind diese paarweise an ihrem Außenumfang oder an ihrem Innenumfang miteinander verbunden. Sind mehrere Leiterelemente derselben Untergruppe zugeordnet, sodass diese mehreren Leiterelemente untereinander in Reihe geschaltet sind, ist eine wechselweise Verbindung der Leiterelemente möglich, sodass ein erstes Paar von Leiterelementen an ihrem Außenumfang miteinander verbunden ist und das wenigstens eine weitere Leiterelement an seinem Innenumfang mit einem der Leiterelemente des Paars verbunden ist. Letztlich kann somit in Umfangsrichtung eine wechselweise Verbindung der Leiterelemente einmal am Innenumfang und einmal am Außenumfang vorgesehen sein.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Scheibenläufermotors können wenigstens zwei Leiterelemente wenigstens zwei verschiedenen Untergruppen zugeordnet sein, wobei in Umfangsrichtung zwischen zwei verbundenen Leiterelementen einer ersten Untergruppe wenigstens ein Leiterelement einer weiteren Untergruppe, insbesondere zwei Leiterelemente, die zwei weiteren Untergruppen zugeordnet sind, angeordnet sein. Nach dieser Ausgestaltung können somit wenigstens zwei Untergruppen, insbesondere drei Untergruppen, vorgesehen sein, deren Leiterelemente sich in Umfangsrichtung abwechseln. Zum Beispiel können zwei Untergruppen vorgesehen sein, wobei in Umfangsrichtung die Leiterelemente der ersten Untergruppe und der zweiten Untergruppe alternierend angeordnet sind.
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Ebenso ist es möglich, drei Untergruppen vorzusehen, wobei in Umfangsrichtung jeweils ein erstes Leiterelement einer ersten Untergruppe vor einem ersten Leiterelement einer zweiten Untergruppe und einem ersten Leiterelement einer dritten Untergruppe angeordnet ist, wobei auf das erste Leiterelement der dritten Untergruppe ein zweites Leiterelement der ersten Untergruppe folgt. Auf das zweite Leiterelement der ersten Untergruppe folgt das zweite Leiterelement der zweiten Untergruppe und auf dieses das zweite Leiterelement der dritten Untergruppe. Entsprechend sind die Leiterelemente der ersten Untergruppe, die Leiterelemente der zweiten Untergruppe und die Leiterelemente der dritten Untergruppe jeweils untereinander verbunden, wobei die Untergruppen gegeneinander isoliert sind. Somit können mehrere Phasen, beispielsweise drei Phasen, verschiedenen Untergruppen zugeordnet sein, deren Leiterelemente sich in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind.
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Der Scheibenläufermotor kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass wenigstens eine Untergruppe von in Umfangsrichtung benachbarten Leiterelementen gebildet ist, wobei wenigstens ein Leiterelementpaar, insbesondere in Umfangsrichtung benachbarter Leiterelemente, in Reihe geschaltet und zu wenigstens einem weiteren in Reihe geschalteten Leiterelementpaar der Untergruppe parallel geschaltet ist. Nach dieser Ausgestaltung können wenigstens zwei Leiterelemente in Umfangsrichtung physisch benachbart und elektrisch miteinander verbunden sein. Die elektrische Verbindung kann wahlweise radial innenliegend oder radial außenliegend oder auch wechselseitig erfolgen. Die wenigstens zwei physisch in Umfangsrichtung benachbarten Leiterelemente können eine Untergruppe bilden. Wenigstens zwei Untergruppen bzw. eine beliebige Anzahl von Untergruppen kann eine gemeinsame Gruppe bilden, die unmittelbar in Umfangsrichtung benachbart sein können, wobei die einzelnen Untergruppen, die derselben Gruppe angehören, untereinander parallelgeschaltet sind. Mehrere Untergruppen können zu einer Gruppe zusammengefasst werden. Weist eine Gruppe nur eine Untergruppe auf, können die Begriffe synonym verwendet werden.
