Elektromotor und zugehörige Verwendung Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, der insbesondere als eine elektrische Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM) ausgestaltet sein kann. Dieser Elektromotor weist dabei einen Stator auf, der eine Anzahl PZ
S an magnetischen Polen von PZ
S = 2p
S ausbildet, mit p
S der Anzahl an Polpaaren des Stators, die sich bei entsprechender Bestromung ausbilden. Zur elektromagnetischen Erzeugung der Polpaare weist der Stator eine Anzahl N
N an Nuten auf. Hierbei ist eine (elektrisch bestrombare) Statorwicklung in die Nuten eingelegt zur Erzeugung eines magnetischen Drehfelds, d.h. die Statorwicklung ist entsprechend zur Erzeugung des magnetischen Drehfelds eingerichtet. Zur Erzeugung des gewünschten magnetischen Drehfelds ist es dabei ausreichend, die Statorwicklung mit einem geeigneten elektrischen Wechselstrom zu bestromen, während elektrische Schaltvorgänge, wie etwa in Schrittmotoren verwendet, nicht notwendig sind. Der Elektromotor kann so im normalen Betrieb, d.h. bei entsprechender kontinuierlicher Bestromung mit Wechselstrom, ein kontinuierliches Drehmoment erzeugen, sodass der Elektromotor insbesondere als Antriebsmotor eines Aufzugs besonders geeignet ist. Der durch die Bestromung der Statorwicklung erzeugte magnetische Fluss kann dabei zumindest teilweise durch (insbesondere zahnförmige) Magnetflussleiter des Stators geführt sein. Der Elektromotor weist ferner einen um eine Drehachse beweglich gelagerten Rotor auf, wobei der Rotor, genauer ein Rotorkörper des Rotors, Permanentmagnete trägt. Dieser Rotor kann als Innenläufer (z.B., wenn der Elektromotor als Antrieb für einen Aufzug verwendet werden soll) oder aber als Außenläufer (z.B., wenn der Elektromotor in einem Ventilator eingesetzt werden soll) ausgestaltet sein, je nach gewünschten
Einsatzgebiet des Elektromotors. Kennzeichnend kann aber in beiden Fällen sein, dass die Permanentmagnete bevorzugt an einem (inneren oder äußeren) Umfang des Rotors/eines Rotorkörpers des Rotors, also umfangsseitig, angeordnet sind, sodass also der Rotor die Permanentmagnete umfangsseitig trägt. Dadurch kann erreicht sein, dass ein (insbesondere kleinster) Luftspalt zwischen Rotor und Stator, zwischen den Permanentmagneten des Rotors und dem Stator besteht (und nicht etwa zwischen einem Rotorkörper und dem Stator, wobei der Rotorkörper die Permanentmagnete trägt). Dies hat selbstverständlich erhebliche Auswirkungen auf die erzeugte magnetische Feldverteilung und kann den Elektromotor beispielsweise von anderen Elektromotoren unterscheiden, bei denen Permanentmagnete nicht umfangsseitig, sondern beispielsweise im Innern eines Rotorkörpers des Rotors oder axial versetzt zu dem Rotorkörper und/oder axial nach innen versetzt in Bezug auf einen Außenumfang des Rotorkörpers angeordnet sind, wobei bei diesen Bauweisen der besagte Luftspalt typischerweise zwischen dem Rotorkörper und dem Stator besteht. Aufgrund gesetzlicher Vorgaben wird in den letzten Jahren verstärkt auf einen Einsatz von Motoren mit höheren Wirkungsgraden geachtet. Entsprechende normative Vereinbarungen definieren hierzu Energiesparklassen, die von den Herstellern in die technischen Daten aufgenommen wurden. Um die wesentlichen maschinenabhängigen Verluste zu reduzieren, wird bislang im Stand der Technik auf einen erhöhten Einsatz von Kupfer in der Motorwicklung, besseres Blechmaterial, eine optimierte Lüfter-Geometrie oder eine energetisch optimale Lagerung gesetzt. Gerade für langsam laufende Motoren (z.B. bei ca. 300 U/min) werden bislang häufig entweder Permanentmagnetmotoren mit hochpoligen Statorwicklungen (mehr als 10 magnetische Pole im Stator)
eingesetzt, oder es gab auch schon niedrigpolige (z.B. 2-, 4- oder 6- polige) Statorwicklungen als 2-Loch-Wicklungen in Kombination mit hochpoligen Rotoren (z.B. mit einer Polzahl des Rotors von PZ
R > 40). Wie erläutert wurde, versteht man unter Polpaarzahl p die Anzahl der Paare von magnetischen Polen innerhalb von rotierenden elektrischen Maschinen. Ein Elektromotor mit drei Wicklungssträngen, die jeweils zwei Pole ausbilden, besitzt somit gemäß einer üblichen Definition eine Polpaarzahl von p
S = 1 (pro Strang gibt es 2 Pole). Gibt es hingegen insgesamt sechs Wicklungsstränge im Stator, so kann der Elektromotor bereits eine Polpaarzahl von p
S = 2 aufweisen. In direkt am Netz betriebenen Motoren bestimmen die Netzfrequenz und die Polpaarzahl die Drehfelddrehzahl einer Drehfeldmaschine. Synchronmaschinen drehen dabei genau mit der Drehfelddrehzahl, Asynchronmaschinen hingegen (lastabhängig) mit einer leicht abweichenden Drehzahl. Die Drehfelddrehzahl n
s lässt sich dabei wie folgt ermitteln: n
s = f/p
s, mit p
s der Polpaarzahl und f der Netzfrequenz. Die vom Elektromotor abgegebene mechanische Leistung ergibt sich dann als Produkt aus geliefertem Drehmoment und Drehzahl. Bei netzbetriebenen Motoren gleicher angegebener Nennleistung ist deswegen das Nenndrehmoment typischerweise proportional zur Polpaarzahl. Motoren gleicher Leistung aber mit größerer Polpaarzahl sind also in der Regel größer als Motoren gleicher Leistung aber mit kleinerer Polpaarzahl. Vergleicht man jeweils Motoren mit dem gleichen Grundprinzip und gleicher Größe, so ist das erreichbare Nennmoment jedoch nicht grundsätzlich proportional zur Polpaarzahl. Je nach Technologie kann das Drehmoment mit steigender Polpaarzahl mehr oder weniger stark (immer aber unterproportional) zunehmen und bei Übersteigen einer höheren Polpaarzahl sogar
