Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Scheibenläufermotor mit mindestens einem Rotor, mit wenigstens einem Stator, der ein Statorjoch und mindestens einen aus einem weichmagnetischen Pulverwerkstoff hergestellten Statorzahn aufweist, welcher Statorzahn einen Zahnhals und einen an den Zahnhals anschließenden und die Polfläche des Statorzahns ausbildenden Zahnkopf aufweist, und mit einem Befestigungsmittel, das mindestens ein mechanisches Verbindungselement umfasst, welches Verbindungselement den Statorzahn am Scheibenläufermotor befestigt.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik (AT514709B1 ) sind Scheibenläufermotoren bekannt, bei denen Statorjoch und Statorzähne aus einem weichmagnetischen Pulverwerk- stoff bestehen. Die Zahnhälse der Statorzähne werden hierbei vom Statorjoch ausgebildet, auf welche Zahnhälse der Zahnkopf der Statorzähne aufgesetzt und stoffschlüssig befestigt wird. Die Verwendung von weichmagnetischen Pulverwerkstoffen kann zwar die Leistungsdichte von Scheibenläufermotoren deutlich erhöhen - nachteilig bedarf es jedoch bei größeren bzw. leistungsstärkeren Scheibenläufermotoren durch die einstückige pulvermetallurgische Ausbildung von Statorjoch und Zahnhälsen eines erhöhten Herstellungsaufwands. Dies kann außerdem zu einem erhöhten Konstruktionsaufwand am Scheibenläufermotor führen.

Ein Scheibenläufermotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US20O3/0189386A1 bekannt. Dessen Statorzähne, aus einem weichmagnetischen Pulverwerkstoff hergestellt, werden von der Gehäuserückseite aus mit mechanischen Verbindungselement, nämlich Schrauben, am Scheibenläufermotor befestigt. Hierfür sind die das Gehäuse durchgreifen Schrauben am Statorzahn befestigt, was aufgrund der geringen Festigkeit von weichmagnetischen Pulverwerkstoffen im Vergleich mit geblechten Statorzähnen die Standfestigkeit des Scheibenläufermotors gefährden kann.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Scheibenläufermotor der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, dass trotz hoher Leistungsdichte und einfacher Herstellung mit geringem Konstruktionsaufwand am Scheibenläufermotor der Scheibenläufermotor eine hohe Standfestigkeit aufweist.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass der Statorzahn eine Befestigungsöffnung aufweist, welche von der Polfläche des Statorzahns ausgehend dessen Zahnkopf und Zahnhals durchdringt, wobei das mechanische Verbindungselement in der Befestigungsöffnung gegenüber der Polfläche versenkt aufgenommen ist.

Weist der Statorzahn eine Befestigungsöffnung auf, welche von der Polfläche des Statorzahns ausgehend dessen Zahnkopf und Zahnhals durchdringt, wobei das mechanische Verbindungselement in der Befestigungsöffnung gegenüber der Polfläche versenkt aufgenommen ist, kann sowohl ein konstruktiv einfach ausgeführtes Halten des Statorzahns am Scheibenläufermotor erreicht, als auch dieses erfindungsgemäße Halten des Statorzahns am Scheibenläufermotor mechanisch besonders belastbar und unter Wahrung geringer Toleranzen möglich werden. Der erfindungsgemäße Scheibenläufermotor kann sohin eine hohe Standfestigkeit aufweisen.

Zudem kann aufgrund der vergleichsweise einfachen Zugänglichkeit zum Befestigungsmittel auch Herstellung und/oder Wartung des Scheibenläufermotors erheblich erleichtert werden. Dies insbesondere unter dem Aspekt, dass bei der Montage es keiner besonderen Fixierung der fluchtenden Positionierung der zueinander losen Bauelemente, wie Statorzahn, Spule, Statorjoch und Gehäuse etc. bedarf.

Erfindungsgemäß wird daher unter anderem die konstruktive Freiheit in der Flussführung eines aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff bestehenden Statorzahns genutzt, um einen konstruktiv einfachen Scheibenläufermotor mit hoher Leistungsdichte zu schaffen. Die bis zur Polfläche reichende Befestigungsöffnung im Statorzahn verringert zwar die Querschnittsfläche zur magnetischen Flussführung - aufgrund der hohen konstruktiven Freiheit kann diese Beeinflussung der Leistungsdichte am Scheibenläufermotor gering gehalten werden.