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Mit anderen Worten wird wenigstens ein Leiterelementpaar einer Untergruppe zugeordnet, wobei auch mehrere Leiter, insbesondere mehr als zwei, derselben Untergruppe zugeordnet sein können. Die beschriebene Gruppe weist mehrere solcher Untergruppen auf, die ebenfalls in Umfangsrichtung benachbart angeordnet sein können. Hierbei ist die Größe der Untergruppe nicht zwangsläufig gleich, wobei es vorteilhaft ist, die Untergruppengröße für die einzelnen Untergruppen gleich zu wählen. Zum Beispiel kann eine Gruppe aus drei Untergruppen bestehen, die aus jeweils wenigstens zwei Leiterelementen gebildet sind. Mit anderen Worten schließt sich an dem in Umfangsrichtung letzten Leiterelement der ersten Untergruppe das erste Leiterelement der zweiten Untergruppe an. Die einzelnen Untergruppen derselben Gruppe sind, wie beschrieben, parallelgeschaltet.
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Ebenso ist es möglich, dass wenigstens eine Untergruppe zwei in Umfangsrichtung benachbarte parallelgeschaltete Leiterelemente umfasst, die mit wenigstens einer weiteren in Umfangsrichtung benachbarten Untergruppe in Reihe geschaltet sind. Nach dieser Ausgestaltung ist demnach eine Parallelschaltung von wenigstens zwei Leiterelementen vorgesehen, die unmittelbar in Umfangsrichtung physisch benachbart angeordnet sind. Hierbei können somit zwei, drei oder mehr Leiterelemente, die unmittelbar in Umfangsrichtung benachbart sind, zueinander parallelgeschaltet sein. Die einzelnen solcher Untergruppen können wiederum einer gemeinsamen Gruppe zugeordnet sein, wobei die Untergruppen unter Bildung der Gruppe in Reihe geschaltet sind. Zum Beispiel können zwei in Umfangsrichtung benachbarte Leiterelemente miteinander parallelgeschaltet sein, indem sie an ihrem Innenumfang und ihrem Außenumfang miteinander verbunden sind. Die wenigstens zwei derart miteinander verbundenen Leiterelemente sind mit einer ebenso gebildeten Untergruppe in Reihe geschaltet, in dem beispielsweise die Verbindungen der wenigstens zwei Leiterelemente mit wiederum einer gleichen Untergruppe in Reihe geschaltet sind.
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Ebenso ist möglich, dass wenigstens zwei Untergruppen unter Bildung einer Schaltergruppe miteinander verbunden und in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, insbesondere in gleichen Winkelabständen zwischen den Untergruppen derselben Schaltergruppe. Die einzelnen Untergruppen können somit einer Schaltergruppe zugeordnet sein, sodass die einzelnen Untergruppen gleichzeitig geschaltet werden können, d.h., dass die einzelnen Leiterelemente derselben Schaltergruppe gleichzeitig bestromt werden können. Die Untergruppen, die eine gemeinsame Schaltergruppe bilden, sind zweckmäßigerweise in gleichen Winkelabständen in Umfangsrichtung angeordnet. Das bedeutet, dass der Winkel zwischen jeweils zwei Untergruppen für alle Untergruppen der Schaltergruppe gleich ist. Werden beispielsweise drei Untergruppen derselben Schaltergruppe zugeordnet, können diese unter einem Winkelabstand von 120° zueinander angeordnet werden. Bei einer Zuordnung von vier Untergruppen zu derselben Schaltergruppe kann ein Winkelabstand von 90° gewählt werden. Die beschriebenen Winkel sind lediglich beispielhaft zu verstehen und grundsätzlich auf den konkreten Anwendungsfall anpassbar.
