DE102021205712A1

DE102021205712A1 - Bürstenloser Elektromotor eines Fluggeräts

Info

Publication number: DE102021205712A1
Application number: DE102021205712.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Fiederling
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Elektromotor (10) eines Fluggeräts (2) mit einem um eine Drehachse (14) drehbar gelagerten, permanenterregten Rotor (16), der 20 Pole (26) aufweist, und mit einem den Rotor (16) umgebenden Stator (30), der 15 elektrische Spulen (34) umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Fluggerät (2) mit einem bürstenlosen Elektromotor (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Elektromotor eines Fluggeräts sowie ein Fluggerät mit zumindest einem derartigen bürstenlosen Elektromotor. Der bürstenlose Elektromotor weist einen Stator mit elektrischen Spulen sowie einen permanenterregten Rotor auf.
Kleinfluggeräte, wie ferngesteuerte Flugzeuge oder Drohnen, weisen für den Antrieb meist Elektromotoren auf. Falls die Leistungsanforderungen an das Fluggerät vergleichsweise hoch sind, beispielsweise im Wettkampfbereich, oder falls mittels der Drohne kommerzielle Zwecke verfolgt werden, wird als jeweiliger Elektromotor meist ein bürstenloser Elektromotor herangezogen, bei dem ein Wirkungsgrad vergleichsweise groß ist. Zudem ist bei diesen ein Verschleiß verringert. Jeder bürstenlose Elektromotor weist hierbei üblicherweise einen permanenterregten Rotor mit mehreren Polen sowie einen Stator auf, der mehrere elektrische Spulen umfasst. Die elektrischen Spulen sind üblicherweise zu drei Phasen verschaltet, die mittels eines entsprechenden Umrichters bestromt werden.
Die elektrischen Spulen jeder Phase sind hierbei üblicherweise elektrisch in Reihe geschaltet. Infolgedessen ist ein von jeder der elektrischen Spulen getragener elektrische Strom vergleichsweise groß. Damit ein elektrischer Widerstand hierbei dennoch vergleichsweise gering ist, ist es erforderlich, einen Durchmesser eines zur Erstellung der elektrischen Spule verwendeten Drahts vergleichsweise groß zu wählen.
Da bei den Drohnen eine Nutzlast vergleichsweise groß sein soll, ist es erforderlich, dass der jeweilige bürstenlose Elektromotor ein vergleichsweise geringes Gewicht, bei vergleichsweise hohen Leistungsdaten bereitstellt. Eine typische Topologie eines derartigen bürstenlosen Elektromotors umfasst 24 derartige elektrische Spulen, wobei der Rotor 20 Pole aufweist. Eine weitere Topologie ist, 36 elektrische Spulen/Zähne zu verwenden, wobei der Rotor 12 Pole umfasst. Damit bei einer derartigen Motortopologie ein Leistungsgewicht vergleichsweise hoch ist, ist es erforderlich, dass der zwischen den einzelnen elektrischen Spulen/Zähne gebildete Bereich, der frei von den elektrischen Spulen und/oder Zähnen ist, vergleichsweise gering ist. Mit anderen Worten ist ein vergleichsweise hoher (Kupfer-)Füllfaktor gewünscht.
Um dies zu realisieren wird meist eine Einzelzahnentwicklungen herangezogen, bei der die einzelnen elektrischen Spulen zunächst auf einen jeweils zugeordneten, separaten Zahn gewickelt werden, die nachfolgend zu dem Stator zusammengefügt werden. Nachteilig hierbei ist, dass aufgrund der einzelnen separaten Bauteile eine mechanische Integrität des Stators verringert ist. Damit der Stator dennoch vergleichsweise stabil ist, ist es erforderlich, dass die einzelnen Zähne, sowie die die Zähne verbindenden Bauteile vergleichsweise robust ausgestaltet sind, sodass ein Gewicht des Elektromotors erhöht ist.
Eine Alternative sieht vor, dass die Zähne mit als eines gemeinsamen Blechpakets gebildet sind, sodass eine mechanische Integrität erhöht ist. Auf die einzelnen Zähne des Blechpakets werden nachfolgend die elektrischen Spulen gewickelt. Bei einer maschinellen Fertigung jedoch, ist es erforderlich, dass eine Nadel, mittels derer der Draht zur Erstellung der elektrischen Spulen geführt wird, im Zwischenraum zwischen den einzelnen Spulen während deren Erstellung bewegt wird. Dabei ist der Durchmesser der Nadel größer als der Durchmesser des Drahts. Somit ist zwischen den einzelnen Spulen nach deren Fertigung ein vergleichsweise großer freier Bereich vorhanden und somit ein Wicklungs- und/oder Füllfaktor vergleichsweise gering. Folglich ist eine maschinelle Fertigung derartiger bürstenlose Elektromotoren nicht möglich, und diese werden größtenteils per Hand gefertigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten bürstenlosen Elektromotor eines Fluggeräts sowie ein besonders geeignetes Fluggerät anzugeben, wobei vorteilhafterweise ein Leistungsgewicht erhöht und/oder eine maschinelle Fertigung ermöglicht ist.
Hinsichtlich des bürstenlosen Elektromotors wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Fluggeräts durch die Merkmale des Anspruchs 11 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Der bürstenlose Elektromotor ist im Montagezustand ein Bestandteil des Fluggeräts und hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Ein Gewicht des bürstenlosen Elektromotors ist dabei zweckmäßigerweise geringer als 800 g, 700 g, 600 g oder 500 g. Somit ist ein Einsatz in dem Fluggerät erleichtert, wobei eine Nutzlast des Fluggeräts vergleichsweise hoch ist. Insbesondere weist der bürstenlose Elektromotor eine Nenn- und/oder maximale Leistung zwischen 1 kW und 8 kW, zwischen 2 kW und 6 kW, und bevorzugt gleich 4 kW auf. Infolgedessen ist auch ein Transport einer vergleichsweise großen Nutzlast mittels des Fluggeräts ermöglicht.
Der bürstenlose Elektromotor dient zweckmäßigerweise dem Antrieb des Fluggeräts, sodass beispielsweise mittels des bürstenlosen Elektromotors eine Position und/oder Geschwindigkeit des Fluggeräts in vertikaler Richtung und/oder horizontaler Richtung bestimmt wird. Zweckmäßigerweise ist mittels des bürstenlosen Elektromotors hierfür eine Luftschraube, ein Propeller oder dergleichen angetrieben. Geeigneterweise umfasst das Fluggerät mehrere derartige bürstenlose Elektromotoren. Vorzugsweise umfasst das Fluggerät zudem einen Umrichter, mittels dessen eine Bestromung des bürstenlosen Elektromotors bei Betrieb erfolgt.