wieder abnehmen. Entsprechend variiert die Polpaarzahl erheblich bei Motoren im Stand der Technik. Um die Pole im Stator auszubilden, werden im Stand der Technik Wicklungen in die Nuten des Stators eingelegt. Die Polpaarzahl ergibt sich dann aus dem Wicklungsschema der Wicklungen des Stators. Ein charakteristisches Maß für den Wicklungsaufbau ist dabei die Lochzahl q, welche angibt wie viele Nuten pro Strang m und Pol des Stators (gegeben durch die Polzahl PZ
S = 2p
S) zur Verfügung stehen. Die notwendige Gesamtanzahl an Nuten N
N im Stator ergibt sich dann als: N
N = (PZ
S m) / q. Bei verteilten Wicklungen ist q ≥ 1. Ist q ganzzahlig, handelt es sich um eine sogenannte „Ganzlochwicklung“. Von Bruchlochwicklung spricht man hingegen, wenn q eine gebrochen rationale Zahl ist. Bei Einzelzahnwicklungen ist q < 1 und somit stets eine gebrochen rationale Zahl. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Effizienz eines wie eingangs beschriebenen Elektromotors zu verbessern. Insbesondere soll ein hoher elektrischer Wirkungsgrad und ein hoher Leistungsfaktor cos φ erzielt werden (cos φ wird auch als Wirkleistungsfaktor bezeichnet und gibt das Verhältnis an aus dem Betrag der Wirkleistung P und Scheinleistung S). Der Erfindung liegt insbesondere die spezifische Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor bereitzustellen, der bei Drehzahlen von ca. 300 U/min ein hohes Drehmoment erzeugen kann und dabei einen hohen elektrischen Wirkungsgrad mit einem möglichst hohen Leistungsfaktor cos φ verbindet. Die Erfindung verfolgt somit insbesondere das Ziel, einen Hocheffizienzmotor bereitzustellen. Eine weitere Randbedingung für die Erfindung stellt der Wunsch dar, einen möglichst vibrationsfreien Betrieb eines solchen Elektromotors, gerade im Drehzahlbereich
von ca. 300 U/min zu ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß bei einem Elektromotor die Merkmale von Anspruch 3 vorgesehen. Insbesondere wird somit erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe bei einem Elektromotor der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Statorwicklung so ausgelegt und bestrombar ist, dass für den Stator für das Verhältnis aus Anzahl N
N seiner Nuten und Anzahl N
U der vom Stator ausgebildeten Urbereiche gilt: (N
N/N
U) < 6. Hieraus folgt notwendigerweise: N
N < (6 N
U) bzw. N
U > (N
N/6). Mit anderen Worten kann gemäß der Erfindung somit vorgesehen sein, dass die Wicklung der Spulen des Stators so gelegt und so bestrombar ist, dass sich, insbesondere bei einer typischen Drei-Phasen-Bestromung, eine Abfolge von N
U gleichartigen magnetischen Urbereichen entlang des Umfangs des Stators ergibt bzw. ausbildet, wobei höchstens fünf Nuten (also weniger als sechs Nuten) einen jeweiligen Urbereich des Stators ausbilden sollen. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn höchstes vier Nuten oder sogar nur höchstens drei Nuten zur Ausbildung eines jeweiligen Urbereichs genutzt werden (dann gilt demnach: (N
N/N
U) < 5 oder sogar (N
N/N
U) < 4). Die Anzahl der Urbereiche N
U kann sich beispielsweise für den jeweiligen Elektromotor errechnen lassen als der größte gemeinsame Teiler (ggT) aus Polzahl des Rotors P
ZR und der Anzahl der Nuten des Stators N
N, sodass gilt: N
U = ggT(P
ZR,N
N). Alternativ kann auch gelten: N
U = ggT(P
ZS,N
N) mit P
ZS der Anzahl an magnetischen Polen, die der Stator (bei Bestromung der Statorwicklung) ausbilden kann. Unter einem Urbereich im Sinne der Erfindung kann hier insbesondere ein (Kreis-)Segment des Stators verstanden werden, welches sich periodisch entlang des Umfangs des
Stators wiederholt, und zwar in Bezug auf die Ausbildung der magnetischen Feldverteilung, die sich bei Bestromung des Stators ergibt. Die Urbereiche können somit eine (jeweils bezogen auf eine radiale Richtung) gleichartige Symmetrie von magnetischen Polen ausbilden oder auch nur einen jeweiligen Pol des Stators ausbilden. Jedes der besagten Segmente kann somit eine gleichartige Anordnung der Statorwicklung zeigen, um so eine Abfolge und radiale Ausrichtung von magnetischen Polen (oder von einem magnetischen Pol) zu definieren, die/der sich in jedem der Urbereiche wiederholt. Somit kann die Anzahl P
ZS an magnetischen Polen des Stators von der Anzahl N
U an Urbereichen des Stators abweichen, also insbesondere kann gelten P
ZS > N
U. Je nach Auslegung der Statorwicklung kann aber auch gelten: P
ZS = N
U. Bevorzugt können bei einem erfindungsgemäßen Elektromotor wenigsten sieben Urbereiche entlang des Umfangs des Stators (bei entsprechender Bestromung der Statorwicklung) ausbildbar beziehungsweise ausgebildet sein. Bei größeren Motoren (etwa mit einem Stator-Innendurchmesser jenseits von 200 mm) kann es vorteilhaft sein, wenigstens 8 oder sogar wenigstens 10 Urbereiche entlang des Umfangs des Stators (durch entsprechende Ausgestaltung der Statorwicklung) auszubilden. Eine derartig hohe Anzahl an Urbereichen (die jedoch auch von der Größe des Elektromotors abhängt und bei kleineren Durchmessern des Stators entsprechend eher kleiner ausfallen kann) ist günstig, um eine geringere Amplitude der mechanischen Schwingungen zu erzielen, die im Stator, genauer im Statorjoch (bei einem Innenläufer-Motor), entstehen, wenn die elektromagnetisch erzeugten Pole des Stators mit denen des Rotors (während des Betriebs des Motors) wechselwirken. Dadurch wird somit ein vibrationsarmer Betrieb des Elektromotors begünstigt.