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Eine weitere Ausgestaltung des Scheibenläufermotors sieht vor, dass wenigstens zwei Leiterelemente, die in verschiedenen axialen Ebenen angeordnet sind, miteinander in Reihe geschaltet sind. Wie beschrieben, kann der Scheibenläufermotor mehrere axiale Ebenen aufweisen, in denen Leiterelemente angeordnet sind. Beispielsweise kann der Scheibenläufermotor derartige axiale Ebenen an zwei Außenflächen eines Rotors aufweisen, insbesondere diejenigen Flächen des Rotors, die in axialer Richtung in gegenüberliegende Richtungen weisen. Daneben sind andere Ausgestaltungen des Rotors denkbar, bei denen der Rotor beispielsweise zweiteilig ausgebildet ist und jeder Rotorteil einen Leiterelementbereich trägt an dem Leiterelemente angeordnet sein können.
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Diese Ausgestaltung ist auch auf den Stator übertragbar, falls die Leiterelemente an dem Stator angeordnet sind, kann der Stator wenigstens zwei in axialer Richtung unterschiedlich angeordnete Flächen aufweisen, an denen die Leiterelemente angeordnet sind. Nach der beschriebenen Ausgestaltung werden zwei Leiterelemente, die in verschiedenen axialen Ebenen angeordnet sind, beispielsweise auf verschiedenen Flächen eines Rotors, miteinander in Reihe geschaltet. Hierbei ist eine Gruppenbildung, wie diese zuvor beschrieben wurde, ebenfalls möglich, sodass eine beliebige Anzahl der Leiterelemente in unterschiedlichen axialen Ebenen zu einer Untergruppe zugeordnet werden kann.
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Eine Weiterbildung des Scheibenläufermotors kann vorsehen, dass wenigstens ein erstes Leiterelement in einer ersten Axialebene mit einem ersten Leiterelemente einer zweiten Axialebene verbunden ist und das erste Leiterelement der zweiten Axialebene mit einem zweiten Leiterelemente der zweiten Axialebene, insbesondere in Reihe, verbunden ist und das zweite Leiterelement der zweiten Axialebene mit einem zweiten Leiterelement der ersten Axialebene verbunden ist. Diese Ausgestaltung schlägt somit eine mäandersartige bzw. mäanderförmige Verbindung der Leiterelemente über zwei axiale Ebenen hinweg vor. Somit werden stets nach dem Übergang von einer Axialebene in die andere Axialebene wenigstens zwei Leiterelemente derselben Axialebene miteinander verbunden und anschließend in die vorherige Axialebene zurückgewechselt in der wiederum wenigstens zwei Leiterelemente miteinander verbunden werden, bevor ein Wechsel in die vorhergehende Axialebene stattfindet. Die Gruppengröße ist hier ersichtlich ebenfalls beliebig wählbar, sodass anstelle der wenigstens zwei Leiterelemente, die jeweils in einer Axialebene zwischen zwei Wechseln der Axialebene miteinander verbunden sind, auch eine beliebige andere Anzahl an Leiterelementen vorgesehen sein kann.
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Bei sämtlichen zuvor beschriebenen Verschaltungen der einzelnen Leiterelemente kann vorgesehen sein, dass eine Stromrichtung in zwei in axialer Richtung benachbarten Leiterelementen unterschiedlich ist. Insbesondere können somit zwei in axialer Richtung benachbarte, beispielsweise in axialer Richtung übereinanderliegende Leiterelemente den Strom in unterschiedlichen Stromrichtungen führen, beispielsweise in einem Leiterelement in einer ersten Axialebene von radial innen nach radial außen oder umgekehrt und in dem Leiterelement der zweiten Axialebene von radial außen nach radial innen oder umgekehrt.
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Der Scheibenläufermotor kann ferner einen Rotor aufweisen, der zwei separate in axialer Richtung beanstandete Leiterelementbereiche oder Magnetelementbereiche aufweisende Rotorteile umfasst, zwischen welchen Rotorteilen ein mit dem Stator verbundener Fortsatz angeordnet ist, der zwischen die Leiterelementebereiche oder Magnetelementbereiche der Rotorteile radial eingreift und Magnetelementbereiche oder Leiterelementebereiche aufweist. Die beschriebene Außengestaltung kann auch als „Außenläufer“ bezeichnet werden, da letztlich die Leiterelementbereiche bzw. Magnetelementbereiche, die an den Rotorteilen des Rotors angeordnet sind, in axialer Richtung den statorseitigen Fortsetzung umgreifen, an dem die korrespondierenden Magnetelementbereiche oder Leiterelementbereiche angeordnet sind. In axialer Richtung betrachtet, liegen somit die Rotorteile dem Fortsatz benachbart, d.h., dass der Fortsatz zwischen den beiden Rotorteilen angeordnet ist und in einen Zwischenraum zwischen den beiden Rotorteilen eingreift.
