WO2008092630A2 - Elektromotor, spulenelement für einen solchen motor und verfahren zum herstellen eines spulenelements - Google Patents

Abstract

Elektromotor mit Rotor (1) und Stator (2), der wenigstens ein Statorwicklungselement (21) mit Spulenelementen aufweist, wobei Rotor und Stator (1, 2) gegeneinander bewegbar und durch wenigstens einen Luftspalt (23,24) auf Abstand gehalten sind. Die Spulenelemente des Statorwicklungselementes (21) sind als Flachkörperspulen (21.1, 21.2, 21.3) ausgebildet, die Flachwicklungselemente (3, 4) aufweisen, das aus in einer Ebene nebeneinander liegenden Leitungszügen besteht, bei denen wenigstens deren Enden (33,43) wenigstens teilweise miteinander verbunden sind. Die Flachkörperspulen (21.1, 21.2, 21.3) sind nebeneinander liegend in einen Statorkunststoff körper (24) eingebettet. Ferner sind im Rotor zwei Arten von Magnetelementen (12.1, 12.2) vorhanden sind, nämlich in Radialrichtung Süd-Nordepolte und in Radiusrichtung Nord-Südgepolte, die abwechselnd in Peripherierichtung des Magnetringes angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Flachkörperspulen (21.1; 21.2) im Statorwicklungselement (21) so angeordnet ist, dass etwa 0,75 bis 1,5 Flachkörperspulen (21.1; 21.2) jeweils einem Magnetelement (12.1; 12.2) gegenüberliegen.

Description

Elektromotor und Spulenelement für einen solchen Motor

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, insbesondere Gleichstrommotor, mit einem Rotor, der wenigstens einen Magnetring mit wenigstens einem Magnetelement aufweist, und mit einem Stator, der wenigstens ein Statorwicklungs- element mit Spulenelementen aufweist, wobei Rotor und Stator gegeneinander bewegbar und durch wenigstens einen Luftspalt auf Abstand gehalten sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Spulenelement für einen solchen Motor.

Es sei angemerkt, dass ein Elektromotor und ein Generator hinsichtlich ihres Aufbaus als ähnlich und damit als Maschinen anzusehen sind, die sich nur durch ihre Betriebsform unterscheiden, so dass sich die Erfindung - mutatis mutandis - auch auf einen Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom erstreckt.

Die ersten Anwendungen eines eisenlosen Motors lieferte Michael Faraday (1791 - 1867) . Obwohl die eisenlosen Maschinen zuverlässig funktionierten und den eisenbehafteten Motoren und Generatoren in nichts nachstanden, hatte sich die Fachwelt in zwei unterschiedlich große Lager in deren Befürworter und deren Gegner aufgeteilt.

In den 80-iger Jahren des 19. Jahrhunderts wurden sehr viele Lösungsvorschläge für neue Wicklungen für die drei bekannten Prinzipien Ring-, Trommel- und Scheibenwicklungen zum Patent angemeldet. 1887 wurde in den USA von Ni- kola Tesla der erste technisch reife Drehfeldmotor entwickelt, der bei einer Leistung von 7,5kW 380kg wog.

Eisen verstärkt das Magnetfeld nicht in dem Sinne, dass es dem magnetischen Feld der Spule ein eigenes Feld hinzufügt, sondern es verkürzt nur den verlustreichen Weg der Feldlinien durch die Luft. Die magnetischen Feldlinien sind reale Energielinien, die im Verlauf in der Luft stark an Energie verlieren, je weiter sie sich von der Quelle entfernen. Eisen hat die Eigenschaft, den Fluss wesentlich besser zu leiten als das Medium Luft.

Paradox erscheint allerdings dabei, dass sogenannte Luft- spulenmaschinen nicht das vielfache Volumen oder den vielfachen Durchmesser von Eisenmaschinen gleicher Leistung besitzen. Das Gegenteil ist sogar der Fall, denn bei optimaler technischer Umsetzung der Essenz der Energieumwandlung sind Luftspulenmaschinen kleiner als Eisenmaschinen. Der Grund dafür ist, dass Luftspulenmaschinen eine höhere Effizienz haben, die z. B. in einer kleinen Bauform und in einem hohen Wirkungsgrad sichtbar wird.