Weist der Scheibenläufermotor zudem ein Gehäuse auf und ist das Verbindungselement am Gehäuse befestigt, kann eine standfeste Befestigung des Statorzahns aus einem weichmagnetischen Pulverwerkstoff am Scheibenläufermotor ermöglicht werden. Die Standfestigkeit des Scheibenläufermotors ist damit verbesserbar. Zudem kann diese Art der Befestigung am Gehäuse die Kühlung der Statorwicklung an den Statorzähnen verbessern, was die Leistungsdichte des Scheibenläufermotors erhöhen kann. Im Allgemeinen wird erwähnt, dass das Gehäuse aus einer Aluminiumlegierung bestehen kann, um die Kühlung noch zu verbessern.

Weist das Statorjoch eine, insbesondere axial verlaufende, Aufnahme auf, in welche der Zahnhals des Statorzahns eingesetzt ist, so kann ein in der Herstellung einfacher Scheibenläufermotor geschaffen werden. Zudem kann der magnetische Widerstand zwischen Statorzahn und Statorjoch verringert werden, wodurch ein besonders leistungsfähiger Scheibenläufermotor geschaffen werden kann.

Ein besonders standfester Scheibenläufermotor kann zudem geschaffen werden, wenn der Zahnhals des Statorzahns durch die das Statorjoch durchdringende Aufnahme verläuft. Insbesondere kann hierbei der Statorzahn standfest mit dem Gehäuse des Scheibenläufermotors einen festen Verbund eingehen und gleichzeitig ein geringer magnetischer Widerstand zwischen Statorzahn und Statorjoch erreicht werden. Besonders vorteilhafte magnetische Eigenschaften des Statorzahns können erreicht werden, wenn der Statorzahn aus SMC („soft magnetic composites") besteht. So kann aufgrund der sehr geringen elektrischen Leitfähigkeit des SMC-Materials auf eine zusätzliche Isolierung zwischen den Statorzähnen und dem Statorjoch verzichtet werden. Zugleich können Verluste in der magnetischen Flussführung vermindert - und in weiterer Folge die Flussdichte für eine verbesserte Leistungsdichte des Scheibenläufermotors erhöht werden.

Wird das Statorjoch von einem Blechpaket ausgebildet, so kann die Stabilität des Statorjochs erhöht werden. Durch die Kombination eines als Blechpaket ausgeführten Statorjochs mit hoher Stabilität sowie Statorzähnen aus einem weichmagnetischem Pulverwerkstoff mit hohen magnetischen Flussdichten kann ein besonders standfester Scheibenläufermotor mit kompakter Bauform geschaffen werden, welcher sich zudem durch Kosteneffizienz in der Herstellung auszeichnet.

Ist das mechanische Verbindungselement eine Schraube, insbesondere eine Dehnschraube, so sind die mechanische Belastbarkeit der Stators und damit die Standfestigkeit des Scheibenläufermotors weiter verbesserbar. Insbesondere kann eine Dehnschraube unter Vorspannung Statorzahn und Gehäuse kraftschlüssig miteinander verbinden. Durch die standfeste Verbindung zwischen Statorzahn und Gehäuse kann eine Spielpassung für das Statorjoch geschaffen werden, wodurch sich einfache Montageverhältnisse am Scheibenläufermotor ergeben können und zudem für einen geringen magnetischen Widerstand zwischen Statorjoch und Statorzahn gesorgt wird. Der erfindungsgemäße Scheibenläufermotor kann daher standfest eine hohe Leistungsdichte sicherstellen.

Weist die Befestigungsöffnung ein Loch und eine an das Loch und an die Polfläche des Zahnkopfs anschließende Vertiefung auf, die gegenüber dem Loch eine größere Querschnittsfläche aufweist, so ist das Verbindungselement auf einfache Weise in den Statorzahn versenkbar. Auch kann dadurch die Integrität der Polfläche ge- wahrt bleiben bzw. sohin eine besonders kompakte Bauform des Scheibenläufermo- tors erreicht werden.

