DE69609456T2

DE69609456T2 - Bürstenloser elektrischer Motor mit axialem Luftspalt

Info

Publication number: DE69609456T2
Application number: DE69609456T
Authority: DE
Inventors: Xin Tian Wang
Original assignee: Kollmorgen Corp
Current assignee: Kollmorgen Corp
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: EP0748031A3; GB2301948A; EP0748031A2; GB9610828D0; DE69609456D1; EP0748031B1; US5789841A; EP0952659A2; JP3254130B2; GB2301948B; EP0952659A3; JPH09191623A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft bürstenlose elektrische Motoren, und genauer solche Elektromotoren mit einer scheibenförmigen Statorwicklung.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bürstenlose Elektromotoren mit axialem Luftspalt sind bekannt. Vgl. hierzu beispielsweise US-A-4,228,384, Arnold und Geiger, mit dem Titel "Brushless DC Printed Motor". Diese Motoren weisen eine Dreiphasen-Statorwicklung auf und rotierende Permanentmagnete. Werden diese Motoren als bürstenloser Gleichstrommotor verwendet, weist die Motorstruktur vorzugsweise einen Achsenpositions-Encoder auf, um die Statorwicklungen in Übereinstimmung mit der Achsumdrehung mit Strom zu versorgen. In US-A- 4,228,384 ist die Statorwicklung praktisch gleich einer endlosen, geschlossenen Armatur- Wicklung für einen Bürstenmotor, außer, daß die endlose Wicklung an sechs Stellen aufgeschnitten ist, um sechs Spulensätze zu bilden. Die Wicklung wird mittels manuell an den aufgeschnittenen Stellen angelöteter Anschlüsse mit Strom versorgt. Derartige Motoren eignen sich nicht für die Serienproduktion mit automatischen Produktionseinrichtungen.
Diese Motoren haben auch unter einer höher als wünschenswerten Drehmoment- Welligkeit gelitten. Motoren nach US-A-4,228,384 besitzen keine sinusförmige magnetische Flußverteilung, was einen hohen Anteil an ungeraden Harmonischen und damit hohe Drehmoment-Welligkeit bewirkt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung, die eine sinusförmig verteilte Drehoment-Funktion in einem bürstenlosen Motor mit axialem Luftspalt sowie Löschen der Drehmoment-Hamonischen bewirkt und die erforderlichen Wicklungsverbindungen liefert.
Der bürstenlose Elektromotor mit axialem Luftspalt nach der Erfindung weist einen Rotor mit einer Vielzahl von Permanentmagnetpolen auf, magnetisches Material für den Rückflußpfad des Stators, eine Stator-Wicklung mit einer Vielzahl von Leiterebenen, wobei jede der genannten Leiterebenen eine Vielzahl von in der Regel radialen, flachen Leitern aufweist, von denen sich jeder zwischen einer inneren Anschlußstelle und einer äußeren Anschlußstelle erstreckt, und sich die genannten inneren Anschlußstellen am Innendurchmesser der genannten Wicklung und die genannten äußeren Anschlußstellen am Außendurchmesser der genannten Wicklung befinden, und alle inneren Anschlußstellen einer der Leiterebenen mit den inneren Anschlußstellen einer anderen Leiterebene verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl der äußeren Anschlußstellen einer der Leiterebenen mit einer Vielzahl der äußeren Anschlußstellen einer anderen Leiterebene verbunden sind, und daß eine Vielzahl der äußeren Anschlußstellen frei bleibt; einer Verbindungsebene, die im wesentlichen frei von radialen Leitern innerhalb des Feldes der genannten Permanentmagnetpole ist und zur Verbindung der freien äußeren Anschlußstellen dient, um so die Statorwicklung auszubilden und Endpunkte für diese zu schaffen; wobei Zwischenräume für Verbindungen zur genannten Verbindungsebene dadurch erreicht werden, daß am äußeren Durchmesser mehr Anschlußzwischenräume vorhanden sind, als am inneren Durchmesser benötigt werden.
In der am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Motor mittels Dreiphasen-Erregerstrom für die radialen Leiterzüge der Leiterebenen betrieben. Der Stromfluß durch die Statorwicklung erzeugt ein rotierendes magnetisches Feld, das mit dem magnetischen Feld der Permanentmagnete zusammenwirkt und so einen synchronen Wechselstrom-Motor schafft. Wirkt ein Drehmoment auf den Rotor ein, so arbeitet die Maschine als Wechselstrom-Generator. Werden zusätzlich ein Rotorpositions-Sensor und eine geeignete Steuerung vorgesehen, kann der Motor als bürstenloser Gleichstrommotor arbeiten (häufig als Wechselstrom-Servomotor bezeichnet). Die gleiche Statorkonstruktion kann auch benutzt werden, um einen Induktionsmotor herzustellen.
Eine Wicklung nach der Erfindung erfordert mindestens zwei Leiterebenen, deren Leiter in einer Wellenkonfiguration verbunden sind. Die radialen Leiterzüge, die eine Poloberfläche kreuzen, sind in drei Gruppen unterteilt, wobei jede Gruppe ungefähr 1/3 einer Poloberfläche oder 120 elektrische Grad überspannt. Eine Halbphasen-Wicklung wird durch abwechselndes Verbinden aufeinanderfolgender radialer Leiter in zwei verschiedenen Leiterebenen gebildet. Ein Paar solcher Halbphasen-Wicklungen bildet die Wicklung für eine vollständige Phase des Motors. Sechs Halbphasen-Wicklungen überdecken alle Polflächen in beiden Ebenen und bilden eine Dreiphasen-Motorwicklung, wenn sie untereinander verbunden werden. Weitere Paare von in Wellenkonfiguration miteinander ver bundenen Leiterzügen in weiteren Leiterebenen können zugefügt und in Serie geschaltet werden. Alternativ können Leiterzüge in Leiterebenen in Schleifenwicklungs-Konfiguration verbunden, hinzugefügt und in Serie verbunden werden.
Eine Dreiphasen-Motorwicklung nach der Erfindung besteht aus sechs Halbphasen- Wicklungen. Jede der Halbphasen-Wicklungen muß ein freies Paar von Endanschlußstellen aufweisen, so daß diese Wicklungen untereinander mittels der Verbindungsebene verbunden werden können. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung, die sich insbesondere für Stanzen, Ätzen und ähnliche Verfahren eignet, sind die Anschlußstellen am Innendurchmesser entsprechend der Anzahl der Spulen in den Wicklungen gleichmäßig verteilt angeordnet, während die Anschlußstellen am Außendurchmesser der Anzahl der Spulen plus sechs entsprechen. Die dichtere Anordnung der äußeren Anschlußstellen ist erforderlich, um Platz für die freien Stellen zu schaffen. Die Leiterzüge in der zusätzlichen Verbindungsfläche verbinden freie Enden der Halbphasen-Wicklungen, um so eine Dreiphasen-Motorwicklung mit einem Stromfluß in der richtigen Richtung durch jede Gruppe der radialen Leiter herzustellen. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird das Leiterzugmuster durch Fräsen hergestellt, wobei nachträglich bestimmte Leiterzüge entfernt werden, um freie Anschlußstellen für Wicklungsverbindungen herzustellen. Für einen achtpoligen Motor mit einer progressiven Wicklung werden die besten Ergebnisse mit 105, 129, 153, 177 oder 201 radialen Leiterzügen pro Ebene erzielt. Für einen retrogressiven Achtpol-Motor werden die besten Ergebnisse mit 111, 135, 159 oder 183 Leiterzügen pro Ebene erzielt.
Der Motor nach dieser Erfindung kann so gestaltet werden, daß die Drehmoment- Welligkeit praktisch vollständig eliminiert wird. Konventionelle bürstenlose Motoren verwenden in der Regel Permanentmagnet-Anordnungen für eine trapezoide Flußverteilung, die Ursache für hohe Drehmoment-Welligkeit sind. Die erfindungsgemäßen Motoren verwenden vorzugsweise Hochenergie Ne/B/Fe-Magnete, um die Abmessungen des Luftspalts so gering wie möglich zu halten und eine bevorzugte, sinusförmige Magnetfluß-Verteilung zu erzielen. Die nicht erwünschte Drehmoment-Welligkeit wird durch die ungeraden Harmonischen Verzerrungen der magnetischen Feldverteilung bewirkt. Die dritte Harmonische neigt in einer Dreiphasen-Motorkonstruktion dazu, sich aufzuheben. Es konnte entsprechend der Erfindung festgestellt werden, daß die fünfte und höhere ungerade Harmonische durch einen nominalen Spaltabstand zwischen benachbarten Magneten reduziert werden können. Ein bevorzugter Abstand von mindestens 6% zwischen benachbarten Magneten vermindert die fünfte und höhere Harmonische um wenigestens einen Faktor von zwei. Der meist bevorzugte nominale Spaltabstand zwischen Magneten beträgt etwa 10%. Die höheren ungeraden Harmonischen können darüberhinaus reduziert werden, wenn einige der Magnete so verschoben werden, daß eine ungleichmäßige Verteilung des Abstands zwischen benachbarten Magneten erzielt wird. Eine bevorzugte Anordnung in einem Achtpol- Motor besteht darin, die benachbarten Magnete eines gegenüberliegenden Paares derart zu verschieben, daß die Spaltbreite zwischen den benachbarten Magneten verringert ist. Mit beispielsweise einem nominalen Abstand von 10% werden die besten Resultate mit einer Verschiebung um 7% erzielt.

KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Abb. 1 ist ein Querschnitt durch einen bürstenlosen Motor mit axialem Luftspalt nach der Erfindung.
Abb. 2 ist eine konzeptionelle Darstellung eines erfindungsgemäßen bürstenlosen Motors mit axialem Luftspalt.
Abb. 3A zeigt ein erstes Windungssegment nach der Erfindung.
Abb. 3B zeigt ein zweites Windungssegment nach der Erfindung.
Abb. 3C zeigt eine aus den Segmenten der Abb. 3A und 3B gebildete Wicklung.
Abb. 4 zeigt eine +A Halbphasen-Wicklung entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 5 zeigt eine -A Halbphasen-Wicklung entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 6 zeigt eine komplette A-Phasen-Wicklung (+A Halbphase und -A Halbphase) entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 7 zeigt eine komplette B-Phasen-Wicklung; entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 8 zeigt eine komplette C-Phasen-Wicklung; entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 9 zeigt das Windungsmuster der Ebene 1, das entsteht, wenn die Phasenwicklungen der Abb. 6, 7 und 8 verbunden werden.
Abb. 10 zeigt eine Verbindungsebene, die geeignet ist zur Verwendung mit den verbundenen Phasen A, B und C.
Abb. 11 zeigt eine +A Halbphasen-Wicklung entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 12 zeigt eine -A Halbphasen-Wicklung entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 13 zeigt eine +B Halbphasen-Wicklung entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 14 zeigt eine -B Halbphasen-Wicklung entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 15 zeigt eine +C Halbphasen-Wicklung entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 16 zeigt eine -C Halbphasen-Wicklung entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 17 stellt eine zur Verbindung der Halbphasen-Wicklungen von Abb. 11-16 geeignete Verbindungsebene dar.
Abb. 17A ist ein Schaltdiagramm, das zeigt, wie sechs Halbphasen-Wicklungen entsprechend der Erfindung mittels der Verbindungsebene aus Abb. 17 miteinander verbunden werden können.
Abb. 18 zeigt das Wicklungsmuster, das entsteht, wenn die Phasenwicklungen der Abb. 11-16 und die Verbindungsebene von Abb. 17 untereinander verbunden werden.
Abb. 19 ist eine konzeptionelle Profilansicht eines erfindungsgemäßen Rotors.
Abb. 20A ist eine Darstellung der in einem Motor mit einer ersten erfindungsgemäßen Rotorausführung erzeugten Rück EMK.
Abb. 20B zeigt eine entsprechend Abb. 20A aufgezeichnete Kurve mit der ersten, dritten und fünften überlagerten Harmonischen.
Abb. 21A ist eine Darstellung der in einem Motor mit einer zweiten erfindungsgemäßen Rotorausführung erzeugten Rück EMK.
Abb. 21B zeigt eine entsprechend Abb. 21A aufgezeichnete Kurve mit der ersten, dritten und fünften überlagerten Harmonischen.
Abb. 22A ist eine Darstellung der in einem Motor mit einer dritten erfindungsgemäßen Rotorausführung erzeugten Rück EMK.
Abb. 22B zeigt eine entsprechend Abb. 22A aufgezeichnete Kurve mit der ersten, dritten und fünften überlagerten Harmonischen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist ein bürstenloser Motor mit axialem Luftspalt. Abb. 1 ist ein Querschnitt durch einen 8-poligen bürstenlosen Motor mit axialem Luftspalt nach der Erfindung. Der Motor weist einen Stator 12 mit einer Statorwicklung auf, der über einen oder mehrere Leiter 14 mit Strom versorgt wird, einen Rotor 16 mit Permanentmagneten 18a und 18b, und eine Welle 20. Die Statorwicklung besteht aus mehreren Leiterebenen und einer Verbindungsebene. Der von den Leitern 12 zugeführte Mehrphasenstrom fließt durch die Statorwicklung und erzeugt ein rotierendes Magnetfeld. Das rotierende Magnetfeld wirkt zusammen mi·t dem Magnetfeld der Permanentmagnete, um den Rotor und damit die an diesem befestigte Welle 20 in Umdrehung zu setzen.
Der Motor befindet sich in einem Gehäuse, das eine zylindrische Hülle 22 und die Endplatten 24a und 24b aufweist. Das Gehäuse besteht aus einem Eisenmaterial, welches die Ausstrahlung elektromagnetischer Interferenzen abschirmt. Die Endplatte 24a weist eine Durchführungsöffnung 25a für die Welle und ein Lager 26a auf. Die Endplatte 24b weist eine Durchführungsöffnung 25b für die Welle und ein Lager 26b auf. Die Endplatte 24b weist weiterhin eine Öffnung 27 für den Durchtritt der Leiter 14 zur Stromversorgung der Statorwicklung auf. Die mit einem Gewinde versehenen Bohrungen 28 und 30 nehmen die Bolzen 32 auf, die zur Befestigung der ringförmigen Rückflußplatte 46 an der Statorendplatte 24b dienen. Befestigungselemente wie Langbolzen 36 werden zum Befestigen der Endplatten am zylindrischen Motorgehäuse verwendet.
Der Rotor aus Abb. 1 weist einen Kragen 40 auf, der an der Welle befestigt ist sowie eine am Kragen 40 mit den Bolzen 42 und 44 befestigte Rückflußplatte 38. Die Rückflußplatte 38 dient als Basis zum Befestigen der Permanentmagnete und liefert einen Rückflußpfad für diese. In ähnlicher Weise liefert eine ringförmige Eisenplatte 46 einen Rückflußpfad für die Statorwicklung. Die Statorwicklung 12 ist an der Platte 46 befestigt.
Eine konzeptionelle Darstellung der Statorwicklung ist in Abb. 2 gezeigt. Dort sieht man eine Statorwicklung, die aus sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden Windungselementen besteht (wie z. B. Segment 240). Die Windungssegmente sind gleichmäßig über einen ringförmigen Bereich verteilt. Den Segmenten überlagert sind acht Kreise 210-224, die die relativen Positionen der Rotor-Magnetpole anzeigen.