Das Fluggerät ist beispielsweise ein Flugzeug oder ein Hubschrauber. Besonders bevorzugt ist das Fluggerät ein Kleinfluggerät, das zweckmäßigerweise nicht pilotiert ist. Mit anderen Worten ist das Fluggerät ferngesteuert. Insbesondere weist das Fluggerät ein Gewicht zwischen 5 g und 50 kg, zwischen 100 g und 20 kg und beispielsweise zwischen 1 kg und 10 kg auf. Hierbei ist das Fluggerät beispielsweise ein Hobbygerät oder dient beispielsweise dem Transport von bestimmten Gegenständen. Insbesondere ist das Fluggerät eine Drohne, mittels derer Gegenstände transportiert werden. Hierbei werden beispielsweise mittels der Drohne Pakete ausgeliefert, oder der transportierte Gegenstand ist eine Kamera, sodass die Drohne der Überwachung aus der Luft dient.
Der bürstenlose Elektromotor weist einen Rotor auf, der drehbar um eine Drehachse gelagert ist. Insbesondere umfasst der bürstenlose Elektromotor hierfür ein oder mehrere Lager, die beispielsweise an einem Lagerschild oder dergleichen befestigt sind. Vorzugsweise umfasst der bürstenlose Elektromotor eine Welle, an der der Rotor drehfest befestigt ist, und die insbesondere mittels der Lager gelagert ist. Das oder die Lager sind hierbei vorzugsweise Rollenlager, wie beispielsweise Kugellager. Insbesondere ist die Welle konzentrisch sowie parallel zu der Drehachse angeordnet, um die der Rotor drehbar gelagert ist. Geeigneterweise umgibt der Rotor die Welle. Vorzugsweise umfasst der Rotor einen konzentrisch zur Drehachse angeordneten zylindrischen Abschnitt, der mittels einer oder mehrerer Speichen an der Welle befestigt ist. Insbesondere sind der hohlzylindrische Abschnitt und die Speichen einstückig miteinander, sodass eine Robustheit erhöht ist. Besonders bevorzugt sind diese aus einem Metall gefertigt, vorzugsweise einem Aluminium, weswegen ein Gewicht vergleichsweise gering ist.
Ferner weist der bürstenlose Elektromotor einen Stator auf, der zweckmäßigerweise ebenfalls konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist, und der insbesondere drehfest gehalten ist. Somit ist der Rotor bezüglich des Stators drehbar gelagert. Der Stator ist besonders bevorzugt im Wesentlichen drehsymmetrisch bezüglich der Drehachse ausgestaltet. Der Stator umgibt den Rotor, sodass der bürstenlose Elektromotor als Innenläufer ausgestaltet ist. Insbesondere ist somit zwischen dem Rotor und dem Stator ein Luftspalt gebildet, und diese sind zueinander beabstandet, weswegen eine Reibung im Wesentlichen nicht vorhanden ist. Die Breite des Luftspalts ist zweckmäßigerweise zwischen 0,2 mm und 2 mm, und bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1 mm und besonders bevorzugt gleich 0,7 mm. Auf diese Weise ist einerseits eine Nennleistung des bürstenlosen Elektromotors, insbesondere ein Drehmoment, vergleichsweise hoch, wobei dennoch bei vergleichsweise hohen Fertigungstoleranzen eine Berührung des Rotors durch den Stator ausgeschlossen ist.
Der Rotor ist permanenterreg und weist 20 Pole auf. Hierbei ist beispielsweise jeder der Pole mittels eines jeweiligen Permanentmagneten gebildet. Insbesondere sind hierbei die Permanentmagneten als Oberflächenmagnete ausgestaltet, und an der Außenseite des etwaigen hohlzylindrischen Abschnitts befestigt. Alternativ weist der Rotor weist Ringmagneten auf, der vorzugsweise konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist, und der beispielsweise den etwaigen hohlzylindrischen Abschnitt umfangsseitig umgibt. Insbesondere sind hierbei die Pole radial gerichtet, sodass die etwaigen einzelnen Permanentmagnete in der radialen Richtung bezüglich der Drehachse magnetisiert sind. Beispielsweise ist der oder die Permanentmagneten aus einem Ferrit oder besonders bevorzugt aus einem Seltenen-Erden-Material erstellt. Vorzugsweise wird hierbei ein Neodym-Magnet verwendet, und das Material des oder der Permanentmagnete ist bevorzugt NdFeB. Somit können bei der Herstellung bereits vorhandene Bauteile oder zumindest bereits vorhandenes verwendet werden, wobei eine Leistungsdichte des bürstenlosen Elektromotors vergleichsweise groß ist.
Insbesondere ist der Querschnitt jedes der Permanentmagneten senkrecht zur Drehachse hierbei beispielsweise rechteckförmig, kreisbogenförmig oder weist eine kreisbogenförmige Seite auf, wohingegen die verbleibenden Seiten geradlinig sind. Mit anderen Worten ist jeder der Permanentmagneten als ein sogenannter Blockmagnet, Arc-Magnet oder Brotlaib-Magnets ausgebildet. Besonders bevorzugt sind hierbei sämtliche Permanentmagneten jeweils gleichartig, was eine Herstellung vereinfacht. Auch ist das Ausbilden einer Unwucht vermieden.
Der Stator weist 15 elektrische Spulen auf, mittels derer jeweils ein Elektromagnet gebildet ist, oder die zumindest teilweise jeweils einen Elektromagneten bilden. Zweckmäßigerweise ist jede der elektrischen Spulen, die im Weiteren auch insbesondere lediglich als Spule bezeichnet werden, auf einen jeweils zugeordneten Zahn gewickelt, sodass der Stator 15 Zähne aufweist. Vorzugsweise ist jede der elektrischen Spulen mittels eines Lackdrahts gebildet, insbesondere eines Kupferlackdrahts, wobei der Durchmesser des Lackdrahts zweckmäßigerweise zwischen 0,5 mm und 0,6 mm ist.
Insbesondere weist jede der elektrischen Spule zwischen 40 Windungen und 60 Windungen und beispielsweise 50 Windungen auf, wobei insbesondere jeweils eine Abweichung von bis zu 5 Windungen, 3 Windungen oder 0 Windungen vorherrscht. Insbesondere ist jede der Spulen mittels der entsprechenden Anzahl an Windungen gebildet.