Ein Motor der eingangs genannten Art ist aus deutschsprachigen Faltprospekten der MAACON GmbH, Aschauer Strasse 21, 81549 München bekannt. Es handelt sich um 3 -phasige bürstenlose Servomotoren (Torque-Motoren) für Servoappli- kationen mit hohen Anforderungen an die Dynamik bei kompakter Bauform. Die Wicklungen sind speziell für die Anwendung ausgelegt. Für bestimmte Anwendungen kommen Sonderbleche mit geringen Eisenverlusten zum Einsatz. Trotz dieser Maßnahmen ist die Fertigung aufwändig. Außerdem ist der Materialaufwand hoch. Diese Torque-Motoren sind deshalb teuer.

In dem deutschsprachigen Prospektblatt der EAAT GmbH, Annaberger Strasse 231, 0920 Chemnitz, ist ein eisenloser Linearmotor beschrieben, bei dem das Primärteil eisenlos mit Luftspulen aufgebaut ist. Dieser Linearmotor hat weder Anziehungs- noch Rastkräfte zwischen Primär- und Sekundärteil. Das Primärteil ist direkt mit der mechanischen Führung des Schlittens verbunden.

Motoren ohne Magnetfeld führende Eisenbleche sind in herkömmlicher Bauweise mit hohen Wirkungsgraden und hohen Geschwindigkeiten von den in Deutschland ansässigen Firmen Faulhaber und Maxon bekannt .

Eisenlose Motoren und Generatoren sind weiterhin aus DE- A-103 51 815 und der DE-A-103 35 688 bekannt.

Für bürstenlose Motoren gibt es Vielzahl von veröffentlichten Schutzrechten, insbesondere im Bereich von Kleinmotoren. Beispielsweise sind bürstenlose Elektromotore aus der US-B-3 988 654 bzw. der DE-A-10 2005 013 bekannt. Derartige Motore lassen sich mit einem Regelkreis betreiben. Zur Regelung wird eine Information über die Rotorla- ge benötigt. Diese Information läßt sich durch Strommessung ohne eine Lagesensorik ermitteln.

Es stellt sich die Aufgabe, einen Motor der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, dass wenigstens ein Bauteil des Elektromotors minimiert und dadurch der ganze Elektromotor im Aufbau vereinfacht wird, weiterhin sollen Stator und Rotor einfacher und effektiver herstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Elektromotor der eingangs genannten Art die Spulenelemente des Statorwicklungselements als Flachkörperspulen ausgebildet sind, die wenigstens ein Flachwicklungselement aufweisen, das aus in einer (gedachten) Ebene nebeneinander liegenden Leitungszügen besteht, bei denen wenigstens deren Enden wenigstens teilweise miteinander verbunden sind, wenigstens ein Teil der Flachkörperspulen nebeneinander liegend wenigstens mit einem Teil ihres Volumens in einen StatorkunstStoffkörper eingebettet sind und zwei Arten von Magnetelementen vorhanden sind, nämlich in Radialrichtung Süd-Nord-gepolte und in Radiusrichtung Nord-Süd-gepolte, die abwechselnd in Peripherierichtung des Magnetringes angeordnet sind.

Vorzugsweise wird eine Zuordnung gewählt, bei der ein Teil oder die Gesamtheit von Flachkörperspulen im Statorwicklungselement so angeordnet ist, dass etwa 0,75 bis 1,5 Flachkörperspulen jeweils einem Magnetelement gegenüberliegen, so dass das Verhältnis von Magnet zu Wicklung zwischen 3 : 4 bis 4: 3 beträgt. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass sich der Motor durch kompakte Bauweise, geringes Gewicht, hohen Wirkungsgrad, geringe Umweltbelastung, hohe Festigkeit, kurze Feldlinien und geschlossenen Feldlinienverlauf auszeichnet. Durch die Materialwahl ergeben sich niedrige Produktionskosten. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei geringer Leistungsaufnahme ein hohes Anfahrdrehmoment erzeugt wird. Das Entwicklungsergebnis ist beispielsweise ein Kunststoffmotor mit einem Spritzgussstator als Basisteil und einem Rotor aus MagnetCompound, der sich dadurch auszeichnet, dass Stator und Rotor ohne Eisen eine Konstruktionseinheit bilden.

Der Motor kann wahlweise ohne Sensorik mit Kommutierung oder aber auch mit Sensorik und damit für Präzisionspositionierungen betrieben werden.

