WO2021170272A1

WO2021170272A1 - Elektromotor

Info

Publication number: WO2021170272A1
Application number: PCT/EP2020/084626
Authority: WO
Inventors: Karl KUMPITSCH
Original assignee: Almak Vertrieb Gmbh
Priority date: 2020-02-24
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2021-09-02
Also published as: EP4111579A1

Abstract

Es wird ein Elektromotor (1) vorgeschlagen, umfassend einen ersten Teil (2) und einen, relativ zum ersten Teil (2) drehbar gelagerten zweiten Teil (3), wobei der erste Teil (2) und der zweite Teil (3) zusammen einen Stator und einen Rotor des Elektromotors (1) ausbilden, wobei der erste Teil (2) einen umlaufenden ersten Bereich (4) mit wenigstens einem ersten Polsektor (5) aufweist, wobei der zweite Teil (3) einen umlaufenden, und mit dem ersten Bereich (4) zusammenwirkenden zweiten Bereich (6) aufweist, wobei der zweite Bereich (6) wenigstens einen ersten Elektromagneten (7) und wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektor (8) aufweist, wobei der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor (8) beim Zusammenwirken mit dem wenigstens einen ersten Polsektor(5) aufgrund eines Magnetfeldes des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektor (8) eine vom Anfang des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektors (8) zu dem Ende des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektors (8) im Wesentlichen konstante tangentiale Kraft in einer ersten Drehrichtung (9) auf den wenigstens einen ersten Polsektor (5) ausübt, wobei der wenigstens eine erste Elektromagnet (7) ausgebildet ist, den wenigstens einen ersten Polsektor (5) von dem Ende des ersten Permanentmagnetsektors (8) zu einem Anfang des nachfolgenden ersten Permanentmagnetsektors (8) zu bewegen.

Description

Elektromotor

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor gemäß dem Patentanspruch 1 .

Es sind Elektromoren für niedrige Drehzahlen aber hohe Drehmomente, sogenannte Langsamläufer, bekannt, beispielsweise Torquemotoren oder Transversalflussmaschinen. Sie sind auf hohe Drehmomente bei geringen Drehgeschwindigkeiten ausgelegt und nützen magnetische Kräfte in sehr kleinen Winkelschritten.

Nachteilig daran ist, dass diese Elektromotoren eine geringe Effizienz aufweisen, wartungsintensiv und teuer sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Elektromotor der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, mit welchem eine hohe Effizienz für Einsätze im konstanten Drehzahlbereich, eine wartungsfreundliche und robuste Technik bei einer großen Laufruhe, sowie Material- und Energieeinsparungen ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein einfach ausgebildeter Elektromotor mit hoher Effizienz und Laufruhe in einem konstanten Drehzahlbereich ermöglicht wird. Hierbei bildet der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor einen Bereich aus, in welchem der wenigstens eine erste Polsektor stetig in die erste Drehrichtung angetrieben wird, bis der erste Polsektor das Ende des jeweiligen Permanentmagnetsektors erreicht hat. Der erste Permanentmagnetsektor bildet hierbei gemeinsam mit dem ersten Polsektor ein magnetisches Potenzialgefälle aus, welches eine tangentiale und im Wesentlichen gleichbleibende Kraft auf den jeweiligen ersten Polsektor ausübt. Sobald der erste Polsektor das Ende des jeweiligen ersten Permanentmagnetsektors erreicht hat, läuft der erste Polsektor in den Sektor mit dem ersten Elektromagneten ein, und wird durch ein Betätigen des ersten Elektromagneten in den Anfang des folgenden ersten Permanentmagnetsektors bewegt, wodurch der ersten Polsektor wieder durch diesen ersten Permanentmagnetsektor in die erste Drehrichtung bewegt wird. Der erste Elektromagnet hat dabei im Wesentlichen die Aufgabe, den ersten Polsektor in einem Bereich mit dem geringsten magnetischen Potential in einen Bereich mit dem höchsten magnetischen Potenzial zu heben, wobei das magnetische Potenzial im ersten Permanentmagnetsektor im Wesentlichen stetig abnimmt. Dadurch ist nur eine geringe Anzahl an Elektromagneten erforderlich, da ein Großteil der Beschleunigung im Permanentmagnetsektor erfolgt.

Die Unteransprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Ausdrücklich wird hiermit auf den Wortlaut der Patentansprüche Bezug genommen, wodurch die Patentansprüche an dieser Stelle durch Bezugnahme in die Beschreibung eingefügt sind und als wörtlich wiedergegeben gelten.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform des Elektromotors im Schnitt;

Fig. 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Elektromotors im Schnitt;

Fig. 3 einen Rotor der ersten bevorzugte Ausführungsform des Elektromotors als schematische Abbildung;

Fig. 4 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Spulenkörpers in einer axonometrischen Darstellung;

Fig. 5 den Stator der ersten bevorzugten Ausführungsform in einer abgewickelten Darstellung;

Fig. 6 mehrere Querschnitte der Permanentmagnete;

Fig. 7 ein Steuerungsschema für die erste bevorzugte Ausführungsform;

Fig. 8 eine Anordnung der Permanentmagnete in einer axonometrischen Darstellung für die erste Ausführungsform;

Fig. 9 einen Rotor einer dritten bevorzugte Ausführungsform des Elektromotors als schematische Abbildung; Fig. 10 einen Stator der dritten bevorzugten Ausführungsform in einer abgewickelten Darstellung;

Fig. 11 ein Steuerungsschema für die dritte bevorzugte Ausführungsform;

Fig. 12 eine Anordnung der Permanentmagnete in einer axonometrischen Darstellung für die dritte Ausführungsform;

Fig. 13 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Spulenkörpers in einer axonometrischen Darstellung;

Fig. 14 eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines Spulenkörpers mit Teilen eines Rotors in einer axonometrischen Darstellung;

Fig. 15 eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines Spulenkörpers mit zwei unterschiedlichen Ausführungsformen für einen Rotor in einer axonometrischen Darstellung;

Fig. 16 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines Spulenkörpers mit zwei weiteren unterschiedlichen Ausführungsformen für einen Rotor- Polsektor in einer axonometrischen Darstellung;

Fig. 17 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform eines Spulenkörpers mit einer dritten Ausführungsform für einen Rotor- Polsektor in einer axonometrischen Darstellung;

Fig. 18 Details einer neunten bevorzugte Ausführungsform des Elektromotors aus Fig. 33;

Fig. 19 eine zehnte bevorzugte Ausführungsform des Elektromotors im Schnitt; Fig. 20 ein Detail im Schnitt A-A aus Fig. 19;

Fig. 21 den Schnitt C-C aus Fig. 23;

Fig. 22 den Schnitt D-D auf Fig. 23;

Fig. 23 eine elfte bevorzugte Ausführungsform des Elektromotors im Schnitt. Fig. 24 und 25 axiale Flussstücke für den Permanentmagnetsektor einer fünften bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 26 Permanentmagnete und axiale Flussleitstücke für den Permanentmagnetsektor als Anordnungsbeispiel der fünften bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors;

Fig. 27 eine bevorzugte Ausführungsform eines Schwingkreises zum Antreiben der Elektromagneten;

Fig. 28 eine Anordnung von Stator und Rotor einer seschten bevorzugten Ausführungsform des Elektromotos als Schnitt quer zur Umlaufrichtung;

Fig. 29 eine siebente bevorzugte Ausführungsform des Elektromotors im Schnitt;

Fig. 30 Permanentmagnete und tangentiale Flussleitstücke für den Permanentmagnetsektor einer achten bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors;

Fig. 31 die Flussleitstücke der achten bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 32 die Flussleitstücke und Permanentmagnete der achten bevorzugten Ausführungsform in Seitenansicht;

Fig. 33 eine neunte bevorzugte Ausführungsform des Elektromotors im Schnitt;

Fig. 34 den Schnitt A-A der Fig. 33.;

Fig. 35 bis 36 Details der neunten bevorzugte Ausführungsform;

Fig. 37 bis 39 diverse bevorzugte Ausführungsformen einer Magnetkonfiguration beim Polsektor als schematische Darstellung.

Die Fig. 1 bis 39 zeigen zumindest Teile von bevorzugten Ausführungsformen eines Elektromotors 1, umfassend einen ersten Teil 2 und einen, relativ zum ersten Teil 2 drehbar gelagerten zweiten Teil 3, wobei der erste Teil 2 und der zweite Teil 3 zusammen einen Stator und einen Rotor des Elektromotors 1 ausbilden, wobei der erste Teil 2 einen umlaufenden ersten Bereich 4 mit wenigstens einem ersten Polsektor 5 aufweist, wobei der zweite Teil 3 einen umlaufenden, und mit dem ersten Bereich 4 zusammenwirkenden zweiten Bereich 6 aufweist, wobei der zweite Bereich 6 wenigstens einen ersten Elektromagneten 7 und wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektor 8 aufweist, wobei der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor 8 beim Zusammenwirken mit dem wenigstens einen ersten Polsektor 5 aufgrund eines Magnetfeldes des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektors 8 eine vom Anfang des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektors 8 zu dem Ende des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektors 8 im Wesentlichen konstante tangentiale Kraft in einer ersten Drehrichtung 9 auf den wenigstens einen ersten Polsektor 5 ausübt, wobei der wenigstens eine erste Elektromagnet 7 ausgebildet ist, den wenigstens einen ersten Polsektor 5 von dem Ende des ersten Permanentmagnetsektors 8 zu einem Anfang des nachfolgenden ersten Permanentmagnetsektors 8 zu bewegen.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein einfach ausgebildeter Elektromotor 1 mit hoher Effizienz und Laufruhe in einem konstanten Drehzahlbereich ermöglicht wird. Hierbei bildet der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor 8 einen Bereich aus, in welchem der wenigstens eine erste Polsektor 5 stetig in die erste Drehrichtung 9 angetrieben wird, bis der erste Polsektor 5 das Ende des jeweiligen Permanentmagnetsektors 8 erreicht hat. Der erste Permanentmagnetsektor 8 bildet hierbei gemeinsam mit dem ersten Polsektor 5 ein magnetisches Potenzialgefälle aus, welches eine tangentiale und im Wesentlichen gleichbleibende Kraft auf den jeweiligen ersten Polsektor 5 ausübt. Sobald der erste Polsektor 5 das Ende des jeweiligen ersten Permanentmagnetsektors 8 erreicht hat, läuft der erste Polsektor 5 in den Sektor mit dem ersten Elektromagneten 7 ein, und wird durch ein Betätigen des ersten Elektromagneten 7 in den Anfang des folgenden ersten Permanentmagnetsektors 8 bewegt, wodurch der ersten Polsektor 5 wieder durch diesen ersten Permanentmagnetsektor 8 in die erste Drehrichtung 9 bewegt wird. Der erste Elektromagnet 7 hat dabei im Wesentlichen die Aufgabe, den ersten Polsektor 5 in einem Bereich mit dem geringsten magnetischen Potenzial in einen Bereich mit dem höchsten magnetischen Potenzial zu heben, wobei das magnetischen Potenzial im ersten Permanentmagnetsektor 8 im Wesentlichen stetig abnimmt. Dadurch ist nur eine geringe Anzahl an Elektromagneten 7 erforderlich, da ein Großteil der Beschleunigung im Permanentmagnetsektor 8 erfolgt.