Zusammenfassend ist somit besonders bevorzugt die Anzahl sämtlicher Pole des bürstenlosen Elektromotors gleich 20 und die Anzahl sämtlicher elektrischer Spulen gleich 15, sodass die Motortopologie des bürstenlosen Elektromotors 20 Polen sowie 15 Zähnen/elektrischen Spulen entspricht.
Aufgrund der vergleichsweisen geringen Anzahl an elektrischen Spulen ist auf die Anzahl der zwischen den elektrischen Spulen gebildeten Bereiche vergleichsweise gering. So sind nämlich genau lediglich 15 derartige Bereich vorhanden, die frei von elektrischen Spulen und auch frei von Zähnen sind, und die somit nicht zur elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Rotor und dem Stator beitragen, oder zumindest frei von aktivem Material hierfür sind. Infolgedessen ist ein Leistungsgewicht des bürstenlosen Elektromotors vergleichsweise hoch, auch bei einem vergleichsweise großen freien Bereich zwischen jeweils benachbarten elektrischen Spulen. Somit ist auch eine maschinelle Fertigung ermöglicht, wobei dennoch das Leistungsgewicht vergleichsweise hoch ist.
Zusammenfassend ist aufgrund der vergleichsweisen geringen Anzahl an Zähnen/elektrische Spulen auch bei einer maschinellen Fertigung ein Wicklungs- und/oder Füllfaktor vergleichsweise hoch und zudem ein Gewicht des bürstenlosen Elektromotors vergleichsweise gering. Aufgrund der 20 Pole des permanenterregten Rotors ist dabei ein Verhältnis der Pole zu elektrischen Spulen/Zähnen gleich 4:3, sodass ein vergleichsweise sicherer Betrieb des bürstenlosen Elektromotors mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen Drehmomentverlauf ermöglicht ist. Somit ist ein Betrieb in dem Fluggerät vereinfacht und verbessert.
Besonders bevorzugt sind die elektrischen Spulen auf drei Phasen aufgeteilt, wobei zweckmäßigerweise jeder der Phasen jeweils fünf derartige elektrische Spulen zugeordnet sind. Somit ist der bürstenlose Elektromotor dreiphasig aufgebaut. Beispielsweise sind die drei Phasen zueinander in einer Sternschaltung verschaltet. Besonders bevorzugt jedoch sind die drei Phasen zueinander in einer Dreiecksschaltung verschaltet, sodass ein Herstellen der elektrischen Verschaltung vereinfacht ist.
Geeigneterweise sind die elektrischen Spulen jeder Phase, also insbesondere sämtliche elektrischen Spulen jeder der Phasen oder zumindest die 5 elektrischen Spulen der jeweiligen Phase, bevorzugt zueinander elektrisch parallelgeschaltet. Aufgrund der elektrischen Parallelschaltung wird der mittels jeder der Phasen geführte elektrische Strom auf die einzelnen elektrischen Spulen aufgeteilt, sodass der von jeder der elektrischen Spulen getragene elektrische Strom vergleichsweise gering ist. Somit ist es möglich, den Durchmesser eines zur Erstellung der jeweiligen elektrischen Spulen herangezogenen Draht vergleichsweise gering zu wählen, wobei dennoch elektrische Verluste vergleichsweise gering sind. Aufgrund des verringerten Durchmessers des Drahtes ist der bei einer maschinellen Fertigung zwingend erforderliche freie Bereich zwischen benachbarten elektrischen Spulen vergleichsweise gering. Folglich ist aufgrund der elektrischen Parallelschaltung sämtlicher elektrische Spulen jeder Phase ein Füllfaktor vergleichsweise groß ist. Zusammenfassend ist es aufgrund der Parallelschaltung möglich, dass bei gleichbleibenden Leistungsdaten jede der elektrischen Spule das 25-fache des elektrischen Widerstands im Vergleich zu einer Reihenschaltung aufweist. Der erhöhte elektrische Widerstand wird dabei vorzugsweise mittels der Wahl eines vergleichsweise geringen Durchschnitts des zur Erstellung jedes der elektrischen Spule verwendeten Drahts realisiert.
Aufgrund der 15 elektrischen Spulen ist es dabei möglich, sämtliche elektrischen Spulen jeder Phase zueinander elektrisch parallel zu schalten. Bei einem dreiphasigen Elektromotor, der 18 derartige elektrische Spulen aufweist, ist hingegen lediglich eine Parallelschaltung von jeweils zwei der elektrischen Spulen jeder Phase möglich. Somit würden in diesem Fall mit jeder der elektrischen Spulen jeweils ein vergleichsweise großer elektrischer Strom geführt, was einen erhöhten Durchmesser des verwendeten Drahts bedingt. Falls dahingegen lediglich 12 elektrische Spulen verwendet werden würden, wäre ein Betrieb mit einem Rotor mit 20 Polen nicht möglich.
Zusammenfassend ist aufgrund der Wahl der 15 elektrische Spulen eine elektrische Parallelschaltung sämtlicher elektrischer Spulen jeder Phase möglich, sodass jede der elektrischen Spulen einen vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand aufweisen kann. Dieser wird mittels eines vergleichsweise geringen Durchschnitts des zur Erstellung verwendeten elektrischen Drahts realisiert. Aufgrund des geringen Durchmessers des verwendeten Drahts, der insbesondere zwischen 0,5 mm und 0,6 mm ist, ist der bei der maschinellen Herstellung zwischen benachbarten elektrischen Spulen zwingend vorhandene freie Bereich vergleichsweise gering, weswegen ein Leistungsgewicht des bürstenlosen Elektromotors vergleichsweise hoch ist.
Beispielsweise sind die elektrischen Spulen separat erstellt. Besonders bevorzugt jedoch sind sämtliche elektrischen Spulen aus einem gemeinsamen Draht erstellt, sodass alle elektrischen Spulen elektrisch und mechanisch verbunden sind. Mit anderen Worten ist der Draht, aus dem sämtliche elektrischen Spulen erstellt sind, insbesondere durchgängig, nicht unterbrochenen und/oder nicht abgeschnitten. Der Draht ist zweckmäßigerweise ein Lackdraht, insbesondere der etwaige Kupferlackdraht, der bevorzugt einen Durchmesser zwischen 0,5 mm 0,6 mm aufweist. Infolgedessen ist eine mechanische Integrität vergleichsweise groß. Zudem ist somit das maschinelle Herstellen sämtlicher Spulen mittels lediglich einer einzelnen Nadel möglich. Besonders bevorzugt ist zudem die Wickelrichtung der elektrischen Spulen gleich, was eine Fertigung und eine Ansteuerung bei Betrieb vereinfacht.