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Die beschriebene Variante kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass wenigstens ein Rotorteil ein sich in axialer Richtung erstreckendes, insbesondere an einem Außenumfang des Rotorteils angeordnetes, Leitelement aufweist, das dazu ausgebildet ist, das Magnetfeld wenigstens eines Magnetelements zu leiten. Hierbei können insbesondere beide Rotorteile entsprechende Leitelemente aufweisen, die sich in axialer Richtung erstrecken. Die Leitelemente können beispielsweise als Fortsatz am Außenumfang des jeweiligen Rotorteils angeordnet sein, beispielsweise als endlos umlaufender Bund. Durch die Leitelemente wird das Magnetfeld der Magnetelemente geleitet, wobei die Magnetelemente wahlweise am Rotor oder am Stator, insbesondere an dem Fortsatz, angeordnet sein können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1A einen Scheibenläufermotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 1 B der Scheibenläufermotor nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 2 einen Scheibenläufermotor nach einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 3 einen Scheibenläufermotor nach einem vierten Ausführungsbeispiel;
- 4 einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 5 einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 6 einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 7 einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem vierten Ausführungsbeispiel;
- 8 einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem fünften Ausführungsbeispiel;
- 9 einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem sechsten Ausführungsbeispiel;
- 10 einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem siebten Ausführungsbeispiel;
- 11 einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem achten Ausführungsbeispiel;
- 12 einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem neunten Ausführungsbeispiel;
- 13A einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem zehnten Ausführungsbeispiel; und
- 13B ein Detail des Scheibenläufermotors von 13A.
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1A zeigt einen Scheibenläufermotor 1, insbesondere für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug, wobei der Scheibenläufermotor 1 einen Stator 2 und einen Rotor 3 aufweist. Der Rotor 3 ist an einer Rotorwelle 4 angeordnet, die mit einem Abtrieb des Scheibenläufermotors 1 verbunden sein kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel trägt der Rotor 3 mehrere Magnetelemente 5, wobei im Stator 2 mehrere Leiterelemente 6 angeordnet sind. Die Anordnung der Magnetelemente 5 und der Leiterelemente 6 sowie die Ausrichtung der Magnetelemente 6, insbesondere deren Nordpole („N“) und Südpole („S“), ist beliebig wählbar bzw. umkehrbar. Mit anderen Worten wäre es ebenso möglich, dass der Rotor 3 die Leiterelemente 6 und der Stator 2 die Magnetelemente 5 trägt. Die Ausrichtung der einzelnen Magnetelemente 6 kann sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung verändert werden. Hierbei zeigt 1B ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die Ausrichtung der Magnetelemente 5 in der „unteren“ Axialebene gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 1A umgekehrt ist. Die in 1 B gezeigte Anordnung der Magnetelemente 5 ist besonders vorteilhaft für eine Parallelschaltung der Leiterelemente 6 und/oder für Ausführungsformen, in denen die Leiterelemente 6 in bzw. an dem Rotor 3 angeordnet sind. Grundsätzlich sind die gezeigten bzw. abgeänderte Varianten der Anordnungen und Ausrichtungen der Magnetelemente 5 mit den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Verschaltung der Leiterelemente 6 beliebig kombinierbar.