Die Statorwicklung wird in Ebenen hergestellt. Jede Ebene enthält sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Windungssegmente, die mit Windungssegmenten einer anderen Ebene verbunden sind, um so die Phasenwicklung zu bilden. Die Phasenwicklungen sind unter Verwendung einer Verbindungsebene miteinander verbunden und bilden so eine vollständige Statorwicklung.
Es gibt viele Techniken, nach denen die einzelnen Leiterebenen des Stators hergestellt werden können. Hierzu gehört die der gedruckten Schaltungen mit Ätzen, Plattieren, Drucken und Druckbeschichten, gemeinsam als "Druck-Technologien" bezeichnet. Vgl. "Printed Circuits Handbook" (Clyde F. Coombs, 1967). Eine andere zum Herstellen der Leiterebenen geeignete Technik ist das Stanzen des Leitermusters aus einem Kupferblech. Die am meisten bevorzugte Technik ist die Herstellung des Leitermusters mittels stufenweisem Stanzen, bei der ein Kupferblech entsprechend schrittweise bewegt und das Metall zwischen benachbarten Leitern ausgekerbt wird. Diese Technik ist im Detail in US-A- 3,488,539 beschrieben.
In den Abb. 3A-3C ist dargestellt, wie Windungssegmente in den verschiedenen Ebenen eine Wicklungsspule bilden. Abb. 3A zeigt ein erstes Windungssegment 302, das Teil einer ersten Leiterebene ist (Ebene 1). Segment 302 weist eine innere Anschlußstelle 310 auf sowie ein inneres Leiterzugsegment 312, einen wirksamen radialen Leiterteil 314, ein äußeres Leiterzugsegment 316 und eine äußere Anschlußstelle 318. Abb. 3B zeigt ein Windungssegment 315 in einer anderen Ebene (Ebene 2) und ist ein Spiegelbild des Windungssegments aus Abb. 3A. Wie aus Abb. 3C ersichtlich, kann der äußere Anschluß von Segment 302 mit dem äußeren Anschluß von Segment 304 verbunden werden, um eine Wicklungsspule 306 zu bilden. Die Segmente 302 und 304 schließen die wirksamen radialen Leiter 314 und 315 ein und bilden die Spule 306 mit zwei radialen Leitern. In ähnlicher Weise werden die übrigen Segmente der Ebene 1 mit den Segmenten der Ebene 2 verbunden, um die Statorwicklung herzustellen.
Die in Abb. 3C dargestellte Spule ist für eine Wicklung mit Wellenkonfiguration geeignet. Das heißt, daß für ein Segment-Paar (beispielsweise Segment 302 und 304) die Winkelverschiebung zwischen dem inneren Anschluß und dem äußeren Anschluß ungefähr gleich der halben Spannweite der Spule ist. Eine Spule für eine Wicklung mit Schleifenkonfiguration kann aus Windungssegmenten ähnlich wie 302 und 304 hergestellt werden, außer daß die inneren Verbindungssegmente so angeordnet sind, daß die inneren Anschlußstellen ungefähr entsprechend den äußeren Anschlußstellen ausgerichtet sind.
Für die bevorzugte erfindungsgemäße Statorwicklung gelten folgende Bedingungen:
(1) Die die Phasenwicklungen bildenden Leiterebenen sollten physikalisch identisch sein;
(2) Die Verbindungen zwischen den Leiterebenen sollten durch eine getrennte Verbindungsebene erfolgen.
(3) Bei einer 3-Phasenwicklung sollten die Phasenwicklungen um 120 elektrische und 120 mechanische Grad relativ; gegeneinander verschoben sein.
(4) Das wirksame radiale Leiterteil jedes Segments sollte in radialer Richtung relativ zum Statormittelpunkt ausgerichtet sein.
(5) Die beiden wirksamen radialen Leiterteile einer Wicklung sollten eine Spannweite aufweisen, die etwa gleich dem Durchmesser eines Poles ist.
Eine Computer-Simulation eines 8-Pol-Motors nach der Erfindung hat gezeigt, daß die oben beschriebenen Konstruktionsmerkmale am besten mit einer bestimmten Anzahl von Segmenten pro Leiterebene erfüllt werden können. Liegt die zulässige Anzahl von Segmenten in einer Ebene zwischen 100-220, ist die Anzahl der Segmente, mit denen die Anforderungen am besten erfüllt werden, 105, 129, 153, 177 und 201 für eine progressive Wicklung und 111, 135, 159 und 183 für eine retrogressive Wicklung.
In einer beispielhaften Darstellung weist die Motorwicklung fünf Ebenen auf, bestehend aus vier Leiterebenen und einer Verbindungsebene. Die Ebenen werden nach oben gezählt. Die Ebenen 1 bis 4 enthalten die radialen Leiterzug-Segmente, die die Phasenwicklungen bilden. Die Ebene 5 ist die Verbindungsebene, die die einzelnen Phasenwicklungen miteinander verbindet. In einer Parallelwicklung (ausschließlich Wellenkonfiguration) sind die Ebenen 1 bis 4 in Wellenkonfiguration und physikalisch identisch. In einer Serienwicklung sind die Ebenen 1 und 2 in Wellen- und die Ebenen 3 und 4 in Schleifenkonfiguration. In den nachstehend beschriebenen Abbildungen sind Aufsichten dargestellt. Die Ebenen 1 und 2 sind physikalisch identisch, wobei eine der Ebenen in Bezug auf die andere invertiert ist, so daß sie, wie aus den Abbildungen ersichtlich, spiegelbildlich sind. Die Ebenen 3 und 4 sind in ähnlicher Weise relative zueinander invertiert.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist der Motor ein Dreiphasen-Motor. Die Motorwicklung besteht aus drei Halbphasenwicklungen: einer +A Halbphasenwicklung, einer +B Halbphasenwicklung, einer +C Halbphasenwicklung, einer -A Halbphasenwicklung, einer -B Halbphasenwicklung und einer -C Halbphasenwicklung. Die Gesamtzahl der Spulen im Motor ist Z und damit die Gesamtzahl der Segmente im Motor 2*Z (für zwei Leiterebenen) oder 4*Z (für vier Leiterebenen). Spulen der gleichen Halbphase sind untereinander verbunden und bilden eine Halbphasenwicklung. Die Halbphasenwicklung besteht aus PP*Zpph Spulen, wo PP die Anzahl der Polpaare ist und Zpph die Anzahl von Spulen pro Halbphase pro Pol. Da ein Motor sechs Halbphasenwicklungen aufweist, kann die vollständige Anzahl von Spulen ausgedrückt werden als Z = 6*PP*Zpph.