Bevorzugt sind die elektrischen Spulen auf einen Körper eines Zahns eines gemeinsamen Blechpakets gewickelt. Somit sind die elektrischen Spulen mittels des gemeinsamen Blechpakets stabilisiert, und dieses dient bereits vorzugsweise zur Erstellung der einzelnen elektrischen Spulen. Insbesondere ist der Körper jedes Zahns radial ausgerichtet und mittels eines Jochs des Blechpakets verbunden, wobei aufgrund der Einstückigkeit des Blechpakets dieses vergleichsweise dünn gewählt werden kann, und insbesondere eine radiale Ausdehnung unter 3 mm, und beispielsweise gleich 2 mm, aufweist. Somit ist ein Gewicht des Blechpakets vergleichsweise gering, wobei dennoch eine Stabilität des Blechpakets und somit des Stators vergleichsweise hoch ist. Insbesondere ist dabei das Blechpaket drehsymmetrisch, insbesondere mit einem Winkel von 24°. Somit ist ein Betrieb vereinfacht und Gewichtsverteilung vergleichmäßigt.
Zusammenfassend umfasst der bürstenlose Elektromotor somit 15 Zähne, die zweckmäßigerweise mit dem elektrisch leitfähigen Draht umwickelt sind, sodass insbesondere die 15 elektrischen Spulen erstellt sind. Mit anderen Worten weist der bürstenlose Elektromotor die 15 Zähne auf, auf denen jeweils eine der elektrischen Spulen sitzt. Hierbei sind zweckmäßigerweise die Zähne mittels des Blechpakets gebildet. Alternativ sind die Zähne anderweitig gebildet, also nicht mittels des Blechpakets, wobei der bürstenlose Elektromotor dennoch die 15 Zähne aufweist, die mit dem elektrisch leitfähigen Draht umwickelt sind, sodass insbesondere die 15 elektrischen Spulen erstellt sind.
Vorzugsweise weist jeder der Zähne einen Kopf auf, deren er sich an dem radial inneren Ende des Körpers befindet und an diesem zweckmäßigerweise angeformt ist. Der Kopf steht hierbei insbesondere über den jeweiligen Körper in tangentialer Richtung über, sodass damit ein Ablösen der elektrischen Spule von dem Zahn, insbesondere in Radialrichtung nach innen, vermieden ist. An dem radial äußeren Ende des Körpers ist ein Ablösen mittels des Jochs verhindert, das vorzugsweise mittels der einzelnen Zähne gebildet ist, die somit direkt aneinander angeformt sind.
Vorzugsweise ist der Mittelpunktswinkel des Kopfes jedes Zahns zwischen 12° und 18°, wobei der Scheitel des Mittelpunktswinkels auf der Drehachse liegt. Dabei wird mittels des Mittelpunktswinkels die Ausdehnung jedes Kopfes in Umfangsrichtung abhängig von dem jeweiligen Radius angegeben. Der Mittelpunktswinkel ist dabei bevorzugt gleich 15°. Mit anderen Worten ist das Verhältnis des Mittelpunktswinkels des Kopfes jedes Zahns zu dem Mittelpunktswinkel des vollständigen Zahns, zwischen 0,5 und 0,75 und bevorzugt gleich 0,625. Bei einem derartigen Verhältnis ist ein Ausbilden eines Magnetfelds mittels der elektrischen Spulen verbessert, wobei dennoch eine maschinelle Fertigung der elektrischen Spulen ermöglicht ist, nämlich mittels direkten Wickelns auf den jeweils bereits vorhandenen Zahn.
Besonders bevorzugt ist das Verhältnis der Breite jedes Körpers zu der Breite jedes der Pole, insbesondere der Breite jedes Permanentmagneten, zwischen 0,4 0,65, wobei die Breite insbesondere senkrecht zur Drehachse ermittelt wird, vorzugsweise jeweils in einer Umfangsrichtung, also insbesondere tangential. Besonders bevorzugt ist hierbei das Verhältnis gleich 0,52, insbesondere sofern jeder Pol mittels eines jeweiligen Permanentmagneten gebildet ist. Aufgrund eines derartigen Verhältnisses ist ein Wirkungsgrad aufgrund einer verbesserten Wechselwirkung zwischen den elektrischen Spulen und den Polen verbessert.
Alternativ oder besonders bevorzugt Kombination hierzu ist das Verhältnis einer Länge des Blechpakets parallel zur Drehachse, also insbesondere die Länge des Aktivteils des Stators, und einem Außendurchmesser des Stators, der insbesondere senkrecht zur Drehachse ermittelt ist, zwischen 0,25 und 0,5 und bevorzugt gleich 0,34. Auf diese Weise ist mittels des bürstenlosen Elektromotors ein vergleichsweise hohes Drehmoment bereitgestellt, wobei aufgrund der vergleichsweisen geringen Länge des Blechpakets parallel zur Drehachse ein Gewicht des bürstenlosen Elektromotors vergleichsweise gering ist. Auf diese Weise erfüllt der bürstenlose Elektromotor die Anforderungen zum Einsatz in dem Fluggerät. Besonders bevorzugt ist die Länge des Blechpakets parallel zur Drehachse, also insbesondere die Länge des Aktivteils, zwischen 20 mm und 35 mm und besonders bevorzugt zwischen 25 mm und 30 mm. Auf diese Weise ist der bürstenlose Elektromotor vergleichsweise flach ausgestaltet, weswegen eine Montage vereinfacht ist. Auch ist es auf diese Weise möglich, mehrere derartige bürstenlose Elektromotoren, insbesondere an einem jeweiligen Ausleger oder dergleichen, an der Drohne zur montieren, insbesondere falls das Fluggerät als Drohne ausgestaltet ist.
Besonders bevorzugt ist das Verhältnis des Außendurchmessers des Rotors, der insbesondere senkrecht zur Drehachse ermittelt wird, zum Außendurchmesser des Stators, der ebenfalls senkrecht zur Drehachse ermittelt wird, zwischen 0,7 und 0,85. Besonders bevorzugt ist hierbei das Verhältnis gleich 0,78. Aufgrund einer derartigen Wahl ist das Verhältnis von Gewicht zu aufbringbarem Drehmoment des bürstenlosen Elektromotors minimal, sodass ein Leistungsgewicht erhöht ist. Somit erfüllt der bürstenlose Elektromotor das Einsatzprofile zum Einsatz in einem Fluggerät.