In den Figuren sind für eine einfache Übersichtlichkeit nicht alle Merkmale mit Bezugszeichen versehen.

Für eine einfache Übersichtlichkeit sind weiters nicht sämtliche Schnittflächen schraffiert dargestellt.

Permanentmagnete 13 und deren Magnetisierungsrichtung werden durch einen vom Südpol zum Nordpol verlaufenden Pfeil angedeutet. Sofern der Blickwinkel in einer Figur in Magnetisierungsrichtung erfolgt, wird durch die Buchstaben N bzw. S angedeutet, auf welchen Pol geblickt wird.

Der erste Teil 2 kann insbesondere der Rotor des Elektromotors 1 sein, wodurch der zweite Teil 3 der Stator des Elektromotors 1 ist.

Die Polsektoren 5 können auch als Rotorpole bezeichnet werden, sofern der erste Teil 2 als Rotor ausgebildet ist.

Die ersten Permanentmagnetsektoren 8 können auch als Stator-Sektoren bezeichnet werden, sofern der zweite Teil 3 als Stator ausgebildet ist.

Der erste Teil 2 kann insbesondere ein Innenläufer sein, also vom als Stator ausgebildeten zweiten Teil 3 umgeben sein.

Der erste Bereich 4 kann insbesondere ringförmig ausgebildet sein. Bevorzugt kann auch der zweite Bereich 5 ringförmig ausgebildet sein.

Die Anzahl der ersten Polsektoren 5 kann insbesondere gleich oder ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Elektromagneten 7 sein.

Die Anzahl der ersten Elektromagneten 7 kann bevorzugt gering sein. Die Anzahl der ersten Elektromagneten 7 kann insbesondere maximal acht, bevorzugt maximal vier, besonders bevorzugt maximal 2, betragen.

Der erste Elektromagnet 7 kann insbesondere einen Spulenkörper 21 aufweisen, um welchen oder in welchem eine erste Spulenanordnung 22 gewickelt ist. Der erste Elektromagnet 7 kann insbesondere als Spulenzahn ausgebildet sein. Durch die Bestromung der ersten Spulenanordnung 22 kann ein entsprechendes Magnetfeld erzeugt werden.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass mehrere erste Elektromagneten 7 und/oder mehrere erste Permanentmagnetsektoren 8 vorgesehen sind. Dadurch wird die Laufruhe erhöht. Denkbar ist allerdings auch eine Ausführungsform mit lediglich einem ersten Elektromagneten 7 und/oder lediglich einem ersten Permanentmagnetsektor 8.

Der zweite Bereich 3 kann besonders bevorzugt aus einer alternierenden Abfolge von ersten Permanentmagnetsektoren 8 und Elektromagneten 7 bestehen.

Der erste Bereich kann bevorzugt aus einer Abfolge von ersten Polsektoren 5 bestehen, welche zueinander, insbesondere mit gleichem Abstand, beabstandet sind.

Der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor 8 ist derart ausgebildet, dass beim Zusammenwirken mit dem wenigstens einen ersten Polsektor 5 ein Drehmoment auf den ersten Polsektor 5 wirkt, welcher den ersten Polsektor 5 vom Anfang zu dem Ende des ersten Permanentmagnetsektors 8 bewegt. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass ein magnetischer Widerstand des ersten Permanentmagnetsektors 8 auf den ersten Polsektor 5 entlang der ersten Drehrichtung 9 abnimmt, wodurch eine Kraft ähnlich der Reluktanzkraft tangential auf den ersten Polsektor 5 wirkt. Der erste Permanentmagnetsektor 8 bildet daher insbesondere eine Art Reluktanzkraftgefälle für den ersten Polsektor 5 aus.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor 8 eine, den wenigstens einen ersten Polsektor 5 abstoßende, erste Zone 10 und eine, den wenigstens einen ersten Polsektor 5 anziehende, zweite Zone 11 aufweist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass in Richtung der ersten Drehrichtung 9 betrachtet zunächst die erste Zone 10 und danach die zweite Zone angeordnet ist. Dadurch kann der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor 8 doppelt so lange ausgebildet werden wie ein Permanentmagnetsektor 8 mit nur einer Magnetisierungsrichtung. Dadurch kann bei gleicher Leistung die Zahl der ersten Elektromagneten weiter verringert werden.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die erste Zone 10 geringfügig länger als die zweite Zone 11 ist. Dies ist günstig bei der magnetischen Lagerung des ersten Teils zum zweiten Teil.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erste Zone 10 und die zweite Zone 11 des gleichen ersten Permanentmagnetsektors 8 durch eine Polwechselzone 12 voneinander beabstandet sind. Die Polwechselzone 12 bildet hierbei magnetisch eine Lücke zwischen den entgegengesetzt magnetisierten Zone 10, 11 aus, wodurch ein sanfter Übergang für den ersten Polsektor 5, wenn dieser von der ersten Zone 10 in die zweiten Zone 11 wechselt, erreicht wird.

Eine Länge in Umlaufrichtung betrachtet der Polwechselzone 12 kann insbesondere zwischen 50 % und 150 % der Länge des Polsektors 5 betragen.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor 8 ein im Wesentlichen senkrecht auf den ersten Bereich 4 stehendes Magnetfeld erzeugt, wobei die Magnetfeldstärke des Magnetfeldes des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektors 8 entlang der Umlaufrichtung variiert. Weiters kann vorgesehen sein, dass der erste Polsektor 5 ein senkrecht auf den zweiten Bereich 6 stehendes Magnetfeld erzeugt. Die Magnetfelder des ersten Permanentmagnetsektors 8 und des ersten Polsektors 5 sind daher derart aufeinander ausgerichtet, dass wenn der Polsektors 5 sich über den ersten Permanentmagnetsektor 8 bewegt, primär radiale Anziehungs- und Abstoßungskräfte wirken. Da die Magnetfeldstärke des ersten Permanentmagnetsektors 8 entlang der Umlaufrichtung variiert entsteht allerdings eine treibende Kraft, welche durch entsprechende Variierung der Magnetfeldstärke über den gesamten ersten Permanentmagnetsektor 8 im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Abweichungen von der senkrechten Ausrichtung des Magnetfeldes können vor allem an den Rändern des ersten Permanentmagnetsektors 8 und bei der Polwechselzone 12 Vorkommen. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Rotor trommelförmig ausgebildet ist, und dass der wenigstens eine erste Polsektor 5 in Bezug auf die Drehachse radial magnetisiert ist.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 1 dargestellt. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Stator, also der zweite Teil 3, im Wesentlichen aus Sektorabschnitten besteht, insbesondere aus dem wenigstens einen ersten Elektromagneten 7 und dem wenigstens ersten Permanentmagnetsektor 8. Dabei kann die magnetische Flussdichte in der ersten Zone 10 in Drehrichtung kontinuierlich abnehmen und dann in der zweiten Zone 11 wieder kontinuierlich zunehmen, wobei die beiden Zonen 10, 11 durch die Polwechselzone 12 getrennt sind. Der Rotor kann um eine Drehachse relativ zum Stator mechanisch oder magnetisch gelagert sein. Der mit einem im Bezug zum ersten Permanentmagnetsektor 8 gleichnamige erste Polsektor 5 kann aus Permanentmagneten ausgebildet sein. Der erste Polsektor 5 kann über einen Spalt 26 mit dem Stator wirkverbunden sein, wobei der erste Elektromagnet 7 den Kreislauf schließt, wobei jeweils zwei abwechselnd wirkende Spulen in einem Schwingkreis wirkverbundenen sind und dass zum Teil die Verlustenergie und Kräfte zur magnetischen Lagerung aus dem permanentmagnetischen Energiegefälle generiert werden, um einen fremdenergiearmen und effizienten Betrieb bei großer Lauf ruhe zu ermöglichen.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor 8 eine in Umlaufrichtung verlaufende Anordnung von im Wesentlichen radial ausgerichteten Permanentmagneten 13 aufweist, und dass ein Abstand zwischen der Anordnung der Permanentmagneten und dem ersten Teil 2 entlang der Umlaufrichtung variiert. Das variierende Magnetfeld kann daher durch die Breite eines Spalts 26 zwischen dem Permanentmagnetsektor 8 und dem ersten Teil 2 erreicht werden. Dadurch ist mit einfachen Mitteln ein variierendes und senkrecht zum ellipsen Verlauf stehendes Magnetfeld erreichbar. Bei einer Ausbildung mit einer abstoßenden ersten Zone 10 und einer anziehenden zweiten Zone 11 ergibt sich der Synergieeffekt, dass der Spalt 26 über die Länge des ersten Permanentmagnetsektors 8 bogenförmig und nicht keilförmig ist. Dadurch kann bezüglich der antreibenden Kraft ein ruhiger Übergang gewährleistet werden, wodurch die Lauf ruhe erhöht wird.

Weiters kann vorgesehen sein, dass ein Abstand zwischen den einzelnen Permanentmagneten 13 auch in Umlaufrichtung gesehen variiert. Durch die Wahl des Abstandes der Permanentmagneten 13 kann ebenfalls einfach die Magnetfeldstärke variiert werden.

Die erste Spulenanordnung 22 ist von den Permanentmagneten 13 bevorzugt durch einen feststoffbasierenden Wärmeableiter 25 getrennt.

Bevorzugt sind die ersten Elektromagneten 7 in wenigstens einem gegenüberliegenden Paar angeordnet.

In der ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Sektor-Abschnitt eines Statorringes einen ersten Elektromagneten 7, eine in Bezug auf den gemeinsamen ersten Polsektor 5 gleichnamige erste Zone 10, die Polwechselzone 12 mit dem Isolierbereich, und einen in Bezug auf den gemeinsamen ersten Polsektor 5 ungleichnamige zweiten Zone 11. Ein Stator kann je nach seinem Durchmesser und der magnetischen Feldstärke der Permanentmagnete aus einer Vielzahl von Sektor- Abschnitten zusammengesetzt sein. Dabei ist die Verteilung der ersten Elektromagneten 7 am Stator beliebig. Die Anordnung in Elektromagnetpaaren, die sich gegenüber liegen, hat den Vorteil Betriebsschwingungen gering zu halten und bewirkt günstige Kräfte für eine berührungsfreie permanentmagnetische Lagerung. Je nach Größe des Elektromotors 1 ist daher eine durch zwei teilbare Anzahl an Sektorabschnitten vorteilhaft.

Je nach Umgebungsatmosphäre kann es sich beim Spalt 26 um einen Luft-, Gas-, Vakuum- oder aber um einen Flüssigkeitsspalt handeln, wenn beispielsweise der Elektromotor, mit einem Spaltrohr ausgestaltet als Nassläufer eingesetzt wird. Ein Spaltrohr ist beispielhaft in Fig. 2 abgebildet. Das Spaltrohr kann vorteilhaft aus diamagnetischem Material ausgebildet sein.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Permanentmagnetschale mit der gewünschten, abnehmenden magnetischen Feldstärke/Energiedichte magnetisiert wird, beispielsweise durch den Einsatz von Hybridwerkstoffen, sodass der Spalt 26 kreisförmig in Bezug zum gemeinsamen Mittelpunkt, also am ganzen Umfang mit gleichbleibender radialer Stärke z. B. mit 0,2mm ausgebildet werden kann. Eine Nutung oder Rillung 35 ist dabei besonders vorteilhaft und kann in der Rillenbreite und Tiefe ca. zwei- bis fünffache des Spalts 26 haben. Dies ist beispielhaft in Fig. 6 dargestellt.