In der nachfolgenden Beschreibung werden zwei bevorzugte Ausführungsformen im Detail besprochen. Nach der ersten Ausführungsform (Abb. 4-10) kann die Herstellung unter Einsatz der Druck- oder Stanz-Technik erfolgen, nicht aber nach der Einkerb- Technik. Die zweite Ausführungsform (Abb. 11-18) kann nach jeder der drei zuvor genannten Techniken hergestellt werden - Drucken, Stanzen oder Einkerben. Um die Herstellung nach dem Einkerb-Verfahren zu erleichtern, müssen bei der zweiten Ausführungsform die Zwischenräume zwischen den Segmenten einer Ebene identisch sein, so daß das Leitermuster mit einem einzigen geeigneten Werkzeug hergestellt werden kann. Abstände der Verbindungen zur Verbindungsebene werden durch Entfernen ausgewählter Wicklungssegmente erzielt. Bei der ersten Ausführungsform, bei der die Abstände und die Segmente in der gesamten Wicklung nicht übereinstimmen müssen, werden die Abstände der Verbindungen zur Verbindungsebene dadurch erzielt, daß mehr Anschlußstellen am äußeren Durchmesser vorgesehen werden als am inneren Durchmesser.
Abb. 4 zeigt eine +A Halbphasenwicklung 402 für die Wicklung nach der ersten Ausführungsform. Die Permanentmagnetpole 210-214 sind überlagert über der Wicklung dargestellt. Die +A Halbphasenwicklung enthält Gruppen radialer Leiter, die ungefähr 1/3 der Magnetpolflächen überdecken, wobei jede Gruppe 5 radiale Leiter aufweist. Die Halbphasenwicklung beginnt an einer äußeren Anschlußstelle +A und erstreckt sich nach innen über den Magneten 210 bis zu einer inneren Anschlußstelle in Ebene 1. Diese innere Anschlußstelle ist mit einer inneren Anschlußstelle der Ebene 2 verbunden und die Wicklung verläuft dann auswärts über den Magneten 224 bis zu einer anderen Anschlußstelle, um so eine Wicklungsspule zu bilden. Diese äußere Anschlußstelle ist mit einer äußeren Anschlußstelle in Ebene 1 verbunden, um so die zweite Wicklungsspule zu beginnen. Die Halbphasenwicklung fährt in dieser Weise fort, um weitere Spulen zu bilden, von denen jede einen nach innen gerichteten radialen Leiter in Ebene 1 und einen nach außen gerichteten radialen Leiter in Ebene 2 aufweist. Nach fünf, den jeweiligen Magnetpol überstreichenden radialen Leitern endet die Halbphasenwicklung an einer äußeren Anschlußstelle, +A, gekennzeichnet durch den nach außen gerichteten Pfeil in Abb. 4.
Die in Abb. 5 dargestellte -A Halbphasenwicklung beginnt an einer äußeren Anschlußstelle -A. Diese Halbphasenwicklung erstreckt sich nach innen über den Magneten 210 und dann auswärts über den Magneten 212, und so fort. Die -A Halbphasenwicklung verläuft entgegen dem Uhrzeigersinn, während die +A Halbphasenwicklung im Uhrzeigersinn fortschreitet. Jeder Gruppe von +A Halbphasenleitern, die eine bestimmte Magnetpolfläche in Ebene 1 überstreichen, entspricht eine Gruppe von -A Halbphasenleitern, die die gleiche Magnetpolfläche in Ebene 2 überstreichen.
Werden, wie in Abb. 6 dargestellt, die +A Halbphasen- und die -A Halbphasenwicklungen miteinander verbunden, wie in der unterbrochenen Linie gezeigt, fließt der Strom in beiden Ebenen 1 und 2 in der gleichen Richtung in Bezug auf einen Magnetpol. Die Kombination von +A und -A Halbphasenwicklungen wird als A-Phasenwicklung bezeichnet.
Wicklungsmuster ähnlich dem von Abb. 6 werden auch für die +B, -B, +C und -C Halbphasen gebildet, wie in den Abb. 7 und 8 dargestellt, wobei Abb. 7 die resultierende B- Phasenwicklung und Abb. 8 die entsprechende C-Phasenwicklung illustriert. Allerdings sind die B- und C-Phasenwicklungen um 1/3 des Polabstandes im Bezug auf die A- Phasenwicklung sowie untereinander verschoben.
Abb. 9 zeigt das Muster der Ebene 1, das sich ergibt, wenn die Wicklungen der Abb. 6, 7 und 8 miteinander verbunden werden. Ein ähnliches Muster wird in Ebene 2 gebildet und die beiden Ebenen zusammen bilden die sechs Halbphasenwicklungen. Die Halbphasenwicklungen werden mittels einer Verbindungsebene verbunden, wie in Abb. 10 gezeigt. Die Verbindungsebene weist 12 Anschlußstellen 1002-1024 auf. Die -A Halbphasenwicklung ist zwischen den Anschlußstellen 1002 und 1004 angekoppelt. Die +A Halbphasenwicklung ist zwischen den Anschlußstellen 1006 und 1008 angekoppelt, wobei Anschlußstelle 1008 Teil des gemeinsamen Mittelpunktes einer Dreiphasen-Dreiecks-Konfiguration ist. Auf diese Weise besteht der A-Phasenzweig des Dreiecks aus einer in Serie verbundenen -A Halbphasenwicklung und +A Halbphasenwicklung mit Anschluß 1008 als gemeinsamer Verbindung. Die B- und C-Phasenwicklungen sind in gleicher Weise verbunden. Die -B Halbphasenwicklung befindet sich zwischen den Anschlüssen 1010 und 1012, und die +B Halbphasenwicklung zwischen den Anschlüssen 1014 und 1016. Die -C Halbphasenwicklung befindet sich zwischen den Anschlüssen 1018 und 1020, und die +C Halbphasenwicklung zwischen den Anschlüssen 1022 und 1024.
Die beiden oben beschriebenen Leiterebenen und die Verbindungsebene aus Abb. 10 bilden einen Zweiebenen-Stator für den Motor nach der Erfindung. Durch paralleles Hinzufügen von zwei weiteren Leiterebenen zu den oben beschriebenen kann eine Vierebenen- Statorwicklung hergestellt werden. Da die Spulen parallel miteinander verbunden sind, reicht die in Abb. 10 dargestellte Verbindungsebene, um die erforderliche Dreiecks-Konfiguration zu bilden.