Besonders bevorzugt ist der Außendurchmesser des Stators, der zweckmäßigerweise senkrecht zur Drehachse ermittelt wird, zwischen 70 mm und 90 mm und bevorzugt gleich 80 mm. Infolgedessen wird mittels des bürstenlosen Elektromotors ein vergleichsweise hohes Drehmoment aufgebracht, wobei ein Platzbedarf vergleichsweise gering ist. Zudem ist ein Gewicht des bürstenlosen Elektromotors vergleichsweise gering. Damit dennoch ein Auftrieb des Fluggeräts vergleichsweise groß ist, weist dieses bevorzugt mehrere derartige bürstenlose Elektromotoren auf, die vorzugsweise symmetrisch an dem Fluggerät angeordnet sind.
Besonders bevorzugt ist ein Mittelpunktswinkels jedes Pols, also die Winkelausdehnung jedes Pols bezüglich der Drehachse als Scheitel, zwischen 11,7° und 15,3° und insbesondere gleich 13,68°. Aufgrund einer derartigen Wahl des Mittelpunktswinkels ist zwischen benachbarten Pol ein vergleichsweise geringer Abstand vorhanden, sodass auch hier lediglich ein vergleichsweise geringer Bereich frei von Material ist, dass nicht zur elektromagnetischen Wechselwirkung beiträgt. Infolgedessen ist ein Leistungsgewicht des (bürstenlosen) Elektromotors erhöht.
Das Fluggerät ist insbesondere ein Kleinfluggerät. Das Fluggerät ist beispielsweise ferngesteuert und/oder autonom betrieben oder betreibbar. Insbesondere ist das Fluggerät eine Drohne, die dem Transport von Gegenständen dient, vorzugsweise dem Lastentransport. Das Fluggerät und weist einen bürstenlosen Elektromotor auf, der zweckmäßigerweise dem Antrieb dient. Zum Beispiel ist der bürstenlose Elektromotor ein Bestandteil eines Hauptantriebs des Fluggeräts. Mittels des Hauptantriebs wird bei Betrieb eine Bewegung des Fluggeräts in Längsrichtung, oder besonders bevorzugt zumindest teilweise in vertikaler Richtung veranlasst. Der bürstenlose Elektromotor weist einen um eine Drehachse drehbar gelagerten permanenterregten Rotor auf, der 20 Pole aufweist. Zudem umfasst der bürstenlose Elektromotor einen den Rotor umgebenden Stator, der 15 elektrische Spulen umfasst. Insbesondere ist die Drehachse im Wesentlichen vertikal angeordnet, und mittels des bürstenlosen Elektromotors ist zweckmäßigerweise ein Propeller oder eine Luftschraube angetrieben, vorzugsweise direkt. Somit sind keine zusätzlichen Bauteile vorhanden, weswegen ein Gewicht des Fluggeräts verringert ist.
Besonders bevorzugt weist das Fluggerät mehrere derartige bürstenlose Elektromotoren auf, insbesondere zwischen zwei und acht derartige bürstenlose Elektromotoren, und beispielsweise genau vier oder sechs derartige bürstenlose Elektromotoren. Somit ist es möglich, mittels des Fluggeräts eine vergleichsweise hohe Nutzlast zu transportieren. Vorzugsweise weist jeder bürstenlose Elektromotor eine Leistung zwischen 3 kW und 5 kW beispielsweise gleich 4 kW auf. Besonders bevorzugt umfasst das Fluggerät einen oder mehrere Umrichter, mittels derer eine Bestromung der bürstenlosen Elektromotoren erfolgt. Zum Beispiel ist jedem bürstenlosen Elektromotor jeweils ein entsprechender Umrichter zugeordnet, oder ein Teil der bürstenlosen Elektromotoren, beispielsweise sämtliche, sind mittels eines gemeinsamen Umrichters bestromt. Somit ist ein Gewicht verringert.
Die im Zusammenhang mit dem bürstenlosen Elektromotor erläuterten Weiterbildungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf das Fluggerät zu übertragen sowie umgekehrt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch ein Fluggerät mit mehreren baugleichen bürstenlosen Elektromotoren,
2 in einer schematischen Schnittdarstellung entlang einer Drehachse einen der bürstenlosen Elektromotoren, der einen Rotor mit Permanentmagneten und einen Stator mit elektrischen Spulen aufweist,
3 ein Gewicht-Drehmomentverhältnis des bürstenlosen Elektromotors in Abhängigkeit des Verhältnisses des Außendurchmesser des Rotors zu dem Außendurchmesser des Stators,
4 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Drehachse ausschnittsweise den bürstenlosen Elektromotor,
5 eine Verschaltung der elektrischen Spulen des bürstenlosen Elektromotors,
6 ein Wickelschema der elektrischen Spulen,
7 - 9 jeweils in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Drehachse unterschiedliche Ausschnitte des bürstenlosen Elektromotors,
10-12 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Drehachse jeweils einen der Permanentmagneten in unterschiedliche Ausführungen, und
13 perspektivisch den Rotor, bei dem sämtliche Permanentmagneten mittels eines gemeinsamen Ringmagneten gebildet sind.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch vereinfacht ein Fluggerät 2, nämlich ein Kleinfluggerät dargestellt. Das Fluggerät 2 ist eine Drohne, die dem Transport von Gegenständen dient, insbesondere der Auslieferung von Paketen eines Versandhändlers. Das Fluggerät 2 weist mehrere Kufen 4 auf, auf denen das Fluggerät 2 aufsteht, wenn das Fluggerät 2 gelandet ist. Mittels der Kufen 4 ist ein Hauptkörper 6 gehalten, der eine nicht näher dargestellte Elektronik sowie einen Energiespeicher aufweist. Auch werden mittels des Hauptkörpers 6 die zu transportierenden Gegenstände aufgenommen oder zumindest an diesem gehalten.
