DE4042432C2

DE4042432C2 - Electronically commutated DC machine

Info

Publication number: DE4042432C2
Application number: DE4042432A
Authority: DE
Inventors: Erich Rabe
Original assignee: ORTO HOLDING AG LUXEMBURG LUXE
Current assignee: ORTO HOLDING AG, LUXEMBURG/LUXEMBOURG, LU
Priority date: 1990-12-24
Filing date: 1990-12-24
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: DE4042432A1; KR920013852A; DE4041805C1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronisch kommutierte Gleich strommaschine mit einem Permanentmagnet-Rotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (EP 0 178 380 A1).The invention relates to an electronically commutated DC Current machine with a permanent magnet rotor according to the preamble of claim 1 (EP 0 178 380 A1).

Eine solche Gleich strommaschine kann sowohl motorisch wie generatorisch be trieben werden. Insbesondere betrifft die Erfindung einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, der für höhere Leistungen von beispielsweise 100 kW und mehr ausgelegt ist. Dieser erfindungsgemäße Gleichstrommotor kann vorzugsweise als Antriebsmotor von Kraftfahrzeugen, insbesondere Per sonenkraftwagen, eingesetzt werden.Such an equal Electricity machine can be both motor and generator be driven. In particular, the invention relates to a electronically commutated DC motor, for higher Outputs of 100 kW and more, for example. This DC motor according to the invention can preferably as a drive motor of motor vehicles, in particular Per motor vehicles.

Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung eine elektronisch kommutierte Gleichstrommaschine, insbesondere Gleichstrom motor, mit einer Rotationsachse, mit einer ersten, im we sentlichen zylindrischen Antriebsebene, die aus einer ersten, eisenlosen, mäanderförmigen Statoranordnung und einem ersten Permanent magnet-Rotor gebildet ist, der eine Anzahl erste Permanent magnet-Pole aufweist, die alternierend und im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse bzw. radial polarisiert sind, und mit einer zweiten, im wesentlichen zylindrischen An triebsebene, die aus einer zweiten Statoranordnung und einer Anzahl zweiter Permanentmagnet-Pole gebildet ist, die alter nierend und im wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse bzw. radial polarisiert sind, wobei die beiden Antriebs ebenen in einer gemeinsamen Rotationsebene konzentrisch um die gemein same Rotationsachse herum ausgebildet sind.More particularly, the invention relates to an electronic one commutated direct current machine, in particular direct current motor, with an axis of rotation, with a first, in the we substantial cylindrical drive plane, which consists of a first, ironless, meandering stator arrangement and a first permanent magnet rotor is formed, the number of first permanent has magnet poles that alternate and essentially are polarized perpendicular to the axis of rotation or radially, and with a second, substantially cylindrical to drive level, which consists of a second stator arrangement and a Number of second permanent magnet poles is formed, the older nating and essentially perpendicular to the axis of rotation or are radially polarized, the two drive planes in a common rotation plane concentric around the common same axis of rotation are formed around.

Ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor dieser Art ist aus dem Dokument EP 0 178 380 A1 bekannt, das ebenfalls auf den zur vorliegenden Erfindung benannten Anmelder/Er finder zurückgeht. Die vorliegende Erfindung betrifft Ver besserungen an dem dort beschriebenen Motorkonzept. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird mit der Bezugnahme auf das Dokument EP 0 178 380 A1 der Inhalt dieses Dokumentes zu sätzlich zum Bestandteil der vorliegenden Erläuterung und Beschreibung gemacht. Die in diesem Dokument beschriebenen Motoren zeichnen sich u. a. dadurch aus, daß bei vorgegebenem Motorvolumen ein Mehrfaches des Drehmomentes erzeugbar ist, das mit herkömmlichen Motoren bei gleicher Baugröße erziel bar ist.An electronically commutated DC motor of this type is known from document EP 0 178 380 A1, which also to the applicant / he named for the present invention finder goes back. The present invention relates to Ver Improvements to the engine concept described there. Around Avoiding repetitions is made with reference to the Document EP 0 178 380 A1 the content of this document in addition to the component of the present explanation and Description made. The ones described in this document Motors are characterized u. a. characterized in that for a given Engine volume a multiple of the torque can be generated, that achieves with conventional motors with the same size is cash.

Bei der bekannten Gleichstrommaschine sind mehrere, ring förmige Permanentmagnet-Anordnungen konzentrisch zueinander angeordnet und starr an einem gemeinsamen Rotor befestigt, der starr an einer Welle angebracht ist. Die verschiedenen konzentrischen Permanentmagnet-Anordnungen dienen zur Lei stungssteigerung der Gleichstrommaschine bei beschränktem Volumen derselben. Eine voneinander unabhängige, unter schiedliche Rotation verschiedener ringförmiger Permanent magnet-Anordnungen ist nicht möglich.In the known DC machine are several, ring shaped permanent magnet arrangements concentric with each other arranged and rigidly attached to a common rotor, which is rigidly attached to a shaft. The different Concentric permanent magnet arrangements are used for lei Performance increase of the DC machine with limited Volume of the same. An independent, under different rotation of different ring-shaped permanent magnet arrangements is not possible.

Davon ausgehend, besteht die Aufgabe der vorliegenden Er findung darin, eine(n) elektronisch kommutierte(n) Gleich strommaschine/Gleichstrommotor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die/der bei geringem Gewicht und kompakter Bau weise mit Hilfe der ersten Antriebsebene ein hohes Dreh moment aufnimmt/liefert und deren/dessen zweite Antriebs ebene unabhängig von der ersten Antriebsebene ansteuerbar bzw. rotierbar ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gleichstrommotor dieser Art bereitzustellen, der als Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge geeignet ist und der ein besonders hohes Spitzendrehmoment, beispielsweise bis zu 280 Nm und mehr, sowie eine hohe Nenn leistung, beispielsweise bis zu 100 kW und mehr liefert, und bei dem auch bei hohen und stark wechselnden Belastungen keine unzulässige Erwärmung stattfindet.Based on this, the task of the present Er exists finding therein an electronically commutated alike Current machine / DC motor of the generic type create that with light weight and compact construction wise with the help of the first drive level moment records / delivers and their second drive level can be controlled independently of the first drive level or is rotatable. Another goal of the present Invention is a DC motor of this type To provide that as a drive motor for motor vehicles is suitable and which has a particularly high peak torque, for example up to 280 Nm and more, as well as a high nominal power, for example up to 100 kW and more, and in the case of high and strongly changing loads no excessive heating takes place.

Ausgehend von einer elektronisch kommutierten Gleichstrom maschine, insbesondere GleichstrommotorStarting from an electronically commutated direct current machine, in particular a direct current motor

- with an axis of rotation,
- A first substantially cylindrical to drive level consisting of a first, ironless, meandering Stator arrangement and a first permanent magnet Rotor is formed, the number of first permanent has magnet poles that alternate and essentially Lichen perpendicular to the axis of rotation or radially are polarized
- With a second, essentially cylindrical to drive level, which consists of a second stator arrangement and a number of second permanent magnet poles are formed which is alternating and essentially vertical are polarized to the axis of rotation or radially,
- The two drive levels in a common Rotation plane concentric around the common axis of rotation are trained

ist die erfindungsgemäße Lösung obiger Aufgabe dadurch ge kennzeichnet, daß die zweiten Permanentmagnet-Pole an einem zweiten Permanentmagnet-Rotor angebracht sind, der unab hängig vom ersten Permanentmagnet-Rotor um die gemeinsame Rotationsachse rotierbar ist.is the solution of the above object ge indicates that the second permanent magnet poles on one second permanent magnet rotor are attached, the unab depending on the first permanent magnet rotor around the common one Rotation axis is rotatable.

Auf diese Weise wird eine von der ersten Antriebsebene un abhängig ansteuerbare bzw. rotierbare zweite Antriebsebene geschaffen. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung wird ein Konzept "Motor-im-Motor" realisiert. Beispielsweise kann die erste Antriebsebene als ausgesprochene Hochleistungs-An triebsebene ausgebildet sein, und die zweite Antriebsebene ist unabhängig davon für andere Zwecke ausgelegt.In this way, one of the first drive level becomes un depending on controllable or rotatable second drive level created. With this embodiment of the invention "Engine-in-engine" concept implemented. For example, the first drive level as a pronounced high-performance type be designed drive level, and the second drive level is designed for other purposes regardless.

Beispielsweise kann die zweite Antriebsebene zum Antrieb einer Kühleinrichtung (Ventilator) ausgerüstet sein, die innerhalb des Gehäuses der Gleichstrommaschine untergebracht ist und die einen Kühlluftstrom erzeugt, mit welchem die Einrichtungen der ersten (Hochleistungs-)Antriebsebene gekühlt werden.For example, the second drive level for driving a cooling device (fan), which housed within the housing of the DC machine and which generates a cooling air flow with which the Facilities of the first (high-performance) drive level be cooled.

Bekanntlich ist gerade der Antriebsmotor eines Kraftfahr zeuges häufig wechselnden Betriebszuständen ausgesetzt, wo bei die Leistungsanforderungen in einem weiten Bereich vari ieren. Gerade für einen solchen elektrisch angetriebenen An triebsmotor ist es wünschenswert, auch eine elektrisch ange triebene Kühleinrichtung zu schaffen, die unabhängig von der aktuellen Drehzahl des Antriebsmotors arbeitet. Mit der er findungsgemäßen Anordnung einer zweiten, unabhängig steuer baren Antriebsebene innerhalb der ersten Antriebsebene für den Antriebsmotor wird eine solche unabhängig regelbare Kühleinrichtung geschaffen. Die Unterbringung der zweiten Antriebsebene, deren Rotor starr mit einem Ventilator ge koppelt sein kann, innerhalb des Gehäuses des Antriebsmo tors ist besonders wirksam, weil die Kühlluft in den Innen raum des Motors und dort insbesondere in den besonders be lasteten Ringspalt der ersten Hochleistungs-Antriebsebene eingeführt werden kann und dort eine unmittelbare und direkte Kühlwirkung ausüben kann. Es entfallen zusätzliche Aggregate, wie sie für die Kühlung herkömmlicher Verbren nungsmotoren erforderlich sind.It is well known that the driving motor of a motor vehicle is often exposed to changing operating conditions where where the performance requirements vary in a wide range ieren. Especially for such an electrically powered vehicle drive motor it is desirable to also have an electrically powered to create driven cooling device that is independent of the current speed of the drive motor is working. With which he inventive arrangement of a second, independently tax drive level within the first drive level for the drive motor becomes such an independently controllable one Cooling device created. The placement of the second Drive level, the rotor of which is rigid with a fan can be coupled, within the housing of the drive mo tors is particularly effective because the cooling air inside space of the engine and there especially in the be loaded annular gap of the first high-performance drive level can be introduced and there an immediate and can have a direct cooling effect. There are no additional ones Units such as those used for the cooling of conventional combustion motor are required.