Wie oben erwähnt, erleichtert die zweite Ausführungsform nach der Erfindung die Herstellung mittels Einkerb-Technik. Für diese Darstellung besteht die Statorwicklung aus einzelnen Ebenen, von denen jede zunächst 129 in gleichmäßigem Abstand verteilte Leitersegmente aufweist.
Abb. 11 stellt eine A+ Halbphasenwicklung 1102 dar. Die Halbphasenwicklung weist Gruppen radialer Leiter auf, die sich ungefähr über 1/3 jeder der Magnetpolflächen erstrecken. Die Halbphasenwicklung beginnt an einer äußeren Anschlußstelle, A+IN (Ebene 2, Anschlußstelle 0) und erstreckt sich nach innen fortschreitend über die Magnetpolfläche 210 zu einer inneren Anschlußstelle in Ebene 2. Diese innere Anschlußstelle ist mit einer inneren Anschlußstelle in Ebene 1 verbunden, und die Wicklung setzt sich nach außen fort über die Magnetpolfläche 212 zu einer äußeren Anschlußstelle, um so die erste Wicklungsspule auszubilden. Diese äußere Anschlußstelle in Ebene 1 wird dann mit einer äußeren Anschlußstelle der Ebene 2 verbunden, um die zweite Wicklungsspule zu beginnen. Die Halbphasenwicklung fährt in dieser Weise fort, um weitere Spulen zu bilden, von denen jede einen nach innen gerichteten radialen Leiter in Ebene 2 und einen nach außen gerichteten radialen Leiter in Ebene 1 aufweist. Nach fünf, den jeweiligen Magnetpol überstreichenden radialen Leitern führt die Halbphasenwicklung nach außen über den radialen Leiter, gekennzeichnet durch die Anschlußstelle 124, Ebene 2, und endet an einer äußeren Anschlußstelle, bezeichnet als A+OUT.
Die in Abb. 12 dargestellte A- Halbphasenwicklung beginnt an einer äußeren Anschlußstelle -A (Ebene 1, Anschlußposition 11). Diese Halbphasenwicklung erstreckt sich nach innen über den Magneten 210 und dann auswärts über den Magneten 224, und so fort. Die A- Halbphasenwicklung verläuft entgegen dem Uhrzeigersinn, während die A+ Halbphasenwicklung im Uhrzeigersinn fortschreitet. Jeder Gruppe von A+ Halbphasenleitern, die eine bestimmte Magnetpolfläche in Ebene 2 überstreicht, entspricht eine Gruppe von A- Halbphasenleitern, die die gleiche Magnetpolfläche in Ebene 1 überstreicht. Wicklungsmuster ähnlich denen von Abb. 11 und 12 werden auch für die B+, B-, C+ und C- Halbphasenwicklungen gebildet, wie in den Abb. 13, 14, 15 und 16 dargestellt.
Die A+, A-, B+, B-, C+ und C- Halbphasenwicklungen der Abb. 11 bis 16 sind über eine Verbindungsebene miteinander in einer Dreiphasen-Dreiecks-Konfiguration verbunden, wie in Abb. 17 gezeigt. Die Verbindungsebene weist 12 Anschlußstellen 1702-1724 auf. Die A+ Halbphasenwicklung ist zwischen den Anschlußstellen 1702 und 1704 angekoppelt. Die A- Halbphasenwicklung ist zwischen den Anschlußstellen 1706 und 1708 (der gemeinsamen Dreiecks-Anschlußstelle) angekoppelt. Auf diese Weise sind, wie in Abb. 17A gezeigt, die A+ und A- Halbphasenwicklungen in Serie verbunden, um die A-Phasenwicklung auszubilden. Die B- und C-Phasenwicklungen sind in ähnlicher Weise verbunden. Die B+ Halbphasenwicklung befindet sich zwischen den Anschlüssen 1710 und 1712, und die B- Halbphasenwicklung zwischen den Anschlüssen 1714 und 1716. Die C+ Halbphasenwicklung befindet sich zwischen den Anschlüssen 1718 und 1720, und die C- Halbphasenwicklung zwischen den Anschlüssen 1722 und 1724.
Abb. 18 zeigt das Muster der obersten Leiterebene (Ebene 1), das sich ergibt, wenn die Wicklungen der Abb. 11-16 miteinander verbunden werden. Das Leitermuster liegt über der in Abb. 17 dargestellten Verbindungsebene. Das in Abb. 18 gezeigte Leitermuster weist 123 äußere und 6 freie Anschlußstellen auf. Die freien Anschlußstellen der oberen Ebene werden dazu benutzt, um die Anschlußstellen der unteren Leiterebene (Ebene 2) mit den Anschlüssen der Verbindungsebene (im Uhrzeigersinn von 0) 1704, 1714, 1712, 1722, 1720 und 1706 zu verbinden. Die in Abb. 18 dargestellte obere Leiterebene kann nach der Einkerb-Technik hergestellt werden. Dabei werden gleichmäßig verteilt 129 Leiterzugsegmente aus einem Kupferblech ausgekerbt. Anschließend wird durch selektives Entfernen von sechs Segmenten an den Anschlußpositionen 11, 38, 54, 81, 97 und 124 Platz zum Verbinden der oberen Leiterebene mit der Verbindungsebene geschaffen. In gleicher Weise werden Segmente an den Anschlußpositionen 11, 38, 54, 81, 97 und 124 der unteren Leiterebene (Ebene 2) entfernt, um Platz zum Verbinder der Anschlußstellen der unteren Leiterebene mit der Verbindungsebene zu schaffen.
Die beiden oben beschriebenen Leiterebenen und die Verbindungsebene von Abb. 17 bilden einen Zweiebenen-Stator für den Motor nach der Erfindung. Durch paralleles Hinzufügen von zwei weiteren Leiterebenen zu den oben beschriebenen kann eine Vierebenen- Statorwicklung hergestellt werden. Da die Spulen parallel miteinander verbunden sind, reicht die in Abb. 17 dargestellte Verbindungsebene, um die erforderliche Dreiecks-Konfiguration zu bilden.
Ein nach den Vorgaben der Erfindung hergestellter Motor kann so ausgeführt werden, daß die Drehmoment-Welligkeit praktisch vollständig eliminiert wird. Bevor beschrieben wird, wie mit dem Motor die Drehmoment-Welligkeit eliminiert werden kann, folgt eine mathematische Analyse der Drehmoment-Welligkeit.
Die Gleichung für das Drehmoment als Funktion der Zeit kann lauten:
Tq(t) = P(t)/ω(t)
Zur Vereinfachung wird im Bezug auf ω(t) normalisiert und ω(t) = 1 gesetzt
Tq(t) = P(t)
Danach ist für diese Analyse Energie ebenso eine Funktion der Zeit wie das Drehmoment.