Ein besonders bevorzugter Wertebereich für die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Elektromotors kann wie folgt aussehen: Anzahl der Pole des Stators PZ
S > 8, Anzahl der Nuten des Stators N
N < 50 und Anzahl der Pole des Rotors PZ
R > 50. Durch die erfindungsgemäße Auslegung des Elektromotors können Schwingungsanregungen während des Betriebs des Motors stark vermindert werden, im Vergleich zu herkömmlichen Elektromotoren. Dadurch kann das Vibrationsverhalten des Motors (im Sinne einer reduzierten Anregung von mechanischen Schwingungen) und seiner Umgebung verbessert werden, weil von dem Elektromotor im Betrieb nur sehr geringe Vibrationen ausgehen und damit ein geräuscharmer Betrieb des Motors möglich wird, was gerade bei Verwendung in Aufzügen von großem Vorteil ist. Ursächlich hierfür ist die Tatsache, dass sich aufgrund der nun möglichen hohen Anzahl an Polen des Stators nur sehr geringe mechanische Schwingungsanregungen ergeben, wenn der Stator bei Bestromung durch Wechselwirkung mit den Permanentmagneten des Rotors in radialer Richtung mechanisch belastet wird. Die Verbesserung der Schwingungsdämpfung bzw. Verringerung der Schwingungsanregung hat zudem den positiven Nebeneffekt, dass die für den Stator typischerweise verwendeten Metallbleche nicht mehr mit einer Ankerschraube verbunden werden müssen wie bei vielen vorbekannten Motoren. Dadurch kann eine runde Querschnittsform der Statorbleche gewählt werden. Dies bietet den Vorteil, dass entsprechend auch ein von innen rundes Gehäuse verwendet werden kann, um einen erfindungsgemäßen Elektromotor einzuhäusen. Die Verbindung zwischen Motor und Gehäuse kann dadurch sehr einfach schraubenfrei mittels einer Schrumpfung erzielt werden, was weitere Vorteile bietet. Somit kann eine weitere Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird, darin gesehen werden, wie eine Verwendung bisheriger runder Motorgehäuse ohne Nachteile in Bezug auf unerwünschte
Schwingungen und trotz Erhöhung des Leistungsfaktors des Elektromotors beibehalten werden kann. Im Ergebnis kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung sowohl ein hoher elektrischer Wirkungsgrad als auch ein hoher Leistungsfaktor erreicht werden (Vgl. Tab. 1). Dies hat Vorteile für die Verwendung des Motors in einem elektrischen Antriebssystem (zum Beispiel in Ventilatoren oder Aufzügen), da der zum Betrieb des Motors ggf. (je nach konkretem Design) erforderliche Frequenzumrichter vergleichsweise klein/kompakt und damit preiswert ausgestaltet werden kann und zudem eine hohe elektrische Effizienz erzielt wird. Ein erfindungsgemäß ausgestalteter Elektromotor kann besonders vorteilhaft als ein langsam laufender Motor mit hohem Drehmoment bei Drehzahlen von ca. 300 U/min, insbesondere als ein sogenannter Torque-Motor für industrielle Anwendungen, oder beispielsweise als ein getriebeloser Aufzugsmotor in Aufzügen eingesetzt werden. Auch ein Einsatz in energieeffizienten Radnabenmotoren oder Ventilatoren ist denkbar und vorteilhaft. Wie bereits erwähnt wurde, kann ein erfindungsgemäßer Elektromotor bevorzugt als ein permanent-magnet-synchronous- motor (PMSM), d.h. als eine elektrische Permanentmagnet- Synchronmaschine (manchmal auch als „permanent erregte Synchron-Maschine“ bezeichnet), ausgestaltet sein. Somit kann der Rotor insbesondere P
ZR Permanentmagnete tragen, die eine Anzahl von P
ZR magnetischen Polen ausbilden. Alternativ oder aber ergänzend zu den bislang diskutierten Merkmalen kann der eingangs beschriebene Elektromotor zur Lösung der Aufgabe auch wie folgt ausgestaltet sein: Es kann somit ergänzend oder alternativ zu den Merkmalen von Anspruch 3 vorgesehen sein, dass der Rotor des Elektromotors eine Anzahl PZ
R an magnetischen Polen ausbildet (mit Hilfe der
besagten Permanentmagnete, d.h. die Anzahl P
ZR an magnetischen Polen kann insbesondere der Anzahl der Permanentmagnete entsprechen, die der Rotor trägt) und dass für das Verhältnis aus Polzahl des Rotors P
ZR und Polzahl P
ZS des Stators gilt: P
ZR/P
ZS ≥ 3. Bevorzugt sind dabei Werte von P
ZR/P
ZS ≥ 5. Gleichzeitig kann es aber Vorteile bieten, gleichzeitig noch zu fordern: P
ZR/P
ZS ≤ 10, d.h. ein besonders günstiger Wertebereich für das obige Verhältnis ist: 3 ≥ P
ZR/P
ZS
10; bevorzugt ist dabei: 4 ≥ P
ZR/P
ZS ≤ 8. Die Erfindung hat dabei erkannt, dass ein solch großes Verhältnis zwischen P
ZR und P
ZS insbesondere günstig ist, um einen hohen elektrischen Wirkungsgrad des Elektromotors erzielen zu können. Bei solchen Ausgestaltungen kann die Polzahl / Anzahl an Polen P
ZR des Rotors insbesondere nach folgendem Bildungsgesetz gebildet sein: P
ZR = 2 N
N +/- P
ZS. In einem solchen Fall kann somit für die notwendige Anzahl N
N an Nuten des Stators gelten: N
N = (P
ZR -/+ P
ZS)/2. Ferner kann erfindungsgemäß bei derartigen Ausgestaltungen für die Anzahl an Nuten N
N des Stators bevorzugt gelten: N
N < 60 (Höchstzahl an Nuten des Stators), und vorzugsweise zusätzlich noch: N
N ≥ 6 (Mindestanzahl an Nuten des Stators). Ein besonders bevorzugter Wertebereich für die Anzahl N
N an Nuten des Stators ist: 50 ≥ N
N ≥ 12. Alternativ oder aber ergänzend zu den bislang diskutierten Merkmalen kann der eingangs beschriebene Elektromotor zur Lösung der Aufgabe auch wie folgt ausgestaltet sein: Es kann somit ergänzend oder alternativ zu den Merkmalen von Anspruch 1 und/oder zu denen von Anspruch 3 vorgesehen sein, dass der Rotor des Elektromotors einen maximalen Außendurchmesser D
Ra aufweist sowie eine Anzahl von PZ
R an magnetischen Polen ausbildet, wobei innerhalb einer Polbreite B
PR des Rotors von B
PR = 2 π D
Ra /PZ
R jeweils ein Permanentmagnet angeordnet ist.
