DE4042432A1 - Electronically commutated DC machine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronisch kommutierte Gleich­ strommaschine mit einem Permanentmagnet-Rotor. Die Gleich­ strommaschine kann sowohl motorisch wie generatorisch be­ trieben werden. Insbesondere betrifft die Erfindung einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, der für höhere Leistungen von beispielsweise 100 kW und mehr ausgelegt ist. Dieser erfindungsgemäße Gleichstrommotor kann vorzugsweise als Antriebsmotor von Kraftfahrzeugen insbesondere Per­ sonenkraftwagen eingesetzt werden.

Nachstehend wird die Erfindung mit Bezugnahme auf einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor beschrieben, ohne daß damit eine Beschränkung der Erfindung beabsichtigt ist.

Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung eine elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine, insbesondere Gleichstrom­ motor, mit einer Rotationsachse, mit einer ersten im we­ sentlichen zylindrischen Antriebsebene, die aus einer ersten mäanderförmigen Statoranordnung und einem ersten Permanent­ magnet-Rotor gebildet ist, der eine Anzahl erste Permanent­ magnet-Pole aufweist, die alternierend und im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse bzw. radial polarisiert sind, und mit einer zweiten, im wesentlichen zylindrischen An­ triebsebene, die aus einer zweiten Statoranordnung und einer Anzahl zweiter Permanentmagnet-Pole gebildet ist, die alte­ nierend und im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse bzw. radial polarisiert sind, wobei die beiden Antriebs­ ebenen in einer gemeinsamen Rotationsebene um die gemein­ same Rotationsachse herum ausgebildet sind.

Ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor dieser Art ist aus dem Dokument EP 01 78 380 A1 bekannt, das ebenfalls auf den zur vorliegenden Erfindung benannten Anmelder/Er­ finder zurückgeht. Die vorliegende Erfindung betrifft Ver­ besserungen an dem dort beschriebenen Motorkonzept. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird mit der Bezugnahme auf das Dokument EP 01 78 380 A1 der Inhalt dieses Dokumentes zu­ sätzlich zum Bestandteil der vorliegenden Erläuterung und Beschreibung gemacht. Die in diesem Dokument beschriebenen Motoren zeichnen sich u. a. dadurch aus, daß bei vorgegebenem Motorvolumen ein Mehrfaches des Drehmomentes erzeugbar ist, das mit herkömmlichen Motoren bei gleicher Baugröße erziel­ bar ist.

Bei der bekannten Gleichstrommaschine sind mehrere, ring­ förmige Permanentmagnet-Anordnungen konzentrisch zueinander angeordnet und starr an einem gemeinsamen Rotor befestigt, der starr an einer Welle angebracht ist. Die verschiedenen konzentrischen Permanentmagnet-Anordnungen dienen zur Lei­ stungssteigerung der Gleichstrommaschine bei beschränktem Volumen derselben. Eine voneinander unabhängige, unter­ schiedliche Rotation verschiedener ringförmiger Permanent­ magnet-Anordnungen ist nicht möglich.

Davon ausgehend, besteht die Aufgabe der vorliegenden Er­ findung darin, eine(n) elektronisch kommutierte(n) Gleich­ strommaschine/Gleichstrommotor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die/der bei geringem Gewicht und kompakter Bau­ weise mit Hilfe der ersten Antriebsebene ein hohes Dreh­ moment aufnimmt/liefert und deren/dessen zweite Antriebs­ ebene unabhängig von der ersten Antriebsebene ansteuerbar bzw. rotierbar ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gleichstrommotor dieser Art bereitzustellen, der als Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge geeignet ist und der ein besonders hohes Spitzendrehmoment, beispielsweise bis zu 280 Nm und mehr, sowie eine hohe Nenn­ leistung, beispielsweise bis zu 100 kW und mehr liefert, und bei dem auch bei hohen und stark wechselnden Belastungen keine unzulässige Erwärmung stattfindet.

Ausgehend von einer elektronisch kommutierten Gleichstrom­ maschine, insbesondere Gleichstrommotor

• - mit einer Rotationsachse,
• - einer ersten im wesentlichen zylindrischen An­ triebsebene, die aus einer ersten mäanderförmigen Statoranordnung und einem ersten Permanentmagnet- Rotor gebildet ist, der eine Anzahl erste Permanent­ magnet-Pole aufweist, die alternierend und im wesent­ lichen senkrecht zur Rotationsachse bzw. radial polarisiert sind,
• - mit einer zweiten, im wesentlichen zylindrischen An­ triebsebene, die aus einer zweiten Statoranordnung und einer Anzahl zweiter Permanentmagnet-Pole gebildet ist, die alternierend und im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse bzw. radial polarisiert sind,
• - wobei die beiden Antriebsebenen in einer gemeinsamen Rotationsebene um die gemeinsame Rotationsachse herum ausgebildet sind,

ist die erfindungsgemäße Lösung obiger Aufgabe dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweiten Permanentmagnet-Pole an einem zweiten Permanentmagnet-Rotor angebracht sind, der unab­ hängig vom ersten Permanentmagnet-Rotor um die gemeinsame Rotationsachse rotierbar ist.

Auf diese Weise wird eine von der ersten Antriebsebene un­ abhängig ansteuerbare bzw. rotierbare zweite Antriebsebene geschaffen. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung wird ein Konzept "Motor-im-Motor" realisiert. Beispielsweise kann die erste Antriebsebene als ausgesprochene Hochleistungs-An­ triebsebene ausgebildet sein, und die zweite Antriebsebene ist unabhängig davon für andere Zwecke ausgelegt.

Beispielsweise kann die zweite Antriebsebene zum Antrieb einer Kühleinrichtung (Ventilator) ausgerüstet sein, die innerhalb des Gehäuses der Gleichstrommaschine untergebracht ist und die einen Kühlluftstrom erzeugt, mit welchem die Einrichtungen der ersten (Hochleistungs-)-Antriebsebene gekühlt werden.

Bekanntlich ist gerade der Antriebsmotor eines Kraftfahr­ zeuges häufig wechselnden Betriebszuständen ausgesetzt, wo­ bei die Leistungsanforderungen in einem weiten Bereich vari­ ieren. Gerade für einen solchen elektrisch angetriebenen An­ triebsmotor ist es wünschenswert, auch eine elektrisch ange­ triebene Kühleinrichtung zu schaffen, die unabhängig von der aktuellen Drehzahl des Antriebsmotors arbeitet. Mit der er­ findungsgemäßen Anordnung einer zweiten unabhängig steuer­ baren Antriebsebene innerhalb der ersten Antriebsebene für den Antriebsmotor, wird eine solche unabhängig regelbare Kühleinrichtung geschaffen. Die Unterbringung der zweiten Antriebsebene, deren Rotor starr mit einem Ventilator ge­ koppelt sein kann, innerhalb des Gehäuses des Antriebsmo­ tors ist besonders wirksam, weil die Kühlluft in den Innen­ raum des Motors und dort insbesondere in den besonders be­ lasteten Ringspalt der ersten, Hochleistungs-Antriebsebene eingeführt werden kann und dort eine unmittelbare und direkte Kühlwirkung ausüben kann. Es entfallen zusätzliche Aggregate, wie sie für die Kühlung herkömmlicher Verbren­ nungsmotoren erforderlich sind.