Fig. 29 zeigt beispielhaft eine als Außenläufermotor ausgeführte bevorzugte Ausführungsform. Die Funktion ist analog zu der bevorzugten Ausführungsform in Fig. 1.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der erste Teil 2 einen umlaufenden dritten Bereich 16 mit wenigstens einem zweiten Polsektor 17 aufweist, wobei der zweite Teil 3 einen umlaufenden, und mit dem dritten Bereich 16 zusammenwirkenden vierten Bereich 18 aufweist, wobei der vierte Bereich 18 wenigstens einen zweiten Elektromagneten 19 und wenigstens einen zweiten Permanentmagnetsektor 20 aufweist, wobei der wenigstens eine zweite Elektromagnet 19 und der wenigstens eine zweite Permanentmagnetsektor 20 auf den wenigstens einen zweiten Polsektor 17 eine analoge Wirkung wie der wenigstens eine erste Elektromagnet 7 und der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor 8 auf den wenigstens einen ersten Polsektor 5 ausüben.

Der dritte Bereich 16 und der vierte Bereich 18 sind daher wie der erste Bereich 4 und der zweite Bereich 6 am ersten Teil 2 beziehungsweise zweiten Teil 3 angeordnet. Die Wirkung des dritten Bereiches 16 auf den vierten Bereich 18 ist dabei analog zu der Wirkung des ersten Bereichs 4 auf den zweiten Bereich 6. Insbesondere können der erste Bereich 4 und der dritte Bereich 16 die gleiche Anzahl an Polsektoren 5, 17 aufweisen. Weiters kann vorgesehen sein, dass der zweite Bereich 6 und der vierte Bereich 18 die gleiche Anzahl an Permanentmagnetsektoren 8, 20 und Elektromagneten 7, 19 aufweisen.

Der zweite Polsektor 17, der zweite Elektromagnet 19 und/oder der zweite Permanentmagnetsektor 20 können insbesondere gleich ausgebildet sein wie der erste Polsektor 5, der erste Elektromagnet 7 und/oder der erste Permanentmagnetsektor 8. Da die Wirkung analog sein soll kann allerdings die Polung der einzelnen Permanentmagnete 13 gleich oder umgekehrt sein. Auch soll die Wirkung insbesondere über eine komplette Umdrehung gleich sein, wobei eine Phasenverschiebung möglich ist. Durch den dritten Bereich 16 und den vierten Bereich 18 kann die Laufruhe weiter erhöht werden.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, der dritte Bereich 16 gegenüber dem ersten Bereich 4 bezüglich einer Drehachse des ersten Teils 2 zu dem zweiten Teil 3 axial versetzt ist. Dies hat den Vorteil, dass der dritte Bereich 16 und der vierte Bereich 18 einfach im Wesentlichen ident zum ersten Bereich 4 und dem zweiten Bereich 6 ausgebildet sein können, welche axial versetzt auf dem gleichen Rotor und Stator angeordnet sein können.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Anordnung des ersten Bereiches 4 zu dem zweiten Bereich 6 gegenüber der Anordnung des dritten Bereiches 16 zu dem vierten Bereich 18 in Umlaufrichtung phasenversetzt ist. Die Phasenversetzung kann insbesondere eine Hälfte jenes Drehwinkels sein, welcher von einem Kontakt eines ersten Polsektors 5 mit einem ersten Elektromagneten 7 zu einem nächsten Kontakt eines ersten Polsektors 5 mit einem ersten Elektromagneten 7 verläuft. Sofern die Anzahl der ersten Polsektoren 5 größer oder gleich derie Anzahl der ersten Elektromagneten 7 ist, kann die Phase einen halben Abstand zwischen zwei Polsektoren betragen 5. Dies führt dazu, dass die ersten Elektromagneten 7 zwischen den ersten Polsektoren 5 angeordnet sind, wenn die zweiten Elektromagneten 19 gerade mit einem der zweiten Polsektoren 17 Zusammenwirken. Dies ermöglicht einerseits eine höhere Laufruhe, andererseits ermöglicht es auch durch Induktion Energie rückzugewinnen, wenn die einen Polsektoren 5,17 aus dem Elektromagneten 7, 19 auslaufen, während andere Polsektoren 5,17 gerade in den Elektromagneten 7, 19 einlaufen.

Weiters kann insbesondere vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor 8 axial oder radial neben dem wenigstens einen zweiten Permanentmagnetsektor 20 angeordnet ist, und dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor 8 eine umgekehrte Polarität gegenüber dem wenigstens einen zweiten Permanentmagnetsektor 20 aufweist. Entsprechend kann die erste Zone 10 des erste Permanentmagnetsektors 8 eine umgekehrte Polarität der Permanentmagneten 13 bezüglich der erste Zone 10 des zweiten Permanentmagnetsektors 20 aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Magnetfeldlinien des ersten Permanentmagnetsektors 8 durch den zweiten Permanentmagnetsektor 20 wieder in Richtung des ersten Teils rückgeführt werden können, wodurch Streufeldverluste weitgehend vermieden werden können.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass an einer Rückseite des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektors 8 zur Vermeidung von magnetischen Streufeldern eine magnetische Kurzschlussverbindung 24 angeordnet ist. Die magnetische Kurzschlussverbindung 24 kann dabei auch an der Rückseite des wenigstens einen zweiten Permanentmagnetsektors 20 angeordnet sein. Die magnetische Kurzschlussverbindung 24 kann insbesondere ein ferromagnetisches Joch sein, welches die Feldlinien an der Rückseite des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektors 8 zu der Rückseite des wenigstens einen zweiten Permanentmagnetsektors 20 rückführt, um dadurch Streufelder zu verringern.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Polsektor 5 neben dem wenigstens einen zweiten Polsektor 17 angeordnet ist, und dass der wenigstens eine erste Polsektor 5 eine umgekehrte Polarität gegenüber dem wenigstens einen zweiten Polsektor 17 aufweist. Auch hier können die Magnetfeldlinien des ersten Polsektors 5 durch den zweiten Polsektor 17 in Richtung des zweiten Teils 3 rückgeführt werden, wodurch ein entsprechender geschlossener magnetischer Kreis gebildet werden kann.

Weiters kann vorgesehen sein, dass an einer Rückseite des wenigstens einen ersten Polsektors 5 zur Vermeidung von magnetischen Streufeldern die magnetische Kurzschlussverbindung 24 angeordnet ist. Die magnetische Kurzschlussverbindung 24 kann dabei auch an der Rückseite des wenigstens einen zweiten Polsektors 17 angeordnet sein. Dadurch können die Streufelder ebenfalls gering gehalten werden.

Der erste Bereich 4 und der zweite Bereich 6 bilden zusammen eine erste Motoreinheit 30 aus. Der dritte Bereich 16 und der vierte Bereich 18 können eine zweite Motoreinheit 31 ausbilden. Zwei Motoreinheiten 30, 31 können dabei einen Motorstrang ausbilden.

In den Fig. 3, 5 und 8 ist beispielhaft eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt, in welcher der zweite Bereich 6 und der vierte Bereich 8 neben einander angeordnet sind, während der erste Bereiche 4 und der dritte Bereiche 16 versetzt zueinander angeordnet sind. Diese Ausführungsform weist zwei Motoreinheiten 30, 31 auf.

Es kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor 1 weitere Motoreinheiten 32, 33 aufweist.

Gemäß der in Fig. 9 bis 12 dargestelltenbevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass weiters eine dritte Motoreinheit 32 und eine vierte Motoreinheit 33 vorgesehen sind.

Hierbei kann die erste Motoreinheit 30 gegengleich zu der zweiten Motoreinheit 31 ausgebildet sein und die dritte Motoreinheit 32 gegengleich zu der vierten Motoreinheit 33 ausgebildet sein, wobei die dritte Motoreinheit 32 gegenüber der zweiten Motoreinheit 31 phasenverschoben ist. Dadurch können sowohl die Polsektoren 5, 17 als auch die Permanentmagnetsektoren 8, 20 magnetisch kurzgeführt werden, wobei auch die Vorteile einer Phasenverschiebung weiterhin gegeben sind.

Fig. 37 bis 39 zeigen schematisch Beispiele für die Anordnung von Hilfs- Permanentmagneten zur Verstärkung des Wirk-Magnetflusses und zur Reduzierung des Streuflusses an den Polsektoren 5, 17. Es werden zwei Motoreinheiten gezeigt, die erste Motoreinheit 30 und die phasenverschobene zweite Motoreinheit 31. Die Anordnung kann auch vorteilhaft im Stator und bei den Spulenzähnen eingesetzt werden, wie beispielhaft in den Fig. 5, 10, 16 und 17 dargestellt.

In Fig. 37 sind die Polkanten parallel zur Achse ausgerichtet. Die radiale Rotorpollänge entspricht dem Polabstand, wie beispielhaft auch in den Fig. 3, 16 und 26 dargestellt. Die axial zur Rotorachse magnetisierten Hilfs- Permanentmagnete trennen die zwei Motoreinheiten 30, 31 und begrenzen die Flanken der Polsektoren 5, 17. Sie können als insbesondere Würfel, Platten, Segmente, Ringe ausgestaltet sein.

Fig. 38 zeigt schräg zur Achse ausgerichtete Polkanten und Hilfs- Permanentmagnete. In Fig. 39 beträgt der Polabstand die halbe radiale Rotorpollänge, wie beispielhaft auch in den Fig. 9 und 14 dargestellt. Die Hilfs- Permanentmagnete sind beispielhaft umlaufende Ringe, axial magnetisiert. Die dazwischen eingebetteten Rotorpole haben V-Förmig zur Rotorachse ausgerichtete Polkanten.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Elektromagnet 7 und der wenigstens eine zweite Elektromagnet 19 einen gemeinsamen Spulenkörper 21 aufweisen. Der erste Elektromagnet 7 und der zweite Elektromagnet 19 können dabei ein gemeinsames Joch aufweisen. Hierbei kann der erste Elektromagnet 7 so betrieben werden, dass der zweite Elektromagnet 19 immer umgekehrt magnetisch gepolt ist. Auch dadurch können Streufeldverluste entsprechend gering gehalten werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der gemeinsame Spulenkörper 21 zumindest zum Teil permanentmagnetisiert ist. Dadurch hat sowohl der erste Elektromagnet als auch der zweite Elektromagnet auch im stromlosen Zustand ein permanentes Magnetfeld, welches durch das elektrisch induzierte Magnetfeld verstärkt oder abgeschwächt ist. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass diese permanente Magnetisierung, je nach Hauptarbeitsrichtung abstoßend oder anziehend auf den jeweiligen Polsektor 5, 17 ist. Dadurch kann die erforderliche Stromstärke zum Betrieb der Elektromagneten 7, 19 gering gehalten werden.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass im Spulenzahn des Elektromagneten 7, 19 ein Spulenzahnpermanentmagnet 42 angeordnet ist. Dadurch insbesondere wird erreicht, dass nach der Abstoßbestromung der Spulenzahnbereich vom Spulenzahnpermanentmagnet 42 sofort wieder anziehend umgepolt wird und so einen geringeren radialen Rotorpolabstand erlaubt. Beispielhaft ist dies in den Fig. 4, 5, und 13 dargestellt.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine permanente Magnetisierung im Joch und/oder Spulenzahn abstoßend auf den jeweiligen Polsektor 5, 17 ist.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Elektromagnet 7 eine erste Spulenanordnung 22 aufweist, und dass die erste Spulenanordnung 22 Teil eines elektrischen Schwingkreises 23 ist. Ebenfalls kann der zweite Elektromagnet 19 eine zweite Spulenanordnung 29 aufweisen, welche zweite Spulenanordnung 29 ebenfalls Teil des elektrischen Schwingkreises 23 ist. Das Zusammenschalten von phasenverschoben wirkenden Spulenanordnungen 22, 29 ergibt in beide Richtungen vorteilhaft eine ausgeglichene Sinus-Lastkurve, was in weiterer Folge vorteilhaft für einen stabilen Schwingkreis ist. Durch den Schwingkreis 23 können entsprechend hohe Stromstärken zum Betreiben der Elektromagneten 7,19 bereitgestellt werden, wobei die Ausbildung des Schwingkreises 23 die Drehzahl des Elektromotors weitgehend vorgibt.

