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WO2018193095A1 - Rotor für einen elektromotor mit wärmeabschirmender beschichtung und verfahren zur herstellung - Google Patents

Rotor für einen elektromotor mit wärmeabschirmender beschichtung und verfahren zur herstellung Download PDF

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WO2018193095A1
WO2018193095A1 PCT/EP2018/060200 EP2018060200W WO2018193095A1 WO 2018193095 A1 WO2018193095 A1 WO 2018193095A1 EP 2018060200 W EP2018060200 W EP 2018060200W WO 2018193095 A1 WO2018193095 A1 WO 2018193095A1
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WO
WIPO (PCT)
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rotor
coating
permanent magnets
region
inner diameter
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2018/060200
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English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Sedlak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Efficient Energy GmbH
Original Assignee
Efficient Energy GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Efficient Energy GmbH filed Critical Efficient Energy GmbH
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    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/223—Heat bridges

Definitions

  • the present invention relates to electric motors, and more particularly to rotors for such electric motors.
  • the electric motors can be used universally. However, special attention is drawn to the use in a heat pump.
  • EP 2 549 1 13 A2 discloses a magnetic rotor and a rotary pump with a magnetic rotor.
  • the rotor is for driving a fluid in a pump housing within a stator of the rotary pump magnetically non-contact drivable and storable.
  • the rotor is encapsulated by means of an outer encapsulation comprising a fluorinated hydrocarbon.
  • the rotor comprises a permanent magnet encased in a metal jacket.
  • the rotary pump includes a pump housing having an inlet for supplying a fluid and an outlet for discharging the fluid.
  • the fluid is, for example, a chemically aggressive acid with a proportion of a gas, e.g. As sulfuric acid with ozone.
  • a magnetic rotor is mounted without contact in the pump housing in a magnetic manner.
  • the rotor is further provided with a magnetic drive having electric coils.
  • the stator is formed with laminated iron, which is in magnetic operative connection with the permanent magnet of the rotor.
  • the drive is designed as a bearingless motor in which the stator is designed as a bearing stator and drive stator at the same time.
  • the rotor is designed as a pancake, wherein the axial height of the rotor is less than or equal to half the diameter of the rotor.
  • the bearingless disc motor is used as a bearingless disc motor with active thrust bearing, as a miniature disc motor, or as a bearingless bioreactor within a non-bearing blood pump.Through a combination of passive reluctance magnetic bearings and bearingless motor, it is possible to complete a disc rotor with only two actively stabilized radial degrees of freedom requirements for a large air gap, which is necessary in hermetic systems are met by the choice of a bearingless permanent magnetically excited synchronous motor.
  • a bearingless disc motor suitable for driving an axial pump for cardiac assist is designed for speeds of 30,000 revolutions per minute, resulting in a smaller size.
  • stator In the case of the internal rotor concept, there is the problem that the stator always has to be larger than the rotor, that is, the size and design of the rotor is always limited by the stator housing or that the rotor dominates the formation of the stator. This limits the field of application of such a disk motor, which is designed as an internal rotor.
  • disk motors generally have the problem that the rotor, regardless of whether it is designed as an internal rotor or external rotor, pressure differences or pressures in certain directions is exposed. These pressures cause a bearing to be loaded in the direction of pressure acting on the rotor, thus increasing wear, or, if rotor deflection is allowed, the rotor is deflected in that direction and thus leeway for this deflection must be provided.
  • the pump when the pump is used to pump a medium from a pressure area at a first pressure to a pressure area at a second pressure, or to generate such a pressure difference at all, complex design measures must be taken to either a required To achieve wear resistance, or to provide a margin for an occurring deflection.
  • the stator of an engine is too warm, the heat is transmitted via the motor gap to the rotor and the permanent magnets present there with all the associated problems.
  • the heating of the stator itself is critical.
  • the stator is ty- Typically equipped with coils. Heating the coils can lead to high thermal stress. This high thermal stress in the coils can lead to fatigue of the coil wire insulation in the longer term.
  • problems may occur with respect to a delamination of the sheet metal body, ie the stator body, which consists of a sheet metal body.
  • the stator body which consists of a sheet metal body.
  • deformations or distortions in the stator can cause the motor to no longer run as smoothly as it should or could run.
  • EP 2 975 731 A2 discloses a disc rotor for an electric machine having a circular or annular disk-like rotor body and permanent magnets arranged circumferentially adjacent to each other on the rotor body.
  • the rotor body comprises a first material for dissipating heat in the radial direction and further comprises a second electrically non-conductive material in the region of the permanent magnets.
  • the support member is provided with a peripheral edge on which the permanent magnets can be supported to the outside. This edge is just like the area in which the permanent magnets are used, formed of a thermally highly conductive material, such as aluminum.
  • the problem with this concept is that the rotor is effectively used to cool the motor gap.
  • the heat of the motor gap is transmitted by the edge of thermally well conductive material directly to the permanent magnets.
  • the permanent magnets are again on a thermally highly conductive material, such as aluminum arranged.
  • a large amount of heat energy dissipated from the motor gap passes through the permanent magnets.
  • the permanent magnets are therefore constantly exposed to thermal stress. The higher the engine speed, the higher the friction in the engine gap becomes, the higher the thermal stress becomes.
  • Another problem is the design of the magnetic return element.
  • One way to provide the magnetic return element on which permanent magnets are arranged is to use a circular return element or an annular return element depending on the outer rotor or inner rotor implementation.
  • the problem is the stability of the entire arrangement.
  • the distance of the return element from the axis of rotation is so large that considerable centrifugal forces act on the return element, especially when very high speeds are desired, such as over 20,000 rev / min.
  • the magnetic return element is very susceptible to destruction, which would immediately lead to destruction of the entire motor.
  • the object of the present invention is to provide an improved concept for a rotor of an electric motor.
  • the present invention is based on the finding that optimum protection of the permanent magnets with respect to the resulting heat in the motor gap is achieved in that the permanent magnets are not provided with a good heat conducting material to the motor gap out, but with a material with poor thermal conductivity, ie with a heat shielding functional did.
  • This ensures that the heat remains in the motor gap and is hardly introduced from there into the rotor with the sensitive permanent magnet, but is either removed directly from the motor pad or is led from the motor gap via the stator and from there to a heat sink.
  • the heat-sensitive component of the entire electric motor namely the plurality of permanent magnets, which are arranged on the rotor, secured against the heat in the motor gap.
  • stator is insufficiently cooled, there may be the case that even the stator gives off heat to the motor gap.
  • the heat shield on the permanent magnet to the motor gap out is also ensured that this heat is transmitted as little as possible to the rotor.
  • the rotor for an electric motor comprises a plurality of permanent magnets fixed to each other, wherein each permanent magnet has a side facing the motor gap. Furthermore, as the heat shield, a first coating is arranged on the sides of the permanent magnets facing the slot of the motor, the first coating having a first, low thermal conductivity. In addition, a second coating is provided which is in contact with a respective other side of the plurality of permanent magnets, wherein the second coating has a second thermal conductivity that is greater than the first thermal conductivity. This second coating ensures that even the low heat that is introduced into the permanent magnets via the first coating with the low thermal conductivity is immediately dissipated by them.
  • the second coating is arranged on the permanent magnet, on a side which is not in contact with the first coating, it can even be ensured that heat which nevertheless dissipates via the first coating does not pass through the permanent magnet or as little as possible is dissipated by the permanent magnet, but by the second good thermal conductivity capable coating.
  • the two coatings are formed of different materials or the same Grundmateriai, wherein the different thermal conductivities of the different layers are achieved in that a number of packing in the second good thermal conductivity coating is greater than the number of packing in the first coating.
  • epoxy resin itself is relatively poor in heat conductivity, so it is well suited for heat shielding on the permanent magnet.
  • a filling with metallic packing significantly increases the thermal conductivity of the epoxy resin.
  • an epoxy resin coating with a high number of packing which is in any case greater than the number of packing in the first coating. It should be noted, however, that different materials with different thermal conductivities can also be used.
  • the plurality of permanent magnets are mounted on a magnetic return element which defines a space which is filled by the second coating in regions which are adjacent to the permanent magnets, ie regions that are laterally with respect to the motor gap.
  • the first coating is arranged continuously above the second coating, so that the motor gap and also the adjacent lateral regions with respect to the motor gap has a continuous surface on the rotor.
  • the friction is kept as small as possible, because no rough surfaces or surfaces with depressions exist, but a smooth surface of the first coating, which is in the region of the permanent magnet directly on the permanent magnet, and in the area next to the permanent magnet on the second good heat-conducting coating is arranged, the completion of the rotor defined towards the motor gap.
  • the rotor is formed as an external rotor rotor, in which the permanent magnets define a ring with an inner diameter, in which the stator of the motor, on which the coils are located, is arranged.
  • the permanent magnets are further applied to an annular magnetic return element, said magnetic return element a first lower portion, a second, z. B. middle area and a third, z. B. upper area.
  • the first or lower region comprises a first lower inner diameter
  • the second, middle region carries the plurality of permanent magnets
  • the second central region further has a second or middle inner diameter. ser.
  • an upper inner diameter or third inner diameter is also present in the upper region.
  • the second inner diameter is further larger than the first inner diameter and the third inner diameter is larger than the first inner diameter.
  • the third inner diameter is larger than an outer diameter of a stator for the electric motor.
  • a cross-sectionally U-shaped magnetic return element which on the one hand provides a good magnetic inference, which is essential for the functionality of the electric motor.
  • it is ensured by the formation of the magnetic return element that as much material as possible is arranged in as small a distance as possible from the central axis of rotation.
  • This is particularly important for an external rotor rotor, because the centrifugal forces acting on all elements of the external rotor rotor, the larger, the farther the corresponding material portion is removed from the rotation.
  • a much more stable construction can be obtained, compared to a return element which is simply arranged as a ring behind the permanent magnets.
  • an inner diameter namely, the third inner diameter will be larger than an outer diameter of a stator of the electric motor, so that the stator and the rotor can be assembled with each other without the magnetic flux.
  • to carry out a multi-part design of magnetic return element which in turn could bring stability problems, especially at very high speeds over z. B. 30,000 to 50,000 revolutions per minute.
  • such speeds are required for particular magnetically mounted disc motors for heat pumps in order to achieve a heat pump with high space efficiency, ie with a good efficiency with respect to the smallest possible space consumption of the compressor of the heat pump.
  • a space efficiency ie a small space requirement with high efficiency is useful.
  • the first inner diameter is smaller than the third inner diameter, it is ensured that on the other side of the return element, ie on the side through which the stator is not mounted, as much material of the magnetic Receptor is placed as close to the axis of rotation, such that field lines see a conclusion, but this inference brings due to the intelligent placement of the return material no or only greatly reduced mechanical problems in terms of stability of the magnetic return element and the entire arrangement with it. Further, it is preferable to attach to the portion of the magnetic return element having the smallest inner diameter a portion of the rotor to be rotated, such as a radial wheel using the example of a turbo-engine or a compressor motor for a heat pump.
  • the first and second coatings are further applied to shield the heat from the permanent magnet and dissipate the heat passing through the shield.
  • the aspect of thermal shielding can also be used for other motor concepts with other magnetic return elements.
  • the aspect of the magnetic return element which is equipped with different inner diameters and thus in cross-section U-shaped, can also be used directly, ie without heat shielding or even, as in the prior art, with a thermally conductive coating, ie a thermally conductive Edge.
  • both aspects are combined with each other, ie the U-form magnetic return element together with the heat-shielding coating on the permanent magnet and the heat-conductive coating next to the permanent magnet.
  • the second thermally conductive coating next to the permanent magnets can namely be used there in particular in the region of the U-shaped magnetic return element which is arranged next to the permanent magnets.
  • the continuous increase may have a non-linear shape, such as a sine or cosine shape, or a circular or cubic shape, or any other non-linear shape. Due to the ease of manufacture and, as has been found, optimal functionality for the magnetic inference, however, it is preferred that the course of the cross-sectional increase or the decrease in cross-section in the transition region is linear. Furthermore, it is preferred that in the middle region in which the permanent magnets are arranged, upwards or downwards with respect to the permanent magnets, ie adjacent to the permanent magnets, a free area with a height on each side, which is at least greater than one millimeter.
  • the area next to the permanent magnets can furthermore have a slightly smaller inner diameter than the area in which the permanent magnets are arranged directly. Then, an accurate placement of the permanent magnets can be achieved.