Das vorstehend erläuterte Konzept des "Motor-im-Motor" ist besonders wertvoll in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Gleichstrommaschine, bei der wenigstens eine Antriebsebene als ausgesprochene Hochleistungs-Antriebsebene ausgebildet ist. Nachstehend wird eine Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Gleichstrommaschine beschrieben, deren erste An­ triebsebene als Hochleistungs-Antriebsebene ausgebildet ist, wobei auch bei hoher bis höchste Leistungsaufnahme oder -abgabe keine unzulässige Erwärmung der Statoranordnung der ersten Antriebsebene stattfindet:

Diese Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleichstrom­ maschine weist einen ersten Permanentmagnet-Rotor auf mit einem im wesentlichen zylindrischen Ringspalt mit homogenem Magnetfeld mit geradlinigem, radialem Feldlinienverlauf und ständig wechselnder Polarität. Die erste mäanderförmige Statoranordnung weist gerade hin- oder her führende Mäander­ abschnitte auf, die parallel zur Rotationsachse ausgerichtet sind und sich innerhalb des Ringspaltes erstrecken, wobei jeder gerade hin- oder herführende Mäanderabschnitt aus einer Anzahl parallel angeordneter Leiterabschnitte besteht, die im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Besonderheit besteht darin, daß jeder Leiterabschnitt inner­ halb des Ringspaltes derart angeordnet ist, daß die längere Seite des Leiterquerschnittes parallel zum Verlauf der Feld­ linien ausgerichtet ist.

Typischerweise ist bei Motoren dieser Bauart bislang die rechteckigen Querschnitt aufweisende Leiterbahn mit der längeren Längsseite an einem ringförmigen stationären Rück­ schlußteil oder an einem sonstigen Träger aus isolierendem Material angelegt worden, das/der parallel zum magnetisch aktiven Ringspalt ausgerichtet ist. Eine solche Anordnung bietet sich zwanglos an, um die Leiter-Auflagefläche zu erhöhen, um dadurch die Stabilität der Leiter-Anordnung zu steigern.

Höhere Motorleistungen erfordern größere Leiterquerschnitte, um die Verlustleistung möglichst gering zu halten. Bei der bekannten Anordnung befinden sich notwendigerweise endliche Abmessungen des Leiters in einem Feldabschnitt, der im Leiterbereich unterschiedliche Feldstärken aufweist. Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, daß bei dieser Anordnung selbst in Kupferleitern endliche Wirbelströme auf­ treten.

Demgegenüber wird mit dieser Ausgestaltung der Erfindung eine um 90° gedrehte Anordnung der rechteckigen Querschnitt aufweisenden Leiter innerhalb des magnetisch wirksamen Ring­ spaltes gewählt, so daß innerhalb des Ringspaltes die länge­ re Seite des Leiterquerschnittes parallel zum Feldlinienver­ lauf ausgerichtet ist. Praktisch der gesamte Leiterquer­ schnitt befindet sich stets in einem Feldabschnitt mit gleichem homogenem Feld. Die Bildung von Wirbelströmen innerhalb der im magnetischen Ringspalt befindlichen Lei­ terabschnitte ist erheblich herabgesetzt.

Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, daß durch diese bestimmte Anordnung der eckigen Querschnitt aufweisen­ den Leiterabschnitte im magnetisch wirksamen Ringspalt die Wirbelstromverluste in diesen Leiterabschnitten so weit vermindert werden, daß bei einer gegebenen Motorabmessung eine bis zu 100 Prozent höhere Motorleistung erzielt werden kann.

Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Gleichstrommotor einen ersten Permanentmagnet-Rotor mit einer Anzahl Perma­ nentmagnet-Pole auf, die im wesentlichen senkrecht zur Rota­ tionsachse polarisiert sind und in einem äußeren Ring und in einem inneren Ring derart angeordnet sind, daß ein Ringspalt zwischen dem äußeren Ring und dem inneren Ring gebildet ist. An jedem Ring sind benachbarte Pole alternierend polari­ siert. Jeweils einem Nord- oder Süd-Pol des äußeren Ringes steht ein entgegengesetzter Pol des inneren Ringes gegen­ über. Mit dieser Anordnung wird ein Permanentmagnet-Rotor erhalten, der einen Ringspalt mit homogenem Magnetfeld mit geradlinigem, radialen Feldlinienverlauf und ständig wech­ selnder Polarität aufweist.

Insbesondere bei teuren Permanentmagnet-Materialien, wie etwa Sm/Co-Sintermaterial, kann es zweckmäßig sein, die ringförmige Anordnung aus einzelnen, länglichen Elementen aus Permanentmagnet-Material aufzubauen. Diese einzelnen Elemente sind an ihrer Rückseite an einen Ring aus magne­ tisch leitendem Material angebracht. Vorzugsweise kann jede ringförmige Anordnung von Permanentmagnet-Polen aus einem geschlossenen Ring aus Permanentmagnet-Material bestehen, an dem benachbarte Zonen alternierend polarisiert worden sind. Ein geschlossener Ring aus Permanentmagnet-Material erhöht die Stabilität und verringert den Aufwand beim Zusammenbau des Permanentmagnet-Rotors.

Vorzugsweise ist zusätzlich jede ringförmige Anordnung aus Permanentmagnet-Material an der zum Ringspalt abgewandten Seite an je einem weiteren Ring aus magnetisch leitendem Material abgestützt, das den magnetischen Fluß schließt.

Die magnetische Feldstärke im Ringspalt wird erhöht und die Homogenität des Feldes noch weiter gesteigert.

Die erfindungsgemäß vorgesehene erste mäanderförmige Stator­ anordnung besteht pro Phase aus mehreren getrennten Leiter­ bahnen, die untereinander geometrisch parallel und zusammen mäanderförmig angeordnet sind. Jede Leiterbahn weist einen vergleichweise großen Leiterquerschnitt auf, um die konduk­ tive Verlustleistung möglichst gering zu halten. Zusätzlich weist jede Leiterbahn einen rechteckigen Leiterquerschnitt auf, bei welchem das Seitenverhältnis zwischen der Längs­ seite und der Schmalseite mehr als 2:1 beträgt. Vorzugsweise sind Leiterquerschnitte vorgesehen, bei welchen dieses Sei­ tenverhältnis mehr als 4:1, beispielsweise 10:1 und mehr beträgt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Gleichstrommotors besteht die erste mäan­ derförmige Statoranordnung aus mehreren parallel und im Abstand zueinander geführten Kupferbändern, deren Quer­ schnitt eine Länge von ca. 12 mm und eine Breite von ca. 1 mm aufweist.

Zwischen benachbarten Leiterbahnen der ersten mäanderför­ migen Statoranordnung besteht ein ausreichender Zwischen­ raum, um auch ohne zusätzliches Isoliermaterial eine ge­ trennte Stromführung in jeder Leiterbahn zu gewährleisten, beispielsweise auch, um in verschiedenen Leiterbahnen eine Parallel- oder Reihenschaltung vorzusehen. Ferner erlauben diese Zwischenräume einen ungehinderten Zutritt von Kühlluft zu den Leiterbahnen, sowie ungehinderten Durchtritt von Kühlluft zwischen diesen Leiterbahnen. Diese Zwischenräume können beispielsweise durch isolierende Abstandshalter gewährleistet werden, die regelmäßig zwischen benachbarte Leiterbahnen eingesetzt sind. Zusätzlich kann jede Leiter­ bahn mit einem isolierenden Belag versehen sein.

Die erste mäanderförmige Statoranordnung kann aus zwei ge­ trennten mäanderförmigen Leiterbahnanordnungen aufgebaut sein. Jede mäanderförmige Leiterbahnanordnung weist gerade hinführende Mäanderabschnitte und gerade herführende Mäan­ derabschnitte auf, zwischen denen ein Zwischenraum besteht. In diesen Zwischenraum kann - ohne Berührung der benachbar­ ten Mäanderabschnitte - ein gerader Mäanderabschnitt einer weiteren, elektrisch getrennten, mäanderförmigen Leiterbahn­ anordnung eingesetzt sein. Die beiden getrennten meander­ förmigen Leiterbahnanordnungen können beispielsweise mit einer Phasenverschiebung von 90° angesteuert werden. Jede dieser beiden, elektrisch getrennten, mäanderförmigen Lei­ terbahnanordnungen kann wiederum aus einzelnen Leiterbahnen, beispielsweise vier Leiterbahnen aufgebaut sein, wie das vorstehend beschrieben ist.