Das vorstehend erläuterte Konzept des "Motor-im-Motor" ist besonders wertvoll in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Gleichstrommaschine, bei der wenigstens eine Antriebsebene als ausgesprochene Hochleistungs-Antriebsebene ausgebildet ist. Nachstehend wird eine Ausführungsform der erfindungs gemäßen Gleichstrommaschine beschrieben, deren erste An triebsebene als Hochleistungs-Antriebsebene ausgebildet ist, wobei auch bei hoher bis höchste Leistungsaufnahme oder -abgabe keine unzulässige Erwärmung der Statoranordnung der ersten Antriebsebene stattfindet.The concept of "engine-in-engine" explained above is particularly valuable in connection with an inventive DC machine in which at least one drive level designed as a pronounced high-performance drive level is. An embodiment of the invention described described DC machine, the first An drive level is designed as a high-performance drive level, whereby even with high to highest power consumption or -Delivery no impermissible heating of the stator arrangement first drive level takes place.

Diese Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleichstrom maschine weist einen ersten Permanentmagnet-Rotor auf mit einem im wesentlichen zylindrischen Ringspalt mit homogenem Magnetfeld mit geradlinigem, radialem Feldlinienverlauf und ständig wechselnder Polarität. Die erste mäanderförmige Statoranordnung weist gerade hin- oder herführende Mäander abschnitte auf, die parallel zur Rotationsachse ausgerichtet sind und sich innerhalb des Ringspaltes erstrecken, wobei jeder gerade hin- oder herführende Mäanderabschnitt aus einer Anzahl parallel angeordneter Leiterabschnitte besteht, die im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Besonderheit besteht darin, daß jeder Leiterabschnitt inner halb des Ringspaltes derart angeordnet ist, daß die längere Seite des Leiterquerschnittes parallel zum Verlauf der Feld linien ausgerichtet ist. This embodiment of a direct current according to the invention machine has a first permanent magnet rotor with an essentially cylindrical annular gap with homogeneous Magnetic field with a straight, radial field line and constantly changing polarity. The first meandering The stator arrangement has straight meanders leading to or away from it sections aligned parallel to the axis of rotation are and extend within the annular gap, wherein every straight meandering section consists of a number of conductor sections arranged in parallel, which have a substantially rectangular cross section. The Peculiarity is that each conductor section inside half of the annular gap is arranged such that the longer Side of the conductor cross section parallel to the course of the field lines is aligned.

Typischerweise ist bei Motoren dieser Bauart bislang die rechteckigen Querschnitt aufweisende Leiterbahn mit der längeren Längsseite an einem ringförmigen stationären Rück schlußteil oder an einem sonstigen Träger aus isolierendem Material angelegt worden, das/der parallel zum magnetisch aktiven Ringspalt ausgerichtet ist. Eine solche Anordnung bietet sich zwanglos an, um die Leiter-Auflagefläche zu erhöhen, um dadurch die Stabilität der Leiter-Anordnung zu steigern.So far, this has typically been the case with motors of this type Rectangular cross-section conductor track with the longer long side on an annular stationary back closing part or on another support made of insulating Material has been created that is parallel to the magnetic active annular gap is aligned. Such an arrangement offers itself casually to close the conductor contact surface increase, thereby increasing the stability of the conductor arrangement increase.

Höhere Motorleistungen erfordern größere Leiterquerschnitte, um die Verlustleistung möglichst gering zu halten. Bei der bekannten Anordnung befinden sich notwendigerweise endliche Abmessungen des Leiters in einem Feldabschnitt, der im Leiterbereich unterschiedliche Feldstärken aufweist. Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, daß bei dieser Anordnung selbst in Kupferleitern endliche Wirbelströme auf treten.Higher motor outputs require larger conductor cross-sections, in order to keep the power loss as low as possible. In the known arrangement are necessarily finite Dimensions of the conductor in a field section, which in the Head area has different field strengths. in the Within the scope of the invention it has been found that in this Arrangement finite eddy currents even in copper conductors to step.

Demgegenüber wird mit dieser Ausgestaltung der Erfindung eine um 90° gedrehte Anordnung der rechteckigen Querschnitt aufweisenden Leiter innerhalb des magnetisch wirksamen Ring spaltes gewählt, so daß innerhalb des Ringspaltes die länge re Seite des Leiterquerschnittes parallel zum Feldlinienver lauf ausgerichtet ist. Praktisch der gesamte Leiterquer schnitt befindet sich stets in einem Feldabschnitt mit gleichem homogenem Feld. Die Bildung von Wirbelströmen innerhalb der im magnetischen Ringspalt befindlichen Lei terabschnitte ist erheblich herabgesetzt.In contrast, this embodiment of the invention an arrangement of the rectangular cross-section rotated by 90 ° having conductor within the magnetically active ring gap selected so that the length within the annular gap right side of the conductor cross section parallel to the field line ver is aligned. Practically the entire ladder cross Section is always in a section of the field same homogeneous field. The formation of eddy currents within the lei in the magnetic ring gap sub-sections is significantly reduced.

Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, daß durch diese bestimmte Anordnung der eckigen Querschnitt aufweisen den Leiterabschnitte im magnetisch wirksamen Ringspalt die Wirbelstromverluste in diesen Leiterabschnitten so weit vermindert werden, daß bei einer gegebenen Motorabmessung eine bis zu 100 Prozent höhere Motorleistung erzielt werden kann.In the context of the invention it has been found that by have this particular arrangement of angular cross-section the conductor sections in the magnetically effective annular gap Eddy current losses in these conductor sections so far be reduced that for a given engine dimension up to 100 percent higher engine output can be achieved can.

Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen Gleichstrommotor die Permanentmagnet-Pole des ersten Permanentmagnet-Rotors in einem äußeren Ring und in einem inneren Ring derart angeordnet, daß ein Ringspalt zwischen dem äußeren Ring und dem inneren Ring gebildet ist. An jedem Ring sind benachbarte Pole alternierend polari siert. Jeweils einem Nord- oder Süd-Pol am Außenumfang des Ringspaltes steht ein entgegengesetzter Pol am Innenumfang des Ringspaltes gegen über. Mit dieser Anordnung wird ein Permanentmagnet-Rotor erhalten, der einen Ringspalt mit homogenem Magnetfeld mit geradlinigem, radialen Feldlinienverlauf und ständig wech selnder Polarität aufweist.The permanent magnet poles are preferably in the DC motor according to the invention of the first permanent magnet rotor in an outer ring and in an inner ring arranged such that an annular gap is formed between the outer ring and the inner ring. Adjacent poles on each ring are alternately polar siert. One north or south pole on the outer circumference of the annular gap there is an opposite pole on the inner circumference of the annular gap above. With this arrangement, a permanent magnet rotor obtained with an annular gap with a homogeneous magnetic field straight, radial field line course and constantly changing has alternating polarity.

Insbesondere bei teuren Permanentmagnet-Materialien, wie etwa Sm/Co-Sintermaterial, kann es zweckmäßig sein, die ringförmige Anordnung aus einzelnen, länglichen Elementen aus Permanentmagnet-Material aufzubauen. Diese einzelnen Elemente sind an ihrer Rückseite an einen Ring aus magne tisch leitendem Material angebracht. Vorzugsweise kann jede ringförmige Anordnung von Permanentmagnet-Polen aus einem geschlossenen Ring aus Permanentmagnet-Material bestehen, an dem benachbarte Zonen alternierend polarisiert worden sind. Ein geschlossener Ring aus Permanentmagnet-Material erhöht die Stabilität und verringert den Aufwand beim Zusammenbau des Permanentmagnet-Rotors.Especially with expensive permanent magnet materials such as about Sm / Co sintered material, it may be appropriate to ring-shaped arrangement of individual, elongated elements to build from permanent magnet material. This individual Elements are on the back of a ring made of magne table conductive material attached. Preferably, each annular arrangement of permanent magnet poles from one closed ring made of permanent magnet material neighboring zones have been polarized alternately. A closed ring made of permanent magnet material increases stability and reduces assembly effort of the permanent magnet rotor.

Vorzugsweise ist zusätzlich jede ringförmige Anordnung aus Permanentmagnet-Material an der zum Ringspalt abgewandten Seite an je einem weiteren Ring aus magnetisch leitendem Material abgestützt, das den magnetischen Fluß schließt. In addition, each annular arrangement is preferably made of Permanent magnet material on the side facing away from the annular gap Side on another ring made of magnetically conductive Supported material that closes the magnetic flux.

Die magnetische Feldstärke im Ringspalt wird erhöht und die Homogenität des Feldes noch weiter gesteigert.The magnetic field strength in the annular gap is increased and the Homogeneity of the field increased even further.

Die erfindungsgemäß vorgesehene erste mäanderförmige Stator anordnung besteht pro Phase aus mehreren getrennten Leiter bahnen, die untereinander geometrisch parallel und zusammen mäanderförmig angeordnet sind. Jede Leiterbahn weist einen vergleichweise großen Leiterquerschnitt auf, um die konduk tive Verlustleistung möglichst gering zu halten. Zusätzlich weist jede Leiterbahn einen rechteckigen Leiterquerschnitt auf, bei welchem das Seitenverhältnis zwischen der Längs seite und der Schmalseite mehr als 2 : 1 beträgt. Vorzugsweise sind Leiterquerschnitte vorgesehen, bei welchen dieses Sei tenverhältnis mehr als 4 : 1, beispielsweise 10 : 1 und mehr beträgt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines er findungsgemäßen Gleichstrommotors besteht die erste mäan derförmige Statoranordnung aus mehreren parallel und im Abstand zueinander geführten Kupferbändern, deren Quer schnitt eine Länge von ca. 12 mm und eine Breite von ca. 1 mm aufweist.The first meandering stator provided according to the invention The arrangement consists of several separate conductors per phase orbits that are geometrically parallel and together are arranged in a meandering shape. Each track has one comparatively large conductor cross-section to the conduc keep the power loss as low as possible. In addition each conductor track has a rectangular conductor cross section at which the aspect ratio between the longitudinal side and the narrow side is more than 2: 1. Preferably conductor cross sections are provided in which this is ratio more than 4: 1, for example 10: 1 and more is. In a preferred embodiment, he DC motor according to the invention is the first mäan deriform stator arrangement of several in parallel and in Spaced copper strips, their cross cut a length of approx. 12 mm and a width of approx. 1 mm.

Zwischen benachbarten Leiterbahnen der ersten mäanderför migen Statoranordnung besteht ein ausreichender Zwischen raum, um auch ohne zusätzliches Isoliermaterial eine ge trennte Stromführung in jeder Leiterbahn zu gewährleisten, beispielsweise auch, um in verschiedenen Leiterbahnen eine Parallel- oder Reihenschaltung vorzusehen. Ferner erlauben diese Zwischenräume einen ungehinderten Zutritt von Kühlluft zu den Leiterbahnen, sowie ungehinderten Durchtritt von Kühlluft zwischen diesen Leiterbahnen. Diese Zwischenräume können beispielsweise durch isolierende Abstandshalter gewährleistet werden, die regelmäßig zwischen benachbarte Leiterbahnen eingesetzt sind. Zusätzlich kann jede Leiter bahn mit einem isolierenden Belag versehen sein. Between adjacent tracks of the first meandering stator arrangement there is a sufficient intermediate space to create a ge even without additional insulating material to ensure separate current routing in each conductor track, for example, in order to have one in different conductor tracks Provide parallel or series connection. Allow further these gaps provide unimpeded access to cooling air to the conductor tracks, as well as unhindered passage from Cooling air between these tracks. These spaces can, for example, by insulating spacers be guaranteed to be regularly between neighboring Conductor tracks are used. In addition, each conductor be provided with an insulating covering.