  • Figure 1 is a schematic plan view of an electric motor with rotor and stator in external rotor design.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of an electric motor with rotor and stator according to the first aspect of the thermal shield
  • FIG. 3 is a schematic representation of the embodiment of the first and second coatings of a same base material and different packing density
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of a rotor in external rotor construction with a U-shaped magnetic return element
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a rotor for a thermal shielded electric motor according to the first aspect and a U-shaped magnetic return element according to the second aspect in combination with one another;
  • FIG. 6 shows a perspective schematic illustration of a rotor for an electric motor according to the second aspect with a U-shaped magnetic return element without the use of the heat-shielding coating;
  • FIG. 7 is a schematic representation of a magnetic bearing using the example of an internal rotor with an external stator and permanent magnets on the internal rotor;
  • Fig. 8 is a schematic cross section for a heat pump with an electric motor having the rotor according to the invention.
  • Fig. 1 shows a rotor 1 and a stator 200, between which a motor gap 40 is arranged.
  • the rotor 1 comprises a plurality of permanent magnets 1 1, 12, 13, 14 attached to each other.
  • Each permanent magnet of the plurality of permanent magnets 11, 12, 13, 14 has a north pole and a south pole.
  • four permanent magnets are arranged, in such a way that the motor pole towards the north pole and south pole of the annular permanent magnets or the circular sector-shaped permanent magnets alternate, as shown schematically in Fig. 1st marked with N for north and S for south.
  • the stator 200 is opposed to the permanent magnet via the motor gap 400, but the heat-shielding first coating 20 is disposed on the sides of the permanent magnets facing the motor gap, this first heat-shielding coating having a first (low) thermal conductivity.
  • Fig. 2 shows a cross section through the arrangement of Fig. 1 in a schematic manner, in particular the permanent magnet 14 is cut.
  • the heat-shielding first coating 20 is disposed on the permanent magnet 14 and thermally insulated from the motor gap 40.
  • a second coating 30 is disposed, which is in contact with a respective other side of the plurality of permanent magnets.
  • the second coating has a thermal conductivity that is greater than the first thermal conductivity.
  • the other side of the plurality of permanent magnets is the upper flat side 5a or the lower flat side 15b in the embodiment shown in FIG.
  • the permanent magnet 14 is embedded so that the motor gap side 15c is surrounded by the first coating, the upper and lower small sides 15b are embedded in the second coating and are touched by the second coating, and the fourth Page 15d of the permanent magnet rests on a Sukonstruk- tion, such as a magnetic yoke 202.
  • the support structure may include in addition to the magnetic yoke 202 nor a bandage, such as a carbon bandage 203, which is not shown in Fig. 2, the however, shown in FIG. 5 or FIG. 8.
  • the second coating has a higher thermal conductivity, such as a four -may as high thermal conductivity of ⁇ - 2 W / Km.
  • a higher thermal conductivity such as a four -may as high thermal conductivity of ⁇ - 2 W / Km.
  • the low thermal conductivity of the first coating is less than 1 W / Km, and that the high thermal conductivity is greater than 1, 1 W / Km.
  • a coil 16 is indicated in cross-section, which is wound around a pole leg 17 of the stator 200 and together with the permanent magnet 14 and of course together with the other permanent magnets 14 and the other coils provides the electric motor effect ,
  • Fig. 3 shows a preferred embodiment for the production of the two layers 20, 30.
  • Both layers 20, 30 are preferably formed from the same base material.
  • the first coating 20 there are no or only a very small number of thermally conductive fillers.
  • a larger number or a very large number of thermally conductive filling bodies are located in the second coating 30.
  • the base material used is preferably epoxy resin, which, without a special filling, has a relatively low thermal conductivity.
  • the relatively low thermal conductivity of epoxy resin in the range of 0.25 W / Km can be increased by introducing conductive fillers, such as ferritic powder, so that the thermal conductivity of the second coating 30 can be brought into ranges of 2 W / Km.
  • One way of producing the two coatings in FIG. 3 begins with the attachment of still non-magnetized permanent magnets 14 to a return element 200.
  • the magnets 14 can be glued, for example, to the return element 202, preferably with good thermal conductivity adhesive and self-adhesive. understandable with a material that is magnetically conductive.
  • the layer of epoxy resin is applied, with a relatively even distribution of the packing 25 in the layer.
  • An external magnetic field is then applied by the return element, specifically in sectors, in order to magnetize the individual permanent magnets 14.
  • the ferritic, but also magnetically well-conducting filling bodies are now drawn towards the inference element.
  • the filler Due to the toughness of the base material, the filler gradually migrates towards the return element due to the externally applied magnetic field, resulting in a distribution of packing in the base material. The result is a region with a small number of packing away from the return element, which represents the first coating 20, while many packing elements are arranged close to the return element 202, in order to obtain the second good thermal conductivity. tende coating to form.
  • both the filling bodies are correctly placed and the magnetization of the permanent magnets 14 has taken place.
  • the Harzmateria! has fully cured, the first and the second coating 20, 30 are completed. It can be seen that between the first and the second coating one or more further layers can be, or a continuous transition of the materials and properties can be.
  • Fig. 4 shows a cross section through a rotor 1 according to the second aspect, so the U-shaped magnetic yoke element.
  • the magnetic return element 202 is formed in the embodiment shown in FIG. 4 as an external rotor rotor element and is in particular annular, as it is z. 2, but also in FIG. 6.
  • the magnetic return element comprises a first region a with a first inner diameter, a second region 202b with a second inner diameter and a third region 202c with a third inner diameter.
  • the plurality of permanent magnets 14, 1 1, 12, 13 of FIG. 1 are arranged. As shown in FIG.
  • the second inner diameter of the second region 202b is larger than the first inner diameter of the first region 202a and larger than the third inner diameter of the third region 202c.
  • the third inner diameter in the third region 202c is larger than the first inner diameter in the first region 202a.
  • the inner diameters D1, D2, D3 are drawn, wherein the inner diameter D2 is the largest, and wherein the inner diameter D1 is the smallest, on the side of the magnetic return element 202, at which the region to be rotated 105, such as the radial wheel is arranged.
  • the rotor can still be mounted without carrying out the magnetic rear closing element 202 in multiple parts.
  • the rotor can be moved from bottom to top to align the stator with the permanent magnet, or it can the stator is inserted from above into the rotor to align the stator 200, as shown in FIG. 4, with the permanent magnets, such as the magnet 14, to form the motor gap 40.
  • the central region 202b has a height that is greater than a height of the permanent magnet 14 by a certain free height 207.
  • the free height 207 is above and below the permanent magnet 0.75 mm upward with respect to the central region 202b and downwardly with respect to the central region 202b, as illustrated by 207.
  • the plurality of permanent magnets are disposed in the middle portion 202b such that the central portion extends beyond the permanent magnet of the plurality of permanent magnets by at least 0.5 mm on each of the two sides.
  • the center region 202b is formed such that a small cross-sectional crack 209 is disposed.
  • the permanent magnet 14 is inserted somewhat deeper into the magnetic recoil element than the dimension in the free height 207 is formed.
  • the second region of the permanent magnet is disposed in a region in which the inner diameter is larger by at least 0.1 mm than the inner diameter of the second region above and below the permanent magnet, as in the two central regions 207.
  • the cross-section jump 209th could also be provided a cross-sectional difference of greater than 0.5 mm or perhaps even 1 mm, depending on the embodiment.
  • the magnetic return element 202 is provided with a bandage 203 to provide further stabilization against the high centrifugal forces that act as the rotor rotates at high angular velocity about the axis of rotation 206.
  • a first transition region 202d and / or a second transition region 202e is provided.
  • the first transition area is between the first area 202a and the second area 202b.
  • the second transition region 202e is provided between the middle and second regions 202b and the third and upper regions 202c, respectively.
  • the first transition region 202d and the second transition region 202e each have a continuously decreasing inner diameter from the second inner diameter to the first inner diameter for the first transition region 202d and from the second inner diameter to the third inner diameter for the second transition region 202e. As shown in FIG. 5, it is preferable that the continuously decreasing inner diameter decreases linearly both in the second transition region 202e and in the first transition region 202d.
  • the first coating 20 is again arranged on the permanent magnet 14 and shields it from the motor gap 40 or from the heat present therein.
  • the second coating 30 is now arranged such that it fills the region in the second transition region and in the middle region between the first coating and the magnetic return element 202.
  • the second coating 30 having a high thermal conductivity is also in good contact with the upper side surface 15a and the lower side surface 15b of the permanent magnet, and thus heat introduced into the magnet 14 despite the first coating becomes the magnetic return element 202 derive, which is a relatively good heat sink, because it is made of ferromagnetic material, such as iron is formed.
  • the first coating is continuous, ie that the rotor is delimited by a smooth surface towards the motor gap 40. Furthermore, it is preferred that no second coating is arranged between the permanent magnet 14 and the first coating 20, but that the second coating lies next to the permanent magnet and below the first coating. Furthermore, it is preferred that at least on the lower region 202a neither a first nor a second coating is applied. In addition, a first coating 20 can also be arranged in the upper region 202c. In one implementation, however, no first coating can be arranged even in the upper region, if the upper is far enough away from the motor gap 40, so that a heat input into the magnetic return element 202 does not take place or is not critical.
  • the inner diameter of the lower portion 202a of the magnetic return element is the smallest inner diameter, so that the area of the magnetic return element lying on the region to be rotated, i. H. is placed on the radial wheel 105, as large as possible to achieve a good attachment.
  • the inner diameter in the first region 202a is in any case smaller than the outer diameter of the stator 200. This is not a problem because the third inner diameter is larger than the outer diameter of the stator, so that rotor and stator still can be mounted without the magnetic return element 202 would have to be performed in several parts, which is not favorable for reasons of stability.
  • the first inner diameter be at least 10% smaller than the second inner diameter, although smaller first inner diameters may be used for the magnetic return element, depending on the embodiment.
  • the third inner diameter in the third upper region 202c is at least 3% smaller than the second inner diameter.
  • the thickness in the cross section of the first region ie between the first coating 20 and the right edge of the bandage 203 in FIG. 5, is thus greater than a thickness in the cross section of the magnetic return element in the second region plus a thickness in the cross section of the permanent magnet the plurality of permanent magnets.
  • the thickness in the third region is approximately equal to the thickness in the cross section of the magnetic return element plus permanent magnet, it is preferred in other embodiments that the third upper region also slightly above the permanent magnet 14th protrudes.
  • the first thickness of the first coating 20 on the side of the plurality of permanent magnets facing the motor gap is between 1 .mu.m and 100 .mu.m thick.
  • the second thickness of the second coating 30 is greater than the first thickness and less than or equal to the thickness in cross-section of the permanent magnet of the plurality of permanent magnets.
  • the thickness of the second coating in the middle region, and in particular in the "free height" of the middle region 207 is slightly smaller than the thickness of the permanent magnet because of the permanent magnet Cross section is somewhat inserted, as shown at 209. If this recess is not present at 209, the thickness of the second coating 30 in the central free area 207 would be equal to the thickness of the permanent magnet.
  • the number of permanent magnets is an even number greater than 2, wherein in the embodiment shown in Fig. 6 a total of four permanent magnets are arranged, but also arrangements with 6, 8, 10, 12, 14, 16, etc. also permanent magnets can be used, with the corresponding increased number of coils on the pole feet of the stator. Moreover, it is preferable to uniformly arrange the permanent magnets over the circular ring such that each permanent magnet is formed in a circular arc, and that the magnetization directions of adjacent permanent magnets are opposite to each other.
  • the height of the magnetic yoke member is between 3 and 5 cm, or that a diameter of the motor gap 40 is between 6 and 10 cm.
  • FIG. 6 shows a schematic view of the element 105 to be rotated, on which the magnetic remindInstituteiement 202 202 is arranged, which is secured by the bandage 203.
  • circular-arc-shaped permanent magnets 1 1, 12, 13 are shown, wherein the rotor is sliced together to be rotated portion in Fig. 6 for illustration reasons, such that the fourth permanent magnet 14 would be arranged on the cut side.
  • FIG. 6 it can be seen that the inner diameters of the upper portion 202c, the middle portion 202b, and the lower portion 202a are different from each other, and that the permanent magnets are disposed in the middle portion.
  • the transition regions 202d and 202e in Fig. 6 can be seen in which the inner diameter continuously merge into one another.
  • the "free heights 207" above and below the plurality of permanent magnets are present, so that the magnetic return element does not lead to a magnetic short circuit.
  • Fig. 7 shows an implementation of the present invention as an internal rotor.
  • the stator 200 are formed on the outside and the rotor 1 inside, wherein the motor gap 40 is arranged between the two elements.