Der Anschluss der Zonen 10, 11 zum Elektromagneten 7, 19 kann direkt an das polschuhförmige Ende des Spulenzahns erfolgen, siehe beispielsweise Fig. 1, 2, 29 und 33, oder vorteilhaft für eine höhere Laufruhe durch eine ferromagetische oder permanentmagnetische Überbrückung 36 erfolgen, siehe beispielsweise Fig. 5 und 10.

In Fig. 5 und 10 ist der möglichst geringe, vorteilhaft 10° bis 45° schräg zur Achse verlaufende Spalt zu erkennen. Zwischen den einzelnen Polflächen der Permanentmagnete 13 oder Polschuhe der Flussleitstücke 14 und zu den Übergängen der Elektromagneten 7, ist ein schräger Spalt zur Vermeidung von Stör- und Rastmomenten besonders vorteilhaft. Auch bei den Varianten mit konstruktivem Magnetabstand, siehe Fig. 2, ist es vorteilhaft, wenn die Kanten/Spalten 10° bis 45° schräg zur Achse verlaufen.

Fig. 6 zeigt den vorteilhaften Querschnitt der Kanten und Rillen 35. Eine Abschrägung an der Kante und eine Nutung/Rillung 35, siehe auch Fig. 4 und 25, kann bei Ausführungen ohne Magnetabstand den magnetischen Fluss in tangentialer Richtung verbessern und zusätzliche Angriffspunkte für Grenzflächenkräfte bereitstellen. In der ersten Drehrichtung 9 ist in der ersten Zone 10 die Fase dem Rotorpolschild abgewandt, in der zweiten Zone 11 ist die Fase dem Rotorpolschild zugewandt auszuführen. Die Beabstandung der Nuten/Rillen zueinander kann vorteilhaft zwischen 10% und 40% der radialen Polsektorlänge betragen und kann bevorzugt in der Rillenbreite und Tiefe ca. das ein- bis zweifache des Luftspalts betragen. Fig. 7 und 11 zeigen das bevorzugte Schema einer einfachen Ansteuerung des Elektromotors 1. Eine zwischen zwei Motoreinheiten oder zwei Motorsträngen angebrachte Spule 37 wird von am Rotor befestigten Permanentmagneten erregt und dieser Strompuls einer Steuereinheit 38 zugeführt. Bei ausreichender Dimensionierung kann eine zusätzlicher Strom oder Spannung dem Leistungsteil 39 zugeführt werden. Wenn durch weitere bekannte Verschaltungen die Induktionsspannung, die in den Spulenanordnungen 22, 29 beim Einlaufen der Polsektoren 5, 17 in den Spulenbereich entstehen, mit genützt werden, wird dieser Recyclingvorgang in weiterer Folge als autarke Zwischenkreisspannung UZKA bezeichnet.

Beispielhaft sind auch die Flächen der Spulenzahnpole unterteilt dargestellt und in zwei Varianten als Nutenwicklung mit drei gleichen Zahnflächen und drei ungleichen Zahnflächen und als Luftspule ausgebildet. Die Luftspule kann auch als Flachspule mit einer geteilten Spulenzahnplatte abgedeckt/eingelegt werden. Die Unterteilung ermöglicht beispielsweise die Ansteuerung der drei Spulen mit einem Drehfeld. Während Zahn zwei und drei noch den auslaufenden Polsektor 5, 17 abstoßen, kann Zahn eins bereits wieder den neu einlaufende Polsektor 5, 17 anziehen, und so einen radialen Rotorpolabstand in der Breite der Spulenzahnteilung ermöglichen.

Fig. 13 zeigt im Schrägriss einen Spulenkörper 21 mit einem Joch aus Permanentmagneten, bevorzugt aus NdFeB, das über die erweiterten Anschlussplatten aus weich-magnetischem Material mit den Spulenzähnen wirkverbunden ist.

Die Fig. 14 zeigt im Schrägriss als weitere bevorzugte Variante einen zweigeteilt ausgeführten Spulenzahn in Strangbreite, mit permanentmagnetischen Joch, dem ein elektromagnetischer Schalter vorgelagert ist.

Dabei kann ein von Permanentmagneten bereitgestellter magnetischer Fluss über die Anschlussplatte in die zwei Spulenzähne geleitet werden und über die Spulenanordnungen 22, 29 elektromagnetisch gesperrt oder verstärkt werden. Als Schalter wird hier der vordere weichmagnetische Spulenzahnbereich mit den Wicklungen bezeichnet. Eine magnetische Kurzschlussverbindung 24 verbindet die offenen Polseiten um Streuverluste über die Spulenzähne zu reduzieren.

Der zweigeteilte Spulenzahn-Aufbau ermöglicht einen Rotor mit kleinem Abstand zwischen den Polsektoren 5, 17. Die tangentiale Polsektorlänge zum Polabstand kann dann bevorzugt im Verhältnis 2:1 sein. Die sich dadurch ergebenden Vorteile sind eine höhere Laufruhe, stabiles Laufverhalten, ein höheres Anlauf- oder Betriebsdrehmoment und bessere magnetische Lagerung.

Im Spulenzahnbereich kann dabei über die gekreuzt verschalteten Spulen der zwei Elektromagnete 7, 19 zeitgleich der Anzieh- und Abstoßvorgang ablaufen. Die Elektromagnete 7, 19 wirken benachbart mit ihre um 180° gegensätzlichen Magnetfelder auf die zeitversetzt einlaufenden Polsektoren 5, 17. Dazu ist die Spule des einen Spulenzahns mit der Spule des anderen Spulenzahns gekreuzt verschaltet, also gegengleich wirkend und an einer ersten Phase angeschlossen. Die Spule des anderen Elektromagneten 7, 19 ist mit der Spule des anderen Spulenzahns gekreuzt verschaltet und ergibt so eine Schachbrettanordnung.

Die Fig. 15 zeigt eine weitere bevorzugte Variante einer Elektromagnet- Ausführung. Die Anordnung weist im Beispiel zwei Motoreinheiten 30, 31 und zwei phasenverschobene Motoreinheiten 32, 33 auf. Der Aufbau der Elektromagnete 7 ist eine Kombination der Ausführungsformen in Fig. 13, 14 und 26. Über die radialen Ringwicklungen werden vorteilhaft die Spulenanordnungen 22 und 29 gebildet, die vorteilhaft gekreuzt verschaltet mit sinus- oder trapezförmigen Wechselstrom bestromt werden oder Teil eines elektrischen Schwingkreises 23 sein können. Die beiden phasenverschobenen und nebeneinander liegenden Motoreinheiten 31, 32 können die gleiche Polarität haben, wodurch ein Wicklungsstrang entfällt. Die Spulenwicklung kann dabei insbesondere als Transversalwicklung ausgeführt sein.

Diese Ausführung hat den Vorteil, dass am, in Fig. 15 links gezeigten ersten Rotor 43 die Polsektoren 5, 17 mit geringsten radialen Polabstand ausgeführt sein können. Die Umfang-Polabdeckung geht dann bis 95%. Die radiale Pollänge entspricht vorteilhaft der Spulenzahnlänge. Am Umfang der verstärkend bestromten Motoreinheiten 30, 31 oder 32, 33 entsteht zeitgleich eine tangentiale Kraft und Drehbewegung um die halbe Polteilung an allen Polsektoren.

Im Beispiel sind die Polsektoren 5, 17 zum Permanentmagnetfluss am Stator anziehend aufgebaut. Sie können auch abstoßend aufgebaut sein, was Lagervorteile bringen würde.

Auch kann vorgesehen sein, den Rotor mit weichmagnetische Polsektoren nach dem Reluktanzprinzip aufzubauen. Ein derartiger Rotor ist als zweiter Rotor 44 rechts in Fig. 15 gezeigt, Die ausgeprägten Polsektoren leiten den Magnetfluss axial. Der Magnetfluss ist mit der strichlierten Linie dargestellt und wird innerhalb der Motoreinheiten 30, 31 und 32, 33 über die Polsektoren 5 und 17 geschlossen. Am Umfang der verstärkend bestromten Motoreinheiten 30, 31 oder 32, 33 entsteht zeitgleich eine tangentiale Kraft und Drehbewegung um die halbe Polteilung an allen Polsektoren. Die Elektromagnete 7 können in Abwechslung mit anziehende Permanentmagnetsektoren 8,11 oder ohne Permanentmagnetsektoren 8 am Statorumfang angeordnet sein.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Spulenzähne der Elektromagneten 7, 19 in einer Schachbrettanordnung von wenigstens zwei Spulenzähne in tangentialer Richtung und wenigstens zwei Spulenzähne, insbesondere vier, in axialer Richtung angeordnet sind, wobei die Spulenzähne über ein Joch mit in axialer und/oder tangentialer Richtung verlaufenden Permanentmagneten 13 miteinander verbunden sind, sodass die Spulenzähne ein in radialer Richtung verlaufendes Magnetfeld aufweisen, und durch die Permanentmagnete 13 einer der Spulenzähne zu den benachbarten Spulenzähne eine umgekehrte Polarität aufweist. Die einzelnen, durch die Spulenzähne ausgebildeten Elektromagneten 7, 19 sind daher in einem Array angeordnet, welches bereits aufgrund der Permanentmagnetisierung abwechseln anziehend und abstoßend ist. In einer derartigen Anordnung können die Streuverluste besonders gering gehalten werden.

Hierbei kann vorgesehen sein, die Elektromagnete 7 einzeln oder in Gruppen zwischen den Permanentmagnetsektoren 8 am Statorumfang anzuordnen. Es hat sich gezeigt, dass die Anordnung mit einem Array an Elektromagneten 7, 19 sich besonders gut für die Verwendung mit den Permanentmagnetsektoren 8, 20 eignet. Grundsätzlich ist eine derartige Ausbildung des Elektromagneten 7, 19 auch vorteilhaft für die Verwendung bei Elektromotoren 1 mit in radialer Richtung verlaufenden Magnetfelder ohne den Permanentmagnetsektoren 8, 20. In diesem Fall können daher die Elektromagnetanordnung nicht durch den Permanentmagnetsektor 8, 20 unterbrochen werden, sondern die Elektromagneten 7, 19 im Wesentlichen komplett über den ganzen zweiten Bereich verlaufen.