An dem Hauptkörper 6 sind mehrere Ausleger 8 befestigt, die im Wesentlichen horizontal angeordnet und bezüglich des Hauptkörpers 6 nach außen gerichtet sind. An jedem Ausleger 8 ist an dessen dem Hauptkörper 6 abgewandten Ende jeweils ein bürstenloser Elektromotor 10 befestigt, die zueinander baugleich sind. Hierbei sind die bürstenlosen Elektromotoren 10 an dem jeweiligen Ausleger 8 verstellbar angeordnet, und mittels jedes bürstenlosen Elektromotors 10 ist ein in vertikaler Richtung darüber positionierter Propeller 12 angetrieben. Die Bestromung der bürstenlosen Elektromotoren 10 erfolgt mittels eines nicht näher dargestellten Umrichters des Hauptkörpers 6. Mittels jedes der bürstenlosen Elektromotoren 10 wird sich bei Betrieb eine Leistung von 4kW realisiert, und das Fluggerät 2 weist insgesamt sechs derartige bürstenlose Elektromotoren 10 auf, deren Gewicht geringer als 200 g ist.
Wenn die bürstenlosen Elektromotoren 10 bestromt werden, werden die Propeller 12 rotiert, sodass ein Auftrieb erzeugt wird, weswegen das Fluggerät 2 von einem Untergrund abhebt. Je nach Drehgeschwindigkeit der bürstenlosen Elektromotors 10, erfolgt ein unterschiedlicher Auftrieb, sodass eine Bewegungsrichtung eingestellt wird. Auch mittels Verschwenkens der bürstenlosen Elektromotoren 10 bezüglich des jeweils zugeordneten Auslegers 8 ist es möglich, die mit Fortbewegungsrichtung des Fluggeräts 2 einzustellen.
In 2 ist in einer Schnittdarstellung entlang einer Drehachse 14 einer der zueinander baugleichen bürstenlosen Elektromotoren 10 dargestellt. Der bürstenlose Elektromotor 10 weist einen Rotor 16 auf, der einen konzentrisch zur Drehachse 14 und parallel dazu angeordneten hohlzylindrischen Abschnitt 18 aufweist. An dem hohlzylindrischen Abschnitt 18 sind insgesamt drei Speichen 20 angeformt, die bezüglich der Drehachse 14 radial nach innen verlaufen und drehsymmetrisch angeordnet sind. Mit anderen Worten ist zwischen den in einer gemeinsamen Ebene, die senkrecht zur Drehachse 14 ist, angeordneten Speichen 20 ein Winkel von 120° gebildet. Die Speichen 20 und der hohlzylindrische Abschnitt 18 sind aus einem Aluminium gefertigt.
Die dem hohlzylindrischen Abschnitt 18 abgewandten Enden der Speichen 20 sind an einer Welle 22 mittels eines Pressfits befestigt, die aus einem Stahl erstellt ist, und die entlang der Drehachse 14 sowie konzentrisch zu dieser verläuft. Die Welle 22 ist mittels nicht näher dargestellter Lager drehbar um die Drehachse 14 gelagert, sodass auch der Rotor 16 drehbar um die Drehachse 14 gelagert ist. An der der Welle 22 gegenüberliegenden Außenseiten des hohlzylindrischen Abschnitts 18 sind an diesem 20 Permanentmagnete 24 befestigt, die jeweils radial magnetisiert sind, wobei sich die Magnetisierungsrichtung jeweils benachbarter Permanentmagnete 24 in tangentialer Richtung abwechselt. Somit ist mittels jedes der Permanentmagnete 24 jeweils ein Pol 26 gebildet, und der Rotor 16 weist somit insgesamt 20 Pole 26 auf.
Der Rotor 16 ist umfangsseitig unter Ausbildung eines Luftspalts 28 von einem Stator 30 umgeben, wobei die Ausdehnung des Luftspalts 28 in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 14 gleich 0,7 mm ist. Der Stator 30 weist ein Blechpaket 32 auf, das mehrere, nicht näher dargestellte Lagen an einzelnen Blechen aufweist, die in einer Richtung parallel zur Drehachse 14, die auch als Längsrichtung oder Axialrichtung bezeichnet ist, übereinander gestapelt sind. Mittels des Blechpakets 32 sind insgesamt 15 elektrische Spulen 34 gehalten, sodass der bürstenlose Elektromotor 10 insgesamt 15 elektrische Spulen 34 aufweist.
Das Blechpaket 32 des Stators 30 weist eine Länge 36, die der Ausdehnung des Blechpakets 32 in einer Richtung parallel zur Drehachse 14 entspricht, von 27,2 mm auf. Mit anderen Worten ist die Länge 36 des Blechpakets 32 parallel zur Drehachse 14 gleich 27,2 mm und somit zwischen 25 mm und 30 mm. Ein Außendurchmesser 38 des Stators 30, der dem Außendurchmesser des Blechpakets 32 entspricht, beträgt 80 mm. Mit anderen Worten ist die maximale Ausdehnung des Stators 30 senkrecht zur Drehachse 14 gleich 80mm. Somit ist das Verhältnis der Länge 36 des Blechpakets 32, also des Aktivteils des Stators 30 zu dem Außendurchmesser 38 des Stators 30 gleich 0,34.
Ein Außendurchmesser 40 des Rotors 16, also die maximale Ausdehnung des Rotors 16 senkrecht zur Drehachse 14m, ist gleich 62,4 mm. Infolgedessen ist zwischen dem Außendurchmesser 40 des Rotors 16 und dem Außendurchmesser 38 des Stators 30 ein Verhältnis 42 von 0,78 gebildet.
In 3 ist das Verhältnis 44 eines Gewichts pro Drehmoment in Abhängigkeit des Verhältnisses 42 aufgetragen. Das Verhältnis 44 des Gewichts pro Drehmoment weist in willkürlichen Einheiten bei 0,78 ein Minimum auf, sodass aufgrund der Wahl dieser Konfiguration des bürstenlosen Elektromotors 10 das maximale Drehmoment pro Gewicht realisiert wird.
In 4 ist in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Drehachse 14 ausschnittsweise der bürstenlosen Elektromotor 10 dargestellt. An der radialen Außenseite des hohlzylindrischen Abschnitts 18 bezüglich der Drehachse 14 sind die insgesamt 20 Permanentmagneten 24 befestigt, die somit jeweils zu dem Stator 30 gerichtet sind. Das Blechpaket 32 des Stators 30 weist insgesamt 15 Zähne 46 auf, wobei auf jeden der Zähne 46 jeweils eine der elektrischen Spulen 34 gewickelt ist. Hierbei ist zwischen jeweils benachbarten elektrischen Spulen 34 ein Bereich 48 gebildet, der frei von den elektrischen Spulen 34 ist, und der beim maschinellen Erstellen der elektrischen Spulen 34 aus einem Kupferlackdraht von einer Nadel durchfahren wird. Mittels der Nadel wird dabei der Kupferlackdraht 50-mal um jeweils einen radial angeordneten Körper 50 jedes Zahns 46 gewickelt, sodass jede der elektrischen Spulen 34 insgesamt 50 Windungen aufweist. Zusammenfassend ist jede der elektrischen Spulen 34 auf den jeweiligen Körper 50 des jeweils zugeordneten Zahns 46 des gemeinsamen Blechpakets 32 gewickelt.