Diese Polbreite kann somit als ein Umfangsabschnitt entlang des Außenumfangs 2πD
Ra des Rotors verstanden werden, innerhalb dessen im Durchschnitt ein Permanentmagnet angeordnet ist. Ferner können Magnetflussleiter des Stators, die die Nuten begrenzen, in Form von Zähnen ausgebildet sein. Die Zähne können dabei an ihrer Basis eine Zahnbreite B
Z ausbilden, die eine jeweilige Nutenbreite B
N der Nuten zur Aufnahme der Statorwicklung definiert. Ferner kann vorgesehen sein, dass zwischen benachbarten der Zähne des Stators jeweils ein Schlitz ausgebildet ist mit einer Nutschlitzbreite B
S und dass für das Verhältnis von Zahnbreite B
Z zu Polbreite B
PR (24) gilt: B
Z / B
PR > 0,4 bzw. B
Z > (0,4 B
PR). In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn zusätzlich noch für das Verhältnis aus Nutschlitzbreite B
S und Zahnbreite B
Z gilt: B
S/B
Z > 1,0, d.h. B
S > B
Z. Die Erfindung hat dabei erkannt, dass eine solche Dimensionierung des Stators erhebliche Vorteile bietet, um das Produkt aus Wirkungsgrad und Leistungsfaktor cos φ des Elektromotors zu verbessern. Dieser Ansatz kann qualitativ so beschrieben werden, dass die Zähne in Ihrer Breite B
Z in Abhängigkeit der Polbreite B
PR des Rotors gewählt werden sollen, jedoch so breit, dass nur etwas mehr als zwei Zahnbreiten bereits eine Polbreite ausmachen. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn gilt: B
Z ≥ (0,5 B
PR). In diesem Fall summieren sich also höchstens zwei Zahnbreiten zu einer vorgegebenen Polbreite des Rotors. Die Zähne sollen hier also im Vergleich zu vorbekannten Elektromotoren vergleichsweise breit ausgestaltet werden. Andererseits soll die Zahnbreite aber auch nicht übermäßig ausgestaltet sein. Daher kann bei erfindungsgemäßen Ausgestaltungen zudem noch vorgesehen sein, dass für das Verhältnis aus Zahnbreite B
Z der Zähne des Stators und Polbreite B
PR des Rotors (vgl. die obige Definition) zusätzlich gilt: B
Z / B
PR < 0,7. Zudem können die Schlitze, genauer die Nutschlitzbreite B
S,
zwischen den Zähnen des Stators ebenfalls vergleichsweise breit, also geöffnet, ausgelegt werden. Auch für diese Öffnung gibt es aber Grenzen, sodass vorzugsweise zudem für das Verhältnis aus Nutschlitzbreite B
S und Zahnbreite B
S gelten kann: B
S/B
Z > 1,2. D.h. die Nutschlitzbreite B
S kann bevorzugt 20% größer als die Breite des jeweiligen Zahns an seiner Basis ausgestaltet sein. In weiteren möglichen Ausgestaltungen der Erfindung kann auch gelten: B
S/B
Z > 1,3; bevorzugt B
S/B
Z > 1,4; besonders bevorzugt B
S/B
Z > 1,5. Mögliche Ausgestaltungen der Erfindung können zum Beispiel vorsehen: B
S > 5 mm, bevorzugt: B
S > 10 mm, besonders bevorzugt: B
S > 11 mm. Bei einem gegebenen Innendurchmesser des Stators von D
SI ist es somit vorteilhaft, wenn das Verhältnis aus Nutschlitzbreite und D
SI (also B
S/D
SI) wenigstens 3.0%, bevorzugt wenigstens 3.5% beträgt. Bei größeren Motoren mit Innendurchmessern von mehr als 350 mm, kann dieses Verhältnis jedoch auch auf Werte von weniger als 2,5% sinken. Es kann ferner vorgesehen sein, dass für das Verhältnis aus Nutzschlitzbreite B
S und Außendurchmesser des Stators D
Sa gilt: B
s/D
Sa > 2%, bevorzugt B
s/D
Sa > 2.5%. Gleichzeitig ist es aber vorteilhaft, wenn Werte von B
s/D
Sa = 0,34 nicht überschritten werden. Somit besteht ein bevorzugter Werte-Bereich für die Nutzschlitzbreite B
S von: 2% < B
s/D
Sa < 3.4% als Funktion des Außendurchmessers des Stators. Dies gilt sowohl für Außenläufer- wie Innenläufer-Motoren. Die zuvor mit Bezug auf die Ausgestaltung der Nuten und Zähne des Stators beschriebenen Wertebereiche ermöglichen es, auch auf engem Bauraum eine hohe Anzahl an magnetischen Polen des Stators P
ZS auszubilden. Beispielsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Motor gelten: P
ZS ≥ 12, insbesondere noch bei
einem Stator-Innendurchmesser von weniger als 250 mm. Die besagten zahnförmigen Magnetflussleiter des Stators können dabei bevorzugt einstückig mit einem Statorjoch des Stators und/oder aus einem ferromagnetischen Material ausgestaltet sein. Diese sind zudem ganz entscheidend bei der Ausbildung der magnetischen Urbereich beteiligt. Erfindungsgemäß kann die Aufgabe auch durch weitere vorteilhafte Ausführungen gemäß den Unteransprüchen gelöst werden. Die bislang vorgestellten Konzepte der Erfindung zur Dimensionierung von Elektromotoren lassen sich sowohl auf Motoren anwenden, bei denen der magnetische Fluss in radialer Richtung und somit senkrecht zu einer Drehachse des Motors verläuft oder aber in axialer Richtung entlang der Drehachse. Mit anderen Worten kann ein erfindungsgemäßer Elektromotor somit als ein Axialflussmotor, insbesondere in Form eines Scheibenläufermotors, oder als ein Radialflussmotor oder auch als Kombination eines Axialflussmotors und eines Radialflussmotors ausgestaltet sein. Ferner kann der Rotor des Elektromotors als Innenläufer oder aber als Außenläufer ausgestaltet sein. Im Falle einer Ausgestaltung des Rotors als Innenläufer trägt der Rotor die Permanentmagnete bevorzugt außenumfangsseitig; im Falle einer Ausgestaltung des Rotors als Außenläufer hingegen innenumfangsseitig. In beiden Fällen kann somit ein (insbesondere kleinster) Luftspalt zwischen dem jeweiligen Permanentmagneten und dem Stator ausgebildet werden/sein. Wie bereits erwähnt kann es gerade für einen vibrationsarmen Betrieb des Elektromotors vorteilhaft sein, wenn wenigstens sieben, vorzugsweise wenigstens zehn, Urbereiche entlang des
Umfangs des Stators ausbildbar beziehungsweise ausgebildet sind. Bei sehr kleinen Motoren kann aber auch bereits eine Anzahl von zwei Urbereichen ausreichend sein. Entscheidend ist in erster Linie das Verhältnis aus Anzahl N
N an Nuten des Stators und Anzahl N
U an Urbereichen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann für das Verhältnis aus Anzahl an Polen des Rotors PZ
R und Anzahl an Polen des Stators PZ
S gelten: PZ
R/PZ
S ≤ 10 (dann gilt somit: PZ
R ≤ 10 PZ
S), insbesondere PZ
R/PZ
S ≤ 8 oder sogar PZ
R/PZ