Es liegt ein Motor vor, der eine Mischung aus Linear- und Torquemotor ist. Der Stator, um den der Rotor sich dreht, ist mit stehenden Wicklungen bestückt. Von Vorteil ist weiterhin, dass ein Betrieb ohne Sensor möglich ist, das heißt, dass Strommessungen zur Positionsbestimmung herangezogen werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Produktionstechnik von der herkömmlichen abweicht, das heißt keine gewickelten Spulen, keine Metallgehäuse, sondern Stanztechnik und Spritzgusstechnik grundsätzlich verwendet werden können. Außerdem machen der ringförmige Aufbau von Rotor und Stator keine speziellen Lager erforderlich.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass der Motor ohne Eisen hergestellt ist. Damit liegt ein Kunststoffmo- tor vor, der sich in Problem behafteten Bereichen, wie z. B. in Hohlräumen von Fahrzeugen einbauen lässt, in denen Feuchtigkeit, Schmutz, hohe Temperaturschwankungen und dgl . herrschen.

Der Elektromotor ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor aus einem Inneren und einem äußeren Magnetring besteht, die an einem ersten Trägerelement so gehalten sind, dass zwischen ihnen unter Belassung eines inneren und eines äußeren LuftSpaltes der Stator mit einem Statorwicklungselement angeordnet ist.

Abweichend davon ist möglich, dass der Rotor aus einem Magnetring besteht, der an einem zweiten Trägerelement so gehalten ist, dass der Magnetring unter Belassung eines inneren und eines äußeren Luftspaltes zwischen zwei Statorwicklungselementen des Stators angeordnet ist . Ein weitere Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor aus zwei Magnetringelementen besteht, die an einem Trägerelement so gehalten sind, dass sie jeweils unter Belassung eines inneren und eines äußeren Luftspaltes) zwischen vier Statorwicklungselementen des Stators angeordnet sind.

Dadurch, dass der Motor im Wesentlichen ein Hohlwellenmotor ist, ergibt sich ein weiterer Bauraum, in dem ein Getriebe oder eine Welle montiert werden kann. Der Motor kann auch Radmotor oder Scheibenmotor sein. Der Scheibenmotor kann z. B. ein Micromotor mit den Abmaßen 5x2mm als Scheibe ausgebildet sein. Die gegenüberliegenden Magnetringe sorgen für einen geraden magnetischen Feldverlauf. Außerdem werden kurze Feldlinien ermöglicht.

Die Magnetelemente können aus magnetisierbaren Stoffen bestehen, die kunstStoffgebunden geformt werden und die abwechselnd als Süd-Nord- und als Nord-Süd-gepolte Magnetelemente aufmagnetisiert werden können. Das geformte Magnetringelement ist sehr hart und spröde, so dass dessen Festigkeit darunter leidet. Deshalb wird um das Magnetringelement ein weiterer Ring aus Kunststoff geformt . Dieser Aufbau wird in einem Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt.

Der Magnetring kann aus folgenden Magnetmaterialien bestehen:

- Neodym-Eisen-Bor (NdFeB)

- Samarium-Cobalt (SmCo)

- Aluminium-Cobalt (AlNiCo)

- Strontium-Ferrit (StFe)

- Barium-Ferrit (BaFe)

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Spulenelement gemäß den Unteransprüchen 14 bis 21.

Die hiermit erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein hoher Materialfüllgrad und damit ein höherer Wirkungsgrad, eine bessere Wärmeableitung und eine höhere Festigkeit erreicht werden.

Die Flachwicklungselemente können paarweise so gegenüberliegend ausgebildet sein, dass ein Wicklungsende eines ersten Flachwicklungselements mit einem Wicklungsende eines zweiten Flachwicklungselements verbunden werden kann.

Der Wicklungsanfang eines zweiten Flachwicklungselements eines ersten Flachwicklungselement-Paars kann mit dem Wicklungsanfang eines gestürzten bzw. geknickten Flachwicklungselements eines zweiten Flachwicklungselement- Paars verbunden werden. Die Verbindung kann durch Löten, Ultraschweißen, Pressen vorgenommen werden.

Durch diese Maßnahmen werden die Herstellungsprobleme bei einer Flachwicklung gelöst, die im herkömmlichen Sinne eigentlich keine Wicklung ist. Denn aufgewickelt im herkömmlichen Sinne wird eigentlich nichts. Durch elegante Fertigungsmaßnahmen werden die Leitungszüge vom Anfang der Flachwicklung elektrisch leitend zu dessen Ende geführt . Geschickt wird das System der gestürzten Wicklung angewendet, um eine Weiterführung der Anfänge und Enden im Wesentlichen in einer Ebene zu haben.