  • the rotor is supported relative to the stator by a magnetic bearing, as exemplified in FIG. In Fig. 7, the two directions are shown axially 250 and 260 radially.
  • there is a motor with a motor gap 40 and the rotor is held axially with respect to the stator due to the permanent magnets on the side of the rotor and the electric coils on the side of the stator and not specifically regulated.
  • the radial detection device 270 includes the position of the rotor with respect to the stator or vice versa via detection lines 271.
  • the result of the radial detection is communicated via a sensor line 272 of the radial control / regulation device 280.
  • This generates accordingly the actuator signals via Aktorsignal Oberen 273 on the rotor or the stator depending on the implementation.
  • the rotor 1 is inside and the stator 200 is disposed outside. It is thus an internal rotor in contrast to, for example, Fig. 3, 4, or 5.
  • the corresponding control / regulation by the elements 270, 280, 271, 272, 273, however, can also take place in an external rotor as well.
  • the magnetic bearing is similar in both cases to the example of the reluctance bearing shown in Fig. 7 in that an axial control does not take place while a radial control by the radial detection device 270 and the radial control / regulation device 280 takes place.
  • Fig. 8 shows a preferred application of the pancake motor on the example of a heat pump.
  • the heat pump comprises an evaporator 300, a compressor 400 and a condenser 500, the compressor 400 having the electric disc rotor motor described with reference to FIGS. 1a to 5.
  • the compressor further includes a pilot space 410 disposed radially about the working vapor conveyed by the moving element 105, which is drawn by the evaporator 300 has been to further promote and ultimately increase the pressure to the required pressure in the condensation zone 510 in the condenser 500.
  • Liquid to be cooled passes through an evaporator inlet 302 into the evaporator. Cooled working fluid drains out of the evaporator via an evaporator outlet 304.
  • a mist eliminator 306 is additionally provided.
  • a part of the working fluid brought into the evaporator 300 via the evaporator inlet 302 is evaporated and sucked through the mist eliminator 306 via the second side 105b of the radial gear 105 and conveyed upwards and then discharged into the guide space 510.
  • compressed working steam is brought into the condensation zone 510.
  • the condensation zone 510 is further supplied via a condenser inlet 512 to be heated working fluid, which is heated by the condensation with the heated vapor and discharged via a condenser outlet 514.
  • the condenser is designed as a condenser in the form of a "shower", so that a distribution of liquid in the condensation zone 510 is achieved via a distributor device 516.
  • This condenses the compressed working steam as efficiently as possible and transfers the heat contained in it into the liquid in the condenser ,
  • a motor housing 110 is also drawn in, which at the same time also forms the upper housing part of the condenser or condenser 500.
  • a connecting line 80 for the coils of the stator 200 is connected to a controller 600, to perform the corresponding speed controls and at the same time the active storage on a preferably used magnetic bearing, as has been described with reference to FIG.
  • the controller thus additionally provides the functions of the radial detection 270 and the radial control / regulation 280.
  • FIG. 8 an implementation is shown in which the pancake motor has a potting compound block 602 sealed by a sealing ring 603 relative to the motor housing 110, so that a pressure-tight separation between the exterior and the exterior takes place inside.
  • Both the bobbin holder and the coils are surrounded by an encapsulation material, which is shown formed in FIG. 8 as integral with the fixed block 602. However, this does not necessarily have to be the case. However, it is preferable to cause separation by the encapsulation material extending in the motor gap, so that the Coils are not located in the low pressure area present within the motor housing.
  • the stator is disposed in a recess defined by an upper side 105a.
  • the rotor may be formed without a recess, so that the region of magnet 201, return element 202 and bandage 203, as shown in Fig. 8, is mounted on a flat top formed radial wheel. From Fig. 8 it is further apparent that the element to be moved, which is connected to the rotor 10, the radial wheel or paddle wheel 105 which is there to, in cooperation with the guide 410 to compress the working steam conveyed by the evaporator and to heat it so that heat is pumped from the evaporator into the condenser.
  • a control effected, for example, by element 600 in FIG. 8 may be implemented as software or hardware.
  • the implementation of the controller may be on a non-volatile storage medium, digital or other storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals that may interact with a programmable computer system to perform the corresponding method of operating a heat pump.
  • the invention thus also encompasses a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method when the computer program product runs on a computer.
  • the invention can thus also be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer. LIST OF REFERENCES

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Abstract

Ein Rotor für einen Elektromotor umfasst einen Motorspalt (40), mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl von miteinander befestigten Permanentmagneten (11, 12, 13, 14), wobei jeder Permanentmagnet eine dem Motorspalt zugewandte Seite (15c) aufweist; eine erste Beschichtung (20), die auf den dem Motorspalt (40) zugewandten Seiten (15c) der Permanentmagnete (11-14) angeordnet ist, wobei die erste Beschichtung (20) eine erste Wärmeleitfähigkeit aufweist; und eine zweite Beschichtung (30), die in Kontakt mit einer jeweils anderen Seite (15a, 15b) der Mehrzahl von Permanentmagneten (11-14) ist, wobei die zweite Beschichtung (30) eine zweite Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit.

Description

Rotor für einen Elektromotor mit wärmeabschirmender Beschichtung und Verfall ren zur Herstellung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektromotoren und insbesondere auf Rotoren für solche Elektromotoren. Die Elektromotoren können universell eingesetzt werden. Es wird jedoch besonders auf den Einsatz in einer Wärmepumpe hingewiesen.
Die EP 2 549 1 13 A2 offenbart einen magnetischen Rotor und eine Rotationspumpe mit einem magnetischen Rotor. Der Rotor ist zum Fördern eines Fluids in einem Pumpengehäuse innerhalb eines Stators der Rotationspumpe magnetisch berührungslos antreibbar und lagerbar. Außerdem ist der Rotor mittels einer äußeren Verkapselung, die einen fluo- rierten Kohlenwasserstoff aufweist, gekapselt. Innerhalb der Verkapselung umfasst der Rotor einen von einem Metallmantel ummantelten Permanentmagneten. Die Rotationspumpe umfasst ein Pumpengehäuse mit einem Einlass zum Zuführen eines Fluids und einem Auslass zum Abführen des Fluids. Das Fluid ist zum Beispiel eine chemisch aggressive Säure mit einem Anteil eines Gases, z. B. Schwefelsäure mit Ozon. Zur Förde- rung des Fluids ist im Pumpengehäuse ein magnetischer Rotor berührungslos magnetisch gelagert. Der Rotor ist ferner mit einem magnetischen Antrieb versehen, der elektrische Spulen aufweist. Der Stator ist mit geblechtem Eisen ausgebildet, das mit dem Permanentmagneten des Rotors in magnetischer Wirkverbindung steht. Der Antrieb ist als lagerloser Motor ausgebildet, bei dem der Stator gleichzeitig als Lagerstator und Antriebsstator ausgestaltet ist. Der Rotor ist als Scheibenläufer ausgebildet, wobei die axiale Höhe des Rotors kleiner oder gleich einem halben Durchmesser des Rotors ist.
Die Dissertation ETH Nr. 12870,„Der lagerlose Scheibenmotor", N. Barletta, 1998, offenbart magnetgelagerte Scheibenmotoren. Magnetlager arbeiten vollständig berührungs-, verschleiß-, wartungs- und schmiermittelfrei. Zur aktiven Stabilisierung eines Freiheitsgrades werden zwei regelbare Elektromagnete inklusive elektronischer Ansteuerung benötigt. Der lagerlose Scheibenmotor wird innerhalb einer lagerlosen Blutpumpe als lagerloser Scheibenmotor mit aktivem Axiallager, als Miniatur-Scheibenmotor, oder als lagerloser Bioreaktor eingesetzt. Durch eine Kombination von passiven Reluktanzmagnetlagern und lagerlosem Motor ist es möglich, einen Scheibenrotor mit nur zwei aktiv stabilisierten radialen Freiheitsgraden vollständig zu lagern. Anforderungen nach einem großen Luftspalt, welcher in hermetischen Systemen nötig ist, werden durch die Wahl eines lagerlosen permanentmagnetisch erregten Synchronmotors erfüllt. Ein lagerloser Scheibenmotor, der zum Antrieb einer Axialpumpe zur Herzunterstützung geeignet ist, ist für Drehzahlen von 30.000 Umdrehungen pro Minute ausgelegt, was zu einer kleineren Baugröße führt.
Kommerzielle elektrische Scheibenmotoren sind auch unter der Bezeichnung„Pan Cake- Motor" („Pfannkuchenmotor") bekannt. Das in den beiden vorhergehenden Referenzen dargestellte Motorkonzept zeichnet sich dadurch aus, dass sich der Stator um den Rotor herum erstreckt. Solche Motoren werden auch als Innenläufer bezeichnet.
Bei dem Innenläuferkonzept existiert die Problematik, dass der Stator immer größer als der Rotor sein muss, dass also die Größe und die Ausbildung des Rotors immer durch das Statorgehäuse begrenzt ist bzw. dass der Rotor die Ausbildung des Stators dominiert. Damit ist das Einsatzgebiet eines solchen Scheibenmotors, der als Innenläufer ausgebil- det ist, begrenzt.
Darüber hinaus ist bei Scheibenmotoren grundsätzlich die Problematik vorhanden, dass der Rotor, unabhängig davon, ob er als Innenläufer oder Außenläufer konzipiert ist, Druckdifferenzen bzw. Drücken in bestimmten Richtungen ausgesetzt ist. Diese Drücke führen dazu, dass ein Lager in der Richtung des Drucks, der auf den Rotor wirkt, belastet wird, und damit ein Verschleiß erhöht wird, bzw. dass dann, wenn eine Auslenkung des Rotors erlaubt wird, der Rotor in dieser Richtung ausgelenkt wird und damit Spielräume für diese Auslenkung bereitgestellt werden müssen. Insbesondere dann, wenn die Pumpe eingesetzt wird, um ein Medium von einem Druckgebiet mit einem ersten Druck auf ein Druckgebiet mit einem zweiten Druck zu pumpen, bzw. um überhaupt eine solche Druckdifferenz zu erzeugen, müssen aufwändige konstruktive Maßnahmen getroffen werden, um entweder eine geforderte Verschleißfestigkeit zu erreichen, oder um einen Spielraum für eine auftretende Auslenkung bereitzustellen. Nachteilig an Elektromotoren und insbesondere Elektromotoren, die in warmen Umgebungen betrieben werden oder aber eine hohe Leistung schaffen sollen, ist die allgegenwärtige Wärmeentwicklung. Hohe Temperaturen im Elektromotor beeinträchtigen zum einen die typischerweise am Rotor angeordneten Permanentmagneten. Wird also der Stator eines Motors zu warm, so überträgt sich die Wärme über den Motorspalt auf den Rotor und die dort vorhandenen Permanentmagnete mit allen damit verbundenen Problemen. Andererseits ist auch die Erwärmung des Stators selbst kritisch. Der Stator ist ty- pischerweise mit Spulen versehen. Eine Erwärmung der Spulen kann zu einem hohen thermischen Stress führen. Dieser hohe thermische Stress in den Spulen kann auf längere Sicht zu einer Ermüdung der Spulendrahtisolation führen. Außerdem können Probleme bezüglich einer Delaminierung des Blechkörpers, also des Statorkörpers, der aus einem Blechkörper besteht, auftreten. Außerdem können aufgrund erhöhter Temperaturen oder hohem thermischen Dauerstress Verformungen bzw. Verwerfungen im Stator dazu führen, dass der Motor nicht mehr so rund läuft, wie er laufen sollte bzw. könnte.
Insbesondere bei schnelldrehenden Motoren mit Drehzahlen über 30.000 Umdrehungen pro Minute ist selbst dann, wenn im Motorspalt ein geringerer Druck im Vergleich zum Umgebungsdruck vorherrscht, die Reibung mit dem dort befindlichen Gas dennoch so groß, dass die Permanentmagnete des Rotors, die direkt im Motorspalt angeordnet sind, dieser hohen Reibungsenergie im Motorspalt und damit der dort entstehenden Wärme ausgesetzt sind. Permanentmagnete haben die Eigenschaft, dass sie, wenn sie zu heiß werden, in ihrer Funktionalität/Magnetisierung nachlassen. Diese Beschädigung ist in bestimmten Fällen sogar nicht reversibel und kann zum kompletten Ausfall des gesamten Elektromotors führen. Doch auch im Betrieb des Elektromotors ist es von großer Bedeutung für sämtliche Parameter, dass die Permanentmagnete in einem optimalen Temperaturbereich gehalten werden, der aufgrund der hohen Wärmeentwicklung wegen der Rei- bung im Motorspalt keineswegs sichergestellt ist.