Vorzugsweise wird die Anzahl der einzelnen Leiterbahnen in Abhängigkeit vom Leiterbahnquerschnitt und vom Abstand zwi­ schen benachbarten Leiterbahnen so gewählt, daß die gesamte Breite eines Leiterbahnstapels die halbe Polbreite der Per­ manentmagnet-Pole nicht übersteigt. Unter Einbeziehung der Breite der neutralen Zone zwischen benachbarten Permanent­ magnet-Polen kann mit einfachen Mitteln eine Kommutierung durchgeführt werden, bei welcher sich ein gegebener Stapel von Leiterbahnen stets in einem Feld einheitlicher Polari­ tät befindet. Das bei Stromdurchgang durch die erste Stator­ anordnung induzierte Magnetfeld wird optimal genutzt.

Es ist eine Schaltung vorgesehen, welche die einzelnen, ge­ trennten Leiterbahnen, welche die erste mäanderförmige Sta­ toranordnung bilden, untereinander parallel oder in Serie schaltet. Durch eine solche Umschaltung zwischen Reihen­ schaltung oder Parallelschaltung der einzelnen Leiterbahnen kann eine weitere erhebliche Anpassung an den Betriebszu­ stand bzw. Leistungsbedarf des Antriebsmotors eines Kraft­ fahrzeuges vorgenommen werden. Beim Anfahren des Kraftfahr­ zeugs wird bei geringen Umdrehungszahlen ein besonders hohes Drehmoment benötigt. In diesem Falle wird eine Reihenschal­ tung vorgenommen, die ein besonders hohes Drehmoment lie­ fert. Wegen der geringen Umdrehungszahl ist die in der Sta­ toranordnung induzierte Gegen-EMK klein und tolerierbar. Nach Erreichen einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit kann eine Parallelschaltung der Leiterbahnen vorgenommen werden. Eine solche Parallelschaltung erlaubt eine höhere Stromaufnahme und eine höhere Motorleistung, wie sie für höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten wünschenswert ist. Diese Flexibilität in der Drehmoment- und Leistungsabgabe des Motors verringert die Anforderungen an ein Schaltgetriebe des Fahrzeugs. Der Motor und dessen Ansteuerelektronik kann einen wesentlichen Teil der Funktionen eines herkömmlichen Schaltgetriebes übernehmen oder ersetzen.

Die erste mäanderförmige Statoranordnung aus mehreren, geo­ metrisch parallel und im Abstand zueinander geführten Lei­ terbahnen bildet nacheinander

• - einen geraden hinführenden Mäanderabschnitt (parallel zur Rotationsachse in einer Richtung);
• - einen ersten Wickelkopf (oberhalb des magnetisch wirksamen Ringspaltes);
• - einen geraden herführenden Mäanderabschnitt (parallel zur Rotationsachse in der entgegengesetzten Richtung);
• - einen zweiten Wickelkopf (unterhalb des magnetisch wirksamen Ringspaltes); und wiederum
• - einen geraden hinführenden Mäanderabschnitt; usw.

Vorzugsweise wird eine Anordnung gewählt, bei welcher die geraden hin- oder herführenden Mäanderabschnitte vollständig innerhalb des magnetisch wirksamen Ringspaltes am ersten Permanentmagnet-Rotor verlaufen. Wie gesagt, ist jeder gerade hinführende Leiterabschnitt mit dem benachbarten her­ führenden Leiterabschnitt über einen Wickelkopf verbunden. Vorzugsweise weisen die Leiterbahnen in jedem Wickelkopf im wesentlichen den gleichen Querschnitt auf wie die Leiter­ abschnitte in den benachbarten, geraden Mäanderabschnitten. Weiterhin ist jeder Wickelkopf vorzugsweise oberhalb oder unterhalb des magnetisch wirksamen Ringspaltes in radialer Richtung aus einer gedachten Verlängerung des Ringspaltes herausgeführt, dann rechtwinklig abgewinkelt, verläuft dann im wesentlichen parallel zum Ringspalt, jedoch neben einer gedachten Verlängerung des Ringspaltes, um nach einer er­ neuten rechtwinkligen Abwinklung wieder in diese gedachte Verlängerung des Ringspaltes einzutreten und in den nächsten benachbarten geraden herführenden Leiterabschnitt überzu­ gehen. Mit dieser Anordnung kann mit geringem Herstellungs­ aufwand und einfachen Befestigungsmitteln eine stabile, selbsttragende Anordnung aus mehreren untereinander ge­ trennten, geometrisch parallel geführten Leiterbahnen gebildet werden, die zusammen eine erste mäanderförmige Statoranordnung bilden, welche der ersten Antriebsebene zugeordnet ist.

Die Fußabschnitte der unterhalb des Ringspaltes befindlichen Wickelköpfe können in passende Nuten eines Statorhalters eingesetzt werden. In die Zwischenräume zwischen benachbar­ ten Leiterabschnitten, die zusammen einen geraden, hin- oder herführenden Mäanderabschnitt bilden, können kleine isolie­ rende Abstandshalter eingesetzt sein, welche den gewünschten Abstand zwischen den benachbarten Leiterbahnen gewährlei­ sten. Zwischen einem geraden hinführenden Mäanderabschnitt und einem geraden herführenden Mäanderabschnitt der gleichen oder einer weiteren ersten mäanderförmigen Leiterbahnanord­ nung besteht ein größerer Zwischenraum, in den über die gesamte Ringspaltlänge ein entsprechender, größerer isolie­ render Abstandshalter eingesetzt sein kann. Diese Abstands­ halter bestehen aus wärmebeständigem, elektrisch isolieren­ dem keramischem und magnetisch inertem Material, wie bei­ spielsweise keramischen Materialien, wie etwa Aluminium­ oxid. Die Anwesenheit dieser isolierenden Abstandshalter gewährleistet auch bei ganz erheblichen Feldstärken und ent­ sprechenden Magnetkräften die erforderliche Stabilität einer selbsttragenden ersten mäanderförmigen Statoranordnung.

Vorzugsweise ist die erste Statoranordnung eisenlos ausge­ führt und besteht lediglich aus dem Leiter bzw. Kupfer der Leiterbahnen sowie den wahlweise vorgesehenen Abstandshal­ tern. Trotz der erheblichen Leiterquerschnitte vermindert die hier vorgesehene Leiterbahnanordnung - mit der Längs­ seite der rechteckigen Leiterquerschnitte parallel zu den Feldlinien im magnetisch wirksamen Ringspalt - die Wirbel­ stromverluste erheblich. Bei motorischem Betrieb ist eine Erwärmung des Motors herabgesetzt. Der Motor kann in Phasen hoher und höchster Leistungsanforderungen zeitlich länger und/oder elektrisch höher belastet werden. Bei generatori­ schem Betrieb werden die Verlustströme vermindert. Auch in diesem Falle tritt eine geringere Erwärmung der Leiterbah­ nen auf. Über die Temperaturabhängigkeit der spezifischen Leitfähigkeit wird der Innenwiderstand beeinflußt. Weil der Innenwiderstand des Generators geringer ist, kann bei glei­ cher Spannung ein größerer Strom entnommen werden.

Eine solche Gleichstrommaschine wird im Regelfalle als An­ triebsmotor im Kraftfahrzeug verwendet. Sofern das Kraft­ fahrzeug "schiebt" (etwa bei Bergabfahrt oder Bremsung) kann die gleiche Maschine generatorisch genutzt werden. Die bei der Stromerzeugung entstehende Wechselspannung wird gleich­ gerichtet. Der entstehende Gleichstrom wird nach entspre­ chender Regelung als Ladestrom verwendet und der antreiben­ den Batterie zugeführt.