S ≤ 5. Die Erfindung schlägt somit vor, die Anzahl an Polen / Permanentmagneten des Rotors auf höchstens einen Faktor zehn, oder sogar einen Faktor acht oder sogar einen Faktor fünf (wie in den Beispielen gem. Tabelle 2) zu begrenzen, in Abhängigkeit der Anzahl der Pole des Stators PZ
S. Soll für die Anzahl N
U an Urbereichen des Stators ferner gleichzeitig gelten N
U ≥ 7 und ist die Statorwicklung so ausgelegt, dass jeweils nur ein magnetischer Pol pro Urbereich ausgebildet wird (sodass gilt PZ
S = N
U ≥ 7), so kann dies beispielsweise zu Werten von erfindungsgemäßen Elektromotoren wie in Tabelle 2 angegeben führen. Tab. 2 – Design-Parameter von drei erfindungsgemäßen Elektromotoren unterschiedlicher Baugröße
Bei erfindungsgemäßen Ausgestaltungen von Elektromotoren soll aber weiterhin eine gewisse Mindestanzahl an Polen des Rotors beibehalten werden, um einen guten Gleichlauf des Elektromotors zu gewährleisten. Daher kann vorzugsweise ferner für den Elektromotor vorgesehen sein, dass gilt: PZ
R/PZ
S ≥ 4, besonders bevorzugt kann gelten: PZ
R/PZ
S ≥ 5. In weiteren möglichen Ausgestaltungen der Erfindung kann auch gelten: PZ
R/PZ
S ≤ 8, vorzugsweise PZ
R/PZ
S ≤ 6, besonders bevorzugt PZ
R/PZ
S ≤ 5, wie etwa in den obigen Beispielen der Tabelle 2. Mit anderen Worten kann also die Polzahl PZ
S = 2p
S des Stators im Vergleich zu vorbekannten Motoren vergleichsweise hochpolig gewählt sein, zum Beispiel mit PZ
S ≥ 8, bevorzugt PZ
S ≥ 10, besonders bevorzugt PZ
S ≥ 12, insbesondere PZ
S ≥ 16. Ein besonders bevorzugter Werte-Bereich für die Polzahl des Stators P
ZS beträgt: 12 ≥ P
ZS ≥ 20. Wie bereits erläutert wurde, kann aber auch die Polzahl PZ
R = 2p
R des Rotors (vergleichsweise) hochpolig gewählt werden, zum Beispiel mit PZ
R ≥ 40, bevorzugt PZ
R ≥ 50 oder sogar PZ
R ≥ 60 (Vgl. etwa die Beispiele aus der Tabelle 2). In Einzelfällen kann die Polzahl des Rotors somit 60, 80 oder gar 100 betragen (Vergleiche Tab.2), je nach Größe des Motors, wobei selbstverständlich mit zunehmender Größe des Motors die Anzahl an Polen tendenziell zunehmen wird. Da typischerweise nur ein sehr kleiner Luftspalt zwischen Rotor (entweder als Außen- oder Innenläufer ausgestaltet) und Stator verbleibt, kann beispielsweise für einen Innenläufer eine vorteilhafte Dimensionierung darin bestehen, dass mindestens alle 5 mm entlang des Innenumfangs des Stators ein Permanentmagnet des Rotors angeordnet ist, sodass also gilt: D
Si / P
ZR ≤ 5,0 mm; bevorzugt gilt: D
Si / P
ZR ≤ 4,5 mm
Die Zähne des Stators können bevorzugt T-förmig ausgebildet sein, und zwar insbesondere derart, dass die Zahnbreite B
z kleiner als eine jeweilige Zahnkopfbreite B
ZK des jeweiligen Zahns ausfällt. Ferner ist es hilfreich, wenn die Zähne streng radial zur Drehachse orientiert sind. Die besagten Zähne des Stators können somit an ihrer radialen Innenseite eine Zahnkopfbreite B
ZK ausbilden. Für das Verhältnis aus Nutschlitzbreite B
S und Zahnkopfbreite B
ZK kann dann bevorzugt gelten: B
S/B
ZK > 0,45. In diesem Fall nimmt also die jeweilige Schlitzbreite eine Umfangslänge ein, die mehr als 45% der Zahnkopfbreite entspricht (die ebenfalls entlang des Umfangs gemessen werden kann). In weiteren möglichen Ausgestaltungen der Erfindung kann auch gelten: B
S/B
ZK > 1,05; bevorzugt B
S/B
ZK > 1,10; besonders bevorzugt B
S/B
ZK > 1,20. D.h. die Nutschlitzbreite kann also sehr viel größer ausgebildet sein als bei herkömmlichen Elektromotoren üblich. Der technische Effekt, der durch derart offene Nutschlitze erzielt wird, besteht darin, dass bei einem Elektromotor, der eine Statorpolzahl PZ
S und Rotorpolzahl PZ
R aufweist, die ungleich sind (wie hier insbesondere vorgeschlagen), ein hoher Leistungsfaktor cos φ und gleichzeitig geringe elektrische Verluste erzielbar sind. Bei Motoren mit gleicher Stator- und Rotorpolzahl (PZ
S = PZ
R) ist die Verwendung von derartig offen ausgestalteten Nuten hingegen eher nachteilig, insbesondere für den Leistungsfaktor cos φ. Daher sollten bei derartigen Motoren möglichst geschlossene Nuten verwendet werden. Am Stator eines erfindungsgemäßen Elektromotors können weniger als zwei Zähne pro Pol des Rotors ausgebildet sein. Damit kann für die Anzahl ZZ
s an Zähnen am Stator gelten: ZZ
s < 2 PZ
R. Damit kann auch insbesondere gelten: N
N < 2 PZ
R. Für das Verhältnis eines minimalen Innendurchmessers D
Si des
Stators und eines maximalen Außendurchmesser D
Sa des Stators schlägt die Erfindung eine Dimensionierung vor, die folgende Vorgabe einhält: D
Si/D
Sa ≥ 0,80. Für einen Innenläufer bedeutet dies, dass in diesem Fall der Rotor einen Bauraum zur Verfügung hat, der ca. 80% des Außendurchmesser des Stators beträgt (jedenfalls sofern man den minimalen notwendigen Luftspalt zwischen rotierendem Rotor und Stator vernachlässigt). Dadurch steht eine (für eine vorgegebene maximale Baugröße des Elektromotors) große Querschnittsfläche zur Verfügung (diese wächst quadratisch mit dem Radius), durch welche der magnetische Fluss geleitet werden kann, wodurch größere Drehmomente erzeugbar sind. Die Statorwicklung des Elektromotors kann auf unterschiedliche Weisen ausgestalten sein. Für die Lochzahl q des Elektromotors, definiert als q = N
N/(2p
S m) mit N
N der Anzahl an Nuten des Stators, 2p
S = PZ
S der Anzahl an magnetischen Polen des Stators und m der Anzahl an Phasen bzw. Strängen der Statorwicklung, ist es bevorzugt, wenn gilt: q < 1,5; Bevorzugt gilt q = 1, denn dann kann eine vergleichsweise kurze Wickelkopflänge erzielt werden, was Vorteile bietet hinsichtlich einer einfachen Fertigung des Elektromotors. D.h. das erfindungsgemäße Konzept lässt sich besonders gut mit einer Einloch-Wicklung realisieren. Mit anderen Worten kann die Lochzahl q also bevorzugt ganzzahlig sein. Die Anzahl an Nuten N
N des Stators kann bevorzugt ein Ganzzahliges Vielfaches der Anzahl an Polpaaren p
S des Stators sein. Denn in diesem Fall kann eine in der Herstellung aufwändige Bruchlochwicklung vermieden werden und die Statorwicklung vielmehr als eine Ganzlochwicklung realisiert sein. Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl N
N der Nuten einen Wert von 60, vorzugsweise von 50, nicht übersteigt.