Die EP 2 975 731 A2 offenbart einen Scheibeniäufer für eine elektrische Maschine mit einem kreis- oder ringförmigen scheibenartigen Läuferkörper und Permanentmagneten, die in Umfangsrichtung benachbart zueinander an dem Läuferkörper angeordnet sind. Insbesondere umfasst der Läuferkörper ein erstes Material zur Ableitung von Wärme in radialer Richtung und umfasst ferner im Bereich der Permanentmagnete ein zweites elektrisch nicht-leitendes Material. Ferner wird, um die Permanentmagnete zuverlässig an dem Trägerelement zu halten, das Trägerelement mit einem umlaufenden Rand versehen, an dem sich die Permanentmagnete nach außen hin abstützen können. Dieser Rand ist genauso wie der Bereich, in dem die Permanentmagnete eingesetzt sind, aus einem thermisch gut leitenden Material, wie beispielsweise Aluminium ausgebildet.
Problematisch an diesem Konzept ist jedoch, dass der Rotor gewissermaßen dazu eingesetzt wird, um den Motorspalt zu kühlen. Die Wärme des Motorspalts wird durch den Rand aus thermisch gut leitendem Material direkt auf die Permanentmagnete übertragen. Die Permanentmagnete sind zwar wiederum auf einem thermisch gut leitenden Material, wie beispielsweise Aluminium angeordnet. Allerdings geht eine große Menge an Wärmeenergie, die aus dem Motorspalt abgeleitet wird, durch die Permanentmagnete hindurch bzw. in dieselben hinein. Die Permanentmagnete werden daher dauernd thermischem Stress ausgesetzt. Dieser thermische Stress wird umso höher, je höher die Drehzahlen des Motors werden, d. h. je höher die Reibung im Motorspalt wird.
Ein weiteres Problem besteht in der Ausgestaltung des magnetischen Rückschlusselements. Eine Möglichkeit, das magnetisches Rückschlusselement vorzusehen, auf dem Permanentmagnete angeordnet sind, besteht darin, einen ein kreisförmiges Rückschlus- selement oder ein kreisringförmiges Rückschlusselement je nach Außenläufer oder Innenläufer-Implementierung zu verwenden. Problematisch ist jedoch die Stabilität der gesamten Anordnung. Insbesondere für einen Außenläuferrotor ist bereits der Abstand des Rückschlusselements von der Drehachse so groß, dass beträchtliche Fliehkräfte auf das Rückschlusselement wirken, insbesondere wenn sehr hohe Drehzahlen angestrebt wer- den, wie beispielsweise über 20.000 U/min. In einem solchen Fall ist das magnetische Rückschlusselement sehr anfällig für eine Zerstörung, was unmittelbar zu einer Zerstörung des gesamten Motors führen würde. Darüber hinaus führt die Masse des magnetischen Rückschlusselements, die aufgrund der Tatsache, dass sie außen an den Permanentmagneten angeordnet ist, und damit weit von der Drehachse entfernt ist, dazu, dass dann, wenn das Rückschlusselement nicht perfekt symmetrisch ausgebildet ist, unmittelbar Unwuchten entstehen können. Andererseits ist eine bestimmte Masse an Rückschlusselement nötig, um die eigentliche Funktion zu erfüllen, nämlich den Rückschluss für die magnetischen Feldlinien zu schaffen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Konzept für einen Rotor eines Elektromotors zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Rotor für einen Elektromotor nach Patentanspruch 1 , ein Verfahren zum Herstellen des Rotors nach Patanspruch 26, einen Elektromotor nach Pa- tentanspruch 27 oder eine Wärmepumpe nach Patentanspruch 31 gelöst.
Die vorliegende Erfindung gemäß einem Aspekt basiert auf der Erkenntnis, dass eine optimale Absicherung der Permanentmagnete im Hinblick auf die im Motorspalt entstehende Wärme dadurch erreicht wird, dass die Permanentmagnete gerade nicht mit einem gut wärmeleitenden Material zum Motorspalt hin versehen werden, sondern mit einem Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, also mit einer Wärmeabschirmungsfunktionali- tat. Dadurch wird sichergestellt, dass die Wärme im Motorspalt verbleibt und von dort eher kaum in den Rotor mit den empfindlichen Permanentmagneten eingeführt wird, sondern entweder direkt aus dem Motorspait abgeführt wird oder vom Motorspalt über den Stator und von dort zu einer Wärmesenke geführt wird. Damit wird die wärmeempfindlichste Komponente des gesamten Elektromotors, nämlich die Mehrzahl von Permanentmagneten, die am Rotor angeordnet sind, vor der Wärme im Motorspalt gesichert. Wenn ferner der Stator ungenügend gekühlt wird, kann auch der Fall auftreten, dass sogar der Stator Wärme in den Motorspalt abgibt. Durch die Wärmeabschirmung auf den Permanentmagneten zum Motorspalt hin wird jedoch auch sichergestellt, dass diese Wärme so wenig wie möglich auf den Rotor übertragen wird.
Der Rotor für einen Elektromotor umfasst eine Mehrzahl von miteinander befestigten Permanentmagneten, wobei jeder Permanentmagnet eine dem Motorspalt zugewandte Seite aufweist. Femer ist als Wärmeabschirmung eine erste Beschichtung an den dem Motorspalt zugewandten Seiten der Permanentmagnete angeordnet, wobei die erste Beschichtung eine erste, niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist. Darüber hinaus ist eine zweite Beschichtung vorgesehen, die in Kontakt mit einer jeweils anderen Seite der Mehrzahl von Permanentmagneten ist, wobei die zweite Beschichtung eine zweite Wärmeleitfähigkeit hat, die größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit. Diese zweite Beschichtung stellt sicher, dass selbst die geringe Wärme, die über die erste Beschichtung mit der niedrigen Wärmeleitfähigkeit in die Permanentmagnete eingebracht wird, von diesen sofort abgeleitet wird. Dadurch dass die zweite Beschichtung an den Permanentmagneten angeordnet ist, und zwar an einer Seite, die nicht mit der ersten Beschichtung in Kontakt ist, kann zusätzlich sogar sichergestellt werden, dass Wärme, die dennoch über die erste Be- Schichtung dissipiert, nicht durch den Permanentmagneten oder so wenig wie möglich durch den Permanentmagneten abgeführt wird, sondern durch die zweite gut wärmeleit- fähige Beschichtung.
Je nach Ausführungsform sind die beiden Beschichtungen aus unterschiedlichen Materia- lien oder aus demselben Grundmateriai gebildet, wobei die unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten der unterschiedlichen Schichten dadurch erreicht werden, dass eine Anzahl von Füllkörpern in der zweiten gut wärmeleitfähigen Beschichtung größer ist als die Anzahl der Füllkörper in der ersten Beschichtung. So ist beispielsweise Epoxidharz selbst relativ schlecht wärmeleitend, eignet sich also gut für eine Wärmeabschirmung auf den Permanentmagneten. Eine Füllung mit metallischen Füllkörpern erhöht jedoch die Wärmeleitfähigkeit des Epoxidharzes erheblich. Vorzugsweise wird daher als erste Beschich- tung Epoxidharz ohne Füllkörper oder mit einer sehr geringen Anzahl von Füllkörpern eingesetzt, während als zweite Beschichtung eine Epoxidharzbeschichtung mit einer hohen Anzahl von Füllkörpern, die auf jeden Fall größer als die Anzahl der Füllkörper in der ersten Beschichtung, verwendet wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass auch un- terschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten eingesetzt werden können.
Vorzugsweise ist ferner die Mehrzahl von Permanentmagneten auf einem magnetischen Rückschlusselement aufgebracht, das in Bereichen, die benachbart zu den Permanent- magneten sind, also Bereichen, die seitlich bezüglich des Motorspalts sind, einen Raum definiert, der durch die zweite Beschichtung gefüllt wird.
Ferner wird bevorzugt, dass die erste Beschichtung durchgehend oberhalb der zweiten Beschichtung angeordnet ist, so dass der Motorspalt und auch die angrenzenden seitli- chen Bereiche bezüglich des Motorspalts eine durchgehende Fläche am Rotor aufweist. Damit wird die Reibung so klein wie möglich gehalten, weil keine rauen Oberflächen bzw. Oberflächen mit Vertiefungen existieren, sondern eine glatte Oberfläche der ersten Beschichtung, die im Bereich der Permanentmagneten direkt auf den Permanentmagneten ist, und die im Bereich neben den Permanentmagneten auf der zweiten gut wärmeleiten- den Beschichtung angeordnet ist, den Abschluss des Rotors zum Motorspalt hin definiert. Damit wird zum einen sichergestellt, dass aufgrund der Wärmeabschirmung so wenig Wärme wie möglich die Permanentmagneten erreicht, während durch die zweite gut wärmeleitende Beschichtung, die unter der Wärmeabschirmung im Bereich neben den Permanentmagneten ist, sichergestellt wird, dass dennoch dissipierte Wärme so gut wie möglich abgeführt wird, ohne die Permanentmagneten dauernd einem zu großen thermischen Stress auszusetzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Rotor als Außenläuferrotor ausgebildet, bei dem die Permanentmagnet einen Ring mit einem Innendurchmesser definieren, in dem der Stator des Motors, an dem sich die Spulen befinden, angeordnet ist. Die Permanentmagnete sind ferner auf einem ringförmigen magnetischen Rückschlusselement aufgebracht, wobei dieses magnetische Rückschlusselement einen ersten unteren Bereich, einen zweiten, z. B. mittleren Bereich und einen dritten, z. B. oberen Bereich aufweist. Der erste bzw. untere Bereich umfasst einen ersten unteren Innen- durchmesser, der zweite, mittlere Bereich trägt die Mehrzahl von Permanentmagneten, und der zweite mittlere Bereich hat ferner einen zweiten bzw. mittleren Innendurchmes- ser. Darüber hinaus ist im oberen Bereich ebenfalls ein oberer Innendurchmesser bzw. dritter Innendurchmesser vorhanden. Der zweite Innendurchmesser ist ferner größer als der erste Innendurchmesser und der dritte Innendurchmesser ist größer als der erste Innendurchmesser. Darüber hinaus ist auch der dritte Innendurchmesser größer als ein Außendurchmesser eines Stators für den Elektromotor.
Damit wird ein im Querschnitt gewissermaßen U-förmiges magnetisches Rückschlusselement erhalten, das zum einen einen guten magnetischen Rückschluss liefert, der für die Funktionalität des Elektromotors unerlässlich ist. Andererseits wird durch die Formung des magnetischen Rückschlusselements sichergestellt, dass so viel Material wie möglich in einem möglichst kleinen Abstand zur zentralen Drehachse angeordnet wird. Je näher nämlich ein Material des magnetischen Rückschlusselements an der Drehachse angeordnet wird, umso näher ist der Schwerpunkt des magnetischen Rückschlusselements insgesamt an der Drehachse angeordnet. Dies ist besonders für einen Außenläuferrotor wichtig, weil die Fliehkräfte, die auf sämtliche Elemente des Außenläuferrotors wirken, umso größer werden, je weiter der entsprechende Materialabschnitt von der Drehweile entfernt ist. Somit kann eine wesentlich stabilere Konstruktion erhalten werden, im Vergleich zu einem Rückschlusselement, das einfach als Ring hinter den Permanentmagneten angeordnet ist.
Um jedoch einen Zusammenbau mit einfachen Mitteln zu ermöglichen, wird jedoch gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Innendurchmesser, nämlich der dritte Innendurchmesser größer als ein Außendurchmesser eines Stators des Elektromotors sein, damit der Stator und der Rotor zueinander montiert werden können, ohne das mag- netische Rückschlusselement mehrteilig auszuführen, was wiederum Stabilitätsprobleme mit sich bringen könnte, insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen über z. B. 30.000 bis 50.000 Umdrehungen pro Minute. Solche Drehzahlen werden jedoch für insbesondere magnetisch gelagerte Scheibenmotoren für Wärmepumpen nötig, um eine Wärmepumpe mit hoher Raumeffizienz, also mit einer guten Effizienz bezogen auf einen möglichst klei- nen Raumverbrauch des Kompressors der Wärmepumpe zu erreichen. Jedoch auch für andere Anwendungen als Wärmepumpen ist eine Raumeffizienz, also ein kleiner Raumbedarf mit hoher Effizienz nützlich.