Wie vorstehend erläutert, bilden der bestimmte erste Per­ manentmagnet-Rotor und die bestimmte erste mäanderförmige Statoranordnung zusammen eine erste Antriebsebene, die bei­ spielsweise für eine Leistung bis zu 100 kW ausgelegt sein kann.

Jedoch muß diese erste Antriebsebene nicht notwendigerweise in der Art ausgebildet sein, wie das vorstehend im einzelnen erläutert worden ist. Vielmehr kommen auch andere Ausgestal­ tungen der ersten Antriebsebene in Betracht, wie sie mehr im einzelnen in dem Dokument EP 01 78 380 A1 beschrieben sind. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, diese erste An­ triebsebene in der Weise auszubilden, wie das vorstehend dargelegt ist, um eine möglichst hohe Antriebsleistung zu erzielen.

Zusätzlich kann eine zwangsweise Kühlung der ersten Stator­ anordnung und/oder des ersten Permanentmagnet-Rotors vorge­ sehen werden. Vorzugsweise kann hierzu die innere und/oder die äußere ringförmige Anordnung aus Permanentmagnet-Mate­ rial und das angrenzende magnetische Rückschlußmaterial mit fluchtenden Öffnungen versehen sein, durch die hindurch Kühlluft in den Ringspalt einführbar ist. Vorzugsweise kann eine entsprechende Kühlluftströmung unabhängig von einer Rotation des ersten Permanentmagnet-Rotors innerhalb des Motorgehäuses erzeugt werden, wie das nachstehend im ein­ zelnen dargelegt wird.

Wie eingangs bereits gesagt, weist die erfindungsgemäße Gleichstrommaschine zusätzlich zu der vorstehend im einzel­ nen erläuterten ersten Antriebsebene eine zweite Antriebs­ ebene auf, die unabhängig von der ersten Antriebsebene an­ steuerbar bzw. rotierbar ist. Vorzugsweise dient diese zweite Antriebsebene zum Antrieb eines Ventilators, der Kühlluft erzeugt, die in den Ringspalt am ersten Permanent­ magnet-Rotor einführbar ist.

Auch diese zweite Antriebsebene kann in der gleichen Weise ausgebildet sein, wie die erste Antriebsebene, die vor­ stehend im einzelnen erläutert worden ist. Gerade diese Bauweise liefert bei geringem Platzbedarf ein besonders großes Drehmoment und eignet sich daher für die Reali­ sierung einer zweiten Antriebsebene innerhalb eines Ring­ raumes, der von der ersten Antriebsebene umschlossen ist.

Vorzugsweise kann jedoch - wegen des wesentlich geringeren Leistungsbedarfs zur Rotation des Ventilators - auf einfa­ chere Anordnungen und/oder preiswertere Magnetmaterialien zurückgegriffen werden. Insbesondere wird die zweite An­ triebsebene mit Permanentmagnet-Rotor- und Stator-Anordnun­ gen realisiert, wie sie in dem Dokument EP 01 78 380 A1 be­ schrieben sind. Beispielsweise kann ein Stator mit ring­ förmigem Eisenkern vorgesehen werden, der fortlaufend, senk­ recht zum Ringumfang bewickelt ist. Ferner kann ein zylin­ drischer Stator vorgesehen werden, wie er in dem Dokument DE 36 29 423 C3 beschrieben ist. Ein solcher Stator befindet sich in einem Ringspalt, der zwischen zwei ringförmigen Per­ manentmagneten gebildet ist. Diese Permanentmagnet-Ringe können aus pulverförmigem Permanentmagnet-Material bestehen, das in einer Kunststoffmatrix dispergiert ist. Die Perma­ nentmagnet-Ringe sind alternierend lateral aufmagnetisiert. Jedoch steht bei dieser Anordnung jeweils einem Nord- oder Südpol des äußeren Ringes ein gleichnamiger Pol des inneren Ringes gegenüber, wie das mehr im einzelnen in dem Dokument EP 01 78 380 A1 beschrieben ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors weist ein relativ flaches, im wesent­ lichen zylindrisches Gehäuse auf, das im wesentlichen aus einer runden Bodenplatte und einer runden Deckelplatte be­ steht, an deren Umfang eine abstehende, umlaufende Seiten­ wand angesetzt ist. Im Zentrum der beiden Platten ist je ein Motorlager eingesetzt und ortsfest gehalten. Beispielsweise können Kugel-, Gleit- oder Wälzlager vorgesehen werden. Diese beiden Motorlager halten drehbar eine Abtriebswelle, mit welcher der erste Permanentmagnet-Rotor starr verbunden ist. Beispielsweise kann die Abtriebswelle in eine mittige Bohrung innerhalb eines scheibenförmigen Rotorhalters eingesetzt und dort festgelegt sein. Der runde, scheiben­ förmige Rotorhalter weist an seinem Umfang ein Profil mit umlaufenden Nuten und/oder vorstehenden Flanschen auf, welche die beiden Ringe aus Permanentmagnet-Material und die angrenzenden Ringe aus magnetischem Rückschlußmaterial halten, die im wesentlichen vertikal vom Rotorhalter abstehen. Die gesamte Anordnung aus erstem Permanentmagnet- Rotor, Rotorhalter und Abtriebswelle ist miteinander starr verbunden und innerhalb des Motorgehäuses drehbar ange­ ordnet.

Am Außenumfang der Abtriebswelle ist wenigstens ein Ventila­ tor-Lager angeordnet, das einen scheibenförmigen Ventilator­ träger drehbar hält. Am Außenumfang des runden Ventilator­ trägers sind eine Anzahl abstehender Ventilatorflügel ange­ bracht. Im Ringraum zwischen Ventilatorflügel und Ventila­ tor-Lager sind am Ventilatorträger die Komponenten be­ festigt, welche den zweiten Permanentmagnet-Rotor bilden. Die Ventilatorflügel können einstückig mit dem Ventilator­ träger ausgebildet sein und bestehen vorzugsweise aus Profilstücken, die bezüglich der radialen Richtung schräg­ gestellt sind und bei Rotation des Ventilatorträgers eine radiale Luftströmung erzeugen. Diese Ventilatorflügel sind vorzugsweise parallel zur Rotationsachse des Motors ausge­ richtet und rotieren in einem Ringraum, der zwischen der ersten Antriebsebene und der zweiten Antriebsebene ausge­ bildet ist.

Die Aktivierung des mit dem zweiten Permanentmagnet-Rotor starr gekoppelten Ventilators erfolgt bei Erreichung einer Sollwerttemperatur. Hierzu sind Sensoren vorhanden, welche die Temperatur der Umgebung bzw. der Leiterbahnen der ersten Statoranordnung erfassen. Die Sensorsignale werden einem Regelkreis zur Konstanthaltung der Motortemperatur zuge­ führt. Der Regelkreis aktiviert die zweite Antriebsebene nach Bedarf, und der Ventilator wird entsprechend angetrie­ ben.

Typischerweise ist das Motorgehäuse im wesentlichen ge­ schlossen ausgebildet und weist wenigstens eine Öffnung auf, über welche vom rotierenden Ventilator Kühlluft angesaugt wird. Dieser Kühlluft-Ansaugöffnung ist vorzugsweise ein Partikelfilter zugeordnet, um Verunreinigungen aus der Kühl­ luft abzutrennen, bevor diese in den vom Motorgehäuse um­ schlossenen Innenraum eintritt. Für die vom rotierenden Ven­ tilator zwangsweise erzeugte Kühlluftströmung ist ein be­ stimmter Strömungspfad vorgesehen, der u. a. durch den magne­ tisch wirksamen Ringspalt der ersten Antriebsebene führt, und schließlich zu einer oder mehreren Kühlluft-Austritts­ öffnungen führt, durch welche die angesaugte Kühlluft wieder aus dem Motorgehäuse austreten kann.