Jeder der Zähne 46 weist zudem einen dem Rotor 16 zugewandten Kopf 52 auf, der sich direkt an den Körper 50 anschließt, und der nicht mit der elektrischen Spule 34 bewickelt ist. Hierbei ist die Ausdehnung des Kopfs 52 im Vergleich zu dem Körper 50 in tangentialer Richtung vergrößert, sodass ein Ablösen der elektrischen Spule 34 in Radialrichtung nach innen verhindert ist. Auf der dem Kopf 52 abgewandten Seite ist jeder Körper 50 an einem Joch 54 angeformt, das hohlzylindrischen ausgestaltet ist, sodass der Querschnitt des Jochs 54 ringförmig ist. Das Joch 54 wird zumindest mittels der Zähne 46 gebildet, und weist eine Ausdehnung in radialer Richtung von 2 mm auf. Infolgedessen ist ein Gewicht des Blechpakets 32 vergleichsweise gering, wobei dennoch eine hohe mechanische Integrität gegeben ist.
In 5 ist eine Verschaltung der elektrischen Spule 34 und in 6 das zugehörige Wickelschema der elektrischen Spulen 34 dargestellt. Die elektrischen Spulen 34 sind insgesamt auf drei (elektrische) Phasen 56 aufgeteilt, sodass jede der Phasen 56 jeweils fünf der elektrischen Spulen 34 umfasst. Die drei Phasen 56 sind zueinander in einer Dreiecksschaltung verschaltet, und sämtliche Spulen 34 jeder Phase 56 sind zueinander elektrisch parallelgeschaltet. Dabei sind sämtliche elektrischen Spulen 34 aus dem gemeinsamen Draht, nämlich dem Kupferlackdraht, erstellt, der mittels der entsprechenden Nadel um die Zähne 46 gewickelt wird. Hierbei ist die Wickelrichtung sämtlicher elektrischer Spulen 34 gleich, und der Draht ist zwischen den einzelnen elektrischen Spulen 34 um einen nicht näher dargestellten Verschaltungsring geschlungen, mittels dessen die Verschaltung, also die Parallelschaltung der elektrischen Spulen 34 sowie die Dreiecksschaltung der Phasen 56, realisiert ist.
Aufgrund der Parallelschaltung sämtlicher elektrischer Spulen 34 wird bei Betrieb von jeder dieser lediglich ein vergleichsweise geringer elektrischer Strom getragen, sodass als Durchmesser des zur Erstellung verwendeten Drahts vergleichsweise gering gewählt werden kann, nämlich 0,7 mm. Der sich auf diese Weise ergebende erhöhte elektrische Widerstand kann aufgrund der Parallelschaltung dem 25-fachen betragen, der bei einer Reihenschaltung der elektrischen Spulen bei der gleichen Leistung zu wählen wäre. Aufgrund des vergleichsweise geringen Durchmessers des (Kupferlack-)Drahts, aus dem die elektrischen Spulen 34 gewickelt werden, ist es möglich, eine vergleichsweise feine Nadel zu verwenden, sodass der freie Bereich 48 vergleichsweise klein ausgestaltet werden kann, wobei dennoch eine maschinelle Fertigung des bürstenlosen Elektromotors 10 oder zumindest elektrische Spulen 34 ermöglicht ist.
In 7 ist ausschnittsweise in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Drehachse 14 der bürstenlose Elektromotor 10 dargestellt. Ein Mittelpunktswinkel 58 des dem Rotor 16 zugewandten Kopfes 52 jedes Zahns 46, die zueinander baugleich sind, ist 15°, sodass das Verhältnis des Mittelpunktswinkel 58 des Kopfes 52 zu einem Mittelpunktswinkel 60 des vollständigen Zahns 46 gleich 0,625 ist. Mit anderen Worten ist der Mittelpunktswinkel 60 jedes Zahns 46 gleich 24°, nämlich 360° durch die Anzahl der elektrischen Spulen 34, also 15. Aufgrund des Verhältnisses ist die Form des Magnetfelds, das bei Betrieb mittels jeder der elektrischen Spulen 34 erstellt wird, verstärkt in Richtung des Rotors 15 gerichtet, sodass ein Wirkungsgrad erhöht ist. Auch wird mittels des Kopfes 52 ein Wickeln der elektrischen Spulen 34 nicht wesentlich behindert.
In 8 ist einer der Zähne 46 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Drehachse 14 dargestellt. Der Körper 50 jedes Zahns 46 weist eine Breite 62 auf, also eine aus Dehnung in Umfangsrichtung. Auch weist jeder der Pole 26 des Rotors 16 eine Ausdehnung in tangentialer Richtung auf, also eine Breite 64. Hierbei ist das Verhältnis der Breite 62 jedes Körpers 50 zu der Breite 64 jedes der zueinander gleichartigen Pole 26 gleich 0,52.
Zudem ist ein Mittelpunktswinkel 66 jedes der Pole 26 bezüglich der Drehachse 14, also auch der Mittelpunktswinkel jeder Permanentmagneten 24, gleich 13,68°, wie in 9 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Drehachse 14 dargestellt. Somit ist das Verhältnis des Mittelpunktswinkels 66 jedes Pols 26 zu dem Winkel, der bei dem Rotor 16 für jeden der Pole 26 zur Verfügung gestellt ist, also 360° geteilt durch die Anzahl der Pole 26, gleich 0,76.
Aufgrund sämtlicher oben beschriebener Verhältnisse ist das Leistungsgewicht des bürstenlosen Elektromotors 10 weiter erhöht und entspricht einem Maximum. Dabei ist auch weiterhin eine maschinelle Fertigung des bürstenlosen Elektromotors 10, oder zumindest der elektrischen Spulen 34, ermöglicht.