Dadurch, dass der erste Innendurchmesser kleiner als der dritte Innendurchmesser ist, wird sichergestellt, dass auf der anderen Seite des Rückschlusselements, also auf der Seite, durch die der Stator nicht montiert wird, möglichst viel Material des magnetischen Rückschlusselements möglichst nahe an der Drehachse angeordnet wird, derart, dass Feldlinien einen Rückschluss sehen, wobei dieser Rückschluss jedoch aufgrund der intelligenten Platzierung des Rückschlussmaterials keine oder nur stark reduzierte mechanische Probleme im Hinblick auf die Stabilität des magnetischen Rückschlusselements und der gesamten Anordnung mit sich bringt. Ferner wird es bevorzugt, an dem Bereich des magnetischen Rückschlusselements, der den kleinsten Innendurchmesser hat, einen zu drehenden Abschnitt des Rotors anzubringen, wie beispielsweise ein Radialrad am Beispiel eines Turbomotors bzw. eines Kompressormotors für eine Wärmepumpe. Das Bereitstellen eines Rückschlusselements mit sehr großer Fläche und damit einem sehr klei- nen Innendurchmesser erlaubt es, dass eine gute Befestigung zwischen dem Rückschlusselement und dem zu drehenden Element möglich ist, dass also eine hohe Fläche bereitgestellt wird, die konstruktiv genutzt werden kann, um das Rückschlusselement und damit die für den Motor entscheidenden Permanentmagnete an dem zu drehenden Element zu positionieren.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen des Aspekts mit magnetischem Rückschlusselement wird ferner die erste und die zweite Beschichtung zur Abschirmung der Wärme vor dem Permanentmagneten und zur Ableitung der die Abschirmung durchlaufenden Wärme vorgenommen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Aspekt der Wärmeabschir- mung auch für andere Motorkonzepte mit anderen magnetischen Rückschlusselementen eingesetzt werden kann. Gleichermaßen kann der Aspekt des magnetischen Rückschlusselements, das mit unterschiedlichen Innendurchmessern ausgestattet ist und damit im Querschnitt U-förmig ist, auch direkt, also ohne Wärmeabschirmung eingesetzt werden oder sogar, wie im Stand der Technik, mit einer wärmeleitfähigen Beschichtung, also ei- nem wärmeleitfähigen Rand. Diese Einsatzmöglichkeiten für solche Implementierungen ergeben sich dann, wenn die thermischen Probleme nicht so groß sind bzw. wenn die Umgebung, in der der Motor insgesamt läuft, sehr kalt ist und damit automatisch eine Situation vorherrscht, in der thermische Probleme nicht vorhanden sind. Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen werden jedoch beide Aspekte miteinander kombiniert, also das U -form ige magnetische Rückschlusselement zusammen mit der wärmeabschirmenden Beschichtung auf den Permanentmagneten und der wärmeleitfähigen Beschichtung neben den Permanentmagneten. Die zweite wärmeleitfähige Beschichtung neben den Permanentmagneten kann dort nämlich insbesondere in dem Be- reich des U-förmigen magnetischen Rückschlusselements eingesetzt werden, der neben den Permanentmagneten angeordnet ist. Ferner wird es bevorzugt, den Querschnitt des magnetischen Rückschlusselements noch weiter zu strukturieren, also mit Übergangsbereichen zu versehen, die zwischen dem zweiten bzw. mittleren Bereich, in dem die Magnete angeordnet sind, und dem oberen bzw. unteren Bereich angeordnet sind. Aus Gründen der strukturellen Stabilität und des verbesserten magnetischen Rückschlusses ist der Querschnitt in dem Übergangselement kontinuierlich zunehmend. Die kontinuierliche Zunahme kann eine nicht-lineare Form haben, wie beispielsweise eine Sinus-Form bzw. eine Cosinus-Form, oder aber auch eine Kreisform oder eine kubische Form oder irgendeine andere nicht-lineare Form sein. Aufgrund der einfacheren Herstellbarkeit und der, wie sich herausgestellt hat, optimalen Funktionalität für den magnetischen Rückschluss wird es jedoch bevorzugt, dass der Verlauf der Querschnittszunahme bzw. der Querschnittsabnahme im Übergangsbereich linear ist. Ferner wird es bevorzugt, dass in dem mittleren Bereich, in dem die Permanentmagnete angeordnet sind, nach oben bzw. unten bezüglich der Permanentmagnete, also neben den Permanentmagneten ein freier Bereich mit einer Höhe auf jeder Seite ist, die wenigstens größer als ein Millimeter ist. Zur genaueren Platzierung der Permanentmagnete kann ferner der Bereich neben den Permanentmagneten einen leicht kleineren Innendurch- messer als der Bereich haben, in dem die Permanentmagnete direkt angeordnet sind. Dann kann eine genaue Platzierung der Permanentmagnete erreicht werden. Andererseits kann durch die Bereiche oberhalb und unterhalb der Permanentmagnete, die noch mit fast oder dem identisch großen Innendurchmesser des magnetischen Rückschlusselements ausgebildet sind, sichergestellt werden, dass das magnetische Rückschlus- selement, das sich ja nunmehr gewissermaßen über den Motorspalt bzw. über die Permanentmagnete hinweg erstreckt, nicht zu einem magnetischen Kurzschluss führt, sondern nur die Rückschlussfunktionalität nach wie vor erfüllt und gleichzeitig zur mechanischen Stabilisierung des Rückschlusselements beiträgt. Gleichermaßen wird diese Höhe gut mit der zweiten Beschichtung aufgefüllt, so dass eine stark wirksame Wärmesenke um die Permanentmagnete herum ausgebildet ist, um die Wärme so schnell wie möglich in das ohnehin gut wärmeleitfähige magnetische Rückschlusselement abzuführen, während jedoch diese Wärmesenke, also die zweite Beschichtung dennoch durch die erste Beschichtung vom Motorspalt zumindest signifikant wärmeisoliert ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Elektromotor mit Rotor und Stator in Außenläuferkonstruktion;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Elektromotors mit Rotor und Stator gemäß dem ersten Aspekt der thermischen Abschirmung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Ausführung der ersten und zweiten Beschich- tung aus einem gleichen Grundmaterial und unterschiedlicher Füllkörperdichte;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarsteliung eines Rotors in Außenläuferkonstruktion mit einem U-förmigen magnetischen Rückschlusselement;
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Rotors für einen Elektromotor mit thermischer Abschirmung gemäß dem ersten Aspekt und U-förmigem magnetischen Rückschlusselement gemäß dem zweiten Aspekt in Kombination zueinander;
Fig. 6 eine perspektivische schematische Darstellung eines Rotors für einen Elektromotor gemäß dem zweiten Aspekt mit U-förmigem magnetischen Rückschlusselement ohne Verwendung der wärmeabschirmenden Beschichtung;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Magnetlagers am Beispiel eines Innenläufers mit außenliegendem Stator und Permanentmagneten am innenliegenden Rotor; und
Fig. 8 einen schematischen Querschnitt für eine Wärmepumpe mit einem Elektromotor, der den erfindungsgemäßen Rotor aufweist.
Fig. 1 zeigt einen Rotor 1 und einen Stator 200, zwischen denen ein Motorspalt 40 angeordnet ist. Insbesondere umfasst der Rotor 1 eine Mehrzahl von miteinander befestigten Permanentmagneten 1 1 , 12, 13, 14. Jeder Permanentmagnet der Mehrzahl von Permanentmagneten 1 1 , 12, 13, 14 hat einen Nordpol und einen Südpol. Insbesondere sind bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel vier Permanentmagnete angeordnet, und zwar so, dass sich zum Motorspalt hin Nordpol und Südpol der ringförmigen Permanentmagnete bzw. der kreisringsektorförmigen Permanentmagnete abwechseln, wie es schematisch in Fig. 1 eingezeichnet ist mit N für Nord und S für Süd. Der Stator 200 liegt über den Motorspalt 400 den Permanentmagneten gegenüber, wobei jedoch die wärmeabschirmende erste Beschichtung 20 auf den dem Motorspalt zugewandten Seiten der Permanentmagnete angeordnet ist, wobei diese wärmeabschirmende erste Beschichtung eine erste (niedrige) Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung von Fig. 1 in schematischer Weise, wobei insbesondere der Permanentmagnet 14 geschnitten ist. Es ist insbesondere dargelegt, dass die wärmeabschirmende erste Beschichtung 20 auf dem Permanentmagneten 14 angeordnet ist und diesen vom Motorspalt 40 thermisch isoliert. Darüber hinaus ist eine zweite Beschichtung 30 angeordnet, die in Kontakt mit einer jeweils anderen Seite der Mehrzahl von Permanentmagneten ist. Insbesondere hat die zweite Beschichtung eine Wärmeleitfähigkeit, die größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit. Die jeweils andere Seite der Mehrzahl von Permanentmagneten ist bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungs- beispiel die obere flache Seite 5a oder die untere flache Seite 15b. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet 14 so eingebettet, dass die zum Motorspalt hin gerichtete Seite 15c von der ersten Beschichtung umgeben ist, dass die obere und untere kleine Seite 15b in der zweiten Beschichtung eingebettet sind bzw. von der zweiten Beschichtung berührt werden, und dass die vierte Seite 15d des Permanentmagneten auf einer Trägerkonstruk- tion aufliegt, wie beispielsweise einem magnetischen Rückschlusselement 202. Ferner kann die Trägerkonstruktion neben dem magnetischen Rückschlusselement 202 noch eine Bandage, wie beispielsweise eine Carbon-Bandage 203 umfassen, die in Fig. 2 nicht gezeigt ist, die jedoch in Fig. 5 oder Fig. 8 dargestellt ist. Die erste Beschichtung hat eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit von λ = 0,25 Watt/Km. Dagegen hat die zweite Beschichtung eine höhere Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise eine viermai so große Wärmeleitfähigkeit von λ - 2 W/Km. Es wird jedoch bereits ein positiver Effekt dadurch erreicht, dass die niedrige Wärmeleitfähigkeit der ersten Beschichtung kleiner als 1 W/Km ist, und dass die hohe Wärmeleitfähigkeit größer als 1 ,1 W/Km ist. Je größer der Unterschied zwischen den Wärmeleitfähigkeiten ist, und je kleiner insgesamt der Wert der Wärmeleitfähigkeit der ersten Beschichtung ist, umso besser wird die Wärmeabschirmung einerseits und die Ableitung der dennoch durch die erste Beschichtung durchgetretenen Wärme andererseits von den Permanentmagneten 14 sein. Ferner ist bei dem in Fig. 2 schematisch gezeigten Fall eine Spule 16 im Querschnitt angedeutet, die um einen Polfuß 17 des Stators 200 gewickelt ist und zusammen mit dem Permanentmagneten 14 und natürlich auch zusammen mit den anderen Permanentmagneten 14 und den anderen Spulen die Elektromotorwirkung liefert.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform für die Hersteilung der beiden Schichten 20, 30. Beide Schichten 20, 30 sind vorzugsweise aus dem gleichen Grundmaterial ausgebildet. In der ersten Beschichtung 20 befinden sich jedoch keine oder nur eine sehr kleine Anzahl von thermisch leitfähigen Füllkörpern. In der zweiten Beschichtung 30 befinden sich dagegen eine größere Anzahl bzw. eine sehr große Anzahl von wärmeleitfähigen Füllkörpem. Damit wird die Wärme aus dem Motorspalt vom Permanentmagneten 14 ferngehalten, und zwar durch die Wirkung der ersten Beschichtung 20, während die Wärme optimal vom Permanentmagneten 14 durch die zweite Beschichtung 30 weggeführt wird. Als Grundmaterial wird vorzugsweise Epoxidharz eingesetzt, das, ohne eine speziel- le Befüllung eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit hat. Die relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit von Epoxidharz im Bereich von 0,25 W/Km kann dadurch erhöht werden, dass leitfähige Füllkörper eingebracht werden, wie beispielsweise ferritisches Pulver, so dass die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Beschichtung 30 in Bereiche von 2 W/Km gebracht werden kann.