Eine Magnetbreite B
M eines jeweiligen der Permanentmagnete des Rotors kann beispielsweise definiert sein als ein Kreisbogen B
M = Q 2 π D
Ra / N
M, der von einem der Permanentmagnete eingenommen wird, mit D
Ra dem maximalen Außendurchmesser des Rotors, Q dem von dem jeweiligen Permanentmagneten eingenommenen Umfangs- Anteil und N
M der Anzahl an Permanentmagneten des Rotors (3), wobei typischerweise gilt N
M = P
ZR. Auf Basis dieser Definition sind erfindungsgemäße Ausgestaltungen bevorzugt, für die gilt: B
M < 20 mm, bevorzugt: B
M < 15 mm. Ferner kann zusätzlich vorgesehen sein, dass gilt: B
M ≥ 10 mm, besonders bevorzugt: B
M ≥ 11 mm. Diese Wertebereiche erlauben es eine ausreichende Anzahl an Polen des Rotors auszubilden und gleichzeitig die Limitationen in Bezug auf die dann notwendige Anzahl an Polen des Stators einzuhalten. Wie bereits erwähnt wurde, kann der Rotor des Elektromotors mit Hilfe seiner Permanentmagnete eine Anzahl von PZ
R an magnetischen Polen ausbilden. Weist der Stator dabei einen Außenumfang von U
S = 2 π D
Sa auf, so sehen bevorzugte Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Elektromotoren vor: 25 mm < U
S/PZ
R < 75 mm, besonders bevorzugt gilt: 28 mm < U
S/PZ
R < 50 mm; Diese Werte geben somit die jeweilige Umfangslänge am Außenumfang des Stators an, innerhalb derer jeweils ein Magnet des Rotors angeordnet werden soll. Wie bereits mehrmals erwähnt wurde, kann die Statorwicklung mehrere, insbesondere eine Anzahl m, Stränge bzw. Phasen aufweisen, bzw. mit den m Strängen können m unterschiedliche elektrische Phasen bei entsprechender Bestromung der Stränge ausgebildet werden. Der Elektromotor kann daher vorzugsweise einen Frequenzumrichter aufweisen, mit dem die Statorwicklung mit elektrischer Spannung versorgbar ist. Der Stator kann dabei insbesondere eine dreiphasige / dreisträngige Statorwicklung aufweisen (m = 3). In diesem Fall kann die Stator-Polpaarzahl p
S ein Vielfaches von drei sein; es sind
aber auch andere Ausgestaltungen möglich. Die Permanentmagnete des Rotors können bevorzugt von einem Rotorkörper des Rotors elektrisch isoliert sein. Ferner kann auch eine jeweilige Flussrichtung der Permanentmagnete des Rotors radial in Bezug auf die Drehachse des Rotors ausgerichtet sein. Eine relative Winkellage der magnetischen Pole des Rotors kann in Umfangsrichtung innerhalb eines ersten axialen Segments des Rotors (im Vergleich) zu einer relativen Winkellage von magnetischen Polen innerhalb eines zweiten axialen Segments des Rotors einen Winkelversatz aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann auch eine relative Winkellage der magnetischen Pole des Stators in Umfangsrichtung innerhalb eines ersten axialen Segments des Stators (im Vergleich) zu einer relativen Winkellage von magnetischen Polen innerhalb eines zweiten axialen Segments des Stators einen Winkelversatz aufweisen. Solche Winkelversätze können insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die Pole des Rotors/des Stators in einer kontinuierlichen Schrägung entlang der Drehachse ausgebildet sind. Eine solche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Elektromotors kann alternativ auch vorsehen, dass die Pole des Rotors in einer gestuften Schrägung, ähnlich wie Treppenstufen, entlang der Drehachse angeordnet sind. Der Rotor kann ferner auch kontinuierlich geschrägt sein. Alternativ oder ergänzend kann auch am Stator eine solche gestufte oder kontinuierliche Schrägung der Pole vorgesehen sein. Die Erfindung schlägt insbesondere vor, dass ein erfindungsgemäßer Elektromotor so dimensioniert ist und so mit
einer elektrischen Betriebsspannung versorgt wird, dass beim Betrieb in einem Drehzahlbereich von ca. 300 U/min eine maximale Statorfrequenz von f
S,max = 200 Hz, bevorzugt von f
S,max = 150 Hz nicht überschritten wird. Die Statorfrequenz gibt dabei an, mit welcher Frequenz die den Stator ausbildenden Bleche im Motorbetrieb ummagnetisiert werden, während die Drehzahl des Motors angibt, mit welcher Frequenz der Rotor rotiert. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn der Elektromotor so verwendet wird, dass während des Betriebs eine minimale Statorfrequenz von f
S,min = 20 Hz, bevorzugt von f
S,min = 15 Hz, nicht unterschritten wird. Eine solche gezielte Verwendung eines erfindungsgemäßen Elektromotors ermöglicht es, den Elektromotor in einem Drehzahlbereich von ca. 300 U/min optimal zu betreiben, d.h. mit hohem Wirkungsgrad und mit akzeptabler Hitzeentwicklung aufgrund der niederfrequenten Ummagnetisierung. Dies ist für zahlreiche Anwendungen, insbesondere zum Antrieb von Aufzügen, von Interesse, wo gerade dieser Drehzahlbereich häufig und wiederholt vom Elektromotor bereitgestellt werden muss. Bei einer Ausgestaltung wie zuvor beschrieben können erfindungsgemäße Elektromotoren daher gerade im Drehzahlbereich von ca. 300 U/min besonders wirkungsvoll und effizient eingesetzt werden. Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausbildungen der Erfindung können aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der allgemeinen Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen gewonnen werden. Die folgende Beschreibung von Beispielen dient lediglich der Erläuterung von Designgrößen, insbesondere von Urbereichen des