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2 zeigt ebenfalls einen Scheibenläufermotor 1 jedoch nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Gleiche Bezugszeichen werden für gleiche Bauteile verwendet. In der in 2 gezeigten Ausführungsform weist der Rotor 3 zwei Rotorteile 7, 8 auf, die in axialer Richtung separat ausgeführt und voneinander beanstandet sind. Beide Rotorteile 7, 8 sind wiederum an derselben Rotorwelle 4 angeordnet und weisen in diesem Ausführungsbeispiel Magnetelementbereiche 9 auf, in denen die zuvor beschriebenen Magnetelemente 5 angeordnet sind. Der Stator 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Fortsatz 10 auf, der in radialer Richtung zwischen die beiden Rotorteile 7, 8 eingreift und in diesem Ausführungsbeispiel die Leiterelemente 6 trägt, die in Umfangsrichtung auf beiden in axialer Richtung weisenden Flächen des Fortsatzes 10 angeordnet sind. Der Fortsatz 10 weist somit Leiterelementbereiche 11 auf, in denen Leiterelemente 6 angeordnet sind, wobei die Leiterelementbereiche 11 in radialer Richtung mit den Magnetelementbereichen 9 korrespondieren. Wie bereits beschrieben, ist grundsätzlich die Anordnung der Magnetelemente 5 und der Leiterelemente 6 beliebig wählbar. Eine umgekehrte Anordnung, bei der der Fortsatz 10 die Magnetelemente 5 und der Rotor 2, insbesondere die Rotorteile 7, 8, die Leiterelemente 6 trägt, wäre ebenso möglich. Auch hier ist grundsätzlich die Ausrichtung der Magnetelemente 5 in Bezug auf Nordpol und Südpol beliebig wählbar, wobei die gezeigte Darstellung vorteilhaft ist.
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In der Ausführung nach 2 ist die Rotorwelle 4 über Lager 12 an dem Stator 2 gelagert, insbesondere an einem Rotorgehäuse des Stators 2. Hierbei werden in axialer Richtung zwei Lager 12 bereitgestellt, die die Rotorwelle 4 an gegenüberliegenden Durchtrittspunkten am Rotorgehäuse lagern. Demgegenüber werden in der Ausgestaltung nach 3 zwei Lager 13 verwendet, die die Rotorwelle 4 an dem Fortsatz 10 lagern. In beiden Ausgestaltungen weisen die Rotorteile 7, 8 Leitelemente 14 auf, die die Rotorteile an ihrem Außenumfang in axialer Richtung verlängern und somit dazu ausgebildet sind, das Magnetfeld der Magnetelemente 5 in die gewünschte Richtung zu leiten.
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4 zeigt eine Detailansicht eines Scheibenläufermotors 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei bis auf die Leiterelemente 6 die übrigen Baugruppen des Scheibenläufermotors 1 ausgeblendet sind. In der gezeigten Darstellung sind mehrere Leiterelemente 15-19, die derselben axialen Ebene 20, 21 zugeordnet sind einer beispielhaften Untergruppe 22 zugeordnet und miteinander in Reihe verbunden. Hierbei sind die Leiterelemente 15-19 wechselseitig an ihrem Außenumfang und ihrem Innenumfang miteinander in Reihe verbunden. Insbesondere ist das Leiterelement 15 an seinem Außenumfang mit dem Außenumfang des Leiterelements 16 verbunden, wobei das Leitelement 16 wechselseitig an seinem Innenumfang mit dem Innenumfang des Leiterelements 17 verbunden ist. Das Leitelement 17 ist wiederum an seinem Außenumfang mit dem Außenumfang des Leiterelements 18 verbunden, welches an seinem Innenumfang mit dem Innenumfang des Leiterelements 19 verbunden ist.