Eine Art und Weise der Herstellung der beiden Beschichtungen in Fig. 3 beginnt mit der Befestigung von noch nicht-magnetisierte Permanentmagneten 14 an einem Rückschlusselement 200. Die Magnete 14 können beispielsweise auf dem Rückschlusselement 202 aufgeklebt werden, vorzugsweise mit thermisch gut leitfähigem Kleber und selbstver- ständlich mit einem Material, das magnetisch leitfähig ist. Hierauf wird die Schicht aus Epoxidharz angebracht, und zwar mit einer relativ gleichmäßigen Verteilung der Füllkörper 25 in der Schicht. Hierauf wird ein äußeres Magnetfeld durch das Rückschlusselement angelegt, und zwar sektorweise, um die einzelnen Permanentmagnete 14 zu mag- netisieren. Durch die zum Magnetisieren der Permanentmagnete angelegten Magnetfel- der werden nunmehr die ferritischen, jedoch auch magnetisch gut leitenden Füllkörper zum Rückschlusselement hin gezogen. Aufgrund der Zähigkeit des Grundmaterials wandern die Füllkörper nach und nach zum Rückschlusselement aufgrund des außen angelegten Magnetfelds hin, so dass sich eine Verteilung von Füllkörpern in dem Grundmaterial ergibt. Es entsteht ein Bereich mit einer geringen Anzahl von Füllkörpern entfernt vom Rückschlusselement, der die erste Beschichtung 20 darstellt, während viele Füllkörper nahe am Rückschlusselement 202 hin angeordnet werden, um die zweite gut wärmelei- tende Beschichtung zu bilden. Am Ende dieses Herstellungsprozesses sind damit sowohl die Füllkörper richtig platziert als auch hat die Magnetisierung der Permanentmagnete 14 stattgefunden. Sobald das Harzmateria! vollständig ausgehärtet ist, sind die erste und die zweite Beschichtung 20, 30 fertiggestellt. Daraus ist ersichtlich, dass zwischen der ersten und der zweiten Beschichtung eine oder mehrere weitere Schichten sein können, bzw. ein kontinuierlicher Übergang der Materialien und Eigenschaften sein kann.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Rotor 1 gemäß dem zweiten Aspekt, also dem U-förmigen magnetischen Rückschlusselement. Das magnetische Rückschlusselement 202 ist bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel als Außenläuferrotorelement ausgebildet und ist insbesondere ringförmig, wie es z. B. in Fig. 2 zu sehen ist, aber auch in Fig. 6. Das magnetische Rückschlusselement umfasst einen ersten Bereich a mit einem ersten Innendurchmesser, einen zweiten Bereich 202b mit einem zweiten Innendurchmesser und einen dritten Bereich 202c mit einem dritten Innendurchmesser. Im zweiten Bereich 202b ist die Mehrzahl von Permanentmagneten 14, 1 1 , 12, 13 von Fig. 1 angeordnet. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, ist der zweite Innendurchmesser des zweiten Bereichs 202b größer als der erste Innendurchmesser des ersten Bereichs 202a und größer als der dritte Innendurchmesser des dritten Bereichs 202c. Darüber hinaus ist der dritte Innendurchmesser im dritten Bereich 202c größer als der erste Innendurchmesser im ersten Bereich 202a. Damit wird sichergestellt, dass möglichst viel Material des magnetischen Rückschlusselements möglichst nahe an einer Drehachse, die in Fig. 4 bei 206 gezeigt ist, angeordnet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die schematische Darstellung in Fig. 4 einen schematischen Querschnitt darstellen soll, der zur Drehachse 206 symmetrisch ist. Es ist jedoch im Wesentlichen der linke Teil des Querschnitts in Fig. 4 dargestellt. Der rechte Teil des Querschnitts wäre jedoch spiegelbildlich. Ferner sind die Innendurchmesser D1 , D2, D3 eingezeichnet, wobei der Innendurchmesser D2 der größte ist, und wobei der Innendurchmesser D1 der kleinste ist, und zwar auf der Seite des magnetischen Rückschlusselements 202, an dem der zu drehende Bereich 105, wie beispielsweise das Radialrad angeordnet ist.
Damit wird sichergestellt, dass möglichst viel Material des magnetischen Rückschlusselements, wie es in Fig. 4 zu sehen ist, möglichst weit innen, also nahe bei der Drehachse 206 angeordnet ist. Gleichzeitig wird jedoch durch den kleineren Durchmesser D3 sichergestellt, dass der Rotor noch montiert werden kann, ohne das magnetische Rück- Schlusselement 202 mehrteilig auszuführen. Dazu kann der Rotor von unten nach oben bewegt werden, um den Stator mit dem Permanentmagneten auszurichten, oder es kann der Stator von oben in den Rotor eingesetzt werden, um den Stator 200, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, mit den Permanentmagneten, wie beispielsweise dem Magnet 14 auszurichten, um den Motorspalt 40 zu bilden. Fig. 5 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der erste Aspekt bezüglich der Beschichtungen mit wärmeabschirmendem Material einerseits und wärmeleitendem Material andererseits mit dem im Querschnitt U-förmigen Rückschlusselement 202 kombiniert ist. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zu sehen, dass der mittlere Bereich 202b eine Höhe hat, die um eine bestimmte freie Hö- he 207 größer ist als eine Höhe des Permanentmagneten 14. Vorzugsweise ist die freie Höhe 207 oberhalb und unterhalb des Permanentmagneten 0,75 mm nach oben bezüglich des mittleren Bereichs 202b und nach unten bezüglich des mittleren Bereichs 202b ausgebildet, wie es durch 207 dargestellt ist. Insbesondere ist die Mehrzahl von permanenten Magneten so in dem mittleren Bereich 202b angeordnet, dass sich der mittlere Bereich um wenigstens 0,5 mm auf jeder der beiden Seiten über dem Permanentmagneten der Mehrzahl von Permanentmagneten hinaus erstreckt. In einer Implementierung ist der mittlere Bereich 202b ferner, wie es bei 209 in Fig. 5 gezeigt ist, derart ausgebildet, dass ein kleiner Querschnittsprung 209 angeordnet ist. Damit ist der Permanentmagnet 14 etwas tiefer in das magnetische Rückstoßelement eingelassen als die Abmessung im Bereich der freien Höhe 207 ausgebildet ist. Insbesondere ist im zweiten Bereich der Permanentmagnet in einem Bereich angeordnet, in dem der Innendurchmesser um wenigstens 0,1 mm größer ist als der Innendurchmesser des zweiten Bereichs oberhalb und unterhalb des Permanentmagneten, als in den beiden mittleren Bereichen 207. Als Alternative für den Querschnittsprung 209 könnte auch ein Querschnittsunterschied von größer als 0,5 mm oder vielleicht sogar 1 mm vorgesehen werden, je nach Ausführungsform.
Ferner ist das magnetische Rückschlusselement 202, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, mit einer Bandage 203 versehen, um eine weitere Stabilisierung gegen die hohen Fliehkräfte zu erreichen, die wirken, wenn sich der Rotor mit hoher Winkelgeschwindigkeit um die Drehachse 206 dreht.
Darüber hinaus ist bei dem in Fig. 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel des magnetischen Rückschlusselements ein erster Übergangsbereich 202d und/oder ein zweiter Übergangsbereich 202e vorgesehen. Der erste Übergangsbereich ist zwischen dem ersten Bereich 202a und dem zweiten Bereich 202b vorgesehen. Der zweite Übergangsbereich 202e ist zwischen dem mittleren bzw. zweiten Bereich 202b und dem dritten bzw. oberen Bereich 202c vorgesehen. Der erste Übergangsbereich 202d und der zweiten Übergangsbereich 202e haben jeweils einen kontinuierlich abnehmenden Innen- durchmesser vom zweiten Innendurchmesser zu dem ersten Innendurchmesser für den ersten Übergangsbereich 202d bzw. vom zweiten Innendurchmesser zu dem dritten Innendurchmesser für den zweiten Übergangsbereich 202e. Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, wird es bevorzugt, dass der kontinuierlich abnehmende Innendurchmesser linear abnimmt, und zwar sowohl im zweiten Übergangsbereich 202e als auch im ersten Über- gangsbereich 202d. Andere nichtlineare Innendurchmesserabnahmen bzw. eine lineare Innendurchmesserabnahme im zweiten Übergangsbereich und eine nichtlineare Innendurchmesserabnahme im ersten Übergangsbereich können ebenfalls verwendet werden, wobei jedoch die linearen Innendurchmesserabnahmen bevorzugt werden. Wie es in Fig. 5 ferner gezeigt ist, ist die erste Beschichtung 20 wieder auf dem Permanentmagneten 14 angeordnet und schirmt diesen von der Motorspalte 40 bzw. von der darin vorhandenen Wärme ab. Darüber hinaus ist die zweite Beschichtung 30 nunmehr derart angeordnet, dass sie den Bereich im zweiten Übergangsbereich und im mittleren Bereich zwischen der ersten Beschichtung und dem magnetischen Rückschlusselement 202 ausfüllt. Damit ist die zweite Beschichtung 30, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, auch in gutem Kontakt mit der oberen Seitenfläche 15a und der unteren Seitenfläche 15b des Permanentmagneten und kann somit Wärme, die trotz der ersten Beschichtung in den Magneten 14 eingebracht worden ist, zum magnetischen Rückschlusselement 202 hin ableiten, das eine relativ gute Wärmesenke darstellt, weil es aus ferromagnetischem Material, beispielsweise Eisen gebildet ist.
Femer ist aus Fig. 5 ersichtlich, dass die erste Beschichtung durchgehend ist, dass also der Rotor durch eine glatte Oberfläche zum Motorspalt 40 hin abgegrenzt ist. Ferner wird es bevorzugt, dass zwischen dem Permanentmagnet 14 und der ersten Beschichtung 20 keine zweite Beschichtung angeordnet ist, sondern dass die zweite Beschichtung neben dem Permanentmagneten und dort unter der ersten Beschichtung liegt. Ferner wird es bevorzugt, dass zumindest auf dem unteren Bereich 202a weder eine erste noch eine zweite Beschichtung aufgebracht ist. Darüber hinaus kann auch im oberen Bereich 202c eine erste Beschichtung 20 angeordnet sein. In einer Implementierung kann jedoch auch im oberen Bereich keine erste Beschichtung angeordnet sein, wenn der obe- re Bereich weit genug vom Motorspalt 40 entfernt ist, damit ein Wärmeeintrag in das magnetische Rückschlusselement 202 nicht stattfindet oder unkritisch ist.
Darüber hinaus wird es bevorzugt, dass gerade der Innendurchmesser des unteren Be- reichs 202a des magnetischen Rückschlusselements der kleinste Innendurchmesser ist, so dass die Fläche des magnetischen Rückschiusselements, die auf dem zu drehenden Bereich, d. h. auf dem Radialrad 105 aufgesetzt ist, möglichst groß ist, um eine gute Befestigung zu erreichen. Ferner ist, wie es ebenfalls in den Figuren gezeigt ist, der Innendurchmesser im ersten Bereich 202a auf jeden Fall kleiner als der Außendurchmesser des Stators 200. Dies ist unproblematisch, weil der dritte Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Stators ist, damit Rotor und Stator noch montiert werden können, ohne dass das magnetische Rückschlusselement 202 mehrteilig ausgeführt werden müsste, was aus Stabilitätsgründen nicht günstig ist. Darüber hinaus wird es bevorzugt, dass der erste Innendurchmesser um wenigstens 10% kleiner als der zweite Innen- durchmesser ist, obgleich noch kleinere erste Innendurchmesser je nach Ausführungsform für das magnetische Rückschlusselement verwendet werden können.
Der dritte Innendurchmesser im dritten oberen Bereich 202c ist um wenigstens 3% kleiner als der zweite Innendurchmesser. Je nach Implementierung ist somit auch die Dicke im Querschnitt des ersten Bereichs, also zwischen der ersten Beschichtung 20 und der rechten Kante der Bandage 203 in Fig. 5 größer als eine Dicke im Querschnitt des magnetischen Rückschlusselements im zweiten Bereich plus einer Dicke im Querschnitt des Permanentmagneten der Mehrzahl von Permanentmagneten. Obgleich in Fig. 5 der Fall gezeichnet ist, bei dem die Dicke im dritten Bereich annähernd gleich der Dicke im Quer- schnitt des magnetischen Rückschlusselements plus Permanentmagnets ist, wird es bei anderen Ausführungsbeispielen bevorzugt, dass auch der dritte obere Bereich etwas über dem Permanentmagneten 14 vorsteht.