Stators, die erfindungsgemäß ausgelegt werden können; mögliche Designgrößen, durch die ein erfindungsgemäßer Motor charakterisiert werden kann, sind dabei in der nachfolgenden Liste aufgeführt. Die in den Figuren gezeigten Elektromotoren zeigen somit noch keine erfindungsgemäße Ausgestaltung; erfindungsgemäße Ausgestaltungen von Elektromotoren sind dem Fachmann aber unter Zuhilfenahme der Figuren leicht zugänglich durch Anwendung der zuvor und in den Ansprüchen beschriebenen Regeln für zahlreiche Designgrößen des Stators und/oder des Rotors. In den Zeichnungen erhalten zudem in ihrer Funktion übereinstimmende Elemente auch bei abweichender Gestaltung oder Formgebung übereinstimmende Bezugszahlen. Es zeigt: Fig. 1 einen stark vereinfachten schematischen Querschnitt durch einen üblichen Elektromotor, Fig. 2 eine weitere Ansicht analog zu derjenigen der Figur 1 eines weiteren Elektromotors, Fig. 3 eine weitere Ansicht analog zu derjenigen der Figur 1 eines weiteren Elektromotors, Fig. 4 eine Detailansicht des Elektromotors aus Figur 3, wobei nur ein Quadrant gezeigt ist. Die Figur 1 zeigt einen stark vereinfachten schematischen Querschnitt durch einen Elektromotor 1, wie er im Stand der Technik vorbekannt ist. Der Elektromotor 1 weist einen Stator 2 sowie einen als Innenläufer ausgebildeten und insgesamt zwanzig Permanentmagnete 5 tragenden Rotor 3 auf, wobei der Rotor 3 um die gezeigte Drehachse 6 drehbar gelagert ist. Mit anderen Worten weist der Rotor 3 somit eine Anzahl an magnetischen Polen P
ZR = 20 auf, die der Anzahl seiner
Permanentmagnete 5 entspricht (wobei jeder der Permanentmagnete 5 jeweils ein Nord/Süd-Polpaar ausbildet). Man erkennt dabei in allen Figuren, dass die Permanentmagnete 5 umfangsseitig, nämlich auf dem Außenumfang des jeweiligen Innenläufer-Rotors 3, angeordnet sind. Entsprechend wird auch der minimale Luftspalt 23 (Vgl. Fig. 1), den der magnetische Fluss passieren muss, zwischen dem jeweiligen Permanent- magneten 5 und dem jeweiligen Zahn 10 des Stators 2 ausgebildet. Wird das erfindungsgemäße Konzept auf einen Außenläufermotor übertragen, würde dies ebenfalls gelten, nur wären dann die Permanentmagnete 5 auf dem Innenumfang des (im Bezug auf den Stator außenliegenden) Außenläufer-Rotors platziert, sodass erneut die Permanentmagnete 5 zu den Statorzähnen 10 ausgerichtet wären. Der Stator 2 weist insgesamt eine Anzahl von N
N = 24 Nuten 14 auf. Die Nuten 14 sind dabei durch die Zwischenräume gebildet, die zwischen den als Zähne 10 ausgestalteten Magnetflussleitern 8 des Stators 2 bestehen. In die insgesamt vierundzwanzig Nuten 14 ist eine Statorwicklung 4 eingelegt (nicht illustriert), die drei Stränge aufweist (m = 3). Bei entsprechender Bestromung der Statorwicklung 4 kann der Stator 2 der Figur 1 ein magnetisches Drehfeld erzeugen, wobei der Stator 2 hierzu eine Anzahl von PZ
S an magnetischen Polen ausbildet und wobei gilt: PZ
S = 2p
S mit p
S der Anzahl an Polpaaren des Stators 2. Bei Bestromung der Statorwicklung mit elektrischem Wechselstrom kann somit, ohne jegliche elektrische Schaltvorgänge, der Rotor 3 in Rotation versetzt werden, weil die Statorwicklung 4 dann ein rotierendes magnetisches Feld erzeugt, welches den Rotor 3 mitzieht. Dadurch kann im normalen Betrieb ein kontinuierliches Drehmoment mit dem Elektromotor 1 erzeugt werden.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel bildet der Stator 2 pro Strang zwei Polpaare aus und somit insgesamt vier Pole pro Strang, sodass für die Polzahl gilt: PZ
S = 12, da m = 3 Stränge in der Statorwicklung 4 verwendet werden. Das heißt jeweils zwei Nuten 14 der insgesamt vierundzwanzig Nuten bilden einen magnetischen Pol des Stators 2 aus. Damit ergibt sich eine Abfolge von insgesamt vier Urbereichen 13, die jeweils eine gleichartige Abfolge von drei Polen des Stators 2 zeigen (jeweils ein Pol pro Strang und Urbereich 13). Jeder der vier Urbereiche 13 ist dabei durch insgesamt sechs Nuten 14 gebildet (5 ganze Nuten plus jeweils zwei halbe Nuten am linken und rechten Rand des Urbereichs 13), die somit das in Figur 1 illustrierte Kreissegment des Stators 2 belegen. Die besagte Abfolge von drei magnetischen Polen wiederholt sich dabei periodisch entlang des Umfangs des Stators 2 in jedem der vier Urbereiche 13, wobei jeder der vier Urbereiche 13 nicht nur eine gleiche Anzahl an Polen (nämlich drei), sondern auch eine gleichartige Symmetrie der magnetischen Feldverteilung in Bezug auf die radiale Achse R zeigt. Dadurch ist es beispielsweise ausreichend, die Feldverteilung in einem der Urbereiche 13 zu simulieren, um die gesamte vom Stator 2 erzeugte Feldverteilung errechnen zu können. Die Figuren 2 und 3 zeigen weitere Beispiele von vorbekannten Elektromotoren 1, wobei der jeweilige Stator 2 vier Urbereiche 13 (Figur 2) oder acht Urbereiche 13 (Figur 3) bei entsprechender Bestromung der Statorwicklung 4 ausbilden kann. Im Falle der Figur 3 bilden dabei jeweils vier Zähne 10 mit den vier zugehörigen Nuten 14, beziehungsweise die darin eingelegte Statorwicklung 4 (bei entsprechender Bestromung) einen Urbereich 13 aus. Die Figur 4 zeigt eine Detailansicht auf einen Quadranten des in Figur 3 illustrierten Elektromotors 1. Zu erkennen ist, dass die Permanentmagnete 5 des Rotors 3 wie üblich
gleichmäßig entlang des Außenumfangs des als Innenläufer ausgestalteten Rotors 3 angeordnet sind. Dabei belegt jeder Permanentmagnet 5, der eine Magnetbreite 21 (gemessen als Kreisbogenlänge auf der Oberfläche des Rotorkörpers) aufweist, eine Polbreite 12 von B
PR = 2 π D
Ra /PZ
R mit D
Ra dem Außendurchmesser 20 des Rotors 3 (Vgl. Fig. 1) und PZ
R der Anzahl an magnetischen Polen des Rotors 3. Hierbei bildet jeder der Permanentmagnete 5 einen Pol des Rotors 3 aus, sodass die Anzahl an Polen PZ