Die erste mäanderförmige Statoranordnung kann aus zwei ge trennten mäanderförmigen Leiterbahnanordnungen aufgebaut sein. Jede mäanderförmige Leiterbahnanordnung weist gerade hinführende Mäanderabschnitte und gerade herführende Mäan derabschnitte auf, zwischen denen ein Zwischenraum besteht. In diesen Zwischenraum kann - ohne Berührung der benachbar ten Mäanderabschnitte - ein gerader Mäanderabschnitt einer weiteren, elektrisch getrennten, mäanderförmigen Leiterbahn anordnung eingesetzt sein. Die beiden getrennten mäander förmigen Leiterbahnanordnungen können beispielsweise mit einer Phasenverschiebung von 90° angesteuert werden. Jede dieser beiden, elektrisch getrennten, mäanderförmigen Lei terbahnanordnungen kann wiederum aus einzelnen Leiterbahnen, beispielsweise vier Leiterbahnen aufgebaut sein, wie das vorstehend beschrieben ist.The first meandering stator arrangement can consist of two ge separated meandering conductor track arrangements built his. Each meandering conductor track arrangement has straight leading meander sections and straight meanders sections between which there is a space. In this space - without touching the neighboring one th meander sections - a straight meander section of one another, electrically separated, meandering conductor track arrangement be used. The two separate meanders shaped trace arrangements can for example with a phase shift of 90 ° can be controlled. Each of these two, electrically separated, meandering lei Circuit layouts can in turn consist of individual conductor tracks, for example, four conductor tracks can be built like that is described above.

Vorzugsweise wird die Anzahl der einzelnen Leiterbahnen in Abhängigkeit vom Leiterbahnquerschnitt und vom Abstand zwi schen benachbarten Leiterbahnen so gewählt, daß die gesamte Breite eines Leiterbahnstapels die halbe Polbreite der Per manentmagnet-Pole nicht übersteigt. Unter Einbeziehung der Breite der neutralen Zone zwischen benachbarten Permanent magnet-Polen kann mit einfachen Mitteln eine Kommutierung durchgeführt werden, bei welcher sich ein gegebener Stapel von Leiterbahnen stets in einem Feld einheitlicher Polari tät befindet. Das bei Stromdurchgang durch die erste Stator anordnung induzierte Magnetfeld wird optimal genutzt.The number of individual conductor tracks is preferably in Dependence on the conductor cross-section and on the distance between adjacent conductor tracks selected so that the entire Width of a conductor track stack is half the pole width of the per manent magnet poles. Including the Width of the neutral zone between adjacent permanent magnet-Poland can commutate with simple means be carried out at which there is a given batch of conductor tracks always in a field of uniform polari act. That when current passes through the first stator arrangement induced magnetic field is optimally used.

Es ist eine Schaltung vorgesehen, welche die einzelnen, ge trennten Leiterbahnen, welche die erste mäanderförmige Sta toranordnung bilden, untereinander parallel oder in Serie schaltet. Durch eine solche Umschaltung zwischen Reihen schaltung oder Parallelschaltung der einzelnen Leiterbahnen kann eine weitere erhebliche Anpassung an den Betriebszu stand bzw. Leistungsbedarf des Antriebsmotors eines Kraft fahrzeuges vorgenommen werden. Beim Anfahren des Kraftfahr zeugs wird bei geringen Umdrehungszahlen ein besonders hohes Drehmoment benötigt. In diesem Falle wird eine Reihenschal tung vorgenommen, die ein besonders hohes Drehmoment lie fert. Wegen der geringen Umdrehungszahl ist die in der Sta toranordnung induzierte Gegen-EMK klein und tolerierbar. Nach Erreichen einer gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit kann eine Parallelschaltung der Leiterbahnen vorgenommen werden. Eine solche Parallelschaltung erlaubt eine höhere Stromaufnahme und eine höhere Motorleistung, wie sie für höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten wünschenswert ist. Diese Flexibilität in der Drehmoment- und Leistungsabgabe des Motors verringert die Anforderungen an ein Schaltgetriebe des Fahrzeugs. Der Motor und dessen Ansteuerelektronik kann einen wesentlichen Teil der Funktionen eines herkömmlichen Schaltgetriebes übernehmen oder ersetzen.A circuit is provided, which the individual, ge separated conductor tracks, which the first meandering Sta Form gate arrangement, parallel to each other or in series switches. By switching between rows Connection or parallel connection of the individual conductor tracks can be another significant adjustment to the operational stood or power requirement of the drive motor of a force vehicle. When starting the motor vehicle stuff becomes particularly high at low revs Torque required. In this case, a row scarf tion that made a particularly high torque finished. Because of the low number of revolutions the back emf small and tolerable. After reaching a desired vehicle speed a parallel connection of the conductor tracks can be made become. Such a parallel connection allows a higher one Power consumption and higher motor power as for higher vehicle speeds is desirable. This Flexibility in the torque and power output of the Motors reduces the requirements for a manual transmission of the vehicle. The motor and its control electronics can an essential part of the functions of a conventional one Take over or replace manual gearbox.

Die erste mäanderförmige Statoranordnung aus mehreren, geo metrisch parallel und im Abstand zueinander geführten Lei terbahnen bildet nacheinanderThe first meandering stator arrangement from several, geo metrically parallel and spaced Lei terbahnen forms one after the other

- A straight leading meandering section (parallel to the axis of rotation in one direction);
- a first winding head (above the magnetic effective annular gap);
- A straight meandering section (parallel to the axis of rotation in the opposite Direction);
- a second winding head (below the magnetic effective annular gap); and again
a straight leading meandering section; etc.

Vorzugsweise wird eine Anordnung gewählt, bei welcher die geraden hin- oder herführenden Mäanderabschnitte vollständig innerhalb des magnetisch wirksamen Ringspaltes am ersten Permanentmagnet-Rotor verlaufen. Wie gesagt, ist jeder gerade hinführende Leiterabschnitt mit dem benachbarten her führenden Leiterabschnitt über einen Wickelkopf verbunden. Vorzugsweise weisen die Leiterbahnen in jedem Wickelkopf im wesentlichen den gleichen Querschnitt auf wie die Leiter abschnitte in den benachbarten, geraden Mäanderabschnitten. Weiterhin ist jeder Wickelkopf vorzugsweise oberhalb oder unterhalb des magnetisch wirksamen Ringspaltes in radialer Richtung aus einer gedachten Verlängerung des Ringspaltes herausgeführt, dann rechtwinklig abgewinkelt, verläuft dann im wesentlichen parallel zum Ringspalt, jedoch neben einer gedachten Verlängerung des Ringspaltes, um nach einer er neuten rechtwinkligen Abwinklung wieder in diese gedachte Verlängerung des Ringspaltes einzutreten und in den nächsten benachbarten geraden herführenden Leiterabschnitt überzu gehen. Mit dieser Anordnung kann mit geringem Herstellungs aufwand und einfachen Befestigungsmitteln eine stabile, selbsttragende Anordnung aus mehreren untereinander ge trennten, geometrisch parallel geführten Leiterbahnen gebildet werden, die zusammen eine erste mäanderförmige Statoranordnung bilden, welche der ersten Antriebsebene zugeordnet ist.An arrangement is preferably selected in which the straight meandering sections leading completely within the magnetically active annular gap on the first Permanent magnet rotor run. As I said, everyone is straight leading conductor section with the neighboring one leading conductor section connected via a winding head. The conductor tracks in each winding head preferably have essentially the same cross-section as the ladder sections in the adjacent, straight meander sections. Furthermore, each end winding is preferably above or below the magnetically effective annular gap in radial Direction from an imaginary extension of the annular gap led out, then angled at right angles, then runs essentially parallel to the annular gap, but next to one imaginary extension of the annular gap to after a he new right-angled bend back into this Extension of the annular gap occur and in the next adjacent straight leading conductor section over go. With this arrangement, it can be manufactured with little effort and simple fasteners a stable, self-supporting arrangement of several ge separated, geometrically parallel conductor tracks are formed, which together form a first meandering Form stator arrangement, which of the first drive level assigned.

Die Fußabschnitte der unterhalb des Ringspaltes befindlichen Wickelköpfe können in passende Nuten eines Statorhalters eingesetzt werden. In die Zwischenräume zwischen benachbar ten Leiterabschnitten, die zusammen einen geraden, hin- oder herführenden Mäanderabschnitt bilden, können kleine, isolie rende Abstandshalter eingesetzt sein, welche den gewünschten Abstand zwischen den benachbarten Leiterbahnen gewährlei sten. Zwischen einem geraden hinführenden Mäanderabschnitt und einem geraden herführenden Mäanderabschnitt der gleichen oder einer weiteren ersten mäanderförmigen Leiterbahnanord nung besteht ein größerer Zwischenraum, in den über die gesamte Ringspaltlänge ein entsprechender größerer, isolie render Abstandshalter eingesetzt sein kann. Diese Abstands halter bestehen aus wärmebeständigem, elektrisch isolieren dem keramischem und magnetisch inertem Material, wie bei spielsweise keramischen Materialien, wie etwa Aluminium oxid. Die Anwesenheit dieser isolierenden Abstandshalter gewährleistet auch bei ganz erheblichen Feldstärken und ent sprechenden Magnetkräften die erforderliche Stabilität einer selbsttragenden ersten mäanderförmigen Statoranordnung.The foot sections of those located below the annular gap Winding heads can be inserted into suitable slots in a stator holder be used. In the spaces between adjacent th conductor sections that together form a straight, back or forming meandering section can be small, isolie rende spacers can be used, which the desired Ensure the distance between the adjacent conductor tracks most. Between a straight meandering section and a straight leading meandering section of the same or a further first meandering conductor track arrangement there is a larger space in which the entire annular gap length a correspondingly larger, isolie render spacers can be used. This distance Holders are made of heat-resistant, electrical insulation the ceramic and magnetically inert material, as with for example ceramic materials, such as aluminum oxide. The presence of these insulating spacers guarantees even with very considerable field strengths and ent speaking magnetic forces the required stability of a self-supporting first meandering stator arrangement.

Die erste Statoranordnung ist eisenlos ausge führt und besteht lediglich aus dem Leiter bzw. Kupfer der Leiterbahnen sowie den wahlweise vorgesehenen Abstandshal tern. Trotz der erheblichen Leiterquerschnitte vermindert die hier vorgesehene Leiterbahnanordnung - mit der Längs seite der rechteckigen Leiterquerschnitte parallel zu den Feldlinien im magnetisch wirksamen Ringspalt - die Wirbel stromverluste erheblich. Bei motorischem Betrieb ist die Erwärmung des Motors herabgesetzt. Der Motor kann in Phasen hoher und höchster Leistungsanforderungen zeitlich länger und/oder elektrisch höher belastet werden. Bei generatori schem Betrieb werden die Verlustströme vermindert. Auch in diesem Falle tritt eine geringere Erwärmung der Leiterbah nen auf. Über die Temperaturabhängigkeit der spezifischen Leitfähigkeit wird der Innenwiderstand beeinflußt. Weil der Innenwiderstand des Generators geringer ist, kann bei glei cher Spannung ein größerer Strom entnommen werden.The first stator arrangement is ironless leads and consists only of the conductor or copper Conductor tracks and the optional spacing tern. Reduced despite the considerable conductor cross-sections the conductor path arrangement provided here - with the longitudinal side of the rectangular conductor cross sections parallel to the Field lines in the magnetically effective annular gap - the vortices power losses significantly. In motor operation, the Motor warming reduced. The engine can be in phases high and highest performance requirements take longer and / or higher electrical loads. At generatori Leakage currents are reduced during operation. Also in in this case there is less heating of the conductor track open. About the temperature dependence of the specific Conductivity affects the internal resistance. Because the Internal resistance of the generator is lower, can with the same cher voltage a larger current can be taken.