Bevorzugt ragt ein Schaft des mechanischen Verbindungselements durch das Loch und die Vertiefung nimmt einen Kopf des mechanischen Verbindungselements auf. Das Verbindungselement verspannt damit den Statorzahn mit dem Scheibenläufer- motor im Wesentlichen auf Druck. Im Gegensatz zu einer Befestigung des mechanischen Verbindungselements am Statorzahn, wie dies im Stand der Technik der Fall ist, kann damit die erfindungsgemäße Befestigung, beispielsweise am Gehäuse und/oder am Statorjoch, im Wesentlichen unabhängig von der mechanischen Festigkeit des Statorzahns erfolgen. Trotz der Verwendung eines mechanischen Verbindungselements kann der erfindungsgemäße Scheibenläufermotor so eine hohe Standfestigkeit aufweisen.

Gegebenfalls kann eine Beilagscheibe zwischen dem Kopf des mechanischen Verbindungselements und dem Statorzahn vorgesehen sein, die mechanische Belastung auf den Statorzahn weiter zu vermindern und damit die Standfestigkeit des Scheibenläufermotor weiter zu erhöhen.

Die Leistungsdichte des Scheibenläufermotors kann weiter erhöht werden, wenn der Zahnkopf dem Zahnhals radial übersteht. Insbesondere können dadurch die durch die Verbindungselemente reduzierten Polflächen vergrößert werden. Ein effizienterer Scheibenläufermotor kann somit geschaffen werden.

Ist die Befestigungsöffnung an der Polfläche durch eine Kappe aus einem weichmagnetischen Pulverwerkstoff verschlossen, muss trotz einer zur Polfläche reichenden Befestigungsöffnung keine Reduktion von magnetisch aktiver Polfläche gerechnet werden. Die Leistungsdichte des erfindungsgemäßen Scheibenläufermotors kann damit weiter verbessert werden.

Weist das Statorjoch eine, insbesondere schlitzförmige, Freistellung auf, die sich ausgehend von einer radialen Seite des Statorjochs bis hin zum Statorzahn er- streckt, so können über den durch die Statorzähne fließenden magnetischen Fluss in das Statorjoch induzierte magnetische Kreisströme unterdrückt werden, da durch die Freistellung die Ausbildung einer elektrischen Leiterschleife um den Statorzahn verhindert wird. Ein effizienterer Scheibenläufermotor mit höheren Leistungsdichten kann somit geschaffen werden.

Verläuft die Freistellung zudem radial, so kann eine konstruktiv besonders einfache, die Stabilität des Statorjochs trotzdem wenig beeinträchtigende Freistellung geschaffen werden - wodurch die Standfestigkeit des Scheibenläufermotors erhöht wird.

Durchdringt die Freistellung das Statorjoch, so kann eine besonders effiziente Unterdrückung der induzierten magnetischen Kreisströme erreicht werden, wodurch die Leistungsfähigkeit des Scheibenläufermotors weiter verbessert werden kann.

In bekannter Weise kann der Scheibenläufermotor eine Statorwicklung aufweisen, die den Zahnhals bewickelt bzw. der Zahnhals dadurch auch tragen kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand einer Ausführungsvariante dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise Darstellung eines erfindungsgemäßen Scheibenläufermotors in teilweise aufgerissener Draufsicht,

Fig. 2 eine horizontale Schnittansicht der Fig. 1 durch den Stator und

Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht der Fig. 1 durch den Scheibenläufermotor.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Gemäß Fig. 1 wird beispielsweise ein erfindungsgemäßer Scheibenläufermotor 1 teilweise dargestellt gezeigt, welcher einen Rotor 2 und einen Stator 3 aufweist. Ro- tor 2 und Stator 3 weisen jeweils eine radialsymmethsche, scheibenförmige Gestalt auf, wobei der Rotor 3 als Trägerscheibe 4 mit Ferritmagneten 5 dargestellt wird, die permanentmagneterregt drehmomentbildende Pole 6 ausbilden - wie dies in Fig. 3 näher dargestellt ist. Es ist ebenso vorstellbar, dass die Pole 6 beispielsweise zur berührungslosen Lagerung des Rotors 2 dienen, was jedoch in den Figuren nicht dargestellt wurde.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen, weist der Stator 3 ein Statorjoch 7 und mehrere Statorzähne 8 auf. Zudem weist der Scheibenläufermotor 1 ein Gehäuse 30 als sta- bilitätsgebendes Element auf. Die einstückigen Statorzähne 8 gliedern sich in einen Zahnhals 9 und einen an den Zahnhals 9 anschließenden Zahnkopf 10, welcher die Polfläche 1 1 des Statorzahns 8 formt. Das Statorjoch 7 kann, insbesondere um die Stabilität des Stators 3 zu verbessern, als Blechpaket 7.1 ausgeführt sein oder auch aus einem SMC-Werkstoff bestehen.