In 10 ist in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Drehachse 14 eine Ausführungsform eines der Permanentmagneten 24 dargestellt. Der Querschnitt des gezeigt Permanentmagneten 24 weist eine dem hohlzylindrischen Abschnitt 18 anliegenden Kante 68 auf, die geradlinig ist. Dahingegen ist die dieser Kante gegenüberliege, dem hohlzylindrischen Abschnitt 18 abgewandte Kante 70 kreisbogenförmig. Die verbleibenden Kanten des Querschnitts des Permanentmagneten 24 sind geradlinig, sodass der Permanentmagnete 24 als sogenannter Brotlaib-Magnet ausgestaltet ist. Dabei ist die Außenseite des hohlzylindrischen Abschnitts 18 lamellenförmig, und dessen Querschnitt ist ein regelmäßiges 20-Eck.
In 11 ist eine Abwandlung der Permanentmagneten 24 entsprechend der vorhergehenden Darstellung gezeigt. Als Abweichung ist die abgewandte Kante 70 ebenfalls geradlinig ausgestaltet, sodass die Permanentmagneten 24 als sogenannte Block-Magneten ausgestaltet sind. Mit anderen Worten ist der Querschnitt jedes der Permanentmagneten 24 rechteckförmig.
In 12 ist eine letzte Ausführungsform der Permanentmagneten 24 dargestellt, mittels derer jeweils einer der Pole 26 gebildet wird. Hierbei sind sowohl die anliegende Kante 68 als auch die abgewandte Kante 70 des Querschnitts des Permanentmagneten 24 senkrecht zur Drehachse 24 bogenförmig, wobei der Mittelpunkt der Bewegung auf der Drehachse 14 liegt. Folglich ist der Querschnitt des Permanentmagnete 24 kreisbogenförmig, und die Permanentmagneten 24 sind als sogenannte Arc-Magneten ausgestaltet. Die Außenseite des hohlzylindrischen Abschnitts 18 ist bogenförmig und glatt ausgestaltet, was eine Fertigung vereinfacht.
In 13 eine letzte Variante des Rotors 16 dargestellt, der wiederum den hohlzylindrischen Abschnitt 18 aufweist, der mittels der drei Speichen 20 an der Welle 22 befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform enden die Speichen 22 an einer gemeinsamen Hülse 72 des Rotors 16, die auf die Welle 22 aufgepresst ist. Die Speichen 22, die Hülse 72 und der hohlzylindrische Abschnitt 18 sind einstückig aus einem Aluminium erstellt. Diese Ausgestaltungsform des Rotors 16 ist dabei mit sämtlichen vorhergehenden Ausführungsformen kombinierbar. Auch ist es bei der in 13 gezeigten Ausführungsform möglich, dass die Hülse 72 nicht vorhanden ist.
Zudem ist der hohlzylindrische Abschnitt 18 umfangsseitig von einem Ringmagnet 74 umgeben, der an diesem anliegt und daran befestigt ist. Mittels des Ringmagneten 74 sind aufgrund entsprechender Magnetisierung die 20 Pole 26 gebildet, die mechanisch nicht direkt sichtbar, jedoch auch weiterhin vorhanden sind. Aufgrund einer derartigen Ausgestaltung ist zwar ein Gewicht des Rotors 16 geringfügig erhöht. Jedoch ist ein Ablösen des Ringmagneten 74 von dem hohlzylindrischen Abschnitt 18 nicht möglich. Dahingegen ist bei der Realisierung der Pole 26 mittels der einzelnen Permanentmagneten 24 der vorhergehenden Ausführungsformen auf eine sichere mechanische Verbindung der Permanentmagneten 24 mit der hohlzylindrischen Abschnitt 18 zu achten, damit kein Ablösen erfolgt.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Fluggerät
4: Kufe
6: Hauptkörper
8: Ausleger
10: bürstenloser Elektromotor
12: Propeller
14: Drehachse
16: Rotor
18: hohlzylindrischer Abschnitt
20: Speiche
22: Welle
24: Permanentmagnet
26: Pol
28: Luftspalt
30: Stator
32: Blechpaket
34: elektrische Spule
36: Länge
38: Außendurchmesser des Stators
40: Außendurchmesser des Rotors
42: Verhältnis
44: Verhältnis Gewicht zu Drehmoment
46: Zahn
48: Bereich
50: Körper
52: Kopf
54: Joch
56: Phase
58: Mittelpunktswinkel des Kopfes
60: Mittelpunktswinkel des Zahns
62: Breite des Körpers
64: Breite des Pols
66: Mittelpunktswinkel des Pols
68: anliegende Kante
70: abgewandte Kante
72: Hülse
74: Ringmagnet

Claims

Bürstenloser Elektromotor (10) eines Fluggeräts (2) mit einem um eine Drehachse (14) drehbar gelagerten, permanenterregten Rotor (16), der 20 Pole (26) aufweist, und mit einem den Rotor (16) umgebenden Stator (30), der 15 elektrische Spulen (34) umfasst.
Bürstenloser Elektromotor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Spulen (34) auf drei Phasen (56) aufgeteilt sind, wobei die elektrischen Spulen (34) jeder Phase (56) zueinander elektrisch parallelgeschaltet sind.
Bürstenloser Elektromotor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche elektrischen Spulen (34) aus einem gemeinsamen Draht erstellt sind.
Bürstenloser Elektromotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der elektrischen Spulen (34) auf einen Körper (50) eines Zahns (46) eines gemeinsamen Blechpakets (32) gewickelt ist.
Bürstenloser Elektromotor (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelpunktswinkel (58) eines dem Rotor (16) zugewandten Kopfes (52) jedes Zahns (46) zwischen 12° und 18°, insbesondere gleich 15°, ist.
Bürstenloser Elektromotor (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Breite (62) jedes Körpers (50) zu der Breite (64) jedes der Pole (26) zwischen 0,4 und 0,65, insbesondere gleich 0,52, ist.
Bürstenloser Elektromotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis einer Länge (36) des Blechpakets (32) parallel zur Drehachse (14) zu einem Außendurchmesser (38) des Stators (30) zwischen 0,25 und 0,5, insbesondere gleich 0,34, ist.
Bürstenloser Elektromotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (42) des Außendurchmesser (40) des Rotors (16) zu dem Außendurchmesser (38) des Stators (30) zwischen 0,7 und 0,85, insbesondere gleich 0,78, ist.
Bürstenloser Elektromotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (38) des Stators (30) zwischen 70mm und 90mm, insbesondere gleich 80mm, ist.
Bürstenloser Elektromotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelpunktswinkel (66) jedes Pols (26) zwischen 11,7° und 15,3°, insbesondere gleich 13,68°, ist.
Fluggerät (2), insbesondere Drohne, mit einem bürstenlosen Elektromotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.