Eine solche Gleichstrommaschine wird im Regelfalle als An triebsmotor im Kraftfahrzeug verwendet. Sofern das Kraft fahrzeug "schiebt" (etwa bei Bergabfahrt oder Bremsung) kann die gleiche Maschine generatorisch genutzt werden. Die bei der Stromerzeugung entstehende Wechselspannung wird gleich gerichtet. Der entstehende Gleichstrom wird nach entspre chender Regelung als Ladestrom verwendet und der antreiben den Batterie zugeführt. Such a DC machine is usually called An drive motor used in the motor vehicle. If that is force vehicle "pushes" (for example when driving downhill or braking) the same machine can be used as a generator. The at the AC voltage that arises from the generation of electricity becomes the same directed. The resulting direct current will correspond to The regulation used as charging current and the drive fed to the battery.

Wie vorstehend erläutert, bilden der bestimmte erste Per manentmagnet-Rotor und die bestimmte erste mäanderförmige Statoranordnung zusammen eine erste Antriebsebene, die bei spielsweise für eine Leistung bis zu 100 kW ausgelegt sein kann.As explained above, the particular first person magnet rotor and the particular first meandering Stator arrangement together a first drive level, which at for example, can be designed for an output of up to 100 kW can.

Jedoch muß diese erste Antriebsebene nicht notwendigerweise in der Art ausgebildet sein, wie das vorstehend im einzelnen erläutert worden ist. Vielmehr kommen auch andere Ausgestal tungen der ersten Antriebsebene in Betracht, wie sie mehr im einzelnen in dem Dokument EP 0 178 380 A1 beschrieben sind. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, diese erste An triebsebene in der Weise auszubilden, wie das vorstehend dargelegt ist, um eine möglichst hohe Antriebsleistung zu erzielen.However, this first drive level does not necessarily have to be designed in the manner as detailed above has been explained. Rather, other designs come First drive level considerations as they more described in detail in document EP 0 178 380 A1 are. However, it is preferably provided that this first type Train drive level in the manner as the above is set out to achieve the highest possible drive power achieve.

Zusätzlich kann eine zwangsweise Kühlung der ersten Stator anordnung und/oder des ersten Permanentmagnet-Rotors vorge sehen werden. Vorzugsweise kann hierzu die innere und/oder die äußere ringförmige Anordnung aus Permanentmagnet-Mate rial und das angrenzende magnetische Rückschlußmaterial mit fluchtenden Öffnungen versehen sein, durch die hindurch Kühlluft in den Ringspalt einführbar ist. Vorzugsweise kann eine entsprechende Kühlluftströmung unabhängig von einer Rotation des ersten Permanentmagnet-Rotors innerhalb des Motorgehäuses erzeugt werden, wie das nachstehend im ein zelnen dargelegt wird.In addition, the first stator can be forced to cool arrangement and / or the first permanent magnet rotor pre will see. For this purpose, the inner and / or the outer annular arrangement of permanent magnet mate rial and the adjacent magnetic yoke material with aligned openings through which are provided Cooling air can be introduced into the annular gap. Preferably can a corresponding cooling air flow independent of one Rotation of the first permanent magnet rotor within the Motor housing are generated, as in the below is spelled out.

Wie eingangs bereits gesagt, weist die erfindungsgemäße Gleichstrommaschine zusätzlich zu der vorstehend im einzel nen erläuterten ersten Antriebsebene eine zweite Antriebs ebene auf, die unabhängig von der ersten Antriebsebene an steuerbar bzw. rotierbar ist. Vorzugsweise dient diese zweite Antriebsebene zum Antrieb eines Ventilators, der Kühlluft erzeugt, die in den Ringspalt am ersten Permanent magnet-Rotor einführbar ist.As already mentioned at the beginning, the inventive one DC machine in addition to that detailed above NEN explained first drive level, a second drive level that is independent of the first drive level is controllable or rotatable. This is preferably used second drive level for driving a fan, the Cooling air is generated in the annular gap on the first permanent magnet rotor is insertable.

Auch diese zweite Antriebsebene kann in der gleichen Weise ausgebildet sein, wie die erste Antriebsebene, die vor stehend im einzelnen erläutert worden ist. Gerade diese Bauweise liefert bei geringem Platzbedarf ein besonders großes Drehmoment und eignet sich daher für die Reali sierung einer zweiten Antriebsebene innerhalb eines Ring raumes, der von der ersten Antriebsebene umschlossen ist.This second drive level can also in the same way be designed as the first drive level, the front has been explained in detail. This one Construction provides a special with a small footprint high torque and is therefore suitable for the Reali sation of a second drive level within a ring space enclosed by the first drive level.

Vorzugsweise kann jedoch - wegen des wesentlich geringeren Leistungsbedarfs zur Rotation des Ventilators - auf einfa chere Anordnungen und/oder preiswertere Magnetmaterialien zurückgegriffen werden. Insbesondere wird die zweite An triebsebene mit Permanentmagnet-Rotor- und Stator-Anordnun gen realisiert, wie sie in dem Dokument EP 0 178 380 A1 be schrieben sind. Beispielsweise kann ein Stator mit ring förmigem Eisenkern vorgesehen werden, der fortlaufend, senk recht zum Ringumfang bewickelt ist. Ferner kann ein zylin drischer Stator vorgesehen werden, wie er in dem Dokument DE 36 29 423 C2 beschrieben ist. Ein solcher Stator befindet sich in einem Ringspalt, der zwischen zwei ringförmigen Per manentmagneten gebildet ist. Diese Permanentmagnet-Ringe können aus pulverförmigem Permanentmagnet-Material bestehen, das in einer Kunststoffmatrix dispergiert ist. Die Perma nentmagnet-Ringe sind alternierend lateral derartig aufmagnetisiert, daß sich jeweils gleichnamige Pole gegenüberstehen, wie das mehr im einzelnen in dem Dokument EP 0 178 380 A1 beschrieben ist.Preferably, however - because of the much smaller Power requirement for fan rotation - on simp Chere arrangements and / or cheaper magnetic materials be resorted to. In particular, the second type drive level with permanent magnet rotor and stator arrangement gene realized as they are in document EP 0 178 380 A1 are written. For example, a stator with a ring shaped iron core are provided, the continuous, lower is wrapped right around the circumference of the ring. Furthermore, a cylin The stator can be provided as in the document DE 36 29 423 C2 is described. Such a stator is located in an annular gap between two ring-shaped per magnet is formed. These permanent magnet rings can consist of powdered permanent magnet material, which is dispersed in a plastic matrix. The Perma Magnetic rings are magnetized alternately laterally in such a way that poles of the same name face each other, like that in more detail in the document EP 0 178 380 A1 is described.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors weist ein relativ flaches, im wesent lichen zylindrisches Gehäuse auf, das im wesentlichen aus einer runden Bodenplatte und einer runden Deckelplatte be steht, an deren Umfang eine abstehende, umlaufende Seiten wand angesetzt ist. Im Zentrum der beiden Platten ist je ein Motorlager eingesetzt und ortsfest gehalten. Beispielsweise können Kugel-, Gleit- oder Wälzlager vorgesehen werden. Diese beiden Motorlager halten drehbar eine Abtriebswelle, mit welcher der erste Permanentmagnet-Rotor starr verbunden ist. Beispielsweise kann die Abtriebswelle in eine mittige Bohrung innerhalb eines scheibenförmigen Rotorhalters eingesetzt und dort festgelegt sein. Der runde, scheiben förmige Rotorhalter weist an seinem Umfang ein Profil mit umlaufenden Nuten und/oder vorstehenden Flanschen auf, welche die beiden Ringe aus Permanentmagnet-Material und die angrenzenden Ringe aus magnetischem Rückschlußmaterial halten, die im wesentlichen vertikal vom Rotorhalter abstehen. Die gesamte Anordnung aus erstem Permanentmagnet- Rotor, Rotorhalter und Abtriebswelle ist miteinander starr verbunden und innerhalb des Motorgehäuses drehbar ange ordnet.A preferred embodiment of an inventive DC motor has a relatively flat, essentially Lichen cylindrical housing, which consists essentially of a round base plate and a round cover plate stands on the circumference of a protruding, revolving pages wall is attached. There is one in the center of each of the two plates Engine mounts used and kept stationary. For example ball, slide or roller bearings can be provided. These two engine mounts rotatably hold an output shaft, with which the first permanent magnet rotor is rigidly connected is. For example, the output shaft can be centered Bore inside a disc-shaped rotor holder used and fixed there. The round, slice shaped rotor holder has a profile on its circumference circumferential grooves and / or projecting flanges, which the two rings made of permanent magnet material and the Adjacent rings made of magnetic yoke material keep that essentially vertical from the rotor holder stand out. The entire arrangement of the first permanent magnet The rotor, rotor holder and output shaft are rigid with each other connected and rotatable within the motor housing arranges.

Am Außenumfang der Abtriebswelle ist wenigstens ein Ventila tor-Lager angeordnet, das einen scheibenförmigen Ventilator träger drehbar hält. Am Außenumfang des runden Ventilator trägers sind eine Anzahl abstehender Ventilatorflügel ange bracht. Im Ringraum zwischen Ventilatorflügel und Ventila tor-Lager sind am Ventilatorträger die Komponenten be festigt, welche den zweiten Permanentmagnet-Rotor bilden. Die Ventilatorflügel können einstückig mit dem Ventilator träger ausgebildet sein und bestehen vorzugsweise aus Profilstücken, die bezüglich der radialen Richtung schräg gestellt sind und bei Rotation des Ventilatorträgers eine radiale Luftströmung erzeugen. Diese Ventilatorflügel sind vorzugsweise parallel zur Rotationsachse des Motors ausge richtet und rotieren in einem Ringraum, der zwischen der ersten Antriebsebene und der zweiten Antriebsebene ausge bildet ist.At least one ventila is on the outer circumference of the output shaft Gate bearing arranged a disc-shaped fan carrier rotates. On the outer circumference of the round fan Carrier are a number of protruding fan blades brings. In the annulus between the fan blades and Ventila gate bearings are the components on the fan carrier consolidates which form the second permanent magnet rotor. The fan blades can be made in one piece with the fan be formed carrier and preferably consist of Profile pieces that are oblique with respect to the radial direction are set and a when the fan carrier rotates generate radial air flow. These fan blades are preferably parallel to the axis of rotation of the motor aligns and rotate in an annulus between the first drive level and the second drive level forms is.