Zwischen den Flachwicklungselementen kann wenigstens ein Isolierelement angeordnet werden. Das Isolierelement kann ein Folienelement oder ein Isolierlack sein, der durch Tauchen, Spritzen, Walzen, Drucken und/oder dgl . aufgebracht wird. Kommt eine Folie zum Einsatz, presst sich beim Zusammendrücken das dünne Folienmaterial auch in die Räume zwischen den Leitungszügen. Die Folie kann ca. 1 bis 150 μm dick sein.

Die Leitungszüge der Flachwicklungselemente können aus einem leitfähigen Material, wie z. B. Kupfer, Messing, Aluminium, Zinn, Zink, Silber, Gold, deren Gemische und Verbindungen und dgl . sein. Die Leitungszüge können eine Dicke von ca. 0,1 bis 2 , 5 mm haben.

Die Flachwicklungselement-Paare können als geometrische Konfiguration ausgebildet sein. Die geometrische Konfiguration der Flachwicklungselement -Paare kann ein Quadrat, ein Rechteck, ein Sechseck, ein Oval, eine Kreisform, ein Achteck oder ein Trapez sein.

Die für die Flachwicklungselemente verwendete Metallfolie kann vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,1 bis 2,5 mm haben. Erfordern die Einsatzbedingungen andere Dicken, sind diese anzuwenden. Zwischen die gestürzten Flachwicklungs- elemente der Flachwicklungselement-Paare sind Isolierelemente eingebracht; das Wicklungspaket ist zu einem Flach- körperspulenelement zusammen gefügt. Hierbei kann das Paket gepreßt werden, so dass auf einfache Art und Weise eine Isolation zwischen die Flachwicklungen und die Leiterzüge gebracht wird, wenn eine Folie zum Einsatz kommt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen bürstenlosen Gleichstrommotor in einer schematischen, von oben gesehenen Schnittdarstellung,

Fig. 2 einen Teilausschnitt B von Rotor und Stator eines Gleichstrommotors gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine Sternschaltung von Flachkörperspulen eines Statorwicklungselements gemäß Fig. 1 in einer schematisch dargestellten Seitenansicht,

Fig. 4 ein Doppel -Flachelement für eine Flachkörperspule gemäß Fig. 3 in einer schematisch dargestellten Draufsicht,

Fig. 5 zu einem Flachkörperspulenelement verbundene Doppel-Flachelemente in einer schematischen, perspektivischen Darstellung seitwärts von oben gesehen und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines bürstenlosen Gleichstrommotors in einer schematischen von der Seite gesehenen Schnittdarstellung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Fig. 1 mit einem Flachwicklungselement im Detail .

In Fig. 1 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor gezeigt. Er besteht aus einem Rotor 1 und einem Stator 2, die gegeneinander verdrehbar sind und durch einen oder mehrere Luftspalte 22, 23 getrennt sind.

Der Rotor 1 weist zwei nebeneinander liegende Magnetringe 11, 12 auf, die an einem Trägerelement (nicht dargestellt) angeordnet sind. Der innere Magnetring 11 schließt mit einem Innenring 14, der äußere Magnetring 12 mit einem Außenring 13 ab. Beide Magnetringe 11, 12 werden im Ein- oder Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren hergestellt, so z. B. zunächst ein Konstruktionsring aus Kunststoff - zur Erhöhung der Festigkeit auch mit eingelegtem Metall - und dann das Magnetmaterial .

Als Magnetmaterialien können zum Einsatz kommen:

- Neodym-Eisen-Bor (NdFeB)

- Samarium-Cobalt (SmCo)

- Aluminium-Cobalt (AlNiCo)

- Strontium-Ferrit (StFe)

- Barium-Ferrit (BaFe)

Ist z. B. der Magnetring 12 geformt worden, wie ihn Fig. 1 und 2 zeigen, so werden bestimmte Bereiche aufmagneti- siert, dass abwechselnd in Radialrichtung N-S-gepolte Magnetelemente 12.1, 12.2 als Permanentmagnete vorliegen. Jedes Magnetelement hat hier etwa eine 1 M -fache Länge eines Spulenelements 21.1, 21.2, die die Statorwicklungs- elemente 21 bilden.

Unter Belassung zweier Luftspalte 22, 23 liegt zwischen beiden Magnetringen 11, 12 der Stator 2 mit einem im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Statorwicklungselement 21, das aus Spulenelementen in Form von Flachkörperspulen 21.1, 21.2, 21.3, wie Fig. 1 und 2 zeigen, besteht. Die Spulenelemente sind in einen Statorkörper 24 aus Kunststoff eingebettet .