Für einen Dreiphasen-Motor kann die elektromagnetische Kraft in der folgenden Gleichung ausgedrückt werden:
P(t) = ea(t) · ia(t) + eb(t). ib(t) + ec(t). ic(t)
In dieser Gleichung ist ea(t) die Rück EMK von Phase A
ia(t) der Strom von Phase A
eb(t) die Rück EMK von Phase B
ib(t) der Strom von Phase B
ec(t) die Rück EMK von Phase C
ic(t) der Strom von Phase C
Wenn der Motorantrieb die folgenden Ströme liefen::
ia(t) = sin (ωt)
ib(t) = sin (ωt - 120º)
ic(t) = sin (ωt - 240º)
und der Motor so konstruiert ist, daß er die folgenden Dreiphasen Rück EMK hat:
ea(t) = sin (ωt)
eb(t) = sin (ωt - 120º)
ec(t) = sin (ωt - 240º)
dann kann die Gleichung für das Drehmoment (Leistung) wie folgt lauten:
Tq(t) = P(t) = sin(ωt) sin(ωt) + sin(ωt-120º) sin(ωt-120º) sin(ωt-120º) + sin(ωt-240º) sin(ωt-240º) = sin²(ωt) + sin²(ωt-120º) + sin²(ωt-240º)
An diesem Punkt kann die trigonometrische Identität angewandt werden:
sin²(α) + sin²(α-120º) + sin²(α-240º) = 3/2
um zur Gleichung
Tq(t) = P(t) = 3/2
zu gelangen.
Auf diese Weise ist bei sinusförmigen Erregerströmen und Rück EMKs das Drehmoment für jeden beliebigen Wert von t konstant. Das heißt, das Drehmoment weist keine Welligkeit auf. Es wird angenommen, daß sinusförmige oder annähernd sinusförmige Erregerströme vom Motorantrieb geliefert werden können. In diesem Fall ist die Drehmoment-Welligkeit direkt proportional der Abweichung der Rück EMK von der reinen Sinusschwingung. Um die Drehmoment-Welligkeit zu analysieren, ist es daher ausreichend, festzustellen, in welchem Ausmaß die Rück EMK von der reinen Sinusschwingung abweicht.
Für einen Dreiphasen-Motor mit identischen Phasenwicklungen A, B und C reicht die Analyse der Rück EMK einer der Wicklungen aus, um die Werte aller drei zu bestimmen. Zusätzlich ist festzustellen, daß eine Wicklung eine Serienschaltung mehrerer Spulen ist. Daraus folgt, daß die Drehmoment-Welligkeit eines Dreiphasen-Motors nach der Erfindung in der folgenden Gleichung ausgedrückt werden kann:
ea(t) = ecoil1(t) + ecoil2(t) +.... = Σ ecoili(t)
Da es der Leiterabschnitt (Segment) jedes Leiters ist, der zur Rück EMK beiträgt, kann die o. a. Gleichung auch wie folgt lauten:
ecoili(t) = esegi1(t) + esegi2(t) + ... = Σ esegij(t)
Dann ergibt sich
ea(t) = Σ ecoili(t) ΣΣ esegij(t) = Σ esek(t)
worin k für alle Segmente der Wicklung A steht. Daraus ergibt sich, daß die Rück EMK eine lineare Kombination der Rück EMKs der Leiter ist.
Für einen Leiter, der sich durch ein Magnetfeld bewegt, wird die Höhe der entstehenden Spannung, E, wie folgt dargestellt:
E = BLV
worin B für die Dichte des magnetischen Flusses steht, L für die Länge des Leiters und V für dessen Geschwindigkeit. Im vorliegenden Fall ist für ein bestimmtes Leitersegment E (die Rück EMK) eine Funktion der Zeit, und L (die tatsächliche Länge des Leiters - der Teil, der unter einem Magnetpol liegt) eine Funktion von Zeit und der Ausgangsposition des Rotors. Deshalb wird die obenstehende Gleichung zu
esegk(t) = BL (θko't)V(t)
worin θko' für die Ausgangsposition des Segments relativ zum Rotor steht. Angenommen, die Geschwindigkeit ist konstant und in Bezug auf diese normalisiert, so ergibt sich
esegk(t) = BL (θko't)
Eine andere Möglichkeit, dieses Verhältnis auszudrücken, ist wie folgt:
esegk(t) = BL (θk)
worin θk die relative Position des Leitersegments und des Rotors bezeichnet. Dreht sich der Rotor mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ω, ist θk = θko + ωt, und die Rück EMK für ein Segment kann wie folgt ausgedrückt werden:
esegk(t) = BL (θko + ωt)
Auf diese Weise kann, um eine grafische Darstellung der Rück EMK-Wellenform eines Segments zu erhalten, BL als eine Funktion der Rotorposition (BL vs. θk) dargestellt werden. Weiterhin ist eine lineare Kombination reiner Sinuswellen einer gegebenen Frequenz eine Sinuswelle eben dieser Frequenz, weshalb, wenn die Rück EMK-Wellenform eines Segments rein sinusförmig ist, auch die Wellenform der Rück EMK der Phasenwicklung rein sinusförmig ist. Wie oben erwähnt, folgt daraus, daß die Drehmoment-Welligkeitscharakteristik eines Motors umso besser ist, je mehr die Rück EMK einer Sinuswelle entspricht.
In einer Computer-Simulation eines Motors nach der Erfindung wurden die grafischen Darstellungen von BL vs. θk Charakteristiken des Motors hergestellt. Bei dem Rotor handelte es sich um einen solchen mit 4 Polpaaren und acht Polen (1902-1924), wie in Abb. 19 dargestellt. Jeder Pol hat einen Durchmesser Dm, und der Mittelpunkt der Pole liegt auf dem Rotor-Schloßkreis mit einem Durchmesser BCD. Jedes Polpaar ist mit 360º (elektrisch) der Rück EMF-Wellenform assoziiert. Entsprechend repräsentieren die in der Abbildung dargestellten 4 Polpaare 1440º Grad (elektrisch) der Rück EMF-Wellenform. In der folgenden Grafik von BL vs. θk variiert θk von 0º bis 720º; oder, mit anderen Worten, BL ist für die Hälfte einer gesamten Rotorumdrehung eingetragen. Da die Positionierung der Pole immer symmetrisch im Bezug auf die X-Achse ist, reichen die 720º Darstellungen aus, um die gesamte Rück EMF-Wellenform zu beschreiben.
Zwei Variable, die die geometrische Anordnung der Pole entlang des Schloßkreises bestimmen, sind in Abb. 19 dargestellt, eine für den Abstand 1902 und eine für die Verschiebung 1904. Diese Variablen sind nominell in der Simulation definiert durch die beiden folgenden Faktoren:
(1) Der Abstands- oder Spalt-Faktor, Cs, beschreibt den ursprünglichen Abstand (Spalt) zwischen den Polen, bevor eines der Polzentren verschoben wird. Der Wert für Cs wird angegeben mit: Cs = Spalt/(Spalt + Dm). In der folgenden Gleichung wird Cs in Abhängigkeit zum Poldurchmesser und Schloßkreis-Durchmesser ausgedrückt:
Dm = BCD · sin[1/Cs-22.5º]
(2) Der Magnet-Unebenheits-Faktor, Cp, beschreibt die in Abb. 19 dargestellte Verschiebung. Wie aus der Abbildung ersichtlich, werden die Zentren der Pole 1912 und 1924 näher zum Zentrum von Pol 1910 verschoben, während die Zentren der Pole 1916 und 1920 näher zum Zentrum von Pol 1918 verschöben werden. In der folgenden Gleichung wird Cp in Abhängigkeit zum Zentrum-Verschiebungswinkel ausgedrückt:
Zentrum-Verschiebungswinkel = Cp · 22.5º
Zusätzlich zu den beiden oben genannten Faktoren gibt es einen dritten Faktor, der ebenfalls in der Computer-Simulation berücksichtigt wird. Dieser dritte Faktor wird als Kurzleiter-Faktor, auch Css, bezeichnet. Die Länge eines geraden Segmentabschnitts, Ls, wird in der nachstehenden Gleichung zu Css in Bezug gesetzt:
Ls = (1-Css)22,5º
Die Motorsimulation wurde mit unterschiedlichen Werten für die drei Faktoren Cs, Cp und Css durchgeführt. Die Ergebnisse der Testläufe und die daraus gezogenen Schlüsse sind nachstehend beschrieben.
In Abb. 20A ist die BL vs. θk Kurve eines einzelnen Segments bei Cs = 0%, Cp = 0% und Css = 0% dargestellt. In Abb. 20B ist die Kurve aus Abb. 20A wiederholt (Kurve 2002) und die Harmonischen, aus denen die Kurve 2002 besteht, sind diese überlagernd dargestellt. Die Grundschwingung ist als Kurve 2004 eingezeichnet, die dritte Harmonische als Kurve 2006 und die fünfte Hamonische als Kurve 2008. Die Abb. 21A und 21A sind ähnliche grafische Darstellungen bei Cs = 6%, Cp = 0% und Css = 0%. Die Abb. 22A und 22B sind ähnliche grafische Darstellungen bei Cs = 8%, Cp = 4% und Css = 0%. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse der drei oben genannten Einzel-Segmente geht aus Tabelle I hervor, zusammen mit den Ergebnissen von Simulations-Testläufen verschiedener anderer Einzel-Segmente.
In Tabelle I ist unter B1 der Spitzenwert der Grundschwingung angegeben. Die in der Spalte B1 angegebenen Werte stellen den Spitzenwert der Grundschwingung als Prozentsatz des Spitzenwertes der Rück EMK-Wellenform dar. In ähnlicher Weise stellen die in den Spalten B3, BS und B7 angegebenen Werte den Spitzenwert der dritten, fünften und siebten Hamonischen als Prozentsatz des Spitzenwertes der entsprechenden Rück EMK- Wellenform dar.
Von besonderer Bedeutung in Tabelle I ist die Spalte B0.5. Diese bezieht sich auf eine Harmonische, die bei Magnetverschiebung auftritt. Aus Abb. 22A, in der ein solcher Fall dargestellt ist, ist ersichtlich, daß die Rück EMK-Wellenform um den 360º Punkt asymmetrisch ist. Trotzdem wiederholt sich die Wellenform alle 720º. Aus diesem Grund enthält diese Wellenform wohl eine 0.5∞ Komponente. Das bedeutet: ist der Wert der 0.5 Harmonischen bei Position X gleich K, so ist ihr Wert bei Position X + 360º gleich -K und die beiden Werte heben sich gegenseitig auf. In einem Motor nach der Erfindung sind die benachbarten Spulen einer Wicklung nahezu 360º voneinander entfernt, weshalb die Harmonische sich selbst löscht. Aus diesem Grund ist, wie aus Tabelle I ersichtlich, die 0.5 Harmonische ohne Bedeutung bei dem Versuch, die Drehmoment-Welligkeit zu reduzieren.
Es soll weiterhin festgehalten werden, daß sich in einem Dreiphasen-Motor die dritte Rück EMK-Harmonische effektiv selbst löscht. Entsprechend ist für die Reduzierung der Drehmoment-Welligkeit die Reduzierung der fünften und der siebten Rück EMK-Harmonischen von besonderer Bedeutung. TABELLE I
Layer = Ebene Conductors = Leiter Lag angle = Verschiebungswinkel TABELLE I (Forts.)
Tabelle II enthält die Werte der Rück EMK-Harmonischen, wie sie von einer A- Phasenwicklung (Z = 129), hergestellt nach der Erfindung, erzeugt werden. Jeder Eintrag in der Tabelle betrifft eine andere Kombination von Cs, Cp und Css und sie enthält auch, zusätzlich zu den Werten der Rück EMK, die Maxima, Minima und Spitzenwert zu Spitzenwert Beträge der Motor-Welligkeit der jeweiligen Cs, Cp und Css Kombination. Wie aus Tabelle 11 ersichtlich, ist eine nominale Spaltbreite von mindestens 6% (Abstands- Faktor, Cs = 6%) zwischen benachbarten Polen am besten geeignet und reduziert die fünfte und jede höhere Harmonische um mindestens einen Faktor von 2. Die am meisten bevorzugte nominale Spaltbreite zwischen den Polen liegt bei annähernd 10%. Die höheren ungeraden Harmonischen können durch Verschieben einiger Pole weiter reduziert werden, wodurch ungleichmäßige Spaltbreiten zwischen benachbarten Polen entstehen. Eine vorzugsweise Ausführung eines 8-Pol-Motors besteht darin, benachbarte Pole eines gegenüberliegenden Polpaares so zu verschieben, daß der Spalt zwischen benachbarten Polen verringert wird. So werden bei einer nominalen Spaltbreite von ungefähr 10% optimale Ergebnisse bei einer Verschiebung um ungefähr 7% erzielt (Magnet-Unebenheits-Faktor Cp = 7%). TABELLE II TABELLE II (Forts.)
ripple up = Welligkeit aufwärts ripple down = Welligkeit abwärts
ripple p-p = ripple peak to peak = Welligkeit von; Spitzenwert zu Spitzenwert
Das oben beschriebene Versetzen und Verschieben der Pole hat eine Reduzierung der Rück EMK der Wicklung zur Folge, was wiederum eine Reduzierung der Motor-Welligkeit bewirkt. Danach ist ein Spaltfaktor von 6-11% und ein Magnet-Unebenheits-Faktor von ungefähr 7% für die bevorzugte Ausführungsform besonders geeignet.