Die Aktivierung des mit dem zweiten Permanentmagnet-Rotor starr gekoppelten Ventilators erfolgt bei Erreichung einer Sollwerttemperatur. Hierzu sind Sensoren vorhanden, welche die Temperatur der Umgebung bzw. der Leiterbahnen der ersten Statoranordnung erfassen. Die Sensorsignale werden einem Regelkreis zur Konstanthaltung der Motortemperatur zuge führt. Der Regelkreis aktiviert die zweite Antriebsebene nach Bedarf, und der Ventilator wird entsprechend angetrie ben.The activation of the with the second permanent magnet rotor rigidly coupled fan takes place when a Setpoint temperature. There are sensors for this, which the temperature of the environment or the conductor tracks of the first Detect stator arrangement. The sensor signals become one Control circuit for keeping the engine temperature constant leads. The control loop activates the second drive level as required, and the fan is driven accordingly ben.

Typischerweise ist das Motorgehäuse im wesentlichen ge schlossen ausgebildet und weist wenigstens eine Öffnung auf, über welche vom rotierenden Ventilator Kühlluft angesaugt wird. Dieser Kühlluft-Ansaugöffnung ist vorzugsweise ein Partikelfilter zugeordnet, um Verunreinigungen aus der Kühl luft abzutrennen, bevor diese in den vom Motorgehäuse um schlossenen Innenraum eintritt. Für die vom rotierenden Ven tilator zwangsweise erzeugte Kühlluftströmung ist ein be stimmter Strömungspfad vorgesehen, der u. a. durch den magne tisch wirksamen Ringspalt der ersten Antriebsebene führt, und schließlich zu einer oder mehreren Kühlluft-Austritts öffnungen führt, durch welche die angesaugte Kühlluft wieder aus dem Motorgehäuse austreten kann.Typically, the motor housing is essentially ge formed closed and has at least one opening, via which cooling air is sucked in by the rotating fan becomes. This cooling air intake opening is preferably a Particulate filter assigned to remove contaminants from the cooling to separate air before it flows into the from the motor housing closed interior. For those of the rotating Ven tilator forced cooling air flow is a be agreed flow path provided u. a. through the magne table effective annular gap of the first drive level, and finally to one or more cooling air outlets openings through which the sucked in cooling air again can emerge from the motor housing.

Zusätzlich zu den oben im einzelnen beschriebenen Komponen ten der Antriebsebene(n) und der Kühleinrichtung weist der erfindungsgemäße Motor die üblichen und bekannten Einrich tungen zur elektronischen Kommutierung auf, wie sie im ein zelnen in dem Dokument EP 0 178 380 A1 beschrieben sind. Hierzu gehört eine mit Sensoren ausgerüstete Einrichtung zur Erfassung der Winkelposition des Permanentmagnet-Rotors gegenüber den geraden hin- oder herführenden Mäanderab schnitten der Statoranordnung. Weiterhin ist eine Ansteuer elektronik vorhanden, die anhand der von der Erfassungsein richtung gebildeten Signale den Stromfluß durch die erste Statoranordnung der ersten (Leistungs-)Antriebsebene so steuert, damit diese - bei motorischem Betrieb - ein den Permanentmagnet-Rotor antreibendes Magnetfeld erzeugt. Die Steuerung des Stromflusses kann vorzugsweise über eine Puls breitenregelung erfolgen. Eine dafür geeignete Schaltung ist beispielsweise in der U.S.-Patentschrift 4 309 675 beschrie ben. Die Steuerung über eine Pulsbreitenregelung erlaubt in einem weiten Bereich eine optimale Anpassung der Umdrehungs geschwindigkeit und des Drehmomentes an die wechselnden Betriebszustände eines Antriebsmotors in einem Kraftfahr zeug.In addition to the components described in detail above th of the drive level (s) and the cooling device has the Motor according to the invention the usual and known Einrich on electronic commutation as described in the are described in document EP 0 178 380 A1. This includes a device equipped with sensors Detection of the angular position of the permanent magnet rotor opposite the straight meanders cut the stator assembly. There is also a control electronics available, which are based on the direction formed signals the current flow through the first Stator arrangement of the first (power) drive level see above controls, so that - in motor operation - a Permanent magnet rotor driving magnetic field generated. The Control of the current flow can preferably be via a pulse width regulation. A suitable circuit is for example, in U.S. Patent 4,309,675 ben. The control via a pulse width control allows in a wide range an optimal adjustment of the rotation speed and torque to the changing Operating states of a drive motor in a motor vehicle stuff.

Zur Erzeugung der Permanentmagnet-Pole an dem/den Permanent magnet-Rotor(en) dienen vorzugsweise permanentmagnetisier bare Materialien hoher Koerzitivkraft. Als Magnetmaterialien kommen beispielsweise Ferrite, insbesondere Sr- oder Ba-Fer rite, sowie Sm/Co- oder Nd/Fe/B-Materialien sowie ausgewähl te Seltene Erd-Verbindungen in Betracht. Nach entsprechender vielpoliger lateraler Aufmagnetisierung lassen sich im mag netisch wirksamen Ringspalt magnetische Feldstärken von bis zu 1,2 Tesla und mehr erzielen. Die Ausrichtung der Polpola risierung im wesentlichen senkrecht auf die Rotationsachse zu bzw. radial, erlaubt die Realisierung und optimale Aus nutzung einer hohen Polzahl bei vergleichsweise geringem Rotorumfang.To generate the permanent magnet poles on the permanent (s) magnet rotor (s) are preferably used for permanent magnetization bare materials with high coercive force. As magnetic materials come, for example, ferrites, in particular Sr or Ba fer rite, as well as Sm / Co or Nd / Fe / B materials and selected te rare earth connections into consideration. After corresponding Multipolar lateral magnetization can be netically effective annular gap magnetic field strengths of up to to achieve 1.2 Tesla and more. The orientation of the polpola rization essentially perpendicular to the axis of rotation to or radially, allows the realization and optimal off use of a high number of poles with a comparatively low number Rotor circumference.

Eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichstrommotors, der für den Einsatz als einziger An triebsmotor in einem Personenkraftwagen vorgesehen ist, ist für eine Nennleistung von ca. 100 kW ausgelegt. Die erste Antriebsebene dieses Motors hat einen Umfang von ca. 33 cm und weist eine paarweise Anordnung von je 30 Permanentmag net-Pole pro Ring am Permanentmagnet-Rotor auf. Diese Per manentmagnet-Pole bestehen beispielsweise aus Sm/Co-Sinter material. Die Permanentmagnet-Pole sind an je einem Ring aus magnetisch leitendem Material abgestützt; hierfür kommt beispielsweise St 37 in Betracht, eine C-haltige Eisenle gierung mit hoher magnetischer Leitfähigkeit. Die mäander förmige Statoranordnung besteht pro Phase aus vier unabhän gigen Leiterbahnen mit einem Querschnitt von 1·12 mm. Mit einem solchen Motor wurde ein Anlaufmoment von 280 Nm er zielt. Auf Meßständen wurde ein Wirkungsgrad (unter Einbe ziehung der Ansteuerelektronik) von 94% gemessen (zuge führte U·J zur abgenommenen Leistung (Drehmoment·Dreh zahl)). Aufgrund der vorzugsweise vorgesehenen Pulsbreiten regelung (kein Chopper!) wird eine lineare Charakteristik von Drehmoment und Drehzahl an praktisch jedem Arbeitspunkt des Motors erhalten. Das höchste Anlaufmoment wird bereits beim Einschalten des Stromes erreicht.An exemplary embodiment of an inventive DC motor, the only one for use Drive motor is provided in a passenger car designed for a nominal output of approx. 100 kW. The first The drive level of this motor has a circumference of approx. 33 cm and has a pair of 30 permanent magazines net poles per ring on the permanent magnet rotor. This per Magnetic magnet poles consist of Sm / Co sinter, for example material. The permanent magnet poles are made of one ring each supported magnetically conductive material; for this comes for example St 37, a C-containing iron alloy with high magnetic conductivity. The meander shaped stator arrangement consists of four independent per phase common conductor tracks with a cross section of 1 · 12 mm. With Such a motor had a starting torque of 280 Nm aims. An efficiency (under incl drawing of the control electronics) measured by 94% (assigned led U · J to the decreased power (torque · rotation number)). Because of the preferably provided pulse widths regulation (not a chopper!) becomes a linear characteristic of torque and speed at practically every working point of the engine. The highest starting torque is already reached when switching on the power.

Sofern von einem Motor der hier beschriebenen Art eine noch höhere Leistung gefordert wird, kann die Anzahl der Lei stungsebenen, d. h. der ersten Antriebsebenen, erhöht werden. Es ist möglich, bei einem Motor der hier beschriebenen Art in einer Rotationsebene um die gemeinsame Rotationsachse herum zwei erste Antriebsebenen vorzusehen. Die hierzu er forderliche Anzahl ringförmiger Permanentmagnet-Anordnungen ist starr an einem gemeinsamen Rotationsträger angebracht, der starr mit der Abtriebswelle verbunden ist.Unless of an engine of the type described here higher performance is required, the number of lei levels, d. H. of the first drive levels. It is possible for an engine of the type described here in a plane of rotation around the common axis of rotation provide around two first drive levels. The he required number of ring-shaped permanent magnet arrangements is rigidly attached to a common rotation carrier, which is rigidly connected to the output shaft.

Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die letzteren zeigen: The invention will be described in more detail below a preferred embodiment with reference to the Drawings explained. The latter show:

Fig. 1 anhand einer schematischen Querschnittsdar stellung - parallel zur Rotationsachse - eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß aufgebauten Gleichstrommotors, der eine erste Leistungs-Antriebsebene aufweist, sowie eine zweite Antriebsebene zum Antrieb eines Venti lators, der innerhalb des Motorgehäuses unter gebracht ist; Fig. 1 using a schematic cross-sectional representation - parallel to the axis of rotation - a first embodiment of a DC motor constructed according to the invention, which has a first power drive level, and a second drive level for driving a ventilator, which is housed within the motor housing;

Fig. 2 in einer Querschnittsdarstellung längs der Schnittlinie 2-2 aus Fig. 1 - schematisch und ausschnittsweise - den Feldlinienverlauf und die Leiteranordnung im Ringspalt des ersten Permanentmagnet-Rotors; FIG. 2 is a cross-sectional view along section line 2-2 of Figure 1 - schematic and fragmentary - the field lines and the conductor arrangement in the annular gap of the first permanent magnet rotor.

Fig. 3 anhand einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt aus einer ersten mäanderförmigen Statoranordnung, die aus zwei getrennten Lei terbahnen besteht; und Figure 3 is a perspective view of a section of a first meandering stator arrangement, which consists of two separate conductor tracks. and

Fig. 4a und 4b in Seitenansicht bzw. in Draufsicht - schematisch und ausschnittsweise - den Ven tilator im Motor nach Fig. 1. FIGS. 4a and 4b in side view and in plan view - schematic and fragmentary - den Ven-speed fan in the engine of FIG. 1.