Fig. 3 zeigt eine mögliche Verschaltung der Flachkörperspulen 21.1, 21.2, 21.3 als Sternschaltung. Hierbei ist der Sternpunkt 8 heraus geführt und die U-Wicklung mit 5, die V-Wicklung mit 6 und die W-Wicklung mit 7 bezeichnet. Auch eine Dreieckschaltung ist realisierbar. Für besondere Eigenschaften können die Spulenelemente auch einzeln angesteuert werden.

Eine Flachkörperspule 21.1 besteht aus einer Vielzahl miteinander verbundener Flachwicklungselemente 3, 4, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind. Auch wenn im Folgenden Begriffe aus der herkömmlichen Spulenherstellungstechnik wie „Wicklung", „Windung", „stürzen" nicht streng fachmännisch werden müssen, können sie doch am besten den Bezug vom Bekannten zum Neuen herstellen.

So sind die Flachwicklungselemente 3, 4 eigentlich keine „Wicklungen", die „aufgewickelt" werden. Vielmehr handelt es sich hier um zwei in einer Ebene sich gegenüber liegende Vielzahl von Leiterzügen 31.1,..., 31. n, 41.1,..., 41. n, die von einem Wicklungsanfang 32, 42 beginnend beabstandet untereinander und in Rechteckform zu einem Wicklungsende 33, 43 geführt sind. Eine weitere Besonderheit ist, dass die Wicklungsenden 33, 43 zu einer Falzstelle 33/43 verbunden sind. Damit liegt ein Flach- wicklungs-Paar 3, 4 vor, das in der Draufsicht wie eine 8 aussieht. Selbstverständlich sind auch andere geometrische Formen wie ein Doppel -Sechseck oder dgl . möglich.

Um aus den Flachwicklungs-Paaren 3, 4 ein Spulenelement 21.1 herzustellen, werden, wie Fig. 5 zeigt, die Flachwicklungselemente 3, 4 so gefaltet, dass ein Flachwicklungselement 3 auf ein Flachwicklungselement 4 zu liegen kommt. Die Faltstelle 33/43 ist dabei die Drehebene oder auch Drehpunkt und kommt nach oben zu liegen. Selbstverständlich kann die Faltrichtung auch umgekehrt sein.

Sind die Flachwicklungs-Paare 3, 4 gefaltet, wird Wicklungsanfang 42 des zweiten Flachwicklungselements 4 mit dem Wicklungsanfang 32 des ersten Flachwicklungselementes 3 des nachfolgenden Flachwicklungselement-Paares verbunden. Auf diese Art und Weise werden die Leiterzüge 31.1,..., 31. n, 41.1,..., 4l.n der Flachwicklungs-Paare 3, 4 Bestandteil des jeweiligen Spulenelements und bestimmen damit die gewünschte Wicklungszahl.

Zwischen die Flachwicklungselemente 3, 4 werden obere und untere, nicht-leitende Folienelemente 34.1,..., 44.1, ..., 44. n gelegt und alles zu einem Spulenpaket zusammen gefügt. Das Zusammenfügen kann ein Pressen sein. Der Pressdruck kann entsprechend variiert werden. Unabhängig von der Art des Zusammenfügens wird durch Auswahl entsprechender Materialien ermöglicht, dass das Isoliermaterial auch in die Abstände zwischen den Leitungszügen 31.1,... , 41.1 dringt und die Flachwicklungselemente gegeneinander isoliert.

Die Motoren können in Mikrobauweise hergestellt werden. Ein Spulenpaket eines Spulenelements kann hier z. B. eine Höhe von etwa 10 bis 15 mm und eine Breite von etwa 5 bis 10 mm haben. Sie können aber auch in Makrobauweise hergestellt werden.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform 100 eines bürstenlosen Gleichstrommotors zu sehen. Der Stator weist zwei sich gegenüber liegende paarige Statorwicklungsele- mente 21 auf, die jeweils von drei Statorkörpern 24 aus Kunststoff gehalten werden. Die Statorkörper werden auf einem Basiselement aufgeformt .

Der Rotor 1 weist ein Trägerelement 115 auf, an dem ein Magnetring 11 und radial beabstandet dazu ein zweiter Magnetring 12 angeordnet sind. Diese Teile sind in einem Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt werden. Beide Magnetringe 11, 12 bewegen sich in dem durch die Statorwicklungselemente 21 begrenzten Gräben.

Dieser Motor 100 ist ein Hohlwellenmotor. In dem sich ergebenden Bauraum 26 kann ein Getriebe, eine Welle oder dgl . aufgenommen werden.