Zusätzlich zu den oben im einzelnen beschriebenen Komponen­ ten der Antriebsebene(n) und der Kühleinrichtung weist der erfindungsgemäße Motor die üblichen und bekannten Einrich­ tungen zur elektronischen Kommutierung auf, wie sie im ein­ zelnen in dem Dokument EP 01 78 380 A1 beschrieben sind. Hierzu gehört eine mit Sensoren ausgerüstete Einrichtung zur Erfassung der Winkelposition des Permanentmagnet-Rotors gegenüber den geraden hin- oder herführenden Mäanderab­ schnitten der Statoranordnung. Weiterhin ist eine Ansteuer­ elektronik vorhanden, die anhand der von der Erfassungsein­ richtung gebildeten Signale den Stromfluß durch die erste Statoranordnung der ersten (Leistungs-)-Antriebsebene so steuert, damit diese - bei motorischem Betrieb - ein den Permanentmagnet-Rotor antreibendes Magnetfeld erzeugt. Die Steuerung des Stromflusses kann vorzugsweise über eine Puls­ breitenregelung erfolgen. Eine dafür geeignete Schaltung ist beispielsweise in der U.S.-Patentschrift 43 09 675 beschrie­ ben. Die Steuerung über eine Pulsbreitenregelung erlaubt in einem weiten Bereich eine optimale Anpassung der Umdrehungs­ geschwindigkeit und des Drehmomentes an die wechselnden Betriebszustände eines Antriebsmotors in einem Kraftfahr­ zeug.

Zur Erzeugung der Permanentmagnet-Pole an dem/den Permanent­ magnet-Rotor(en) dienen vorzugsweise permanentmagnetisier­ bare Materialien hoher Koerzitivkraft. Als Magnetmaterialien kommen beispielsweise Ferrite, insbesondere Sr- oder Ba-Fer­ rite, sowie Sm/Co- oder Nd/Fe/B-Materialien sowie ausgewähl­ te Seltene Erd-Verbindungen in Betracht. Nach entsprechender vielpoliger lateraler Aufmagnetisierung lassen sich im mag­ netisch wirksamen Ringspalt magnetische Feldstärken von bis zu 1,2 Tesla und mehr erzielen. Die Ausrichtung der Polpola­ risierung im wesentlichen senkrecht auf die Rotationsachse zu bzw. radial, erlaubt die Realisierung und optimale Aus­ nutzung einer hohen Polzahl bei vergleichsweise geringem Rotorumfang.

Eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors, der für den Einsatz als einziger An­ triebsmotor in einem Personenkraftwagen vorgesehen ist, ist für eine Nennleistung von ca. 100 kW ausgelegt. Die erste Antriebsebene dieses Motors hat einen Umfang von ca. 33 cm und weist eine paarweise Anordnung von je 30 Permanentmag­ net-Pole pro Ring am Permanentmagnet-Rotor auf. Diese Per­ manentmagnet-Pole bestehen beispielsweise aus Sm/Co-Sinter­ material. Die Permanentmagnet-Pole sind an je einem Ring aus magnetisch leitendem Material abgestützt; hierfür kommt beispielsweise St 37 in Betracht, eine C-haltige Eisenle­ gierung mit hoher magnetischer Leitfähigkeit. Die mäander­ förmige Statoranordnung besteht pro Phase aus vier unabhän­ gigen Leiterbahnen mit einem Querschnitt von 1·12 mm. Mit einem solchen Motor wurde ein Anlaufmoment von 280 Nm er­ zielt. Auf Meßständen wurde ein Wirkungsgrad (unter Einbe­ ziehung der Ansteuerelektronik) von 94% gemessen (zuge­ führte U·J zur abgenommenen Leistung (Drehmoment·Dreh­ zahl)). Aufgrund der vorzugsweise vorgesehenen Pulsbreiten­ regelung (kein Chopper!) wird eine lineare Charakteristik von Drehmoment und Drehzahl an praktisch jedem Arbeitspunkt des Motors erhalten. Das höchste Anlaufmoment wird bereits beim Einschalten des Stromes erreicht.

Sofern von einem Motor der hier beschriebenen Art eine noch höhere Leistung gefordert wird, kann die Anzahl der Lei­ stungsebenen, d. h. der ersten Antriebsebenen erhöht werden. Es ist möglich, bei einem Motor der hier beschriebenen Art in einer Rotationsebene um die gemeinsame Rotationsachse herum zwei erste Antriebsebenen vorzusehen. Die hierzu er­ forderliche Anzahl ringförmiger Permanentmagnet-Anordnungen ist starr an einem gemeinsamen Rotationsträger angebracht, der starr mit der Abtriebswelle verbunden ist.

Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die letzteren zeigen:

Fig. 1 anhand einer schematischen Querschnittsdar­ stellung - parallel zur Rotationsachse - eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß aufgebauten Gleichstrommotors, der eine erste Leistungs-Antriebsebene aufweist, sowie eine zweite Antriebsebene zum Antrieb eines Venti­ lators, der innerhalb des Motorgehäuses unter­ gebracht ist;

Fig. 2 in einer Querschnittsdarstellung längs der Schnittlinie 2-2 aus Fig. 1 - schematisch und ausschnittsweise - den Feldlinienverlauf und die Leiteranordnung im Ringspalt des ersten Permanentmagnet-Rotors;

Fig. 3 anhand einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einer ersten mäanderförmigen Statoranordnung, die aus zwei getrennten Lei­ terbahnen besteht; und

Fig. 4a und 4b in Seitenansicht bzw. in Draufsicht - schematisch und ausschnittsweise - den Ven­ tilator im Motor nach Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt - schematisch und im Schnitt - einen er­ findungsgemäßen Motor. Zu den wesentlichen Komponenten dieses Motors gehören ein zweiteiliges Gehäuse 10, eine Ab­ triebswelle 20 mit einem Rotorträger 26, an dem ein erster Permanentmagnet-Rotor 30 angebracht ist, eine erste mäan­ derförmige Statoranordnung 40, sowie einen Ventilator 60, der mit Hilfe einer zweiten Antriebsebene 50 angetrieben wird. Das Motorgehäuse 10 besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte 12 und einer Deckelplatte 16, an deren Umfang einstückig eine umlaufende Seitenwand 18 angesetzt ist. Die Seitenwand 18 kann in eine umlaufende Stufe 13 am Umfang der Grundplatte 12 eingesetzt und dort mit Hilfe von Befesti­ gungsmitteln 19 festgelegt werden. Im Zentrum der Grund­ platte 12 ist eine Vertiefung ausgebildet, in welche ein Motorlager 15 eingesetzt ist. Im Zentrum der Deckelplatte 16 ist eine Bohrung ausgespart, in welche ein weiteres Motor­ lager 15′ eingesetzt ist.

Die beiden, im Abstand zueinander und miteinander fluchtend angeordneten Motorlager 15 und 15′ halten drehbar eine Ab­ triebswelle 20. Die Abtriebswelle 20 ist parallel und rota­ tionssymmetrisch zur Rotationsachse 25 des Motors angeord­ net. Ein scheibenförmiger Rotorträger 26 ist starr und fest mit der Abtriebswelle 20 verbunden. Am Außenumfang des Rotorträgers 26 ist ein im wesentlichen U-förmiges Profil 27 angebracht, an dem eine Innenstufe 28 und eine Außenstufe 29 ausgebildet sind.