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Die Bildung der Untergruppe 22 ist insbesondere in 5 dargestellt, wobei die Leiterelemente 15-19 und 23 zu der Untergruppe 22 zusammengefasst sind, die Leiterelemente 15-19, 23 sind in Reihe geschaltet. Hierbei ist es insbesondere möglich, mehrere solcher Untergruppen 22 über den Umfang des Scheibenläufermotors 1 zu verteilen und diese verschiedenen Schaltergruppen zuzuordnen. Beispielsweise können jeder Schaltergruppe jeweils drei Untergruppen 22 zugeordnet sein, die in einem Winkel von 120° über den Umfang des Scheibenläufermodus 1 verteilt, beispielsweise den Umfang des Rotors 3, angeordnet sind. Hierbei können beliebig viele Untergruppen 22 einer Schaltergruppe zugeordnet werden. Ebenso ist es möglich, beliebig viele Schaltergruppen zu bilden. Daraus ergibt sich, dass die Anzahl der Leiterelemente 6, 15-19, 23 in einer Untergruppe 22 ebenfalls beliebig ist. Die Kontaktierung des ersten Leiterelements 15 und des letzten Leiterelements 23 der Untergruppe 22 kann neben der gezeigten Kontaktierung (5) an dem Innenumfang auch an dem Außenumfang oder wechselseitig erfolgen.
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In der 6 gezeigten Ausführung ist eine Untergruppe 22 aus Leiterelementen 15-18 gebildet, die untereinander in Reihe geschaltet sind und wechselseitig an ihrem Innenumfang und ihrem Außenumfang miteinander verbunden sind. Zwischen jeweils zwei Leiterelementen 15-18 der Untergruppe 22 sind jeweils ein weiteres Leiterelement anderer Untergruppen 24, 25 angeordnet. Zum Beispiel weist die Untergruppe 24 ein Leiterelementen 19 auf, das mit dem Leiterelement 23 der Untergruppe 24 verbunden ist, welches wiederum mit einem Leiterelement 26 der Untergruppe 24 verbunden ist. Die Untergruppe 25 weist unter anderem ein Leiterelement 27 auf, das mit einem Leiterelement 28 verbunden ist. Somit sind zwischen den Leiterelementen 15, 16 der ersten Untergruppe 22 das Leiterelement 19 der zweiten Untergruppe 24 und das Leiterelement 27 der dritten Untergruppe 25 angeordnet. Die beschriebene mäanderartige Anordnung der Leiterelemente 15-19, 23, 26-28 kann sich hierbei über den gesamten Umfang des Scheibenläufermotors 1 fortsetzen. Ebenso ist eine Gruppenbildung von mehr als der drei Untergruppen 22, 24, 25 möglich. Insbesondere können die drei Untergruppen 22, 24, 25 drei Phasen des Scheibenläufermotors 1 zugeordnet werden.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der beispielhaft eine Untergruppe 22 abgebildet ist, die Leiterelemente 15-19, 23 aufweist, die paarweise in Reihe geschaltet sind und untereinander parallelgeschaltet sind. Hierbei sind die Leiterelemente 15 und 16 sowie die Leiterelemente 17 und 18 und die Leiterelemente 19 und 23 in Reihe geschaltet und jeweils an ihrem Außenumfang miteinander verbunden. Dadurch sind drei Leiterelementpaare gebildet, nämlich ein erstes Leiterelementpaar aus den Leiterelementen 15, 16, ein zweites Leiterelementpaar aus den Leiterelementen 17, 18 und ein drittes Leiterelementpaar aus den Leiterelementen 19, 23, die zueinander parallel geschaltet die Untergruppe 22 ergeben. Die Anzahl der Leiterelemente 15-19, 23, die jeweils in Reihe geschaltet sind, sowie die Anzahl der Leiterelemente 15-19, 23, die zu einer Untergruppe 22 parallelgeschaltet sind, sind beliebig wählbar. Ebenso ist es alternativ möglich, die einzelnen Leiterelementpaare an ihrem Innenumfang zu verbinden oder eine wechselseitige Verbindung am Innenumfang oder am Außenumfang vorzunehmen.