Die Fig. 1 zeigt - schematisch und im Schnitt - einen er findungsgemäßen Motor. Zu den wesentlichen Komponenten dieses Motors gehören ein zweiteiliges Gehäuse 10, eine Ab triebswelle 20 mit einem Rotorträger 26, an dem ein erster Permanentmagnet-Rotor 30 angebracht ist, eine erste mäan derförmige Statoranordnung 40, sowie einen Ventilator 60, der mit Hilfe einer zweiten Antriebsebene 50 angetrieben wird. Das Motorgehäuse 10 besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte 12 und einer Deckelplatte 16, an deren Umfang einstückig eine umlaufende Seitenwand 18 angesetzt ist. Die Seitenwand 18 kann in eine umlaufende Stufe 13 am Umfang der Grundplatte 12 eingesetzt und dort mit Hilfe von Befesti gungsmitteln 19 festgelegt werden. Im Zentrum der Grund platte 12 ist eine Vertiefung ausgebildet, in welche ein Motorlager 15 eingesetzt ist. Im Zentrum der Deckelplatte 16 ist eine Bohrung ausgespart, in welche ein weiteres Motor lager 15′ eingesetzt ist. Fig. 1 shows - schematically and in section - he engine according to the invention. The essential components of this motor include a two-part housing 10 , a drive shaft 20 with a rotor carrier 26 , to which a first permanent magnet rotor 30 is attached, a first meandering stator arrangement 40 , and a fan 60 , which with the aid of a second drive level 50 is driven. The motor housing 10 consists essentially of a base plate 12 and a cover plate 16 , on the circumference of which a peripheral side wall 18 is attached in one piece. The side wall 18 can be inserted in a circumferential step 13 on the circumference of the base plate 12 and supply means 19 can be fixed there with the aid of fastening means. In the center of the base plate 12 , a recess is formed, in which an engine mount 15 is inserted. In the center of the cover plate 16 , a hole is recessed, in which another motor bearing 15 'is used.

Die beiden, im Abstand zueinander und miteinander fluchtend angeordneten Motorlager 15 und 15′ halten drehbar eine Ab triebswelle 20. Die Abtriebswelle 20 ist parallel und rota tionssymmetrisch zur Rotationsachse 25 des Motors angeord net. Ein scheibenförmiger Rotorträger 26 ist starr und fest mit der Abtriebswelle 20 verbunden. Am Außenumfang des Rotorträgers 26 ist ein im wesentlichen U-förmiges Profil 27 angebracht, an dem eine Innenstufe 28 und eine Außenstufe 29 ausgebildet sind.The two, spaced from each other and aligned motor bearings 15 and 15 'rotatably hold a drive shaft 20th The output shaft 20 is parallel and rotationally symmetrical to the axis of rotation 25 of the motor angeord net. A disk-shaped rotor carrier 26 is rigidly and firmly connected to the output shaft 20 . A substantially U-shaped profile 27 is attached to the outer circumference of the rotor carrier 26 , on which an inner step 28 and an outer step 29 are formed.

In die Innenstufe 28 ist ein Innenring 34 aus magnetischem Rückschlußmaterial eingesetzt. In die Außenstufe 29 ist ein Außenring 38 aus magnetischem Rückschlußmaterial eingesetzt. An der Außenumfangsfläche des Innenringes 34 ist eine innere ringförmige Anordnung 32 aus Permanentmagneten abgestützt. An der Innenumfangsfläche des Außenringes 38 ist eine äußere ringförmige Anordnung 36 aus Permanentmagneten abgestützt. Jede ringförmige Anordnung 32, 36 kann aus einzelnen Per manentmagneten oder aus einem geschlossenen Ring aus Perma nentmagnet-Material bestehen, der entsprechend aufmagneti siert ist. Sämtliche Ringe 32, 34, 36 und 38 sind starr mit dem U-Profil 27 des Rotorträgers 26 verbunden, und stehen im wesentlichen vertikal von diesem ab. Die Ringe 32, 34, 36 und 38 bilden zusammen den ersten Permanentmagnet-Rotor 30. Zwischen der inneren ringförmigen Anordnung 32 und der äußeren ringförmigen Anordnung 36 ist der magnetisch aktive Ringspalt 35 ausgebildet. An inner ring 34 made of magnetic yoke material is inserted into the inner step 28 . An outer ring 38 made of magnetic yoke material is inserted into the outer step 29 . An inner annular arrangement 32 made of permanent magnets is supported on the outer circumferential surface of the inner ring 34 . An outer annular arrangement 36 made of permanent magnets is supported on the inner circumferential surface of the outer ring 38 . Each ring-shaped arrangement 32 , 36 can consist of individual permanent magnets or a closed ring made of permanent magnet material which is magnetized accordingly. All rings 32 , 34 , 36 and 38 are rigidly connected to the U-profile 27 of the rotor support 26 , and project substantially vertically therefrom. The rings 32 , 34 , 36 and 38 together form the first permanent magnet rotor 30 . The magnetically active annular gap 35 is formed between the inner annular arrangement 32 and the outer annular arrangement 36 .

An der Grundplatte 12 ist eine erste mäanderförmige Stator anordnung 40 abgestützt, deren gerade hinführende Mäander abschnitte 44 und gerade herführende Mäanderabschnitte 48 sich durch diesen Ringspalt 35 hindurch erstrecken. Die Breite des Ringspaltes 35 ist geringfügig größer als die Breite der geraden Mäanderabschnitte 44, 48, so daß eine freie Rotation des ersten Permanentmagnet-Rotors 30 gegen über der ersten Statoranordnung 40 gegeben ist.On the base plate 12 , a first meandering stator arrangement 40 is supported, the straight meandering sections 44 and straight meandering sections 48 extending through this annular gap 35 . The width of the annular gap 35 is slightly larger than the width of the straight meandering sections 44 , 48 , so that there is free rotation of the first permanent magnet rotor 30 with respect to the first stator arrangement 40 .

Innerhalb des Motorgehäuses 10 ist eine zweite, unabhängig ansteuerbare Antriebsebene 50 ausgebildet, mit welcher ein innerhalb des Motorgehäuses untergebrachter Ventilator 60 angetrieben wird, der zur Kühlung der ersten Antriebsebene dient.A second, independently controllable drive level 50 is formed within the motor housing 10 and is used to drive a fan 60, which is accommodated within the motor housing and is used to cool the first drive level.

Mehr im einzelnen ist ein scheibenförmiger Ventilatorträger 64 vorhanden, der in seinem Zentrum eine Bohrung aufweist. Um diese Bohrung herum steht vom Ventilatorträger 64 ein Rohrabschnitt 65 vertikal ab, der einstückig mit dem Ven tilatorträger 64 verbunden ist. Der Innenumfang dieses Rohr abschnittes 65 kann als Gleitlager ausgebildet sein, das am Außenumfang der Abtriebswelle 20 anliegt. Alternativ kann - wie dargestellt - dieser Rohrabschnitt 65 über zwei im Ab stand zueinander angeordnete Ventilatorlager 61, 61′ gegen über dem Außenumfang der Abtriebswelle 20 abgestützt sein. In jedem Falle ist eine freie und unabhängige Rotation des Ventilatorträgers 64 gegenüber der Abtriebswelle 20 gegeben. Benachbart zum Außenumfang des Ventilatorträgers 64 sind dort einstückig angeformte und vertikal abstehende, profi lierte Ventilatorflügel 68 angebracht, die bei Rotation des Ventilators 60 einen radialen Kühlluftstrom erzeugen. Ein zelheiten zur Anordnung und Ausbildung der Ventilatorflügel lassen sich den Fig. 4a und 4b entnehmen. Die Kühlluft wird über wenigstens eine Öffnung 14 in der Grundplatte 12 angesaugt, wird mit Hilfe des Ventilators 60 beschleunigt, strömt daraufhin durch miteinander fluchtende, in regel mäßigen Abständen angeordnete Öffnungen 33 im Innenring 34 und in der inneren ringförmigen Anordnung 32 aus Permanentmagnet-Material in den Ringspalt 35. Dort strömt die Kühlluft durch die engen Zwi schenräume 45/49 zwischen benachbarten Leiterbahnen 44′, 44′′; 48′, 48′′ usw. (vgl. Fig. 2) sowie durch die größeren Zwischenräume 47 zwischen benachbarten Mäanderabschnitten 44, 48 und kühlt auf diesem Wege die Statoranordnung 40. Die Kühlluft gelangt schließlich durch Öffnungen 17 innerhalb der Deckelplatte 16 aus dem Inneren des Motorgehäuses 10 heraus in die umgebende Atmosphäre. Bei Bedarf kann die aus dem Motorgehäuse austretende erwärmte Luft zur Temperierung der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeuges verwendet werden. Vor jeder Kühlluft-Ansaugöffnung 14 kann ein Staubfilter 11 oder dergleichen angeordnet sein, um Feststoffpartikel und andere Verunreinigungen aus der Kühlluft abzutrennen, bevor diese in den Innenraum des Motorgehäuses 10 eintritt. Als Staub- oder Partikelfilter 11 können übliche Luftfilter dienen. Jede Ansaugöffnung 14 kann mit einem eigenen Partikelfilter 11 bedeckt sein, oder es ist eine ringförmige Filteranord nung vorgesehen, die sämtliche Ansaugöffnungen 14 abdeckt.More specifically, there is a disc-shaped fan bracket 64 which has a bore in its center. Around this hole from the fan carrier 64 is a pipe section 65 vertically, which is integrally connected to the Ven tilatorträger 64 . The inner circumference of this pipe section 65 can be designed as a plain bearing which bears against the outer circumference of the output shaft 20 . Alternatively, - as shown - this pipe section 65 can be supported against the outer circumference of the output shaft 20 via two fan bearings 61 , 61 'which are arranged in relation to one another. In any case, there is free and independent rotation of the fan carrier 64 with respect to the output shaft 20 . Adjacent to the outer circumference of the fan carrier 64 there are integrally formed and vertically protruding, profi lated fan blades 68 which generate a radial cooling air flow when the fan 60 rotates. A details on the arrangement and design of the fan blades can be seen in FIGS . 4a and 4b. The cooling air is sucked in via at least one opening 14 in the base plate 12 , is accelerated with the aid of the fan 60 , and then flows through openings 33 in the inner ring 34 and in the inner annular arrangement 32 made of permanent magnet material, which are aligned with one another and arranged at regular intervals the annular gap 35 . There, the cooling air flows through the narrow interstices 45/49 between adjacent conductor tracks 44 ', 44 ''; 48 ', 48 ''etc. (see. Fig. 2) and through the larger gaps 47 between adjacent meandering sections 44 , 48 and cools the stator 40 in this way. The cooling air finally passes through openings 17 within the cover plate 16 from the interior of the motor housing 10 into the surrounding atmosphere. If necessary, the heated air emerging from the motor housing can be used to temper the passenger compartment of the motor vehicle. A dust filter 11 or the like can be arranged in front of each cooling air suction opening 14 in order to separate solid particles and other impurities from the cooling air before it enters the interior of the motor housing 10 . Conventional air filters can serve as dust or particle filters 11 . Each suction opening 14 can be covered with its own particle filter 11 , or an annular filter arrangement is provided, which covers all suction openings 14 .

Der Ventilator 60 wird von einer zweiten Antriebsebene an getrieben, die unabhängig vom Betrieb des Motors ansteuer bar ist. Diese zweite Antriebsebene 50 wird aus einer zweiten Statoranordnung 52 und einem zweiten Permanent magnet-Rotor 55 gebildet. Die zweite Statoranordnung 52 und der zweite Permanentmagnet-Rotor 55 sind an den vergleichs weise geringen Leistungsbedarf angepaßt, der zur Rotation des Ventilators 60 erforderlich ist.The fan 60 is driven by a second drive level, which can be controlled independently of the operation of the motor. This second drive level 50 is formed from a second stator arrangement 52 and a second permanent magnet rotor 55 . The second stator arrangement 52 and the second permanent magnet rotor 55 are adapted to the comparatively low power requirement that is required for the rotation of the fan 60 .