Claims

1. Ein bürstenloser elektrischer Motor mit axialem Luftspalt bestehend aus

einem Rotor (16) mit einer Vielzahl von Permanentmagnetpolen (18a, 18b);

magnetischem Material für den Rückflußpfad des Stators;

einer Stator-Wicklung (12) mit einer Vielzahl von Leiterebenen, wobei jede der genannten Leiterebenen eine Vielzahl von in der Regel radialen, flachen Leitern (14) aufweist, von denen sich jeder zwischen einer inneren Anschlußstelle (310) und einer äußeren Anschlußstelle (318) erstreckt, und sich die genannten inneren Anschlußstellen am Innendurchmesser der genannten Wicklung (12) und die genannten äußeren Anschlußstellen am Außendurchmesser der genannten Wicklung (12) befinden, und alle der inneren Anschlußstellen einer der Leiterebenen mit den inneren Anschlußstellen einer anderen Leiterebene verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl der äußeren Anschlußstellen einer der Leiterebenen mit einer Vielzahl der äußeren Anschlußstellen einer anderen Leiterebene verbunden sind, und daß eine Vielzahl der äußeren Anschlußstellen frei bleibt;

einer Verbindungsebene, die im wesentlichen frei von radialen Leitern innerhalb des Feldes der genannten Permanentmagnetpole (18a, 18b) ist und zur Verbindung der freien äußeren Anschlußstellen dient, um so die Statorwicklung auszubilden und Endpunkte für diese zu schaffen;

wobei Zwischenräume für Verbindungen zur genannten Verbindungsebene dadurch erreicht werden, daß am äußeren Durchmesser mehr Anschlußzwischenräume vorhanden sind, als am inneren Durchmesser benötigt werden.

2. Der bürstenlose elektrische Motor mit axialem Luftspalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine größere Anzahl äußerer Anschlußstellen dadurch geschaffen wird, daß eine größere Anzahl Positionen für äußere Anschlußstellen vorgesehen ist als für innere Anschlußstellen.

3. Der bürstenlose elektrische Motor mit axialem Luftspalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl freier Anschlußzwischenräume dadurch geschaffen wird, daß einzelne ausgewählte radiale, flache Leiter (14) in den genannten Leiterebenen entfernt werden.

4. Der bürstenlose elektrische Motor mit axialem Luftspalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator vier Leiterebenen aufweist.

5. Der bürstenlose elektrische Motor mit axialem Luftspalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die in der Regel radialen, flachen Leiter (14) von zwei der genannten Leiterebenen in einer Wellenkonfiguration miteinander verbunden sind.

6. Der bürstenlose elektrische Motor mit axialem Luftspalt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die in der Regel radialen, flachen Leiter (14) von zwei der genannten Leiterebenen in einer Schleifenkonfiguration miteinander verbunden sind.

7. Der bürstenlose elektrische Motor mit axialem Luftspalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freien äußeren Anschlußstellen über die Verbindungsebene so untereinander verbunden sind, daß sie eine Dreiphasen-Wicklung bilden.

8. Der bürstenlose elektrische Motor mit axialem Luftspalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwölf freie äußere Anschlußstellen aufweist, die über die Verbindungsebene so untereinander verbunden sind, daß sie eine Dreiphasen-Wicklung bilden.

9. Der bürstenlose elektrische Motor mit axialem Luftspalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Rotor (16) acht Pole aufweist, die Wicklungskonfiguration fortschreitend ist, und die Anzahl der radialen Leiter (14) pro Leiterebene 105, 129, 153, 177 oder 201 beträgt.

10. Der bürstenlose elektrische Motor mit axialem Luftspalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Rotor (16) acht Pole aufweist, die Wicklungskonfiguration rückschreitend ist, und die Anzahl der radialen Leiter (14) pro Leiterebene 105, 129, 153, 177 oder 201 beträgt.

11. Der bürstenlose elektrische Motor mit axialem Luftspalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der in der Regel radialen, flachen Leiter (14) ein radiales Segment und Bogensegmente aufweist, über die das radiale Segment mit den inneren und äußeren Anschlußstellen verbunden wird.

12. Der bürstenlose elektrische Motor mit axialem Luftspalt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Leiterebenen inkremental gestanzte Muster sind, bei denen alle in der Regel radialen, flachen Leiter (14) einer Leiterebene die gleiche Konfiguration aufweisen und zwei der Ebenen spiegelbildlich im fertigen Motor angeordnet sind.