Die in Fig. 16 oder 17 gezeigte bevorzugte Ausführungsform einer Elektromagnetanordnung kann daher insbesondere verwendet werden bei einem Elektromotor 1, umfassend einen ersten Teil 2 und einen, relativ zum ersten Teil 2 drehbar gelagerten zweiten Teil 3, wobei der erste Teil 2 und der zweite Teil 3 zusammen einen Stator und einen Rotor des Elektromotors 1 ausbilden, wobei der erste Teil 2 einen umlaufenden ersten Bereich 4 mit wenigstens einem ersten Polsektor 5 aufweist, wobei der zweite Teil 3 einen umlaufenden, und mit dem ersten Bereich 4 zusammenwirkenden zweiten Bereich 6 aufweist, wobei der zweite Bereich 6 wenigstens zwei benachbart und nacheinander angeordnete ersten Elektromagneten 7 aufweist, wobei der erste Teil 2 einen umlaufenden und zum ersten Bereich axial versetzten dritten Bereich 16 mit wenigstens einem zweiten Polsektor 17 aufweist, wobei der zweite Teil 3 einen umlaufenden, und mit dem dritten Bereich 16 zusammenwirkenden vierten Bereich 18 aufweist, wobei der vierte Bereich 18 wenigstens zwei benachbart und nacheinander angeordnete zweite Elektromagneten 19 aufweist, wobei die Spulenzähne der Elektromagneten 7, 19 in einer Schachbrettanordnung von wenigstens zwei Spulenzähne in tangentialer Richtung und wenigstens zwei Spulenzähne, insbesondere vier, in axialer oder radialer Richtung angeordnet sind, wobei die Spulenzähne über ein Joch mit in axialer und/oder tangentialer Richtung verlaufenden Permanentmagneten 13 miteinander verbunden sind, sodass die Spulenzähne ein in radialer Richtung verlaufendes Magnetfeld aufweisen, und durch die Permanentmagnete 13 die Spulenzähne zu den benachbarten Spulenzähne eine umgekehrte Polarität aufweisen. Der Aufbau ist Analog zu Fig. 26, 30 oder 36, aber ohne Potenzialgefälle und das nun die Enden mit den Polschuhen weichmagnetisch sind und in einer tangentialen Ringwicklung gebettet sind. Bis auf die Permanentmagnetsektoren 8, 20 kann der Aufbau dieses alternativen Elektromotors dem hier beschriebenen Elektromotor 1 entsprechen.

Die Fig. 16 zeigt eine weitere bevorzugte Variante einer Elektromagnetanordnung. Die Anordnung weist im Beispiel zwei phasenverschobene Motoreinheiten 30 und 31 auf, die eine gemeinsame axiale Wicklung als Spulenanordnungen 22 aufweisen, mit dem Vorteil, dass in jede Richtung bereits mit einer Spule eine ausgeglichene Sinus- Lastkurve entsteht. Der Aufbau der Elektromagnete 7 ist eine Kombination der Fig. 13 und 14. In tangentialer Richtung sind die Elektromagnete 7 mit alternierender permanentmagnetischer Polarität angeordnet.

Hierbei kann vorgesehen sein, die Elektromagnete 7 einzeln oder in Gruppen zwischen den Permanentmagnetsektoren 8 am Statorumfang anzuordnen. Es ist auch vorstellbar die Elektromagnete 7 am gesamten Statorumfang anzuordnen ohne Unterbrechung durch Permanentmagnetsektoren 8.

Am ersten Rotor 43 entspricht vorteilhaft die radiale Pollänge der Spulenzahnlänge und der Polabstand der Pollänge. Bei jeder Halbwelle entsteht eine tangentiale Kraft und Drehbewegung um die ganze Polteilung zeitgleich an allen Polen am Umfang der verstärkend bestromten Motoreinheiten 30 oder 31.

Auch kann vorgesehen sein, den, zum ersten Rotor 43 alternativen, zweiten Rotor 44 mit weichmagnetische Polsektoren nach dem Reluktanzprinzip aufzubauen. Die ausgeprägten Polsektoren 5, 17 leiten den Magnetfluss tangential. Der Magnetfluss ist mit der strichlierten Linie dargestellt und wird zwischen den tangentialen Paaren der Motoreinheiten 30, 31 geschlossen. Am Umfang der verstärkend bestromten Motoreinheiten entsteht zeitgleich eine tangentiale Kraft und Drehbewegung um die halbe Polteilung an allen Polsektoren.

Die Elektromagnete 7 können in Abwechslung mit anziehende Permanentmagnetsektoren 8,11 oder ohne Permanentmagnetsektoren 8,12 am Statorumfang angeordnet sein.

Fig. 17 zeigt in einer weiteren bevorzugten Variante der Ausführung nach Fig. 16.

In dieser Ausführung können die unbestromten Bereiche des Elektromotors 1 Kraft neutral gehalten werden. Die Spulenanordnung ist in der Breite einer Motoreinheit 30. Das heißt zwei Spulenkörper 21 sind Spulenzahnhälften mit gegenpoligen Permanentmagnetjochen und ergeben zusammen die Spulenzahnbreite einer Motoreinheit. Dabei hilft der Permanentmagnet 13 zwischen dem zweiten Bereich 6 und dem vierten Bereich 18 den Streufluss zu reduzieren.

Die Rotorpole reichen axial über beide Elektromagneten 7, 19 und können dabei auch geteilt sein. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass ein Stator Spulenzahn mit Permanentmagnetfluss nur im bestromten Zustand tangential auf den Rotor Polsektor 5 wirkt. Alle nicht bestromten Bereiche im Stator sind in tangentialer Richtung Kraft neutral zum Rotor.

Am entsprechenden Rotor sind dann vorteilhaft die Polsektoren 5 bei kleinem Polabstand alternierend gegenpolig angeordnet. Die Elektromagnete 7, 19 sind dabei am gesamten Statorumfang angeordnet ohne Unterbrechung durch den Permanentmagnetsektor 8.

Das Anziehen und Abstoßen erfolgt bei einer einphasigen Maschine zeitgleich an allen bestromten Polen am Umfang des Stator.

Für eine stabile Drehbewegung ist eine zwei- oder mehrphasige Statorwicklung vorteilhaft. Dabei ist eine zentrierte oder verteilte Wicklung möglich.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor 8 eine Anordnung von tangential und/oder axial ausgerichteten Permanentmagneten 13 mit alternierender magnetischer Polarität aufweist, dass zwischen den Permanentmagneten 13 Flussleitstücke 14 angeordnet sind, dass die Flussleitstücke 14 jeweils eine zum ersten Teil 2 gerichtete Polschuhfläche 15 aufweisen, und dass eine Fläche der Polschuhflächen 15 entlang der Umlaufrichtung variiert. Dadurch kann eine noch kompaktere Bauform erreicht werden.

Insbesondere können dabei zwei Statoringe durch ein System aus Permanentmagneten 13 und Flussleitstücken 14 zu einem Motorstrang verbunden werden. Die Permanentmagneten 13 werden bevorzugt mit den Polflächen mit abwechselnder Flussrichtung zwischen die Flussleitstücke 14 geklemmt und formschlüssig verbunden, welche nun den magnetischen Fluss an die Polschuhe und damit in die Permanentmagnetsektoren 8, 20 leiten.

Fig. 24 und 25 zeigt eine beispielhafte Anordnung aus Flussleitstücken 14 für axial magnetisierte Permanentmagneten 13 und eine Variante um die magnetische Flussdichte im Spalt 26 durch kontinuierliche Veränderung der Wirkflächen an den Polschuhen der Flussleitstücke 14 in den Permanentmagnetsektoren 8, 20 zu verändern. Die Wirkfläche der Polschuhe an den Flussleitstücken 14 wird größer, die magnetische Flussdichte in den Permanentmagnetsektoren 8, 20 nimmt ab. Durch dieses Verfahren kann der Spalt 26 auch am ganzen Umfang mit gleichbleibender radialer Stärke, beispielsweise mit 0,2mm, ausgebildet werden. Die Polschuhe der axialen und tangentialen Flussleitstücke 14 können vorteilhaft eine Nutung und/oder Rillung 35 ausbilden und/oder mit einem Spalt ausgeführt sein.

Fig. 26 zeigt beispielhaft Flussleitstücke 14 mit axial magnetisierten Permanentmagneten 13 als Teil einer Motorstufe am Beginn vom Permanentmagnetsektor 8, 20.

Rechts in der Fig. 26 ist der dazugehörige Rotor in der axialen Breite einer Motorstufe. Der erste Rotorstrang mit dem Paar an Polsektoren 5, 17 ist zum zweiten Rotorstrang gebildet vom Paar an Polsektoren 5, 17 um 90°

Phasen verschoben. Die Polsektoren 5, 17 werden von einem schalenförmigen Permanentmagneten mit schräger Nutung 35 gebildet und haben axial V-förmig schräg ausgerichtete Kanten, die vom Schild 27 begrenzt werden.

Fig. 30 zeigt geeignete Flussleitstücke 14 mit tangential magnetisiertem Permanentmagneten 13 beispielhaft in der Polwechselzone 12, aus perspektivischen Gründen aufgeklappt und gerade dargestellt. In dem Elektromotor 1 sind die Permanentmagneten 13 in dieser bevorzugten Ausführungsform in tangentialer Richtung, daher in Bewegungsrichtung des Rotors, magnetisiert. Der Rotor mit den Polsektoren 5, 17 ist angedeutet.

Fig. 31 zeigt ein tangentiales Flussleitstück 14 in der vorteilhaften „L“ Form. Die strichliniert umrandete Fläche kennzeichnet die maximale Permanentmagnetfläche, welche in Bezug zum kleinsten Leiterquerschnitt, welche durch die schraffierte Fläche angedeutet wird, die zwölffache Größe haben kann. Die Größe der Wirkfläche des Polschuhs beeinflusst unmittelbar die magnetische Flussdichte im Spalt 26. Die Flussleitstücke 14 können insbesondere aus hart- oder weich-magnetischem Pulververbundwerkstoff (SMC) ausgebildet sein. Durch bauliche Verstärkung der Engstelle kann die Fläche des kleinsten Leiterquerschnitts vergrößert werden, wie in Fig. 35 angedeutet.

Fig. 32 zeigt beispielhaft Polwechsel-Flussleitstück-Formen und ihre Anordnung im Stator-Strang. Bei Konstruktionen mit tangentialen Flussleitstücken 14 ist es vorteilhaft, an der Polwechselzone 12 den Trennbereich mit Flussleitstücken 14 mit gekröpftem und/oder asymmetrischem Polschuh auszubilden. Es kann aber auch ein dickerer Permanentmagnet 13 mit geeigneter Feldstärke oder ein Abstandhalterflussleitstück eingefügt werden, um weniger stark gekröpfte Flussleitstücke 14 ausbilden zu können.