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8 zeigt eine weitere Variante der Bildung einer Untergruppe 22, bei der jeweils zwei Leiterelemente 15-19, 23, 26, 27 parallelgeschaltet sind und die Leiterelementpaare von Leiterelementen 15-19, 23, 26, 27 untereinander in Reihe geschaltet sind. Wie zuvor in Bezug auf 5 beschrieben, können mehrere solcher Untergruppen 22 über den Umfang des Scheibenläufermotors 1 verteilt angeordnet werden. Ebenso ist es möglich, mehrere Leiterelementpaare der Untergruppe 22 zuzuordnen. Die paarweise Bildung einer Parallelschaltung ist lediglich beispielhaft. Es ist ebenso möglich mehrere Leiterelemente, insbesondere mehr als zwei, parallel zu schalten und diese Parallelschaltungen in Umfangsrichtung in Reihe zu verbinden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel bilden die Leiterelemente 15, 16 ein erstes Leiterelementpaar, das parallel geschaltet ist, die Leiterelemente 17, 18 bilden ein zweites Leiterelementpaar, das parallel geschaltet ist, die Leiterelemente 19, 23 bilden ein drittes Leiterelementpaar, und die Leiterelemente 26, 27 bilden ein viertes Leiterelementpaar. Die einzelnen Leiterelementpaare sind in Reihe geschaltet.
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9 zeigt eine Schaltungsvariante der Leiterelemente 6 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Grundsätzlich kann die Verschaltung nach 5 nach dem Prinzip, das in 9 dargestellt ist, verschaltet werden. Beispielhaft ist eine erste Untergruppe 22 und eine zweite Untergruppe 24 dargestellt, die zu derselben Schaltergruppe 29 zugeordnet werden können. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist lediglich eine einzige Schaltergruppe 29 dargestellt, wobei Untergruppen 22, 24, die unterschiedlichen Schaltergruppen 29 zugeordnet sind, über den Umfang des Scheibenläufermotors 1 verteilt angeordnet werden können. Hierbei kann sich beispielsweise eine weitere Untergruppe in beiden Umfangsrichtungen an die Untergruppe 222 sowie die Untergruppe 24 anschließen, welche Untergruppen wiederum von anderen Untergruppen benachbart sind. Die Größe der einzelnen Untergruppen 22. 24 ist beliebig wählbar, wobei die Untergruppen 22, 24, die der gleichen Schaltergruppe 29 zugeordnet sind, gleich groß gewählt werden sollten.
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10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Scheibenläufermotors 1, wobei eine Schaltergruppe 31 aus beispielhaft vier Untergruppen 22, 24, 25, 30 gebildet ist. Die einzelnen Untergruppen 22, 24, 25, 30 der Schaltergruppe 31 sind hierbei in Reihe geschaltet. Ein Winkelabstand zwischen den Untergruppen 22, 24, 25, 30 der Schaltergruppe 31 ist beispielhaft als 90° gewählt. Der Winkelabstand kann insbesondere von der Anzahl der Untergruppen 22, 24, 25, 30 abhängen, die derselben Schaltergruppe 31 zugeordnet sind. Wie bereits beschrieben, kann die Anzahl der Leiterelemente 6, die zu einer Untergruppe 22, 24, 25, 30 zugeordnet sind, die Anzahl der Untergruppen 22, 24, 25, 30 und auch die Anzahl der Schaltergruppen 31 beliebig gewählt werden.
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11 zeigt eine weitere Verschaltungsvariante, bei der jeweils ein Leiterelement 6 einer ersten Axialebene 20 mit jeweils einem Leiterelement 15 einer zweiten Axialebene 21 verbunden ist. Ersichtlich sind die Leiterelemente 6, 15 jeweils in Reihe geschaltet. Hierbei ist eine Bildung von Untergruppen, wie zuvor beschrieben, ebenfalls möglich.
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12 zeigt eine Verschaltungsvariante, bei der jeweils ein Leiterelement 16, 17, 23, 26 einer ersten Axialebene 20 mit einem Leiterelement 15, 18, 19, 27 einer zweiten Axialebene 21 und einem Leiterelement 16, 17, 23, 26 derselben Axialebene 20 verbunden ist und umgekehrt. Mit anderen Worten ist ein Leiterelement 16, 17, 23, 26 der ersten Axialebene 20 sowohl mit einem in Umfangsrichtung benachbarten weiteren Leiterelement 16, 17, 23, 26 derselben Axialebene 20 und auch mit einem Leiterelement 15, 18, 19, 27 der zweiten Axialebene 21 in Reihe geschaltet und umgekehrt. Im Speziellen ist die beispielhafte Untergruppe 22 gebildet aus einem ersten Leiterelement 15 der zweiten Axialebene 21, das mit einem ersten Leiterelement 16 der ersten Axialebene 20 in Reihe geschaltet ist. Dieses ist wiederum mit einem zweiten Leiterelement 17 der ersten Axialebene 20 verbunden. Beispielhaft ist hierbei die Verbindung der in Umfangsrichtung benachbarten Leiterelemente 16, 17 am Innenumfang gewählt. Es ist ebenso möglich, dies für die erste Axialebene 20 oder die zweite Axialebene 21 am Außenumfang vorzunehmen.