Ist es erforderlich, können in aufeinander laufenden Flächen von Rotor und Stator Russpigmente, Teflonpartikel oder dgl. eindispergiert werden. Hierdurch wird eine „wartungsfreie Schmierung" realisiert.

Der Motor lässt sich aufgrund seines Aufbaus, seines Materials und seiner Größe überall dort einsetzen, wo lange Laufzeiten ohne Zugriffsmöglichkeit gefragt sind.

Die Herstellung eines „KunstStoffmotors" , wie er in seiner Gesamtheit und in seinen Teilen anhand der Fig.l bis 6 beschrieben ist, sei im Folgenden erläutert.

I) Heranführen einer dünnen Folie aus Kupfer. Die Folie ist ca. 0,2 mm dick. II) Herausätzen von Flachwicklungselemente-Paaren, bestehend aus zwei sich gegenüber liegenden Flachwicklungselementen 3, 4, deren Wicklungsenden 33, 43 durch eine Falzstelle verbunden werden.

III) Beseitigung der Ätzfüssigkeit von den Flachwicklungselemente-Paaren. (Anstelle des Ausätzes kann auch ein Stanzen zum Einsatz kommen. In diesem Fall müssen die Metallfolienreste beseitigt werden.)

IV) Stürzen der Flachwicklungselement-Paare derart, dass die Flachwicklungselemente 3, 4 gefaltet werden und der Wicklungsanfang 42 des zweiten Flachwicklungselements 4 mit dem Wicklungsanfang 32 des ersten Flachwicklungselementes 3 des nachfolgenden Flachwicklungselement-Paares verbunden wird. Der Wicklungsanfang des zweiten Flachwicklungselements eines ersten Flachwicklungselemente- Paars wird mit dem Wicklungsanfang des gestürzten Flachwicklungselements eines zweiten Flachwicklungselemente- Paars verbunden. Die Verbindung kann durch Löten, Nieten, Ultraschweißen, Pressen vorgenommen werden.

V) Einlegen von Folienelementen 34.1,..., 34. n, 44.1,...44.n zwischen die gestürzten Flachwicklungselemente 3, 4 der Flachwicklungselemente-Paare. Die Folienelemente können ca. 5 μm dick sein.

VI) Zusammendrücken der Flachwicklungselemente und der Folienelemente als Wicklungspaket zu Flachkörperspulen- elementen 21.1, 21.2, 21.3. Das Herstellen der Flachkörperspulenelemente ist ein für sich abgeschlossener Fertigungsabschnitt.

Im weiteren Fertigungsverlauf wird dann

VII) der Kunststoffringkörper 24 geformt, in den die Flachkörperspulenelemente 21.1, 21.2, 21.3 eingespritzt werden. Der Kunststoff presst sich mit den Flachkörper- spulenelementen zusammen und sorgt für deren Zusammenhalt und Schutz. Auf diese Art und Weise werden sämtliche Statorwicklungselemente 21 und das Basiselement des Stators 2 in einem Spritzvorgang geformt.

VIII) Die Magnetringe 11, 12 und das sie haltenden Trägerelement 15 werden zum Rotor 1 gespritzt. Der geformte Magnetring ist sehr hart und spröde, so dass dessen Festigkeit darunter leidet. Deshalb wird um den Magnetring ein weiterer Ring aus Kunststoff geformt. Dieser Aufbau wird in einem Zwei -Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt. Anschließend werden die magnetisierbaren Stoffe zu Permanentmagneten aufmagnetisiert .

IX) Abschließend werden Rotor und Stator 1, 2 zum lagerlosen Kunststoffmotor zusammen gesteckt . Aufgrund der Passgenauigkeiten sind die Luftspalte 22, 23 extrem klein.

Fig. 7 zeigt schematisiert den Gleichstrommotor gemäß Fig. 1 mit Stator 2 und Rotor 1. Dem Stator 2 ist ein Flachwicklungselement 3 entnommen und vergrößert dargestellt. Die gefalteten Flachkörperspulen 21 sind zu erkennen . Durch diese Maßnahmen werden die Herstellungsprobleme mit einer Flachwicklung gelöst, die im herkömmlichen Sinne eigentlich keine Wicklung ist. Denn aufgewickelt im herkömmlichen Sinne wird eigentlich nichts. Durch die Fertigungsmaßnahmen werden die Leitungszüge vom Anfang der Flachwicklung elektrisch leitend zu dessen Ende geführt. Geschickt wird das System der gestürzten oder gefalteten Wicklung angewendet, um eine Weiterführung der Anfänge und Enden im Wesentlichen in einer Ebene zu haben.