In die Innenstufe 28 ist ein Innenring 34 aus magnetischem Rückschlußmaterial eingesetzt. In die Außenstufe 29 ist ein Außenring 38 aus magnetischem Rückschlußmaterial eingesetzt. An der Außenumfangsfläche des Innenringes 34 ist eine innere ringförmige Anordnung 32 aus Permanentmagneten abgestützt. An der Innenumfangsfläche des Außenringes 38 ist eine äußere ringförmige Anordnung 36 aus Permanentmagneten abgestützt. Jede ringförmige Anordnung 32, 36 kann aus einzelnen Per­ manentmagneten oder aus einem geschlossenen Ring aus Perma­ nentmagnet-Material bestehen, der entsprechend aufmagneti­ siert ist. Sämtliche Ringe 32, 34, 36 und 38 sind starr mit dem U-Profil 27 des Rotorträgers 26 verbunden, und stehen im wesentlichen vertikal von diesem ab. Die Ringe 32, 34, 36 und 38 bilden zusammen den ersten Permanentmagnet-Rotor 30. Zwischen der inneren ringförmigen Anordnung 32 und der äußeren ringförmigen Anordnung 36 ist der magnetisch aktive Ringspalt 35 ausgebildet.

An der Grundplatte 12 ist eine erste mäanderförmige Stator­ anordnung 40 abgestützt, deren gerade hinführende Mäander­ abschnitte 44 und gerade herführende Mäanderabschnitte 48 sich durch diesen Ringspalt 35 hindurch erstrecken. Die Breite des Ringspaltes 35 ist geringfügig größer als die Breite der geraden Mäanderabschnitte 44, 48, so daß eine freie Rotation des ersten Permanentmagnet-Rotors 30 gegen­ über der ersten Statoranordnung 40 gegeben ist.

Innerhalb des Motorgehäuses 10 ist eine zweite, unabhängig ansteuerbare Antriebsebene 50 ausgebildet, mit welcher ein innerhalb des Motorgehäuses untergebrachter Ventilator 60 angetrieben wird, der zur Kühlung der ersten Antriebsebene dient.

Mehr im einzelnen ist ein scheibenförmiger Ventilatorträger 64 vorhanden, der in seinem Zentrum eine Bohrung aufweist. Um diese Bohrung herum steht vom Ventilatorträger 64 ein Rohrabschnitt 65 vertikal ab, der einstückig mit dem Ven­ tilatorträger 64 verbunden ist. Der Innenumfang dieses Rohr­ abschnittes 65 kann als Gleitlager ausgebildet sein, das am Außenumfang der Abtriebswelle 20 anliegt. Alternativ kann - wie dargestellt - dieser Rohrabschnitt 65 über zwei im Ab­ stand zueinander angeordnete Ventilator-Lager 61, 61′ gegen­ über dem Außenumfang der Abtriebswelle 20 abgestützt sein. In jedem Falle ist eine freie und unabhängige Rotation des Ventilatorträgers 64 gegenüber der Abtriebswelle 20 gegeben. Benachbart zum Außenumfang des Ventilatorträgers 64 sind dort einstückig angeformte und vertikal abstehende, profi­ lierte Ventilatorflügel 68 angebracht, die bei Rotation des Ventilators 60 einen radialen Kühlluftstrom erzeugen. Ein­ zelheiten zur Anordnung und Ausbildung der Ventilatorflügel lassen sich den Fig. 4a und 4b entnehmen. Die Kühlluft wird über wenigstens eine Öffnung 14 in der Grundplatte 12 angesaugt,wird mit Hilfe des Ventilators 60 beschleunigt, strömt daraufhin durch miteinander fluchtende, in regel­ mäßigen Abständen angeordnete Bohrungen 33 im Innenring 34 und im inneren Ring 32 aus Permanentmagnet-Material in den Ringspalt 35. Dort strömt die Kühlluft durch die engen Zwi­ schenräume 45/49 zwischen benachbarten Leiterbahnen 44′, 44′′; 48′, 48′′ usw. (vgl. Fig. 2) sowie durch die größeren Zwischenräume 47 zwischen benachbarten Mäanderabschnitten 44, 48 und kühlt auf diesem Wege die Statoranordnung 40. Die Kühlluft gelangt schließlich durch Öffnungen 17 innerhalb der Deckelplatte 16 aus dem Inneren des Motorgehäuses 10 heraus in die umgebende Atmosphäre. Bei Bedarf kann die aus dem Motorgehäuse austretende erwärmte Luft zur Temperierung der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeuges verwendet werden. Vor jeder Kühlluft-Ansaugöffnung 14 kann ein Staubfilter 11 oder dergleichen angeordnet sein, um Feststoffpartikel und andere Verunreinigungen aus der Kühlluft abzutrennen, bevor diese in den Innenraum des Motorgehäuses 10 eintritt. Als Staub- oder Partikelfilter 11 können übliche Luftfilter dienen. Jede Ansaugöffnung 14 kann mit einem eigenen Partikelfilter 11 bedeckt sein, oder es ist eine ringförmige Filteranord­ nung vorgesehen, die sämtliche Ansaugöffnungen 14 abdeckt.

Der Ventilator 60 wird von einer zweiten Antriebsebene an­ getrieben, die unabhängig vom Betrieb des Motors ansteuer­ bar ist. Diese zweite Antriebsebene 50 wird aus einer zweiten Statoranordnung 52 und einem zweiten Permanent­ magnet-Rotor 55 gebildet. Die zweite Statoranordnung 52 und der zweiten Permanentmagnet-Rotor 55 sind an den vergleichs­ weise geringen Leistungsbedarf angepaßt, der zur Rotation des Ventilators 60 erforderlich ist.

Anhand der Fig. 2 wird der erste Permanentmagnet-Rotor 30 und die Verhältnisse im Ringspalt 35 näher erläutert. Der Außenring 38 und der Innenring 34 bestehen jeweils aus magnetischem Rückschlußmaterial, beispielsweise aus ST 37. Der äußere Ring 36 aus Permanentmagnet-Material ist alter­ nierend lateral aufmagnetisiert, so daß alternierend magne­ tische Nord-Pole 36′ und magnetische Süd-Pole 36′′ resultie­ ren. Entgegengesetzte Pole 36′ und 36′′ sind durch schmale neutrale Zonen 36′′′ voneinander getrennt. In gleicher Weise ist der innere Ring 32 aus Permanentmagnet-Material alter­ nierend lateral aufmagnetisiert, so daß dort abwechselnd die Nord-Pole 32′ und die Süd-Pole 32′′ resultieren. Wiederum be­ stehen zwischen entgegengesetzten Polen 32′ und 32′′ schmale neutrale Zonen 32′′′. Als Permanentmagnet-Material dient bei­ spielsweise Sm/Co-Sintermaterial.

Wie dargestellt, befindet sich gegenüber einem Nord-Pol 36′ des äußeren Permanentmagnet-Ringes 36 stets ein Süd-Pol 32′′ des inneren Permanentmagnet-Ringes 32 und umgekehrt. Inner­ halb des magnetisch aktiven Ringspaltes 35 resultiert ein homogenes Magnetfeld mit geradlinigem, im wesentlichen parallelen Feldlinienverlauf, wie das anhand der Feldlinien 37 angedeutet ist. Diese Feldlinien 37 sind über die magne­ tischen Rückschlußmaterialien 34 und 38 hinweg geschlossen, so daß innerhalb des Ringspaltes 35 ein magnetisches Feld hoher Feldstärke resultiert.