Eine weitere einfache Variante bei einem Elektromotor 1 mit axialen oder tangentialen Flussleitstücken 14 die magnetische Flussdichte im Spalt 26 zu verändern ist, Permanentmagnete 13 mit unterschiedlich großer magnetischer Feldstärke zu verwenden, wobei Permanentmagnetei 3 mit geänderter Energiedichte und/oder Polfläche eingesetzt werden. Nach jedem Flussleitstück 14 wird ein Permanentmagnet 13 mit etwas kleinerer Feldstärke als davor eingesetzt, wodurch die magnetische Flussdichte im Permanentmagnetsektor 8, 20 abnimmt.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass jede Kombination der Varianten untereinander und eine Kombination mit anderen aus dem Stand der Technik bekannten Möglichkeiten eine magnetische Flussdichte im Spalt 26 herzustellen, zu verändern und zu lenken, um damit ein optimales Kraftgefälle für die Drehmomentbildung bereitzustellen, denkbar ist. Diese möglichen Kombinationen sind im Offenbarungsgehalt inbegriffen.

Wirbelströme durch Magnetfeldänderungen sind durch die Konstruktion der bevorzugten Ausführungsformen ein eher vernachlässigbarer Faktor und treten am ehesten im Bereich der Spulenzähne auf. Daher ist die Ausbildung der Statorteilschale als Gießteil oder als geschmiedeter Weicheisenkern, die vorteilhaft an den Fügestellen mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet werden, um bei Magnetfeldänderungen Wirbelströme in den Teilschalen zu unterdrücken.

Das isolierende Material kann eine Lackbeschichtung, eine diamantartige Schicht, eine Oxidbeschichtung, insbesondere AI2O3, oder dergleichen sein.

Die Polsektoren 5, 17 werden bevorzugt aus magnetischen Elementen, vorzugsweise aus Permanentmagneten 13, ausgebildet und erstrecken sich bevorzugt über die magnetisch aktive Breite der einzelnen Statorringe mit radial ausgerichteter Magnetflussrichtung. Die Energiedichte in den Polsektoren 5, 17 soll vorteilhaft etwas höher sein als die Energiedichte im stärksten Permanentmagnetsektor 8, 20 des Stators.

Die tangentiale Länge der Polsektoren 5, 17 kann bei Motoren mit zwei Elektromagneten 7, 19 vorteilhaft zwischen 2% und 10% vom Rotorumfang betragen, da mit zunehmender Polsektorlänge auch die Elektromagnete 7,19 länger werden, was zu einen höheren Energieverbrauch führen würde.

Vorteilhaft ist die Polfläche der Polsektoren 5, 17 einteilig als Magnetschale oder mit aneinander gefügten Magnetquadern oder Würfeln mit möglichst kleinem Spalt ausgebildet, um Rast- und Störmomente zu minimieren. Bei der Abschirmung mit Schildern 27 ist zu beachten, dass der gewünschte Schub in der ersten Zone über die Hinterkante und der gewünschte Zug in der zweiten Zone 11 über die Vorderkante der Polsektoren 5, 17 erfolgt, sodass ein zu starkes Abschirmen nachteilig wirkt. Je nach Bauform der EM kann daher in Laufrichtung an der Polvorderkante ein schmales Schild 27 vorteilhaft sein, dass nur mit einer Polseite in Kontakt ist.

Abhängig von der gewählten Maschinenvariante können dabei die Polsektorkanten in einem Winkel von 0 bis 45° zur Achse, also quer bis schräg zur Laufrichtung und bei dem Elektromotor 1 schräg zur Radiallinie ausgeführt sein. Die Polsektorflächen können auch vorteilhaft eine Nutung oder Rillung 35 ausbilden, um zusätzliche Angriffspunkte für Grenzflächen kräfte bereitzustellen. Zur Vermeidung von Störmomenten soll der Nutabstand enger oder weiter sein als die Stator-Nutung und im entgegengesetzten Winkel verlaufen. Die wirksamen Polflächen sind vorzugsweise auf Höhe der Rotoroberfläche, also eingebettet, angebracht, mit exaktem Radius in der Lauffläche. Für sehr hohe Drehzahlen ist es vorteilhaft die Magnete unter einem Rotormantel anzubringen, um die hohen Fliehkräfte zu kompensieren. Der Rotormantel kann z. B. aus einem dünnem Edelstahl- oder Kunststoffrohr aus glasfaser- oder kohlefaserverstärktem Kunststoff mit hohem Faseranteil gefertigt sein, aber auch ein dünnes ferromagnetisches Material ist denkbar und kann das Schild 27 ersetzen, wenn er aus Ringen besteht die axial zueinander magnetisch isoliert sind.

Wird der Rotor als IPM (Interior Permanent Magnet) ausgestaltet, können günstigere Quadermagnete mit ebener Polfläche verwendet und ein zusätzliches Reluktanzmoment genutzt werden. Der Quadermagnet wird vorteilhaft in ein Bett aus hartmagnetischem Pulververbundwerkstoff SMC eingelegt, eingeschoben oder verbunden, sodass die gekrümmte Rotor- Pol- Fläche vom SMC gebildet wird. Für langsam laufende Maschinen können die Magnete aber auch auf den Rotor aufgesetzt werden.

Bevorzugt können die Polflächen ähnlich dem Haibach -Array- System oder mittels Flussleitstücke 14 und Polschuhe ausgebildet werden und der magnetische Fluss von in axialer oder tangentialer Richtung magnetisierten Permanentmagneten an die Rotorpolflächen eingeleitet werden.

Der Elektromotor 1 ist vorzugsweise als Dauerläufer mit engem Drehzahlbereich ausgebildet, sodass im Rotorbereich genügend Masse zur Speicherung kinetischer Energie und zur Bildung eines großen Massenträgheitsmoments vorzusehen ist, damit der Elektromotor 1 unempfindlich gegen Drehmomentstöße reagiert. Zur Kühlung können am Rotor Lamellen und/oder Rippen angebracht sein.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass durch das Fehlen mechanischer Verbindungen zwischen Rotor und Stator sehr hohe Drehzahlen sowie ein wartungsfreier und sehr leiser Betrieb der elektrischen Maschine ermöglicht. Dabei sorgen die Permanentmagnetsektoren 8, 20 gleichzeitig für die Bildung der Lagerkräfte und des Drehmomentes. Da die Polsektoren 5, 7 große Kräfte in normaler Richtung zur Rotorachse bilden ist der Rotor bereits vorteilhaft in radialer Richtung magnetisch gelagert. Dazu ist der Rotor bevorzugt durch geeignete technische Vorrichtungen in radialer und axialer Richtung durch Fanglager und/oder Stützlager zu stabilisieren. Bei ausgewogener Symmetrie reichen für die Anlaufphase, beispielsweise passive Hilfs- und Stützringe aus geeignetem Material wie Metall oder Keramik.

Fig. 28 zeigt anhand eines Ausschnitts eines Elektromotors 1 mit dem Polsektor 5,

17 im Bereich des Permanentmagnetsektors 8, 20 wie die vorhandenen magnetischen Kräfte konstruktiv stabilisiert werden können, um eine passive, berührungsfreie Lagerung in axialer und radialer Richtung auszubilden. Der Stator und der Rotor sind geschnitten dargestellt. Der schräg gestellte Statorring, gebildet mit den Permanentmagneten 13, ist mit dem ebenfalls schräg gestellten Rotorring über den Spalt 26 wirkverbunden und bildet durch die radiale Schrägstellung zusätzliche axiale Lagerkräfte aus. Auch bei sehr großen Elektromotoren 1 mit vielen Permanentmagnetsektoren 8, 20 am Statorumfang werden von den Permanentmagneten 13 ausreichende axiale und radiale Lagerkräfte gebildet, die durch konstruktive Maßnahmen wie eine radiale Schrägstellung der äußeren Ringe oder Stränge, eine symmetrische Anordnung der Spulenzähne, einen Winkelversatz zwischen den Rotorpolsträngen und/oder Statorsträngen, eine axiale Schrägstellung und V-förmig Ausrichtung von Magnetkanten und/oder der Nuten/Rillen 35 und/oder durch die etwas länger ausgebildete erste Zone 10 vorteilhaft genützt werden können.

Bei Maschinenvarianten mit einer ungeraden Rotorpolanzahl und/oder axialem Spalt 26 oder Varianten mit einer etwas länger ausgebildeten zweiten Zone 11, sind bevorzugt zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise entsprechend ausgeformte Lager-Flussleitstücke mit sehr kleinem Querschnitt und somit hoher Flussdichte am Lagerspalt vorteilhaft, um den Rotor zu stabilisieren.

Im Allgemeinen wird erwähnt, dass bei der Forderung nach hoher Drehzahl besonders Wert darauf zu legen ist, Material mit günstigem Wirbelstromverhalten wie Ferrit, Samarium Kobalt- oder Aluminium Nickel Cobalt Magnete und Flussleitstücke aus SMC Werkstoffen zu verwenden und Neodym-Magnete und Flussleitstücke aus Eisenlamellen mit sehr hohen Wirbelstromverlusten zu meiden. Auch ist die Maschinenkonstruktion mit Maßnahmen und Materialien zur Wärmeabfuhr auszugestalten. Bevorzugt sind daher Wärmeableiter 25 aus beispielsweise wärmeleitenden Feststoff, wie Aluminium oder mit keramischem Aluminiumpartikeln versehenem Silikon-Elastomere, vorgesehen, welche formschlüssig an kritischen Stellen angebracht, die Wärme aus ungünstigen und/oder abgekapselten Bereichen, im Besonderen zwischen den Spulenanordnungen 22, 29 und den Permanentmagneten 13, abführen und in luft-, gas- und/oder flüssiggekühlte Bereiche mit guter Wärmeabfuhr leiten können.

Das Motorkonzept des Elektromotors beruht bevorzugt auf einer bürstenlosen Gleichstrom- und/oder Wechselstrommaschine mit einem Rotor mit Permanentmagnetpolen. Daher kann auch eine sinuskummutierte Ansteuerung erfolgen.

Fig. 27 zeigt das Schema eines Leistungsteils 39 mit Kondensator 40 oder einem Bauteil ähnlicher Eigenschaft, der zusätzlich vorteilhaft zwischen die zwei Spulenanordnungen 22, 29 geschaltet wird. Die zwei Spulenanordnungen 22, 29 können eine bifilare Wicklung eines Spulenkörpers 21 sein oder die Spulen von zwei nebeneinanderliegenden Motorsträngen oder - bei ungerader Anzahl an Rotorpolen - Spulen, die sich gegenüber liegen. Die Zwischenkreisspannung U_ZK und/oder die autarke Zwischenkreisspannung U_ZKA, vorteilhaft mit dem Kondensator 41 gekoppelt, ist angelegt und kann mithilfe der Betriebsparameter in der Steuereinheit 38 beeinflusst werden.

Die folgende Beschreibung nimmt Bezug auf einen Elektromotor 1 mit zwei phasenverschobenen Motoreinheiten, siehe beispielhaft Fig. 7, wobei beide nebeneinander liegenden Spulenanordnungen 22, 29 vorteilhaft gekreuzt verschaltet werden, dargestellt durch die Punkte am Spulenanfang, damit sie gegengleich wirken und in beide Richtungen die gleiche Sinus-Lastkurve ergeben.