Ferner ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die erste Dicke der ersten Be- Schichtung 20 auf der dem Motorspalt zugewandten Seite der Mehrzahl von Permanentmagneten zwischen 1 μηη und 100 μιη dick. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Dicke der zweiten Beschichtung 30 größer als die erste Dicke und kleiner oder gleich der Dicke im Querschnitt betrachtet der Permanentmagneten der Mehrzahl von Permanentmagneten. Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Dicke der zweiten Beschichtung im mittleren Be- reich und insbesondere in der„freien Höhe" des mittleren Bereichs 207 etwas kleiner als die Dicke des Permanentmagneten, weil der Permanentmagnet aufgrund des abgestuften Querschnitts etwas eingesetzt ist, wie es bei 209 gezeigt ist. Wenn diese Vertiefung bei 209 nicht vorhanden ist, so wäre die Dicke der zweiten Beschichtung 30 im mittleren freien Bereich 207 gleich der Dicke des Permanentmagneten. In einer Implementierung ist die Anzahl der Permanentmagneten eine gerade Zahl größer 2, wobei bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt vier Permanentmagnete angeordnet sind, wobei jedoch auch Anordnungen mit 6, 8, 10, 12, 14, 16, etc. Permanentmagneten ebenfalls eingesetzt werden können, und zwar mit der entsprechend vergrößerten Anzahl von Spulen auf den Polfüßen des Stators. Darüber hinaus wird es bevorzugt, die Permanentmagnete gleichmäßig über den Kreisring anzuordnen, derart, dass jeder Permanentmagnet kreisbogenförmig ausgebildet ist, und dass die Magnetisierungsrichtungen benachbarter Permanentmagnete entgegengesetzt zueinander sind.
Ferner wird es bevorzugt, dass die Höhe des magnetischen Rückschlusselements zwi- sehen 3 und 5 cm beträgt, oder dass ein Durchmesser des Motorspalts 40 zwischen 6 und 10 cm liegt.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht des zu drehenden Elements 105, auf dem das magnetische Rückschlusseiement 202 angeordnet ist, welches von der Bandage 203 ge- sichert ist. Darüber hinaus sind kreisbogenförmige Permanentmagnete 1 1 , 12, 13 dargestellt, wobei der Rotor samt zu drehendem Abschnitt in Fig. 6 aus Darsteliungsgründen aufgeschnitten ist, derart, dass an der aufgeschnittenen Seite der vierte Permanentmagnet 14 angeordnet wäre. Ferner ist in Fig. 6 zu sehen, dass die Innendurchmesser des oberen Bereichs 202c, des mittleren Bereichs 202b und des unteren Bereichs 202a von- einander unterschiedlich sind, und dass die Permanentmagneten im mittleren Bereich angeordnet sind. Darüber hinaus sind auch die Übergangsbereiche 202d und 202e in Fig. 6 ersichtlich, in denen die Innendurchmesser kontinuierlich ineinander übergehen. Darüber hinaus ist auch gezeigt, dass im mittleren Bereich die„freien Höhen 207" oberhalb und unterhalb der Mehrzahl von Permanentmagneten vorhanden sind, damit das magne- tische Rückschlusselement nicht zu einem magnetischen Kurzschluss führt.
Während bei den Fig. 1 bis 6 ein Außenläufer gezeigt ist, zeigt Fig. 7 eine Implementierung der vorliegenden Erfindung als Innenläufer. Dort sind der Stator 200 außen und der Rotor 1 innen gebildet, wobei zwischen den beiden Elementen der Motorspalt 40 ange- ordnet ist. Vorzugsweis wird der Rotor bezüglich des Stators durch ein Magnetlager gelagert, wie es beispielhaft in Fig. 7 dargestellt ist. In Fig. 7 sind die beiden Richtungen axial 250 und radial 260 eingezeichnet. Es existiert wiederum ein Motor mit einem Motorspalt 40 und der Rotor wird bezüglich des Stators aufgrund der Permanentmagnete aufseiten des Ro- tors und der elektrischen Spulen auf der Seite des Stators axial gehalten und nicht speziell geregelt. Ferner ist in Fig. 7 ein radiale Erfassungseinrichtung 270 sowie eine Radial- Steuerung-Regelungseinrichtung 280 vorgesehen. Die radiale Erfassungseinrichtung 270 umfasst die Position des Rotors bezüglich des Stators bzw. umgekehrt über Erfassungsleitungen 271. Das Ergebnis der radialen Erfassung wird über eine Sensorleitung 272 der Radial-Steuerung/Regelungseinrichtung 280 mitgeteilt. Diese erzeugt entsprechend die Aktorsignale über Aktorsignalleitungen 273 an dem Rotor bzw. dem Stator je nach Implementierung. Es wird jedoch bevorzugt, lediglich den Rotor anzusteuern, um ihn bezüglich des Stators aufgrund des Aktorsignals zu positionieren, derart, dass der Motorspalt 40 um den kompletten Rotor herum eine ähnliche Größe hat und der Rotor den Stator nicht be- rührt.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 1 innen und ist der Stator 200 außen angeordnet. Dabei handelt es sich somit um einen Innenläufer im Gegensatz zu beispielsweise Fig. 3, 4, oder 5. Die entsprechende Steuerung/Regelung durch die Elemente 270, 280, 271 , 272, 273 kann jedoch genauso auch bei einem Außenläufer stattfinden. Prinzipiell ist jedoch die Magnetlagerung am Beispiel des in Fig. 7 gezeigten Reluktanzlagers in beiden Fällen dahin gehend ähnlich, dass eine axiale Regelung nicht stattfindet, während eine radiale Regelung durch die radiale Erfassungseinrichtung 270 und die Radial-Steuerung/Regelungseinrichtung 280 stattfindet.
Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Anwendung des Scheibenläufermotors an dem Beispiel einer Wärmepumpe. Die Wärmepumpe umfasst einen Verdampfer 300, einen Kompressor 400 und einen Verflüssiger 500, wobei der Kompressor 400 den elektrischen Scheibenläufer- motor aufweist, der Bezug nehmend auf die Figuren 1 a bis 5 beschrieben worden ist.
Zusätzlich zu den Elementen des Scheibenläufermotors, der beispielsweise Bezug nehmend auf eine der vorstehenden Figuren dargestellt worden ist, umfasst der Kompressor ferner einen Leitraum 410, der radial angeordnet ist, um den von dem zu bewegenden Element 105 geförderten Arbeitsdampf, der von dem Verdampfer 300 angesaugt worden ist, weiterzufördern und letztendlich den Druck auf den geforderten Druck in der Kondensationszone 510 im Kondensierer 500 zu erhöhen. Zu kühlende Flüssigkeit läuft über einen Verdampferzulauf 302 in den Verdampfer. Gekühlte Arbeitsflüssigkeit läuft über einen Verdampferablauf 304 wieder aus dem Verdampfer ab. Um sicherzustellen, dass das Radialrad 105 nur Dampf und nicht Wassertropfen zusätzlich zum Dampf ansaugt, ist zusätzlich ein Tropfenabscheider 306 vorgesehen. Aufgrund des niedrigen Drucks in dem Verdampfer 300 wird ein Teil der über den Verdampferzulauf 302 in den Verdampfer 300 gebrachten Arbeitsflüssigkeit verdampft und durch den Tropfenabscheider 306 hindurch über die zweite Seite 105b des Radialrads 105 angesaugt und nach oben gefördert und dann in den Leitraum 510 abgegeben. Aus dem Leitraum 510 wird komprimierter Arbeitsdampf in die Kondensationszone 510 gebracht. Der Kondensationszone 510 wird ferner über einen Verflüssigerzulauf 512 zu erwärmende Arbeitsflüssigkeit zugeführt, die durch die Kondensation mit dem erwärmten Dampf erwärmt wird und über einen Verflüssigerablauf 514 abgeführt wird. Vorzugsweise ist der Verflüssiger als Verflüssiger in Form einer„Dusche" ausgebildet, so dass über eine Verteilereinrichtung 516 eine Flüssigkeitsverteilung in der Kondensationszone 510 erreicht wird. Damit wird möglichst effizient der komprimierte Arbeitsdampf kondensiert und die in ihm enthaltene Wärme wird in die Flüssigkeit im Verflüssiger übertragen.
Bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner ein Motorgehäuse 1 10 einge- zeichnet, das gleichzeitig auch das obere Gehäuseteil des Kondensierers bzw. Verflüssigers 500 bildet. Darüber hinaus ist eine Anschlussleitung 80 für die Spulen des Stators 200 mit einer Steuerung 600 verbunden, um die entsprechenden Drehzahlsteuerungen und gleichzeitig auch die aktive Lagerung über ein vorzugsweise verwendetes Magnetlager durchzuführen, wie es anhand von Fig. 7 beschrieben worden ist. Die Steuerung stellt damit zusätzlich auch die Funktionen der Radialerfassung 270 und der Radial- Steuerung/Regelung 280 bereit.
Darüber hinaus ist in Fig. 8 eine Implementierung gezeigt, bei der der Scheibenläufermo- tor einen fest vergossenen Block 602 aus Vergussmaterial aufweist, der über einen Dich- tungsring 603 bezüglich des Motorgehäuses 1 10 abgedichtet ist, so dass eine druckdichte Trennung zwischen dem Äußeren und dem Inneren stattfindet. Sowohl der Spulenhalter als auch die Spulen sind von einem Verkapselungsmaterial umgeben, das in Fig. 8 als einstückig mit dem festen Block 602 ausgebildet dargestellt ist. Dies muss jedoch nicht unbedingt der Fall sein. Es wird jedoch bevorzugt, durch das Verkapselungsmaterial, das sich in dem Motorspalt erstreckt, eine Trennung herbeizuführen, dahin gehend, dass die Spulen nicht in dem Gebiet mit niedrigem Druck, das innerhalb des Motorgehäuses vorhanden ist, angeordnet sind.
Ferner ist bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel der Stator in einer Ausneh- mung angeordnet, die durch eine obere Seite 105a definiert ist. Bei anderen Ausführungsformen kann jedoch der Rotor ohne Ausnehmung ausgebildet sein, so dass der Bereich aus Magnet 201 , Rückschlusselement 202 und Bandage 203, wie er in Fig. 8 gezeigt ist, auf ein oben flach geformtes Radialrad aufgesetzt ist. Aus Fig. 8 wird ferner ersichtlich, dass das zu bewegende Element, das mit dem Rotor 10 verbunden ist, das Radialrad bzw. Schaufelrad 105 ist, das dazu da ist, um im Zusammenwirken mit dem Leitweg 410 den vom Verdampfer geförderten Arbeitsdampf zu verdichten und damit zu erhitzen, damit Wärme vom Verdampfer in den Verflüssiger gepumpt wird.
Nachfolgend werden noch besondere Ausführungsbeispiele insbesondere für einen zweiteiligen Stator, aber auch für einen einteiligen Stator zusammengefasst.
Obgleich bestimmte Elemente als Vorrichtungselemente beschrieben sind, sei darauf hin- gewiesen, dass diese Beschreibung gleichermaßen als Beschreibung von Schritten eines Verfahrens und umgekehrt anzusehen ist.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass eine Steuerung, die beispielsweise durch das Element 600 in Fig. 8 bewirkt wird, als Software oder Hardware implementiert werden kann. Die Implementierung der Steuerung kann auf einem nicht-flüchtigen Speichermedium, einem digitalen oder anderen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe ausgeführt wird. Allgemein umfasst die Erfindung somit auch ein Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computer- Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit auch als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft. Bezuqszeichenliste
I Rotor
I I Permanentmagnet
12 Permanentmagnet
13 Permanentmagnet
14 Permanentmagnet
15a Oberseite des Permanentmagneten
15b Unterseite des Permanentmagneten
15c zum Motorspalt gewandte Seite des Permanentmagneten
15d vom Motorspalt abgewandte Seite des Permanentmagneten
16 Spule
17 Polfuß
20 erste Beschichtung
25 Füllpartikel
30 zweite Beschichtung
40 Motorspalt
105 zu drehender Bereich (z.B. Radialrad)
200 Stator
201 Permanentmagnet
202 magnetisches Rückschlusselement
202a erster Bereich
202b zweiter Bereich
202c dritter Bereich
202d erste Übergangsbereich
202e zweiter Übergangsbereich
203 Bandage
207 freie Höhe
209 Abstufung
250 Axialrichtung
260 Radialrichtung
270 Radialerfassungseinrichtung
271 Erfassungsleitung
272 Steuerleitung
273 Aktorieitung
280 Radial-Steuerung/Regelungseinrichtung 300 Verdampfer
302 Verdampferzulauf
304 Verdampferablauf
306 Tropfenabscheider 400 Kompressor
410 Leitweg
500 Kondensierer
510 Kondensationszone
512 Verflüssigerzulauf 514 Verflüssigerablauf
516 Verflüssigerverteiler
600 Steuerung
602 Statorblock
603 Dichtungsring

Claims

Patentansprüche
Rotor für einen Elektromotor mit einem Motorspalt (40), mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl von miteinander befestigten Permanentmagneten (1 1 , 12, 13, 14), wobei jeder Permanentmagnet eine dem Motorspalt zugewandte Seite (15c) aufweist; einer ersten Beschichtung (20), die auf den dem Motorspalt (40) zugewandten Seiten (15c) der Permanentmagnete (11-14) angeordnet ist, wobei die erste Beschichtung (20) eine erste Wärmeleitfähigkeit aufweist; und einer zweiten Beschichtung (30), die in Kontakt mit einer jeweils anderen Seite (15a, 15b) der Mehrzahl von Permanentmagneten (1 1 -14) ist, wobei die zweite Beschichtung (30) eine zweite Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit.