In der gewählten Ausführungsform besteht die erste mäander­ förmige Statoranordnung 40 aus zwei ineinandergesetzten mäanderförmigen Leiterbahnanordnungen 41 und 43. Jede mäanderförmige Leiterbahnanordnung 41, 43 besteht aus vier unabhängigen, elektrisch voneinander getrennten und geo­ metrisch parallel geführten Leiterbahnen. Somit besteht - an jeder mäanderförmigen Leiterbahnanordnung 41, 43 - jeder gerade hinführende Mäanderabschnitt 44 aus vier geraden Leiterabschnitten 44′, 44′′, 44′′′ und 44′′′′. In gleicher Weise besteht jeder gerade herführende Mäanderabschnitt 48 aus vier geraden Leiterabschnitten 48′, 48′′, 48′′′ und 48′′′′. Zwischen benachbarten hinführenden Leiterabschnitten, bei­ spielsweise 44′ und 44′′, sowie zwischen benachbarten her­ führenden Leiterbahnabschnitten, beispielsweise 48′ und 48′′ besteht jeweils ein ausreichender Zwischenraum 45 bzw. 49, um eine elektrische Trennung zwischen benachbarten Leiter­ bahnen zu gewährleisten. In diese Zwischenräume 45 bzw. 49 können - nicht dargestellte - kleine isolierende Abstands­ halter eingesetzt sein.

Zwischen einem geraden hinführenden Mäanderabschnitt 44 und dem geraden herführenden Mäanderabschnitt 48 einer Leiter­ bahnanordnung 41 besteht ein ausreichender Abstand, in den ein gerader Mäanderabschnitt der anderen Leiterbahnanordnung 43 eingesetzt ist. Zwischen zwei benachbarten geraden Mäan­ derabschnitten besteht ein größerer Zwischenraum 47. In diese größeren Zwischenräume 47 können - nicht darge­ stellte - große isolierende Abstandshalter eingesetzt sein, die sich über die gesamte axiale Länge des Ringspaltes 35 erstrecken. Die kleinen und großen isolierenden Abstands­ halter bestehen jeweils aus wärmebeständigem, elektrisch isolierendem und magnetisch inertem Material wie beispiels­ weise Al₂O₃.

Wie dargestellt, beträgt die Breite eines geraden hin- oder herführenden Mäanderabschnittes 44 bzw. 48 weniger als die halbe Polbreite "b" eines Permanentmagnet-Poles 32′, 32′′; 36′, 36′′.

Ersichtlich weist jeder Leiterabschnitt, beispielsweise 44′, 48′, einen rechteckigen Leiterquerschnitt auf. Der Leiter­ querschnitt hat wenigstens eine Längsseite und eine Schmal­ seite. Die Längsseite des Leiterquerschnittes ist parallel den Feldlinien 37 im magnetisch wirksamen Ringspalt 35 ausgerichtet.

Mit Bezugnahme auf Fig. 3 wird die Ausbildung einer ersten mäanderförmigen Statoranordnung 40 detaillierter erläutert. Aus Gründen einer einfacheren Darstellung ist in diesem Falle eine Statoranordnung 40 gewählt, die lediglich aus einer mäanderförmigen Leiterbahnanordnung besteht, die aus zwei Leiterbahnen 40′ und 40′′ aufgebaut ist. Die mäander­ förmige Statoranordnung 40 besteht fortlaufend aus einem geraden, hinführenden Mäanderabschnitt 44, einem oberen (inneren) Wickelkopf 42, einem geraden, herführenden Mäan­ derabschnitt 48, einem unteren (äußeren) Wickelkopf 46, er­ neut einem geraden, hinführenden Mäanderabschnitt 44 usw. Die geraden, hin- und herführenden Mäanderabschnitte 44, 48 befinden sich innerhalb des magnetisch wirksamen Ringspaltes 35. Oberhalb und unterhalb des Ringspaltes 35 sind die, die Statoranordnung 40 bildenden Leiterbahnen 40′, 40′′ seitlich bzw. radial aus einer gedachten Verlängerung des Ringspaltes 35 herausgeführt und bilden dort die Wickelköpfe 42, 46. Die Wickelköpfe 42, 46 verlaufen im wesentlichen parallel zum Ringspalt 35, jedoch - in radialer Richtung - außerhalb der gedachten Verlängerung des Ringspaltes 35. Im Bereich der Wickelköpfe 42, 46 weisen die Leiterbahnen 40′, 40′′ den gleichen Querschnitt auf wie im Bereich der geraden, hin- oder herführende Mäanderabschnitte 44, 48.

Zur Herstellung einer derartigen ersten mäanderförmigen Sta­ toranordnung 40 kann von ebenem Flachmaterial ausgegangen werden, aus welchem Bahnen der gewünschten Konfiguration ausgestanzt oder ausgeschnitten werden. Diese ebenen Bahnen werden daraufhin in einer Presse um geeignete Stempel herum verformt, um die gewünschte dreidimensionale Struktur zu bilden. Mit 1 mm starkem Kupferblech kann eine stabile, selbsttragende, mäanderförmige Statoranordnung 40 der dar­ gestellten Konfiguration erhalten werden.

Den Fig. 4a und 4b lassen sich Einzelheiten zum Aufbau des Ventilators 60 und der zweiten Antriebsebene 50 ent­ nehmen. Wie in Drauf- und Seitenansicht dargestellt, be­ steht der Ventilator 60 im wesentlichen aus einem ringför­ migen Ventilatorträger 64, der an seinem Innenumfang eine einstückig angeformte, vertikal abstehende Hülse 65 zur Aufnahme/Bildung eines Ventilatorlagers und an seinem Au­ ßenumfang einstückig angeformte, vertikal abstehende Ven­ tilatorflügel 68 aufweist. Zwischen zwei konzentrisch, vertikal abstehende Flansche 62 und 62 sind die Komponenten eines zweiten Permanentmagnet-Rotors 55 eingesetzt, welche starr und fest mit dem Ventilator 60 verbunden sind. Zu diesen Komponenten gehören ein Innenring 56 aus magneti­ schem Rückschlußmaterial, ein innerer Ring 57 aus Permanent­ magnet-Material, ein äußerer Ring 58 aus Permanentmagnet- Material und ein Außenring 59 aus magnetischem Rückschluß­ material. Die ringförmigen Permanentmagneten 57, 58 können preiswerte "Gummimagnete" (in einer Kunststoffmatrix dis­ pergiertes Pulver aus Permanentmagnet-Material) sein und sind alternierend lateral aufmagnetisiert. Es ist eine Anordnung gewählt, bei welcher je ein Plus- oder Minus-Pol 58′, 58′′ des äußeren Ringes 58 einem gleichnamigen Pol 57′, 57′′ des inneren Ringes 57 gegenübersteht. In den Ringspalt zwischen den beiden Permanentmagnet-Ringen 57, 58 ragt eine zweite Statoranordnung 52 hinein, die im vorliegenden Fall aus einem ringförmigen Eisenkern besteht, der mit einer Sta­ torwicklung versehen ist. Der Stromfluß durch die Stator­ wicklung wird von einer Regelschaltung nur dann aktiviert, wenn - nicht dargestellte - Sensoren eine Überschreitung einer vorgegebenen Motortemperatur erfaßt haben.

Claims (19)

1. Elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine, insbesondere elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, mit

• - einer Rotationsachse (25),
• - einer ersten im wesentlichen zylindrischen Antriebs­ ebene, die aus einer ersten mäanderförmigen Stator­ anordnung (40) und einem ersten Permanentmagnet- Rotor (30) gebildet ist, der eine Anzahl erste Per­ manentmagnet-Pole (32′, 32′′; 36′, 36′′) aufweist, die alternierend und im wesentlichen senkrecht zur Rota­ tionsachse (25) bzw. radial polarisiert sind,
• - einer zweiten, im wesentlichen zylindrischen An­ triebsebene (50), die aus einer zweiten Statoranord­ nung (52) und einer Anzahl zweiter Permanentmagnet- Pole gebildet ist, die alternierend und im wesentli­ chen senkrecht zur Rotationsachse (25) bzw. radial polarisiert sind,
• - wobei die beiden Antriebsebenen in einer gemeinsamen Rotationsebene um die gemeinsame Rotationsachse (25) herum ausgebildet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Permanentmagnet-Pole an einem zweiten Perma­ nentmagnet-Rotor (55) angebracht sind, der unabhängig vom ersten Permanentmagnet-Rotor um die gemeinsame Rotations­ achse (25) rotierbar ist.

2. Elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine nach An­ spruch 1,
wobei der erste Permanentmagnet-Rotor (30) einen im we­ sentlichen zylindrischen Ringspalt (35) aufweist, mit homogenem Magnetfeld mit geradlinigem, radialen Feld­ linienverlauf und ständig wechselnder Polarität, und
wobei die erste mäanderförmige Statoranordnung (40) gerade hin- oder herführende Mäanderabschnitte (44, 48) aufweist, die parallel zur Rotationsachse (25) ausge­ richtet sind und sich innerhalb des Ringspaltes (35) erstrecken, wobei jeder gerade hin- oder herführende Mäanderabschnitt aus einer Anzahl parallel angeordneter Leiterabschnitte (44′, 44′′, 44′′′, 44′′′′; 48′, 48′′, 48′′′, 48′′′′) besteht, die im wesentlichen rechteckigen Quer­ schnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leiterabschnitt (44′, 44′′, 44′′′, 44′′′′; 48′, 48′′, 48′′′, 48′′′′) innerhalb des Ringspaltes (35) derart ange­ ordnet ist, daß die längere Seite des Leiterquerschnittes parallel zum Verlauf der Feldlinien (37) ausgerichtet ist.

3. Gleichstrommaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Permanentmagnet-Rotor (30) eine Anzahl Perma­ nentmagnet-Pole (32′, 32′′; 36′, 36′′) aufweist, die im we­ sentlichen senkrecht zur Rotationsachse (25) bzw. radial polarisiert sind und in einem äußeren Ring (36) und einem inneren Ring (32) derart angeordnet sind, daß ein Ring­ spalt (35) zwischen dem äußeren Ring (36) und dem inne­ ren Ring (32) gebildet ist, in jedem Ring benachbarte Pole (36′, 36′′; 32′, 32′′) alternierend polarisiert sind und jeweils ein Nordpol (36′) oder Südpol (36′′) des äuße­ ren Ringes (36) einem entgegengesetzten Pol (32′′, 32′) des inneren Ringes (32) gegenübersteht.

4. Gleichstrommaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterquerschnitt rechteckig ist, wobei sein Seiten­ verhältnis zwischen Längsseite und Schmalseite mehr als 2:1, insbesondere mehr als 4:1 beträgt.

5. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder gerade hinführende Mäanderabschnitt (44) mit dem folgenden herführenden Mäanderabschnitt (48) über je einen Wickelkopf (42, 46) verbunden ist, der in radialer Richtung aus einer gedachten Verlängerung des Ringspaltes (35) herausgeführt ist und im wesentlichen parallel zum Ringspalt (35) außerhalb dieser gedachten Ringspalt-Ver­ längerung verläuft.

6. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste mäanderförmige Statoranordnung (40) aus zwei elektrisch getrennten mäanderförmigen Leiterbahnanordnun­ gen (41, 43) besteht, die gleichen Umfang aufweisen und derart ineinander angeordnet sind, daß in den Zwischen­ raum zwischen einem geraden hinführenden und geraden her­ führenden Mäanderabschnitt der einen mäanderförmigen Leiterbahnanordnung (41) ein gerader Mäanderabschnitt der anderen mäanderförmigen Leiterbahnanordnung (43) einge­ setzt ist.

7. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste mäanderförmige Statoranordnung (40) und/oder jede erste mäanderförmige Leiterbahnanordnung (41, 43) aus einer Anzahl Leiterbahnen (40′, 40′′) besteht, die geometrisch parallel und im Abstand zueinander geführt sind; und
in die Zwischenräume (45, 49) zwischen benachbarten Lei­ terbahnen in regelmäßigen Abständen Abstandshalter aus wärmebeständigem, elektrisch isolierendem und magnetisch inertem Material eingesetzt sind.

8. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste mäanderförmige Statoranordnung (40) eisenlos ausgeführt ist.

9. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede ringförmige Anordnung (32, 36) aus Permanentmagnet- Polen (32′, 32′′; 36′, 36′′) an der zum Ringspalt (35) abgewandten Seite an je einem weiteren Ring (34, 38) aus magnetisch leitendem Material abgestützt ist, das den magnetischen Fluß schließt.

10. Gleichstrommaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ring (32) und das angrenzende Rückschlußma­ terial (34) mit fluchtenden Öffnungen (33) versehen sind, durch die hindurch Kühlluft in den Ringspalt (35) einführbar ist, die durch die Zwischenräume (45, 49) zwischen den Leiterbahnen strömt und diese kühlt.

11. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich innerhalb eines Gehäuses (10; 12, 16) der Gleichstrommaschine ein Ventilator (60) vorhanden ist; und
der zweite Permanentmagnet-Rotor (55) diesen Ventilator (60) treibt, um Kühlluft zu erzeugen, die in den Ring­ spalt (35) am ersten Permanentmagnet-Rotor (30) ein­ führbar ist.

12. Gleichstrommaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ventilator (60) einen scheibenförmigen Ventilator­ träger (64) aufweist, der drehbar an wenigstens einem Ventilatorlager (61, 61′) angeordnet ist; und
der Ventilatorträger (64) an seinem Umfang mit einer Anzahl Ventilatorflügel (68) versehen ist, die vom Ventilatorträger (64) im wesentlichen vertikal abstehen und einen radialen Kühlluftstrom erzeugen, wenn der Ventilator (60) rotiert.

13. Gleichstrommaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gleichstrommaschine ein relativ flaches, im wesent­ lichen zylinderförmiges Gehäuse (10) aufweist mit einer runden Grundplatte (12) und mit einer runden Deckel­ platte (16), an deren Umfang eine vertikal abstehende, umlaufende Seitenwand (18) angesetzt ist;
im Zentrum der beiden Platten (12, 16) je ein Motor- Lager (15, 15′) eingesetzt und ortsfest gehalten ist;
diese beiden Motor-Lager (15, 15′) eine Abtriebswelle (20) drehbar halten, an welcher der erste Permanent­ magnet-Rotor (30) starr befestigt ist; und
am Außenumfang der Abtriebswelle (20) ein Ventilator­ lager (61, 61′) drehbar angesetzt ist.

14. Gleichstrommaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gehäuse (10) im wesentlichen geschlossen ausge­ bildet ist; und
in der Gehäuse-Grundplatte (12) wenigstens eine Öffnung (14) ausgespart ist, über welche vom rotierenden Venti­ lator (60) Kühlluft angesaugt wird.

15. Gleichstrommaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kühlluft-Ansaugöffnung (14) ein Partikelfilter (11) zugeordnet ist.

16. Gleichstrommaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Statoranordnung (52) einen ringförmigen Eisenkern aufweist, der mit einer Statorwicklung ver­ sehen ist.

17. Gleichstrommaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Permanentmagnet-Rotor (55) zwei konzentrische ringförmige Permanentmagnet-Anordnungen (57, 58) auf­ weist, die alternierend, lateral aufmagnetisiert sind; und
sich in beiden Ringen (57, 58) gleichnamige Pole gegen­ überstehen.

18. Gleichstrommaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Permanentmagnet-Rotor (55) einen Außenring (59) aus magnetischem Rückschlußmaterial, daran angren­ zend einen äußeren Ring (58) aus Permanentmagnet-Mate­ rial, sowie einen Innenring (56) aus magnetischem Rückschlußmaterial und daran angrenzend einen inneren Ring (57) aus Permanentmagnet-Material aufweist; und sämtliche Ringe (56, 57, 58, 59) starr am Ventilator­ träger (64) des Ventilators (60) angebracht sind.