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Das beschriebene zweite Leiterelement 17 der ersten Axialebene 20 ist an seinem Außenumfang mit einem zweiten Leiterelement 18 der zweiten Axialebene 21 verbunden, welches wiederum mit einem dritten Leiterelement 19 der zweiten Axialebene 21 verbunden ist. Die Verbindung erfolgt hierbei beispielhaft auch am Innenumfang, wobei es ebenso möglich ist, die Leiterelemente 18, 19 am Außenumfang zu verbinden. Das dritte Leiterelement 19 der zweiten Axialebene 21 ist mit einem dritten Leiterelement 23 der ersten Axialebene 20 am Außenumfang verbunden, welches wiederum an seinem Innenumfang mit einem vierten Leiterelement 26 der ersten Axialebene 20 verbunden ist. Das vierte Leiterelement 26 der ersten Axialebene 20 ist an seinem Außenumfang schließlich mit einem vierten Leiterelement 27 der zweiten Axialebene 21 verbunden. Die beschriebene Verschaltung kann sich hierbei über den gesamten Umfang des Scheibenläufermotors 1 fortsetzen. Ebenso ist es möglich, eine beliebige Anzahl von Untergruppen 22 vorzusehen, die derart verschaltet sind.
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13A, 13B zeigen einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist insbesondere der Rotor 3, der, insbesondere dargestellt im Detail der 13 B, eine Anzahl an Leitelementen 32 aufweist, die insbesondere im Magnetelementbereich 9 bzw. Leiterelementbereich 11 angeordnet sind, um den Magnetfluss des von den Magnetelementen 5 erzeugt Magnetfelds zu leiten. Die Leitelemente 32 können auch als „Magnetflussleitlamellen“ bezeichnet werden. Die Leitelemente 32 verhindern insbesondere, dass der Magnetfluss geschwächt wird. Die Leitelemente 32 weisen daher eine definierte Höhe und Materialstärke auf, die das Massenträgheitsmoment des Rotors 3 nicht unnötig vergrößern, jedoch gerade soviel Material auftragen, dass der Magnetfluss verbessert bzw. aufrechterhalten bleibt.
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Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten Varianten für eine der axialen Ebenen 20, 21 ist entsprechend auf die zweite axiale Ebene 20, 21 übertragbar. Ebenso ist es möglich, dass die axialen Ebenen 20, 21 unterschiedliche Verschaltungen der gezeigten Leiterelemente aufweisen. Die Bezeichnung „erste“ und „zweite“ axiale Ebene oder Axialebene ist umkehrbar bzw. austauschbar. Die in den einzelnen Ausführungsformen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig untereinander austauschbar, miteinander kombinierbar und aufeinander übertragbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheibenläufermotor
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Rotorwelle
- 5
- Magnetelement
- 6
- Leiterelement
- 7, 8
- Rotorteil
- 9
- Magnetelementbereich
- 10
- Fortsatz
- 11
- Leiterelementbereich
- 12, 13
- Lager
- 14
- Leitelement
- 15-19
- Leiterelement
- 20,21
- Axialebene
- 22
- Untergruppe
- 23
- Leiterelement
- 24, 25
- Untergruppe
- 26-28
- Leiterelement
- 29
- Schaltergruppe
- 30
- Untergruppe
- 31
- Schaltergruppe
- 32
- Leitelement