Rotor nach Anspruch 1 , der als ein Außenläufer ausgebildet ist, bei dem die Mehrzahl von Permanentmagneten (1 1-14) so angeordnet ist, dass die dem Motorspalt (40) zugewandten Seiten (15c) einen kreisartigen Raum ergeben, in dem ein Stator angebracht werden kann, um zwischen dem Stator (200) und dem Rotor (1 ) den Motorspalt (40) mit einer kreisringartigen Form zu bilden.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, der ferner ein magnetisches Rückschlusselement (202) aufweist, an dem die Permanentmagneten (1 1-14) mit einem dem Motorspalt (40) abgewandten Seite (15d) befestigt sind, wobei die zweite Beschichtung (30) zwischen der jeweils anderen Seite (15a, 15b) des Permanentmagneten und einer Oberfläche des magnetischen Rückschlus- seiements (202) angeordnet ist, wobei die jeweils andere Seite (15a, 15b) des Permanentmagneten eine dritte oder eine vierte Seite des Permanentmagneten ist, die nicht die dem Motorspalt zugewandte Seite und nicht die dem Motorspait abgewandte Seite des Permanentmagneten ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das magnetische Rückschlusselement (202) ringförmig ist und an einer Innenseite eine ringförmige Ausnehmung (202b) hat, in der die Mehrzahl von Permanentmagneten (1 1-14) angeordnet ist, wobei sich eine untere (202a) oder eine obere (202c) Begrenzung der Ausnehmung über die dem Motorspalt zugeordnete Seite der Permanentmagneten hinaus erstreckt, und wobei die Ausnehmung (202b) so dimensioniert ist, dass zwischen der oberen Begrenzung der Ausnehmung oder zwischen der unteren Begrenzung der Ausnehmung und einem entsprechenden Permanentmagneten die zweite Beschich- tung (30) angeordnet ist.
5. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Beschichtung (20) zusätzlich auf der zweiten Beschichtung (30) angeordnet ist, und ferner im Bereich der jeweils anderen Seite (15a, 15b) der Mehrzahl von Permanentmagneten angeordnet ist, oder bei dem die erste Beschichtung (20) so ausgebildet ist, dass sie eine Wärmeleitfähigkeit kleiner als 0,9 W/Km hat oder die zweite Beschichtung so ausgebildet ist, dass sie eine Wärmeleitfähigkeit größer als 1 ,1 W/Km hat.
6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Beschichtung (20) und die zweite Beschichtung (30) aus demselben Grundmaterial gebildet sind, wobei in der ersten Beschichtung keines oder eine erste Anzahl an wärmeleitfähigen Füllkörpern (20) angeordnet ist und in der zweiten Beschichtung eine zweite Anzahl an wärmeleitfähigen Füllkörpern (25) angeordnet ist, wobei die zweite Anzahl größer als die erste Anzahl ist bzw. größer als null ist, oder wobei eine Dichte an Füllkörpern in der ersten Beschichtung kleiner als eine Dichte an Füllkörpern in der zweiten Beschichtung ist, und wobei eine Wärmeleitfähigkeit des Füllmaterials größer als eine Wärmeleitfähigkeit des Grundmaterials ist.
7. Rotor nach Anspruch 6, bei dem das Grundmaterial ein Harzmate al ist und die Füllkörper (25) ein Pulver aus einem Material aufweisen, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Grundmaterial hat, oder bei dem das Pulver (25) ein ferritisches Material aufweist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mehrzahl von Permanentmagneten (1 1 -14) mit den dem Motorspalt abgewandten Seiten (15d) an einem Material mit einer dritten Wärmeleitfähigkeit angeordnet sind, die größer als die erste Wärmeleitfähigkeit und/oder größer als die zweite Wärmeleitfähigkeit ist.
Rotor nach Anspruch 8, bei dem das Material mit der dritten Wärmeleitfähigkeit ein magnetisches Rückschlusselement (202) ist.
Rotor nach Anspruch 9, bei dem das magnetische Rückschlusselement (202) an einer Seite, an der nicht die Mehrzahl von Permanentmagneten angeordnet ist. von einer umlaufenden Stabilisierungsbandage (203) umgeben ist.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das magnetische Rückschlusselement (202) an einem ersten Ende mit einem zu drehenden Abschnitt (105) des Rotors verbunden ist, wobei das erste Ende über die Mehrzahl von Permanentmagneten (1 1 -14) vorsteht, und bei dem eine zweites Ende des magnetischen Rückschlusselements (202) so dimensioniert ist, dass ein Innendurchmesser des magnetischen Rückschlusselements größer als ein Außendurchmesser eines Stators (200) für den Elektromotor ist.
Rotor nach Anspruch 1 1 , bei dem eine Strecke, um die das magnetische Rückschlusselement in dem ersten Bereich (202a) über die Mehrzahl von Permanentmagneten vorsteht, größer oder gleich einer Dicke der ersten Beschichtung (20) auf der Mehrzahl von Permanentmagneten ist.
13. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor als Außenläuferrotor ausgebildet ist und ein ringförmiges magnetisches Rückschlusselement (202) aufweist, wobei das magnetische Rückschlusselement (202) einen ersten Bereich (202a), einen zweiten Bereich (202b) und einen dritten Bereich (202c) aufweist, wobei der erste Bereich (202a) einen ersten Innendurchmesser aufweist, wobei im zweiten Bereich (202b) die Mehrzahl von Permanentmagneten (14) angeordnet ist, und wobei der zweite Bereich einen zweiten Innendurchmesser aufweist, wobei der dritte Bereich einen dritten Innendurchmesser aufweist, und wobei der zweite Innendurchmesser größer als der erste Innendurchmesser und der dritte Innendurchmesser ist, und wobei der dritte Innendurchmesser größer als der erste Innendurchmesser ist, und wobei der dritte Innendurchmesser größer ais ein Außendurchmesser eines Stators (200) für den Elektromotor ist.
14. Rotor nach Anspruch 13, bei dem der mittlere Bereich (202b) eine Höhe hat, die um wenigstens 1.5 mm größer ist als eine Höhe eines Permanentmagneten (1 1 -14), wobei die Mehrzahl von Permanentmagneten so in den mittleren Bereich (202b) angeordnet sind, dass sich der mittlere Bereich um wenigstens 0,5 mm auf jeder von zwei Seiten (207) über einen Permanentmagneten (1 1 -14) der Mehrzahl von Permanentmagneten hinaus erstreckt, oder bei dem der zweite Bereich (202b) in dem Bereich, in dem die Permanentmagneten angeordnet sind, einen Innendurchmesser hat, der weniger als 1 mm größer ist (209) als der Innendurchmesser des zweiten Bereichs oberhalb oder unterhalb (207) der Mehrzahl von Permanentmagneten (14).
15. Rotor nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem das magnetische Rückschlusselement einen ersten Übergangsbereich (202d) zwischen dem zweiten Bereich (202b) und dem ersten Bereich (202a) oder einen zweiten Übergangsbereich (202e) zwischen dem zweiten Bereich (202b) und dem dritten Bereich (202c) aufweist, wobei der erste Übergangsbereich oder der zweite Übergangsbereich einen jeweils kontinuierlich abnehmenden Innendurchmesser vom zweiten Innendurchmesser zu dem ersten Innendurchmesser bzw. dem dritten Innendurchmesser aufweist.
16. Rotor nach Anspruch 15, bei dem der kontinuierlich abnehmende Innendurchmesser linear abnimmt.
17. Rotor nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die zweite Beschichtung (30) in dem zweiten Bereich (202b) neben den Permanentmagneten der Mehrzahl von Permanentmagneten (1 1-14) und in dem ersten oder zweiten Übergangsbereich (202d, 202e) angeordnet ist, und bei dem die erste Beschichtung (20) durchgehend ist und auf der dem Motorspalt zugewandten Seite der Permanentmagneten und auf der zweiten Beschichtung (30) angeordnet ist.
18. Rotor nach Anspruch 17, bei dem auf dem dritten Bereich (202c) oder dem ersten Bereich (202a) keine zweite Beschichtung (30) aufgebracht ist.
19. Rotor nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem der erste Bereich (202a) des magnetischen Rückschlusselements (202) mit einem zu drehenden Bereich (105) des Rotors (1 ) verbunden ist, und wobei der erste Innendurchmesser des ersten Bereichs (202a) kleiner als ein Außendurchmesser eines Stators (200) für den Elektromotor ist und um wenigstens 0% kleiner als der zweite Innendurchmesser ist.
20. Rotor nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem der dritte Innendurchmesser um wenigstens 3% kleiner als der zweite Innendurchmesser ist oder eine Dicke im Querschnitt hat, die größer ist als eine Dicke im Querschnitt des magnetischen Rückschlusselements (202) im zweiten Bereich plus einer Dicke im Querschnitt eines Permanentmagneten (14) der Mehrzahl von Permanentmagneten (1 1 -14).
21. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem eine erste Dicke der ersten Beschichtung (20) auf der dem Motorspalt (40) zugewandten Seite der Mehrzahl von Permanentmagneten zwischen 1 pm und 100 pm ist, oder eine zweite Dicke der zweiten Beschichtung (30) größer als die erste Dicke ist oder kleiner oder gleich der Dicke im Querschnitt der Permanentmagnete der Mehrzahl von Permanentmagneten ist.
22. Rotor nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , bei dem zwischen der ersten Beschichtung (20) und der Mehrzahl von Permanentmagneten (14) keine zweite Beschichtung (30) angeordnet ist.
23. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Anzahl der Permanentmagnete (1 1 -14) eine gerade Zahl größer 2 ist, wobei jeder Permanentmagnet kreisbogenförmig ausgebildet ist und eine Magnetisierungsrichtung auf der dem Motorspalt zugewandten Seite hat, die zu einer Magnetisierungsrichtung eines benachbarten Permanentmagneten auf der dem Motorspalt zugewandten Seite entgegengesetzt gerichtet ist.
24. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Beschichtung (20) so ausgebildet ist, dass eine Oberfläche der ersten Beschichtung zu dem Motorspalt (40) hin eine glatte Oberfläche ist.
25. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Höhe des magnetischen Rückschlusselements (202) zwischen 3 und 5 cm beträgt oder ein Durchmesser des Motorspalts (40) zwischen 6 und 10 cm beträgt.
26. Verfahren zum Herstellen eines Rotors für einen Elektromotor mit einem Motorspalt (40), mit einer Mehrzahl von miteinander befestigten Permanentmagneten (1 1 , 12, 13, 14), wobei jeder Permanentmagnet eine dem Motorspalt zugewandte Seite (15c) aufweist, mit folgenden Schritten:
Aufbringen einer ersten Beschichtung (20) auf den dem Motorspalt (40) zugewandten Seiten (15c) der Permanentmagnete (1 1 -14), wobei die erste Beschichtung (20) eine erste Wärmeleitfähigkeit aufweist; und
Aufbringen einer zweiten Beschichtung (30), die in Kontakt mit einer jeweils anderen Seite (15a, 15b) der Mehrzahl von Permanentmagneten (1 1 -14) ist, wobei die zweite Beschichtung (30) eine zweite Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit.
27. Elektromotor mit folgenden Merkmalen: einem Stator (200); und einem Rotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, der dem Stator über einen Motorspalt (40) gegenüberliegt.
28. Elektromotor nach Anspruch 27, bei dem der Rotor (1 ) radial bezüglich einer Drehachse des Rotors aktiv magnetgelagert ist, oder bei dem der Rotor axial bezüglich einer Drehachse des Rotors magnetisch passiv gelagert ist.
29. Elektromotor nach Anspruch 27 oder 28, bei dem der Rotor (1 ) mit einem zu bewegenden Element einstückig ausgebildet oder verbunden ist, wobei das zu bewegende Element (105) ein Radialrad mit Schaufeln ist, wobei die Schaufeln ausgebildet sind, um bei einer Drehung des Radialrads Gas von einem Gebiet mit niedrigerem Druck in ein Gebiet mit einem höheren Druck zu fördern.
30. Wärmepumpe mit folgenden Merkmalen: einem Verdampfer (300); einem Kompressor (400); und einem Verflüssiger (500), wobei der Kompressor (400) einen Elektromotor nach einem der Ansprüche 27 bis 29 aufweist.
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