Wie insbesondere den Fig. 1 und 2 entnommen werden kann, sind in dem Statorjoch 7, insbesondere in dessen axialer Richtung verlaufende Aufnahmen 21 vorgesehen. Die Aufnahmen 21 durchdringen dabei das Statorjoch in axialer Richtung vollständig. In diesen Aufnahmen 21 sind die Statorzähne 8 eingesetzt, wobei diese mit deren Zahnhälsen 9 durch die Aufnahme 21 verlaufen und somit das Statorjoch 7 durchdringen. Ein geringer magnetischer Widerstand zwischen Statorzahn 8 und Statorjoch 7 kann sich somit einstellen, wobei die Statorzähne 8 jedoch standfest mit dem Gehäuse 30 verbunden bleiben.

Die Statorzähne 8 sind dabei vorteilhafterweise radial äquidistant in den Aufnahmen 21 im Statorjoch 7 verteilt und bestehen aus einem weichmagnetischen Pulverwerk- stoff, insbesondere einem SMC-Pulverwerkstoff. Das Statorjoch 7 wird an den Statorzähnen 8 fest gehalten. Die Statorzähne 8 bzw. die Zahnhälse 9 der Statorzähne 8 sind mit Spulen 17 einer elektrischen Statorwicklung 18 bewickelt, die vorzugsweise dreisträngig (U, V, W) ausgebildet sind - was in den Figuren allerdings nicht dargestellt wurde.

Erfindungsgemäß weisen diese Statorzähne 8 je eine Befestigungsöffnung 13 auf, welche von der Polfläche 1 1 des jeweiligen Statorzahns 8 ausgehend dessen Zahnkopf 10 und Zahnhals 9 durchdringen und damit den jeweiligen Statorzahn 8 durchdringen. Konstruktiv einfach kann diese Befestigungsöffnung als Bohrung im Statorzahn 8 ausgeführt sein. In dieser Befestigungsöffnung 13 ist ein mechanisches Verbindungselement 14 als Befestigungsmittel 12 vorgesehen. Die Statorzähne 8 sind durch mechanische Verbindungselemente 14 mit dem Gehäuse 30 des Scheiben- läufermotors 1 lösbar fest miteinander verbunden, wobei die mechanischen Verbindungselemente 14 in der Befestigungsöffnung 13 gegenüber der Polfläche 1 1 versenkt aufgenommen sind. Das Statorjoch 7 ist im Bereich der Statorzähnen 8 ausgenommen, so dass die Statorzähnen 8 über die mechanischen Verbindungselemente 14 am Gehäuse 30 anliegen und verspannt werden. So können diese konstruktiv einfach am Scheibenläufermotor 1 befestigt werden. Das Statorjoch 7 wird zudem durch die Spulen 17 der Statorwicklungen 18 zwischen Statorzahn 8 und Gehäuse 30 axial in Position gehalten.

Um die mechanischen Verbindungselemente 14, insbesondere jeweils eine Schraube 14.1 , gegenüber der Polfläche 1 1 versenkt in der Befestigungsöffnung 13 aufzunehmen, weist hierzu die Befestigungsöffnung 13 ein Loch 15 und ein an dieses Loch 15 und die Polfläche 1 1 des Statorzahns 8 anschließende Vertiefung 16 auf, wie insbesondere in der Fig. 3 zu entnehmen. Ein Schaft 14.2 des mechanischen Verbindungselements 14 ragt dabei durch das Loch 15 der Befestigungsöffnung 13, beispielsweise mit Spiel. Die Vertiefung 16 weist gegenüber dem Loch 15 einen größeren Querschnitt auf, wodurch diese dazu geeignet ist, beispielsweise einen Kopf 14.3 des mechanischen Verbindungselements 14 aufzunehmen. Das mechanische Verbindungselement 14 ist dabei im Statorzahn 8 versenkt und zwar voll- ständig versenkt, wodurch eine kompaktere Bauform des Scheibenlaufermotors 1 erreicht wird.