Anhand der Fig. 2 wird der erste Permanentmagnet-Rotor 30 und die Verhältnisse im Ringspalt 35 näher erläutert. Der Außenring 38 und der Innenring 34 bestehen jeweils aus magnetischem Rückschlußmaterial, beispielsweise aus ST 37. Die äußere ringförmige Anordnung 36 aus Permanentmagnet-Material ist alter nierend lateral aufmagnetisiert, so daß alternierend magne tische Nord-Pole 36′ und magnetische Süd-Pole 36′′ am Ringspalt 35 anliegen. Entgegengesetzt ausgerichtete Pole 36′ und 36′′ sind durch schmale neutrale Zonen 36′′′ voneinander getrennt. In gleicher Weise ist die innere ringförmige Anordnung 32 aus Permanentmagnet-Material alter nierend lateral aufmagnetisiert, so daß dort abwechselnd die Nord-Pole 32′ und die Süd-Pole 32′′ am Ringspalt 35 anliegen. Wiederum be stehen zwischen entgegengesetzt ausgerichteten Polen 32′ und 32′′ schmale neutrale Zonen 32′′′. Als Permanentmagnet-Material dient bei spielsweise Sm/Co-Sintermaterial.The first permanent magnet rotor 30 and the conditions in the annular gap 35 are explained in more detail with reference to FIG. 2. The outer ring 38 and the inner ring 34 each consist of magnetic yoke material, for example of ST 37. The outer annular arrangement 36 made of permanent magnet material is alternately laterally magnetized, so that alternating magnetic north poles 36 'and magnetic south poles 36 ''Rest on the annular gap 35 . Oppositely oriented poles 36 'and 36 ''are separated from one another by narrow neutral zones 36 '''. In the same way, the inner annular arrangement 32 of permanent magnet material is alternatingly laterally magnetized, so that there alternately the north poles 32 'and the south poles 32 ''rest against the annular gap 35 . Again be between oppositely aligned poles 32 'and 32 ''narrow neutral zones 32 '''. Sm / Co sintered material is used as the permanent magnet material.

Wie dargestellt, befindet sich gegenüber einem Nord-Pol 36′ am Außenumfang des Ringspaltes 35 stets ein Süd-Pol 32′′ am Innenumfang des Ringspaltes 35 und umgekehrt. Inner halb des magnetisch aktiven Ringspaltes 35 resultiert ein homogenes Magnetfeld mit geradlinigem, im wesentlichen parallelen Feldlinienverlauf, wie das anhand der Feldlinien 37 angedeutet ist. Diese Feldlinien 37 sind über die als magne tischen Rückschlußmaterialien dienenden Ringe 34 und 38 hinweg geschlossen, so daß innerhalb des Ringspaltes 35 ein magnetisches Feld hoher Feldstärke resultiert.As shown, is opposite a north pole 36 'on the outer circumference of the annular gap 35 always a south pole 32 ''on the inner circumference of the annular gap 35 and vice versa. Within half of the magnetically active annular gap 35 , a homogeneous magnetic field results with a rectilinear, essentially parallel field line course, as is indicated by the field lines 37 . These field lines 37 are closed over the rings 34 and 38 serving as magnetic yoke materials, so that a magnetic field of high field strength results within the annular gap 35 .

In der gewählten Ausführungsform besteht die erste mäander förmige Statoranordnung 40 aus zwei ineinandergesetzten mäanderförmigen Leiterbahnanordnungen 41 und 43. Jede mäanderförmige Leiterbahnanordnung 41, 43 besteht aus vier unabhängigen, elektrisch voneinander getrennten und geo metrisch parallel geführten Leiterbahnen. Somit besteht - an jeder mäanderförmigen Leiterbahnanordnung 41, 43 - jeder gerade hinführende Mäanderabschnitt 44 aus vier geraden Leiterabschnitten 44′, 44′′, 44′′′ und 44′′′′. In gleicher Weise besteht jeder gerade herführende Mäanderabschnitt 48 aus vier geraden Leiterabschnitten 48′, 48′′, 48′′′ und 48′′′′. Zwischen benachbarten hinführenden Leiterabschnitten, bei spielsweise 44′ und 44′′, sowie zwischen benachbarten her führenden Leiterabschnitten, beispielsweise 48′ und 48′′ besteht jeweils ein ausreichender Zwischenraum 45 bzw. 49, um eine elektrische Trennung zwischen benachbarten Leiter bahnen zu gewährleisten. In diese Zwischenräume 45 bzw. 49 können - nicht dargestellte - kleine isolierende Abstands halter eingesetzt sein.In the selected embodiment, the first meandering stator arrangement 40 consists of two nested meandering conductor track arrangements 41 and 43 . Each meandering conductor track arrangement 41 , 43 consists of four independent, electrically separated and geo metrically parallel conductor tracks. Thus - each meandering conductor track arrangement 41 , 43 - each straight meandering section 44 consists of four straight conductor sections 44 ', 44 '', 44 ''' and 44 ''''. In the same way, each straight meandering section 48 consists of four straight conductor sections 48 ', 48 '', 48 ''' and 48 ''''. Between adjacent leading conductor sections, for example 44 'and 44 '', and between adjacent leading conductor sections, for example 48 ' and 48 '', there is a sufficient space 45 and 49 , respectively, to ensure electrical separation between adjacent conductor tracks. In these spaces 45 and 49 - small insulating spacers can be used - not shown.

Zwischen einem geraden hinführenden Mäanderabschnitt 44 und dem geraden herführenden Mäanderabschnitt 48 einer Leiter bahnanordnung 41 besteht ein ausreichender Abstand, in den ein gerader Mäanderabschnitt der anderen Leiterbahnanordnung 43 eingesetzt ist. Zwischen zwei benachbarten geraden Mäan derabschnitten besteht ein größerer Zwischenraum 47. In diese größeren Zwischenräume 47 können - nicht darge stellte - große isolierende Abstandshalter eingesetzt sein, die sich über die gesamte axiale Länge des Ringspaltes 35 erstrecken. Die kleinen und großen isolierenden Abstands halter bestehen jeweils aus wärmebeständigem, elektrisch isolierendem und magnetisch inertem Material wie beispiels weise Al₂O₃.Between a straight leading meandering section 44 and the straight leading meandering section 48 of a conductor track arrangement 41 there is a sufficient distance into which a straight meandering section of the other conductor track arrangement 43 is inserted. There is a larger space 47 between two adjacent straight meander sections. In these larger spaces 47 - large insulating spacers can be used - not Darge presented, which extend over the entire axial length of the annular gap 35 . The small and large insulating spacers each consist of heat-resistant, electrically insulating and magnetically inert material such as Al ₂ O ₃ .

Wie dargestellt, beträgt die Breite eines geraden hin- oder herführenden Mäanderabschnittes 44 bzw. 48 weniger als die halbe Polbreite "b" eines Permanentmagnet-Poles 32′, 32′′; 36′, 36′′.As shown, the width of a straight meandering section 44 or 48 is less than half the pole width "b" of a permanent magnet pole 32 ', 32 ''; 36 ′, 36 ′ ′.

Ersichtlich weist jeder Leiterabschnitt, beispielsweise 44′, 48′, einen rechteckigen Leiterquerschnitt auf. Der Leiter querschnitt hat wenigstens eine Längsseite und eine Schmal seite. Die Längsseite des Leiterquerschnittes ist parallel den Feldlinien 37 im magnetisch wirksamen Ringspalt 35 ausgerichtet.Obviously, each conductor section, for example 44 ', 48 ', has a rectangular conductor cross section. The conductor cross section has at least one long side and one narrow side. The long side of the conductor cross section is aligned parallel to the field lines 37 in the magnetically active annular gap 35 .

Mit Bezugnahme auf Fig. 3 wird die Ausbildung einer ersten mäanderförmigen Statoranordnung 40 detaillierter erläutert. Aus Gründen einer einfacheren Darstellung ist in diesem Falle eine Statoranordnung 40 gewählt, die lediglich aus einer mäanderförmigen Leiterbahnanordnung besteht, die aus zwei Leiterbahnen 40′ und 40′′ aufgebaut ist. Die mäander förmige Statoranordnung 40 besteht fortlaufend aus einem geraden, hinführenden Mäanderabschnitt 44, einem oberen (inneren) Wickelkopf 42, einem geraden, herführenden Mäan derabschnitt 48, einem unteren (äußeren) Wickelkopf 46, er neut einem geraden, hinführenden Mäanderabschnitt 44 usw. Die geraden, hin- und herführenden Mäanderabschnitte 44, 48 befinden sich innerhalb des magnetisch wirksamen Ringspaltes 35. Oberhalb und unterhalb des Ringspaltes 35 sind die, die Statoranordnung 40 bildenden Leiterbahnen 40′, 40′′ seitlich bzw. radial aus einer gedachten Verlängerung des Ringspaltes 35 herausgeführt und bilden dort die Wickelköpfe 42, 46. Die Wickelköpfe 42, 46 verlaufen im wesentlichen parallel zum Ringspalt 35, jedoch - in radialer Richtung - außerhalb der gedachten Verlängerung des Ringspaltes 35. Im Bereich der Wickelköpfe 42, 46 weisen die Leiterbahnen 40′, 40′′ den gleichen Querschnitt auf wie im Bereich der geraden, hin- oder herführende Mäanderabschnitte 44, 48.The configuration of a first meandering stator arrangement 40 is explained in more detail with reference to FIG. 3. For reasons of simplicity, a stator arrangement 40 is selected in this case, which consists only of a meandering conductor arrangement, which is composed of two conductor tracks 40 'and 40 ''. The meandering stator arrangement 40 consists continuously of a straight, leading meandering section 44 , an upper (inner) winding head 42 , a straight, leading meandering section 48 , a lower (outer) winding head 46 , he again a straight, leading meandering section 44 , etc. The straight, reciprocating meander sections 44 , 48 are located within the magnetically active annular gap 35 . Above and below the annular gap 35 , the conductor tracks 40 ', 40 ''forming the stator arrangement 40 are led out laterally or radially from an imaginary extension of the annular gap 35 and form the winding heads 42 , 46 there . The winding overhangs 42 , 46 run essentially parallel to the annular gap 35 , but - in the radial direction - outside the imaginary extension of the annular gap 35 . In the area of the winding overhangs 42 , 46 , the conductor tracks 40 ', 40 ''have the same cross-section as in the area of the straight, meandering sections 44 , 48 .

Zur Herstellung einer derartigen ersten mäanderförmigen Sta toranordnung 40 kann von ebenem Flachmaterial ausgegangen werden, aus welchem Bahnen der gewünschten Konfiguration ausgestanzt oder ausgeschnitten werden. Diese ebenen Bahnen werden daraufhin in einer Presse um geeignete Stempel herum verformt, um die gewünschte dreidimensionale Struktur zu bilden. Mit 1 mm starkem Kupferblech kann eine stabile, selbsttragende, mäanderförmige Statoranordnung 40 der dar gestellten Konfiguration erhalten werden.In order to produce such a first meandering gate arrangement 40, it can be assumed that the sheet is flat, from which strips of the desired configuration are punched out or cut out. These flat sheets are then deformed in a press around suitable punches to form the desired three-dimensional structure. With 1 mm thick copper sheet, a stable, self-supporting, meandering stator arrangement 40 of the configuration presented can be obtained.