Zwischen den Flachwicklungselementen kann wenigstens ein Isolierelement angeordnet werden. Das Isolierelement kann ein Folienelement, ein Isolierlack, durch Tauchen, Spritzen, Walzen, Drucken und/oder dgl . aufgebracht werden. Auch ein Aufdrucken im Siebdruck ist möglich. Kommt eine Folie zum Einsatz, presst sich beim Zusammendrücken das dünne Folienmaterial auch in die Räume zwischen den Leitungszügen. Die Isolierfolie kann ca. 0,05 bis 150 μm dick sein.

Die Leitungszüge der Flachwicklungselemente können aus einem leitfähigen Material, wie z. B. Kupfer, Messing, Aluminium, Zinn, Zink, Silber, Gold, deren Gemische und Verbindungen und dgl. sein. Die Leitungszüge können eine Dicke von ca. 0,05 bis 2 , 5 mm haben.

Die Flachwicklungselement-Paare können als geometrische Konfiguration ausgebildet sein. Die geometrische Konfiguration der Flachwicklungselement-Paare kann quadratisch, rechteckig, sechseckig, oval, rund, achteckig, trapezförmig oder dgl. sein.

Claims

Patentansprüche :

1. Elektromotor, insbesondere Gleichstrommotor, mit einem Rotor (1) , der wenigstens einen Magnetring (11, 12) mit wenigstens einem Magnetelement (12.1, 12.2) aufweist, und mit einem Stator (2), der wenigstens ein Statorwicklungselement (21) mit Spulenelementen aufweist, wobei Rotor und Stator (1, 2) gegeneinander bewegbar und durch wenigstens einen Luftspalt (23,24) auf Abstand gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenelemente des Statorwicklungselementes (21) als Flachkörperspulen (21.1, 21.2, 21.3) ausgebildet sind, die wenigstens ein Flachwicklungs- element (3, 4) aufweisen, das aus in einer (gedachten) Ebene nebeneinander liegenden Leitungszügen (31.1, ... 31. n; 41.1, ... 41. n) besteht, bei denen wenigstens deren Enden (33,43) wenigstens teilweise miteinander verbunden sind, dass wenigstens ein Teil der Flachkörperspulen (21.1, 21.2, 21.3) nebeneinander liegend wenigstens mit einem Teil ihres Volumens in einen Statorkunststoffkörper (24) eingebettet sind und dass zwei Arten von Magnetelementen (12.1, 12.2) vorhanden sind, nämlich in Radialrichtung Süd-Nord-gepolte und in Radialrichtung Nord-Süd- gepolte, die abwechselnd in Peripherierichtung des Magnetringes angeordnet sind.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil oder die Gesamtheit von Flach- kδrperspulen (21.1; 21.2) im Statorwicklungselement (21) so angeordnet ist, dass etwa 0,75 bis 1,5 Flachkörperspulen (21.1; 21.2) jeweils einem Magnetelement (12.1; 12.2) gegenüberliegen.

3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) aus einem Inneren und einem äußeren Magnetringes (11,12) besteht, die an einem ersten Trägerelement (115) so gehalten sind, dass zwischen ihnen unter Belassung eines inneren und eines äußeren Luftspalt des (22,23) der Standrohr (2) mit einem Statorwicklungselement (21) angeordnet ist.

4. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) aus einem Magnetring (11) besteht, der an einem zweiten Trägerelement so gehalten ist, dass der Magnetring unter Belassung eines inneren und eines äußeren Luftspaltes zwischen zwei Statorwicklungselementen (21) des Stators (2) angeordnet ist.

5. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) aus zwei Magnetringelementen (11,12) besteht, die an einem Trägerelement (115) so gehalten sind, dass sie jeweils unter Belassung eines inneren und eines äußeren LuftSpaltes (23,24) zwischen vier Statorwicklungselementen (21) des Stators (2) angeordnet sind.

6. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (21.1, 21.2) aus magnetisierten pulverförmi - gen Stoffen bestehen, die Bestandteil eines mit Kunststoff umformten Magnetringes (11,12) bilden und abwechselnd als Süd-Nord-gepolte und als Nord- Süd-gepolte Magnetelemente aufmagnetisiert sind.

7. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachwicklungselemente (3,4) sich paarweise gegenüberliegend ausgebildet sind, so dass ein Wicklungsende (33) eines ersten Flachwicklungselements bis (3) mit einem Wicklungsende

(43) eines zweiten Flachwicklungselements (4) verbunden ist.

8. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Wicklungsenden

(33,43) als Falzstellen ausgebildet sind.

9. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsanfang (33,42) im Inneren des Flachwicklungselementes (3; 4) beginnt.

10. Elektromotor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsanfang (42) des zweiten Flachwickelelements (4) eines ersten Flachwicklungselemente- Paares mit dem Wicklungsanfang (32) des gestürzten Flachwicklungselements (3) eines zweiten Flachwicklungselemente-Paars verbunden ist.

11. Elektromotor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flachwicklungselementen (3,4) wenigstens ein Isolationselement (34.1, ... 34. n; 44.1, ... 44. n) angeordnet ist.

12. Elektromotor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flachwicklungselemente-Paar (3, 4) als flächenhafte Konfiguration ausgebildet ist.

13. Elektromotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die flächenhafte Konfiguration die Form eines Quadrats, eines Rechtecks, eines Sechsecks, eines Ovals, einer Kreisform, eines Achtecks, eines Trapezes oder einer anderen polygonalen sich Form hat .

14. Spulenelement für einen Elektromotor, insbesondere Gleichstommotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenelemente des Motors als Flachkörperspulen (21.1, 21.2, 21.3) ausgebildet sind, die wenigstens ein Flachwicklungselement (3,4) aufweisen, das aus in einer (gedachten) Ebene nebeneinander liegenden Leitungszügen (31.1, ... 31. n; 41.1, ... 41.n) besteht, bei denen wenigstens deren Enden (33,43) wenigstens teilweise miteinander verbunden sind.

15. Spulenelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachwicklungselemente (3,4) sich paarweise gegenüberliegend ausgebildet sind, so dass ein Wicklungsende (33) eines ersten Flachwicklungselements bis (3) mit einem Wicklungsende (43) eines zweiten Flachwicklungselements (4) verbunden ist.

16. Spulenelement nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Wicklungsenden (33,43) als Falzstellen ausgebildet sind.

17. Spulenelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wicklungsanfang (33,42) im Inneren des Flachwicklungselementes (3; 4) beginnt.

18. Spulenelement nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 14 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsanfang (42) des zweiten Flachwickelelements (4) eines ersten Flachwicklungselemente-Paars mit dem Wicklungsanfang (32) des gestürzten Flachwicklungselements (3) eines zweiten Flachwicklungselemente-Paars verbunden ist.

19. Spulenelement nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 14 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flachwicklungselementen (3,4) wenigstens ein Isolationselement (34.1, ... 34. n; 44.1, ... 44. n) angeordnet ist.

20. Spulenelement nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 14 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flachwicklungselemente-Paar (3, 4) als flächenhafte Konfiguration ausgebildet ist.

21. Spulenelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die flächenhafte Konfiguration die Form eines Quadrats, eines Rechtecks, eines Sechsecks, eines Ovals, einer Kreisform, eines Achtecks, eines Trapezes oder einer anderen polygonalen sich Form hat.

22. Verfahren zur Herstellung eines Spulenelementes für einen Elektromotor, insbesondere Gleichstrommotor, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Heranführen einer Folie aus einem leitfähigen Material ; b) Ausformen von Flachwicklungselement-Paaren aus der Folie, wobei jedes Flachwicklungselement-Paar aus zwei sich gegenüberliegenden Flachwicklungselementen (3,4) besteht, deren Wicklungsenden (33, 43) durch eine Falzstelle verbunden werden oder verbunden bleiben, c) Stürzen der Flachwicklungselement-Paare im Bereich der Falzstelle derart, dass die Flachwicklungselemente (3,4) gefaltet werden und ein Wicklungsanfang (42) eines zweiten Flachwicklungselementes (4) mit einem Wicklungsanfang (32) eines ersten Flachwicklungs- elementes (3) eines nachfolgenden Flachwicklungselement-Paares verbunden wird bzw. verbunden ist .

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt c) ein Verfahrensschritte d) vorgenommen wird, bei dem wenigstens zwischen die gestürzten Flachwicklungs- elemente (3,4) der Flachwicklungselement -Paare I- solationselemente (34.1, ... 34. n) eingebracht werden und dass das gefaltete Wicklungspaket zu einer Flachkörperspule (21.1; 21.2, 21.3) zusammengelegt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt b) durch Ausätzen oder Laserschneiden vorgenommen wird.

25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritte b) durch Austanzen vorgenommen wird.