Bevorzugt werden jeweils die zwei abwechselnd wirkenden Spulenanordnungen 22, 29 in einem elektrischen Schwingkreis 23 gekoppelt, um dadurch den Wirkungsgrad des Elektromotors 1 weiter zu erhöhen. Dazu werden die Enden der beiden Spulenanordnungen 22, 29 mit dem Kondensator 40 verschaltet, sodass die elektrische Energie zwischen den Spulenanordnungen 22, 29 und dem Kondensator 40 periodisch ausgetauscht wird, um so den Wirkstrom zu erhöhen. Das Spulen-Kondensator- System des Schwingkreises 23 muss zum Starten aufgeladen werden und nach Erreichen eines stabilen Schwingungszustandes ist nur der Verlust im System zu ergänzen, also das System im richtigen Augenblick periodisch mit Verluststrom und/oder Verlustspannung zu erregen.

Beim Hochfahren des Elektromotors 1 wird elektrische Energie beispielsweise über den Zwischenkreis und/oder den Leistungsteil 39 auf die Spulenanordnungen 22, 29 und/oder in den Schwingkreis 23 zugeführt, um eine Moment- und/oder Kraftbildung in die Bewegungsrichtung zu erhalten, bis bei entsprechender Umdrehung ein stabiler Schwingungszustand des Systems mit konstanter Amplitude erreicht wird.

Im Betrieb bleibt eine Zwischenkreisspannung UZK am Leistungsteil 39 angelegt, um die Verlustenergie die durch die Arbeit und den Wirkungsgrad des Elektromotors 1 entsteht, zuzuführen, also das Systems periodisch mit Verluststrom/Spannung zu erregen.

Mithilfe der Betriebsparameter in der Steuereinheit 38 die zusätzlich mit dem Magnetfeld der Spule 37 oder einem Impulsgeber auf dem Rotor und/oder einer externen Steuereinheit wirkverbunden sein kann, kann nun die Frequenz der Schwingung und ihr idealer sinusförmiger Verlauf beeinflusst werden, um das System in Resonanz zu bringen und in Summe seinen bestmöglichen Gesamtwirkungsgrad zu erreichen.

Sogenannte Hy-Cap Superkondensatoren erlauben sehr hohe Frequenzen und ermöglichen Ultraschnellläufer mit einer Drehzahl jenseits von 20.000 U/min.

Für Rotoren mit großem Abstand zwischen den Polsektoren 5, 17 ist ein Gleichstrompuls oder Periode eines Wechselstrompuls notwendig, der vorteilhaft vom Schwingkreis 23 bereit gestellt wird.

Natürlich kann der Elektromotor 1 auch so ausgeführt sein, dass sie durch Zuführen von mechanischer Drehenergie auf den Rotor hochgefahren wird. Dabei kann die elektrische Schwingungsenergie von außen als Zwischenkreisspannung UZK zugeführt oder durch geeignete Mittel und Verfahren in dem Elektromotor 1 als autarke Zwischenkreisspannung UZKA generiert werden.

Auch ist eine Steuerung des Elektromotors 1 mit mechanischem Schalter denkbar, beispielsweise in der Form von Klingelrelais oder Bauteile ähnlicher Eigenschaft, die mit dem Magnetfeld der Spule oder einem Impulsgeber auf den Rotor wirkverbunden und im Schwingkreis 23 an geeigneter Stelle eingefügt sind.

In den Fig. 1 bis 32 sind primär bevorzugte Ausführungsformen mit einem trommel beziehungsweise walzenförmigen Rotor gezeigt. Der Elektromotor 1 kann aber auch alternative Bauformen aufweisen.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Rotor scheibenförmig ausgebildet ist, und dass der wenigstens eine erste Polsektor 5 axial zur Drehachse magnetisiert ist.

Fig. 33 zeigt beispielhaft eine weitere kompakte Form des Elektromotors mit tangentialen Flussleitstücken 14 und einen Rotor in „I“- Scheibenform, der mit beiden radial, also in normaler Richtung zur Achsmitte ausgerichteten Rotorpolflächen, in einem übereinander angeordneten Spalt 26 mit dem Stator wirkverbunden ist. Der Motorstrang ist radial, also in normaler Richtung zur Achsmitte übereinander angeordnet. Die Permanentmagnetsektoren 8, 20 können direkt durch Permanentmagnete 13 oder im Beispiel durch besonders geformte Flussleitstücke 14 gebildet werden, welche in Fig. 35 gezeigt sind, die im Statorgehäuse eingebettet sind. Der Elektromagnet 7, 19 hat das Spulenzahnpaar in Zangenform angeordnet, welcher den Rotor auf einer Strang-Seite umgibt, siehe auch Fig. 18. Die Polsektoren 5, 17 sind in Laufrichtung mit dem Schild 27 begrenzt, die durch den Spalt 26 unterbrochen sind. Die Polsektor-zu- Elektromagneten-Kombination beträgt im Beispiel 2 zu 1. Die Polwechselzone 12 wird beispielhaft durch einen Abstand gebildet.

Um stabile Lagerkräfte auszubilden ist es vorteilhaft, dass die erste Zone 10 länger als die zweite Zone 11 ausgebildet, insbesondere um etwa die halbe Länge der Polwechselzone 5. Trotz der kürzeren Strecke ist vorteilhaft das Energiegefälle in der ersten Zone 10 gleich stark wie in der zweiten Zone 1 lauszubilden, indem das Energiegefälle steiler ausgestaltet wird. Nach der Ausführungsform Fig. 33 ist auch vorteilhaft ein Linear-Antrieb umsetzbar.

Fig. 34 zeigt den Schnitt durch eine Stufe des Elektromotors 1 , wobei die linke Hälfte zwei Motoreinheiten 30, 31 und die rechte Hälfte zwei phasenversetzte Motoreinheit 32, 33 bildet. Die Rotorpolflächen bilden den ersten Rotorstrang, die Rotorpolflächen bilden den zweiten Rotorstrang und sind vorteilhaft um den Winkelversatz von 45° versetzt anzuordnen um wie ein Trommelläufer angesteuert zu werden. Es ist aber auch möglich den Polsektor aus einem Stück Permanentmagnet auszubilden. Dann kann z.B. der linke Statorstrang zum rechten Statorstrang in Bezug auf die gemeinsame Achse um 45° winkelversetzt angeordnet werden. Der Elektromotor kann auch mit einer ungeraden Anzahl an Polsektoren 5, 17 ausgestaltet sein. Die Permanentmagnete 13 sind zwischen den Flussleitstücken 14 am Statorumfang angeordnet, wie auch in Fig. 36 dargestellt ist.

Fig. 35 zeigt ein aufgeklapptes Paar an Flussleitstücken 14. Der Querschnitt der Engstelle wird durch eine schräge Ausformung vergrößert.

Fig. 36 zeigt eine Anordnung von Flussleitstückpaaren 14 mit Permanentmagneten 13.

Fig. 18 zeigt einen Spulenkörper mit der typischen Zangenform, der sowohl am linken, als auch rechten Statorstrang eingesetzt werden kann.

Fig. 19 zeigt beispielhaft eine weitere sehr kompakte Form des Elektromotors 1 , die als Scheibenläufer einen axialen Spalt 26 ausbildet. Diese Form ermöglicht die Polsektoren 5, 17 direkt mit in axialer Richtung magnetisierten Permanentmagneten 13 zu bilden, wobei beide Polseiten Wirkflächen sein können. Der Rotor ist im Pollaufbereich transparent und hat sieben schraffiert und transparent dargestellte Polsektoren 5, 17. Der Stator hat im Beispiel zwei Elektromagnete 7, 19 also ein Polsektor- zu-Elektromagnet-Verhältnis von 7 zu 2. Durch eine ungerade Anzahl an Polsektoren 5, 17 laufen diese abwechselnd im Bereich der linken Elektromagnet-Gruppe I und rechten Elektromagnet-Gruppe II ein und aus, und können daher optimal gekreuzt verschaltet werden, um eine ausgeglichene Sinus-Lastkurve zu erhalten, die mit sinus- oder trapezförmigen Wechselstrom bestromt werden kann. Durch die beispielhaft zweigeteilte Ausführung der Elektromagnete 7, 19 kann auch der Polsektorabstand klein gehalten werden.

Fig. 20 zeigt schematisch und vergrößert die Schnittansicht A-A durch den Bereich des Elektromagneten 7, 19, wobei die Permanentmagnete 13 und Spulenkörper 21 nicht schraffiert dargestellt sind. Man sieht den zweigeteilten Spulenkörper 21 mit den Wirkflächen 7, die gekreuzt verschaltet sind und gegengleich wirken und die gekoppelten Rotoren mit dem Polabstand in der halben Polsektorlänge in Drehrichtung 9. Der linke Rotor wird am hinteren Teil des Polsektor 5 vom Elektromagnet 7 abgestoßen, der rechte Rotor wird am vorderen Teil des Polsektor 5 vom Elektromagnet 7 angezogen und verstärkt den magnetischen Abstoßfluss - dargestellt durch den schraffierten Pfeil. Zeitgleich wird am linken Rotor der einlaufende Polsektor 5 vom Elektromagnet 7 angezogen und verstärkt dadurch den abstoßenden Magnetfluss auf den rechten Rotor mit dessen auslaufenden, hinteren Teil des Polsektor 5 - dargestellt durch den kleineren schraffierten Pfeil.

Um im Spulenbereich die, durch die schraffierten Pfeile angedeuteten, Verstärkungseffekte zu erreichen müssen die Statorsektoren gleichpolig sein und können nicht wie die Rotorpole direkt mit in axialer Richtung durchgehend magnetisierte Permanentmagnete gebildet werden.

Zu sehen ist auch am schmalen Rotoraußenring, der die Polsektoren 5, 17 einfasst, die Magnetfluss- Unterbrechung und eine vorteilhafte Stabilisierungswicklung aus einem geeigneten magnetisch nicht leitenden Material z.B. eine Kohlenstoff- oder Glasfaser. Die Magnetfluss-Unterbrechung vermindert die Wirbelbildung und ist vorteilhaft im Polbereich der Polsektoren 5, 17 vorzusehen.

Fig. 21 zeigt im Schnitt beispielhaft die Anordnung von in axialer Richtung durchgehend magnetisierte Permanentmagnete in den Stator- und Rotorsektoren von vier Motoreinheiten 30, 31, 32, 33 durch eine Scheibenläufer-Doppel-Stufe mit den Polsektoren 5, 7 bei den Permanentmagnetsektoren 8, 20. Der Doppel-Rotor bildet zwei scheibenförmige Enden aus, die mit Ausnehmungen im Polsektor 5, 7 versehen sind, in denen die Permanentmagnete 13 gefasst werden und dadurch mit großer magnetischer Energiedichte von einem axialen Spalt 26 bis zum nächsten axialen Spalt 26 ausgebildet werden können und somit beide Polflächen Wirkflächen sind. Die zwei Scheiben enden am Rotoraußenring, welcher vorteilhaft eine Nut ausbildet, wobei in der Nut eine Stabilisierungswicklung angerodnet ist. Die Polsektoren 5, 7 werden zwischen Permanentmagnetsektoren 8, 20 geführt, die analog zum Rotorring ebenfalls mit durchgehendem Permanentmagneten 13 ausgebildet und nach außen mit dem Statorgehäuse verbunden sind. Durch den axialen Spalt 26 sind die Polsektoren 5, 7 mit dem Energiegefälle der Statorsektoren wirkverbunden. Die Ausgestaltung des Elektromotors 1 kann in axialer Breite mit beliebig vielen Stufen erfolgen. Die äußeren Permanentmagneten 13 am Stator sind vorteilhaft mit magnetischen Kurzschlussverbindungen 24 zu verbinden.