Den Fig. 4a und 4b lassen sich Einzelheiten zum Aufbau des Ventilators 60 und der zweiten Antriebsebene 50 ent nehmen. Wie in Drauf- und Seitenansicht dargestellt, be steht der Ventilator 60 im wesentlichen aus einem ringför migen Ventilatorträger 64, der an seinem Innenumfang eine einstückig angeformte, vertikal abstehende Hülse (Rohrabschnitt 65) zur Aufnahme/Bildung eines Ventilatorlagers und an seinem Au ßenumfang einstückig angeformte, vertikal abstehende Ven tilatorflügel 68 aufweist. Zwischen zwei konzentrisch, vertikal abstehende Flansche 62 und 63 sind die Komponenten eines zweiten Permanentmagnet-Rotors 55 eingesetzt, welche starr und fest mit dem Ventilator 60 verbunden sind. Zu diesen Komponenten gehören ein Innenring 56 aus magneti schem Rückschlußmaterial, eine innere ringförmige Permanent magnetanordnung, eine äußere ringförmige Permanentmagnetanordnung 58 und ein Außenring 59 aus magnetischem Rückschluß material. Die ringförmigen Permanentmagnetanordnungen 57, 58 können preiswerte "Gummimagnete" (in einer Kunststoffmatrix dis pergiertes Pulver aus Permanentmagnet-Material) sein und sind alternierend lateral aufmagnetisiert. Es ist eine Anordnung gewählt, bei welcher je ein Plus- oder Minus-Pol 58′, 58′′ des äußeren Ringes 58 einem gleichnamigen Pol 57′, 57′′ des inneren Ringes 57 gegenübersteht. In den Ringspalt zwischen den beiden Permanentmagnetanordnungen 57, 58 ragt eine zweite Statoranordnung 52 hinein, die im vorliegenden Fall aus einem ringförmigen Eisenkern besteht, der mit einer Sta torwicklung versehen ist. Der Stromfluß durch die Stator wicklung wird von einer Regelschaltung nur dann aktiviert, wenn - nicht dargestellte - Sensoren eine Überschreitung einer vorgegebenen Motortemperatur erfaßt haben. FIGS. 4a and 4b, details may be to build the fan 60 and the second drive level 50 take ent. As shown in plan and side view, the fan 60 essentially consists of a ring-shaped fan carrier 64 which has an integrally formed, vertically projecting sleeve (tube section 65 ) on its inner circumference for receiving / forming a fan bearing and integrally integrally formed on its outer circumference , vertically projecting Ven tilatorflügel 68 has. The components of a second permanent magnet rotor 55 , which are rigidly and firmly connected to the fan 60 , are inserted between two concentrically, vertically projecting flanges 62 and 63 . These components include an inner ring 56 made of magnetic yoke material, an inner annular permanent magnet assembly, an outer annular permanent magnet assembly 58 and an outer ring 59 made of magnetic yoke material. The ring-shaped permanent magnet arrangements 57 , 58 can be inexpensive "rubber magnets" (powder dispersed in a plastic matrix made of permanent magnet material) and are alternately laterally magnetized. An arrangement is selected in which one plus or one minus pole 58 ', 58 ''of the outer ring 58 faces a pole 57 ' of the same name, 57 '' of the inner ring 57 . A second stator arrangement 52 projects into the annular gap between the two permanent magnet arrangements 57 , 58 , which in the present case consists of an annular iron core which is provided with a gate winding. The current flow through the stator winding is activated by a control circuit only when - sensors (not shown) have detected that a predetermined motor temperature has been exceeded.

Claims

1. Electronically commutated DC machine, in particular electronically commutated DC motor, with

- an axis of rotation ( 25 ),
- A first, substantially cylindrical drive plane, which is formed from a first, ironless, meandering stator arrangement ( 40 ) and a first permanent magnet rotor ( 30 ), which has a number of first permanent magnet poles ( 32 ', 32 ''; 36 ' , 36 '') which are alternately and essentially polarized perpendicular to the axis of rotation ( 25 ) or radially,
a second, essentially cylindrical drive plane ( 50 ) which is formed from a second stator arrangement ( 52 ) and a number of second permanent magnet poles which are alternately and essentially polarized perpendicular to the axis of rotation ( 25 ) or radially,
- The two drive planes being formed concentrically around the common axis of rotation ( 25 ) in a common plane of rotation,

characterized in that the second permanent magnet poles are attached to a second permanent magnet rotor ( 55 ) which is rotatable about the common axis of rotation ( 25 ) independently of the first permanent magnet rotor ( 30 ).

2. DC machine according to claim 1,
wherein the first permanent magnet rotor ( 30 ) has an essentially cylindrical annular gap ( 35 ) with a homogeneous magnetic field with a rectilinear, radial field line profile and constantly changing polarity, and
the first meandering stator arrangement ( 40 ) has straight meandering sections ( 44 , 48 ) which are oriented parallel to the axis of rotation ( 25 ) and extend within the annular gap ( 35 ), each straight meandering section consisting of a number parallel conductor sections ( 44 ', 44 '', 44 ''', 44 ''''; 48 ', 48 '', 48 ''', 48 ''''), which have a substantially rectangular cross section, thereby characterized in that each conductor section ( 44 ', 44 '', 44 ''', 44 ''''; 48 ', 48 '', 48 ''', 48 '''') arranged within the annular gap ( 35 ) in such a way is that the longer side of the conductor cross section is aligned parallel to the course of the field lines ( 37 ).

3. DC machine according to claim 2, characterized in that the permanent magnet poles ( 32 ', 32 ''; 36 ', 36 '') of the first permanent magnet rotor ( 30 ) in an outer annular arrangement ( 36 ) and an inner annular Arrangement ( 32 ) are arranged such that an annular gap ( 35 ) is formed between the outer annular arrangement ( 36 ) and the inner annular arrangement ( 32 ), adjacent poles ( 36 ', 36 ''; 32 ', 32 in each ring '') Are alternately polarized and in each case a north pole ( 36 ') or south pole ( 36 '') on the outer circumference of the annular gap ( 35 ) faces an opposite pole ( 32 '', 32 ') on the inner circumference of the annular gap ( 35 ).

4. DC machine according to claim 2 or 3, characterized in that the conductor cross section of the meandering sections ( 44 ) is rectangular, its aspect ratio between the long side and the narrow side being more than 2: 1, in particular more than 4: 1.

5. DC machine according to one of claims 2 to 4, characterized in that each straight meandering section ( 44 ) with the following meandering section ( 48 ) is connected via a winding head ( 42 , 46 ), which is made in the radial direction from an imaginary extension of the annular gap ( 35 ) is led out and runs essentially parallel to the annular gap ( 35 ) outside this imaginary annular gap extension.

6. DC machine according to one of claims 2 to 5, characterized in that the first meandering stator arrangement ( 40 ) consists of two electrically separate meandering conductor track arrangements ( 41 , 43 ), have the same circumference and are arranged one inside the other that in the space between a straight leading and straight leading meandering section of one meandering conductor track arrangement ( 41 ) a straight meandering section of the other meandering conductor track arrangement ( 43 ) is inserted.

7. DC machine according to one of claims 2 to 6, characterized in that
the first meandering stator arrangement ( 40 ) and / or each first meandering conductor track arrangement ( 41 , 43 ) consists of a number of conductor tracks ( 40 ', 40 '') which are geometrically parallel and spaced from each other, and
Spacers made of heat-resistant, electrically insulating and magnetically inert material are inserted into the spaces ( 45 , 49 ) between adjacent conductor tracks at regular intervals.

8. DC machine according to one of claims 2 to 7, characterized in that the inner annular arrangement ( 32 ) and the outer annular arrangement ( 36 ) made of permanent magnet poles ( 32 ', 32 ''; 36 ', 36 '') the side facing away from the annular gap ( 35 ) is supported on a further ring ( 34 , 38 ) made of magnetically conductive material, which closes the magnetic flux.

9. DC machine according to claim 8, characterized in that the inner annular arrangement ( 32 ) of permanent magnet poles ( 32 ', 32'' ) and the adjacent ring ( 34 ) made of yoke material with aligned openings ( 33 ) are provided by through which cooling air can be introduced into the annular gap ( 35 ), which flows through the spaces ( 45 , 49 ) between the conductor tracks and cools them.

10. DC machine according to one of claims 1 to 9, characterized in that
a fan ( 60 ) is additionally present within a housing ( 10 ) of the direct current machine and
the second permanent magnet rotor ( 55 ) drives this fan ( 60 ) in order to generate cooling air which can be introduced into the annular gap ( 35 ) on the first permanent magnet rotor ( 30 ).

11. DC machine according to claim 10, characterized in that
the fan ( 60 ) has a disk-shaped fan carrier ( 64 ) which is rotatably arranged on at least one fan bearing ( 61 , 61 ') and
the fan carrier ( 64 ) is provided on its periphery with a number of fan blades ( 68 ) which project substantially vertically from the fan carrier ( 64 ) and generate a radial flow of cooling air when the fan ( 60 ) rotates.

12. DC machine according to claim 10 or 11, characterized in that
the DC machine has a relatively flat, essentially cylindrical housing ( 10 ) with a round base plate ( 12 ) and with a round cover plate ( 16 ), on the circumference of which a vertically projecting, circumferential side wall ( 18 ) is attached,
an engine mount ( 15 , 15 ') is inserted and held stationary in the center of the two plates,
these two motor bearings ( 15 , 15 ') rotatably hold an output shaft ( 20 ) to which the first permanent magnet rotor ( 30 ) is rigidly attached, and
on the outer circumference of the output shaft ( 20 ) a fan bearing ( 61 , 61 ') is rotatably attached.

13. DC machine according to claim 12, characterized in that the housing ( 10 ) is substantially closed and in the base plate ( 12 ) of the housing ( 10 ) at least one opening ( 14 ) is recessed, through which the rotating fan ( 60 ) Cooling air is sucked in.

14. DC machine according to claim 13, characterized in that each opening ( 14 ) is associated with a particle filter ( 11 ).

15. DC machine according to one of claims 11 to 14, characterized in that the second stator arrangement ( 52 ) has an annular iron core which is provided with a stator winding.

16. DC machine according to claim 15, characterized in that
the second permanent magnet rotor ( 55 ) has two concentric annular permanent magnet arrangements ( 57 , 58 ) which are alternately laterally magnetized and
face each other with poles of the same name ( 57 ′ , 58 ′ ; 57 ′ ′ , 58 ′ ′ ).

17. DC machine according to claim 16, characterized in that the second permanent magnet rotor ( 55 ) has an outer ring ( 59 ) made of magnetic return material, adjoining an outer annular permanent magnet arrangement ( 58 ) and an inner ring ( 56 ) made of magnetic return material and thereon has an inner annular permanent magnet arrangement ( 57 ) and all the rings ( 56 , 57 , 58 , 59 ) are rigidly attached to the fan carrier ( 64 ) of the fan ( 60 ).