Insbesondere handelt es sich bei dem mechanischen Verbindungselement 14 um eine Schraube 14.1 , nämlich um eine Dehnschraube, wodurch ein besonders standfester Scheibenläufermotors 1 geschaffen wird. Vorteilhafterweise können dazu in dem Gehäuse 30 Gewindebohrungen vorgesehen sein um die mechanischen Verbindungselemente 14 aufzunehmen und eine einfache Verbindung zwischen Statorzahn 8 und Gehäuse 30 zu ermöglichen. Die Schraube 14.1 ist sohin mit dem Gehäuse 30 verschraubt. Die Schraube 14.1 kann auch eine gewindefurchende Schraube sein, was nicht näher dargestellt worden ist.

Gegenbefalls weist das Befestigungsmittel 12 auch noch eine Beilagscheibe 31 zwischen Kopf 14.3 des Verbindungselements 14 und dem Statorzahn 8, um dessen mechanische Belastung weiter zu reduzieren.

Das Verbindungselement 14 verspannt den Statorzahn 8 mit dem Scheibenläufer- motor 1 im Wesentlichen auf Druck. Eine Befestigung des Verbindungselements 14 am Statorzahn 8 kann damit unterbleiben, was den Statorzahn 8 unter anderem vor radiale Kraftbelastungen schützt. Trotz der Verwendung eines weichmagnetischen Pulverwerkstoffs und der damit meist einhergehenden verminderten mechanischen Festigkeit kann erfindungsgemäß der Statorzahn 8 fest am Scheibenläufermotor 1 befestigt werden, was beispielsweise hohe Drehzahlen zulässt, dennoch eine hohe Standfestigkeit des Scheibenläufermotors 1 ermöglicht.

Im Allgemeinen wird erwähnt, dass neben dem mechanischen Halten des Statorjochs 7 am Statorzahn 8 auch vorstellbar ist, diese über eine stoffschlüssige Verbindung miteinander fest zu verbinden bzw. damit das/die mechanischen Verbindungselemente 14 zu sichern bzw. damit zu verankern. Wie insbesondere aus der Draufsicht in Fig. 2 und aus der Schnittansicht in Fig. 3 zu erkennen, steht der Zahnkopf 10 des Statorzahns 8 dessen Zahnhals 9 radial über, wodurch die Polfläche 1 1 des Statorzahns 8 deutlich vergrößert und damit höhere Drehmoment- und Leistungsdichten im Scheibenläufermotor 1 erreicht werden können.

Wie insbesondere der Fig. 3 entnommen werden kann, sind die Befestigungsöffnungen 13 an der Polfläche 1 1 durch eine Kappe 20 aus einem weichmagnetischen Pulverwerkstoff verschlossen. Dadurch kann eine Verminderung der magnetisch aktiven Polfläche 1 1 trotz der durch die Polfläche 1 1 reichenden Befestigungsöffnung 13 vermieden werden. Diese Kappe 20 fluchtet mit der Polfläche 1 1 , wie in Fig. 3 zu erkennen.

Das Statorjoch 7 weist zudem eine, insbesondere schlitzförmige Freistellung 19 auf, welche sich ausgehend von einer radialen Seite 22, 23 des Statorjochs 7 bis hin zum Statorzahn 8 radial erstreckt. Wie in der Fig. 2 dargestellt kann sich die Freistellung 19 sowohl von der inneren radialen Seite 22, als auch von der äußeren radialen Seite 23 des Statorjochs 7 bis hin zum Statorzahn 8 erstrecken. Die Freistellung 19 durchdringt dabei das Statorjoch 7 in axialer Richtung vollständig, wodurch über die Statorzähne 8 in das Statorjoch 7 eingeleitete magnetische Kreisströme unterdrückt werden, da diese nicht durch die Freistellung 19 im Statorjoch 7 fließen können.

Zudem verhindert das elektrisch schlecht leitende SMC-Material der Statorzähne 8, dass ein elektrischer Rückschluss über ebendiese erfolgt. Die Leistungsdichte des Scheibenläufermotors 1 kann somit deutlich erhöht werden.