Fig. 22 zeigt den Schnitt durch eine Scheibenläufer- Doppel-Stufe mit Polsektoren 5, 7 im Bereich der Elektromagnete 7, 19. Die vier Polflächen des Doppel-Rotors sind durch den vorteilhaft in Drehrichtung leicht größer werdenden Spalt 26 mit den Spulenzähnen wirkverbunden und werden von den Elektromagneten 7, 19 zeitgleich angezogen und abgestoßen. Die Spulenkörper 21 sind am Statorgehäuse fixiert. Die Flächen der äußeren Spulenkörper 21 werden ebenfalls mit magnetischen Kurzschlussverbindungen 24 verbunden.

Fig. 23 zeigt am Beispiel eines Scheiben lä ufers die Wechselwirkung zwischen ungerader Anzahl an Polsektoren 5, 7 zu gerader Anzahl an Elektromagneten 7, 19. Im Beispiel mit 5 Stück Polsektoren zu 2 Stück Elektromagneten.

Die fünf Polsektoren am Rotor - Polabstand/Pollücke ist die Pollänge - laufen abwechselnd im Bereich der linken Elektromagnet Gruppe I und rechten Elektromagnet-Gruppe II ein und aus, und können daher optimal gekreuzt verschaltet werden. Dies erfolgt bevorzugt durch einen Schwingkreis eines Spulen- Kondensator- Systems.

Gut zu erkennen ist auch, dass das Energiegefälle das beispielhaft in der ersten Zone 10 durch immer kürzer werdende Permanentmagnet 13 gebildet wird und in der zweiten Zone 11 durch immer länger werdende Permanentmagnete 13. Auch bei diesem Elektromotor 1 können die Wirkflächen analog zu der Beschreibung, mit Nuten, Rillen 35 und oder einem Spalt ausgeführt sein. In den gezeigten bevorzugten Ausführungsformen werden Elektromotoren 1 mit abstoßenden ersten Zonen 10 und anziehenden zweiten Zonen 11 gezeigt. Grundsätzlich ist auch eine Ausführung des Elektromotors 1 ohne magnetischen Zonenwechsel möglich. Wenn es beispielsweise notwendig und/oder vorteilhaft ist, die Rast- und Störmomente in einer Magnetflussrichtung optimal zu kompensieren. Dazu ist der Stator dann nur mehr aus den Permanentmagnetsektoren 8, 20 einer Polarität aufgebaut, der mehr oder weniger langgezogen ausgeführt ist.

Wird der Permanentmagnetsektor 8, 20 und der Polsektor 5, 17 mit ungleichnamigen, also sich anziehenden Polen ausgeführt, kann der Elektromagnet

7, 19 zum Polsektor 5, 17 ungleichnamigen, also den Polsektor 5, 17 anziehend bestromt werden, oder mit Anzieh- und Abstoßpuls einer Wechselstromperiode bestromt werden. Bei dieser Ausführung ist es auch möglich, den Polsektor 5, 17 nur aus ferromagnetischem Stoff, aber ohne permanenter Magnetisierung auszubilden. Dies ist beispielhaft in Fig. 15 und 16 dargestellt.

Wird der Permanentmagnetsektor 8, 20 und der Polsektor 5, 17 mit gleichnamigen, also sich abstoßenden Polen, ausgeführt, so erlaubt diese Variante vor dem Elektromagneten 7, 19 einen ausgeprägten Isolierbereich oder Polwechselzone 12, vorteilhaft mit anschließend am Elektromagneten 7, 19 eingebettetem und/oder anliegendem Umpolmagnet oder Überbrückung 36, sodass der Elektromagneten 7, 19 vor dem Bestromen als ein, in der Länge reduzierter Permanentmagnetsektoren

8, 20 fungiert. Der Elektromagnet 7, 19 wird dann zum Polsektor 5, 17 gleichnamige also den Polsektor 5, 17 abstoßend, bestromt, oder ohne Umpolmagnet mit Anzieh- und Abstoßpuls einer Wechselstromperiode bestromt.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand von bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erlaubt verschiedene Modifikationen und alternative Formen im besonderen eine Kombination mit anderen aus dem Stand der Technik bekannten Möglichkeiten, wobei sämtlich Modifikationen, Äquivalente und Alternativen von den beschriebenen Ausführungsformen erfasst sind. Bei den obigen Ausgestaltungen lassen sich die einzelnen Merkmale, Merkmalkombinationen oder ganze Unterbaugruppen bei einem der anderen Ausgestaltungen ohne weiteres integrieren oder austauschen. Diese möglichen Kombinationen sind im Offenbarungsgehalt inbegriffen.

Nachfolgend werden Grundsätze für das Verständnis und die Auslegung gegenständlicher Offenbarung angeführt.

Merkmale werden üblicherweise mit einem unbestimmten Artikel „ein, eine, eines, einer“ eingeführt. Sofern es sich aus dem Kontext nicht anders ergibt, ist daher „ein, eine, eines, einer“ nicht als Zahlwort zu verstehen.

Das Bindewort „oder“ ist als inklusiv und nicht als exklusiv zu interpretieren.

Sofern es sich aus dem Kontext nicht anders ergibt, umfasst „A oder B“ auch „A und B“, wobei „A“ und „B“ beliebige Merkmale darstellen.

Mittels eines ordnenden Zahlwortes, beispielweise „erster“, „zweiter“ oder „dritter“, werden insbesondere ein Merkmal X bzw. ein Gegenstand Y in mehreren Ausführungsformen unterschieden, sofern dies nicht durch die Offenbarung der Erfindung anderweitig definiert wird. Insbesondere bedeutet ein Merkmal X bzw. Gegenstand Y mit einem ordnenden Zahlwort in einem Anspruch nicht, dass eine unter diesen Anspruch fallende Ausgestaltung der Erfindung ein weiteres Merkmal X bzw. einen weiteren Gegenstand Y aufweisen muss.

Ein „im Wesentlichen“ in Verbindung mit einem Zahlenwert mitumfasst eine Toleranz von ± 10% um den angegebenen Zahlenwert, sofern es sich aus dem Kontext nicht anders ergibt.

Bei Wertebereichen sind die Endpunkte mitumfasst, sofern es sich aus dem Kontext nicht anders ergibt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Elektromotor (1 ), umfassend einen ersten Teil (2) und einen, relativ zum ersten Teil (2) drehbar gelagerten zweiten Teil (3), wobei der erste Teil (2) und der zweite Teil (3) zusammen einen Stator und einen Rotor des Elektromotors (1 ) ausbilden, wobei der erste Teil (2) einen umlaufenden ersten Bereich (4) mit wenigstens einem ersten Polsektor (5) aufweist, wobei der zweite Teil (3) einen umlaufenden, und mit dem ersten Bereich (4) zusammenwirkenden zweiten Bereich (6) aufweist, wobei der zweite Bereich (6) wenigstens einen ersten Elektromagneten (7) und wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektor (8) aufweist, wobei der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor (8) beim Zusammenwirken mit dem wenigstens einen ersten Polsektor(5) aufgrund eines Magnetfeldes des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektors (8) eine vom Anfang des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektors (8) zu dem Ende des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektors (8) im Wesentlichen konstante tangentiale Kraft in einer ersten Drehrichtung (9) auf den wenigstens einen ersten Polsektor (5) ausübt, wobei der wenigstens eine erste Elektromagnet (7) ausgebildet ist, den wenigstens einen ersten Polsektor (5) von dem Ende des ersten Permanentmagnetsektors (8) zu einem Anfang des nachfolgenden ersten Permanentmagnetsektors (8) zu bewegen.

2. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor (8) eine, den wenigstens einen ersten Polsektor (5) abstoßende, erste Zone (10) und eine, den wenigstens einen ersten Polsektor (5) anziehende, zweite Zone (11 ) aufweist.

3. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone (10) und die zweiten Zone (12) des gleichen ersten Permanentmagnetsektors (8) durch eine Polwechselzone (12) voneinander beabstandet sind.

4. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor (8) ein im Wesentlichen senkrecht auf den ersten Bereich (4) stehendes Magnetfeld erzeugt, wobei die Magnetfeldstärke des Magnetfeldes des wenigstens einen ersten Permanentmagnetsektor (8) entlang der Umlaufrichtung variiert.

5. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor (8) eine in Umlaufrichtung verlaufende Anordnung von im Wesentlichen radial ausgerichteten Permanentmagneten (13) aufweist, und dass ein Abstand zwischen der Anordnung der Permanentmagneten und dem ersten Teil (2) entlang der Umlaufrichtung variiert.

6. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor (8) eine Anordnung von tangential und/oder axial ausgerichteten Permanentmagneten (13) mit alternierender magnetischer Polarität aufweist, dass zwischen den Permanentmagneten (13) Flussleitstücke (14) angeordnet sind, dass die Flussleitstücke (14) jeweils eine zum ersten Teil (2) gerichtete Polschuhfläche (15) aufweisen, und dass eine Fläche der Polschuhflächen (15) entlang der Umlaufrichtung variiert.

7. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (2) einen umlaufenden dritten Bereich (16) mit wenigstens einem zweiten Polsektor (17) aufweist, wobei der zweite Teil (3) einen umlaufenden, und mit dem dritten Bereich (16) zusammenwirkenden vierten Bereich (18) aufweist, wobei der vierte Bereich (18) wenigstens einen zweiten Elektromagneten (19) und wenigstens einen zweiten Permanentmagnetsektor (20) aufweist, wobei der wenigstens eine zweite Elektromagnet (19) und der wenigstens eine zweite Permanentmagnetsektor (20) auf den wenigstens einen zweiten Polsektor (17) eine analoge Wirkung wie der wenigstens eine erste Elektromagnet (7) und der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor (8) auf den wenigstens einen ersten Polsektor (5) ausüben.

8. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Bereich (16) gegenüber dem ersten Bereich (4) bezüglich einer Drehachse des ersten Teils (2) zu dem zweiten Teil (3) axial versetzt ist.

9. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des ersten Bereiches (4) zu dem zweiten Bereich (6) gegenüber der Anordnung des dritten Bereiches (16) zu dem vierten Bereich (18) in Umlaufrichtung phasenversetzt ist.

10. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor (8) axial oder radial neben dem wenigstens einen zweiten Permanentmagnetsektor (20) angeordnet ist, und dass der wenigstens eine erste Permanentmagnetsektor (8) eine umgekehrte Polarität gegenüber dem wenigstens einen zweiten Permanentmagnetsektor (20) aufweist.

11 . Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Elektromagnet (7) und der wenigstens eine zweite Elektromagnet (19) einen gemeinsamen Spulenkörper (21 ) aufweisen.

12. Elektromotor (1 ) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Spulenkörper (21 ) zumindest zum Teil permanentmagnetisiert ist.

13. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Elektromagnet (7) eine erste Spulenanordnung (22) aufweist, und dass die erste Spulenanordnung (22) Teil eines elektrischen Schwingkreises (23) ist.

14. Elektromotor (1 ) einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor trommelförmig ausgebildet ist, und dass der wenigstens eine erste Polsektor (5) radial zur Drehachse magnetisiert ist.

15. Elektromotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor scheibenförmig ausgebildet ist, und dass der wenigstens eine erste Polsektor (5) axial zur Drehachse magnetisiert ist.