R des Rotors 3 gleich der Anzahl an Permanentmagneten 5 des Rotors 3 ist (im Falle der Figur 3 ist PZ
R = 8). Weitere für die Erfindung relevante Design-Größen sind in Figur 1 und 2 gezeigt, nämlich der Außendurchmesser 19 des Stators 2 D
Sa, der Innendurchmesser 18 des Stators 2 D
Si, der zwischen Stator 2 und Rotor 3 bestehende Luftspalt 23, der Außendurchmesser 20 des Rotors 3 D
Ra, die Nutschlitzbreite 15 B
S, die Nutbreite B
N 22, die Zahnkopfbreite 16 B
ZK, und die Zahnbreite B
Z 17 der T-förmig ausgestalteten Zähne 10. Wie durch die gestrichelten und gepunkteten Kreise in Figur 1 angedeutet, können diese Werte jeweils entlang von Umfangslinien gemessen werden. Die Zahnbreite B
Z 17 kann beispielsweise an der Basis des jeweiligen Zahns 10, zum Beispiel an der Stelle der größten Nutbreite 22 B
N einer Nut 14, gemessen werden. Auf Basis dieser Illustrationen lassen sich nun vergleichsweise einfach erfindungsgemäße Ausgestaltungen von Elektromotoren, wie Sie zuvor beschrieben wurden und insbesondere in den Ansprüchen beschrieben sind, nachvollziehen. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßer Elektromotor 1 wie in Tab. 1 angegeben ausgestaltet sein, zum Beispiel mit einem Rotor 3, der eine Polzahl von P
ZR = 60 bietet, einem Stator 2, der insgesamt P
ZS = 12 Pole und eine gleiche Anzahl N
U von zwölf Urbereichen 13 ausbildet (sodass
dann ein Urbereich 13 jeweils nur einen einzigen magnetischen Pol definiert und es gilt: N
U = 12), wodurch sich ein Verhältnis von P
ZR / P
ZS = 5 ergibt. Hierfür können N
N = 36 Nuten 14 am Stator 2 vorgesehen sein. Unter Beibehaltung dieses Prinzips kann bei größerer Baugröße dann beispielsweise die Polzahl des Rotors 3 auf P
ZR = 80 erhöht werden. In diesem Fall kann bei Beibehaltung von P
ZR / P
ZS = 5 die Polzahl des Stators 2 P
ZS = 16 betragen, wobei in diesem Fall sechzehn Urbereiche 13 und N
N = 48 Nuten am Stator 2 vorgesehen sind. Für eine noch größere Bauform eines erfindungsgemäßen Elektromotors 1 kann beispielsweise gelten: P
ZR = 100; P
ZR / P
ZS = 5; P
ZS = 20 = N
U; N
N = 60. Weitere mögliche Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Elektromotoren 1 sind in den Ansprüchen beschrieben, wobei die jeweiligen Design-Parameter anhand der (lediglich der Illustration dienenden) Figuren 1 bis 4 nachvollzogen werden können. Bei Befolgung der von der Erfindung vorgeschlagenen Dimensionierung des Stators 2 und Ausgestaltung des vom Stator 2 erzeugten magnetischen Drehfelds lässt sich sowohl ein schwingungsarmer und gleichzeitig hoch effizienter Betrieb des Elektromotors 1 gewährleisten. Die hier vorgestellten Ansätze zur Ausgestaltung eines Hocheffizienz-Elektromotors 1 lassen sich dabei sowohl auf Motoren mit Innenläufer- oder Außenläufer-Rotor 3 anwenden. Hierfür müssen lediglich die dargelegten Design-Parameter eingehalten werden. Zusammenfassend wird für einen Elektromotor 1, der einen Stator 2 aufweist, der zur Erzeugung eines rotierenden magnetischen Drehfeldes eingerichtet ist, sowie einen um eine Drehachse 6 drehbar gelagerten Rotor 3, welcher eine Anzahl von Permanentmagneten 5 trägt, zur Steigerung der elektrischen
Effizienz aber auch zur Verminderung von mechanischen Schwingungen im Betrieb vorgeschlagen, dass eine Statorwicklung 4 so in Nuten 14 des Stators 2 eingelegt und mit einem Mehrphasen-Strom bestromt wird, dass der Stator 2 ein magnetisches Feld ausbildet, welches durch eine Anzahl N
U an Urbereichen 13 charakterisiert ist und dass pro Urbereich 13 höchstens fünf der Nuten 14 des Stators 2 eingesetzt werden. Hierbei können vorzugsweise wenigstens sieben, besonders bevorzugt wenigstens acht oder sogar wenigstens zehn Urbereiche 13 entlang des Umfangs des Stators 2 bei entsprechender Bestromung der Statorwicklung 4 ausbildbar bzw. ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste 1 Elektromotor 2 Stator 3 Rotor 4 Statorwicklung 5 Permanentmagnet (von 3) 6 Drehachse 7 Statorjoch 8 Magnetflussleiter (von 2) 9 Magnetflussleiter (von 3) 10 Zahn (von 2) 11 Schlitz (zwischen 8/10) 12 Polbreite (z.B. Außenumfangslänge von 3, innerhalb derer ein Permanentmagnet angeordnet ist) 13 Urbereich 14 Nut (von 2) 15 Nutschlitzbreite BS (Breite von 11) 16 (Stator-)Zahnkopfbreite BZK (Breite von 10 am Kopfende (radial innen)) 17 (Stator-)Zahnbreite BZ (Breite von 10, außerhalb des Kopfbereichs an der Basis) 18 Stator-Innendurchmesser (Innendurchmesser von 2) 19 Stator-Außendurchmesser (Außendurchmesser von 2) 20 Rotor-Außendurchmesser (Außendurchmesser von 3) 21 Magnetbreite (Kreisbogenlänge von 5) 22 Nutbreite BN (Breite von 14) 23 Luftspalt (zwischen 2 und 3)
Verwendete Design-Parameter PZS = 2pS = Anzahl an magnetischen Polen des Stators pS = Anzahl an Polpaaren des Stators PZR = Polzahl des Rotors pR = Anzahl an Polpaaren des Rotors NN = Anzahl an Nuten des Stators NU = Anzahl an Urbereichen des Stators BPR = 2 π DRa /PZR = Polbreite des Rotors DRa = Außendurchmesser des Rotors BN = Nutenbreite der Nuten des Stators BZ = Zahnbreite BS = Nutschlitzbreite BZK = Zahnkopfbreite ZZs = Anzahl an Zähnen des Stators DSi = Innendurchmesser des Stators DSa = Außendurchmesser des Stators q = NN/(2pS m) = Lochzahl m = Anzahl an verwendeten (Strom-)Phasen bzw. Strängen der Statorwicklung BM = Q 2 π DRa / NM = Magnetbreite eines jeweiligen der Permanentmagnete des Rotors Q = der von den Permanentmagneten eingenommene Umfangs- Anteil (in %) NM = Anzahl an Permanentmagneten des Rotors US = 2 π DSa = Außenumfang des Stators